Sintering and Dielectric Properties of BaO-Nd₂O₃-TiO₂ Microwave Ceramics with Glass-Ceramics

결정화유리의 첨가에 의한 BNT계 세라믹스의 저온소결 및 마이크로파 유전특성

The microwave dielectric properties of low temperature sintered BaO-Nd$_2$O$_3$-TiO$_2$ (here after BNT) with a Pb-based glass-ceramics were studied in order to investigate their applicability to Low Temperature Co-fired Ceramics (LTCC) for fabrication of multilayered Radio Frequency (RF) passive components module. The BNT ceramics, with 5∼30 wt% of PbO-TiO$_2$-A1$_2$O$_3$-SiO$_2$ based glass-ceramics, were sintered at 105$0^{\circ}C$, which is lower than 130$0^{\circ}C$, sintering temperature of pure BNT ceramics. With increasing the amount of the glass-ceramics, sintering rate of the ceramics become activated due to the softening of glass, resulting in low-temperature densification. BaO-Nd$_2$O$_3$-TiO$_2$ microwave ceramics with 20 wt% glass-ceramics exhibit sintered relative densities over 95% and dielectric constant of 72, quality factor of 1500, and temperature coefficient of frequency of +22 ppm/$^{\circ}C$. This enhanced dielectric properties are attributed to mainly the presence of crystalline phases PbTiO$_3$ within the Pb-based glass.

BaO-Nd$_2$O$_3$-TiO$_2$계 마이크로파 유전체 세라믹스에 결정화유리를 첨가하여 세라믹-결정화유리 복합체 유전재료를 제작하여, 적층 일체형 RF수동소자 모듈 구현을 위한 저온소결 유전재료로서의 응용가능성에 대해 검토하였다. BaO-Nd$_2$O$_3$-TiO$_2$계 유전체 세라믹스에 PbO-TiO$_2$-Al$_2$O$_3$-SiO$_2$ 조성의 결정화 유리를 5∼30 wt% 범위로 첨가하여 소결온도를 130$0^{\circ}C$에서 105$0^{\circ}C$까지 낮출 수 있었으며, 첨가량의 증가에 따라 유리의 연화로 인한 소결밀도의 증가 및 입성장이 뚜렷하게 관찰되었다. 특히, 결정화 유리를 20 wt% 이상 첨가하였을 경우, 105$0^{\circ}C$의 소결온도에서 95% 이상의 상대밀도를 갖는 양호한 소결체를 얻을 수 있었고, 이 때 유전을($\varepsilon$$_{r}$)은 72, 품질계수(Q-f)는 1500이었고, 공진주파수 온도계수($ au$$_{f}$)는 22ppm/$^{\circ}C$을 나타내었다. 이러한 높은 유전율은 유리속의 결정상 PbTiO$_3$의 존재에 기인한 것이다.