KR100383378B1 - 모놀리식 세라믹 기판, 이의 제조 방법 및 설계 방법, 및전자 장치 - Google Patents

모놀리식 세라믹 기판, 이의 제조 방법 및 설계 방법, 및전자 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 모놀리식 세라믹 기판을 무수축 공정을 사용하여 형성하기 위한 복수개의 베이스 그린층과 복수개의 구속 그린층을 포함하고 있는 그린 적층체에서, 복수개의 베이스 그린층의 두께가 서로 다른 경우에, 두꺼운 베이스 그린층이 소결 공정 중에 크게 수축한다. 그러므로, 어떤 경우에는 얻은 모놀리식 세라믹 기판에 뒤틀림이 발생할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서, 각개의 베이스 그린층의 주면과 접촉하는 구속 그린층의 두께가 각기 다르게 된다. 즉, 비교적 두꺼운 구속 그린층은 비교적 두꺼운 베이스 그린층과 접촉하고, 비교적 얇은 구속 그린층은 비교적 얇은 베이스 그린층과 접촉한다.

Description

모놀리식 세라믹 기판, 이의 제조 방법 및 설계 방법, 및 전자 장치{Monolithic ceramic substrate, manufacturing and designing methods therefor, and electronic device}
본 발명은 모놀리식 세라믹 기판, 이의 제조 방법 및 설계 방법, 및 이러한 모놀리식 세라믹 기판을 구비하고 있는 전자 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 모놀리식 세라믹 기판의 뒤틀림(warpage)을 저하시키는 개량에 관한 것이다.
모놀리식 세라믹 기판은 복수개의 적층 세라믹층을 구비하여, 적층체를 형성한다. 상술한 구성을 가지고 있는 모놀리식 세라믹 기판에는 다양한 배선도체(wiring conductor)가 형성되어 있다. 배선도체로서는, 예를 들어, 모놀리식 세라믹 기판의 내부에, 세라믹층들 사이의 소정의 계면을 따라서 연장하는 내부 도전막, 및 소정의 세라믹층을 관통하도록 연장하는 비아홀 도체(via hole conductor)가 형성되어 있고, 모놀리식 세라믹 기판의 외면에 연장하는 외부 도전막이 형성되어 있다.
모놀리식 세라믹 기판은 반도체 칩 부품, 그 외의 칩 부품 및 또 다른 전자 부품 등을 탑재하는데 사용하고, 또한 이러한 전자부품을 상호 연결하는데도 사용한다. 상술한 배선도체는 상술한 상호 연결의 전기적 경로를 형성한다.
또한, 어떤 경우에, 모놀리식 세라믹 기판에는, 예를 들어, 커패시터, 인덕터 등의 수동부품이 탑재되어 있다. 상술한 경우에서, 이러한 수동 부품은 상술한 배선도체로서 사용되는 내부 도전막과 비아홀 도체의 일부에 의해 구성된다.
모놀리식 세라믹 기판은, 예를 들어, 이동 통신용 단말기 장치 분야에서 LCR 하이브리드 고주파 부품(hybrid high ferquency components)에 사용된다. 또한, 컴퓨터 분야에서, 모놀리식 세라믹 기판은 반도체 직접회로(integrated circuit: IC) 칩 등의 능동소자, 및 커패시터, 인덕터, 저항 등의 수동소자를 포함하고 있는 하이브리드 부품을 형성하는데 사용되거나, 또는 단지 반도체 IC 패키지를 형성하는데 사용된다.
특히, 적층형 세라믹 전자부품은 PA 모듈(module) 기판, RF 다이오드스위치(diode switches), 필터, 칩 안테나, 각종 패키지 장치 및 하이브리드 장치 등의 각종의 전자 장치를 구성하는데에 광범위하게 사용된다.
모놀리식 세라믹 기판의 다기능, 실장 밀도 및 성능을 향상시키기 위해서는, 상술한 배선도체를 미세한 패턴의 밀도로 형성하는 것이 유효하다.
그러나, 모놀리식 세라믹 기판을 형성하기 위해서는, 소결 공정이 반드시 실시되어야 한다. 이 소결 공정에서는, 세라믹의 소결로 수축이 발생하고, 이 수축은 모놀리식 세라믹 기판 전체에 걸쳐서 균일하게 발생하지 않고, 이에 의해 배선도체에서 원하지 않는 변형과 뒤틀림이 발생한다. 이러한 배선도체의 변형과 뒤틀림은 배선도체의 배선 밀도의 향상을 저해한다.
따라서, 소결 공정에서 모놀리식 세라믹 기판의 주면 방향으로의 수축을 실질적으로 억제할 수 있는, 소위 말하는 무수축 공정이 모놀리식 세라믹 기판의 제조에 적용할 것이 제안되고 있다.
무수축 공정에 따른 모놀리식 세라믹 기판의 제조 방법에는, 예를 들어, 1000℃ 이하의 온도에서 소결될 수 있는 저온에서 소결가능한 세라믹 재료(low-temperature sinterable ceramic material)에 부가하여, 상술한 저온에서 소결가능한 세라믹 재료의 소결 온도에서 소결되지 않고, 수축을 억제하는 무기 입자(inorganic particles)가 준비된다. 소결에 의해 모놀리식 세라믹 기판을 형성하는 그린 적층체(green laminate)를 준비할 때에, 저온 소결가능한 세라믹 재료를 함유하고, 아울러 서로 함께 적층되는 복수개의 베이스 그린층(base green layer)의 소정 그린층의 주면에 접촉하도록 무기 입자를 함유하는 구속 그린층(constraining green layer)이 배치되어 있다. 또한, 베이스 그린층에는 배선도체를 형성하는 도전성 페이스트체(conductive paste body)가 형성된다.
그 다음에, 이렇게 얻게된 그린 적층체를 소성한다. 이 소성 공정중에, 베이스 그린층과 구속 그린층 사이의 계면에 두께 약 2∼3㎛ 정도의 반응층(reaction layer)이 형성되고, 이 반응층은 인접해 있는 베이스 그린층과 구속 그린층을 접착시킨다. 부가하여, 구속 그린층에 함유되어 있는 무기 재료의 분말은 실질적으로 소결되지 않으므로, 이 구속 그린층에서 수축이 실질적으로 발생하지 않는다. 따라서, 구속 그린층이 베이스 그린층의 수축을 억제하므로, 베이스 그린층은 두께 방향으로만 실질적으로 수축되고, 주면 방향으로의 수축은 억제된다. 그 결과, 그린 적층체를 소결함으로써 형성된 모놀리식 세라믹 기판에서 불균일한 변형이 발생하는 것이 어려우므로, 배선도체에서 원하지 않는 변형과 뒤틀림이 거의 발생하지 않고, 이에 의해 배선도체의 고밀도 패턴을 이루는 것이 가능하다.
그러나, 베이스 그린층의 주면 방향으로의 수축이 억제될 수 있더라도, 이 수축량이 0%로 저하될 수는 없다. 또한, 베이스 그린층 및 구속 그린층에 함유되어 있는 바인더(binder)가 소실되므로, 적어도 2∼3%의 수축이 반드시 일어난다.
또한, 상술한 수축량은 베이스 그린층과 구속 그린층의 특성에 따라서 변화한다. 예를 들어, 베이스 그린층의 두께를 증가시킬 때에는, 구속 그린층의 구속력을 베이스 그린층에 미치는 것이 어렵게 되고, 그 결과, 베이스 그린층의 수축이 보다 용이하다. 또한, 구속 그린층은 얇아질수록, 수축을 억제하는 구속력이 약해진다. 따라서, 베이스 그린층은 보다 용이하게 수축된다.
그러므로, 예를 들어, 25∼300㎛의 범위에서 두께가 다른 복수 종류의 베이스 그린층을 구비하고 있는 그린 적층체에서, 동일한 특성을 가지고 있는 구속 그린층을 각 베이스 그린층의 주면과 접촉하도록 형성하는 경우에는, 이 그린 적층체를 소결함으로써 모놀리식 세라믹 기판이 형성될 때에, 적층체의 적층 방향으로 모놀리식 세라믹 기판의 수축률에 변동이 생기고, 그 결과, 적층체가 뒤틀려진다. 아울러, 심각한 경우에는, 적층체에 균열(cracking)과 분리(separation)가 발생할 수 있다. 그 결과, 적층체에 형성되는 배선도체의 위치 정밀도가 저하되고, 이에 의해 미세한 배선 밀도를 가지고 있는 배선도체의 형성에 방해를 받고, 이렇게 얻은 모놀리식 세라믹 기판의 신뢰성도 저하된다.
상기에서 기술한 바와 같이, 베이스 그린층의 수축률이 다른 요인으로서는, 베이스 그린층의 두께의 차이가 예시되어 있다. 그러나, 이 두께의 차이 이외에도, 베이스 그린층의 조성 차이 또는 구성 재료의 종류 차이, 베이스 그린층에 형성된 배선도체의 분포 배선 밀도 또는 분포 상태의 차이 등에 의해서도 베이스 그린층의 수축률이 다를 수 있다.
따라서, 상술한 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명의 바람직한 실시형태들은 대폭 향상된 모놀리식 세라믹 기판, 이의 제조 방법 및 설계 방법, 및 상술한 신규한 모놀리식 세라믹 기판을 구비하고 있는 전자 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 한 바람직한 실시형태에 따른 모놀리식 세라믹 기판을 도시하는 도식적인 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 모놀리식 세라믹 기판을 형성하는 그린 적층체를 도시하는 도식적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 각종 바람직한 실시형태들에 따른 모놀리식 세라믹 기판의 설계 방법을 설명하기 위해서, 두께가 서로 다른 복수 종류의 제 1 시험용 그린층과 두께가 서로 다른 복수 종류의 제 2 시험용 그린층과의 각 조합으로부터 얻어서, 제 1 시험용 그린층의 소결 중에 제 1 시험 그린층의 주면 방향으로의 수축률을 도시하는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 각종 바람직한 실시형태들에 따른 모놀리식 세라믹 기판의 설계 방법을 설명하기 위해서, 두께가 서로 다른 복수 종류의 제 1 시험용 그린층과 입자 직경이 서로 다른 무기 입자를 함유하고 있는 복수 종류의 제 2 시험용 그린층과의 각 조합으로부터 얻어서, 제 1 시험용 그린층의 소결 중에 제 1 시험 그린층의 주면 방향으로의 수축률을 도시하는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 각종 바람직한 실시형태들에 따른 모놀리식 세라믹 기판의 설계 방법을 설명하기 위해서, 두께가 서로 다른 복수 종류의 제 1 시험용 그린층과 서로 다른 종류의 무기 입자를 함유하고 있는 복수 종류의 제 2 시험용 그린층과의 각 조합으로부터 얻어서, 제 1 시험용 그린층의 소결 중에 제 1 시험 그린층의 주면 방향으로의 수축률 도시하는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 각종 바람직한 실시형태들의 이점을 확인하기 위해서, 실시되는 실시예에 따른 그린 적층체의 적층 구조를 도시하는 도식적인 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명>
1 ... 모놀리식 세라믹 기판 2 ... 그린 적층체
3 ... 베이스 세라믹층 4 ... 구속층
5 ... 배선도체 6 ... 내부 도전막
7 ... 외부 도전막 8, 9 ... 비아홀 도체
10 ... 마더보드 11 ... 베이스 그린층
12 ... 구속 그린층 13 ... 도전성 페이스트체
본 발명의 한 바람직한 실시형태에 따르면, 그린 적층체를 소결시킴으로써형성된 모놀리식 세라믹 기판은, 저온에서 소결가능한 세라믹 재료을 함유하고, 서로 적층되는 복수개의 베이스 세라믹층(base ceramic layer); 상기 저온에서 소결가능한 세라믹 재료의 소결 온도에서 소결되지 않는 무기 입자를 함유하고, 상기 복수개의 베이스 세라믹층의 소정 층의 주면에 접촉하도록 배치되며, 아울러 상기 베이스 세라믹층에 함유된 상기 저온에서 소결가능한 세라믹 재료의 일부의 확산에 의해 상기 무기 입자들이 결합하고 상기 베이스 세라믹층에 인접해 있는 복수개의 구속층; 및 상기 베이스 세라믹층에 형성되는 배선도체를 포함하고 있다.
상술한 모놀리식 세라믹 기판에서, 상술한 문제점들을 해결하기 위해서, 복수개의 구속층으로부터 선택된 적어도 2개의 구속층은 소결 공정 중에 베이스 세라믹층을 형성하는 베이스 그린층에 각기 다르게 구속력을 가하여, 베이스 그린층의 수축을 억제한다.
상술한 모놀리식 세라믹 기판에서, 바람직하게, 베이스 세라믹층은 비교적 두꺼운 제 1 베이스 세라믹층, 및 비교적 얇은 제 2 베이스 세라믹층을 구비하고 있고; 복수개의 구속층은 제 1 베이스 세라믹층의 주면과 접촉하도록 배치된 제 1 구속층, 및 제 2 베이스 세라믹층의 주면과 접촉하도록 배치된 제 2 구속층을 구비하고 있고, 제 1 구속층이 제 2 구속층보다 두껍다.
상술한 바와 같이, 제 1 및 제 2 베이스 세라믹층과 제 1 및 제 2 구속층을 포함하는 모놀리식 세라믹 기판에서, 제 1 구속층에 함유된 무기 입자의 입자 직경은 제 2 구속층에 함유된 무기 입자의 입자 직경보다 작은 것이 바람직하다.
상술한 모놀리식 세라믹 기판에서, 바람직하게, 베이스 세라믹층은 서로 다른 두께의 제 1 및 제 2 베이스 세라믹층을 구비하고 있고; 구속층은 제 1 및 제 2 베이스 세라믹층의 주면과 접촉하도록 배치된 제 1 및 제 2 구속층을 구비하고 있고, 제 1 및 제 2 구속층에 함유된 무기 입자의 종류는 서로 다르다.
본 발명의 다양한 바람직한 실시형태들의 모놀리식 세라믹 기판에서, 배선도체는 Ag, Au, Cu, Ni, Ag-Pd 및 Ag-Pt로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 금속을 주성분으로 구성된 도전성 재료로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상술한 모놀리식 세라믹 기판에서, 배선도체는 각종의 형상을 가지고 있어도 된다. 예를 들어, 배선도체는 베이스 세라믹층의 주면을 따라서 연장하는 도전막, 및 베이스 세라믹층을 관통하도록 연장하는 비아홀 도체를 포함하고 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 모놀리식 세라믹 기판의 제조 방법은, 저온에서 소결가능한 세라믹 입자를 함유하고 서로 적층되는 복수개의 베이스 그린층, 상기 저온에서 소결가능한 세라믹 입자의 소결 온도에서 소결되지 않는 무기 입자를 함유하고 상기 복수개의 베이스 그린층의 소정 층의 주면과 접촉하도록 배치되는 복수개의 구속 그린층, 및 상기 베이스 그린층에 형성되는 배선도체를 구비하는 그린 적층체를 형성하는 공정; 및 상기 그린 적층체를, 상기 저온에서 소결가능한 세라믹 입자가 소결되는 조건하에서 소결시키는 공정을 포함하고 있으며, 상기 그린 적층체를 구성하는 상기 복수개의 베이스 그린층으로부터 선택된 적어도 2개의 베이스 그린층은 상기 소결 공정 중에 본래 가지고 있는 고유한 수축 능력(shrinkability)이 각기 다르다.
상술한 모놀리식 세라믹 기판의 제조 방법에서, 상술한 문제점들을 해결하기위해서, 즉, 소결 공정 중에 수축 능력간의 차이로 인해 발생하는 적층체의 뒤틀림을 억제하기 위해서, 그린 적층체를 구성하는 복수개의 구속 그린층으로부터 선택된 적어도 2개의 구속 그린층은 베이스 그린층에 각기 다르게 구속력을 가하여, 베이스 그린층의 수축을 억제한다.
상술한 모놀리식 세라믹 기판의 제조 방법에서, 구속 그린층의 구속력은, 예를 들어, 구속 그린층의 두께, 구속 그린층에 함유되는 무기 입자의 입자 직경, 종류, 형상, 입자 분포, 함유량 및 구속 그린층의 표면 상태 둥의 한 요인에 의해 또는 이들 요인들의 조합에 의해 억제된다.
상술한 모놀리식 세라믹 기판의 제조 방법에서, 그린 적층체의 형성 공정은 베이스 그린층을 형성하는 베이스 그린시트를 준비하는 공정; 및 베이스 그린시트 상에 구속 그린층을 형성하는 공정을 포함하고 있다.
상술한 모놀리식 세라믹 기판의 제조 방법에서, 베이스 그린시트 상에 상기 구속 그린층을 형성하는 공정은 구속 그린층을 형성하는데 사용하는 슬러리 (slurry)를 준비하는 공정; 및 이 슬러리를 베이스 그린시트 상에 도포하는 공정을 더 포함하고 있으며, 또는 구속 그린층을 형성하는 구속 그린시트를 준비하는 공정; 및 구속 그린시트를 베이스 그린시트 상에 중첩하는 공정을 포함하고 있다.
상술한 모놀리식 세라믹 기판의 제조 방법에서, 상술한 공정 대신에, 그린 적층체의 형성 공정은 베이스 그린층을 형성하는데 사용하는 베이스 슬러리를 준비하는 공정; 구속 그린층을 형성하는데 사용하는 구속 슬러리를 준비하는 공정; 베이스 슬러리를 도포하여 베이스 그린시트를 형성하는 공정; 및 베이스 그린시트 상에 구속 슬러리를 도포하여 구속 그린층을 형성하는 공정을 포함하고 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시형태들을 상술한 방법에 의해 제작되는 모놀리식 세라믹 기판에 적용할 수 있다.
부가하여, 본 발명의 바람직한 실시형태들을 상술한 방법에 의해 제작되는 모놀리식 세라믹 기판의 설계 방법에 적용할 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 모놀리식 세라믹 기판의 설계 방법은, 저온에서 소결가능한 세라믹 입자를 함유하는 제 1 시험용 그린층과 무기 입자를 함유하는 제 2 시험용 그린층을 적층시켜 형성된 합성물을 상기 저온에서 소결가능한 세라믹 입자를 소결시키는 조건하에서 소결하여, 상기 제 1 시험용 그린층을 주면 방향으로의 수축률을 측정하는 제 1 공정을 포함하고 있다. 아울러, 이 제 1 공정은 소성 공정 중에 수축 능력이 각기 다른 복수 종류의 상기 제 1 시험용 그린층과 소성 공정 중에 구속력이 각기 다른 복수 종류의 상기 제 2 시험용 그린층과의 조합을 실시하여, 상기 각 조합물로부터 수축률을 미리 구한다.
또한, 모놀리식 세라믹 기판의 설계 방법은, 바람직하게, 모놀리식 세라믹 기판의 형성에 필요한 복수개의 베이스 그린층과 실질적으로 동등한 특성을 가지고 있는 상기 복수 종류의 제 1 시험용 그린층을 선택하는 제 2 공정; 상기 선택된 복수 종류의 제 1 시험용 그린층과 상기 제 1 시험용 그린층의 수축률과 대략 동등한 수축률을 가지고 있는 상기 제 2 시험용 그린층과의 조합을 선택하는 제 3 공정; 및 상기 선택된 조합의 상기 제 2 시험용 그린층과 실질적으로 동등한 특성을 가지고 있는 상기 구속 그린층의 특성을 결정하는 제 4 공정을 포함하고 있다.
또한, 상술한 제 2 공정은 제 1 시험용 그린층을 선택하기 위한 특성의 결정시에 구속 그린층의 구속력의 억제 요인들에 따라서 각종의 변형이 가능하다.
즉, 제 1 시험용 그린층의 두께가 구속력의 억제 요인일 때에, 제 1 시험용 그린층은 베이스 그린층과 실질적으로 동등한 두께를 가지고 있도록 선택된다.
부가하여, 제 1 시험용 그린층의 조성이 구속력의 억제 요인일 때에, 제 1 시험용 그린층은 베이스 그린층과 실질적으로 동일한 조성을 가지고 있도록 선택된다.
또한, 제 1 시험용 그린층 상에 형성된 배선도체가 구속력의 억제 요인일 때에, 제 1 시험용 그린층은 베이스 그린층 상에 형성된 배선도체와 실질적으로 동일한 배선도체를 가지고 있도록 선택된다.
본 발명의 바람직한 실시형태들에 따른 모놀리식 세라믹 기판의 설계 방법에서, 상술한 제 4 공정은 결정될 구속 그린층의 특성에 따라서 각종의 변형이 가능하다.
즉, 구속 그린층의 두께가 결정될 특성일 때에, 구속 그린층은 제 2 시험용 그린층과 실질적으로 동등한 두께를 가지고 있다.
부가하여, 구속 그린층에 함유된 무기 입자의 입자 직경이 결정될 특성일 때에, 구속 그린층은 바람직하게 제 2 시험용 그린층에 함유된 무기 입자와 실질적으로 동등한 입자 직경을 가지고 있는 무기 입자를 함유하고 있다.
또한, 구속 그린층에 함유된 무기 입자의 종류가 결정될 특성일 때에, 구속 그린층은 바람직하게 제 2 시험용 그린층에 함유된 무기 입자의 종류와 실질적으로동등한 종류의 무기 입자를 함유하고 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시형태들을 상술한 모놀리식 세라믹 기판; 및 상기 모놀리식 세라믹 기판이 실장되는 마더보드(motherboard)를 포함하고 있는 전자 장치에 적용할 수 있다.
본 발명의 그 외의 특징, 특성 및 이점은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태들의 상세한 기술을 통해서 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명의 한 바람직한 실시형태에 따른 모놀리식 세라믹 기판(1)을 도시하는 도식적인 단면도이다. 도 2는 도 1에 도시된 모놀리식 세라믹 기판(1)을 형성하는 그린 적층체(2)를 도시하는 도식적인 단면도이다. 모놀리식 세라믹 기판(1)은 바람직하게 그린 적층체(2)를 소결시킴으로써 형성된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 모놀리식 세라믹 기판(1)은 바람직하게 저온에서 소결가능한 세라믹 재료를 함유하고 서로 적층되는 복수개의 베이스 세라믹층(3)을 포함하고 있다. 베이스 세라믹층(3)으로서는, "3(a)"로 표시된 세라믹층, "3(b)"로 표시된 세라믹층 및 "3(c)"로 표시된 세라믹층이 있다. 이들 참조부호 "3(a)", "3(b)" 및 "3(c)"는 서로를 구별할 필요가 있을 때에 사용된다.
또한, 모놀리식 세라믹 기판(1)은 바람직하게 베이스 세라믹층(3)의 소정 층의 주면과 접촉하도록 형성되고, 상술한 저온에서 소결가능한 세라믹 재료의 소결 온도에서 소결되지 않는 무기 입자를 함유하는 복수개의 구속층(4)을 구비하고 있다. 부가하여, 구속층(4)에 함유된 무기 입자는 이 구속층(4)에 인접해 있는 베이스 세라믹층(3)에 함유된 재료의 일부의 확산에 의해 결합된다. 이 실시형태에서는, 복수개의 베이스 세라믹층(3)의 각 계면을 따라서 구속층(4)이 배치되어 있다. 구속층(4)으로서는, "4(a)"로 표시된 구속층, "4(b)"로 표시된 구속층 및 "4(c)"로 표시된 구속층이 있다. 이들 참조부호 "4(a)", "4(b)" 및 "4(c)"는 서로를 구별할 필요가 있을 때에 사용된다.
아울러, 모놀리식 세라믹 기판(1)은 또한 배선도체(5)를 구비하고 있다. 배선도체(5)로서는, 예를 들어, 베이스 세라믹층(3)의 주면을 따라서 연장하는 도전막(6, 7), 및 베이스 세라믹층(3)을 관통하도록 연장하는 비아홀 도체(8, 9)가 있다. 도전막(6, 7)으로서는, 모놀리식 세라믹 기판(1)의 내부에 형성된 내부 도전막(6) 및 모놀리식 세라믹 기판(1)의 외면에 형성된 외부 도전막(7)이 있다. 부가하여, 비아홀 도체(8, 9)로서는, 모놀리식 세라믹 기판(1)의 내부에 위치된 비아홀 도체(8) 및 모놀리식 세라믹 기판(1)의 측면에 노출되는 단자용 비아홀 도체(9)가 있다.
이 모놀리식 세라믹 기판(1)은 원하는 전자 장치를 형성하기 위해서 가상의 윤곽선으로 도시된 마더보드(10) 상에 실장되어 있다. 모놀리식 세라믹 기판(1)을 마더보드(10) 상에 실장하기 위해서, 상술한 단자용 비아홀 도체(9)와 이에 접속되어 있는 외부 도전막(7)을 마더보드(10) 상에, 예를 들어, 땜납에 의해 형성한다. 또한, 도시되어 있지는 않지만, 도면에서 모놀리식 세라믹 기판(1)의 상면에는, 일부의 경우에, 각종의 전자 부품이 탑재될 수 있다.
이러한 모놀리식 세라믹 기판(1)에서, 각개의 베이스 세라믹층(3)의 각 두께에 대해서는, 바람직하게 베이스 세라믹층(3a)이 가장 얇고, 베이스 세라믹층(3b)이 중간 두께이고, 베이스 세라믹층(3c)이 가장 두껍다.
부가하여, 구속층(4)에서도 두께에 차이가 있다. 즉, 가장 얇은 베이스 세라믹층(3a)과 접촉하고 있는 구속층(4a)이 가장 얇고, 중간 두께를 가지고 있는 베이스 세라믹층(3b)과 접촉하고 있는 구속층(4b)이 중간 두께이고, 가장 두꺼운 베이스 세라믹층(3c)과 접촉하고 있는 구속층(4c)이 가장 두껍다.
상술한 바와 같은 모놀리식 세라믹 기판(1)을 얻기 위해서, 도 2에 도시된 그린 적층체(2)가 형성된다.
그린 적층체(2)는 바람직하게 저온에서 소결가능한 세라믹 입자를 함유하고 아울러 서로 적층된 복수개의 베이스 그린층(11)을 구비하고 있다. 이 베이스 그린층(11)을 소결함으로써 상술한 베이스 세라믹층(3)이 바람직하게 형성된다.
그린 적층체(2)는 또한 바람직하게 베이스 그린층(11)의 소정 층의 주면과 접촉하도록 배치되고, 저온에서 소결가능한 세라믹 재료의 소결 온도에서 소결되지 않는 무기 입자를 함유하는 복수개의 구속 그린층(12)을 구비하고 있다. 이 구속 그린층(12)을 소결함으로써 상술한 구속층(4)이 바람직하게 형성된다.
그린 적층체(2)는 또한 베이스 그린층(11)에 형성되고 배선도체를 형성하는데 사용하는 도전성 페이스트체(13)를 구비하고 있다. 이 도전성 페이스트체(13)는 상술한 내부 도전막(6), 외부 도전막(7), 비아홀 도체(8) 및 단자용 비아홀 도체(9)에 대응하는 각 부분들을 가지고 있다.
그린 적층체(2)는 저온에서 소결가능한 세라믹 재료를 소결시키는 조건하에서 소성되고, 이에 의해 모놀리식 세라믹 기판(1)을 제조한다.
그린 적층체(2)를 형성하는 복수개의 베이스 그린층(11)으로서는, 상술한 베이스 세라믹층(3)의 각 두께에 대응하여, 가장 얇은 베이스 그린층(11a), 중간 두께를 가지고 있는 베이스 그린층(11b), 가장 두꺼운 베이스 그린층(11c)이 있다. 이러한 두께의 차이로 인해서, 구속 그린층(12)의 수축 억제 작용에 의해 얻게 되는 수축 억제 효과도가 서로 다르다. 따라서, 소결 공정 중에 베이스 그린층(11)의 고유한 수축 능력에 대해서는, 가장 얇은 베이스 그린층(11a)이 가장 낮고, 가장 두꺼운 베이스 그린층(11c)이 가장 높다.
이러한 상황에서, 대책을 강구하지 않은 경우에는, 소성 공정 중에 상술한 바와 같은 수축 능력의 차이로 인해서 그린 적층체(2)에 뒤틀림이 발생할 수 있다. 이러한 뒤틀림의 발생을 방지하기 위해서, 베이스 그린층(11)에 각기 다르게 수축력을 가하여 베이스 그린층(11)의 수축을 억제하는 구속 그린층(12)이 사용된다.
즉, 수축 능력이 가장 낮은 가장 얇은 베이스 그린층(11a)의 주면과 접촉하도록 배치된 구속 그린층(12a)은 가장 얇게 형성되어, 구속력이 가장 약하다.
또한, 중간 두께를 가지고 있는, 즉 중간 수축 능력의 베이스 그린층(11b)의 주면과 접촉하도록 배치된 구속 그린층(12b)은 중간 두께로 형성되어, 중간의 구속력을 가지고 있다.
또한, 수축 능력이 가장 높은 가장 두꺼운 베이스 그린층(11c)의 주면과 접촉하도록 배치된 구속 그린층(12c)은 가장 두껍게 형성되어, 구속력이 가장 강하다.
상술한 그린 적층체(2)를 형성하기 위해서, 하기에서 기술할 방법을 바람직하게 사용한다.
베이스 그린층(11)을 형성하기 위해서, 먼저, 베이스 그린시트를 준비한다. 이 베이스 그린시트는 약 1000℃ 이하의 온도에서 소결가능한 세라믹 입자를 함유하고 있다. 특히, 예를 들어, 이 베이스 그린시트는 바람직하게 하기에서 기술할 방법으로 형성된다.
즉, 저온에서 소결가능한 세라믹 입자에 무기 바인더 및 용제로 이루어진 무기 바인더와 가소제(plasticizer)를 첨가하고, 그 다음에 이들을 함께 혼합하여, 슬러리를 제작한다. 그 다음에는, 이 슬러리를 닥터블레이드법(doctor blade method)에 의해 캐리어막(carrier film) 상에서 시트 형상으로 형성하고, 건조함으로써, 베이스 그린층(11)을 형성한다.
저온에서 소결가능한 세라믹 입자로서는, 예를 들어, 산화바륨, 산화규소, 산화알루미늄, 산화칼슘, 산화붕소 등의 혼합물과 같이, 소성 공정 중에 글래스(glass)를 생성하는 재료를 사용하여도 된다. 부가하여, 상술한 재료 대신에, 알루미나와 같이 필러(filler)로서 사용되는 세라믹과, 바로실리케이트글래스 (barosilicate glass) 또는 산화실리콘과 같이 소결 보조제로서 사용하는 글래스와의 환합물을 사용하여도 된다. 저온에서 소결가능한 세라믹 입자로서는, 약 1000℃ 이하의 온도에서 재료의 조성을 소결할 수 있으면 어떠한 재료를 사용하여도 된다. 그러나, 배선도체(5)에 구리 또는 니켈을 사용하는 경우에는, 환원성 대기중에서 소결 공정 중에 세라믹 조성을 환원되지 않게 선택할 필요가 있다.
무기 바인더로서는, 예를 들면, 아크릴수지, 폴리비닐부티랄(polyvinyl butyral), 또는 메타크릴(methacrylic) 수지 또는 그 외의 적당한 재료를 사용하여도 된다.
용제로서는, 예를 들어, 톨루엔(toluene) 또는 이소프로필알콜(isopropyl alcohol) 등의 알콜과 같이 적당한 재료을 사용하여도 된다.
가소제로서는, 예를 들어, di-n-부틸 프탈레이트 등의 적당한 재료를 사용하여도 된다.
구속 그린층(12)은 상술한 저온에서 소결 가능한 세라믹 입자의 소결 온도에서 소결되지 않는 무기 입자를 함유하며, 무기 입자로서, 예를 들어 알루미나 분말 또는 산화지르코늄 분말을 사용할 수 있다.
상술한 무기 입자에 가소제와 유기 바인더 및 용제를 포함하는 유기 비히클(vehicle)을 첨가하는 공정, 이렇게 얻어진 혼합물을 혼합하여 슬러리를 형성하는 공정, 베이스 그린시트에 슬러리를 도포하는 공정 및 이렇게 도포된 슬러리를 건조하는 공정으로 구속 그린층(12)을 형성할 수 있다.
구속 그린층(12)에 함유된 유기 비히클 및 가소제로서, 베이스 그린층(11)을 형성하는데 사용되는 슬러리에 함유된 것과 동일한 재료를 사용할 수 있다.
또한, 구속 그린층(12)을 형성하기 위하여, 상술한 슬러리를 사용하여 구속 그린시트를 먼저 형성하고 베이스 그린시트 위에 배치할 수 있다. 대안적으로, 구속 그린층(12)을 형성하는 구속 그린시트를 먼저 캐리어막 위에 형성할 수 있고, 이어서 저온에서 소결 가능한 세라믹 재료를 함유하는 슬러리를 구속 그린층 위에도포하여 베이스 그린층(12)을 형성할 수 있다.
또한, 그린 적층체(2)를 형성하기 위하여, 베이스 그린층(11)을 형성하기 위한 베이스 슬러리 및 구속 그린층(12)을 형성하기 위한 구속 슬러리를 준비하는 공정, 베이스 그린층(11)을 예를 들어, 캐리어막 위에 베이스 슬러리를 도포하여 형성하는 공정, 및 구속 그린층(12)을 형성하기 위해 베이스 그린층(11) 위에 구속 슬러리를 도포하는 공정을 포함하는 소위 순차적 도포 공정을 포함하는 방법을 사용할 수 있다.
배선도체(5)를 형성하는 도전성 페이스트체(13)는 도전성 페이스트를 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 도전성 페이스트는 도전성 재료로서 사용되는 유기 비히클과 금속 분말을 포함하는 것이 바람직하며, 예를 들어, 교반밀(shaking mill), 또는 3-롤 밀(three-rill mill)이나 다른 적당한 장치를 사용하여 상술한 성분들을 교반하고 섞어서 얻는 것이 바람직하다.
상술한 도전성 재료를 형성하기 위한 금속 분말에 사용되는 금속으로서, 베이스 그린층(11)에 함유된 저온에서 소결 가능한 세라믹 재료에 대한 소결 조건을 견디는 금속을 사용할 수 있으며, 예를 들어, 주로 Ag, Au, Cu, Ni, Ag-Pd 및 Ag-Pt로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 금속을 주성분으로 하는 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
금속 분말의 평균 입자 직경과 입자 형상은 특정하게 제한되지 않는다. 그러나, 평균 입자 직경은 약 0.3㎛~10㎛가 바람직하고, 큰 입자 및 지나치게 덩어리진 입자가 포함되는 것은 바람직하지 못하다.
도전성 페이스트에 함유된 유기 비히클로서, 테르피네올, 부틸 카르비톨, 부틸 카르비톨 아세테이트 및 이소프로필 알콜 등의 용제로 사용된 알콜에 용해된, 에틸 셀룰로오스, 알키드 수지, 아크릴 수지 또는 부틸 수지 등의 바인더를 포함하는 혼합물을 사용할 수 있다.
도전성 페이스트의 인쇄 특성을 고려하면, 도전성 페이스트의 점성은, 예를 들어, 약 50Pa·s∼약 300Pa·s의 범위가 바람직하다.
소결 공정 동안에 베이스 그린층(11)의 수축과 도전성 페이스트의 수축을 맞추기 위하여, 예를 들어 약 70체적% 이하의 글래스 프릿(glass frit) 또는 세라믹 분말이 도전성 페이스트에 함유될 수 있다.
도전성 페이스트체(13)를 상술한 도전성 페이스트로 형성할 때, 비아홀 도체(8, 9)를 형성하는 도전성 페이스트체(13)는, 소정의 베이스 그린층(11) 및 필요하다면 구속 그린층(12)에 관통홀을 형성하는 공정, 그리고 이 관통홀에 도전성 페이스트를 채우는 공정에 의해 형성된다. 도전막(6, 7)을 형성하는 도전성 페이스트체(13)는, 예를 들어, 도전성 페이스트의 스크린 인쇄를 실시하여 형성된다. 이 인쇄 공정에서, 도전성 페이스트가 상술한 관통홀에 채워질 수 있다.
도전막(6, 7)을 형성하는 도전성 페이스트체(13)와 비아홀 도체(8, 9)를 형성하는 도전성 페이스트체(13)를 상술한 것처럼 동시에 형성할 수 있다. 그러나, 도전막(6, 7)에 요구되는 특성이 비아홀 도체(8, 9)에 요구되는 특성과 다른 경우에는, 입자 크기, 각 도전성 페이스트에 함유된 금속 분말의 양, 유기 비히클, 점성 등이 각각 최적의 상태인 다른 도전성 페이스트를 사용하여 다른 공정으로 도전성 페이스트체를 형성할 수 있다.
베이스 그린층(11)을 형성하는 베이스 그린시트를 서로 적층시키기 전에 상술한 도전성 페이스트(13)를 형성하는 공정을 실시한다.
또한, 상술한 것처럼, 베이스 슬러리 및 구속 슬러리를 사용하여 소위 순차적 도포 공정으로 베이스 그린층(11)과 구속 그린층(12)을 형성할 때, 베이스 슬러리 또는 구속 슬러리를 도포할 때 마다 도전성 페이스트를 인쇄하는 공정을 실시한다. 상술한 경우에서, 비아홀 도체(8, 9)의 형성을 위해 도전성 페이스트가 형성되는 곳에 위치된 관통홀이 슬러리의 도포 공정에서 형성되도록 슬러리의 도포 면적을 결정한다.
그 다음에, 이렇게 형성된 그린 적층체(2)를 적층 방향으로 압착한다. 이런 관계에서, 상술한 그린 적층체(2)를 형성하는 공정이 복수의 모놀리식 세라믹 기판(1)을 제조하기 위해 순차적으로 분할되는 마더형 그린 적층체(2)을 형성하는 공정이 되는 경우, 모놀리식 세라믹 기판(1)을 형성하는 복수의 그린 적층체(2)을 얻는 압착 공정 이후에 절단 공정을 실시한다. 이 절단 공정에서는 단자 비아홀 도체(9)를 형성하는 도전성 페이스트체(13)를 몸체의 측면에 노출시킨다. 또한, 어떤 경우에는 소결 이후에 다이싱 소(dicing saw)를 사용하여 절단 공정을 실시할 수 있다.
또한, 상술한 압착 공정을 실시한 후 도전성 페이스트를 인쇄함으로서 외부 도전막(7)을 형성하는 도전성 페이스트체(13)의 적어도 일부를 형성할 수 있다.
상술한 도전성 페이스트를 포함하는 도전성 페이스트체에 부가하여, 모놀리식 세라믹 기판(1)용으로 구비된 배선도체(5)를 금속 호일(foil)이나 금속 선으로 형성할 수 있다. 상술한 경우, 핫 프레싱(hot pressing)에 의해 주머니 모양의(pouched out) 금속 호일 또는 금속 선을 베이스 그린층(11)이나 구속 그린층(12)에 형성하는 방법을 실시하거나, 증착법, 스퍼터링, 도금 또는 다른 적당한 공정에 의해 금속 호일을 적당한 막에 형성하고, 필요시 에칭 또는 다른 적당한 공정으로 금속 호일을 패터닝하며(patternibg), 베이스 그린층(11) 또는 구속 그린층(12)에 금속 호일의 열을 전달하는 방법을 실시한다.
다음, 저온에서 소결 가능한 세라믹 입자를 소결시키는 조건하에서 그린 적층체(2)를 소결하여, 모놀리식 세라믹 기판(1)을 제작한다.
상술한 소결 공정 동안에, 구속 그린층(12) 자체는 실질적으로 수축되지 않는다. 베이스 그린층(11)을 유리가 그 내부에 형성되거나, 베이스 그린층(11)에 포함된 유리가 연화되는 온도로 가열할 때, 약 2㎛∼약 3㎛ 두께의 반응층이 구속 그린층(12) 및 베이스 그린층(11)의 각 계면에 형성되고, 이렇게 형성된 반응층은 구속 그린층(12)을 인접한 베이스 그린층(11)에 결합시켜 접합시킨다. 결국, 구속 그린층(12)은 베이스 그린층(11)의 주면을 따르는 방향으로 베이스 그린층이 수축되는 것을 억제할 수 있는 구속력을 갖는 상태가 된다.
따라서, 베이스 그린층(11)의 주면을 따르는 방향으로 베이스 그린층이 수축되는 동안, 베이스 그린층(11)에 포함된 저온에서 소결 가능한 입자가 소결되기 때문에 베이스 그린층(11)이 실질적으로 두께 방향으로 수축되며, 저온에서 소결 가능한 세라믹 재료를 포함하는 베이스 세라믹층(3)은 모놀리식 세라믹 기판(1)을 구성하도록 형성된다. 또한, 베이스 그린층(11)에 포함된 유리 성분 등의 재료의 일부가 구속 그린층(12)에 확산되어, 무기 입자가 결합되고, 구속 그린층(12)이 경화된다.
그러나, 그린 적층체(2)를 형성하는 베이스 그린층(11)은 소결 공정 동안 서로 다른 고유한 수축 능력을 갖는다.
즉, 베이스 그린층(11a)이 가장 얇고, 베이스 그린층(11b)은 중간 두께이며, 베이스 그린층(11c)이 가장 두껍다. 상술한 베이스 그린층(11)의 두께가 증가할 때, 고유한 수축 능력이 높아지게 된다. 따라서, 베이스 그린층(11a), 베이스 그린층(11b) 및 베이스 그린층(11c)의 순서대로 고유한 수축 능력이 증가된다. 따라서, 측정이 바람직하게 이루어지지 않으면, 소결 공정 동안에 그린 적층체(2)가 뒤틀리고, 그 결과, 소결에 의해 얻어진 모놀리식 세라믹 기판(1)이 뒤틀린다.
이런 뒤틀림을 방지하기 위하여, 베이스 그린층(11)에 가하는 구속층(12)의 구속력을 서로 다르게 하여, 베이스 그린층의 수축을 억제한다.
특히, 도 2에 도시된 바와 같이, 낮은 수축 능력을 가지고 있는 베이스 그린층(11a)의 주면과 접촉하는 구속 그린층(12a)은 얇게 형성하는 것이 바람직하고, 중간 수축 능력은 가지고 있는 베이스 그린층(11b)의 주면과 접촉하는 구속 그린층(12b)은 중간 두께를 갖도록 형성하는 것이 바람직하며, 높은 수축 능력을 가지고 있는 구속 그린층(12c)은 베이스 그린층(11c)의 주면과 접촉하는 구속 그린층(12c)은 두껍게 형성하는 것이 바람직하다.
구속 그린층(12)의 두께는 구속력에 영향을 끼치며, 구속 그린층의 두께가증가할 때, 베이스 그린층(11)에 가해지는 구속력이 증가한다. 따라서, 두께와 구속력간의 관계를 토대로, 각 베이스 그린층(11)의 고유한 수축 능력에 따라 구속 그린층(12)의 구속력을 각각 선택할 때, 소결 공정에서 각 베이스 그린층(11)의 실제 수축률을 대략적으로 서로 같게 만들 수 있다. 따라서, 그린 적층체(2)가 뒤틀리는 것을 막을 수 있다.
상술한 방법은 모놀리식 세라믹 기판(1)을 설계하는 방법에 적용할 수 있다. 즉, 모놀리식 세라믹 기판(1)을 설계할 때, 하기에 설명하는 방법을 사용할 수 있다.
먼저, 저온에서 소결 가능한 세라믹 재료를 포함하는 제 1 시험용 그린층과 무기 입자를 함유하는 제 2 시험용 그린층을 적층하여 형성된 합성물을 준비한다. 다음, 저온에서 소결 가능한 세라믹 재료를 소결시키는 조건하에서 합성물을 소결하고, 제 1 시험용 그린층의 주면을 따르는 방향으로 제 1 시험용 그린층의 수축률을 측정한다. 서로 다른 두께를 갖는 복수의 제 1 시험용 그린층과 서로 다른 두께를 갖는 복수의 제 2 시험용 그린층을 다양하게 조합하기 위해 상술한 공정을 실시하며, 그 결과, 제 1 시험용 그린층과 제 2 시험용 그린층의 다양한 조합의 수축률을 미리 얻을 수 있다.
도 3은 두께가 서로 다른 복수 종류의 제 1 시험용 그린층과 두께가 서로 다른 복수 종류의 제 2 시험용 그린층과의 각 조합으로부터 얻어서, 제 1 시험용 그린층의 소결 중에 제 1 시험 그린층의 주면 방향으로의 수축률을 도시하는 그래프이다.
도 3에 도시된 특정예에서는, 산화바륨 분말, 산화실리콘 분말, 알루미나 분말, 산화칼슘 분말 및 산화붕소 분말을 혼합하여 형성된 저온에서 소결 가능한 세라믹 재료에, 바인더로서 폴리비닐부티랄, 가소제로서 디-n-부틸 프탈레이트, 용제로서 톨루엔 및 이소프로필 알콜을 첨가하고 서로 혼합하여 슬러리를 형성하고, 슬러리를 사용하는 닥터 블레이드 방법으로 시트를 형성한 후, 건조하여, 제 1 시험용 그린층을 형성한다.
또한, 제 1 시험용 그린층에 대해 설명한 것과 동일하게 바인더, 가소제 및 용제를 첨가하는 공정에 의해 제 2 시험용 그린층을 형성하고, 평균 입자 직경이 약 0.5㎛인 알루미나 분말에, 이렇게 얻어진 혼합물을 혼합하여 슬러리를 형성하고, 제 1 시험용 그린층 위에 슬러리를 도포하고, 이렇게 도포된 슬러리를 건조시킨다.
상술한 공정에서, 제 1 시험용 그린층은 약 25㎛, 50㎛, 100㎛ 및 300㎛의 두께를 갖도록 형성하는 것이 바람직하며, 상술한 각 제 1 시험용 그린층과 서로 적층된 약 2㎛, 3㎛, 4㎛, 5㎛, 6㎛, 7㎛ 및 8㎛의 두께를 갖는 제 2 시험용 그린층으로 구성된 시험용 시료들이 형성된다.
다음, 이들 시험용 시료들을 환원성 대기에서 약 900℃의 온도로 약 1시간 동안 소성한 후, 제 1 시험용 그린층의 수축률을 이 층의 주면을 따르는 방향으로 측정한다. 이렇게 얻어진 수축률이 도 3에 도시되어 있다.
도 3에 도시된 데이타를 얻은 후, 원하는 모놀리식 세라믹 기판(1)을 형성하는데 필요한 복수의 베이스 그린층(11)의 두께와 실질적으로 동일한 두께를 갖도록제 1 시험용 그린층을 선택하는 것이 바람직하다.
다음, 이렇게 선택된 제 1 시험용 그린층과 이 제 1 시험용 그린층의 수축률과 거의 동등한 수축률을 가지고 있는 제 2 시험용 그린층과의 조합을 선택한다.
예를 들어, 수축률을 약 95%로 설정할 때, 약 25㎛ 두께의 제 1 시험용 그린층을 약 2㎛ 두께의 제 2 시험용 그린층과 적층하고, 약 50㎛ 두께의 제 1 시험용 그린층을 약 3㎛ 두께의 제 2 시험용 그린층과 적층하고, 약 100㎛ 두께의 제 1 시험용 그린층을 약 4㎛ 두께의 제 2 시험용 그린층과 적층하고, 약 150㎛ 두께의 제 1 시험용 그린층을 약 5㎛ 두께의 제 2 시험용 그린층과 적층하며, 그리고 약 300㎛ 두께의 제 1 시험용 그린층은 약 6㎛ 두께의 제 2 시험용 그린층과 적층한다.
다음, 이렇게 선택된 조합들의 제 2 시험용 그린층의 두께와 실질적으로 동일하도록 구속 그린층(12)의 두께를 결정한다.
보다 구체적으로, 도 2에 도시된 그린 적층체(2)에서, 베이스 그린층(11a)의 두께가 약 50㎛, 베이스 그린층(11b)의 두께가 약 150㎛, 그리고 베이스 그린층 (11c)의 두께가 약 300㎛일 때, 각각 약 50㎛, 약 150㎛ 및 약 300㎛의 두께를 갖는 제 1 시험용 그린층을 나타내는 도 3의 곡선이 각각 언급된다.
다음, 예를 들어, 그린층의 수축률을 약 95%로 설정할 때, 약 50㎛ 두께의 제 1 시험용 그린층과 약 3㎛ 두께의 제 2 시험용 그린층, 약 150㎛ 두께의 제 1 시험용 그린층과 약 5㎛ 두께의 제 2 시험용 그린층, 그리고 약 300㎛ 두께의 제 1 시험용 그린층과 약 6㎛ 두께의 제 2 시험용 그린층과의 적절한 조합들을 찾아낸다.
따라서, 구속 그린층(12)의 두께는 이 조합들의 제 2 시험용 그린층의 두께와 실질적으로 동일한 것이 바람직하다. 즉, 구속 그린층(12a)의 두께는 약 3㎛, 구속 그린층(12b)의 두께는 약 5㎛, 그리고 구속 그린층(12c)의 두께는 약 6㎛가 바람직하다.
모놀리식 세라믹 기판(1)을 상술한 설계 방법에 따라 설계하면, 소결 공정 동안 베이스 그린층(11)의 수축률이, 예를 들어, 약 95%이기 때문에, 그린 적층체 (2)에 뒤틀림이 발생하는 것을 방지되고, 따라서, 완성된 모놀리식 세라믹 기판(1)의 뒤틀림이 방지된다.
상술한 바람직한 실시형태에서, 구속 그린층(12)의 구속력을 조정하기 위하여, 구속 그린층의 두께를 조정하는 것이 바람직하다. 그러나, 다른 요인들을 변화시켜 구속력을 제어할 수도 있다.
예를 들어, 구속 그린층(12)에 포함된 무기 입자의 입자 직경을 변화시킴으로써, 구속 그린층의 구속력을 제어할 수 있다. 따라서, 상술한 구속 그린층(12)의 두께를 제어하는 경우와 같이, 또한 모놀리식 세라믹 기판(1)을 설계하기 위하여 구속 그린층(12)에 포함된 무기 입자의 입자 직경을 제어할 수 있다.
도 4는 도 3에 대응하는 그래프로, 두께가 서로 다른 복수 종류의 제 1 시험용 그린층과 입자 직경이 서로 다른 무기 입자를 함유하고 있는 복수 종류의 제 2 시험용 그린층과의 각 조합으로부터 얻어서, 제 1 시험용 그린층의 소결 중에 제 1 시험 그린층의 주면 방향으로의 수축률을 도시하는 그래프이다.
도 4에 나타낸 데이타는 제 2 시험용 그린층의 두께를 약 6㎛로 일정하게 하는 것을 제외하고는 도 3에 나타낸 데이터를 얻는 것과 본질적으로 동일한 진행 절차를 실시하여 얻어진다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제 2 시험용 그린층에 포함된 무기 입자의 입자 직경이 작아지면, 구속력이 증가하고, 제 1 시험용 그린층이 잘 수축되지 않음을 알 수 있다.
따라서, 제 1 시험용 그린층의 수축률이 약 95%일 때, 약 25㎛ 두께의 제 1 시험용 그린층과 입자 직경이 약 1.0㎛인 무기 입자를 포함하는 제 2 시험용 그린층을 적층할 수 있고, 약 50㎛ 두께의 제 1 시험용 그린층과 입자 직경이 약 0.8㎛인 무기 입자를 포함하는 제 2 시험용 그린층을 적층할 수 있고, 약 100㎛ 두께의 제 1 시험용 그린층과 입자 직경이 약 0.7㎛인 무기 입자를 포함하는 제 2 시험용 그린층을 적층할 수 있고, 약 150㎛ 두께의 제 1 시험용 그린층과 입자 직경이 약 0.6㎛인 무기 입자를 포함하는 제 2 시험용 그린층을 적층할 수 있으며, 그리고 약 300㎛ 두께의 제 1 시험용 그린층과 입자 직경이 약 0.5㎛인 무기 입자를 포함하는 제 2 시험용 그린층을 적층할 수 있다.
따라서, 구속 그린층(12)에 포함된 무기 입자의 입자 직경이 제 2 시험용 그린층에 포함된 무기 입자의 입자 직경과 실질적으로 동일할 때, 소결 공정 중에 뒤틀림이 발생하는 것이 방지된다.
구속 그린층(12)에 포함된 무기 입자의 종류를 변화시킴으로써, 구속 그린층의 구속력을 제어할 수 있다.
도 5는 도 3에 대응하는 그래프로, 두께가 서로 다른 복수 종류의 제 1 시험용 그린층과 서로 다른 종류의 무기 입자를 함유하고 있는 복수 종류의 제 2 시험용 그린층과의 각 조합으로부터 얻어서, 제 1 시험용 그린층의 소결 중에 제 1 시험 그린층의 주면 방향으로의 수축률 도시하는 그래프이다.
도 5에 나타낸 데이타는 제 2 시험용 그린층의 두께를 약 6㎛로 일정하게 하고 Al2O3, TiO2, ZrO2, SiO2및 AlN이 각각 무기 입자로 사용되는 것을 제외하고는 도 3 및 도 4에 나타낸 데이타를 얻는 것과 본질적으로 동일한 진행 절차를 실시하여 얻어진다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제 2 시험용 그린층에 포함된 무기 재료의 종류를 변화시킴으로써, 제 2 시험용 그린층의 구속력을 변화시킬 수 있다. 따라서, 도 5에 나타낸 데이타에 따라서, 복수 종류의 제 1 시험용 그린층은 모놀리식 세라믹 기판(1)을 형성하는데 필요한 베이스 그린층(11)의 두께와 실질적으로 동일한 두께를 갖도록 선택되며, 그런 다음에 이렇게 선택된 복수 종류의 제 1 시험용 그린층과 이 제 1 시험용 그린층의 수축률과 거의 동등한 수축률을 가지고 있는 제 2 시험용 그린층의 조합을 선택하며, 구속 그린층(12)은 이렇게 선택된 조합물의 제 2 시험용 그린층에 함유된 것과 실질적으로 동일한 무기 입자를 포함할 수 있다.
또한, 구속 그린층(12)의 두께, 입자 직경 및 구속 그린층(12)에 함유된 무기 입자의 종류 이외의 다른 요인에 의해 구속 그린층(12)의 구속력을 제어할 수 있다.
예를 들어, 구속 그린층(12)에 함유된 무기 입자의 종류를 변화시킴으로써구속력을 또한 제어할 수 있다. 예를 들어, 대략 구면 형상, 평탄한 형상태, 바늘 형상, 다른 불규칙한 형상 또는 이들의 조합을 갖는 무기 입자를 사용하여도 구속력을 제어할 수 있다.
또한, 구속 그린층(12)에 함유된 입자 분포(넓은, 좁은)와 무기 입자의 양으로 구속력을 제어할 수 있다.
또한, 구속 그린층(12)에 포함된 무기 입자의 표면 조건(표면 도포, 결정화도)으로 구속력을 제어할 수 있다.
또한, 상술한 다양한 요인들의 조합으로 구속 그린층(12)의 구속력을 제어할 수 있다.
상술한 바람직한 실시형태에서, 베이스 그린층(11)의 두께를 변화시킴으로써 소결 공정 동안에 고유한 수축 능력이 변한다. 그러나, 어떤 경우에는 베이스 그린층(11)의 다른 특성을 변화시킴으로써 고유한 수축 능력을 변화시킬 수 있다.
예들 들어, 베이스 그린층(11)의 고유한 수축 능력은 베이스 그린층의 조성에 의해 영향을 받을 수 있다. 상술한 수축 능력은, 예를 들어, 베이스 그린층(11)에 포함된 저온에서 소결 가능한 세라믹 재료의 종류, 유기 비히클의 비에 대한 세라믹 재료의 함유량의 비, 저온에서 소결 가능한 세라믹 재료의 입자 직경 및 다른 특성에 의해 영향을 받을 수 있다.
또한, 베이스 그린층(11)의 수축 능력은 어떤 경우에는 베이스 그린층(11)에 형성된 도전성 페이스트체의 분포 또는 선 밀도 분포에 의해 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 도전성 페이스트체로 구성된 도전성 페이스트막이 넓은 면적 전체에 형성될 때, 베이스 그린층(11)은 잘 수축되지 않는다.
따라서, 모놀리식 세라믹 기판(1)을 설계할 때, 베이스 그린층(11)의 두께에 부가하여, 베이스 그린층의 조성, 도전성 페이스트체의 분포, 및 선 밀도 분포 등의 특성이 또한 고려된다.
상술한 바람직한 실시형태에서는, 구속력이 비교적 강한 구속 그린층을 소결 공정 동안에 고유한 수축 능력이 비교적 높은 베이스 그린층과 접촉하도록 배치하고, 구속력이 비교적 약한 구속 그린층을 소결 공정 동안에 고유한 수축 능력이 비교적 낮은 베이스 그린층과 접촉하도록 배치한다. 그러나, 구속 그린층의 배치를 특정하게 제한하지는 않는다. 전체 모놀리식 세라믹 기판의 뒤틀림 발생이 방지되도록 구속 그린층을 배치하는 한, 어떤 배치의 구속층도 수용될 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시형태를 캐버티(cavity)가 구비된 모놀리식 세라믹 기판에 적용할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시형태의 이점을 설명하기 위하여 행해진 실시예에 대하여 설명하겠다.
제 1 실시예에서는 도 6에 나타낸 바와 같은 그린 적층체를 형성하였다. 그린 적층체는 복수의 베이스 그린층 B, D, F, H, J 및 L, 및 복수의 구속 그린층 A, C, E, G, I, K 및 M을 번갈아 적층하여 형성되었다.
이러한 적층 구조를 갖는 그린 적층체로서, 표 1 및 표 2에 나타낸 시료 1∼9의 그린 적층체를 제작하였다.
표 1 및 표 2에는, 각각의 베이스 그린층 B, D, F, H, J 및 L, 및 각각의 구속 그린층 A, C, E, G, I, K 및 M에 대하여, 그 층들에 함유되는 저온에서 소결가능한 세라믹 재료 및 무기 재료의 종류, 이들 저온에서 소결가능한 세라믹 재료 및 무기 재료의 입자 직경, 및 이들 층의 두께가 각각 나타나 있다.
상기 표에 있어서, 시료 4 및 5의 난에서의 "없음"이란, 구속 그린층이 존재하지 않는다는 것을 나타낸다.
또한, "Ba-Al-Si-O계"라고 표시된 베이스 그린층 B, D, F, H, J 및 L에 관하여, 베이스 그린층을 형성하기 위한 베이스 그린시트를 후술하는 방법으로 형성하였다. 즉 산화바륨, 산화알루미늄, 산화규소, 산화칼슘 및 산화붕소를 포함하는 세라믹 분말(평균 입자 직경은 표 1 및 표 2에 나타낸 바와 같다)과, 바인더로서의 폴리비닐부티랄, 가소제로서의 di-n-부틸 프탈레이트, 및 용제로서의 톨루엔과 이소프로필알콜을 소정량 혼합함으로써, 슬러리를 얻었다. 이어서, 이 슬러리를 닥터 블레이드법에 의하여 캐리어막 상에 도포하고, 건조시킴으로써, 표 1 및 표 2에 나타낸 두께를 갖는 베이스 그린시트를 얻었다.
절연체로서 사용되는 베이스 세라믹층은 베이스 그린시트를 소결하여 형성되는 것으로, 유전율이 작고(ε= 6), 저항이 높다(＞1014Ω·㎝).
또한, "Nd-Ti-Sr-O계"로 표현되는 베이스 그린층에 관하여, 베이스 그린층을 형성하기 위한 베이스 그린시트를 후술하는 방법으로 형성하였다. 즉, 티탄산 스트론튬의 일부를 네오듐으로 치환한 세라믹 분말(평균 입자 직경은 표 2에 나타낸 바와 같다)을, 상술한 경우와 유사한 방법으로 처리하여, 슬러리를 얻었다. 이어서, 상술한 경우와 유사한 방법으로, 표 2에 나타낸 두께를 갖는 베이스 그린시트를 형성하였다.
유전 재료로서 사용되는 베이스 세라믹층은 베이스 그린시트를 소결하여 형성되는 것으로, 높은 유전율(ε= 50)을 가지며, 정전용량의 온도계수가 낮았다(Tcc = ±30).
또한, 구속용 그린층 A, C, E, G, I, K 및 M을 형성하기 위하여, 표 1 및 표 2에 나타낸 평균 입자 직경을 각각 갖는 알루미나 분말, 질화알루미늄 분말 및 티타니아 분말을 각각 준비하고, 이들을 주성분으로 하는 구속용 슬러리를 형성하였다.
이어서, 도 6에 나타낸 그린 적층체를 형성하기 위하여, 상술한 각각의 베이스 그린시트 상에 표 1 및 표 2에 나타낸 두께를 갖는 구속용 슬러리를 도포하는 공정, 및 복수의 베이스 그린시트를 적층하는 공정을 실시하였다.
이렇게 형성된 시료 1∼9의 적층체를, 약 80℃의 온도에서 대략 200kg/㎠으로 가압한 후, 환원성 분위기중에서 약 900℃에서 1시간동안 소성하였다.
시료 1∼9의 소결된 적층체의 뒤틀림을 측정하였다. 뒤틀림의 측정 결과가 표 1 및 표 2에 나타나 있다.
이하에서는, 시료 1∼9 각각에 대하여 고찰하겠다.
(1) 시료 1
시료 1에서는, 베이스 그린층 B∼L의 두께가 서로 다른 경우에도, 구속 그린층 A∼M은 동일한 두께를 가지며, 또한 동일한 입자 직경의 동일한 무기 입자를 함유한다.
시료 1에 따르면, 베이스 그린층 B∼L의 주면 방향으로의 수축이 억제되었다. 그러나, 베이스 그린층 F 및 H가 베이스 그린층 B 및 D보다 더 두껍고, 베이스 그린층 J 및 L이 베이스 그린층 F 및 H보다 더 두껍기 때문에, 베이스 그린층 B∼L의 보다 두꺼운 층쪽에서는, 수축력이 매우 커지므로, 베이스 그린층 B∼L 간에 수축 능력이 다르고, 결과적으로 소결된 적층체의 뒤틀림이 현저해졌다.
(2) 시료 2
시료 2에서는, 시료 1의 경우와 마찬가지로, 베이스 그린층 B∼L의 두께가 서로 다르고, 또한 구속 그린층 A∼M은 동일한 두께를 가지며, 동일한 입자 직경의 동일한 무기 입자를 함유하고 있다. 그러나, 구속 그린층 A∼M의 두께는 대략 8㎛로, 시료 1의 경우보다 두껍다.
따라서, 수축을 억제하기 위한 구속력이 커지며, 결과적으로 두께가 다른 베이스 그린층 B∼L 사이에서 수축 능력의 차이가 감소하며, 게다가 소결된 적층체의 뒤틀림은 시료 1의 소결된 적층체의 경우보다 줄일 수 있다. 그러나, 뒤틀림을 충분히 억제할 수는 없었다.
이와 연관하여, 구속 그린층 A∼M의 두께를 늘리면, 소결된 구속층이 깨지기 쉬우며, 얻어진 적층체의 강도가 저하된다는 문제가 생길 수 있다.
(3) 시료 3
시료 3에서는, 시료 1 및 시료 2의 경우와 마찬가지로, 베이스 그린층 B∼L의 두께가 서로 다르더라도, 베이스 그린층 B∼L의 두께에 따라서, 구속 그린층 A∼M의 두께는 각각 인접하는 베이스 그린층의 두께에 의해서 결정된다.
즉, 약 50㎛의 비교적 두께가 얇은 베이스 그린층 B 및 D에 인접하는 구속 그린층 A, C 및 E은 약 4㎛로 비교적 두께가 얇고, 약 150㎛의 중간 두께를 갖는 베이스 그린층 F 및 H에 인접하는 구속 그린층 G 및 I는 약 6㎛로 중간 두께를 가지며, 약 300㎛의 비교적 두께가 두꺼운 베이스 그린층 J 및 L에 인접하는 구속층 K 및 M은 약 8㎛의 비교적 두꺼운 두께를 갖는다.
그 결과, 베이스 그린층 B∼L의 소성시의 수축률을 서로 대략 동등해지도록 할 수 있으며, 따라서 소결된 적층체의 뒤틀림을 매우 감소시킬 수 있다.
(4) 시료 4
시료 4는 그린 적층체의 적층 방향으로 양 단부에 위치하는 구속 그린층 A 및 M을 형성하지 않은 것을 제외하고 시료 3과 실질적으로 동일한 것이며, 따라서 베이스 그린층 B 및 L이 노출된다.
시료 4에 따르면, 구속 그린층 A 및 M을 생략함으로써, 베이스 그린층 B 및 L의 수축률이 특히 커진다. 그러나, 시료 3의 경우와 동일한 치수로 되어 있으므로, 소결된 적층체의 뒤틀림이 그다지 증가하지 않는다.
(5) 시료 5
시료 5는 그린 적층체의 중앙에 위치하는 구속 그린층 G를 형성하지 않은 것을 제외하고 시료 3과 실질적으로 동일하다.
시료 5에서는, 중앙의 구속 그린층 G를 생략하더라도, 구속 그린층 A∼E 및I∼M의 배치는 전체 그린 적층체의 적층 방향의 중심면에 대하여 대칭으로 되어 있으므로, 뒤틀림이 그다지 증가하지 않는다.
(6) 시료 6
시료 6에서는, 각 베이스 그린층 B∼L의 두께는 상술한 시료 1∼5의 두께와 실질적으로 동일하며, 또한 구속 그린층 A∼M의 두께가 동일하더라도, 이 구속 그린층에 함유된 알루미나 분말의 입자 직경은 서로 다르다.
알루미나 분말의 입자 직경이 작을수록, 구속력을 증가시킬 수 있다. 따라서, 시료 6에서는, 약 50㎛의 비교적 얇은 두께를 갖는 베이스 그린층 B 및 D에 인접하는 구속 그린층 A, C 및 E에 있어서 알루미나 분말의 입자 직경이 약 1.2㎛이며, 약 150㎛의 중간 두께를 갖는 베이스 그린층 F 및 H에 인접하는 구속 그린층 G 및 I에 있어서 알루미나 분말의 입자 직경이 약 1㎛이며, 약 300㎛의 비교적 큰 두께를 갖는 베이스 그린층 J 및 L에 인접하는 구속 그린층 K 및 M에 있어서 알루미나 분말의 입자 직경이 약 0.5㎛이다.
그 결과, 베이스 그린층 B∼L의 수축률을 서로 대략 동등하게 할 수 있으며, 소결된 적층체의 뒤틀림을 비교적 작게 억제할 수 있다.
(7) 시료 7
시료 7에서는, 각 베이스 그린층 B∼L의 두께는 상술한 시료 1∼6의 경우와 실질적으로 동일하며, 또한 구속 그린층 A∼M의 두께는 동일하고, 이 구속 그린층에 함유되는 무기 입자의 입자 직경이 서로 동일하더라도, 무기 입자의 종류는 서로 다르다.
따라서, 강한 구속력을 필요로 하는 구속 그린층 I, K 및 M에 있어서는 무기 입자로서 알루미나 분말이 함유되며, 중간적인 구속력을 요구하는 구속 그린층 G에 있어서는 질화 알루미늄 분말이 함유되며, 약한 구속력을 갖는 것이 바람직한 구속 그린층 A, C, E에 있어서는 티타니아(titania) 분말이 함유된다.
상술한 바와 같이, 구속 그린층 A∼M에 함유되는 무기 입자의 종류를 변화시킴으로써, 얻어진 적층체의 뒤틀림을 작게 억제하는 것이 가능해진다.
(8) 시료 8
시료 8은 두께가 서로 동일한, Ba-Al-Si-O계 세라믹 분말을 함유하는 베이스 그린층 F, H, J 및 L 및 Nd-Ti-Sr-O계 세라믹 분말을 함유하는 베이스 그린층 B 및 D를 포함하는 적층체이다.
시료 8과 같이 세라믹 분말의 입자 직경이 동일하면, Nd-Ti-Sr-O계 세라믹 분말을 함유하는 베이스 그린층 B 및 D의 소결시의 수축 능력은 Ba-Al-Si-O계 세라믹 분말을 함유하는 베이스 그린층 F, H, J 및 L의 소결시의 수축 능력보다 낮다.
따라서, 시료 8의 경우와 같이, 동일한 두께를 가지며, 또한 동일한 입자 직경의 동일한 무기 입자를 함유하는 구속 그린층 A∼M을 형성한 경우, 상술한 바와 같이, 베이스 그린층 B 및 D의 소결시의 수축 능력과 베이스 그린층 F∼L의 소결시의 수축 능력이 다르므로, 소결된 적층체에 현저한 뒤틀림이 발생한다.
(9) 시료 9
시료 9는 구속 그린층 A∼M의 두께가 서로 다른 것을 제외하고 시료 8의 그린 적층체와 실질적으로 동일하다.
즉, 수축 능력이 비교적 낮은 Nd-Ti-Sr-O계 세라믹을 함유하는 베이스 그린층 B 및 D에 인접하는 구속 그린층 A, C 및 E는 약 2㎛의 비교적 얇은 두께를 가지며, 수축 능력이 비교적 높은 Ba-Al-Si-O계 세라믹을 함유하는 베이스 그린층 F, H, J 및 L에 인접하는 구속 그린층 G, I, K 및 M은 약 4㎛의 비교적 두꺼운 두께를 갖는다.
그 결과, 소결된 적층체의 뒤틀림을 적게 억제할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 여러가지 바람직한 실시형태에 따른 모놀리식 세라믹 기판의 제조 방법에 따르면, 그린 적층체를 구성하는 베이스 그린층이 소결 공정시에 본래 가지고 있는 고유한 수축 능력이 서로 다르더라도, 베이스 그린층에 가해지는 구속 그린층의 구속력이 각기 달라서 상술한 바와 같은 수축 능력의 차이에 의하여 발생하는 적층체의 뒤틀림이 억제되므로, 얻어진 모놀리식 세라믹 기판의 뒤틀림이 방지된다.
그 결과, 배선 밀도가 높은 소형의 모놀리식 세라믹 기판을 높은 신뢰성을 가지고 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시형태들에 따르면, 그린 적층체를 구성하는 베이스 그린층의 두께, 또는 조성을 다르게 하거나, 또는 배선도체의 분포도 또는 배선 밀도 분포를 변경함으로써 상술한 바와 같이 뒤틀림을 억제할 수 있으므로, 원하는 모놀리식 세라믹 기판에 있어서, 베이스 세라믹층의 두께, 조성 및 배선도체의 설계에 대한 자유도를 높일 수 있으며, 다양한 모놀리식 세라믹 기판을 아무런문제없이 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 여러가지 바람직한 실시형태에 따른 모놀리식 세라믹 기판의 제조 방법에 있어서, 구속 그린층의 구속력은 구속 그린층의 두께, 구속 그린층에 함유되는 무기 입자의 입자 직경, 종류, 형상, 입자 분포 및 함량, 및 구속 그린층의 표면 상태 중의 적어도 하나의 요인에 의하여 용이하게 억제될 수 있다.
본 발명의 다양한 바람직한 실시형태에 따른 모놀리식 세라믹 기판의 설계 방법에 따르면, 소결 공정중의 수축 능력이 다른 복수 종류의 제 1 시험용 그린층과 소결 공정중의 구속력이 다른 복수 종류의 제 2 시험용 그린층의 각 조합으로부터, 제 1 시험용 그린층의 소결시의 수축률을 미리 얻고, 원하는 모놀리식 세라믹 기판을 형성하는데 필요한 복수의 베이스 그린층의 특성과 동등한 특성을 갖는 복수 종류의 제 1 시험용 그린층을 선택하고, 선택된 복수 종류의 제 1 시험용 그린층과 대략 동등한 수축률을 갖는 제 1 시험용 그린층과 제 2 시험용 그린층의 조합을 선택하고, 그리고 이 선택된 조합의 제 2 시험용 그린층의 특성과 동등한 특성을 갖는 구속 그린층을 결정한다. 따라서, 뒤틀림이 생기기 어려운 모놀리식 세라믹 기판의 설계를 용이하게 할 수 있으며, 또한 모놀리식 세라믹 기판의 설계 변경에 대하여 신속하게 대응할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 모놀리식 세라믹 기판이 전자 장치를 구성하기 위한 마더보드 상에 실장되는 경우, 모놀리식 세라믹 기판이 소형이고, 높은 배선 밀도를 가지며 또한 뒤틀림이 억제되므로, 개선된 다기능성을 갖는 소형의 전자 장치를 유리하게 제조할 수 있으며, 게다가 전자 장치및 다른 소자의 모놀리식 세라믹 기판과 마더보드간의 접속 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시형태를 개시하였으나, 여기에 개시된 원리를 행하는 여러가지 모드가 하기의 특허청구범위의 범위내에서 고려될 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 특허청구범위에 표현된 것과 다른 형태를 제외하고 한정되지 않는다는 것을 알 것이다.

Claims (21)

  1. 저온에서 소결가능한 세라믹 재료(low-temperature sinterable ceramic material)를 함유하는 복수개의 베이스 세라믹층(base ceramic layer);
    상기 저온에서 소결가능한 세라믹 재료의 소결 온도에서 소결되지 않는 무기 입자(inorganic particles)를 함유하고, 상기 복수개의 베이스 세라믹층의 소정 층의 주면에 접촉하도록 배치되며, 아울러 상기 베이스 세라믹층에 함유된 상기 저온에서 소결가능한 세라믹 재료의 일부의 확산에 의해 상기 무기 입자들이 결합하고 상기 베이스 세라믹층에 인접해 있는 복수개의 구속층(constraining layer); 및
    상기 베이스 세라믹층에 형성되는 배선도체를 포함하는 모놀리식 세라믹 기판으로서,
    상기 복수개의 구속층으로부터 선택된 적어도 2개의 구속층은 소결 공정 중에 상기 베이스 세라믹층을 형성하는 베이스 그린층(base green layer)에 각기 다르게 구속력을 가하여, 상기 베이스 그린층의 수축을 억제하는 것을 특징으로 하는 모놀리식 세라믹 기판.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 복수개의 베이스 세라믹층은 비교적 두꺼운 제 1 베이스 세라믹층, 및 비교적 얇은 제 2 베이스 세라믹층을 구비하고 있고;
    상기 복수개의 구속층은 상기 제 1 베이스 세라믹층의 주면과 접촉하도록 배치된 제 1 구속층, 및 상기 제 2 베이스 세라믹층의 주면과 접촉하도록 배치된 제2 구속층을 구비하고 있고, 상기 제 1 구속층이 상기 제 2 구속층보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 모놀리식 세라믹 기판.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 복수개의 베이스 세라믹층은 비교적 두꺼운 제 1 베이스 세라믹층, 및 비교적 얇은 제 2 베이스 세라믹층을 구비하고 있고;
    상기 복수개의 구속층은 상기 제 1 베이스 세라믹층의 주면과 접촉하도록 배치된 제 1 구속층, 및 상기 제 2 베이스 세라믹층의 주면과 접촉하도록 배치된 제 2 구속층을 구비하고 있고, 상기 제 1 구속층에 함유된 상기 무기 입자의 입자 직경은 상기 제 2 구속층에 함유된 상기 무기 입자의 입자 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 모놀리식 세라믹 기판.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 복수개의 베이스 세라믹층은 서로 다른 두께의 제 1 및 제 2 베이스 세라믹층을 구비하고 있고;
    상기 복수개의 구속층은 상기 제 1 및 제 2 베이스 세라믹층의 주면과 접촉하도록 배치된 제 1 및 제 2 구속층을 구비하고 있고, 상기 제 1 및 제 2 구속층에 함유된 상기 무기 입자의 종류는 서로 다른 것을 특징으로 하는 모놀리식 세라믹 기판.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 배선도체는 Ag, Au, Cu, Ni, Ag-Pd 및 Ag-Pt로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종의 금속을 주성분으로 구성된 도전성 재료를 함유하는 것을 특징으로 하는 모놀리식 세라믹 기판.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 배선도체는 상기 베이스 세라믹층의 주면을 따라서 연장하는 도전막, 및 상기 베이스 세라믹층을 관통하도록 연장하는 비아홀(via hole) 도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 모놀리식 세라믹 기판.
  7. 저온에서 소결가능한 세라믹 입자를 함유하는 복수개의 베이스 그린층, 상기 저온에서 소결가능한 세라믹 입자의 소결 온도에서 소결되지 않는 무기 입자를 함유하고 상기 복수개의 베이스 그린층의 소정 층의 주면과 접촉하도록 배치되는 복수개의 구속 그린층, 및 상기 베이스 그린층에 형성되는 배선도체를 구비하는 그린 적층체(green laminate body)를 형성하는 공정; 및
    상기 그린 적층체를, 상기 저온에서 소결가능한 세라믹 입자가 소결되는 조건하에서 소결시키는 공정을 포함하는 모놀리식 세라믹 기판의 제조 방법으로서,
    상기 그린 적층체를 구성하는 상기 복수개의 베이스 그린층으로부터 선택된 적어도 2개의 베이스 그린층은 상기 소결 공정 중에 본래 가지고 있는 고유한 수축 능력(shrinkability)이 각기 다르고,
    상기 그린 적층체를 구성하는 상기 복수개의 구속 그린층으로부터 선택된 적어도 2개의 구속 그린층은 상기 베이스 그린층에 각기 다르게 구속력을 가하여, 상기 베이스 그린층의 수축을 억제하는 것을 특징으로 하는 모놀리식 세라믹 기판의 제조 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 구속 그린층의 구속력은 상기 구속 그린층의 두께, 상기 구속 그린층에 함유되는 상기 무기 입자의 입자 직경, 종류, 형상, 입자 분포, 함유량 및 상기 구속 그린층의 표면 상태 중의 적어도 하나의 요인에 의해 억제되는 것을 특징으로 하는 모놀리식 세라믹 기판의 제조 방법.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 그린 적층체의 형성 공정은 상기 베이스 그린층을 형성하는 베이스 그린시트를 준비하는 공정; 및 상기 베이스 그린시트 상에 상기 구속 그린층을 형성하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모놀리식 세라믹 기판의 제조 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 베이스 그린시트 상에 상기 구속 그린층을 형성하는 공정은 상기 구속 그린층을 형성하는데 사용하는 슬러리(slurry)를 준비하는 공정; 및 상기 슬러리를 상기 베이스 그린시트 상에 도포하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모놀리식 세라믹 기판의 제조 방법.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 베이스 그린시트 상에 상기 구속 그린층을 형성하는 공정은 상기 구속 그린층을 형성하는 구속 그린시트를 준비하는 공정; 및 상기 구속 그린시트를 상기 베이스 그린시트 상에 중첩하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모놀리식 세라믹 기판의 제조 방법.
  12. 제 7항에 있어서, 상기 그린 적층체의 형성 공정은 상기 베이스 그린층을 형성하는데 사용하는 베이스 슬러리를 준비하는 공정; 상기 구속 그린층을 형성하는데 사용하는 구속 슬러리를 준비하는 공정; 상기 베이스 슬러리를 도포하여 베이스 그린시트를 형성하는 공정; 및 상기 베이스 그린시트 상에 구속 슬러리를 도포하여 구속 그린시트를 형성하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모놀리식 세라믹 기판의 제조 방법.
  13. 제 7항에 기재된 방법에 의해 제작되는 것을 특징으로 하는 모놀리식 세라믹 기판.
  14. 제 7항에 기재된 방법에 의해 제작되는 모놀리식 세라믹 기판의 설계 방법은,
    저온에서 소결가능한 세라믹 입자를 함유하는 제 1 시험용 그린층과 무기 입자를 함유하는 제 2 시험용 그린층을 적층시켜 형성된 합성물을 상기 저온에서 소결가능한 세라믹 입자를 소결시키는 조건하에서 소결하여, 상기 제 1 시험용 그린층을 주면 방향으로의 수축률을 측정하는 제 1 공정으로서, 상기 제 1 공정에서, 소성 공정 중에 수축 능력이 각기 다른 복수 종류의 상기 제 1 시험용 그린층과 소성 공정 중에 구속력이 각기 다른 복수 종류의 상기 제 2 시험용 그린층과의 조합을 실시하여, 상기 각 조합물로부터 수축률을 미리 구하는 제 1 공정;
    모놀리식 세라믹 기판의 형성에 필요한 복수개의 베이스 그린층과 실질적으로 동등한 특성을 가지고 있는 상기 복수 종류의 제 1 시험용 그린층을 선택하는 제 2 공정;
    상기 선택된 복수 종류의 제 1 시험용 그린층과 상기 제 1 시험용 그린층의 수축률과 대략 동등한 수축률을 가지고 있는 상기 제 2 시험용 그린층과의 조합을 선택하는 제 3 공정; 및
    상기 선택된 조합의 상기 제 2 시험용 그린층과 실질적으로 동등한 특성을 가지고 있는 상기 구속 그린층의 특성을 결정하는 제 4 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 모놀리식 세라믹 기판의 설계 방법.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 제 2 공정에서, 상기 제 1 시험용 그린층은 상기 베이스 그린층과 실질적으로 동등한 두께를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 모놀리식 세라믹 기판의 설계 방법.
  16. 제 14항에 있어서, 상기 제 2 공정에서, 상기 제 1 시험용 그린층은 상기 베이스 그린층과 실질적으로 동일한 조성을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 모놀리식 세라믹 기판의 설계 방법.
  17. 제 14항에 있어서, 상기 제 2 공정에서, 상기 제 1 시험용 그린층은 상기 베이스 그린층 상에 배치된 배선도체와 실질적으로 동일한 배선도체를 가지고 있는것을 특징으로 하는 모놀리식 세라믹 기판의 설계 방법.
  18. 제 14항에 있어서, 상기 제 4 공정에서, 상기 구속 그린층은 상기 제 2 시험용 그린층과 실질적으로 동등한 두께를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 모놀리식 세라믹 기판의 설계 방법.
  19. 제 14항에 있어서, 상기 제 4 공정에서, 상기 구속 그린층은 상기 제 2 시험용 그린층에 함유된 무기 입자와 실질적으로 동등한 입자 직경을 가지고 있는 무기 입자를 함유하는 것을 특징으로 하는 모놀리식 세라믹 기판의 설계 방법.
  20. 제 14항에 있어서, 상기 제 4 공정에서, 상기 구속 그린층은 상기 제 2 시험용 그린층에 함유된 무기 입자의 종류와 실질적으로 동등한 종류의 무기 입자를 함유하는 것을 특징으로 하는 모놀리식 세라믹 기판의 설계 방법.
  21. 제 1항에 기재된 모놀리식 세라믹 기판; 및
    상기 모놀리식 세라믹 기판이 실장되는 마더보드(motherboard)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
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