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CaWO₄와 BaV₂O<SUB>6</SUB>를 이용한 초저온 동시소성 세라믹 제조
김두원(Duwon Kim),이경호(Kyoungho Lee) 한국산학기술학회 2022 한국산학기술학회논문지 Vol.23 No.4
(1-x)BaV₂O6-xCaWO₄(x=0.21~0.56) 조성의 새로운 초저온 동시 소성 세라믹(ULTCC)용 마이크로파 유전체 복합 재료를 BaV₂O6와 CaWO₄의 혼합물을 소성하여 제조하였다. 수축 시험결과 개발된 세라믹 복합재는 650°C에서 상대밀도 96 %로 소결될 수 있음을 보였다. 소결된 복합체의 X-선 회절분석 결과 CaWO₄ 및 BaV₂O6 이외에 다른 2차상은 생성되지 않았다. 0에 가까운 공진 주파수 온도계수(τf)를 갖는 복합체는 각각 양(+) 및 음(-)의 τf 값을 갖는 구성상들의 상대적 함량을 조절하여 얻을 수 있었다. CaWO₄의 함량이 x=0.21에서 0.56으로 증가함에 따라 복합 재료의 τf 값은 9.07에서 -17.99 ppm/°C로 감소하였고 유전율 (εr)은 11.33에서 10.85로 감소했으며 품질계수 (Q×f)값은 37,600 GHz에서 40,800 GHz로 증가하였다가 27,400 GHz로 다시 감소하였다. 0.66BaV₂O6-0.34CaWO₄조성의 복합체에서, εr=11.15, Q×f=40,800 GHz 및 τf=3.12 ppm/°C값으로 가장 우수한 마이크로파 유전 특성을 보였다. 알루미늄 전극과 화학적 호환성 실험은 개발된 복합 재료가 동시 소성 과정에서 전극과의 반응성이 없음을 보여주었다. New (1-x)BaV₂O6-xCaWO₄(x=0.21~0.56) microwave dielectric composites were synthesized by firing a mixture of BaV₂O6 and CaWO₄ for ultra-low temperature co-fired ceramics (ULTCC) applications. Shrinkage tests showed that the developed ceramic composite could be sintered at 650 °C with a relative density of 96 %. X-ray diffraction of the sintered composites showed CaWO₄ and BaV₂O6 with no secondary phases. A composite of CaWO₄ and BaV₂O6 with a resonant frequency temperature coefficient (τf) close to zero was obtained by controlling the relative content of the two constituent phases having positive (+) and negative (-) τf values, respectively. With increasing CaWO₄ content (xfrom 0.21 to 0.56), the τf value of the composites decreased from 9.07 to 17.99ppm/°C, εr decreased from 11.33 to 10.85, and the quality factor (Q×f) value increased from 37,600 GHz to 40,800 GHz and decreased again to 27,400 GHz. The composite of 0.66BaV₂O6-0.34CaWO₄ showed the best microwave dielectric properties with εr=11.15, Q×f=40,800 GHz, and τf=3.12 ppm/°C. The chemical compatibility experiment with an aluminum electrode showed that the developed composite materials had no reactivity with the electrodes during the co-firing process.
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BaV2O6와 BaWO4을 이용한 초저온 동시소성 세라믹 제조
김두원(Duwon Kim),이경호(Kyoungho Lee) 한국마이크로전자및패키징학회 2021 마이크로전자 및 패키징학회지 Vol.28 No.4
(1-x)BaWO4-xBaV2O6(x=0.54~0.85) 조성의 새로운 초저온 동시 소성 세라믹(ULTCC)용 마이크로파 유전체 복합 재료를 BaWO4와 BaV2O6의 혼합물을 소성하여 제조되었다. 수축 시험은 세라믹 복합재가 BaV2O6의 영향으로 500℃의 낮은 온도에서 치밀화가 시작되며, 650℃에서 상대밀도 98%로 소결될 수 있음을 보였다. X-선 회절 분석은 복합체는 BaWO4와 BaV2O6이 공존하고 소결체에서 2차상이 검출되지 않음을 보였다. 이는 두 상이 서로 우수한 화학적 안정성이 있음을 의미하였다. 거의 0에 가까운 공진 주파수 온도계수( f)는 복합체에 존재하는 두 상의 f 값이 각각 양(+) 및 음(-)의 값임에 따라 두 상의 상대적 함량을 조절하여 얻을 수 있었다. BaV2O6의 함량이 x=0.53에서 0.85로 증가함에 따라 복합 재료의 f 값은 7.54에서 14.49 ppm/℃로 증가하였고 εr은 10.08에서 11.17로 증가했으며 Q×f값은 47,661에서 37,131 GHz로 감소하였다. 최고의 마이크로파 유전 특성은 BaV2O6의 함량이 x=0.6 일 때, εr=10.4, Q×f=44,090 GHz 및 f=-2.38 ppm/℃값을 얻을 수 있었다. 화학적 호환성 실험은 개발된 복합 재료가 동시 소성 과정에서 알루미늄 전극과 반응성이 없음을 보여주었다. A novel microwave dielectric composite material for ultra-low temperature co-fired ceramics (ULTCC) with (1-x)BaWO4-xBaV2O6 (x=0.54~0.85) composition was prepared by firing a mixture of BaWO4 and BaV2O6. Shrinkage tests showed that the ceramic composite begins to densify at a temperature as low as 550℃ and can be sintered at 650℃ with 98% of relative density under the influence of BaV2O6. X-ray diffraction analysis showed that BaWO4 and BaV2O6 coexisted and no secondary phase was detected in the sintered bodies, implying good chemical compatibility between the two phases. Near-zero temperature coefficients of the resonant frequency ( f) could be achieved by controlling the relative content of the two phases, due to their positive and negative f values, respectively. With increasing BaV2O6 (x from 0.53 to 0.85), the f value of the composites increased from -7.54 to 14.49 ppm/℃, εr increased from 10.08 to 11.17 and the quality factor (Q×f value) decreased from 47,661 to 37,131 GHz. The best microwave dielectric properties were obtained for x=0.6 samples with εr=10.4, Q×f=44,090 GHz, and f=-2.38 ppm/℃. Chemical compatibility experiments showed the developed composites are compatible with aluminum electrode during co-firing process.
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