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KR970001058B1 - 고주파용 유전체 조성물 - Google Patents

고주파용 유전체 조성물

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KR970001058B1
KR970001058B1 KR1019960050580A KR19960050580A KR970001058B1 KR 970001058 B1 KR970001058 B1 KR 970001058B1 KR 1019960050580 A KR1019960050580 A KR 1019960050580A KR 19960050580 A KR19960050580 A KR 19960050580A KR 970001058 B1 KR970001058 B1 KR 970001058B1
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South Korea
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high frequency
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정형진
김현재
김경용
윤석진
윤상옥
데쯔로우 나까무라
미쯔루 이또오
요시유끼 이나구마
Original Assignee
한국과학기술연구원
김은영
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    • H01B3/12—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of inorganic substances ceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

내용없음.

Description

고주파용 유전체 조성물
제1도는 본 발명에 따른 유전체 조성물의 조성범위를 보여주는 조성 상태도.
제2도는 본 발명에 따른 유전체의 조성 변화에 따른 공진 주파수의 온도 계수 변화를 나타내는 그래프.
[발명의 목적]
[발명이 속하는 기술 분야 그 분야의 종래기술]
본 발명은 높은 품질 계수(Q값)와 유전율을 가지며 또한 공진 주파수의 온도계수가 양호한 고주파용 유전체 자기 조성물에 관한 것이다.
최근, 무선 전화기, 자동차 전화기 등의 이동 통신, 위성 방송, 위성 통신등에 주파수 대역이 300MHz 내지 300GHz인 마이크로파를 이용한 통신 시스템이 현저하게 발전하고 있으며, 이러한 뉴미디어의 실용화를 위해 공진기, 대역 통과(또는 저지) 필터 마이크로파 집적 회로(MIC)등에 고주파용 유전체 세라믹스의 응용이 크게 증대되고 있다. 이러한 고주파용 유전체가 통신 시스템에 사용되기 위해서는, (1) 유전체 내에서 마이크로파의 파장은 유전율의 1/2 승에 반비례하므로 부품의 소형화를 위해서는 유전율이 커야 하고, (2) 유전 손실은 주파수에 비례하여 증가되므로 고성능화를 위해서는 Q값(즉, 유전 손실의 역수)이 높아야 하며, (3) 유전체 공진기의 공진 주파수의 온도 계수가 작아야 한다[워싱(W.Wersing)의 Electronic Ceramics(B.C.H.Steele 편저), 67페이지, 미합중국 뉴욕주 소재 Elsevier Sci. Pub. Co.(1991) 참조]. 또한, 통신 시스템에 사용되는 고주파용 유전체는 경시 변화가 작고, 열전도율이 커야 하며, 기계적 강도가 양호해야 한다.
지금까지 개발된 유전체로는, Ba(M+2 1/3M+5 2/3))O3(M+2=Mg, Zn, M+5=Ta, Nb)계, Ba2Ti9O20계 및 (Zr,Sn)TiO4계를 들 수 있는데, 이러한 유형의 유전체는 유전율이 40 이하이지만 유전 손실이 낮다. 또다른 예로는, BaO-Sm2O3-TiO2계, (Ba,Pb) O-Nd2O3-TiO2계 및 (Pb,Ca)ZrO3계를 들 수 있는데, 이 유전체의 유전 손실은 비교적 크지만(Qxfo(GHz)10,000) 유전율이 80 이상인 것으로 알려져 있다[상기 워싱 문헌; 및 J. Kato, JEE, Sep., 114-118(1981)참조].
일반적으로, 유전율이 큰 재료는 유전체 내부의 쌍극자와 결함 등으로 인하여 유전 손실과 공진 주파수의 온도 계수가 증가하게 되는데, 고주파용 유전체는 우선적으로 공진 주파수의 온도 계수가 안정하여야 응용이 가능하다.
SrTiO3의 경우, 2 GHz에서 유전율은 255정도로 매우 높지만, 공진 주파수의 온도 계수가 +1,670ppm/℃로 매우 큰 문제점이 있다. 한편, La(Zn1-x/2Mgx/2Ti1/2)O3의 경우에는, 유전율은 28 내지 31 정도로 낮지만 Qxfo(GHz)가 80000 내지 91000 정도로 매우 높고, 공진 주파수의 온도 계수가 -55 내지 -70ppm/℃ 정도이다.
[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]
따라서, 본 발명의 목적은 유전율이 40 이상으로 크면서 유전 손실이 적은 고주파용 유전체 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 공진 주파수의 온도 계수를 조절할 수 있는 고주파용 유전체 조성물을 제공하는 것이다.
[발명의 구성 및 작용]
위와 같은 본 발명의 목적은 다음과 같은 조성식을 갖는 유전체 자기 조성물을 제공함으로써 달성된다.
식중, 0≤x≤0.99, 0.4≤y≤0.9
본 발명의 유전체 자기 조성물은 SrTiO3와 La(Zn1/2Ti1/2)O3및 La(Mg1/2Ti1/2) O3를 주성분으로 하는 페로브스카이트형 고용체로서 각 성분의 조성 범위는 제1도의 조성 상태도에 나타낸 바와 같다. 이러한 범위의 조성을 갖는 유전체 조성물은 공진 주파수의 온도 계수가 최대 +83.68ppm/℃, 최소 -55.52ppm/℃ 범위에 있으므로, 이 자체로서 또는 첨가제의 양을 변화시킴으로써 유전 손실이 적고 온도 특성이 양호한 마이크로파 유전체 자기를 얻을 수 있다.
본 발명의 유전체 자기 조성물의 특성은 SrTiO3의 양에 따라서 크게 변화된다. SrTiO3의 함량이 증가함에 따라 유전율은 30 내지 60의 범위에서 서서히 증가하지만, Qxfo(GHz)는 크게 감소하고, 공진 주파수의 온도 계수는 제2도에서 보는 바와 같이 -에서 +로 점진적으로 변화된다. 특히, SrTiO3의 함량이 0.45mol 부근에서는 유전율이 42.6 내지 46.5이고, Qxfo가 36,000 이상이며 공진 주파수의 온도 계수가 10ppm/℃ 이하인 우수한 마이크로파용 유전체 자기를 제조할 수 있다.
본 발명에 의한 유전체 자기 조성물은 출발 물질로서 예를 들어 SrCO3, La2O3, TiO2, ZnO 및 MgO를 사용하여 일반적으로 알려진 세라믹스 제조 공정으로 처리함으로써 제조할 수 있다. 구체적으로 설명하면, SrCO3, La2O3, TiO2, ZnO 및 MgO를 일정 조정비로 혼합한 분말을 대기 중에서 예를 들면 1,050℃의 온도에서 10시간 정도 하소한 후 분쇄하고, 다시 1,200 내지 1,300℃에서 충분한 시간, 예를 들면 6시간 동안 재하소하여 페로브스카이트 구조를 갖는 고용체를 합성한다. 합성 분말은 잘 분쇄한 후, 예를 들어 직경 10mm, 두께 1 내지 2mm의 원판형 시편으로 가압 성형하여 대기 중에서 예를 들어 1,500 내지 1,650℃의 온도에서 2 내지 6시간 동안 소결시킴으로써 제조할 수 있다. 이때, 소결 온도는 MgO의 함량이 증가할수록 높아지고, 소결후 시편의 수축율은 12 내지 20% 정도이다.
소결 시편의 유전율, Q값 및 공진 주파수의 온도 계수 등의 유전 특성은 공지된 유전체 공진기법으로 측정할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예로써 더욱 상세히 설명한다. 그러나 본 발명이 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
실시예
순도 99.9%의 SrCO3, La2O3, TiO2, ZnO 및 MgO를 하기 표 1에 나타낸 조성비로 혼합하고, 혼합 분말을 대기 중에서, 1,050℃의 온도에서 10시간 정도 하소한후 분쇄하고, 다시 1,200∼1,300℃에서 6시간 동안 재하소하여 페로브스카이트 구조를 갖는 고용체를 합성하였다.
합성 분말을 잘 분쇄한 후 직경 10mm, 두께 1 내지 2mm의 원판형 시편으로 가압 성형하여 대기 중에서 1,500 내지 1,600℃의 온도에서 2 내지 6시간 동안 소결시켰다. 소결후 시편은 12 내지 20% 정도 수축되었다.
소결 시편의 양면을 연마지(#3000까지)로 잘 연마한 후, 도파관 속에 넣고 유전체 공진기법으로 유전율, Q값 및 공진 주파수의 온도 계수를 측정하였다.
이때, 측정 주파수는 8 내지 12HGz이고, 측정 온도 범위는 -15 내지 85℃였다.
각 시편의 마이크로파 유전 특성을 표 1에 나타내었다.
[발명의 효과]
본 발명에 따른 유전체 조성물은 유전율이 28.2 내지 60.3이고 Qxfo(GHz)가 25,050 내지 71,000이며 공진 주파수의 온도 계수(TCF)의 범위가 -55.5 내지 +83.68ppm/℃로 불순물 첨가량에 따라 TCF를 ±10ppm/℃로 조절이 가능하여 고주파용 유전체 세라믹스가 요구되는 통신 시스템에 적합하게 이용될 수 있다.

Claims (1)

  1. 하기 조성식으로 나타내어지는 고주파용 유전체 조성물.
    식중, 0.4≤y≤0.9
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