KR100538733B1 - 비대칭으로 배치된 유전층의 구속 소결 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내부 구속 테이프와 기본 테이프를 적층하여 비대칭 라미네이트를 형성하고, 조립체를 형성하는 라미네이트의 적어도 하나의 표면 위에 이형층을 부착시키고, 이때 상기 표면은 적층된 층의 가장 큰 비대칭 위치의 맞은편이며, 조립체를 열 처리하여 x,y 수축의 상호간 억제를 나타내는 구조를 생성하는 것을 포함하는, 하나 이상의 유리-함유 내부 구속 테이프층과 하나 이상의 유리-함유 기본 테이프층을 포함한 비틀림이 없는 비대칭의 저온 동시-소성 세라믹 구조의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

비대칭으로 배치된 유전층의 구속 소결 방법{PROCESS FOR THE CONSTRAINED SINTERING OF ASYMMETRICALLY CONFIGURED DIELECTRIC LAYERS}
본 발명은 화학적 성질이 상이한 유전 테이프가 라미네이트의 z-축방향으로 비대칭 배열로 배치된 전구체 미가공(green)(비소성) 라미네이트로부터, 평평하고 뒤틀림 없고 비수축성인 저온 동시-소성된 세라믹(LTCC) 본체, 복합체, 모듈 또는 패키지를 제조하는 방법에 관한 것이다.
상호연결 회로 판 또는 패키지는, 전기적 및 기계적으로 상호연결된 다수의 극소 회로 요소로부터 전자 회로 또는 부속장치를 물리적으로 실현한 것이다. 다양한 유형의 전자 부품들이 하나의 소형 패키지 내에서 물리적으로 격리되고, 서로 인접하여 장착되고, 상호간에 및/또는 패키지로부터 연장되는 공통 연결부에 전기적으로 연결될 수 있도록 하는 배열로 이 전자 부품들을 조합하는 것이 종종 바람직하다.
복잡한 전자 회로는 일반적으로 대응하는 절연 유전 테이프층에 의해 분리된 여러 수준의 전도체로 이루어지는 것이 요구된다. 전도체 층들은 비아 필(via fill)이라 불리는 전기 전도성 경로에 의해 전도체 층들을 분리시키는 유전층을 지나 상호연결된다.
저온 동시소성 세라믹(LTCC) 다층 회로를 형성하기 위해 세라믹-기재 미가공 테이프를 사용하는 것이 미국 특허 4,654,095호 (Steinberg)에 개시되어 있다. 동시 소성된 자유 소결 공정은 선행 기술에 비해 많은 장점을 제공한다. 그러나, 더욱 큰 회로가 요구되는 경우에는, 소성 수축이 너무 대폭이어서 그 요구를 충족하지 못하는 것으로 입증되었다. 현세대 표면 장착 부품들의 작아진 크기를 고려하면, 수축 허용범위 (수축 재현가능성)가 너무 커서 6"×6"보다 훨씬 큰 LTCC 라미네이트를 유용하게 제조할 수 없는 것으로 입증되었다. 오늘날, 새로운 회로 및 패키지의 각 세대가 진화함에 따라 더욱 큰 회로 밀도가 요구됨으로 인하여 이러한 상한선은 계속 도전을 받고 있다. 다시말해서, 이것은 더욱 작은 부품 크기로 전환되고, 이에 따라 더 미세한 테이프 구간 위에 더 좁은 전도체 선 및 공간과 더 작은 비아를 포함하는 더욱 작은 기하구조로 전환된다. 이들 모두는 LTCC 라미네이트의 자유 소결에 의해 실제로 제공될 수 있는 것보다 훨씬 더 낮은 수축 허용범위를 필요로 한다.
소성 동안에 다공성으로 되는 이형층을 세라믹 본체 위에 위치시키고, 조립부품에 가해지는 압력을 본체 표면에 대해 수직으로 유지하면서 조립부품을 소성시키는 것을 포함하는, 미가공 세라믹 본체의 소성 동안에 X-Y 수축을 감소시키는 방법이 미국 특허 5,085,720호 (Mikeska)에 개시되어 있다. LTCC 다층 회로를 형성하기 위해 사용되는 이 방법은, 압력 보조 방법을 통해 X-Y 수축의 감소가 얻어지기 때문에, 스테인버그 (Steinberg)의 방법에 비해 상당한 장점을 제공하였다.
개선된 동시소성 LTCC 방법이 개발되었으며 미국 특허 5,254,191호 (Mikeska)에 개시되어 있다. 압력-저 보조 소결 (pressure-less assisted sintering)의 두문자어인 PLAS라 불리는 이 방법은, 미가공 LTCC 라미네이트의 2개 주요 외면 위에 세라믹-기재 이형 테이프층을 위치시켰다. 이형 테이프는 소성 공정 동안에 수축을 조절한다. 이것은 소성된 회로의 치수 특징을 더욱 예측할 수 있도록 하기 때문에, 이 방법은 소성된 수축 허용범위에서의 상당한 개선을 나타낸다. 이형 테이프를 기초로 한 구속 소결 공정 동안에, 이형 테이프는 x- 및 y-방향에서 가능한 수축을 고정시키고 억제하는 작용을 한다. 이형 테이프 자체는 인지가능한 정도까지 소결되지 않으며, 이후의 회로 제조 공정에 앞서서 제거된다.
더욱 최근의 발명인 미국 특허출원 60/385,697호에서, 구속 소결의 내용은 비-변색, 비-제거가능, 비-희생(non-sacrificial) 또는 비-이형, 내부 자체-구속 테이프를 사용하는 것까지 확장되었다. 소성된 라미네이트는 최종 세라믹 본체의 벌크 특성을 한정하는 기본 유전 테이프의 층과 하나 이상의 보조 또는 자체-구속 테이프층을 포함한다. 후자의 유일한 목적은 x,y 방향에서의 전체 수축이 제로가 되도록 기본 테이프의 소결을 구속하는 것이다. 이 방법은 자체-구속 방법(self-constraining process)이라 일컬어지고 두문자어 SCPLAS가 적용된다. 이 방법에 의해 달성되는 수축 허용범위는 이형 테이프를 기초로 한 구속 소결 방법에 의해 달성되는 것과 매우 유사하다. 자체-구속 테이프를 구조물 내의 계획된 위치에 위치시키고, 동시-소성이 완결된 후에 구조물의 부분을 유지시킨다. z-축 대칭을 보존하는 것 이외에 자체-구속 테이프의 배치에 대한 제약은 존재하지 않는다.
따라서, LTCC 기술의 이용성에 상당한 제약이 있다는 것을 입증한 입증된 회로 설계자에게 대칭-유일 배열이 이용될 수 있었다. 이것은 설계자가 성능, 비용 및 형태 요소의 관점에서 최적의 회로 배치를 제공하고자 하는 자유를 제약한다. 비대칭 배열을 가진 본 발명은 이러한 제약을 없앤다. 본 발명은 회로 설계자가 최고 품질의 회로 기능을 달성하는데 있어서 최적의 테이프층 수, 가장 친화성높은 동반 전도체, 레지스터 및 유전 물질을 사용할 수 있도록 상당한 유연성을 제공한다.
본 발명은, 각각 상이한 화학적 성질의 낮은 유전상수 테이프 및 높은 k 유전상수 테이프 물질의 비대칭 배열로부터 유도된, 큰 면적의 휘어짐이 없고 동시-소성된 LTCC 구조를 제조하기 위한 구속 소결에 관한 것이다. 본 발명은 내부의 영구적인 자체-구속 테이프 및 외부의 제거가능한 이형 구속 테이프의 사용을 조합한다.
비대칭 구조는 통상적인 가공 기술에 의해서는 평평하게 동시소성될 수 없다. 이것은 오목한 형태로 구부러지거나 휘어지는 경향이 있고, 다시말해서 라미네이트의 2개의 가장자리가 최대 비대칭 면에 수직인 방향에서 중심 점보다 상당히 높아진다.
본 발명의 바람직한 구현양태에서, 도 1에 나타낸 것과 같이, LTCC 조립체 내에서 자체-구속 기능 및 매립된 축전기 기능을 제공하기 위하여 내부 구속 층(102)을 제형한다.
가공된 내부 구속 층의 성질은 기본 테이프(101)의 x 및 y 수축을 제한하는 딱딱한 물리적 형태를 제공하고, 최종 LTCC 조립체에 기능적 특성을 부여한다. 내부 구속 테이프는 기본 테이프층의 소결 보다 중요하다. 모조 또는 상쇄 층과 대칭적 균형을 이룰 필요 없이, 유전 화학적 성질에서의 차이 때문에 동시-소성 후에 일어나는 구부러짐과 영구적인 구조 변형을 막기 위해서는, 가장 큰 비대칭 근원에 대해 바로 맞은편의 외면에 제거가능하고 비-영구적인 이형층(201)을 적용한다. 이것은 극히 비대칭 구조가 소성에 의해 평평해 질 수 있도록 한다. 소성 후에, 통상적인 브러싱(brushing) 또는 샌드블라스팅(sand blasting) 방법을 사용하여 이형층을 제거한다.
통상적인 LTCC 기본 테이프(101)는 전형적으로 850℃ 근처의 온도에서 가공된다. 통상적인 이형층(201)이 사용될 때, 적절히 기능하도록 하기 위해서는 이것이 소결되거나 최종 LTCC 본체의 일부로 되어서는 안된다. 이와 반대로, 본 발명에서 사용되는 내부 구속 테이프(102)는 유동하고 조밀하고 표준 가공 온도인 850℃보다 상당히 낮은 온도에서 딱딱해지는 유리를 함유하고 있다.
내부 구속 테이프는 최종 LTCC 본체의 일부가 된다. 이것은 내부 구속 테이프 물질을 위한 성능 요건을 상당히 증가시킨다. 테이프를 이루는 물질을 선택함으로써 내부 구속 테이프의 전기적 특성 (예, 유전 상수)을 조절할 수도 있다. LTCC 회로의 일부의 유전 및 기타 전기적 특성을 국소적으로 조절하기 위하여 하나 이상의 화학적 성질 유형의 기본 테이프를 사용할 수도 있다.
기본 테이프(101)는 일반적으로 LTCC 조립체내의 주된 테이프이고, 소성된 조립체의 기계적 및 전기적 특징이 이것으로부터 유래된다. 대부분의 상황에서, 내부 구속 테이프는 구조물에서 소수의 부분으로 존재한다. 이것은 조립체의 유전 및 기타 전기적 성능의 측면을 국소적으로 변형시키기 위해 효율적으로 사용될 수 있으나, 가장 큰 영향은 x,y 수축을 실질적으로 제로로 구속함으로써 물리적 구조를 조절하는 것이다.
본 발명의 조립체를 가열하는 동안, 내부 구속 테이프에 있는 유리(전형적으로 10 내지 5000의 높은 k)는 기본 테이프의 유리(전형적으로 6 내지 10의 낮은 k)보다 더 일찍 그의 유리 전이 온도 (유리가 연화되고 유동되는 온도)에 도달하고, 기본 테이프의 인접한 층의 표면 입자를 코팅하기에 충분하게 유동된다. 내부 구속 테이프 유리의 결정화 온도는 그의 전이 온도에 가깝기 때문에, 그 후에 곧 결정화가 일어난다. 이것은 유리를 경화시키고, 그의 복합 점도를 상당히 증가시키거나 또는 그의 재-용융 온도를 첫번째 동시-소성 및/또는 이후의 후-소성 공정의 825 내지 875℃의 피크 소성 온도 이상으로 상승시키는 결과를 가져온다.
유리 충진 테이프의 조밀화 및 유동 기간 후에 테이프를 경화시키기 위해서 결정화가 바람직한 방법이긴 하지만, 테이프를 효율적으로 경화시키기 위해 유리 또는 유리-충진제 혼합물을 사용하는 상 불혼화 방법이 또한 가능하다. 소결 개시로부터 경화까지의 이 방법은 열-기계적 분석 TMA를 사용함으로써 유리 및 충진제 조합에 관해 측정할 수 있다. 예를들어, 바람직하게는 기본 테이프에 있는 유리는 약 700℃ 또는 그 이상의 TMA에서 측정시에 치수 변화의 개시를 나타낸다. 바람직하게는, 구속 테이프에 있는 유리는 기본 테이프보다 약 75℃, 더욱 바람직하게는 100℃ 내지 150℃ 더 낮은 온도의 TMA에서 측정시에 치수 변화의 개시를 나타낸다.
기본 테이프의 구속 영향은, 내부 구속 테이프에서의 x,y 수축이 제로는 아니더라도 매우 작게 되도록 하는 것이다. 이후에 온도가 증가하면 내부 구속 테이프가 충분히 소결되고 그의 유리가 완전히 결정화된다. 적절한 유리는 전형적으로 50부피% 과량의 결정 상으로 발달하기 때문에, 충진제의 결정성 함량의 부피 축적및 동일계에서 유리로부터의 결정 형성에 의해 지배될 때, 내부 구속 테이프 본체가 경질화 된다. 이어서, 기본 테이프 유리의 전이 온도에 도달되고 유동이 일어날 때, 내부 구속 테이프와의 상호 작용에 의해 제자리에서 물리적으로 유지된다. 따라서, 이미 소결된 내부 구속 테이프층은 구속력을 갖게 되고, 기본 테이프는 z-방향에서만 수축되도록 소결되면서 구속된다. 일단 조립체가 충분히 소결되고 냉각되면, 조립체는 원래의 "미가공" 또는 비소성 조립체에서와 x,y 방향에서 동일한 치수를 갖는 것으로 보인다. 조립체에서 사용되는 2 이상의 각각의 테이프에서 화학적으로 반응된 무기 성분의 층들은 다양한 배치로 포개어진다. 유일하게 관찰가능한 경계는 상이한 화학적 성질의 테이프가 서로 인접하여 위치하고 있는 것이다.
이러한 혁신은 이형 테이프를 가진 면의 반대쪽 표면 위에서 전도체를 수월하게 동시 소성할 수 있는 장점을 제공하고, 또한 층 수가 증가하고 외부 이형 테이프의 구속 영향을 덜 느끼게 되기 때문에 외부-구속 소결 구조가 겪는 실제적인 제약을 경감시킨다. 또한, 내부 구속 테이프를 사용하면 테이프 구조에서 정확한 치수의 비-수축 공동이 형성될 수 있다. 이러한 구속 소결 기술에 의해 폐쇄(blind) 및 관통 공동이 생성될 수 있다.
LTCC 회로 제조업자의 성능 요구조건을 충족시키기 위하여, 열 처리될 때 미가공 테이프 조립체에서 x,y 수축을 구속하는 간단한 조작 이외에도 추가의 재료 성능 요소를 고려해야 한다. 적층된 미가공 테이프 재료의 여러 개 층으로 구성된 6"×6" 또는 더 큰 세라믹 판을 제조하기 위해서는, 내부 구속 테이프 및 기본 테이프의 열 팽창 계수의 크기가 충분히 가까워야 한다. 이를 주의하지 않으면 소성 로의 온도 하강 부분 동안 또는 그 이후에 소성된 세라믹 LTCC 본체의 균열을 일으키는 응력이 유발된다.
적절한 시스템 x,y 구속을 제공하기 위해서는 기본 테이프에 앞서 내부 구속 테이프를 경질 본체로 열 처리해야 하기 때문에 다른 설계 요소가 발생한다. 이것은, 내부 구속 테이프에서의 유리-충진제 물질이 약 50℃ 내지 150℃의 낮은 온도, 바람직하게는 80℃ 내지 150℃의 범위에서 기본 테이프에 비해 낮은 복합 점도를 달성하도록 설계되어야 함을 의미한다. 상기 평가는 450℃ 내지 800℃에서 1분당 6∼8℃의 상승 속도의 벨트 로 소성 프로파일을 기준으로 하였음을 주목해야 한다. 이러한 프로파일은 LTCC 회로 기판의 대량 생산에서 높은 생산량을 달성하기 위해 보통 사용된다. 그러나, 내부 구속 테이프의 충분한 조밀화 및/또는 결정화 및 경화를 촉진하기 위하여, 다 지역 벨트 로 또는 머플 로에서 소성 프로파일이 정체기를 제공한다면 더 작은 온도 차이(예, < 50℃)가 또한 효과적일 수 있다. 또한, 각각의 테이프 계면에서 강도 및 결합을 유지하기 위하여 조밀화 동안 내부 구속 테이프와 기본 테이프 사이에서 충분한 친화성이 제공되어야 한다. 이러한 친화성은 테이프 제형, 성분들의 물리적 특징 및 열 처리 조건의 변화에 의해 영향을 받을 수 있다. 내부 구속 테이프 물질의 전기적 성질은 고 주파 회로 적용을 위한 성능 요건을 충족해야 한다.
본 발명의 방법에서 사용하기 위한 이형층은 고체 유기 중합체 결합제에 분산된 비-금속 입자로 이루어진다. 상기 언급된 바와 같이, 이형층에서의 비-금속 입자는 통상적인 온도 (바람직하게는 850℃)에서 소성되는 기본 테이프층의 무기 결합제보다 더 낮은 소결 속도를 갖는 것이 바람직하고, 기본 테이프층 위에서의 무기 결합제의 습윤 각과 무기 결합제의 점도는 이후의 소성 동안에 이형층 내로의 유리 침투가 50㎛ 이하가 되도록 하는 정도인 것이 바람직하다. 따라서, 소성 동안에 이형층이 소결되지 않는 한, 그리고 기본 테이프층의 무기 결합제의 습윤각 및 점도가 이형층 내로의 실질적인 침투를 막는 바람직한 범위 내에 있는 한, 이형층의 무기 고체 성분의 조성은 그다지 중요하지 않다. 이형층에서 사용되는 무기 비-금속 고체가 기본 테이프에서 사용되는 것과 동일할 수도 있지만, 멀라이트, 석영, Al2O3, CeO2, SnO2, MgO, ZrO2, BN 및 이들의 혼합물이 바람직하다. 또한, 유리질 재료를 본 발명에 따라 소성할 때 이들이 소결되지 않도록 연화점이 충분히 높다면 유리질 재료를 사용할 수도 있다.
이형층은 가요성 테이프, 농후한 필름 페이스트, 스프레이, 침지, 롤 등의 형태로 적용될 수 있다. 층이 적용되는 형태와는 무관하게, 이형층/기본 테이프 계면에서 틈새(균열)의 크기를 감소시키고 바람직하게는 최소화하기 위해 LTCC 조립체의 표면에 대해 밀접한 순응성을 달성하고 계면에서의 임계 응력 값을 증가시키기 위해서는 층이 가요성인 것이 필수적이다. 일반적으로, 이형층이 테이프로서 적용될 때, 비소성된 내부 구속 테이프 및 기본 테이프층을 위해 적절한 동일한 결합제 중합체가 이형층을 위해 적절할 것이다.
여기에서 사용된 용어 "농후한 필름" 및 "농후한 필름 페이스트"란, 스크린 인쇄 및 분무, 침지 또는 롤-코팅을 위해 적절한 레올로지를 갖고 페이스트 점조도를 갖는, 유기 매질 중의 미세 분할 고형물의 분산액을 일컫는 것이다. 이러한 페이스트를 위한 유기 매질은 보통 용매 중에 용해된 액체 결합제 중합체 및 각종 유동화 제로 이루어지고, 이들 모두는 소성 공정 동안에 완전히 열분해될 수 있다. 이러한 페이스트는 저항성이거나 전도성일 수 있고, 일부 경우에는 유전 성질일 수도 있다. 이러한 조성물은 소성 동안에 기능성 고체가 소결되는 것이 필요한지의 여부에 따라 무기 결합제를 함유할 수도 있거나 함유하지 않을 수도 있다. 또한, 농후한 필름 페이스트에서 사용되는 유형의 통상적인 유기 매질이 내부 구속 층을 위해 적절하다. 적절한 유기 매질 재료에 관한 더욱 상세한 언급은 미국 특허 4,536,535호 (Usala)에서 찾아볼 수 있다.
중합체 분해 생성물의 탈출 경로를 제공하기 위해 이형층에서 서로 연결된 기공을 형성하기 위해서는, 이형층 내의 각각의 입자들 사이에서 공극 탈출 통로(간극 또는 공극 구조)가 충분한 크기를 가져야 하고, 가열 동안에 개방된 채로 유지되어야 한다. 가열 동안에 공극 통로가 개방된 채로 유지되도록 하기 위해서는, 앞서 언급된 바와 같이, 이형층 재료의 소결 속도가 소성되는 기본 테이프층의 소결 속도보다 더 낮아야 한다. 이형층에서의 공극 구조는 층 내의 특징적인 입자 배열 또는 조립체에 의해 결정된다. 층에서의 입자 배열 또는 충진은, 고체의 부피비, 고체 입자 크기, 크기 분포 및 형태, 초기 주조에서의 입자의 분산 정도, 주조의 건조 특징, 층이 침지 또는 분무 슬러링에 의해 적용되는지의 여부와 어떻게 층이 적용되는지를 포함한 여러 요인에 의해 영향을 받는다. 또한, 중합체 기질을 함유하는 테이프, 분무 또는 침지 층내의 공극 또는 간극 구조는, 중합체가 열 분해된 후의 층에서와는 상이할 것으로 추측된다. 상기 조건을 염두에 두고, 입자를 ∼90부피% 고체의 벌크 밀도까지 충진할 수 있다. 다른 한편, 층의 x,y 압축 응력 능력이 심각하게 저하되지 않고 층 안으로 유리가 상당히 침투되지 않으면서 충분히 큰 공극 통로를 제공하기 위해서는 벌크 밀도에 대해 ∼10부피% 고체의 하한선을 실행할 수 있어야 한다. 적절한 이형층에 관해 더욱 상세한 언급은 미국 특허 5,254,191호 (여기에서 참고문헌으로 인용됨)에서 찾아볼 수 있다.
내부 구속 테이프 및 기본 테이프 성분 및 제형은 다음과 같다. 내부 구속 테이프(102)는, 소성 동안에 그의 유동, 조밀화 및 경화가 나머지 기본 테이프층 보다 선행되도록, 결정화가능하거나 충진제 반응가능한 유리 조성물과 Al2O3, ZrO2 , ZrSiO4 등과 같은 충진제 세라믹 재료로 이루어짐을 더욱 특징으로 한다. 구속 또는 기본 테이프는 보통 유리 및 충진제로 구성될 수 있지만, 당업자라면 하나 이상의 유리 또는 하나 이상의 충진제를 사용하는 것을 계획할 수도 있다. 열 처리 동안에 기본 테이프에 의해 내부 구속 테이프의 x,y 수축을 제한하는 물리적 작용은, 통상적인 기본 테이프 조립체의 외부 적용 이형층과 매우 유사하다. 그러나, 용어 "기본 테이프" 및 "내부 구속 테이프"가 본 발명에서 사용되긴 하지만, 저온 소결/결정화 공정 동안에 "기본 테이프"가 "내부 구속 테이프"를 구속하는 반면; 이미 소결된 "내부 구속 테이프"는 더 높은 온도의 소성 동안에 "기본 테이프"를 구속한다는 것을 주목해야 한다. 그러나, 비-희생된 내부 구속 테이프로서 작용하는 적절한 재료들의 요건은 서로 상이하다. 재료 요건은 이하에서 검토된다.
기본 또는 내부 구속 테이프로서 사용될 수 있는 특정한 유리의 예를 표 1에 기재한다. 내부 구속 테이프에서 발견되는 바람직한 유리 조성물은 하기 산화물 성분들을 B2O3 6∼13, BaO 20∼22, Li2O 0.5∼1.5, P2O5 3.5∼4.5, TiO2 25∼33, Cs2O 1∼6.5, Nd2O3 29∼32 중량%의 조성 범위로 포함한다. 유리의 더욱 바람직한 조성은 B2O3 11.84, BaO 21.12, Li2O 1.31, P2O5 4.14, TiO2 25.44, Cs2O 6.16, Nd2O3 29.99중량%이다. 다른 바람직한 유리는 하기 산화물 성분들을 SiO2 12∼14, ZrO2 3∼6, B2O3 20∼27, BaO 12∼15, MgO 33∼36, Li2O 1∼3, P2O 5 3∼8, Cs2O 0∼2 중량%의 조성 범위로 포함한다. 유리의 바람직한 조성은 SiO2 13.77, ZrO2 4.70, B2 O3 26.10, BaO 14.05, MgO 35.09, Li2O 1.95, P2O5 4.34 중량%이다.
기본 테이프에서 사용하기 위해 바람직한 유리는 하기 산화물 성분들을 SiO2 52∼54, Al2O3 12.5∼14.5, B2O3 8∼9, CaO 16∼18, MgO 0.5∼5, Na2O 1.7∼2.5, Li2O 0.2∼0.3, SrO 0∼4, K2O 1∼2 중량%의 조성 범위로 포함한다. 더욱 바람직한 유리 조성은 SiO2 53.50, Al2O3 13.00, B2O3 8.50, CaO 17.0, MgO 1.00, Na2O 2.25, Li2O 0.25, SrO 3.00, K2O 1.50중량%이다.
기본 또는 구속 테이프에서, 소결 유리가루의 D50 (평균 입자 크기)은 0.1 내지 5.0 mils, 더욱 바람직하게는 0.3 내지 3.0 mils의 범위이지만, 이에 한정되지 않는다.
여기에 기재된 유리는 통상적인 유리 제조 기술에 의해 제조된다. 유리는 500 내지 1000 그램의 양으로 제조된다. 전형적으로, 성분들을 측량한 다음 바람직한 비율로 혼합하고, 하부-충진 로 안에서 가열하여 용융물을 백금 합금 도가니 안에서 형성한다. 당 기술분야에 알려진 바와 같이, 용융물이 완전히 액체가 되고 균질해지는 시간 동안 피크 온도 (1450∼1600℃)의 피크 온도까지 가열을 수행한다. 이어서, 카운터 회전 스테인레스 강철 롤러에 의해 유리 용융물을 급냉하여 10 내지 20mil 두께의 유리 판을 형성한다. 얻어지는 유리 판을 분쇄하여 1 내지 5 마이크론 사이의 50% 부피 분포를 가진 분말을 형성한다. 이어서, 유리 분말을 충진제 및 유기 매질과 배합하여 실시예에 상세히 기재된 바와 같이 테이프를 주조한다. 표 1에 나타낸 유리 조성물은 다양한 종류의 유리 화학적 성질 (다량의 유리 형성제로부터 소량의 유리 형성제까지)을 나타낸다. 유리 형성제 산화물은 전형적으로 SiO2, B2O3 및 P2O5와 같은 높은 화학 배위수를 가진 작은 크기 이온이다. 표에 나타낸 나머지 산화물은 유리 개질제 및 중간체로 간주된다.
테이프를 형성하기 위해 사용되는 주조가능한 조성물에 Al2O3, ZrO2, TiO 2, BaTiO3 또는 이들의 혼합물과 같은 세라믹 충진제를 고체 기준으로 0 내지 50중량%의 양으로 첨가할 수 있다. 충진제의 종류에 따라, 소성 후에 상이한 결정 상이 형성될 것으로 기대된다. 충진제는 주파수 범위에 걸쳐 유전상수 및 손실을 조절할 수 있다. 예를들어, BaTiO3의 첨가는 유전 상수를 상당히 증가시킬 수 있다.
Al2O3는 유리와 반응하여 Al-함유 결정 상을 형성하기 때문에 바람직한 세라믹 충진제이다. Al2O3는 높은 기계적 강도를 제공하고 유해한 화학 반응에 대해 불활성을 제공하는데 매우 효과적이다. 세라믹 충진제의 다른 기능은 소성 동안에 전체 시스템의 레올로지를 조절하는 것이다. 세라믹 입자는 물리적 장벽으로 작용함으로써 유리의 유동을 제한한다. 이들은 또한 유리의 소결을 억제하고 따라서 유기물의 양호한 연소를 촉진한다. 테이프 성능 및 특징으로 변형시키기 위해 α-석영, CaZrO3, 물라이트, 코디어라이트, 포스테라이트, 지르콘, 지르코니아, BaTiO3, CaTiO3, MgTiO3, SiO2, 비결정질 실리카 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 충진제는 1.5 내지 2 마이크론 범위의 큰 크기 충진제의 D50 및 0.3 내지 0.8 마이크론 범위의 작은 크기 충진제의 D50을 가진 적어도 이정점 입자 크기 분포를 갖는 것이 바람직하다.
내부 구속 및 기본 테이프 조성물의 제형에서, 세라믹 물질의 양에 대한 유리의 양이 중요하다. 충분한 조밀화가 달성된다는 점에서 20 내지 40중량%의 충진제 범위가 바람직한 것으로 간주된다. 충진제 농도가 50중량%를 초과한다면, 소성된 구조는 충분히 조밀화되지 않고 너무 다공성이다. 바람직한 유리/충진제 비율내에서, 소성 동안 액체 유리 상이 충진제 물질로 포화되는 것이 분명하다.
소성 시에 조성물의 더욱 높은 조밀화를 이루는 목적을 위해서는, 무기 고형물이 작은 입자 크기를 갖는 것이 중요하다. 특히, 실질적으로 모든 입자들은 15㎛를 초과해서는 안되고 바람직하게는 10㎛를 초과해서는 안된다. 이러한 최대 크기 제한의 조건하에서, 유리 및 세라믹 충진제 입자의 50% 이상이 1㎛ 이상 6㎛ 미만인 것이 바람직하다.
유리 및 세라믹 무기 고형물이 분산되어 있는 유기 매질은, 휘발성 유기 용매 중에 용해되는 중합체 결합제 및 임의로 가소제, 이형제, 분산제, 박리제, 발포방지제, 안정화제 및 습윤제와 같은 기타 용해된 물질로 이루어진다.
더욱 양호한 결합 효율을 얻기 위하여, 전체 조성물을 기준으로 하여 90중량%의 유리 및 세라믹 충진제를 포함한 고체에 대해 적어도 5 중량% 중합체 결합제를 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 30중량% 이하의 중합체 결합제 및 가소제와 같은 기타 저 휘발성 개질제 및 최소 70% 무기 고형물을 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 이러한 한계 내에서, 열분해에 의해 제거되어야 하는 유기물의 양을 감소시키고 소성 시에 충분한 조밀화를 촉진하는 더욱 양호한 입자 충진을 달성하기 위해서는, 최소의 가능한 양의 결합제 및 기타 저 휘발성 유기 개질제를 사용하는 것이 바람직하다.
과거에는, 각종 중합체 물질, 예를들어 폴리(비닐 부티랄), 폴리(비닐 아세테이트), 폴리(비닐 알콜), 셀룰로스 중합체, 예컨대 메틸 셀룰로스, 에틸 셀룰로스, 히드록시에틸 셀룰로스, 메틸히드록시에틸 셀룰로스, 혼성배열 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 실리콘 중합체, 예컨대 폴리(메틸실록산), 폴리(메틸페닐 실록산), 폴리스티렌, 부타디엔/스티렌 공중합체, 폴리스티렌, 폴리(비닐 피롤리돈), 폴리아미드, 고 분자량 폴리에테르, 에틸렌 옥사이드와 프로필렌 옥사이드의 공중합체, 폴리아크릴아미드 및 각종 아크릴 중합체, 예컨대 소듐 폴리아크릴레이트, 폴리(저급 알킬 아크릴레이트), 폴리(저급 알킬 메타크릴레이트) 및 저급 알킬아크릴레이트와 메타크릴레이트의 각종 공중합체 및 다중중합체가 미가공 테이프를 위한 결합제로서 사용되었다. 에틸 메타크릴레이트와 메틸 아크릴레이트의 공중합체 및 에틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트와 메타크릴산의 삼원공중합체가 슬립 주조 재료를 위한 결합제로서 이전부터 사용되어왔다.
미국 특허 4,536,535호 (Usala) (1985년 8월 20일 특허부여)는 0 내지 100중량% C1-8 알킬 메타크릴레이트, 100 내지 0중량% C1-8 알킬 아크릴레이트 및 0 내지 5중량% 아민의 에틸렌성 불포화 카르복실산의 친화성 다중중합체의 혼합물인 유기 결합제를 개시하고 있다. 최대량의 유전 고형물과 함께 상기 중합체가 최소량으로 사용될 수 있기 때문에, 본 발명의 유전 조성물을 생성하기 위해 이들을 바람직하게 선택한다. 이러한 이유로, 상기 언급된 우살라(Usala)의 특허의 개시내용은 본 명세서에서 참고문헌으로 포함된다.
종종, 중합체 결합제는 결합제 중합체의 유리 전이 온도(Tg)를 낮추는 작용을 하는 가소제를 결합제 중합체에 대해 소량으로 함유한다. 가소제의 선택은 개질되는 것이 필요한 중합체에 의해 주로 결정된다. 각종 결합제 체계에서 사용되는 가소제 중에는 디에틸 프탈레이트, 디부틸 프탈레이트, 디옥틸 프탈레이트, 부틸 벤질 프탈레이트, 알킬 포스페이트, 폴리알킬렌 글리콜, 글리세롤, 폴리(에틸렌 옥사이드), 히드록시에틸화 알킬 페놀, 디알킬디티오포스포네이트 및 폴리(이소부틸렌)이 있다. 이 중에서, 부틸 벤질 프탈레이트가 비교적 작은 농도로도 효율적으로 사용될 수 있기 때문에 아크릴 중합체 체계에서 가장 빈번하게 사용된다.
주조 용액의 용매 성분은, 중합체를 완전히 용해시키고 대기압에서 비교적 낮은 수준의 열의 적용에 의해서도 용매가 분산액으로부터 증발되기에 충분히 높은 휘발성을 갖는 것으로 선택된다. 또한, 용매는 유기 매질에 함유된 기타 첨가제의 분해 온도의 비점보다 낮은 온도에서 비등해야 한다. 따라서, 150℃0 미만의 대기압 비점을 갖는 용매가 가장 빈번하게 사용된다. 이러한 용매는 아세톤, 크실렌, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 메틸 에틸 케톤, 에틸 아세테이트, 1,1,1-트리클로로에탄, 테트라클로로에틸렌, 아밀 아세테이트, 2,2,4-트리에틸 펜탄디올-1,3-모노이소부티레이트, 톨루엔, 염화메틸렌 및 플루오로카본을 포함한다. 상기 언급된 각각의 용매는 결합제 중합체를 완전히 용해시키지 않을 수도 있다.. 또한, 다른 용매(들)과 배합될 때 만족스럽게 작용한다. 이것은 당 기술분야의 범위내에서 적절하다. 특히 바람직한 용매는 에틸 아세테이트이고, 그 이유는 이것이 환경적으로 유해한 클로로카본의 사용을 피하기 때문이다.
용매 및 중합체 이외에도, 테이프 균열을 막고 코팅된 테이프의 넓은 취급 능력 범위, 예컨대 전단가공(blanking), 인쇄 및 적층을 제공하기 위해 가소제를 사용한다. 바람직한 가소제는 롬 앤드 하스 컴퍼니(Rohm and Haas Co.)제조의 벤조플렉스(BENZOFLEX)(R) 400이고, 이는 폴리프로필렌 글리콜 디벤조에이트이다.
<실시예>
본 발명의 정량적 실시예를 표 2에 제공한다. 표 2의 세로행에 나타낸 두께 값은 LTCC 라미네이트에서 발견되는 테이프의 특정한 치수를 나타낸다. 표에 기재된 치수는 어떠한 방식으로도 본 발명을 제한하지 않지만, 예증 목적을 위해 나타낸 구현양태이다. 표에서의 치수는 소성되지 않음을 의미하는 "미가공" 측정치임을 주지한다.
다양한 라미네이트의 배치(상기 정의됨)에 따라 실시예들을 제조하였다 (표 2에서의 치수 A, B, C 및 D 참조). 본 발명에서 사용된 미가공 테이프의 3개 유형은 기본 테이프(101) (두께가 20mils를 넘지 않고, 바람직하게는 1 내지 10 mils임), 내부 구속 테이프(102) (두께가 10mils를 넘지 않고 바람직하게는 1 내지 3mils임) 및 이형 테이프(201) (두께가 10 mils를 넘지 않고 바람직하게는 1 내지 5mils임)를 포함한다. 라미네이트의 특정 배치를 따르면, 3"×3" 내지 6"×6" 또는 더욱 큰 크기 범위의 치수를 가진 시트 내에 모서리 표시 구멍을 내어 선택된 테이프를 전단가공한다. 이러한 미가공 테이프 시트를 전형적으로 다층 전자 회로를 위한 유전 또는 절연 재료로서 사용한다. 다층 회로의 여러 층들을 연결하기 위하여, 관통 구멍을 미가공 테이프에 형성한다. 이것은 전형적으로 기계적 펀칭에 의해 수행된다. 그러나, 예리한 촛점의 레이저를 사용하여, 유기 물질을 휘발시키고 미가공 테이프에 관통 구멍을 형성할 수도 있다. 전형적인 관통 구멍 크기는 0.004" 내지 0.25"의 범위이다. 농후한 필름 전도성 조성물로 관통 구멍을 채움으로써 층들 사이에서 상호연결이 형성된다. 이 조성물은 보통 스크린 인쇄에 의해 적용된다. 전도체 노선을 스크린 인쇄함으로써 각각의 회로 층을 완성한다. 또한, 저항 또는 축전 회로 요소를 형성하기 위해 레지스터 조성물 또는 고 유전 상수 조성물을 선택된 층(들)위에 인쇄할 수 있다. 또한, 다층 축전기 산업에서 사용되는 것과 유사한 특별히 제형된 고 유전상수 미가공 테이프를 다층 회로의 일부로서 포함시킬 수 있다.
각각의 회로 층을 완성한 후에, 각각의 층들을 대조하고 적층시킨다. 층들 사이에서 정확한 정렬을 확실히 보장하기 위하여, 한정된 단축 또는 등압 압축성형 다이를 사용한다. 계획된 가열 주기를 사용하여 표준 농후 필름 컨베이어 벨트 로에서 또는 박스 로에서 소성을 수행한다. 이 방법은, 이형 테이프가 비대칭 라미네이트 구조의 하부층 또는 상부층에서만 사용되기 때문에, 상부 또는 하부 전도체가 구속 소결 구조의 일부로서 동시-소성될 수 있도록 한다. 수세, 기계적 블러싱 또는 샌드 블라스팅의 전형적인 절차를 사용하여 이형 테이프를 제거하고 소성 후에 라미네이트를 세정한다. 이어서, 수축 및 기판 휘어짐에 대해 부분을 평가한다.
여기에서 사용된 용어 "소성"이란, 공기와 같은 산화 대기 중에서 조립체의 층에 있는 모든 유기물질들을 열분해(연소)시키기에 충분한 온도에서 충분한 시간동안 가열하여, 층에 있는 유리, 금속 또는 유전 물질을 소결하고 전체 라미네이트를 조밀화하는 것을 의미한다.
각각의 적층 단계에서, 비아가 인접한 기능층의 적절한 전도성 경로에 적절하게 연결되도록, 층들이 정확하게 표시되어야 한다는 것을 당업자라면 이해할 것이다.
용어 "기능층"이란, 전도성, 저항성 또는 축전 기능을 갖는 인쇄된 미가공 테이프를 가리킨다. 즉, 상기 나타낸 바와 같이, 전형적인 미가공 테이프층은 그 위에 전도성 회로 뿐만 아니라 하나 이상의 레지스터 회로 및/또는 축전기를 인쇄할 수 있다.
표 2의 실시예 5는, 소성 후에 달성될 수 있는 구조의 평평함을 증명하는 대칭 배치를 설명한다. 측정된 휘어짐은 대각선 기판 길이 1인치당 0.003인치 미만이었다. 표 2의 실시예 6은 이형 테이프가 존재하지 않는 비대칭 상태를 나타낸다. 수득된 심각한 휘어짐(대각선 길이 1인치당 ∼0.010 인치)은 이러한 구조를 성공적으로 동시 소성하는 것이 곤란함을 증명한다.
뚜렷하고 큰 유형을 사용하는 모든 조건들은 대각선 기판 길이 1인치당 0.003 인치 미만의 휘어짐을 가진 평평한 부분을 형성한다. 더 작은 유형을 사용하는 조건들은 이러한 한계를 초과하는 휘어짐을 형성한다. 실시예 17은 라미네이트의 양면에 이형 테이프가 적용된 비대칭 배치를 나타낸다. 이것은 본 발명의 내용에 반대되는 것이다. 측정된 휘어짐은 대각선 기판 길이 1인치당 0.015인치 이상이었다. 이 실시예는 라미네이트의 한쪽 면, 다시말해서 가장 큰 비대칭 층의 반대쪽 면에만 이형 테이프를 적용하는 중요성을 입증하기 위한 것이다.
실시예에서 사용되는 테이프 조성물은 미세한 무기 분말 및 결합제를 휘발성 용매 또는 이들의 혼합물에 볼 분쇄함으로써 제조되었다. 적층, 회로 패턴화 능력, 테이프 연소 특성 및 소성된 미소구조 발현을 최적화하기 위하여, 구속 테이프 및 기본 테이프에 대해 하기 부피 % 제형의 슬립이 장점을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 전형적인 슬립 조성물의 제형을 실제 기준으로서 중량 퍼센트로 나타내다. 무기상은 유리에 대해 4.5g/cc 및 알루미나에 대해 4.0g/cc의 비밀도(specific density)를 갖는 것으로 추측되고, 유기 부형제는 1.1 g/cc의 비밀도를 갖는 것으로 추측된다. 비밀도가 이 실시예에서 추측된 것과 상이할 수 있기 때문에, 유리와 알루미나 이외의 산화물을 사용할 때 그에 따라 중량% 조성이 변화한다.
전형적인 기본 및 내부 구속 테이프 조성은 다음과 같다.
부피% 중량%
무기상 41.9 73.8
유기상 58.1 26.2
효과적인 슬립 분쇄 및 코팅 성능을 얻기 위하여, 유기 용매 및/또는 용매 배합물의 바람직한 양에 의존하여 상기 부피 및 중량% 슬립 조성을 변화시킬 수 있다. 더욱 구체적으로, 슬립 조성물은 10,000 센티포이즈 미만으로 점도를 낮추기에 충분한 용매를 포함해야 하고; 전형적인 점도 범위는 1,000 내지 4,000 센티포이즈이다. 슬립 조성물의 예를 표 3에 제공한다. 선택된 슬립 점도에 의존하여, 더욱 높은 슬립 점도가 치수 안정성을 더욱 장기간 (통상 수 주일)동안 연장시킨다. 테이프 성분의 안정한 분산액은 보통 코팅된 테이프에 보존된다.
기본 및 내부 구속 테이프 슬립 조성물
성분 중량%
아크릴레이트 및 메타크릴레이트 중합체 4.6
프탈레이트 유형 가소제 1.1
에틸 아세테이트/이소프로필 알콜 혼합 용매 20.4
유리 분말 50.7
알루미나 분말 23.2
실시예에서 사용된 유리를 전기 가열 로 안에서 1450℃ 내지 1600℃의 Pt/Rh 도가니에서 약 1시간동안 용융시켰다. 예비 단계로서 유리를 금속 롤러에 의해 급냉시킨 다음 분쇄에 의해 입자 크기를 감소시켰다. 슬립으로서 제형하기에 앞서서 분쇄에 의해 유리 입자를 5 내지 7 마이크론 평균 크기로 조절하였다. 슬립의 제조에서 추가의 분쇄 단계가 사용되기 때문에, 최종 평균 크기는 통상 1 내지 3마이크론의 범위이다.
이형층은 고형 유기 중합체 결합제에 분산된 비-금속 입자로 이루어졌다. 이형 테이프를 위한 슬립 조성물의 예를 표 4에 나타낸다.
비-영구적 이형 테이프 슬립 조성물
성분 중량%
아크릴결합제 6.8
프탈레이트 유형 가소제 2.0
에틸 아세테이트/이소프로판올 용매 28.7
알루미나 분말 62.5
실시예 1
하기 물질을 사용하여 라미네이트를 제조하였다:
상기 표 3에 기재된 낮은 k 기본 테이프(테이프 1) 및 SiO2 53.5, Al2O3 13.0, B2O3 8.5, CaO 17.0, MgO 1.0, Na2O 2.25, Li2O3 0.25, K2O 1.50, SrO 3.00의 중량% 조성을 가진 유리 64부피%와 Al2O3 36부피%를 함유하는 유리 분말. 미가공 두께는 4.5 mils 또는 114 마이크로미터였다.
상기 표 3에 기재된 높은 k 내부 구속 테이프(테이프 2) 및, B2O3 11.84, BaO 21.12, Li2O 1.31, P2O5 4.14, TiO2 25.44, CsO 6.16, Nd 2O3 29.99의 중량% 조성을 가진 유리 66.3부피% 및 Al2O3 33.7부피%를 함유하는 유리 분말. 미가공 두께는 2.0mils 또는 51마이크로미터였다.
상기 표 4에 기재된 비-영구적 이형 테이프(테이프 3). 미가공 테이프 두께는 5.0mils 또는 127마이크로미터였다.
테이프 1의 롤로부터 6인치×6인치의 시트 10장을 잘라냈다. 테이프 2의 롤로부터 6인치×6인치의 시트 2장을 잘라냈다. 테이프 3의 롤로부터 6인치×6인치의 시트 1장을 잘라냈다.
시트들을 다음과 같이 배열하였다: 전체 229 마이크로미터의 테이프 1의 시트 2장을 적층물의 바닥에 놓았다. 이 위에 전체 102 마이크로미터의 테이프 2의 시트 2장을 놓았다. 이어서, 전체 914 마이크로미터 두께의 테이프 1의 시트 8장을 잇달아 놓았다. 이것의 위에 127 마이크로미터 두께의 이형 테이프 시트 1장을 놓았다. 하나의 배향을 사용하여 5분동안, 이어서 90°회전된 배향을 사용하여 5분동안, 70℃에서 3000psi에서 단축 프레스를 사용하여 적층물을 적층하였다.
적층 후에, 부품들을 장치에 놓고, 실온으로부터 850℃까지 증가하는 온도의 공기 대기 중에서 컨베이어 로 안에서 소성시키고 18분간 유지한 다음, 다시 냉각시켜 실온으로 되돌렸으며, 전체 공정은 약 3시간 30분 걸렸다.
이어서, 다이얼 게이지를 사용하여 중심점의 편향을 측정함으로써 부품들의 휘어짐을 조사하였다. 휘어짐은 기판의 중심점의 편향(인치)을 기판의 하나의 대각선(길이)을 따른 인치의 수로 나눈 것으로써 표현된다. 이 실시예의 부품은 대각선 기판 길이 1인치당 0.003 인치 미만을 나타내었으며, 허용가능한 것으로 판정되었다. 일반적인 상황하에서, 대각선 기판 길이 1인치당 0.003 인치 미만의 휘어짐을 나타내는 부품이 허용가능한 것으로 판정된다.
실시예 2
6인치×6인치로 절단된 시트와 함께 실시예 1에 기재된 것과 동일한 유형의 테이프를 사용하여 실시예 1을 반복하였다.
테이프 1의 롤로부터 6인치×6인치의 시트 10장을 잘라내었다. 테이프 2의 롤로부터 6인치×6인치의 시트 5장을 잘라내었다. 테이프 3의 롤로부터 6인치×6인치의 시트 1장을 잘라내었다.
시트를 다음과 같이 배열하였다: 전체 229 마이크로미터의 테이프 1 시트 2장을 적층물의 바닥에 놓았다. 이것의 위에 전체 254 마이크로미터의 테이프 2 시트 5장을 놓았다. 이어서, 전체 914 마이크로미터 두께까지 테이프 1의 시트 8장을 잇달아 놓았다. 마지막으로, 127 마이크로미터의 두께까지 이형 테이프의 시트 1장을 그 위에 놓았다. 전체를 맞춘 다음, 하나의 배향을 사용하여 5분 동안, 이어서 이전으로부터 90°회전된 배향을 사용하여 추가의 5분동안 70℃ 및 3000psi에서 단축 프레스를 사용하여 적층시켰다.
적층 후에, 부품들을 장치에 놓고, 실온으로부터 850℃까지 증가하는 온도의 공기 대기 중에서 컨베이어 로 안에서 소성시키고 18분간 유지한 다음, 다시 냉각시켜 실온으로 되돌렸으며, 전체 공정은 약 3시간 30분 걸렸다.
이어서, 다이얼 게이지를 사용하여 중심점의 편향을 측정함으로써 부품들의 휘어짐을 조사하였다. 휘어짐은 기판의 중심점의 편향(인치)을 기판의 하나의 대각선(길이)을 따른 인치의 수로 나눈 것으로써 표현된다. 보통 대각선 기판 길이 1인치당 0.003 인치 미만의 휘어짐을 나타내는 부품이 허용가능한 것으로 판정된다. 이 실시예의 부품은 대각선 기판 길이 1인치당 대략 0.005 인치를 나타내었으며, 허용될 수 없는 것으로 판정되었다.
실시예 3
3인치×3인치로 절단된 상이한 크기의 시트를 사용하는 것 이외에는 동일한 유형의 테이프를 사용하여 실시예 1을 반복하였다.
테이프1의 롤로부터 3인치×3인치의 시트 6장을 잘라내었다. 테이프2의 롤로부터 3인치×3인치의 시트 3장을 잘라내었다. 테이프3의 롤로부터 3인치×3인치의 시트 1장을 잘라내었다.
시트를 다음과 같이 배열하였다: 전체 114 마이크로미터의 테이프1 시트 1장을 적층물의 바닥에 놓았다. 이것의 위에 전체 154 마이크로미터의 테이프2 시트 3장을 놓았다. 이어서, 전체 572 마이크로미터 두께까지 테이프1의 시트 5장을 잇달아 놓았다. 마지막으로, 127 마이크로미터의 두께까지 이형 테이프의 시트 1장을 그 위에 놓았다. 전체를 맞춘 다음, 하나의 배향을 사용하여 5분 동안, 이어서 이전으로부터 90°회전된 배향을 사용하여 추가의 5분동안 70℃ 및 3000psi에서 단축 프레스를 사용하여 적층시켰다.
적층 후에, 부품들을 장치에 놓고, 실온으로부터 850℃까지 증가하는 온도의 공기 대기 중에서 컨베이어 로 안에서 소성시키고 18분간 유지한 다음, 다시 냉각시켜 실온으로 되돌렸으며, 전체 공정은 약 3시간 30분 걸렸다.
이어서, 다이얼 게이지를 사용하여 중심점의 편향을 측정함으로써 부품들의 휘어짐을 조사하였다. 휘어짐은 기판의 중심점의 편향(인치)을 기판의 하나의 대각선(길이)을 따른 인치의 수로 나눈 것으로써 표현된다. 이 실시예의 부품은 대각선 기판 길이 1인치당 0.003 인치 미만을 나타내었으며, 허용가능한 것으로 판정되었다. 보통 대각선 기판 길이 1인치당 0.003 인치 미만의 휘어짐을 나타내는 부품이 허용가능한 것으로 판정된다.
실시예 4
3인치×3인치로 절단된 상이한 크기의 시트를 사용하는 것 이외에는 동일한 유형의 테이프를 사용하여 실시예 1을 반복하였다.
테이프1의 롤로부터 3인치×3인치의 시트 12장을 잘라내었다. 테이프2의 롤로부터 3인치×3인치의 시트 2장을 잘라내었다. 테이프3의 롤로부터 6인치×6인치의 시트 1장을 잘라내었다.
시트를 다음과 같이 배열하였다: 전체 229 마이크로미터의 테이프1 시트 2장을 적층물의 바닥에 놓았다. 이것의 위에 전체 102 마이크로미터의 테이프2 시트 2장을 놓았다. 이어서, 전체 1143 마이크로미터 두께까지 테이프1의 시트 10장을 잇달아 놓았다. 마지막으로, 127 마이크로미터의 두께까지 이형 테이프의 시트 1장을 그 위에 놓았다. 전체를 맞춘 다음, 하나의 배향을 사용하여 5분 동안, 이어서 이전으로부터 90°회전된 배향을 사용하여 추가의 5분동안 70℃ 및 3000psi에서 단축 프레스를 사용하여 적층시켰다.
적층 후에, 부품들을 장치에 놓고, 실온으로부터 850℃까지 증가하는 온도의 공기 대기 중에서 컨베이어 로 안에서 소성시키고 18분간 유지한 다음, 다시 냉각시켜 실온으로 되돌렸으며, 전체 공정은 약 3시간 30분 걸렸다.
이어서, 다이얼 게이지를 사용하여 중심점의 편향을 측정함으로써 부품들의 휘어짐을 조사하였다. 휘어짐은 기판의 중심점의 편향(인치)을 기판의 하나의 대각선(길이)을 따른 인치의 수로 나눈 것으로써 표현된다. 이 실시예의 부품은 대각선 기판 길이 1인치당 대략 0.005 인치를 나타내었으며, 허용될 수 없는 것으로 판정되었다. 보통 대각선 기판 길이 1인치당 0.003 인치 미만의 휘어짐을 나타내는 부품이 허용가능한 것으로 판정된다.
실시예 5 내지 17
실시예 1 내지 4에 기재된 것과 유사한 방식으로 실시예 5 내지 17을 실행하였다. 이 실시예들은 테이프 1, 2 및 3의 추가의 조합 (다양한 두께)을 이용하였으며, 얻어지는 휘어짐 값이 허용가능한지 허용불가능한지를 표 2에 요약한다.
본 발명의 방법에 따르면, 각각 상이한 화학적 성질을 가진 낮은 유전상수 테이프 및 높은 유전상수 테이프 물질의 비대칭 배열로부터, 큰 면적의 휘어짐이 없고 동시-소성된 LTCC 구조를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 비대칭 구조를 도시한 것이다.

Claims (14)

  1. 내부 구속 테이프와 기본 테이프를 적층하여 비대칭 라미네이트를 형성하고, 조립체를 형성하는 라미네이트의 적어도 하나의 표면 위에 이형층을 부착시키고, 이때 상기 표면은 적층된 층의 가장 큰 비대칭 위치의 맞은편이며, 조립체를 열 처리하여 기본 테이프의 유리보다 먼저 구속 테이프의 유리가 소결되기 시작함에 따라 x,y 수축의 상호간 억제를 나타내는 구조를 생성하는 것을 포함하는, 하나 이상의 유리-함유 내부 구속 테이프층과 하나 이상의 유리-함유 기본 테이프층을 포함한 비틀림이 없고 비대칭의 저온 동시-소성 세라믹 구조의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 테이프층을 평면 및 상호연결 방식으로 금속화하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 조립체를 표면 장착 부품과 함께 위치시키는 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 기본 테이프가 6 내지 10 범위의 유전 상수를 갖고, 상기 내부 구속 테이프가 10 내지 5000 범위의 유전 상수를 갖는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 내부 구속 테이프가 1.5 내지 2.0마이크론 범위의 큰 크기 입자의 D50 및 0.3 내지 0.8마이크론 범위의 작은 크기 입자의 D50을 가진 이정점 입자 크기 분포를 갖는 충진제 입자를 포함하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 기본 테이프가 1.5 내지 2.0마이크론 범위의 큰 크기 입자의 D50 및 0.3 내지 0.8마이크론 범위의 작은 크기 입자의 D50을 가진 이정점 입자 크기 분포를 갖는 충진제 입자를 포함하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 기본 테이프의 유리가 전체 조성물을 기준으로 하여 SiO2 52∼54, Al2O3 12.5∼14.5, B2O3 8∼9, CaO 16∼18, MgO 0.5∼5, Na2O 1.7∼2.5, Li2O 0.2∼0.3, SrO 0∼4, K2O 1∼2 중량%를 포함하는 것인 방법.
  9. 제1항에 있어서, 구속 테이프의 유리가 전체 조성물을 기준으로 하여 B2O3 6∼13, BaO 20∼22, Li2O 0.5∼1.5, P2O5 3.5∼4.5, TiO2 25∼33, Cs2O 1∼6.5, Nd2O3 29∼32 중량%를 포함하는 것인 방법.
  10. 제1항에 있어서, 구속 테이프의 유리가 전체 조성물을 기준으로 하여 SiO2 12∼14, ZrO2 3∼6, B2O3 20∼27, BaO 12∼15, MgO 33∼36, Li2O 1∼3, P2O5 3∼8, Cs2O 0∼2 중량%를 포함하는 것인 방법.
  11. 제1항에 있어서, 기본 테이프의 유리가 약 700℃ 이상의 TMA에서 측정시에 치수 변화를 나타내는 것인 방법.
  12. 제1항에 있어서, 구속 테이프의 유리가 기본 테이프보다 적어도 75℃ 더 낮은 TMA에서 측정시에 치수 변화를 나타내는 것인 방법.
  13. 제1항의 경질 형태를 포함하는 동시-소성 세라믹 구조물.
  14. 내부 구속 테이프층이 축전기 기능을 제공하는, 제1항의 경질 형태를 포함하는 동시-소성 세라믹 구조물.
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