에어로졸 증착법을 이용한 Al2O₃후막의 상온 증착에 관한 연구

Abstract

최근 정보통신 기술(IT)의 발달로 휴대폰과 PDA와 같은 많은 전자제품은 시간과 장소에 관계없이 사람들에게 많은 양의 정보를 제공함과 동시에 무선통신 환경에서 다기능화, 소형화, 고속화의 요구가 더욱 증가하고 있다. 이를 위해 기존의 2차원적인 모듈 구성에서 3차원적인 통합 모듈 구성이 요구되고 있다. 에어로졸 데포지션법(aerosol deposition method)은 상온에서 금속, 유리, 폴리머 등의 다양한 기판에 다양한 세라믹 물질을 코팅하는 최신 기법으로 수 나노에서 수십 나노 크기의 결정 크기를 갖는 치밀한 세라믹 후막을 제조할 수 있다. 본 연구에서는 에어로졸 데포지션법을 이용해 3차원 통합 세라믹 모듈의 제조에 관한 연구와 RF 환경에서 사용할 수 있는 통합 모듈 기판의 제조에 활용하기 위한 기초연구로써, 에어로졸 데포지션을 이용한 Al₂O₃ 후막 제조에 관한 연구가 진행되었다. 에어로졸 데포지션법은 분말 입자의 고속 충돌에 의해 치밀한 세라믹 후막이 형성된다는 점에서 원료 분말의 특성이 후막의 특성에 중요한 영향을 미친다. 별도의 분말 전처리를 하지 않은 as-received high sodium Al₂O₃ 분말을 이용하여 형성된 후막의 경우 주파수가 10㎑에서 1㎒로 변화함에 따라 유전율은 23에서 10으로 변화하였고, 유전손실을 나타내는 tanδ값이 0.44에서 0.09로 변화하는 등 후막의 유전특성이 크게 향상되었다. Al₂O₃ 후막의 유전특성을 향상시키기 위해 300℃, 600℃, 900℃에서 원료 분말의 열처리를 시행하였으며, 900℃에서 열처리된 분말에서 주파수 안정적이며 향상된 유전특성을 갖는 후막을 제조할 수 있었다. 본 연구에서는 900℃에서 열처리된 분말을 이용하여 형성된 Al₂O₃ 후막의 유전특성이 향상되는 이유를 고찰하였으며, 결과적으로 RF 환경에서 통합 모듈 구현을 위한 기판으로 사용가능한 Al₂O₃ 후막을 제조하고자 하였다. 또한, ADM을 통해 낮은 유전특성과 낮은 유전손실을 갖는 세라믹 후막 제조를 위한 방향을 제시하고자 하였다.; The possibility of thick films grown by the aerosol deposition method(ADM) for the application of 3-D integrated substrate was examined. In order to satisfy the requirements of low permittivity, low dielectric loss, and high thermal conductivity, Al₂O₃ was selected as a base material for integrated substrate. It was found that dielectric properties of Al₂O₃ thick films grown by ADM were mainly characterized depending on the properties of starting powders such as particle size, impurity and microstructure. To improve the dielectric properties of Al₂O₃ thick films, as-received Al₂O₃ powders was annealed in the temperature from 300℃ to 900℃. Al₂O₃ thick films using powders annealed at 900℃ exhibited a desirable dielectric constant and low dielectric loss. In the case of low-sodium Al₂O₃ as starting powders, the loss tangent of the Al₂O₃ thick films decreased from 0.031 to 0.0057 at 1 ㎒ with increasing the annealing temperature from 300℃ to 900℃ and the dielectric constant of the Al₂O₃ thick film using powders annealed at 900℃ was 9.6. The experimental results suggest the guidelines for the fabrication of ceramic thick films with low dielectric loss and low dielectric constant by the ADM for the integrated substrate application.