고주파 유전체 세라믹스를 이용한 폴리머-세라믹 복합체의 제조 및 유전특성 평가

Abstract

휴대폰 등의 전자기기의 소형화 및 고주파화에 따라 기존의 기판소재인 FR-4에 비하여 손실이 적고, 유전율이 높은 고주파 기판소재에 대한 필요성이 대두되고 있다. FR-4의 경우 비교적 손실이 크고, 유전율이 낮은 문제점을 갖는다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 고분자에 세라믹 Filler를 분산시킨 세라믹-폴리머 복합소재를 기반으로 한 복합유전체 기판소재에 대한 연구가 증대되고 있다. 고주파 유전재료로는 ZST 및 BNT 등이 많이 사용되고 있으며, 폴리머 Resin으로는 주로 에폭시가 적용되고 있고, 본 연구에서 사용된 BCB Resin의 경우에 있어서는 손실이 매우 적은 특징을 갖는다. 따라서 본 연구에서는 고주파 임베디드 기판 소재로써의 응용을 위하여 고주파 유전재료로 약 40의 유전율을 가지는 ZST와 약 90의 유전율을 가지는 BNT, 그리고 폴리머 resin으로는 에폭시와 BCB를 사용하여 각각의 복합체를 제조하고 그 유전 특성과 온도 안정성에 대하여 연구하였다. 폴리머/세라믹 복합체에서 그 유전율은 filler의 높은 유전율에도 불구하고 폴리머의 영향으로 상당히 낮은 유전율 값을 나타냈다. 두 가지 유전체 세라믹스를 사용한 복합체를 비교해 볼 때, BNT 복합체가 더 높은 유전특성을 보이는 것을 관찰하였다. 이러한 결과로 폴리머/세라믹 복합체의 유전특성은 filler의 영향을 가장 많이 받는 다는 것을 알 수 있다. 폴리머의 종류와 상관없이 ZST와 BNT의 함량이 증가할수록 그 유전율은 증가하였고, 유전 손실은 감소하는 경향을 보였다. 또한 측정 주파수가 증가함에 따라 복합체의 유전율은 감소하였고, 유전 손실도 감소하는 경향을 보였다. 한편, 분산 측면에서 볼 때, 고상 상태의 에폭시를 사용하였을 경우보다 액상의 BCB resin을 사용하였을 경우 훨씬 더 좋은 filler의 분산성을 확인할 수 있다. 이러한 현상은 유전 특성 측면과 미세구조를 관찰함으로서 확인될 수 있었다. 복합체의 온도안정성(TCC: Temperature Characteristics of Coefficient)은 250℃이상의 온도에서 경화 시켰을 때 2%이하의 값을 가졌다. BNT의 함량은 복합체의 유전특성을 크게 변화시키지만, 경화온도는 그 유전특성에 큰 영향을 주지 않는다. 하지만 온도안정성 측면에서 보면 BCB의 경화는 복합체의 특성에 큰 영향을 미치는 것을 확인하였다.; Recently, There is necessity for RF substrate material with higher permittivity and lower loss than FR-4 which is existing substrate material according to miniaturization and high frequency use of electronic device such as cellular phones. In case of FR-4, it has problems as comparative big loss and low permittivity. To overcome these problems, the research of dielectric composite substrate material based on ceramic-polymer composite that filler is dispersed in polymer matrix is increasing. ZST and BNT as high frequency dielectric material are used in various fields and epoxy is applied as polymer. On hand, BCB resin used in this study has very low loss. In this study, we researched on dielectric properties and thermal stability of fabricated each composites using ZST with permittivity of about 40 and BNT with about 90 as RF dielectric material and epoxy and BCB as polymer matrix for application as RF embedded substrate material. In spite of high permittivity of filler in polymer/ceramic composite, permittivity of composite had very low permittivity by effect of polymer. When we compare with fabricated composites using two dielectric ceramics, we observed that BNT composite is shown higher dielectric property. From these results, we can know that the dielectric properties of polymer/ceramic composite are received most effect of filler. Irrespective of the kind of polymer, permittivity of composite increased and loss decreased with increasing of ZST and BNT contents. Also, permittivity of composite decreased and loss decreased with increasing of measurement frequency. In dispersion side, we confirmed dispersibility of much better filler in case of used liquid BCB resin than case of used epoxy of solid state. These phenomenon were confirmed by dielectric properties and microstructure observation. When composite was cured in more than 250℃, the thermal stability (TCC: Temperature Characteristics of Coefficient) of composite has value of below 2%. Content of BNT changes greatly dielectric properties of composite, but curing temperature don't cause big effect on the dielectric properties. But, When saw in thermal stability, we confirmed that curing of BCB resin have great effect on properties of composite.