Düşük Sıcaklıkta Birlikte Sinterlenen Cam/Al₂O₃/Kordiyerit Esaslı LTCC Kompozitlerinin Termal ve Dielektrik Özelliklerinin İncelenmesi
Properties and Characterization of Low Alkali Borosilicat Glass/Al2O3/Cordierite Composites for Low Temperature Co-fired Ceramic Applications
Yazar: Kırsever, Derya
Dergi: International Journal of Pure and Applied Sciences, Vol. 11 No. 2, 2025
Anahtar kelimeler: Ceramics in Materials Engineering ; Malzeme Mühendisliğinde Seramik ; glass/ceramic composites,LTCC,dielectric properties. ; cam/seramik kompozitler,LTCC,dielektrik özellikler

Mikrodalga kablosuz iletişim sistemlerinde artan ihtiyaçlar doğrultusunda, hafif, kompakt, düşük maliyetli ve yüksek performanslı seramik tabanlı malzemelerin ge-liştirilmesi kritik hale gelmiştir. Bu bağlamda, düşük sıcaklıkta birlikte sinterlenen se-ramikler (LTCC), başta kablosuz iletişim, otomotiv elektroniği ve tıbbi cihazlar olmak üzere birçok yüksek frekanslı uygulamada önemli avantajlar sunmaktadır. Bu ça-lışmada, düşük sinterleme sıcaklıklarında yoğunlaşma sağlayabilecek cam/seramik kompozitler geliştirmek amacıyla, düşük alkali içerikli borosilikat cam, alümina (Al₂O₃) ve kordiyerit tozları kullanılmıştır. Hazırlanan üç farklı kompozit formülasyonu, şerit döküm yöntemiyle şekillendirilmiş ve 800, 850 ve 900 °C’de 1 saat sinterlenmiştir. Mikroyapısal karakterizasyonlar taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve X-ışını kı-rınımı (XRD) ile gerçekleştirilmiş, dielektrik ve termal özellikler ölçülmüştür. Elde edilen bulgulara göre, tüm kompozitler 850 °C’de maksimum yoğunluklarına ulaşmış ve bu sıcaklık LTCC uygulamaları için optimum sinterleme sıcaklığı olarak belirlenmiştir. Alümina içeriği yüksek olan G6A4 kompoziti, en yüksek yoğunluğu (2.39 g/cm³) ve en iyi termal iletkenlik değerini (4.4 W/mK) sergileyerek, ısı yönetimi gerektiren mikroe-lektronik uygulamalar için uygun bir aday olduğunu göstermiştir. Buna karşılık, kor-diyerit içeriği yüksek olan G6A1K3 kompoziti, daha düşük yoğunluk ve termal ilet-kenlik göstermesine rağmen, 1 MHz frekansında 5 değerinde dielektrik sabiti ve 0.0011 gibi çok düşük bir dielektrik kayıp sunarak yüksek frekanslı elektronik uygulamalarda elektriksel performans açısından öne çıkmıştır.

The rising demands of microwave wireless communication require lightweight, com-pact, cost-effective, high-performance ceramics. Low Temperature Co-fired Ceramics (LTCC) provide key advantages for high-frequency applications in communication, automotive, and medical devices. In this study, glass/ceramic composite materials capable of densifying at low sintering temperatures were developed. The material systems were formulated using low-alkali borosilicate glass, alumina (Al₂O₃), and cor-dierite powders. Three different composite formulations were prepared and shaped via the tape casting method. The samples were sintered at 800, 850, and 900 °C for 1 hour, and their microstructures were analyzed using scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD). Dielectric and thermal properties were also evaluated. The results indicated that all composites reached their maximum densities at 850 °C, which was identified as the optimal sintering temperature for LTCC applications. The G6A4 composite, with high alumina content, exhibited the highest bulk density (2.39 g/cm³) and thermal conductivity (4.4 W/mK), making it a suitable candidate for microelect-ronic applications requiring effective thermal management. In contrast, the G6A1K3 composite with higher cordierite content showed lower density and thermal conductivity but demonstrated superior electrical performance with a dielectric constant of 5 and a very low dielectric loss of 0.0011 at 1 MHz, indicating its potential for high-frequency electronic applications.