무연유리가 적용된 질화알루미늄 기판용 RuO2계 후막 저항의 전기적 특성 연구

Abstract

고주파(RF) 저항은 이동통신용 중계기 등의 송수신 모듈에 필수적인 수동부품으로 일반적으로는 알루미나(Al2O3) 세라믹 기판 위에 RuO2과 유리성분이 혼합된 저항페이스트를 스크린 인쇄 방법을 통해 제조된다. 최근 통신기술이 발달함에 따라 높은 주파수 및 파워(power)를 사용하게 되면서 저항에 많은 열이 발생하게 되고 이로 인해 모듈의 수명과 효율에 큰 영향을 끼치게 된다. 따라서, 본 연구에서는 열전도도가 매우 높아 기판의 재료로 방열 특성이 우수한 질화알루미늄(AlN) 기판을 사용하고, RoHS(Restriction of the use of certin Hazardous Substances) 규제에 따라 사용이 금지된 납(Pb)이 포함되지 않은 무연 저항페이스트를 개발하고자 하였다. 이를 위해 먼저 소결 조제로써 무연의 ZnO-CaO-B2O3-Al2O3-SiO2 계 유리를 선택하고, 유리조성 내에서 ZnO와 CaO의 함량비, 유리함량, 소결온도 등이 저항특성에 미치는 영향을 조사하였다. 저항페이스트는 RuO2 나노분말과 유리분말을 유기바인더에 3 roll-mill을 이용하여 분산시켜 제조하였고, 마스크를 이용 스크린 프린팅 후 급속승온소결을 통해 약 20μm의 두께의 후막저항을 형성을 하였다. 저항특성은 면저항(Ω/□, Sheet resistance)과 저항온도계수(TCR, Temperature Coefficient of Resistance)를 측정하였고, FE-SEM으로 표면 및 단면의 미세조직을 관찰하였다. 그 결과, 저항특성은 유리의 특성, 특히 승온 시의 점성거동에 크게 영향을 받는 것을 알 수 있었는데, ZnO가 첨가됨으로써 유리의 점도가 낮아져 안정된 후막을 형성할 수 있었다. 또한, 저항특성은 소결온도 및 유리함량이 증가할수록 특히, RuO2 함량이 60wt%이하 범위에서 RuO2 입자사이에 형성되는 유리층에 의해 크게 의존하였다. CaO/ZnO 비가 32.5/20.5인 유리조성을 RuO2에 40wt% 첨가시 850℃에서 10분간 소결 후 10.65Ω/□의 면저항값과 702ppm/℃의 TCR을 갖는 저항페이스트를 개발할 수 있었으며, 이를 이용하여 질화알루미늄(AlN) 기판에 적용 가능할 것으로 기대된다.