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KR20210031487A - 높은 q 저온 동시-소성 세라믹 (ltcc) 유전성 조성물 및 장치 - Google Patents

높은 q 저온 동시-소성 세라믹 (ltcc) 유전성 조성물 및 장치 Download PDF

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KR20210031487A
KR20210031487A KR1020217004055A KR20217004055A KR20210031487A KR 20210031487 A KR20210031487 A KR 20210031487A KR 1020217004055 A KR1020217004055 A KR 1020217004055A KR 20217004055 A KR20217004055 A KR 20217004055A KR 20210031487 A KR20210031487 A KR 20210031487A
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KR
South Korea
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free
host
sio
dielectric
Prior art date
Application number
KR1020217004055A
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English (en)
Inventor
피터 말리
월터 제이. 주니어 사임스
Original Assignee
페로 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 페로 코포레이션 filed Critical 페로 코포레이션
Priority to KR1020237028850A priority Critical patent/KR102620106B1/ko
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Abstract

LTCC 장치는 소성 시, 아연-마그네슘-망간-실리콘 산화물 호스트를 갖는 유전체 소재를 형성하는, 전구체 소재의 혼합물을 포함하는 유전체 조성물로 생산된다.

Description

높은 Q 저온 동시-소성 세라믹 (LTCC) 유전성 조성물 및 장치
본 발명은 유전체 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 GHz 고주파에서 매우 높은 Q 팩터를 갖는 유전 상수 K = 4-12 또는 최대 약 50을 교대로 나타내고 귀금속 금속화와 함께 저온 동시-소성 세라믹 (low temperature co-fired ceramic, LTCC) 응용 분야에 사용될 수 있는 아연-마그네슘-망간-실리콘 산화물 기반 유전체 조성물에 관한 것이다.
무선 분야용으로 LTCC 시스템에 사용되는 최첨단 소재는, 1MHz의 측정 주파수에서 유전 상수 K = 4-8, Q 팩터는 약 500-1,000의 유전체를 사용한다. 이는 일반적으로 세라믹의 저온 밀도 (875℃ 또는 그 이하)를 허용하는 고농도의 BaO-CaO-B2O3 저 연화 온도 유리와 혼합된 세라믹 분말을 사용하여 달성된다. 이 큰 부피의 유리는 상기 세라믹의 Q 값을 낮추는 바람직하지 않은 효과를 가질 수 있다.
본 발명은 유전체 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 GHz 고주파에서 매우 높은 Q 팩터로 유전 상수 K = 4 - 12 또는 최대 50의 값을 교대로, 예를 들어 약 4 내지 약 50을 나타내고 귀금속 금속화와 함께 저온 동시-소성 세라믹 (LTCC) 응용 분야에 사용될 수 있는 아연-마그네슘-망간-규산염 기반 유전체 조성물에 관한 것이다. Q 계수 = 1 / Df, 여기서 Df는 유전 손실 탄젠트 (dielectric loss tangent) 이다. Qf 값은 전형적으로 GHz 범위의 주파수에서 유전체의 품질을 설명하는 데 사용되는 매개 변수이다. Qf는 Qf = Q*f로 표현될 수 있고, 여기서 측정 주파수 f (GHz 단위)는 해당 주파수에서 Q 팩터와 곱해진다. 고주파 애플리케이션을 위해 >10 GHz에서 500보다 큰 매우 높은 Q 값을 가진 유전체 소재에 대한 수요가 증가하고 있다.
일반적으로, 본 발명의 세라믹 소재는 적절한 양의 ZnO, MgO, MnO 및 SiO2를 혼합하고, 이러한 소재들을 함께 수성 매질에서 약 0.2 내지 5.0 마이크론 (microns)의 입자 크기 D50으로 밀링 (milling) 함으로써 제조되는 호스트를 포함한다. 이 슬러리는 ZnO, MgO, MnO 및 SiO2를 포함하는 호스트 물질을 형성하기 위해 약 900 내지 1250℃에서 약 1 내지 5 시간 동안 건조 및 소성된다. 생성된 호스트 물질은 기계적으로 분쇄되고 융제와 혼합되고 다시 수성 매질에서 약 0.5 내지 1.0 ㎛의 입자 크기 D50으로 밀링된다. 분쇄된 세라믹 분말을 건조 및 분쇄하여 미세하게 분할된 분말을 생성한다. 생성된 분말은 원통형 펠릿으로 압축될 수 있고 약 775 내지 약 925℃, 바람직하게는 약 800 내지 약 900℃, 더욱 바람직하게는 약 800 내지 약 880℃, 더욱 바람직하게는 약 825 내지 약 880℃, 약 845 내지 약 885℃ 교대로, 및 더욱 더 바람직하게는 약 860 내지 약 880℃ 또는 870℃ 내지 880℃의 온도에서 소성될 수 있다. 가장 바람직한 단일 값은 850℃ 또는 880℃이다. 소성은 약 1 내지 약 200 분, 바람직하게는 약 5 내지 약 100 분, 더욱 바람직하게는 약 10 내지 약 50 분, 더욱 더 바람직하게는 약 20 내지 약 40 분 및 가장 바람직하게는 약 30 분 동안 수행된다.
본 발명의 일 실시예는 소성 시, 무연 및 무카드뮴이며, 그 자체로 또는 다른 산화물과의 조합으로 유전체 소재를 형성할 수 있는 아연-마그네슘-망간-실리콘 산화물 호스트 소재를 형성하는, 전구체 소재의 혼합물을 포함하는 조성물이다.
바람직한 실시예에서, 호스트 소재는 납을 포함하지 않는다. 다른 바람직한 실시예에서, 호스트 소재는 카드뮴을 포함하지 않는다. 보다 바람직한 실시예에서, 호스트 재료는 납 및 카드뮴을 포함하지 않는다.
하나의 실시예에서, 호스트 소재는 (i) 5-40 중량 %, 바람직하게는 10-30 중량 %, 더 바람직하게는 15-25 중량 % ZnO, (ii) 0-25 중량 %, 바람직하게는 5-20 중량 %, 더 바람직하게는 0-10 중량 % MgO, (iii) 50-95 중량 %, 바람직하게는 60-95 중량 %, 더 바람직하게는 65-95 중량 % 및 더욱 더 바람직하게는 65-90 중량 % 및 더욱 더 바람직하게는 70-85 중량 % SiO2, 및 (iv) 0-5 중량 %, 바람직하게 0.1-3 중량 %, 더 바람직하게 0.5-2.5 중량 % MnO 를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 호스트 소재는 (i) 5-40 중량 %, 바람직하게 10-30 중량 %, 더 바람직하게 15-25 중량 % MgO, (ii) 0-25 중량 %, 바람직하게 5-20 중량 %, 더 바람직하게는 0-10 중량 % ZnO, (iii) 55-95 중량 %, 바람직하게는 60-95 중량 %, 더 바람직하게는 65-95 중량 % 및 더욱 더 바람직하게는 70-90 중량 % SiO2, 및 (iv) 0-5 중량 %, 바람직하게는 0.1-3 중량 %, 더 바람직하게는 0.5-2.5 중량 % MnO 를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 호스트 소재는 (i) 35-80 중량 %, 바람직하게는 40-75 중량 %, 더 바람직하게는 45-70 중량 % MgO (ii) 0-30 중량 %, 바람직하게는 0-25 중량 % , 더 바람직하게는 5-20 중량 % ZnO, (iii) 25-65 중량 %, 바람직하게는 30-60 중량 % SiO2, 및 (iv) 0-5 중량 %, 바람직하게는 0.1-3 중량 %, 더 바람직하게는 0.5-2.5 중량 % MnO 를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 호스트 소재는 (i) 10-35 중량 %, 바람직하게는 10-25 중량 % MgO, (ii) 0-10 중량 %, 바람직하게는 0-5 중량 % ZnO, (iii) 70-85 중량 %, 바람직하게 77-84 중량 % SiO2, 및 (iv) 0-5 중량 %, 바람직하게 0-3 중량 % MnO 를 포함한다.
본 발명의 실시예는 하나 이상의 호스트 또는 본원의 다른 곳에서 개시된 호스트의 선택을 포함할 수 있다.
본 발명의 유전체 소재는 괄호 안의 표시된 값을 초과하지 않는 양으로 다음 중 어느 것 또는 모두와 함께 본 명세서에 개시된 적어도 하나의 호스트 소재의 80-99 중량 % 를 포함할 수 있다: SiO2 (5 중량 %); CaCO3 (5 중량 %); H3BO3 (8 중량 %); Li2CO3 (5 중량 %); LiF (5 중량 %); CaF2 (5 중량 %) 붕산아연 (12 중량 %) 및 또한 0.1-5 중량 % CuO. 본 발명의 유전체 소재는 어떠한 형태의 납도 함유하지 않으며 어떤 형태의 카드뮴도 함유하지 않는다.
본 발명의 유전체 소재는 다음 중 어느 것 또는 모두와 함께 본 명세서에 개시된 적어도 하나의 호스트 소재의 20-50 중량 % 를 포함할 수 있다: 45-70 중량 % SiO2 0.1-5 중량 % CaCO3; 0.1-8 중량 % H3BO3; 0.1-5 중량 % Li2CO3; 0.1-5 중량 % CuO; 0-5 중량 % LiF; 0-5 중량 % CaF2 및 0-5 중량 % 붕산아연.
본 발명의 유전체 소재는 다음 중 어느 것 또는 모두와 함께 본 명세서에 개시된 적어도 하나의 호스트 소재의 40-60 중량 % 를 포함할 수 있다: 30-50 중량 % CaTiO3; 0-5 중량 % SiO2; 0.1-5 중량 % CaCO3; 0.1-8 중량 % H3BO3; 0.1-5 중량 % Li2CO3; 0-5 중량 % CuO; 0-5 중량 % LiF; 0-5 중량 % CaF2 및 0-5 중량 % 붕산아연, 무연 및 무카드뮴.
본 발명의 일 실시예는 소성 시, 다음을 포함하는 무연 및 무가드뮴 유전체 소재를 형성하는, 전구체의 혼합물을 포함하는 무연 및 무카드뮴 조성물이다: (a) 0-40 중량 % ZnO, (b) 0-30 중량 % MgO, (c) 0-5 중량 % MnO, (d) 55-90 중량 % SiO2, (e) 0-5 중량 % CaO, (f) 0-5 중량 % TiO2, (g) 0.1-5 중량 % B2O3, (h) 0.1-5 중량 % Li2O, (i) 0.1-5 중량 % CuO, (j) 0-5 중량 % CaF2, (k) 0-5 중량 % LiF, 무연 및 무카드뮴.
본 발명의 일 실시예는 소성 시, 다음을 포함하는 무연 및 무가드뮴 유전체 소재를 형성하는, 전구체의 혼합물을 포함하는 무연 및 무카드뮴 조성물이다: (a) 45-80 중량 % ZnO, (b) 0-20 중량 % MgO, (c) 0-5 중량 % MnO, (d) 15-40 중량 % SiO2, (e) 0-5 중량 % CaO, (f) 0-5 중량 % TiO2, (g) 0.1-8 중량 % B2O3, (h) 0-5 중량 % Li2O, (i) 0.1-5 중량 % CuO,
본 발명의 임의의 실시예에 대해, 0 으로 한정된 소재 범위는 하단에서 0.01 % 또는 0.1 % 로 한정된 유사한 범위에 대한 지지를 제공하는 것으로 간주된다.
본 발명의 일 실시예는 소성 시, 다음을 포함하는 무연 및 무가드뮴 유전체 소재를 형성하는, 전구체의 혼합물을 포함하는 무연 및 무카드뮴 조성물이다: (a) 0-25 중량 % ZnO, (b) 40-70 중량 % MgO, (c) 0-5 중량 % MnO, (d) 15-55 중량 % SiO2, (f) 0-5 중량 % CaO, (g) 0-5 중량 % TiO2, (h) 0.1-8 중량 % B2O3, (i) 0-5 중량 % Li2O, (j) 0.1-5 중량 % CuO, (k) 0-5 중량 % CaF2, (l) 0-5 중량 % LiF, 또는 전술한 것의 등가물, 무연 및 무카드뮴.
본 발명의 다양한 실시예에서 유전체 조성물은 0.3-4 중량 % CaF2, 0.5-4 중량 % H3BO3, 0.1-4 중량 % Li2CO3 및 0.1-1 중량 % CuO, 또는 전술한 것의 등가물과 함께 본 명세서의 다른 곳에 개시된 임의의 호스트 물질을 포함 할 수 있다.
한 실시예에서, 유전체 조성물은 1-30 중량 % SiO2, 0.3-4 중량 % CaCO3, 0.5-4 중량 % H3BO3, 0.1-4 중량 % Li2CO3, 및 0.1-1 중량 % CuO, 또는 전술한 것의 등가물과 함께 본 명세서의 다른 곳에 개시된 임의의 호스트 소재를 포한한다.
또 다른 실시예에서, 유전체 조성물은 55-75 중량 % SiO2, 0.3-4 중량 % CaF2, 0.5-4 중량 % H3BO3, 0.1-4 중량 % Li2CO3, 및 0.1-1 중량 % CuO, 또는 전술한 것의 등가물과 함께 본 명세서의 다른 곳에 개시된 임의의 호스트 소재를 포한한다.
추가 실시예에서. 유전체 조성물은 2-50 중량 % CaTiO3, 0.3-4 중량 % CaCO3, 0.5-4 중량 % H3BO3, 0.1-4 중량 % Li2CO3 및 0.1-1 중량 % CuO, 또는 전술한 것의 등가물과 함께 본 명세서의 다른 곳에 개시된 임의의 호스트 소재를 포한한다.
또 다른 실시예에서, 유전체 조성물은 2-50 중량 % CaTiO3, 0.3-4 중량 % CaF2, 0.5-4 중량 % H3BO3, 0.1-4 중량 % Li2CO3, 및 0.1-1 중량 % CuO, 또는 전술한 것의 등가물과 함께 본 명세서의 다른 곳에 개시된 임의의 호스트 소재를 포한한다.
또 다른 실시예에서, 유전체 조성물은 0.3-4 중량 % CaCO3, 0.5-4 중량 % H3BO3, 0.1-4 중량 % Li2CO3, 및 0.1-3 중량 % CuO, 또는 전술한 것의 등가물과 함께 본 명세서의 다른 곳에 개시된 임의의 호스트 소재를 포한한다.
또 다른 실시예에서, 유전체 조성물은 0-6 중량 % 붕산, 2-12 중량 % 붕산아연, 0.2-3 중량 % LiF, 및 0.1-3 중량 % CuO, 또는 전술한 것의 등가물과 함께 본 명세서의 다른 곳에 개시된 임의의 호스트 소재를 포한한다.
또 다른 실시예에서, 유전체 조성물은 2-50 중량 % CaTiO3, 2-12 중량 % 붕산아연, 0.2-3 중량 % LiF, 및 0.1-3 중량 % CuO, 또는 전술한 것의 등가물과 함께 본 명세서의 다른 곳에 개시된 임의의 호스트 소재를 포한한다.
또 다른 실시예에서, 유전체 조성물은 0.3-4 중량 % CaCO3, 0.5-4 중량 % H3BO3, 0.1-4 중량 % Li2CO3, 및 0.1-1 중량 % CuO, 또는 전술한 것의 등가물과 함께 본 명세서의 다른 곳에 개시된 임의의 호스트 소재를 포한한다.
또 다른 실시예에서, 유전체 조성물은 8-30 중량 % SiO2, 0.3-4 중량 % CaF2, 0.5-4 중량 % H3BO3, 0.1-4 중량 % Li2CO3, 및 0.1-1 중량 % CuO, 또는 전술한 것의 등가물과 함께 본 명세서의 다른 곳에 개시된 임의의 호스트 소재를 포한한다.
또 다른 실시예에서, 유전체 조성물은 55-75 중량 % SiO2, 0.3-4 중량 % CaCO3, 0.5-4 중량 % H3BO3, 0.1-4 중량 % Li2CO3, 및 0.1-1 중량 % CuO, 또는 전술한 것의 등가물과 함께 본 명세서의 다른 곳에 개시된 임의의 호스트 소재를 포한한다.
또 다른 실시예에서, 유전체 조성물은 2-50 중량 % CaTiO3, 0.3-4 중량 % CaF2, 0.5-4 중량 % H3BO3, 0.1-4 중량 % Li2CO3, 및 0.1-1 중량 % CuO, 또는 전술한 것의 등가물과 함께 본 명세서의 다른 곳에 개시된 임의의 호스트 소재를 포한한다.
또 다른 실시예에서, 유전체 조성물은 2-50 중량 % CaTiO3, 0.3-4 중량 % CaCO3, 0.5-4 중량 % H3BO3, 0.1-4 중량 % Li2CO3, 및 0.1-1 중량 % CuO, 또는 전술한 것의 등가물과 함께 본 명세서의 다른 곳에 개시된 임의의 호스트 소재를 포한한다.
또 다른 실시예에서, 유전체 조성물은 0.3-4 중량 % CaF2, 0.5-4 중량 % H3BO3, 0.1-4 중량 % LiF, 및 0.1-1 중량 % CuO, 또는 전술한 것의 등가물과 함께 본 명세서의 다른 곳에 개시된 임의의 호스트 소재를 포한한다.
또 다른 실시예에서, 유전체 조성물은 8-30 중량 % SiO2, 0.3-4 중량 % CaCO3, 0.5-4 중량 % H3BO3, 0.1-4 중량 % LiF, 및 0.1-1 중량 % CuO, 또는 전술한 것의 등가물과 함께 본 명세서의 다른 곳에 개시된 임의의 호스트 소재를 포한한다.
또 다른 실시예에서, 유전체 조성물은 55-75 중량 % SiO2, 0.3-4 중량 % CaF2, 0.5-4 중량 % H3BO3, 0.1-4 중량 % LiF, 및 0.1-1 중량 % CuO, 또는 전술한 것의 등가물과 함께 본 명세서의 다른 곳에 개시된 임의의 호스트 소재를 포한한다.
또 다른 실시예에서, 유전체 조성물은 2-50 중량 % CaTiO3, 0.3-4 중량 % CaCO3, 0.5-4 중량 % H3BO3, 0.1-4 중량 % LiF, 및 0.1-1 중량 % CuO, 또는 전술한 것의 등가물과 함께 본 명세서의 다른 곳에 개시된 임의의 호스트 소재를 포한한다.
또 다른 실시예에서, 유전체 조성물은 2-50 중량 % CaTiO3, 0.3-4 중량 % CaF2, 0.5-4 중량 % H3BO3, 0.1-4 중량 % LiF, 및 0.1-1 중량 % CuO, 또는 전술한 것의 등가물과 함께 본 명세서의 다른 곳에 개시된 임의의 호스트 소재를 포한한다.
또 다른 실시예에서, 유전체 조성물은 0-4 중량 % CaCO3, 0.5-4 중량 % H3BO3, 0-4 중량 % LiF, 및 0.1-1 중량 % CuO, 또는 전술한 것의 등가물과 함께 본 명세서의 다른 곳에 개시된 임의의 호스트 소재를 포한한다.
또 다른 실시예에서, 유전체 조성물은 8-30 중량 % SiO2, 0.3-4 중량 % CaF2, 0.5-4 중량 % H3BO3, 0.1-4 중량 % LiF, 및 0.1-1 중량 % CuO, 또는 전술한 것의 등가물과 함께 본 명세서의 다른 곳에 개시된 임의의 호스트 소재를 포한한다.
또 다른 실시예에서, 유전체 조성물은 55-75 중량 % SiO2, 0.3-4 중량 % CaCO3, 0.5-4 중량 % H3BO3, 0.1-4 중량 % LiF, 및 0.1-1 중량 % CuO, 또는 전술한 것의 등가물과 함께 본 명세서의 다른 곳에 개시된 임의의 호스트 소재를 포한한다.
또 다른 실시예에서, 유전체 조성물은 2-50 중량 % CaTiO3, 0.3-4 중량 % CaF2, 0.5-4 중량 % H3BO3, 0.1-4 중량 % LiF, 및 0.1-1 중량 % CuO, 또는 전술한 것의 등가물과 함께 본 명세서의 다른 곳에 개시된 임의의 호스트 소재를 포한한다.
또 다른 실시예에서, 유전체 조성물은 2-50 중량 % CaTiO3, 0.3-4 중량 % CaCO3, 0.5-4 중량 % H3BO3, 0.1-4 중량 % LiF, 및 0.1-1 중량 % CuO, 또는 전술한 것의 등가물과 함께 본 명세서의 다른 곳에 개시된 임의의 호스트 소재를 포한한다.
0 중량 %로 한정된 각 조성 범위에 대해, 범위는 또한 0.01 중량 % 또는 0.1 중량 % 의 하한을 갖는 범위를 교시하는 것으로 간주된다. 60-90 중량 % Ag + Pd + Pt + Au 와 같은 교시는 명명된 성분의 일부 또는 전부가 명시된 범위에서 조성물에 존재할 수 있음을 의미한다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 소성 전, 본원의 다른 곳에서 개시된 임의의 호스트 소재를 포함하는 무연 및 무카드뮴 유전체 조성물에 관한 것이다
또 다른 실시예에서 본 발명은 소성 전, 다음을 포함하는 전도성 페이스트와 함께 본 명세서에 개시된 임의의 유전체 페이스트를 포함하는, 전기 또는 전자 부품에 관한 것이다: (a) 60-90 중량 % Ag + Pd + Pt + Au, (b) 전이 금속의 규화물, 탄화물, 질화물 및 붕화물로 구성된 군에서 선택된 첨가제의 1-10 중량 %, (c) 0.5-10 중량 % 의 적어도 하나의 유리 프릿 (frit), 및 (d) 10-40 중량 % 의 유기 부분. 전기 또는 전자 부품은 높은 Q 공진기, 대역 통과 필터, 무선 패키징 시스템 및 이들의 조합일 수 있다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 다음을 포함하는, 전자 부품을 형성하는 방법에 관한 것이다: 본 명세서에 개시된 임의의 유전체 페이스트를 기판에 적용하는 단계; 및 유전체 소재를 소결하기에 충분한 온도에서 상기 기판을 소성시키는 단계.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 본 명세서에 개시된 임의의 유전체 소재의 입자를 기판에 적용하는 단계; 및 유전체 소재를 소결하기에 충분한 온도에서 상기 기판을 소성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전자 부품을 형성하는 방법에 관한 것이다.
또 다른 실시예에서, 본 발명의 방법은 다음을 포함하는 전자 부품을 형성하는 단계를 포함한다:
(a1) 본 명세서에 개시된 임의의 유전체 조성물을 기판에 적용하는 단계; 또는
(a2) 본 명세서에 개시된 임의의 유전체 조성물을 포함하는 테이프를 기판에 적용하는 단계; 또는
(a3) 모놀리식 (monolithic) 복합 기판을 형성하기 위해 본 명세서에 개시된 임의의 유전체 조성물의 복수의 입자를 압축하는 단계; 및
(b) 유전체 소재를 소결하기에 충분한 온도에서 기판을 소성하는 단계.
본 발명에 따른 방법은 교대하는 층이 상이한 유전 상수를 갖는 다층-기판을 형성하기 위해 7 보다 큰 유전 상수를 갖는 본 명세서에 개시된 임의의 유전체 소재의 적어도 하나의 층을 7 보다 작은 유전 상수를 갖는 적어도 하나의 교대로 분리된 테이프 또는 페이스트 층과 조합하여 공동-소성하는 방법이다.
본 명세서의 각각의 수치 (백분율, 온도, 등) 는 "약" 이 앞에 있는 것으로 추정됨을 이해해야된다. 본 명세서의 임의의 실시예에서, 유전체 소재는 몰 % 또는 중량 %로 표현되는 임의의 비율, 예를 들어 1:99 내지 99:1 (결정질:비결정질) 로 상이한 상, 예를 들어 결정질 및 비결정질을 포함할 수 있다. 다른 비율에는 10:90, 20:80, 30:70, 40:60, 50:50, 60:40, 70:30, 80:20 및 90:10 뿐만 아니라 그 사이의 모든 값이 포함된다. 일 실시예에서 유전체 페이스트는 10-30 중량 % 결정질 유전체 및 70-90 중량 % 비정질 유전체를 포함한다.
본 발명의 상기 및 다른 특징은 이하에서 보다 완전하게 설명되고 특히 청구 범위에서 지적된다. 이하의 설명은 본 발명의 특정 예시적인 실시예를 상세히 설명하지만, 이들은 본 발명의 원리가 이용될 수 있는 다양한 방식 중 일부를 나타낸다.
본 발명은 유전체 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 GHz 고주파에서 매우 높은 Q 팩터로 유전 상수 K = 4 - 12 또는 최대 50의 값을 교대로 나타내고 귀금속 금속화와 함께 저온 동시-소성 세라믹 (LTCC) 응용 분야에 사용될 수 있는 아연-마그네슘-망간-규산염 기반 유전체 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 소성 전에, 아연-마그네슘-망간-실리콘 산화물 기반의 유전체 소재 또는 유전체 조성물을 포함하고, 다음을 포함하는 전도성 페이스트를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 또는 전자 부품을 제공한다:
(a) 60-90 중량 % 의 Ag + Pd + Pt + Au,
(b) 전이 금속의 규화물, 탄화물, 질화물 및 붕화물로 구성된 군에서 선택된 1-10 중량 % 의 첨가제,
(c) 0.5-10 중량 % 의 적어도 하나의 유리 프릿 (frit), 및
(d) 10-40 중량 % 의 유기 부분.
또한, 본 발명은 다음을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 부품을 형성하는 방법을 제공한다:
(a1) 본 명세서에 개시된 임의의 유전체 조성물을 기판에 적용하는 단계; 또는
(a2) 본 명세서에 개시된 임의의 유전체 조성물을 포함하는 테이프를 기판에 적용하는 단계; 또는
(a3) 모놀리식 (monolithic) 복합 기판을 형성하기 위해 본 명세서에 개시된 임의의 유전체 조성물의 복수의 입자를 압축하는 단계; 및
(b) 유전체 소재를 소결하기에 충분한 온도에서 기판을 소성하는 단계.
LTCC (저온 동시-소성 세라믹)는 상대적으로 낮은 소성 온도 (1000℃ 미만)에서 Ag, Au, Pt 또는 Pd, 또는 이들의 조합과 같은 저 저항 금속 전도체와 동시-소성되는 다-층의 유리 세라믹 기판 기술이다. 때로는 주성분이 유리와 알루미나 또는 다른 세라믹 필러로 구성될 수 있기 때문에 "유리 세라믹"이라고도 한다. 일부 LTCC 제형은 재결정 유리이다. 본원에서 유리는 어떤 상황에서 형성되거나 조성물에 첨가될 수 있는, 프릿의 형태로 제공될 수 있다. 어떤 상황에서는, 니켈 및 이의 합금과 같은 베이스 금속(base metals)이, 이상적으로는 10-12 내지 10-8 기압의 산소 분압과 같은, 비-산화성 분위기에서 사용될 수 있다. "베이스 금속 (base metal)" 은 금,은, 팔라듐 및 백금 이외의 금속이다. 금속 합금은 Mn, Cr, Co 및/또는 Al을 포함할 수 있다.
유전체 소재의 슬러리로부터 주조된 테이프가 절단되고, 층 사이의 전기적 연결을 가능하게 하기위해 바이어스 (vias) 라고 알려진 홀이 형성된다. 바이어스는 전도성 페이스트로 채워진다. 그런 다음 필요시 동시-소성 레지스터와 함께, 회로 패턴이 인쇄된다. 인쇄된 기판의 다층이 적층된다. 스택에 열과 압력을 가하여, 층을 서로 결합시킨다. 그런 다음 저온 (<1000℃) 소결이 수행된다. 소결된 스택은 최종 치수로 절단되고 필요에 따라 사후 처리가 완료된다.
자동차 분야에 유용한 다층 구조는 약 5 개의 세라믹 층, 예를 들어 3-7 또는 4-6 을 가질 수 있다. RF 분야에서, 구조는 10-25 개의 세라믹 층을 가질 수 ㅇ있다. 배선 기판으로 5-8 개의 세라믹 층이 사용될 수 있다.
유전체 페이스트. 유전체 층을 형성하기위한 페이스트는 본원에 개시된 바와 같이, 유기 비히클을 미가공 유전체 소재와 혼합함으로써 수득될 수 있다. 또한 전술한 바와 같이, 소성 시 이러한 산화물 및 복합 산화물로 전환되는 전구체 화합물 (탄산염, 질산염, 황산염, 인산염)도 유용다다. 유전체 소재는 이들 산화물 또는 이들 산화물의 전구체를 함유하는 화합물을 선택하고, 적절한 비율로 혼합함으로써 얻어진다. 상기 미가공 유전체 소재에서 이러한 화합물의 비율은 소성 후에 원하는 유전체 층 조성물이 얻어질 수 있도록 결정된다. 상기 미가공 유전체 소재 (본원의 다른 곳에 개시된 바와 같은)는 일반적으로 약 0.1 내지 약 3 마이크론, 보다 바람직하게는 약 1 마이크론 또는 그 미만의 평균 입자 크기를 갖는 분말 형태로 사용된다.
유기 비히클. 여기서 페이스트는 유기물 부분을 포함한다. 유기물 부분은 유기 용매 중의 결합제 또는 물 중의 결합제인 유기 비히클이거나 이를 포함한다. 본 명세서에서 사용된 결합제의 선택은 결정적인 것은 아니고; 에틸 셀룰로스, 폴리 비닐 부탄올, 에틸 셀룰로스 및 하이드 록시 프로필 셀룰로스와 같은 통상적인 결합제 및 이들의 조합물이 용매와 함께 적절하다. 상기 유기 용매 또한 결정적인 것은 아니고, 통상적인 유기 용매로부터 특정 적용 방법 (즉, 인쇄 또는 쉬팅)에 따라 선택될 수 있고, 예를 들어, 부틸 카르비톨, 아세톤, 톨루엔, 에탄올, 디에틸렌 글리콜 부틸 에테르; 2,2,4-트리메틸 펜탄디올 모노이소부티레이트(Texanol®); 알파-테르피네올; 베타-테르피네올; 감마 테르피네올; 트리데실 알콜; 디에틸렌 글리콜 에틸 에테르(Carbitol®), 디에틸렌 글리콜 부틸 에테르(Butyl Carbitol®) 및 프로필렌 글리콜; 및 이의 혼합물, Texanol® 상표하에 판매되는 제품은 Eastman Chemical Company, Kingsport, TN로부터 입수할 수 있고; Dowanol® 및 Carbitol® 상표하에 판매되는 것들은 Dow Chemical Co., Midland, MI로부터 입수 가능하다.
본 발명의 유전체 페이스트의 유기물 부분에는 특별한 제한이 부과되지 않는다. 일 실시예에서, 본 발명의 유전체 페이스트는 약 10 중량 % 내지 약 40 중량 %의 유기 비히클; 다른 하나는 약 10 중량 % 내지 약 30 중량 % 이다. 종종 페이스트는 약 1 내지 5 중량 %의 결합제 및 약 10 내지 50 중량 %의 유기 용매를 함유하며, 나머지는 유전체 성분 (고형분)이다. 일 실시예에서, 본 발명의 상기 유전체 페이스트는 다른 곳에 개시된 약 60 내지 약 90 중량 %의 고형분 및 이 단락 및 이전 단락에 기재된 약 10 중량 % 내지 약 40 중량 %의 유기물 부분을 포함한다. 원한다면, 본 발명의 페이스트는 분산제, 가소제, 유전체 화합물 및 절연성 화합물과 같은 다른 첨가제를 최대 약 10 중량 % 까지 함유할 수 있다.
필러 (충진제). 상이한 유전체 조성물의 테이프 층들 사이의 팽창 불일치를 최소화하기 위해, 코디어라이트, 알루미나, 지르콘, 용융 실리카, 알루미노실리케이트 및 이들의 조합과 같은 필러를 본 명세서의 하나 이상의 유전체 페이스트에 1-30 중량 %, 바람직하게는 2-20 중량 %,더욱 바람직하게는 2-15 중량 %의 양으로 첨가될 수 있다.
소성 (소결). 상기 유전체 스택 (둘 이상의 층)은 대기압에서 소성되고, 이는 내부 전극 층-형성 페이스트의 전도체의 유형에 따라 결정된다. 상기 내부 전극층이 니켈 및 니켈 합금과 같은 베이스 금속 전도체로 형성되는 경우, 상기 소성 분위기는 약 10-12 내지 약 10-8 atm의 산소 분압을 가질 수 있다. 약 10-12 atm 보다 낮은 분압에서의 소결은 피해야 하는데, 그러한 낮은 압력에서는 전도체가 비정상적으로 소결될 수 있고 유전체 층으로부터 분리될 수 있기 때문이다. 약 10-8 atm 이상의 산소 분압에서, 상기 내부 전극 층은 산화될 수 있다. 약 10-11 내지 약 10-9 atm의 산소 분압이 가장 바람직하다. 본 명세서에 개시된 유전체 조성물을 대기에서 소성하는 것도 가능하다. 그러나, 환원 분위기 (H2, N2 또는 H2/N2)는 유전체 페이스트에서 금속 비스무트 (bismuth)로 Bi2O3 를 바람직하지 않게 감소시킬 수 있다.
본 명세서에 개시된 LTCC 조성물 및 장치에 대한 적용분야는 대역 통과 필터 (고역 또는 저역 통과), 셀룰러 애플리케이션을 포함하는 통신용 무선 송신기 및 수신기, 전력 증폭기 모듈 (PAM), RF 프런트 엔드 모듈 (FEM), WiMAX2 모듈, LTE-고급 모듈, 전송 제어 장치 (TCU), 전자식 조향 장치 (EPS), 엔진 관리 시스템 (EMS), 다양한 센서 모듈, 레이더 모듈, 압력 센서, 카메라 모듈, 소형 아웃라인 튜너 모듈, 장치 및 부품용 씬 프로파일 모듈, 및 IC 테스터 보드를 포함한다. 대역 통과 필터에는 두 개의 주요 부품, 하나는 커패시터이고 다른 하나는 인덕터를 포함한다. 낮은 K 소재는 인덕터 설계에 적합하지만, 충분한 커패시턴스 (capacitance)를 생성하기 위해 더 많은 활성 영역에 대한 요구 때문에 커패시터 설계에는 적합하지 않다. 높은 K 소재는 그 반대의 결과를 가져올 것입니다. 발명자들은 최적의 성능을 갖도록 낮은 K (4-8) /중간 K (10-100) LTCC 소재가 동시-소성될 수 있고 단일 구성 요소에 넣을 수 있으며, 낮은 K 소재는 인덕터 영역을 설계하는 데 사용될 수 있으며 그리고 높은 K 소재는 커패시터 영역을 설계하는 데 사용될 수 있음을 발견했다.
실시예
다음 실시예는 본 발명의 바람직한 측면을 설명하기 위해 제공되며 본 발명의 범위를 제한하려는 의도는 아니다.
아래 표에서 알 수 있듯이, Mg(OH)2, ZnO, MnO 및 SiO2의 적절한 양을 혼합 한 다음 수성 매질에서 약 0.2 내지 1.5 ㎛의 입자 크기 D50으로 함께 분쇄한다. 이 슬러리는 MgO, ZnO, MnO 및 SiO2를 포함하는 호스트 소재를 형성하기 위해 약 800 내지 1250℃에서 약 1 내지 10 시간 동안 건조되고 소성된다. 생성된 호스트 소재는 기계적으로 분쇄되고 플럭싱제 (fluxing agents) 및 도펀트 (dopant)와 혼합되고 다시 수성 매질에서 약 0.5 내지 1.0 ㎛의 입자 크기 D50으로 분쇄된다. 분쇄된 세라믹 분말을 건조하고 분쇄하여 미세하게 분할된 분말을 생성한다. 생성된 분말은 원통형 펠릿으로 압축되고 약 880℃의 온도에서 약 30분 동안 소성된다. 제형은 중량 퍼센트로 제공된다.
중량 %의 호스트 조성물.
호스트 A B C D E F
ZnO 21.790 0.000 73.038 0.000 60.927 8.125
MgO 0.000 19.734 0.000 57.295 9.500 54.460
MnO 0.234 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
SiO2 77.976 80.266 26.962 42.705 29.573 37.415
중량 %의 유전체 제형.
제형 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
호스트 A 93.577 93.619 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
호스트 B 0.000 0.000 93.574 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
호스트 C 0.000 0.000 0.000 95.614 88.186 51.590 45.652 0.000 0.000 0.000 76.510 6.708 0.000 0.000
호스트 D 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 26.622 88.259 94.162 19.104 86.407 0.000 0.000
호스트 E 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 95.614 0.000
호스트 F 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 94.162
SiO2 0.000 0.000 0.000 0.180 0.000 0.000 51.089 66.743 0.000 0.000 0.180 0.000 0.180 0.000
CaCO3 0.488 0.000 0.491 2.055 0.000 0.492 0.488 0.491 0.000 0.475 2.055 0.000 2.055 0.475
H3BO3 2.997 2.999 2.997 1.276 0.000 3.011 1.184 2.997 5.371 2.305 1.276 0.000 1.276 2.305
Li2CO3 2.555 2.556 2.555 0.257 0.000 2.569 1.009 2.764 0.000 1.965 0.257 0.000 0.257 1.965
CuO 0.383 0.334 0.383 0.363 1.110 0.000 0.578 0.383 0.595 1.093 0.363 0.628 0.363 1.093
LiF 0.000 0.000 0.000 0.000 1.296 0.000 0.000 0.000 1.297 0.000 0.000 1.368 0.000 0.000
CaF2 0.000 0.492 0.000 0.255 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.255 0.000 0.255 0.000
붕산아연 0.000 0.000 0.000 0.000 9.408 0.000 0.000 0.000 4.478 0.000 0.000 4.889 0.000 0.000
CaTiO3 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 42.338 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
다음 표는 표 2에 제시된 제형의 특성 및 성능 데이터를 나타낸다.
880℃에서 30분 동안 소결한 후 제형 1-14에 대한 K 및 Qf 데이터:
제형 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
주파수 (GHz) 16.90 14.52 17.00 14.51 13.58 8.12 15.96 16.85 13.10 15.95 14.65 13.72 14.25 13.72
K 4.92 5.15 4.90 6.21 6.86 43.90 5.28 5.10 6.67 6.35 6.20 6.89 6.02 7.00
Qf 6,706 7,550 6,044 16,252 12,926 6,430 8,597 6,851 16,362 16,391 16,814 17,482 15,906 17,624
880℃에서 30분 동안 소결한 후 제형 1-14에 대한 중량 %의 조성물:
제형 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
ZnO 21.031 20.994 0.000 71.111 72.118 38.871 33.794 0.000 3.620 0.000 56.798 8.770 59.211 7.838
MgO 0.000 0.000 19.046 0.000 0.000 0.000 0.000 15.753 51.887 55.269 11.125 49.613 9.232 52.534
MnO 0.226 0.225 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
SiO2 75.260 75.129 77.469 26.250 23.875 14.349 64.254 80.671 39.449 41.195 29.442 38.719 28.923 36.092
CaO 0.282 0.000 0.284 1.172 0.000 18.300 0.277 0.284 0.000 0.273 1.170 0.000 1.170 0.273
TiO2 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 25.659 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
B2O3 1.740 1.738 1.740 0.731 1.592 1.749 0.676 1.743 3.103 1.329 0.730 0.826 0.730 1.329
Li2O 1.066 1.064 1.066 0.106 0.000 1.072 0.414 1.154 0.000 0.814 0.106 0.000 0.106 0.814
CuO 0.395 0.344 0.395 0.370 1.115 0.000 0.586 0.396 0.611 1.120 0.369 0.629 0.369 1.120
CaF2 0.000 0.506 0.000 0.260 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.259 0.000
LiF 0.000 0.000 0.000 0.000 1.301 0.000 0.000 0.000 1.331 0.000 0.259 1.371 0.000 0.000
본 발명은 다음 항목에 의해 추가로 정의된다.
항목 1: 소성 전, 하기를 포함하는 것을 특징으로 하는 무연 및 무카드뮴 유전체 소재:
(a) 하기의 호스트 I, 호스트 II, 호스트 III 및 호스트 IV로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 호스트 소재의 80-99 중량 %:
1. 호스트 I 구성:
i) 10-30 중량 % 의 ZnO,
ii) 0-10 중량 % 의 MgO,
iii) 65-90 중량 % 의 SiO2, 및
iv) 0-5 중량 % 의 MnO;
2. 호스트 II 구성
i) 10-30 중량 % 의 MgO,
ii) 0-10 중량 % 의 ZnO,
iii) 70-90 중량 % 의 SiO2, 및
iv) 0-5 중량 % 의 MnO;
3. 호스트 III 구성:
i) 50-85 중량 % 의 ZnO,
ii) 0-20 중량 % 의 MgO,
iii) 15-40 중량 % 의 SiO2, 및
iv) 0-5 중량 % 의 MnO; 및
4. 호스트 IV 구성:
i) 45-70 중량 % 의 MgO,
ii) 0-25 중량 % 의 ZnO,
iii) 30-55 중량 % 의 SiO2, 및
iv) 0-5 중량 % 의 MnO;
하기와 함께
(b) 0-5 중량 % 의 SiO2,
(c) 0-5 중량 % 의 CaCO3,
(d) 0-8 중량 % 의 H3BO3,
(e) 0-5 중량 % 의 Li2CO3,
(f) 0.1-5 중량 % 의 CuO,
(g) 0-5 중량 % 의 LiF,
(h) 0-5 중량 % 의 CaF2, 및
(i) 0-12 중량 % 의 붕산아연,
또는 전술한 것의 산화물 등가물, 무연 및 무카드뮴.
항목 2: 소성 전, 하기를 포함하는 것을 특징으로 하는 무연 및 무카드뮴 유전체 소재:
(a) 하기의 호스트 I, 호스트 II, 호스트 III 및 호스트 IV로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 호스트 소재의 20-50 중량 %:
1. 호스트 I 구성:
i) 10-30 중량 % 의 ZnO,
ii) 0-10 중량 % 의 MgO,
iii) 65-90 중량 % 의 SiO2, 및
iv) 0-5 중량 % 의 MnO;
2. 호스트 II 구성:
i) 10-30 중량 % 의 MgO,
ii) 0-10 중량 % 의 ZnO,
iii) 70-90 중량 % 의 SiO2, 및
iv) 0-5 중량 % 의 MnO;
3. 호스트 III 구성:
i) 50-85 중량 % 의 ZnO,
ii) 0-20 중량 % 의 MgO,
iii) 15-40 중량 % 의 SiO2, 및
iv) 0-5 중량 % 의 MnO; 및
4. 호스트 IV 구성:
i) 45-70 중량 % 의 MgO,
ii) 0-25 중량 % 의 ZnO,
iii) 30-55 중량 % 의 SiO2, 및
iv) 0-5 중량 % 의 MnO;
하기와 함께
(b) 45-70 중량 % 의 SiO2,
(c) 0.1-5 중량 % 의 CaCO3,
(d) 0.1-8 중량 % 의 H3BO3,
(e) 0.1-5 중량 % 의 Li2CO3,
(f) 0.1-5 중량 % 의 CuO,
(g) 0-5 중량 % 의 LiF,
(h) 0-5 중량 % 의 CaF2, 및
(i) 0-5 중량 % 의 붕산아연,
또는 전술한 것의 산화물 등가물, 무연 및 무카드뮴.
항목 3: 소성 전, 하기를 포함하는 것을 특징으로 하는 무연 및 무카드뮴 유전체 소재:
(a) 하기의 호스트 I, 호스트 II, 호스트 III 및 호스트 IV로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 호스트 소재의 40-60 중량 %:
1. 호스트 I 구성:
i) 10-30 중량 % 의 ZnO,
ii) 0-10 중량 % 의 MgO,
iii) 65-90 중량 % 의 SiO2, 및
iv) 0-5 중량 % 의 MnO;
2. 호스트 II 구성:
i) 10-30 중량 % 의 MgO,
ii) 0-10 중량 % 의 ZnO,
iii) 70-90 중량 % 의 SiO2, 및
iv) 0-5 중량 % 의 MnO;
3. 호스트 III 구성:
i) 50-85 중량 % 의 ZnO,
ii) 0-20 중량 % 의 MgO,
iii) 15-40 중량 % 의 SiO2, 및
iv) 0-5 중량 % 의 MnO; 및
4. 호스트 IV 구성:
i) 45-70 중량 % 의 MgO,
ii) 0-25 중량 % 의 ZnO,
iii) 30-55 중량 % 의 SiO2, 및
iv) 0-5 중량 % 의 MnO;
하기와 함께
(b) 30-50 중량 % 의 CaTiO3,
(c) 0-5 중량 % 의 SiO2,
(d) 0.1-5 중량 % 의 CaCO3,
(e) 0.1-8 중량 % 의 H3BO3,
(f) 0.1-5 중량 % 의 Li2CO3,
(g) 0-5 중량 % 의 CuO,
(h) 0-5 중량 % 의 LiF,
(i) 0-5 중량 % 의 CaF2, 및
(j) 0-5 중량 % 의 붕산아연,
또는 전술한 것의 산화물 등가물, 무연 및 무카드뮴.
항목 4: 항목 1 내지 항목 3 중 어느 한 항목에 있어서, 유전체 소재가 분말 형태인 것을 특징으로 하는 유전체 소재.
항목 5: 소성 시, 하기를 포함하는 무연 및 무카드뮴 유전체 소재를 형성하는, 전구체의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 무연 및 무카드뮴 조성물:
(a) 0-40 중량 % 의 ZnO,
(b) 0-30 중량 % 의 MgO,
(c) 0-5 중량 % 의 MnO,
(d) 55-90 중량 % 의 SiO2,
(e) 0-5 중량 % 의 CaO,
(f) 0-5 중량 % 의 TiO2,
(g) 0.1-5 중량 % 의 B2O3,
(h) 0.1-5 중량 % 의 Li2O,
(i) 0.1-5 중량 % 의 CuO,
(j) 0-5 중량 % 의 CaF2, 및
(k) 0-5 중량 % 의 LiF,
무연 및 무카드뮴.
항목 6: 소성 시, 하기를 포함하는 무연 및 무카드뮴 유전체 소재를 형성하는, 전구체의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 무연 및 무카드뮴 조성물:
(a) 30-50 중량 % 의 ZnO,
(b) 0-10 중량 % 의 MgO,
(c) 0-5 중량 % 의 MnO,
(d) 5-25 중량 % 의 SiO2,
(e) 8-28 중량 % 의 CaO,
(f) 15-35 중량 % 의 TiO2,
(g) 0.1-5 중량 % 의 B2O3,
(h) 0.1-5 중량 % 의 Li2O,
(i) 0-5 중량 % 의 CuO,
(j) 0-5 중량 % 의 CaF2,
(k) 0-5 중량 % 의 LiF,
무연 및 무카드뮴.
항목 7: 소성 시, 하기를 포함하는 무연 및 무카드뮴 유전체 소재를 형성하는, 전구체의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 무연 및 무카드뮴 조성물:
(a) 45-80 중량 % 의 ZnO,
(b) 0-20 중량 % 의 MgO,
(c) 0-5 중량 % 의 MnO,
(d) 15-40 중량 % 의 SiO2,
(e) 0-5 중량 % 의 CaO,
(f) 0-5 중량 % 의 TiO2,
(g) 0.1-8 중량 % 의 B2O3,
(h) 0-5 중량 % 의 Li2O,
(i) 0.1-5 중량 % 의 CuO,
(j) 0-5 중량 % 의 CaF2,
(k) 0-5 중량 % 의 LiF,
무연 및 무카드뮴.
항목 8: 소성 시, 하기를 포함하는 무연 및 무카드뮴 유전체 소재를 형성하는, 전구체의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 무연 및 무카드뮴 조성물:
(a) 0-25 중량 % 의 ZnO,
(b) 40-70 중량 % 의 MgO,
(c) 0-5 중량 % 의 MnO,
(d) 15-55 중량 % 의 SiO2,
(e) 0-5 중량 % 의 CaO,
(f) 0-5 중량 % 의 TiO2,
(g) 0.1-8 중량 % 의 B2O3,
(h) 0-5 중량 % 의 Li2O,
(i) 0.1-5 중량 % 의 CuO,
(j) 0-5 중량 % 의 CaF2,
(k) 0-5 중량 % 의 LiF,
무연 및 무카드뮴.
항목 9: 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 소재 또는 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 조성물은, 소성 후, 1GHz 이상에서 측정할 때 적어도 5000의 Qf 값을 나타내는 것을 특징으로 하는 무연 및 무카드뮴 유전체 소재 또는 유전체 조성물.
항목 10: 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 소재 또는 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 조성물은, 3-50의 유전 상수 K를 나타내는 것을 특징으로 하는 무연 및 무카드뮴 유전체 소재 또는 유전체 조성물.
항목 11: 소성 전, 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 무연 및 무카드뮴 유전체 소재 또는 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 유전체 조성물을 포함하고, 다음을 포함하는 전도성 페이스트를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 또는 전자 부품:
a. 60-90 중량 % 의 Ag + Pd + Pt + Au,
b. 전이 금속의 규화물, 탄화물, 질화물 및 붕화물로 구성된 군에서 선택된
1-10 중량 % 의 첨가제,
c. 0.5-10 중량 % 의 적어도 하나의 유리 프릿 (frit), 및
d. 10-40 중량 % 의 유기 부분.
항목 12: 항목 10에 있어서, 상기 전기 또는 전자 부품은 높은 Q 공진기, 전-자기 간섭 필터, 대역 통과 필터, 무선 패키징 시스템 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 전기 또는 전자 부품.
항목 13: 하기의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 부품을 형성하는 방법:
(a1) 항목 1 내지 항목 4 중 어느 한 항목에 있어서의 유전체 소재 또는 항목 5 내지 항목 8 중 어느 한 항목에 있어서의 유전체 조성물을 기판에 적용하는 단계; 또는
(a2) 항목 1 내지 항목 4 중 어느 한 항목에 있어서의 유전체 소재 또는 항목 5 내지 항목 8 중 어느 한 항목에 있어서의 유전체 조성물을 포함하는 테이프 (tape)를 기판에 적용하는 단계; 또는
(a3) 모놀리식 (monolithic) 복합 기판을 형성하기 위해 항목 1 내지 항목 4 중 어느 한 항목에 있어서의 유전체 소재 또는 항목 5 내지 항목 8 중 어느 한 항목에 있어서의 유전체 조성물의 복수의 입자를 압축하는 단계; 및
(b) 유전체 소재를 소결하기에 충분한 온도에서 기판을 소성하는 단계.
항목 14: 항목 13에 있어서, 상기 소성하는 단계는 약 800℃ 내지 약 900℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
항목 15: 교대하는 층이 상이한 유전 상수를 갖는 다층-기판을 형성하기 위해 유전 상수가 7보다 작은 항목 1 내지 항목 4 중 어느 한 항목에 있어서의 유전체 소재 또는 항목 5 내지 항목 8 중 어느 한 항목에 있어서의 유전체 조성물의 적어도 하나의 층을 7보다 큰 유전 상수를 갖는 적어도 하나의 교대로 분리된 테이프 또는 페이스트 층과 조합하여 동시-소성하는 것을 특징으로 하는 방법.
항목 16: 항목 15에 있어서, 상기 소성하는 단계는 약 800℃ 내지 약 900℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
추가 장점 및 수정은 당업자에게 쉽게 발생할 수 있다. 따라서, 더 넓은 측면에서 본 발명은 여기에 도시되고 설명된 특정 세부 사항 및 예시적인 에에 제한되지 않는다. 따라서, 첨부된 청구범위 및 그 균등물에 의해 정의된 일반적인 발명 개념의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 다양한 수정이 이루어질 수 있다.

Claims (16)

  1. 소성 전, 하기를 포함하는 것을 특징으로 하는 무연 및 무카드뮴 유전체 소재:
    (a) 하기의 호스트 I, 호스트 II, 호스트 III 및 호스트 IV로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 호스트 소재의 80-99 중량 %:
    1. 호스트 I 구성:
    i) 10-30 중량 % 의 ZnO,
    ii) 0-10 중량 % 의 MgO,
    iii) 65-90 중량 % 의 SiO2, 및
    iv) 0-5 중량 % 의 MnO;
    2. 호스트 II 구성
    i) 10-30 중량 % 의 MgO,
    ii) 0-10 중량 % 의 ZnO,
    iii) 70-90 중량 % 의 SiO2, 및
    iv) 0-5 중량 % 의 MnO;
    3. 호스트 III 구성:
    i) 50-85 중량 % 의 ZnO,
    ii) 0-20 중량 % 의 MgO,
    iii) 15-40 중량 % 의 SiO2, 및
    iv) 0-5 중량 % 의 MnO; 및
    4. 호스트 IV 구성:
    i) 45-70 중량 % 의 MgO,
    ii) 0-25 중량 % 의 ZnO,
    iii) 30-55 중량 % 의 SiO2, 및
    iv) 0-5 중량 % 의 MnO;
    하기와 함께
    (b) 0-5 중량 % 의 SiO2,
    (c) 0-5 중량 % 의 CaCO3,
    (d) 0-8 중량 % 의 H3BO3,
    (e) 0-5 중량 % 의 Li2CO3,
    (f) 0.1-5 중량 % 의 CuO,
    (g) 0-5 중량 % 의 LiF,
    (h) 0-5 중량 % 의 CaF2, 및
    (i) 0-12 중량 % 의 붕산아연,
    또는 전술한 것의 산화물 등가물.
  2. 소성 전, 하기를 포함하는 것을 특징으로 하는 무연 및 무카드뮴 유전체 소재:
    (a) 하기의 호스트 I, 호스트 II, 호스트 III 및 호스트 IV로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 호스트 소재의 20-50 중량 %:
    1. 호스트 I 구성:
    i) 10-30 중량 % 의 ZnO,
    ii) 0-10 중량 % 의 MgO,
    iii) 65-90 중량 % 의 SiO2, 및
    iv) 0-5 중량 % 의 MnO;
    2. 호스트 II 구성:
    i) 10-30 중량 % 의 MgO,
    ii) 0-10 중량 % 의 ZnO,
    iii) 70-90 중량 % 의 SiO2, 및
    iv) 0-5 중량 % 의 MnO;
    3. 호스트 III 구성:
    i) 50-85 중량 % 의 ZnO,
    ii) 0-20 중량 % 의 MgO,
    iii) 15-40 중량 % 의 SiO2, 및
    iv) 0-5 중량 % 의 MnO; 및
    4. 호스트 IV 구성:
    i) 45-70 중량 % 의 MgO,
    ii) 0-25 중량 % 의 ZnO,
    iii) 30-55 중량 % 의 SiO2, 및
    iv) 0-5 중량 % 의 MnO;
    하기와 함께
    (b) 45-70 중량 % 의 SiO2,
    (c) 0.1-5 중량 % 의 CaCO3,
    (d) 0.1-8 중량 % 의 H3BO3,
    (e) 0.1-5 중량 % 의 Li2CO3,
    (f) 0.1-5 중량 % 의 CuO,
    (g) 0-5 중량 % 의 LiF,
    (h) 0-5 중량 % 의 CaF2, 및
    (i) 0-5 중량 % 의 붕산아연,
    또는 전술한 것의 산화물 등가물.
  3. 소성 전, 하기를 포함하는 것을 특징으로 하는 무연 및 무카드뮴 유전체 소재:
    (a) 하기의 호스트 I, 호스트 II, 호스트 III 및 호스트 IV로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 호스트 소재의 40-60 중량 %:
    1. 호스트 I 구성:
    i) 10-30 중량 % 의 ZnO,
    ii) 0-10 중량 % 의 MgO,
    iii) 65-90 중량 % 의 SiO2, 및
    iv) 0-5 중량 % 의 MnO;
    2. 호스트 II 구성:
    i) 10-30 중량 % 의 MgO,
    ii) 0-10 중량 % 의 ZnO,
    iii) 70-90 중량 % 의 SiO2, 및
    iv) 0-5 중량 % 의 MnO;
    3. 호스트 III 구성:
    i) 50-85 중량 % 의 ZnO,
    ii) 0-20 중량 % 의 MgO,
    iii) 15-40 중량 % 의 SiO2, 및
    iv) 0-5 중량 % 의 MnO; 및
    4. 호스트 IV 구성:
    i) 45-70 중량 % 의 MgO,
    ii) 0-25 중량 % 의 ZnO,
    iii) 30-55 중량 % 의 SiO2, 및
    iv) 0-5 중량 % 의 MnO;
    하기와 함께
    (b) 30-50 중량 % 의 CaTiO3,
    (c) 0-5 중량 % 의 SiO2,
    (d) 0.1-5 중량 % 의 CaCO3,
    (e) 0.1-8 중량 % 의 H3BO3,
    (f) 0.1-5 중량 % 의 Li2CO3,
    (g) 0-5 중량 % 의 CuO,
    (h) 0-5 중량 % 의 LiF,
    (i) 0-5 중량 % 의 CaF2, 및
    (j) 0-5 중량 % 의 붕산아연,
    또는 전술한 것의 산화물 등가물.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 유전체 소재가 분말 형태인 것을 특징으로 하는 유전체 소재.
  5. 소성 시, 하기를 포함하는 무연 및 무카드뮴 유전체 소재를 형성하는, 전구체의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 무연 및 무카드뮴 조성물:
    (a) 0-40 중량 % 의 ZnO,
    (b) 0-30 중량 % 의 MgO,
    (c) 0-5 중량 % 의 MnO,
    (d) 55-90 중량 % 의 SiO2,
    (e) 0-5 중량 % 의 CaO,
    (f) 0-5 중량 % 의 TiO2,
    (g) 0.1-5 중량 % 의 B2O3,
    (h) 0.1-5 중량 % 의 Li2O,
    (i) 0.1-5 중량 % 의 CuO,
    (j) 0-5 중량 % 의 CaF2, 및
    (k) 0-5 중량 % 의 LiF.
  6. 소성 시, 하기를 포함하는 무연 및 무카드뮴 유전체 소재를 형성하는, 전구체의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 무연 및 무카드뮴 조성물:
    (a) 30-50 중량 % 의 ZnO,
    (b) 0-10 중량 % 의 MgO,
    (c) 0-5 중량 % 의 MnO,
    (d) 5-25 중량 % 의 SiO2,
    (e) 8-28 중량 % 의 CaO,
    (f) 15-35 중량 % 의 TiO2,
    (g) 0.1-5 중량 % 의 B2O3,
    (h) 0.1-5 중량 % 의 Li2O,
    (i) 0-5 중량 % 의 CuO,
    (j) 0-5 중량 % 의 CaF2,
    (k) 0-5 중량 % 의 LiF.
  7. 소성 시, 하기를 포함하는 무연 및 무카드뮴 유전체 소재를 형성하는, 전구체의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 무연 및 무카드뮴 조성물:
    (a) 45-80 중량 % 의 ZnO,
    (b) 0-20 중량 % 의 MgO,
    (c) 0-5 중량 % 의 MnO,
    (d) 15-40 중량 % 의 SiO2,
    (e) 0-5 중량 % 의 CaO,
    (f) 0-5 중량 % 의 TiO2,
    (g) 0.1-8 중량 % 의 B2O3,
    (h) 0-5 중량 % 의 Li2O,
    (i) 0.1-5 중량 % 의 CuO,
    (j) 0-5 중량 % 의 CaF2,
    (k) 0-5 중량 % 의 LiF.
  8. 소성 시, 하기를 포함하는 무연 및 무카드뮴 유전체 소재를 형성하는, 전구체의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 무연 및 무카드뮴 조성물:
    (a) 0-25 중량 % 의 ZnO,
    (b) 40-70 중량 % 의 MgO,
    (c) 0-5 중량 % 의 MnO,
    (d) 15-55 중량 % 의 SiO2,
    (e) 0-5 중량 % 의 CaO,
    (f) 0-5 중량 % 의 TiO2,
    (g) 0.1-8 중량 % 의 B2O3,
    (h) 0-5 중량 % 의 Li2O,
    (i) 0.1-5 중량 % 의 CuO,
    (j) 0-5 중량 % 의 CaF2,
    (k) 0-5 중량 % 의 LiF.
  9. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항 또는 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 소성 후, 1GHz 이상에서 측정할 때 적어도 5000의 Qf 값을 나타내는 것을 특징으로 하는 무연 및 무카드뮴 유전체 소재 또는 유전체 조성물.
  10. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항 또는 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 3-50의 유전 상수 K를 나타내는 것을 특징으로 하는 무연 및 무카드뮴 유전체 소재 또는 유전체 조성물.
  11. 소성 전, 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 무연 및 무카드뮴 유전체 소재 또는 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 유전체 조성물을 포함하고, 하기를 포함하는 전도성 페이스트를 함께 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기 또는 전자 부품:
    (a) 60-90 중량 % 의 Ag + Pd + Pt + Au,
    (b) 전이 금속의 규화물, 탄화물, 질화물 및 붕화물로 구성된 군에서 선택된
    1-10 중량 % 의 첨가제,
    (c) 0.5-10 중량 % 의 적어도 하나의 유리 프릿 (frit), 및
    (d) 10-40 중량 % 의 유기 부분.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 전기 또는 전자 부품은 높은 Q 공진기, 전-자기 간섭 필터, 대역 통과 필터, 무선 패키징 시스템 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 전기 또는 전자 부품.
  13. 하기의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 부품을 형성하는 방법:
    (a1) 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 유전체 소재 또는 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 유전체 조성물을 기판에 적용하는 단계; 또는
    (a2) 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 유전체 소재 또는 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 유전체 조성물을 포함하는 테이프 (tape)를 기판에 적용하는 단계; 또는
    (a3) 모놀리식 (monolithic) 복합 기판을 형성하기 위해 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 유전체 소재 또는 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 유전체 조성물의 복수의 입자를 압축하는 단계; 및
    (b) 유전체 소재를 소결하기에 충분한 온도에서 기판을 소성하는 단계.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 소성하는 단계는 약 800℃ 내지 약 900℃ 의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 교대하는 층이 상이한 유전 상수를 갖는 다층-기판을 형성하기 위해 유전 상수가 7보다 작은 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 유전체 소재 또는 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 유전체 조성물의 적어도 하나의 층을 7보다 큰 유전 상수를 갖는 적어도 하나의 교대로 분리된 테이프 또는 페이스트 층과 조합하여 동시-소성하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 동시-소성하는 방법은 약 800℃ 내지 약 900℃ 의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
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