KR100302390B1 - Fabrication Process of Camber-Controlled Metallic Low Temperature Synthetic Plastic Substrate - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금속상 저온 동시 소성 세라믹 기판에 관한 것으로 캠버가 제어된 금속상 저온 동시 소성 세라믹 기판을 제작하는 공정을 제공하는데 그 목적이 있다. 상기 방법에 있어서, 금속 베이스 및 다수의 저온 동시 소성 세라믹 그린 테이프를 개별적으로 준비한다. 상기 준비된 상기 다수의 저온 동시 소성 세라믹 그린 테이프를 기초로 하여 그린 테이프 적층체를 준비한다. 상기 그린 테이프 적층체를 만드는 중에 생성된 불량의 적층체를 이용하여 블랭크 그린 테이프 적층체를 준비한다. 상기 준비된 상기 금속 베이스의 상부면 및 하부면에 각각 상기 준비된 상기 그린 테이프 적층체 및 블랭크 그린 테이프 적층체를 부착시켜 가압하여 압착체를 형성한다. 상기 압착체를 동시 소성하여 금속상 저온 동시 소성 세라믹 기판을 형성한다. 상기 동시 소성된 금속상 저온 동시 소성 세라믹 기판의 하부에 형성된 블랭크 그린 테이프 적층체를 연마한다. 상기 방법에 의하면, 저온 소성 세라믹을 금속 베이스 양면에 부착시켜 소성후 캠버를 최소화하고, 이 세라믹의 표면을 연마하여 기판내 캠버 편차가 10㎝당 ±50㎛ 내에 들어가는 기판의 제작이 가능하며, 후소성에서의 캠버 변화를 억제하여 후소성 전의 표면 평면도를 유지하게 할 수 있어 회로의 불량을 줄일 수 있으며 수율 향상에 기여할 수 있다.The present invention relates to a metal phase low temperature cofired ceramic substrate, and an object thereof is to provide a process for manufacturing a metal phase low temperature cofired ceramic substrate controlled by a camber. In this method, a metal base and a plurality of low temperature cofired ceramic green tapes are separately prepared. A green tape laminate is prepared based on the prepared plurality of low temperature cofired ceramic green tapes. The blank green tape laminate is prepared by using the defective laminate produced during making the green tape laminate. The prepared green tape stack and the blank green tape stack are attached to the upper and lower surfaces of the prepared metal base, respectively, and pressed to form a compact. The pressed body is co-fired to form a metallic low temperature co-fired ceramic substrate. The blank green tape laminate formed on the lower portion of the co-fired metallic low-temperature co-fired ceramic substrate is polished. According to the above method, the low temperature calcined ceramic is attached to both sides of the metal base to minimize the camber after firing, and the surface of the ceramic is polished to produce a substrate having a camber variation within ± 50 μm per 10 cm. By suppressing the camber change in firing, it is possible to maintain the surface planarity before post-firing, thereby reducing circuit defects and contributing to yield improvement.
Description
본 발명은 금속상 저온 동시 소성 세라믹 (low temperature cofired ceramic on metal; LTCC-M) 기판에 관한 것으로, 특히, 캠버가 제어된 LTCC-M 기판을 제작하는 공정에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to low temperature cofired ceramic on metal (LTCC-M) substrates and, more particularly, to a process for fabricating a camber controlled LTCC-M substrate.
금속판 한쪽면에 회로 인쇄된 세라믹 테이프를 적층하여 동시 소성하게 되면, 소성 후 세라믹과 금속의 열팽창계수의 차이 때문에 냉각중에 기판이 위쪽 또는 아래 방량으로 휘는 현상이 발생한다. 이렇게 기판이 휘는 것을 캠버(camber)라고 하며, 이로 인해 세라믹 테이프에 형성된 비어 홀 등의 위치가 틀어지거나 하여 불량 발생율이 높아지고 있다. 또한 4" LTCC-M 기판으로 소성 후 다시 단위 부품으로 절삭하게 되는데 4" LTCC-M 기판 소성후 캠버가 심하게 되면 절삭 수율의 저하를 가져오게 된다. 그리고 소성 공정이나 세라믹 테이프의 조성을 바꾸는 작업은 전체 공정의 수정을 불가피하게 하므로 용이하지 않은 방안이다.When the circuit-printed ceramic tape is laminated on one side of the metal plate and co-fired, the substrate is bent upward or downward during cooling due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the ceramic and the metal after firing. The bending of the substrate is called a camber, and as a result, the position of the via hole or the like formed in the ceramic tape is distorted, thereby increasing the defect occurrence rate. In addition, after firing to 4 "LTCC-M substrate and cut back to unit parts, if the camber becomes severe after firing 4" LTCC-M substrate, cutting yield will be reduced. And it is not easy to change the composition of the firing process or the composition of the ceramic tape because the modification of the whole process is inevitable.
도 1에는 종래의 방법에 의해 생성된 LTCC-M 기판(100)에서의 세라믹(102)의 열팽창 계수( L)가 금속 베이스(104)의 열팽창 계수( M) 보다 큰 경우( L> M) 소성 후 LTCC-M 기판(100)의 단면도가 도시되어 있다. 이 경우 LTCC-M 기판(100)은 아래로 볼록한 캠버(102a)를 갖는다.1 shows the coefficient of thermal expansion of the ceramic 102 in the LTCC-M substrate 100 produced by a conventional method ( L ) is the coefficient of thermal expansion of the metal base 104 ( Greater than M ) L > M ) A cross-sectional view of LTCC-M substrate 100 after firing is shown. In this case, the LTCC-M substrate 100 has a camber 102a that is convex downward.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 방법에 의해 생성된 LTCC-M 기판에서는 세라믹의 열팽창 계수( L)와 금속 베이스의 열팽창 계수( M)가 차이가 있어서 캠버가 발생하여 기판의 평탄화에 어려움이 있다. 그리고 종래의 기판 구조에서는 금속 베이스의 초기 휨 상태 자체도 제어하기가 어렵기 때문에 소성된 기판 위에 플립-칩을 올리기가 어렵다. 또한 단면 기판은 소성후의 후공정에 의해서도 캠버가 변하기 때문에 이를 방지하기 위해서는 구조적인 변화가 필요하다.As shown in Fig. 1, in the LTCC-M substrate produced by the conventional method, the thermal expansion coefficient of the ceramic ( L ) and the coefficient of thermal expansion of the metal base Since M ) is different, camber is generated, which makes it difficult to planarize the substrate. In the conventional substrate structure, the initial bending state of the metal base itself is also difficult to control, so it is difficult to put the flip chip on the fired substrate. In addition, since the camber changes even after the post-firing of the single-sided substrate, a structural change is necessary to prevent this.
이에 본 발명은 이와같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 캠버가 제어된 LTCC-M 기판의 제작 공정을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a fabrication process of an LTCC-M substrate controlled by a camber.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 금속 베이스 및 다수의 저온 동시 소성 세라믹 그린 테이프를 개별적으로 준비하는 단계; (b) 단계 (a)에서 준비된 상기 다수의 저온 동시 소성 세라믹 그린 테이프를 기초로 하여 그린 테이프 적층체를 준비하는 단계; (c) 상기 그린 테이프 적층체를 만드는 중에 생성된 블랭크 그린 테이프 적층체를 준비하는 단계; (d) 단계 (a)에서 준비된 상기 금속 베이스의 상부면 및 하부면에 각각 상기 단계들 (b) 및 (c)엥 준비된 상기 그린 테이프 적층체 및 블랭크 그린 테이프 적층체를 부착시켜 가압하여 압착체를 형성하는 단계; (e) 상기 압착체를 동시 소성하여 동시 소성된 LTCC-M 기판을 형성하는 단계; 및 (f) 상기 동시 소성된 LTCC-M 기판의 하부에 형성된 소성된 블랭크 그린 테이프 적층체를 연마하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 캠버가 제어된 금속상 저온 동시 소성 세라믹 기판의 제작 공정을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of (a) separately preparing a metal base and a plurality of low temperature co-fired ceramic green tape; (b) preparing a green tape laminate based on the plurality of low temperature cofired ceramic green tapes prepared in step (a); (c) preparing a blank green tape laminate produced during making the green tape laminate; (d) attaching and pressing the green tape laminate and the blank green tape laminate prepared by the steps (b) and (c) to the upper and lower surfaces of the metal base prepared in step (a), respectively. Forming a; (e) co-firing the compact to form a co-fired LTCC-M substrate; And (f) polishing the fired blank green tape laminate formed on the lower side of the cofired LTCC-M substrate. do.
도 1은 종래의 방법에 의해 생성된 LTCC-M 기판에서의 세라믹의 열팽창 계수가 금속 베이스의 열팽창계수 보다 큰 경우 LTCC-M 기판의 단면도.1 is a cross-sectional view of an LTCC-M substrate when the thermal expansion coefficient of the ceramic in the LTCC-M substrate produced by the conventional method is larger than the thermal expansion coefficient of the metal base.
도 2 및 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LTCC-M 기판용 금속 베이스를 준비하는 과정을 설명하기 위한 도면들.2 and 3 are views for explaining a process of preparing a metal base for LTCC-M substrate according to a preferred embodiment of the present invention.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다수의 회로 패턴을 갖는 그린 테이프 적층체를 준비하는 과정을 설명하기 위한 도면들.4 to 7 are views for explaining a process of preparing a green tape laminate having a plurality of circuit patterns according to a preferred embodiment of the present invention.
도 8은 도 7에 도시된 그린 테이프 적층체를 만드는 중에 생성된 불량의 블랭크 그린 테이프 적층체의 단면도.FIG. 8 is a cross-sectional view of a defective blank green tape laminate produced during making the green tape laminate shown in FIG. 7. FIG.
도 9는 도 3, 도 7, 및 도 8에 각각 도시된 금속 베이스, 다수의 회로 패턴을 갖는 그린 테이프 적층체, 및 블랭크 그린 테이프 적층체로 구성된 압착체의 단면도.FIG. 9 is a cross-sectional view of a compact composed of a metal base, a green tape laminate having a plurality of circuit patterns, and a blank green tape laminate shown in FIGS. 3, 7, and 8, respectively. FIG.
도 10은 도 9에 도시된 상기 압착체를 소성하여 형성한 LTCC-M 기판의 단면도.FIG. 10 is a cross-sectional view of the LTCC-M substrate formed by firing the press body shown in FIG. 9; FIG.
도 11은 도 10에 도시된 동시 소성된 LTCC-M 기판의 블랭크 그린 테이프 적층체를 연마한 상태를 나타낸 단면도이다.FIG. 11 is a cross-sectional view showing a polished blank green tape laminate of the co-fired LTCC-M substrate shown in FIG. 10.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
302 : 금속 506 : 금속 산화물층302: metal 506: metal oxide layer
608,710 : 접착제 700 : 금속 베이스608710: Adhesive 700: Metal Base
802 : 그린 테이프 804 : 비어 홀802: Green Tape 804: Empty Hole
806 : 회로 패턴 808 : 회로 패턴을 갖는 그린 테이프806: circuit pattern 808: green tape with a circuit pattern
810 : 그린 테이프 적층체 902 : 블랭크 그린 테이프 적층체810 green tape laminate 902 blank green tape laminate
904 : 그린 압착체 906 : 소성된 LTCC-M 기판904: green compact 906: fired LTCC-M substrate
908 : 연마된 LTCC-M 기판908: Polished LTCC-M Substrate
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고로 하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LTCC-M 기판용 금속 베이스를 준비하는 과정을 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다. 도 2 및 3에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LTCC-M 기판용 금속 베이스를 준비하는 과정이 설명되어 있다.A process of preparing a metal base for an LTCC-M substrate according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 and 3. 2 and 3 illustrate a process of preparing a metal base for an LTCC-M substrate according to a preferred embodiment of the present invention.
금속판을 원하는 치수로 절삭하여 금속(302)을 준비한다. 상기 금속 재료의 예에는 Cu, Ni, Al, 스테인레스강, 저탄소강, 인바아(Invar), 및 코바아(Kovar)가 있다. 상기 금속(302)의 표면에 도금용 금속을 도금하여 금속 도금층을 형성한다. 상기 금속 도금층의 재료의 예에는 Cu, Ni, Cu/Ni가 있다. 그 후, 상기 금속 도금층을 산화하여 도 2에 도시된 바와 같이 금속 산화물층(506)을 형성한다. 상기 금속 산화물층(506)은 NiO 및 CuO를 포함한다. 그 후 도 2에 도시된 바와 같이 금속 산화물층(506)의 한 면에 결합제 및 용제를 구성된 제1 접착제(608)를 도포한 후 용제를 건조시킨다. 그 후 도 3에 도시된 바와 같이 반대면 산화물층(506)에 제2 접착제(710)을 도포한 후 용제를 건조시켜 양면에 접착제를 도포한 금속 베이스(700)를 준비한다.The metal plate is cut to the desired dimensions to prepare the metal 302. Examples of such metal materials are Cu, Ni, Al, stainless steel, low carbon steel, Invar, and Kovar. The metal plating layer is plated on the surface of the metal 302 to form a metal plating layer. Examples of the material of the metal plating layer include Cu, Ni, and Cu / Ni. Thereafter, the metal plating layer is oxidized to form a metal oxide layer 506 as shown in FIG. The metal oxide layer 506 includes NiO and CuO. Thereafter, as shown in FIG. 2, a first adhesive 608 composed of a binder and a solvent is applied to one side of the metal oxide layer 506, and then the solvent is dried. 3, after applying the second adhesive 710 to the opposite surface oxide layer 506, the solvent is dried to prepare a metal base 700 coated with the adhesive on both sides.
다층 회로 패턴을 갖는 상부면 그린 테이프 적층체(810)를 준비하는 과정을 도 4 내지 도 7을 참조하여 설명한다. 도 4 내지 도 7에는 다층 회로 패턴을 갖는 그린 테이프 적층체(810)를 준비하는 과정이 설명되어 있다.A process of preparing the upper surface green tape laminate 810 having the multilayer circuit pattern will be described with reference to FIGS. 4 to 7. 4 to 7 illustrate a process of preparing the green tape laminate 810 having a multilayer circuit pattern.
ZnO-MgO-B2O3-SiO2-Al2O3로 구성된 결정화 유리 분말 150g, Al2O3-PbO-SiO2-ZnO로 구성된 비절질 유리 분말 18.7g, 충전제로서 포스테라이트 분말 12.4g, 착색제 Cr2O30.5g을 예비 혼합한다. 상기 충전제를 결정화를 촉진하고 열팽창 계수를 조절한다. 열팽창 계수를 조절하기 위해 포스테라이트 외에도 코디어라이트, SiO2등이 이용될 수 있다.150 g of crystallized glass powder composed of ZnO-MgO-B 2 O 3 -SiO 2 -Al 2 O 3 , 18.7 g of non-crystalline glass powder composed of Al 2 O 3 -PbO-SiO 2 -ZnO, forsterite powder as filler 12.4 g and 0.5 g of colorant Cr 2 O 3 are premixed. The filler promotes crystallization and adjusts the coefficient of thermal expansion. Cordierite, SiO 2, etc. may be used in addition to forsterite to adjust the coefficient of thermal expansion.
분산제 및 용제로 구성된 분산 용액 39.1g; 결합제, 가소제, 및 용제로 구성된 수지 용액 32.7g을 상기 예비 혼합된 원료와 함께 1ℓ알루미나 단지(도시안됨)에 넣고 85∼100rpm으로 2기간 밀링하여 현탁액을 생성한다. 이때 밀링 매체로서 지르코니아 볼 150∼300㎖를 사용한다.39.1 g of a dispersion solution consisting of a dispersant and a solvent; 32.7 g of a resin solution composed of a binder, a plasticizer, and a solvent are put together with the premixed raw material in a 1 L alumina jar (not shown) and milled at 85 to 100 rpm for 2 periods to form a suspension. At this time, 150-300 ml of zirconia balls are used as a milling medium.
밀링이 끝난 후, 상기 생성된 현탁액 내의 기포를 제거하기 위해 탈포를 실시한다. 현탁액 표면에 건조막이 생기는 것을 방지하기 위해 교반기(도시안됨)를 고속으로 회전시키면서 진공에서 2∼3분 유지하여 기포를 제거한다. 테이프 캐스터(tape caster)에 필름 및 블레이드를 세팅한 후, 필름을 이송시키면서 현탁액을 투입하여 도 4에 도시된 바와 같이 그린 테이프(802)를 만든다.After milling, defoaming is performed to remove bubbles in the resulting suspension. To prevent the formation of a dry film on the surface of the suspension, the stirrer (not shown) is maintained at a high speed for 2 to 3 minutes in a vacuum while removing bubbles. After setting the film and the blade on the tape caster, the suspension is introduced while the film is transferred to make the green tape 802 as shown in FIG.
건조된 그린 테이프를 필름에서 분리한 후 원하는 수치로 절단하고, 도 4에 도시된 바와 같이, 천공기를 이용하여 원하는 위치에 비어 홀(804)을 형성한다. 그후 인쇄기를 이용하여 비어 홀을 도전체 페이스트로 채운다. 다층 회로를 구성하기 위해서 각 층에 알맞는 회로를 스크린으로 만든 후 인쇄기를 이용하여 도 5에 도시된 바와 같이 페이스트를 인쇄, 회로 패턴(806)을 형성시킨다. 이 때 도 6에 도시된 바와 같이 원한 수 만큼의 다수의 회로 패턴을 갖는 그린 테이프(808)가 준비될 수 있다. 상기 다수의 회로가 인쇄된 그린 테이프(808)을 건조시킨 후, 이를 적층하여 그린 테이프 적층체(810), 즉 하나의 성형체로 만듬으로써 그린 테이프 적층체(810)를 준비할 수 있다. 4" 치수의 경우 10∼15톤의 압력으로 85∼100℃에서 4∼5분 가압하여 적층체를 만든다.The dried green tape is separated from the film and then cut to a desired value, and as shown in FIG. 4, a via hole 804 is formed at a desired position using a perforator. The via hole is then filled with conductor paste using a printing press. In order to form a multilayer circuit, a circuit suitable for each layer is made into a screen, and then a paste is printed and a circuit pattern 806 is formed using a printing machine as shown in FIG. 5. At this time, as shown in FIG. 6, a green tape 808 having a desired number of circuit patterns may be prepared. After drying the green tape 808 on which the plurality of circuits are printed, the green tape laminate 810 may be prepared by stacking the green tape 808 to form the green tape laminate 810. In the case of the 4 "dimensions, the laminate is pressurized at 85 to 100 DEG C for 4 to 5 minutes at a pressure of 10 to 15 tons.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 블랭크 그린 테이프 적층체(902)를 준비하는 과정을 도 8를 참조하여 설명한다. 도 8에는 도 7에 도시된 그린 테이프 적층체를 만드는 중에 생성된 불량의 그린 테이프 적층체(902)가 도시되어 있다.A process of preparing the blank green tape laminate 902 according to the preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 8. FIG. 8 illustrates a defective green tape stack 902 created during the creation of the green tape stack shown in FIG. 7.
도 4에 도시된 그린 테이프(802)를 기초로 상기 그린 테이프 적층체(810)를 만드는 중에 생성된 불량 그린 테이프 적층체(902)를 준비한다. 상기 블랭크 그린 테이프 적층체(902)는 소성후의 캠버 발생을 최소화하는 역할을 한다.On the basis of the green tape 802 shown in FIG. 4, a defective green tape laminate 902 generated during making the green tape laminate 810 is prepared. The blank green tape laminate 902 serves to minimize the generation of camber after firing.
본 발명의 바람직한 실시예에 다른 압착체를 형성하는 과정을 도 9를 참조하여 설명한다. 도 9에는 도 3, 도 7, 및 도 8에 각각 도시된 금속 베이스, 다수의 회로 패턴을 갖는 그린 테이프 적층체, 및 블랭크 그린 테이프 적층체로 구성된 압착체가 도시되어 있다.A process of forming another compact in a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 shows a compact composed of a metal base, a green tape stack having multiple circuit patterns, and a blank green tape stack as shown in FIGS. 3, 7, and 8, respectively.
적층된 그린 테이프 적층체(810) 및 블랭크 그린 테이프 적층체(902)를 상기 준비된 금속 베이스(700)의 양면에 부착하고 다시 가압하여 도 9에 도시된 바와 같은 그린 압착체(904)를 형성한다. 적층시의 1/3의 압력으로 85∼100℃에서 2∼3분 가압한다.The laminated green tape laminate 810 and the blank green tape laminate 902 are attached to both sides of the prepared metal base 700 and pressurized again to form a green press body 904 as shown in FIG. 9. . It pressurizes for 2-3 minutes at 85-100 degreeC by the pressure of 1/3 at the time of lamination | stacking.
상기 그린 압착체(904)를 벨트 로를 이용하여 850∼900℃의 온도에서 소성한다. 소성이 끝나면 도 10에 도시된 바와 같이 상하면에 세라믹이 결합된 LTCC-M 기판(906)이 형성된다. 상기 소성된 LTCC-M 기판(906)의 하부의 소성된 블랭크 그린 테이프 적층체(902)을 연마하여 표면이 연마된 LTCC-M 기판(908)을 형성한다. 도 11에는 상기 소성된 LTCC-M 기판의 하부 블랭크 그린 테이프 적층체(902)를 연마하 상태를 나타낸 단면도가 도시되어 있다. 상하면 그린 테이프 적층체의 캠버 상쇄 작용에 따라 단면 기판에서 나타나는 재소성 후 캠버의 변화가 효과적으로 억제되어 평탄한 표면 상태를 유지할 수 있다.The green compact 904 is fired at a temperature of 850 to 900 ° C. using a belt furnace. After the firing is completed, as shown in FIG. 10, the LTCC-M substrate 906 having the ceramics bonded to the upper and lower surfaces thereof is formed. The fired blank green tape laminate 902 underneath the fired LTCC-M substrate 906 is polished to form a surface polished LTCC-M substrate 908. 11 is a cross-sectional view showing a polished lower blank green tape laminate 902 of the fired LTCC-M substrate. According to the camber offset action of the upper and lower green tape laminates, the change of the camber after refiring appearing in the single-sided substrate can be effectively suppressed to maintain a flat surface state.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 저온 소성 세라믹을 금속 베이스 양면에 부착시켜 소성후 캠버를 최소화하고, 이 세라믹의 표면을 연마하여 기판내 캠버 편차가 10㎝당 ±50㎛ 내에 들어가는 기판의 제작이 가능하다. 후 소성에서의 캠버 변화를 억제하여 후소성 전의 표면 평면도를 유지하게 할 수 있어 회로의 불량을 줄일 수 있으며 수율 향상에 기여할 수 있다.As described above, according to the present invention, a low temperature calcined ceramic is attached to both sides of the metal base to minimize camber after firing, and the surface of the ceramic is polished to produce a substrate having a camber variation within ± 50 μm per 10 cm. This is possible. By suppressing the camber change in post-firing, it is possible to maintain the surface planarity before post-firing, thereby reducing circuit defects and contributing to yield improvement.
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1998
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