KR100704318B1

KR100704318B1 - 저온소성 저손실 세라믹 유전체 조성물

Info

Publication number: KR100704318B1
Application number: KR1020050030417A
Authority: KR
Inventors: 박재관; 박재환; 최영진; 박정현
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2005-04-12
Filing date: 2005-04-12
Publication date: 2007-04-09
Also published as: KR20060108283A

Abstract

본 발명은 저온소성 저손실 세라믹 유전체 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유리프리트와 특정의 복합 산화물 충진제를 일정 성분비로 혼합하여, 950 ℃ 이하의 저온범위에서도 소성이 가능하며, 유전율이 낮고, 유전손실이 매우 낮아 전기적 손실을 최소화할 수 있어 고효율의 필터 및 안테나 등의 공진기(resonator)구현에 효과적인 적용이 가능하고, 특히 은(Ag) 전극의 확산반응이 억제되어 전극과의 반응성을 최소화가 가능한 저온소성 저손실 세라믹 유전체 조성물에 관한 것이다.

유리프리트, 복합 산화물 충진제, 유전체 조성물

Description

저온소성 저손실 세라믹 유전체 조성물{Low-temperature Firing Low Dielectric constant Dielectric Composition}

도 1은 본 발명에 따라 유리프리트 분말에, ZnAl₂O₄, MgAl₂O₄, ZrSiO₄및 Mg₂SiO₄의 복합 산화물을 충전재로 사용하여 875 ℃에서 소결하여 제조된 유전체의 주사전자현미경 사진을 나타낸 것이다.

(a) 유리프리트(1) : ZnAl₂O₄ = 60 : 40 (b) 유리프리트(1) : MgAl₂O₄ = 60 : 40

(c) 유리프리트(1) : ZrSiO₄ = 60 : 40 (d) 유리프리트(1) : Mg₂SiO₄ = 85 : 15

본 발명은 저온소성 저손실 세라믹 유전체 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유리프리트와 특정의 복합 산화물 충진제를 일정 성분비로 혼합하여, 950 ℃ 이하의 저온범위에서도 소성이 가능하며, 유전율이 낮고, 유전손실이 매우 낮아 전기적 손실을 최소화할 수 있어 고효율의 필터 및 안테나 등의 공진기(resonator) 구현에 효과적인 적용이 가능하고, 특히 은(Ag) 전극의 확산반응이 억제되어 전극과의 반응성을 최소화가 가능한 저온소성 저손실 세라믹 유전체 조성물에 관한 것이다.

이동 통신과 정보통신 시스템의 발전에 따라 전자부품들은 고주파화, 소형경량화 및 고성능화 등이 매우 중요한 기술요소로 부각되고 있다. 이러한 이유로 기판의 배선밀도를 높이는 것과 개별 부품 또는 모듈의 크기와 무게를 줄이는 것이 필요하다.

최근에는 저온 동시소성 세라믹(Low Temperature Co-fired Ceramic, 이하, 'LTCC'이라 함) 기술을 활용하여, 고밀도의 배선기판과 다양한 형태의 수동 부품들을 일체화할 수 있어서 소형 경량화된 복합부품을 제조하고 있다.

LTCC 기술이란 소자 및 회로가 인쇄된 세라믹 후막(thick film) 테이프를 적층하고, 전극을 3차원적으로 연결한 후 이를 950 ℃ 이하의 저온에서 동시 소성하여 일체화된 세라믹 다층 회로 구조를 얻는 소재 및 공정 기술을 일컫는다.

통상적으로 배선용 LTCC 기판은 950 ℃ 이하의 온도에서 소성되므로 내부전극으로 은(Ag)를 사용할 수 있게 되어, 종래의 세라믹 다층기판에서 사용되었던 팔라듐(Pt) 등 귀금속 내부전극에 비해 가격이 저렴하며 전기전도도가 더 우수한 장점이 있다. 또한, L, C 및 R 등 다양한 수동부품들을 후막 테이프 형태로 적층하고 내부 전극 및 비어홀(via hole)을 통해서 연결함으로서 종래에 표면실장부품(SMD)으로 개별화되던 세라믹 후막 부품들을 일체화하여 하나의 모듈로 구현할 수 있게 된다.

이러한 LTCC 기판을 구성하는 조성 가운데 가장 기본적인 것은 저유전율 및 저유전 손실의 특징을 갖는 배선기판이며, 이는 유리 및 충전재 조성의 차이에 따라 다른 특성을 갖게 된다. 대게, 50 ∼ 90 중량% 정도의 보로실리케이트계 유리 조성과, 10 ∼ 50 중량% 정도의 Al₂O₃, SiO₂ 등의 충전재(filler)로 구성이 되어진다.

이때, 유리의 역할은 700 ℃ 미만에서 연화(softening)되고 850 ℃ 부근에서 액상을 형성하여 LTCC의 적정 소성온도인 850 ∼ 950 ℃의 온도영역에서 치밀화(densification)를 이루는 역할을 하는 것이며, 충전재의 역할은 소성과정에서 기판의 형상을 일정하게 유지함과 동시에 소성체의 기계적 강도를 증가시키는 역할을 하게 된다.

보다 구체적으로 살펴보면, 유리의 조성은 알칼리 산화물(alkali oxide)이 작게 포함된 보로실리케이트(borosilicate)계 유리가 주로 사용되며, 유전손실 값이 낮은 특징을 갖는다.

예컨데, 미국특허 제 5,242,867호에서는 LTCC 배선기판용 조성물에 관한 문헌을 공개한 바 있다. 유리조성으로서는 60 ∼ 80%의 SiO₂, 15 ∼ 30%의 B₂O₃가 주 조성을 이루면서, 5% 이하의 Al₂O₃ 및 알칼리가 첨가된 조성물이고, 충전재(filler)로서는 알루미나 등이 사용되었으며, 유리조성에 대한 충전재의 혼합비율은 20 ∼ 60% 정도로 하였다. 또한, 유리조성에서 알칼리로서는 Na₂O, K₂O, Li₂O 등을 첨가하였다. 이러한 조성물의 의해 제조된 기판은 유전율이 4.2 ∼ 5.6, 유전손실이 0.1 ∼ 0.4% 정도로 나타나고 있다.

한편, 고 밀도의 배선기판으로서 초고주파 회로를 구현하기 위해서는 신호 전달 지연시간의 단축을 위하여 낮은 유전율이 요구되며 동시에 고 신뢰성 확보를 위하여 손실이 적은 특성을 가지는 조성물의 개발이 필수적이다.

이 중 유전손실 특성 혹은 신호 전송 손실 특성이 고주파 회로 구현에 있어서 매우 중요한 항목이며, 일반적으로 유전손실이 0.10% 이하가 되면 우수한 저손실 특성을 가진다고 볼 수 있다.

이미 공개된 해외 선진사의 배선용 LTCC 기판 조성물의 유전손실을 보면 듀폰사(Dupont)의 제품 951AT은 0.15%, 헤라에우스사(Heraeus)의 제품 CT 700은 0.20%, 페로사(Ferro)의 제품 A6은 0.20%으로 대부분 유전손실이 0.10 ∼ 0.20% 범위를 보이고 있다. 이와 유사한 저유전율 배선기판에 대한 공개 문헌으로는 예를 들면 미국특허 제 4,191,583호, 미국특허 제 5,258,335호, 미국특허 제 4,323,652호, 미국특허 제 4,959,330호, 미국특허 제 5,821,181호 및 미국특허 제 5,416,049호 등이 있다.

이에, 본 발명자들은 상기와 같이 종래에 신호전달 지연(Signal delay)을 최소화하기 위해 낮은 유전율과 전기적 손실을 최소화할 목적으로 사용된 LTCC 배선 기판의 유전손실 및 품질계수 등의 한계성을 극복하기 위하여 연구 노력하였다.

그 결과, SiO₂, B₂O₃, Al₂O₃ 및 ZnO을 함유하는 유리프리트와, ZnAl₂O₄, MgAl₂O₄, ZrSiO₄ 및 Mg₂SiO₄ 중에서 선택된 1종 이상의 복합 산화물 충진재를 일정성분비로 함유된 유전체 조성물을 사용하여 낮은 온도에서 소성이 이루어지며, 제조된 배선기판의 유전율, 유전손실 및 품질계수가 종래에 비해 동등 이상으로 월등히 향상된다는 것을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명은 유전율이 4 ∼ 7(1MHz)이고, 유전손실이 0.02 ∼ 0.2%이며, 품질계수가 500 ∼ 5000인 유전체 조성물을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은 유리프리트와 충전제를 함유하여 이루어진 유전체 조성물에 있어서, SiO₂, B₂O₃, Al₂O₃ 및 ZnO을 함유하는 유리프리트 45 ∼ 85 중량%와, ZnAl₂O₄, MgAl₂O₄, ZrSiO₄ 및 Mg₂SiO₄ 중에서 선택된 1종 이상의 복합 산화물 충진재 15 ∼ 55 중량%를 함유하여 이루어진 유전체 조성물에 그 특징이 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 특정의 유리프리트와 복합 산화물 충진재를 일정 성분비로 함유하여, 950 ℃ 이하의 낮은 온도에서 소성이 형성되며, 유전율이 4 ∼ 7(1MHz)이고, 유전손실이 0.02 ∼ 0.2%이며, 품질계수가 500 ∼ 5000범위를 나타내는 유전체 조성물에 관한 것이다.

종래에는 충전재로 Al₂O₃, SiO₂ 등의 단일 화합물을 사용하였으나, 본 발명에서는 특정의 복합 산화물 충진재, 구체적으로 예를 들면 ZnAl₂O₄, MgAl₂O₄, ZrSiO₄ 및 Mg₂SiO₄을 선택 사용하여 종래의 1200 ℃ 이상의 소성온도에 비해 낮은 950 ℃ 이하, 바람직하기로는 850 ∼ 900 ℃ 범위의 저온소성이 가능하면서 유전율, 유전손실 및 품질계수 등의 특성을 향상시킨 것에 특징이 있다. 상기 특정의 복합 산화물 충진재는 다음 표 1에 나타낸 바와 같이 저유전율, 저손실 특성을 갖는 것으로, 상기 특성으로 인해 유리/세라믹 복합체의 유전특성 향상에 유리하게 작용하여 이를 함유한 유전체 조성물을 사용하여 제조된 배선기판의 유전율, 유전손실 및 품질계수가 종래에 비해 동등 이상으로 월등히 향상된다. 상기 표 1을 살펴보면 ZnAl₂O₄, MgAl₂O₄ 는 1 MHz에서 측정한 유전손실 값이 0.05%이고, 품질계수 2000정도의 값을 가지는 것을 알수 있다. 따라서, 종래의 알루미나의 유전손실 값이 0.30%이고, 품질계수가 330인 것에 비해 월등히 향상되었다는 것을 알 수 있다.

충진재 종류	소성온도 (℃)	벌크밀도 (g/㎤)	전기적 특성 (1MHz)
충진재 종류	소성온도 (℃)	벌크밀도 (g/㎤)	유전율 (k)	유전손실계수 (tan δ, %)	품질계수 (Q)
ZnAl₂O₄	1600	4.41	7.96	0.05	2000
MgAl₂O₄	1500	3.39	7.27	0.072	1400
ZrSiO₄	1600	4.16	9.65	0.079	1200
MgSiO₄	1400	3.16	6.60	0.051	2000

본 발명에 따른 유전체 조성물을 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

유전체 조성물은 일반적으로 유리프리트와 충진재로 구성되는 바, 유리프리트는 당 분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 특별히 한정하지는 않는다. 본 발명에서는 SiO₂, B₂O₃, Al₂O₃ 및 ZnO을 적정비로 혼합 사용하며, 각 성분 SiO₂: B₂O₃: Al₂O₃ : ZnO은 48 ∼ 70 몰% : 20 ∼ 41 몰% : 2 ∼ 6 몰% : 1 ∼ 5 몰% 비를 형성한다. 상기 SiO₂사용량이 48 몰% 미만이면 기계, 화학 및 물리적 안정성에 문제가 있으며, 70 몰%를 초과하는 경우에는 1600 ℃ 이상의 고온에서도 유리화 되기 어려운 문제가 있으며, B₂O₃의 사용량이 20 몰% 미만이면 유리화에 문제가 있고, 41 몰%를 초과하는 경우에는 유리의 화학, 물리적 안정성에 문제가 있다. 또한, Al₂O₃ 의 사용량이 2 몰% 미만이면 화학적 내구성 향상을 기대하기 어렵고, 6 몰%를 초과하는 경우에는 유리화 온도의 상승과 유리의 결정화를 촉진시키는 문제가 있으며, ZnO의 사용량이 1 몰% 미만이면 유리화를 촉진시키기 어렵고, 5 몰%를 초과하는 경우에는 유리의 전기적 특성이 저하되는 문제가 있다. 즉, 상기 각 성분의 사용량은 유전 손실값을 극소화하면서도 1600 ℃의 온도에서 유리 용융이 잘 이루어지는 조건을 중심으로 선택된 값으로 상기한 바와 같이 상대적인 비를 유지하는 것이 중요하다. 이는 딜라토메터에 의해 측정된 변곡점으로 부터 유리전이온도(T_g) 및 연화온도(T_s) 및 전기적 특성을 측정한다.

상기 성분 이외에 추가로 알칼리 희토류인 CaO와 MgO을 각각 0 ∼ 17 몰%와 0 ∼ 3 몰% 범위로 사용 할 수 있다. 상기 CaO 사용량이 17 몰%를 초과하는 경우에는 유리의 실투현상이 일어나 유리의 결정화 촉진 및 유전특성이 저하되는 문제가 발생하며, MgO 사용량이 3 몰%를 초과하는 경우에는 점도가 높아져 유리의 용융이 어렵게 되는 문제가 발생하므로 상기 범위내에서 적절히 첨가 사용하는 것이 바람직하다.

상기 유리프리트는 당 분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 특별히 한정하지는 않으나, 본 발명에서는 다음과 같은 방법으로 제조한다. 먼저, 각 원료 SiO₂, B₂O₃, Al₂O₃, CaO, MgO 및 ZnO 원료 분말을 정량비로 칭량하여 볼 밀링한 다음 건조하여 분쇄한다. 상기 분쇄물을 백금도가니에 넣어서 1400 ∼ 1600 ℃의 온도에서 용융하여 제조한 용융액을 수 냉조에서 급냉하여 유리를 얻는다. 상기 얻어진 유리를 1차 조 분쇄하고 2차 미 분쇄하여 유리 프리트 분말을 제조한다.

다음으로, 충진재로는 저유전율, 저손실 및 고품질계수의 특성을 갖는 ZnAl₂O₄, MgAl₂O₄, ZrSiO₄ 및 Mg₂SiO₄ 중에서 선택된 1종 이상의 복합 산화물을 사용한다. 상기 충진재는 15 ∼ 55 중량% 사용하며, 15 중량% 미만이면 소결체의 표면에 유리질이 노출되는 문제가 발생하고, 55 중량%를 초과하는 경우에는 소결온도가 높아지는 문제가 있다.

상기 복합 산화물 충진재의 제조방법은 당 분야에서 일반적으로 사용되는 것으로 특별히 한정하지는 않으나, 본 발명에서는 일반적인 고상합성법(Solid state reaction)인 산화물 혼합법(mixed oxide method)을 사용하여 분말을 제조하였다. 출발물질을 MgO, Al₂O₃, ZnO, ZrO₂, SiO₂ 상용 세라믹 원료분말을 사용하여 ZnAl₂O₄, MgAl₂O₄, ZrSiO₄, Mg₂SiO₄ 조성이 되도록 칭량하여 볼 밀링한다. 상기 볼밀링된 혼합 분말은 1000 ∼ 1200 ℃ 범위에서 2 ∼ 3 시간 공기 중에서 하소(calcining) 과정을 시행함으로서 각각의 ZnAl₂O₄, MgAl₂O₄, ZrSiO₄, Mg₂SiO₄의 상을 제조한다. 상기 하소 온도가 1000 ℃ 미만이면 미반응된 원료 분말상이 존재하고, 1200 ℃를 초과하는 경우에는 합성상의 입자가 성장하는 문제가 발생하므로 상기 범위를 유지하는 것이 좋다.

이상에서 제조된 유리프리트 45 ∼ 85 중량%와 특정의 복합 산화물 충진재 15 ∼ 55 중량%를 습식 혼합한 후, 성형하여 유전 혼합체를 제조한다. 상기 유리프리트의 사용량이 45 중량% 미만이면 적정온도 범위인 850 ∼ 900 ℃에서 치밀화가 덜 이루어지고, 85 중량% 초과하는 경우에는 적정온도 범위인 850 ∼ 900 ℃에서 과소결 현상이 일어나는 문제가 발생한다.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 특정의 유리프리트와 복합 산화물 충진재를 혼합 사용하여, 유전율이 4 ∼ 7(1MHz)이고, 유전손실이 0.02 ∼ 0.2%이며, 품질계수가 500 ∼ 5000을 나타내어 필터, 안테나 등의 공진기 형태로서 세라믹 다층 패키징의 일부를 구성하는데 효과적으로 적용할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하겠는바, 본 발명이 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

산화물 혼합법을 이용하여 출발원료로 출발물질을 MgO, Al₂O₃, ZnO, ZrO₂, SiO₂ 상용 세라믹 원료분말을 사용하여 ZnAl₂O₄, MgAl₂O₄, ZrSiO₄, Mg₂SiO₄ 조성이 되도록 칭량하여 볼 밀링하였다. 이때, 상기 각 성분의 사용량은 다음 표 2에 나타낸 바와 같이 사용하였다. 상기 볼밀링된 혼합 분말은 1100 ℃ 범위에서 2 시간 공기 중에서 하소(calcining) 과정을 시행함으로서 각각의 ZnAl₂O₄, MgAl₂O₄, ZrSiO₄, Mg₂SiO₄의 상의 복합 산화물 충진재를 제조하였다.

구 분	MgO (g)	Al₂O₃(g)	ZnO (g)	ZrO₂(g)	SiO₂(g)
ZnAl₂O₄	-	56.070	43.930	-	-
MgAl₂O₄	28.331	71.669	-	-	-
ZrSiO₄	-	-	-	68.260	31.740
Mg₂SiO₄	57.298	-	-	-	42.702

실시예 2

다음 표 3에 나타낸 함량으로, 각 원료 SiO₂, B₂O₃, Al₂O₃, CaO, MgO 및 ZnO 원료 분말을 정량비로 칭량하여 볼 밀링한 다음 건조하여 분쇄하였다. 상기 분쇄물을 백금도가니에 넣어서 1600 ℃의 온도에서 용융하여 제조한 용융액을 수 냉조에서 급냉하여 유리를 얻었다 상기 얻어진 유리를 1차 조 분쇄하고 2차 미 분쇄하여 유리 프리트 분말을 제조하였다.

상기에서 얻어진 유리프리트 분말의 유리전이온도, 연화온도 및 전기적 특성을 측정하여 다음 표 3에 나타내었다.

구분	조성 (몰%)						밀도 (g/㎤)	TEC (10^-6)	T_g (℃)	T_s (℃)	k (1MHz)
구분	SiO₂	B₂O₃	AlO₃	CaO	MgO	ZnO	밀도 (g/㎤)	TEC (10^-6)	T_g (℃)	T_s (℃)	k (1MHz)
1	67	21	2	9	-	1	2.31	3.44	719	768	4.74
2	64	20	2	13	-	1	2.38	3.97	714	752	5.15
3	58	20	2	17	2	1	2.48	4.77	711	740	5.62
4	59	21	2	15	-	3	2.44	4.43	705	739	5.40
5	47	41	2	9	-	1	2.23	4.71	559	625	4.64
6	52	36	2	9	-	1	2.25	4.39	620	689	4.66
7	57	31	2	9	-	1	2.27	4.08	686	754	4.65
8	70	22	2	-	3	3	2.23	1.05	488	513	4.10
9	70	22	2	3	-	3	2.25	2.99	637	718	4.20
10	70	22	2	1	-	5	2.26	3.30	459	477	4.05
11	70	22	2	2	-	4	2.25	3.11	479	498	4.10

상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 유리프리트는 밀도가 2.2 ∼ 2.5 g/㎤ 범위, 열팽창계수(TEC)가 1.05 ∼ 4.77 × 10^-6, 유리전이온도(Tg)는 500 ∼ 700 ℃, 유리연화온도(Ts)는 480 ∼ 770 ℃ 범위로 나타났으며, 측정된 유리 시편의 전기적 특성을 보면 유전율은 4.0 ∼ 5.6 정도의 범위로서 낮은 유전율이 얻어졌음을 확인할 수 있었다.

상기, 본 발명에 따른 성분의 종류와 함량을 선택 사용하여 유전손실값이 극소화하면서 약 1600 ℃에서 유리 용융이 잘 이루어진다는 것을 확인할 수 있었다.

실시예 3

상기 실시예 1에서 제조된 복합 산화물 충전재와 실시예 2에서 제조된 유리프리트를 다음 표 5에 나타낸 함량으로, 에탄올을 용매로 지르코니아볼과 함께 폴리에틸렌 병(polyethylene bottle)에서 각각 24시간동안 습식 혼합하였다. 혼합된 분말에 성형성 부여하기 위해 결합제로서 2 중량%의 폴리비닐알콜(poly-vinyl alcohol, PVA) 수용액을 첨가하여 체가름(Sieving, 100 mesh)을 통해 조립화하였으며, 이렇게 얻어진 최종 복합체는 1,000 ㎏/㎤ 압력으로 직경 10 ㎜의 몰드에서 일축 가압하여 원통형태로 성형하였다. 상기와 같이 성형된 시편을 전기로에서 5 ℃/min의 승온속도로 승온한 후 900 ℃의 범위에서 2시간 동안 소결한 다음 로냉하였다.

상기에서 얻어진 시편에 대한 소결 특성 및 전기적 특성을 표 4에 나타내었다.

구 분	유리프리트		소성온도 (℃)	상대밀도 (%)	전기적 특성 (1MHz)
구 분	종류	사용량 (중량%)	소성온도 (℃)	상대밀도 (%)	유전율 (k)	유전손실 (tan δ, %)	품질계수 (Q)
ZnAl₂O₄	1	60	850	95.5	5.17	0.025	4000
			875	98.8	4.94	0.023	4300
			900	99.9	4.63	0.024	4200
	3	50	875	99.1	6.04	0.041	2400
	3	50	900	99.7	6.36	0.024	4200
	4	47	825	99.9	6.34	0.015	6700
			850	99.6	6.59	0.014	7100
			875	99.3	6.50	0.016	6300
	9	65	875	99.6	4.27	0.025	4000
	9	65	900	99.9	4.70	0.022	4500
MgAl₂O₄	1	60	850	96.5	5.44	0.047	2100
			875	99.1	5.20	0.047	2100
			900	99.7	5.11	0.049	2000
	3	57	875	99.5	5.88	0.073	1400
	3	57	900	99.9	6.08	0.058	1700
	4	47	850	98.9	6.00	0.04	2500
			875	99.7	6.22	0.04	2500
			900	99.3	6.35	0.031	3200
ZrSiO₄	1	60	850	95.2	6.60	0.1	1000
			875	98.6	6.94	0.092	1100
			900	99.9	7.01	0.094	1100
	4	47	875	96.0	6.55	0.137	700
	4	47	900	97.2	6.75	0.137	700
MgSiO₄	1	85	875	95.2	4.09	0.123	800
	1	85	900	99.9	4.39	0.122	800
	3	80	900	96.8	4.29	0.180	600

상기 표 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 특정의 복합 산화물 충진재와 유리프리트를 일정 성분으로 함유하여 형성된 것으로, 유전율은 4.09 ∼ 7.01이고, 유전손실 값은 0.022 ∼ 0.1 % 정도이며, 품질계수는 600 ∼ 7100 범위를 나타내었다. 특히, ZnAl₂O₄ 조성의 경우 전체적으로 유전손실 값이 0.05% 미만으로 매우 우수한 유전손실 특성을 갖는 것으로 측정되었다. 예컨대, ZnAl₂O₄ 조성에 A04 유리 프리트가 47 중량% 첨가된 경우, 850 ℃의 온도에서 유전율 6.6, 유전손실 값이 0.014 %(품질계수 7100)의 매우 우수한 배선용 LTCC 기판 조성물이 개발되었음을 확인할 수 있었다.

이는 알칼리 산화물(alkali oxide, R₂O)의 첨가를 완전히 배제하고 알칼리토류 산화물(alkali earth oxide, RO)만을 첨가하여 유전손실 값이 낮게 얻어진 것으로 판단된다.

상기 시편들은 전체적으로 900 ℃ 미만에서 96% 이상의 상대밀도를 나타내는 우수한 저온 소결 특성을 보여주고 있다. 도 1의 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope)에서 보여진 바와 같이, 기공이 없는 치밀한 구조가 얻어졌음을 확인하였다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 특정의 복합 산화물 충전제와 유리프리트를 일정 성분비로 혼합 사용하여 950 ℃ 이하의 저온소성이 가능하며, 유전율이 낮 고, 유전손실이 매우 낮아 전기적 손실을 최소화 할 수 있으므로 고효율의 필터 및 안테나 등의 공진기(resonator)구현에 효과적으로 적용하며, 특히, 은(Ag) 전극의 용융온도인 961 ℃ 보다 현저히 낮은 875 ℃ 이하의 저온에서 소성이 가능한 조성물이므로 소성과정에서 은(Ag) 전극의 확산반응이 억제되어 전극과의 반응성을 최소화할 수 있다.

Claims

유리프리트와 충전제를 함유하여 이루어진 유전체 조성물에 있어서,

SiO₂48 ∼ 70 몰%, B₂O₃20 ∼ 41 몰%, Al₂O₃ 2 ∼ 6 몰% 및 ZnO 1 ∼ 5 몰%비율로 함유된 유리프리트 45 ∼ 85 중량%와,

ZnAl₂O₄, MgAl₂O₄, ZrSiO₄ 및 Mg₂SiO₄ 중에서 선택된 1종 이상의 복합 산화물 충진재 15 ∼ 55 중량%를 함유하여 이루어진 것임을 특징으로 하는 저온소성 저손실 세라믹 유전체 조성물.
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 유리프리트에, 추가로 CaO은 0 ∼ 17 몰%, MgO은 0 ∼ 3 몰%가 함유되어 이루어진 것임을 특징으로 하는 유전체 조성물.
제 1 항에 있어서, 유전율이 4 ∼ 7(1MHz)이고, 유전손실이 0.02 ∼ 0.2 %이며, 품질계수가 500 ∼ 5000인 것임을 특징으로 하는 유전체 조성물.
청구항 1, 청구항 3 및 청구항 4 중에서 선택된 어느 한 항의 유전체 조성물을 함유하는 것을 특징으로 하는 저온 동시소성 세라믹(LTCC) 기판.