저유전율을 가지는 D-glass fiber의 제조 및 특성

Abstract

유리섬유는 용융된 유리를 부싱을 통해 인발하여 사이징(sizing)처리를 한 후 방사장치를 이용해 와인딩(winding)한 것으로 가는 실과 같은 형상의 유리를 말한다. 유리섬유에서 가장 많이 사용되는 것은 E-glass fiber(electrical glass fiber)로 여러 분야에 사용되고 있지만 6∼7 정도의 상대적으로 높은 유전율로 인해 전자 기판소재로의 사용에는 적합하지 않다. 따라서 본 연구에서는 낮은 유전율을 가지는 D-glass(dielectric glass)조성의 벌크 모유리를 제조한 후 유리 섬유 방사장비를 통해 유리섬유를 제조한 후 전기적 특성, 물리적 특성 등의 특성평가를 진행하였다. 각각 B2O3의 함량을 6∼31wt%까지 변화시킨 4가지 조성으로 실험을 진행하 였다. 모든 조성을 용융하기에 앞서 보론 함량이 22wt%인 조성을 이용하여 최 적의 용융온도를 찾기 위해 1550℃와 1650℃의 온도에서 D-glass 용융을 진행 하여 유전율을 측정하였다. 그 결과 D-glass의 유전율은 1550℃에서 용융 시 4.19, 1650℃에서 용융 시 4.08로 나타났다. 따라서 유전율이 더 낮게 측정된 1650℃의 온도가 최적의 온도라 판단하여 나머지 조성 또한 1650℃의 온도에 서 용융을 진행했다. 그 후 D-glass의 유리화 정도를 판단하기 위하여 진행한 XRD 분석결과 용융 후 냉각과정에서의 재결정이 일어나지 않아 완전한 유리화가 이루어졌음을 확 인하였다. 또한 D-glass의 광학적 특성을 확인하기 위해 진행한 가시광선 투과 율 분석결과는 보론 함량이 증가함에 따라 82.5%∼88.6%로 관찰 되었다. 유전 율 또한 보론 함량이 증가함에 따라 4.18∼3.93으로 감소함을 확인할 수 있었다. 그리고 가장 좋은 특성을 보인 보론 함량 31wt%의 D-glass를 유리섬유 방사 장비를 통해 1400℃의 온도로 각각 100 rpm, 200 rpm, 300 rpm의 조건에서 방 사하였다. 그 후 제조된 D-glass fiber의 물리적인 특성을 확인하기 위해 D-glass fiber의 직경과 인장강도를 측정하였다. 그 결과 D-glass fiber의 평균 직경은 각각 100 rpm에서 51.36 um, 200 rpm에서 34.06 um, 300 rpm에서 22.94 um의 값을 나타내었다. 또한 D-glass fiber의 인장강도를 측정했을 때 평 균 인장강도 값은 100 rpm일 때 467.03 MPa, 200 rpm일 때 522.60 MPa, 300 rpm일 때 605.17 MPa인 것을 확인 할 수 있었다.