Low-temperature Sintering and Dielectric Properties of $CaZrO_3-CaTiO_3$ Ceramics for Middle- Permittivity LTCC Substrate

중유전율 LTCC 기판용 $CaZrO_3-CaTiO_3$계 세라믹스의 저온소결 및 유전특성

The microwave dielectric properties of $CaZrO_3$ ceramics with addition of $CaTiO_3$ were studied. The effect of glass addition on the low-temperature sintering and microwave dielectric properties of $CaZrO_3-CaTiO_3$ ceramics were also evaluated to develop the materials for functional substrates of low-temperature co-fired ceramics. When $10-20 wt\%$ of lithium borosilicate glass was added, the sintering temperature of the $CaZrO_3-CaTiO_3$ ceramics decreased from $1450^{\circ}C$ to below $900^{\circ}C$. As the $T_f$ of glass frits and $CaZrO_3$ are slightly negative and that of $CaTiO_3$ is significantly positive, zero $T_f$ could be realized by mixing an appropriate amount of $CaTiO_3$ with $CaZrO_3$. The $CaZrO_3-CaTiO_3$ ceramics sintered at $875^{\circ}C$ with $15wt\%$ glass frits showed the relative density of $98\%$, permittivity of 23, quality factor of 2500 GHz, and temperature coefficient of resonant frequency of $ -3 ppm/^{\circ}C$.

[ $CaZrO_3$ ]세라믹스에 대하여 $CaTiO_3$세라믹스의 첨가량 변동에 따른 마이크로파 유전특성을 조사하였다. 또한 중유전율 LTCC 기능성 기판으로 활용하기 위하여 저융점의 유리 프리트를 첨가하여 $CaZrO_3-CaTiO_3$ 세라믹스의 저온 소결 거동과 마이크로파 유전특성을 평가하였다. 저온 소결 조제로 사용된 저응점의 유리 프리트를 $10-20 wt\%$ 범위로 첨가함으로서 $CaZrO_3-CaTiO_3$ 세라믹스의 소결온도를 $1450^{\circ}C$에서 $900^{\circ}C$이하로 낮출 수 있었다. 음의 온도계수를 갖는 $CaZrO_3$ 및 유리프리트에 대하여 양의 온도계수를 갖는 $CaTiO_3$ 세라믹스의 분율을 적정히 제어함으로서 제로의 온도계수를 구현할 수 있었다. $CaZrO_3-CaTiO_3$ 세라믹스에 저온 소결용 유리 프리트를 $15 wt\%$ 첨가하여 $875^{\circ}C$에서 소결한 경우. 유전율(k) 23, 품질계수(Q${\times}$f) 2500, 공진 주파수 온도계수$(T_f) -3 ppm/^{\circ}C$의 매우 양호한 마이크로파 유전특성을 나타내었다.