KR100546471B1 - 금속 다층 회로 기판상의 두꺼운 세라믹 - Google Patents

금속 다층 회로 기판상의 두꺼운 세라믹 Download PDF

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아소크 나라얀 프라후
애티가널 내래랸내소와미 스러램
마이클 제임스 리버래토레
폰뉴사미 파랜니사미
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샤프 가부시키가이샤
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Abstract

커패시터, 저항, 및 RF 필터와 같은 수동 소자들은 구성 잉크 층들의 상부 및 하부에 전도체 층들 갖추고, 그린 테이프들 상에 적절한 잉크들을 스크린 프린팅함으로써 만들 수 있다. 생성된 그린 테이프 적층체는 내장되는 커패시터들을 형성하기 위해 소성한다. 그린 테이프들 적층체를 금속 지지 기판상에서 적층화함으로써, x 및 y 방향으로의 축소를 제한하여, 소자들이 작은 공차를 유지할 수 있게 한다. 많은 그린 테이프들을 적층해야 하는 경우, 적절한 양의 옥사이드 충전제, 예컨대, 그린 테이프의 약 15% 중량보다 작은 양을 갖는 그린 테이프들을 보다 많은, 예컨대, 그린 테이프의 약 25% 중량 이상의 옥사이드 충전제가 첨가된 그린 테이프와 삽입하는 경우, 개선된 축소 특성을 얻을 수 있다.

Description

금속 다층 회로 기판상의 두꺼운 세라믹{THICK CERAMIC ON METAL MULTILAYER CIRCUIT BOARD}
도 1은 낮은 유전 상수 잉크들에 대한 유전 상수 대 커패시터 크기의 그래프이다.
도 2는 본 발명의 내장된 커패시터의 일 실시예를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 커패시터들에 대한 유전 상수 대 커패시터 크기의 그래프이다.
도 4는 본 발명의 커패시터들에 대한 커패시터의 온도 계수 대 커패시터 크기의 그래프이다.
도 5는 본 발명의 커패시터들에 대한 유전 상수 대 커패시터 크기의 그래프이다.
도 6은 제1 크기를 갖는 저항들에 대한 저항 넓이 대 저항값 및 TCR의 그래프이다.
도 7은 제2 크기를 갖는 저항들에 대한 저항 넓이 대 저항값 및 TCR 그래프이다.
도 8은 내장된 은 층들을 갖는 본 발명의 다층 세라믹 회로 기판의 단면도이다.
도 9는 층들 내부에 형성된 RF 필터들을 갖는 본 발명의 다층 세라믹 회로 기판의 단면도이다.
본 발명은 소성시 2차원에서 낮은 수축을 갖는 다층 세라믹 인쇄 회로 기판에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 RF 소자들을 통합할 수 있는 금속 지지된 다층 세라믹 회로 기판과 관련된 것이다.
결정화 유리의 세라믹 조성물을 비결정화 유리와 혼합할 때, 구리/니켈 도금 또는 판금된 코바(kovar) 지지 기판과 같은 금속 코어(core) 지지 기판에 부착될 수 있는 그린 테이프 조성물을 형성할 수 있다는 것은 알려진 바이다. 코바(kovar)는 카펜터 테크놀리지사(Carpenter Technology)로부터 상업적으로 입수 가능한 Fe/Co/Ni 합금이다. 그러한 합금들 중 하나는 53.8% 중량의 철, 29% 중량의 니켈, 17% 중량의 코발트, 및 0.2% 중량의 망간으로 구성된다. 이러한 합금들은 어떤 특정 온도들에서 팽창 계수의 급격한 변화를 표출한다. 상기 합금들은 코바 코어의 양면에 구리(copper) 및 니켈을 1 밀리 두께로 코팅하여 사용된다. 상기 합금들은 5.8 ppm/℃의 열 팽창 계수(TCE; 실내 온도(RT)로부터 300℃까지) 및 21.8 Watt/m。K 의 열 전도성(z 또는 두께 방향)을 갖는다.
이러한 코바 판금을 인쇄 회로 기판용 지지 기판으로 사용하기 위해서는, 코바 판금을 공기 중에서 열처리하여 니켈 코팅을 산화시킨 다음, 접착 유리(bonding glass), 일반적으로 CaO-AL2O3-ZnO-B2O3 유리를 도포한다. 상기 접착 유리는 유기 바인더(organic binder) 및 솔벤트(solvent)와 혼합된 접착 유리 파우더로 된 프린팅 가능한 잉크를 제조함으로써 상기 지지 기판상에 스크린 프린팅될 수 있다. 상기 접착 유리는 일반적으로 40-70 마이크론의 두께로 상기 지지 기판상에 부착된다. 이어, 상기 접착 유리를 건조한 다음, 700-800℃에서 가열하여 조밀화한다. 상기 접착 유리의 코바 기판으로의 부착력을 개선하기 위해 약 6% 중량의 구리 파우더를 상기 접착 유리에 첨가할 수 있다. 이와 같이 준비된 상기 코바 지지 기판이 사용되며, 저온 소성 그린 테이프 조성물에 동시 적층될 때, 상기 코바 지지 기판은 소성 동안 세라믹 층들이 x 및 y 방향으로 수축되는 것을 방지한다.
앞서 설명한 바와 같이, 접착 유리가 도포된 금속 코어 지지 기판에 부착되는 저온 소성 그린 테이프들은 결정화 유리 및 비결정화 유리의 혼합물로부터 만들어진다.
적절한 결정화 유리는 예컨대 20-55% 중량의 ZnO; 20-28% 중량의 MgO; 10-35% 중량의 B2O3; 및 10-40% 중량의 SiO2를 포함한다. 이러한 유리들은 코바에 매칭되는 열 팽창 계수(TCE)를 갖으며, 또한 낮은 유전 손실 특성들을 갖는다; 그러나, 상기 유리들은 소성시 유리의 조밀화를 방지하는 낮은 결정화 온도를 갖는다. 따라서, 이러한 유리들은 납-기제(lead-based) 비결정화 유리와 혼합할 수 있다. 적절하게는, 이러한 비결정화 유리들은 30-80% 중량의 PbO; 15-50% 중량의 SiO2; 10% 중량의 Al2O3; 15% 중량의 B2O3; 및 10% 중량의 ZnO을 포함한다. 그러나 결정화 유리를 납-기제 비결정화 유리와 혼합하는 경우, TCE는 낮아지고, 상기 유전 손실 특성은 증가한다. 상기 측면 수축(x 및 y) 또한 원하는 것보다 너무 커진다. 석영(quartz), 알루미나(alumina), 및 포오스테라이트(forsterite)와 같은, 소량의 옥사이드 충전제의 첨가는 소성시의 측면 수축을 감소시키며, 이러한 충전제에 의해 개조된 세라믹은 원하는 유전 특성, 소성 동안의 낮은 수축, 및 코바에 매칭되는 TCE를 갖는다.
여기서 유용한 그린 테이프 조성물은 일반적으로 ZnO-MgO-B2O3-SiO2 유형의 결정화 유리를 포함하는 적절한 유리 파우더와 비결정화 유리를 혼합하고, 일반적으로 수지(resin), 솔벤트, 및 분산제등을 포함하는 유기 비허클(vehicle)과 옥사이드 충전제를 혼합한 다음, 그 결과물인 슬러리(slurry)를 그린 테이프로 알려진 얇은 테이프로 성형함으로써 형성된다.
도전성 잉크를 그린 테이프들 상에 스크린 프린트하여 회로 패턴을 형성할 수 있다. 여러 장의 그린 테이프들이 정렬, 적층되고, 압력하에 적층될 수 있다. 그린 테이프들에 펀칭으로 형성되고, 전도성 잉크, 예컨대, 전도성 금속 파우더, 유기 비허클, 및 상기 그린 테이프들을 만드는 데에 사용된 유리의 혼합물이 채워지는 비아(via) 홀들은 다른 그린 테이프 층들 상의 회로 패턴들 사이의 전기적 통로를 제공한다. 이러한 적층된 그린 테이프 적층체들은 접착 유리가 도포된 지지 기판과 정렬되어 압력하에 또한 동시 적층된다. 소성하는 동안 단지 두께(z) 방향으로만 수축되므로, 회로는 소성 동안 교란되지 않으며, 정밀한 공차를 유지할 수 있다. 이러한 세라믹들은 다양한 층들 상에 전기적으로 연결된 회로들의 형성 및 접착 패드들 등을 형성하는데 사용되는 은(silver)-기제 잉크와 같은, 저용융 온도 전도성 잉크와 호환적이다. 따라서, 앞서 설명한 바와 같은 세라믹 회로 보드들은 저유전 손실 특성을 가지며, 마이크로웨이브/디지털 패키징용으로의 사용에 유용하다.
현재까지, 다층 세라믹 회로 보드는 저항 또는 커패시터와 같은 수동 소자들을 포함해야 하는 경우, 소자들을 다층 세라믹에 부착하기 위해, 솔더(solder) 또는 에폭시(epoxy) 유형의 접착제들을 사용하여, 분산된 소자들을 소성 보드 상부에 장착해야 한다. 이러한 소자들의 부가는 이러한 회로 보드들을 만드는데 필요한 단계들의 수를 증가시킨다. 즉, 소자들은 상기 세라믹 다층 보드에 정렬 및 부착되어야 하고, 전력 공급원과 연결되어야 한다. 또한, 다수의 이산된 소자들을 수용하기 위해서는, 상기 다층 기판은 커져야 한다. 따라서, 이러한 보드들의 제조 단가는 높다.
다층 저온 동시 소성 세라믹 회로 기판들의 특정 그린 테이프들 상에 수동 소자들을 스크린 프린팅할 수 있다는 것은, 팩킹(packing) 밀도를 증가시키고, 패킹의 크기 및 단가를 감소시킬 수 있으며, 소요되는 공정 단계들을 줄일 수 있는 이점이 있다. x 및 y 방향으로의 수축을 감소시킨 최근에 개발된 저온 소성 유리들 및 금속 지지 기판의 사용으로, 정밀한 공차의 소자 스크린 프린팅, 및 고정밀의 배치가 가능하다. 또한, 상호 접속부가 적어지므로, 신뢰도 또한 개선되었다.
그러나 다수의 그린 테이프들이 그 사이에 소자들을 구비한 상태로 배열 및 소성될 때, 소성 동안의 감소된 수축의 유지 및 지지 기판으로부터 그린 테이프 적층체의 디라미네이팅의 방지가 어렵다.
x 및 y 방향으로의 수축을 방지하는 지지 기판상에 커패시터, 저항, 및 RF 소자들과 같은 수동 소자들이 적절한 유리들로 만들어진 그린 테이프 적층체들내에 내장될 수 있음을 발견하였다. 적절한 커패시터 잉크 또는 저항 잉크들 및 전도층들은 그린 테이프들에 스크린 프린트되며, 상기 그린 테이프들은 다른 그린 테이프들 사이에 위치되어, 소자들이 삽입되는 정밀한 공차를 갖는 프린트 회로 기판을 제조하기 위해, 상기 x 및 y 방향으로 수축되지 않고 지지 기판으로부터 디라미네이팅되지 않도록 일정한 낮은 온도, 즉 850-900℃에서 적층 및 소성된다.
커패시터 유전체 잉크는 바륨 티타나이트(barium titanate), 티타늄 옥사이드(titanium oxide) 및 납 마그네슘 니오베이트 유전체(lead magnesium niobate dielectrics)를 적절한 유리와 혼합하여 낮은 온도에서 소결하여 만들 수 있다. 상기 커패시터 유전체 잉크는 세라믹 그린 테이프들에 스크린 프린팅될 수 있으며, 적절한 전도체 잉크로 채워진 그린 테이프의 비아들에 의하여 은 전도체 층에 연결된다. 그린 테이프에 수동 소자 선구 잉크 및 다른 회로를 프린트한 다음, 다중 그린 테이프들은 정렬되고, 적층되고 약 850-900℃의 온도에서 공기 중에 동시 소성된다. 넓은 범위의 유전 상수의 커패시터들을 만들 수 있다.
하부 커패시터 플레이트로서 그라운드 평면 금속을 사용함으로써 분로 커패시터들을 또한 만들 수 있다. 상기 커패시터들은 상기 적층체의 위에서부터 하나 이상의 층들에 배치된다. 커패시터들은 프린트된 커패시터 유전체 잉크의 위아래에 전도성 층을 스크린 프린팅함으로써 종결될 수 있다.
두꺼운 막 저항 잉크는 적절한 유기물 비허클(vehicles)과 함께 낮은 온도에서 소결한 루테늄 옥사이드(RuO2) 및 적절한 유리를 기초로 제조된다. 저항 잉크는 배열된 그린 테이프들에 스크린 프린팅되어 지지체 상에서 적층되며, 넓은 범위의 저항값들 및 저항 열 계수(TCR) 값들을 갖는 삽입형 저항들을 완성하기 위해 소성된다. 상기 TCR 값들을 조절하기 위해, 작은 양의 바륨 티타네이트를 부가할 수 있다. 저항들은 상기 그린 테이프 적층체의 상부에 스크린 프린트된 전도성 층에 의해 파워 소스와 연결된다. 상기 저항 및 다른 회로를 프린트한 다음, 다층 그린 테이프 층들은 정렬되고, 서로 적층되고, 접착 유리에 의해 금속 지지 기판에 부착되고 안정하고 신뢰성 있는 내부에 형성된 저항들을 갖는 인쇄 회로 기판을 형성하기 위해 약 780-900℃로부터의 온도에서 공기 중에서 동시 소성된다.
약 2㎜ 두께 또는 그 이상의 소성된 적층체를 생성하기 위해 다수의 그린 테이프 층들을 적층해야하는 경우, 디라미네이션(de-lamination) 및 수축 문제들이 여전히 발생함을 발견하였다. 그리하여, 미량의 옥사이드 충전제와 혼합된 저 유전 손실 유리들을 포함하는 그린 테이프 층들을 보다 많은 양의 옥사이드 충전제를 포함하는 동일한 유리로 이루어진 그린 테이프 층들에 삽입함으로써, 더 많은 그린 테이프 층들을 x 및 y 방향으로의 수축 및 금속 지지 기판으로부터의 디라미네이션없이, 적층 및 소성할 수 있음을 발견하였다. 이러한 두꺼운 다층의 금속 지지 회로 기판 적층체들은 RF 소자들을 적층체들 내부에 형성해야 하는 경우, 특히 유용하다.
먼저, 다양한 커패시터 유전체 잉크들의 형태, 형성 방법, 및 다른 유전 상수를 갖는 삽입형 커패시터들의 테스터 결과를 설명한다.
바륨 티타네이트 및 티타늄 옥사이드 파우더들을 기초로 한 커패시터 유전체 잉크들은 낮은 유전 상수 즉, K=약 50을 갖는다는 것이 발견되었다. 이러한 파우더들은 약 1100-1300℃ 온도에서 소결되며, 따라서 상기 바륨 티타네이트/유리 또는 티타늄 옥사이드/유리 조성물들이 약 850-900℃의 낮은 온도에서 소결될 수 있도록, 그리고 유전 상수(K)의 조절 및 커패시턴스의 온도 계수를 최소화를 위해 상기 파우더들이 낮은 용융 유리들과 배합하여 개질해야 한다.
바륨 티타네이트는 상표명 AD302L(이하, D로 표시함)의 데구사 회사(Degussa Company)로부터 상업적으로 구입할 수 있으며, 바륨 티타네이트 및 바륨 주석 옥사이드의 혼합물은 상표명 YL12000(이하, F로 표시함)의 페로 주식회사(Ferro Corporation)으로부터 구입할 수 있다. 이러한 파우더들의 특성들을 아래의 테이블 Ⅰ에 제시하였다. 테이블 Ⅰ에서, 유전 손실은 Tan
Figure 112005019882939-pat00001
이고, 온도는 섭씨 도이다. 입자 크기는 마이크론(㎛)의 평균 입자 크기로 나타낸다.
Figure 112005019882939-pat00002
적절한 티타늄 옥사이드, #4162-01,은 말린크로드트 베이커 주식회사(Mallincrodt Baker Co.)로부터 구입할 수 있다.
커패시터 유전체 잉크 조성물을 만들기 전에, 바륨 티타네이트 또는 티타네이트 옥사이드 파우더는 다양한 낮은 소성 온도 유리들과 혼합된다. 적절한 유리의 조성물들의 중량 백분율이 아래의 테이블 Ⅱ에 나타내었다.
Figure 112005019882939-pat00003
*는 셈콤사로부터의 SCC-11로 구입가능한 유리임. 대표적인 낮은 유전 상수 커패시터 유전체 잉크들은 통상의 분산재, 수지 및 솔벤트와 함께, 다양한 유리 및 유리 혼합물과 혼합된 바륨 티타네이트 파우더로 만들어, 그린 테이프들에 스크린 프린팅되었다. 상기 잉크 조성물들은 아래 테이블 Ⅲ에 요약되어 있다. 여기서, 유리 조성물들은 테이블Ⅱ에 나타낸 바와 같다.
Figure 112005019882939-pat00004
상기 커패시터 유전체 잉크는 동시 소성을 위하여 금속상 특히, 코바(kovar) 지지 기판상에 공식화된 그린 테이프들 상에 스크린 프린팅될 수 있다. 사용되는 1차 결정화 유리는 다음의 옥사이드들: 29.4% 중량의 ZnO, 24.5% 중량의 MgO, 19.6% 중량의 B2O3, 24.5% 중량의 SiO2, 및 2.0% 중량의 Co3O4의 혼합물로 만든다. 전형적인 그린 테이프 조성물들은 아래의 테이블Ⅳ에 나타낸 바와 같다.
Figure 112005019882939-pat00005
상기 커패시터 유전체 잉크들은 1.27, 2.54 및 5.08㎜ 크기의 사각형의 커패시터 패턴들로 상기 그린 테이프들 상에 스크린 프린팅된다. 상기 적층체의 상부로부터 상기 커패시터 유전체 잉크 층 일 층을 갖는 3개의 4층 그린 테이프들을 만들어진다. 상기 그린 테이프들은 278psi에서 적층되고, 347psi에서 코바 기판에 동시 적층된다. 은 기제 파우더 또는 은 박편 기제 전도체 잉크를 내장형 동시 소성 커패시터를 만들기 위해 내장된다. 적절한 전도체 잉크 조성물들을 테이블 Ⅴ에 나타내었다.
Figure 112005019882939-pat00006
결과물인 적층된 적층체는 850℃에서 소성된다. 커패시턴스 및 유전 손실 (tanδ)이 10㎑에서 측정된다. 각 커패시터의 상기 유전 상수는 함수 K에 따라 ㎊의 커패시턴스(C)의 측정치, 제곱 센티미터의 커패시터 면적(A) 및 센티미터의 두께로부터 연산된다.
K=Ct/Aε0
여기서, ε0는 0.0885㎊/㎝의 상수이다. 이러한 커패시터 유전체 잉크들은 고주파수(1㎓)에서의 동작에 적합하다. 상기 커패시터 크기들 및 특성 측정치들을 아래의 테이블 Ⅵ에 제시하였으며, 테이블 Ⅵ에서 두께는 소성 커패시터에 대한 것이고, 커패시턴스는 ㎊/㎟의 단위이며, 유전 손실은 tanδ로서 주어지며, K는 유전 상수, 그리고 TCC는 실내 온도(RT)로부터 125℃까지의 ppm/℃으로 주어진다. 테이블 Ⅵ에서, 유리는 그 밖에 주지된 바의 것을 제외하고는 부피 %로 주어진다.
Figure 112005019882939-pat00007
바륨 티타네이트로 제조된 추가적인 저 유전 상수 커패시터 유전체 잉크들이 다양한 크기의 커패시터를 형성하도록 스크린 프린팅되고, 1670 psi에서 적층되고, 은 잉크 층에 의해 종결되고, 1740psi에서의 코바에 동시 적층되며, 및 865℃에서 소성된다. 몇몇 스크린 프린팅 기법들이 소성된 커패시터의 최소 두께 생성을 위해 적용된다. 그 조성, 크기 및 소성 특성들이 아래의 테이블 Ⅶ에 요약되어 있다. 테이블 Ⅶ에서, 유리를 부피 %로 주어진다.
Figure 112005019882939-pat00008
단위 면적, 내장형 커패시터들의 유전 상수 및 TCC 값들에 대한 커패시턴스의 크기 의존성을 알 수 있다. 일반적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 유전 상수는 커패시터 크기가 증가함에 따라 감소한다. 그러나 TCC는 더욱 큰 양의 커패시턴스를 나타낸다. 커패시터가 작아지면 작아질수록 커패시턴스는 더욱 높아지며, 이러한 현상은 주변 커패시턴스 효과 및 커패시터들 및 주변의 세라믹 층들 사이의 상호 작용 때문일 수 있다.
그러나 높고 유전 상수의 내장형 동시 소성 커패시터(K=1500)의 디자인은 더욱 어려운 문제이다. 커패시터 유전 물질들은 높은 소결 온도를 갖으므로, 상기 제시된 그린 테이프들을 사용한 저온 소성은 다공성 유전체를 야기한다; 저온 소성 유리 및 바륨 티타네이트의 혼합물은 유전 상수를 희석시킨다; 주변 저 유전 상수 유리-세라믹들은 커패시터로 확산되어 희석 효과를 더욱 증가시킨다; 그리고 커패시터로의 은 금속의 확산이 또한 유전 상수를 희석시킨다. 따라서, 바륨 티타네이트를 기초로 한 결과적인 내장형 커패시터들은 테이블 Ⅷ 및 Ⅸ에 나타낸 바와 같이, 700 미만의 K 값들로 한정된다.
테이블 Ⅷ에는 은 파우더 전도체 층을 사용하는 내장형 BaTiO3-기제 커패시터 유전체 잉크에 대한 커패시터 특성들이 요약되어 있다. 그린 테이프 및 커패시터 층들은 280psi에서 적층되고, 850℃에서 소성된다. 유리는 부피 %로 주어진다.
Figure 112005019882939-pat00009
다음으로, 커패시터들이 테이블 Ⅸ에 나타낸 바와 같이, 1670psi에서 그린 테이프와 커패시터들을 적층하고 865℃에서 소성하여 제조된다. 상기 사용된 은 전도체는 은 박편이다. 상기 유리는 부피%로서 주어진다.
Figure 112005019882939-pat00010
상기 커패시터 조성물들은 상기 유전 상수가 최소로 희석되게 낮은 온도들에서 소결을 촉진 및 BaTiO3 페로브스카이트(perovskite) 격자 구조에서 용해될 수 있는 PbO, B2O3, ZnO, CdO 또는 PbTiO3 물질들로 만든 낮은 용융 산화물들 또는 유리 첨가제들의 10% 부피량보다 적게 포함할 수 있도록 조성한다. 이러한 소성 조성물들은 약 700의 최대 유전 상수를 갖는다.
낮은 TCC가 요구될 때, 즉, 실내 온도 내지 -25℃ 및 실내 온도 내지 85℃ 중 어느 한 온도 범위에서의 60ppm/℃보다 작은 것이 요구될 때, 바륨 티타네이트-기제 커패시터 형식은 또한 적당한 양의 SrZrO3, TCC 조절제를 포함한다.
테이블 Ⅹ에는 중량 %로 주어진 두 개의 적절한 커패시터 유전체 잉크들의 조성물들을 나타내었다.
Figure 112005019882939-pat00011
은-기제 잉크는 83.78% 은 파우더, 0.65% 유리 3 충전제, 4.2%의 15% 에틸셀룰로오스(ethylcellulose)의 텍사놀 솔벤트(texanol solvent) 혼합물, 7.61%의 13% 엘바사이트 수지(Elvacite resin)의 테르피네올 솔벤트(terpineol solvent) 혼합물, 1.22%의 하이퍼머(Hypermer) PS2, 및 2.54%의 부틸 칼비톨 솔벤트(butyl carbitol solvent)로 만든다. 상기 바닥 전극은 단일 층으로서 스크린 프린팅되며, 유전체 층은 3개 층들로 스크린 프린팅되고, 상기 상부 전극은 단일로 프린팅된다.
그린 테이프 적층체는 1670psi에서 적층되고, 1100psi에서 코바 지지체에 동시 적층되어, 그 전체는 865℃에서 소성된다. 두 온도에서의 상기 유전 상수(K) 및 TCC를 아래의 테이블 ⅩⅠ에 나타내었다.
Figure 112005019882939-pat00012
낮은 TCC 및 낮은 유전 상수를 갖는 커패시터 유전체 잉크는 유전체로서의 티타늄 옥사이드(TiO2)를 사용하여 또한 만들 수 있다. 유전체 잉크는 42.1%의 TiO2 파우더, 29.6%의 유리, 1.4%의 하이퍼머(Hypermer) PS 분산제, 및 26.9%의 20% 엘 바사이트 수지(Elvacite resin)의 테르피네올 솔벤트(terpineol solvent) 혼합물을 사용하여 만든다.
상기 유전체 잉크는 상기 적층체의 상부층의 아래에 적어도 한 층의 그린 테이프에 부착되며, 그 아래에 전도체 잉크를 사용하여 마무리 층이 부착된다. 그리고 상기 적층체는 위에서 설명한 바와 같이, 적층 및 소성된다. TCC 및 유전 상수 K를 아래의 테이블 ⅩⅠⅠ에 도시하였다.
Figure 112005019882939-pat00013
내장된 동시 소성 커패시터의 보다 높은 유전 상수(K>1000)를 성취하기 위해서는 납-마그네슘-니오베이트-기제(PMN; lead-magnesium-niobate-based) 조성물을 사용해야 한다는 것을 발견하였다. PMN을 기초로 한 적절히 높은 유전체 상수 커패시터 유전체 잉크들을 아래의 테이블 ⅩⅠⅠⅠ에 요약하였으며, 여기서 %는 중량비이다.
Figure 112005019882939-pat00014
상기 납-마그네슘-니오베이트-기제 커패시터 유전체 잉크들의 사용 및 알루미나(alumina) 지지 기판상에서 동시 소성하여, 은 파우더 전도체 잉크의 2000 이상의 K 값들을 발생시킬 수 있다. 그러나 코바 지지 기판상에서 그린 테이프에 내장되어 적층하는 경우, 상기 K 값들은 극적이게도, 앞서 언급한 희석 효과(dilution effects)로 약 30-50까지 감소한다. 코바상에서 높은 유전 상수 커패시터를 얻기 위해서는, 동시 소성하는 동안 세라믹들이 커패시터들 쪽으로 확산되는 막는 장벽 층을 사용할 수 있다. 이러한 장벽층은 보다 효율적인 은 금속 조성물 또는 상이한 유전체 물질로 이루어질 수 있다.
그린 테이프 층들에서 사용된 유리보다 낮은 아주 낮은 용융 온도의 유리를 사용할 때, BaTiO3 기제 커패시터 유전체 잉크를 장벽 물질로서 사용할 수 있다는 것을 발견하였다. 이러한 장벽 유리는 상기 그린 테이프 유리들을 충분히 부드럽게 하는 데에 요구되는 온도보다 낮은 온도에서 고밀화 및 결정화된다. 따라서, 장벽 유리는 상기 그린 테이프 유리들이 상기 커패시터로의 확산을 막을 수 있다. 그러한 경우, 상기 장벽이 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 바닥 전도체 패드의 아래 및 상기 상부 전도체 패드 상부에 상기 커패시터보다 넓은 패드로서 프린팅된다. 도 2에서, 2개 층의 상부 및 바닥 층들(14 및 15) 각각을 갖는 3개 층 커패시터(12)는 두 개의 상부 및 하부의 장벽 층들(16 및 17) 사이에 위치한다. 상기 내장형 커패시터는 상부 및 하부 그린 테이프 층들(18 및 19) 각각에 차례로 적층된다.
앞서 설명한 바와 같이, 유리 6 및 71.07%의 BaTiO3을 포함하는 커패시터 유전체 잉크를 사용하여, 74.16%의 PMN을 포함하는 PMN 잉크로 만든 5.08×5.08㎜ 커패시터를 중심으로 19×19㎜ 패드로서의 장벽 층이 프린팅된다. 은 파우더가 상기 전도체 잉크를 만드는데에 사용된다. 코바 지지 다층 회로 기판상에서 높은 유전체 상수 커패시터를 얻기 위해 얼마나 많은 바륨 티타네이트 장벽층이 요구되는지를 판단하기 위해 다양한 층들을 채택했다. 상기 장벽 층들 없는 제어를 또한 실험했다. 상기 실험 결과들을 아래의 테이블 ⅩⅥ에 나타내었다. 여기서, 프린팅 수는 각 층에 대한 스크린 프린팅한 횟수이다.
Figure 112005019882939-pat00015
이와 같이, 최소 두께의 장벽 층이 제시될 때, 유전체 상수는 장벽 층을 사용하지 않을 때 또는 얇은 장벽 층을 사용했을 때보다 훨씬 커진다. 이중 금속화 프린팅 및 이중 장벽 층 프린팅을 사용하면, 높은 유전 상수를 갖는 내장형 커패시터를 얻을 수 있었다. 전도체 층들의 한 측면 상에 장벽 프린팅 횟수를 3회까지 증가시킴으로써, 3000 이상의 유전체 상수(K) 값들을 얻을 수 있었다. 높은 유전체 상수 커패시터들을 상술한 공정을 통해 제조할 수 있지만, 몇몇의 특별한 프린팅 단계들이 요구되며, 상기 장벽 두께가 효과적이려면 약 16-20 마이크론이 되어야 한다.
또한, 몇몇 장벽 층들, 전도체 층들, 및 커패시터 층들의 두께 때문에, 상기 상부의 그린 테이프 층은 찢어지기 쉬우므로 주의해야 한다. 또한, 스크린 프린팅 단계들의 아주 큰 횟수(위 설명에서 열한 번까지)가 요구되면, 공정 비용이 증가한다.
따라서, 보다 적은 프린팅 횟수 및 그린 테이프들의 찢어지지 않게 하면서 감소된 두께를 갖는 더욱 효과적인 장벽이 될 수 있으며, 변형된 내재 커패시터 유전체 잉크를 발견하였다.
또한, 상기 전도체 층으로서의 은 박편 및 은 파우더의 혼합물이 은 박편 및 은 파우더 어느 하나만을 사용하는 것보다 우수한 매우 효과적인 장벽 층을 형성한다는 것을 발견하였다. 은 파우더 잉크들은 낮은 유전체 상수의 커패시터들을 형성한다. 은 박편만으로도 매우 우수한 장벽 층(K=3600)을 형성하지만, 적층 또는 소성하는 동안 상부에 위치한 그린 테이프 층이 찢어지게 한다. 따라서, 비록 은 박편만의 우수한 장벽을 아니지만, 75% 중량의 은 박편 및 25% 중량의 은 파우더의 혼합물은 높은 유전체 상수 커패시터를 제조케 한다. 그러나 소성하는 동안 커패시터들의 가스배출(outgassing)이 문제이다. 만일, 은 금속이 커패시터를 아주 잘 봉합했다면, 부가의 (PbO를 포함하는) 물질들로부터 형성되는 가스들은 배출되지 않게 할 수 있다. 따라서, 은 박편이 높은 유전체 상수 커패시터를 형성하게 하지만, 은 박편은 소성하는 동안 너무 높은 밀도가 되는 구조를 형성하여, 위에 놓인 그린 테이프들이 찢어지게 한다. 따라서, 은 파우더 및 은 박편의 혼합물의 사용이 비록 유전 상수에 있어서 절충이지만, 상부의 그린 테이프 층이 찢어지지 않게 할 뿐만 아니라, 이러한 구조들이 가스 배출 또는 버블 문제들을 일으키지 않게 한다.
코바 기판상의 다수의 내장형 PMN-기제 커패시터들은 은 파우더, 은 박편, 및 혼합된 은 파우더 및 은 박편 전도체 층을 사용하여 형성된다. 상기 층들은 1670psi에서 적층되고, 865℃에서 소성된다. 그 결과물들을 아래의 테이블 ⅩⅤ에 요약되어 있다.
Figure 112005019882939-pat00016
5.08㎜ 크기의 제1 커패시터의 절연체 저항(IR)은 3.8×1010Ω이다. 은 박편을 사용한 5.08㎜ 크기의 제2 커패시터의 IR은 6.0×1010Ω이다. 상기 혼합된 은을 사용한 동일 크기의 제1 커패시터의 IR은 1.0×1010Ω이다.
전도체 층으로서 상기 은 박편 및 은 파우더의 혼합물로 형성한 상기 내장형 커패시터들은 버블 또는 가스 배출의 문제를 발생시키는 것 없이 보다 작은 프린팅 단계들을 요구한다. 상부에 위치한 그린 테이프 층의 찢어짐이 없다는 점이 주지된다.
PMN 커패시터들의 유전체 상수는 큰 크기 의존성을 나타낸다: 즉, 유전체 상수는 커패시터 크기가 증가함에 따라 증가하며, TCC 또한 커패시터 크기가 증가함에 따라 증가한다(음방향으로 더욱 증가한다). 이것은 주변의 낮은 유전체 상수 세라믹에 의한 커패시터 유전체의 희석의 결과이다. 넓은 커패시터들은 작은 커패시터들보다 보다 약한 희석 효과를 갖는다. 이러한 현상을 아래의 테이블 ⅩⅤⅠ에 나타내었으며, 커패시터 크기에 대한 유전체 상수 및 TCC의 그래프를 대략적으로 도 3 및 4에 각각 도시하였다. 테이블 ⅩⅤⅠ에서, 커패시터들은 은 파우더-은 박편 혼합 잉크들의 PWN을 기초로 한다.
Figure 112005019882939-pat00017
중간 범위(K=500-700)의 바륨 티타네이트-기제의 내장 커패시터들은 1670psi에서 적층되고 865℃에서 소성되는 동일하게 혼합된 은 박편/파우더 전도체 층들로 제조되나, 크기 의존성은 다르다.
도 5는 혼합된 은 전도체를 사용한 커패시터 크기에 대한 유전체 상수의 그래프를 도시한 도면으로서, 도 5는 바륨 티타네이트-기제 커패시터들 및 PMN-기제 커패시터들의 크기 의존성의 차이를 설명하고 있다. 따라서, 중간 유전체 상수 값들을 요구하는 적용들에 대해서는 바륨 티타네이트-기제의 내재 커패시터들은 보다 일관되며, PMN-기제 커패시터들과 비교할 때보다 낮은 TCC를 갖는다.
본 발명의 내재 커패시터들 즉, 적층체의 상부 아래의 하나 이상의 내장 테이프들은 내장 커패시터의 커패시턴스 감쇄, 절연체 저항(IR) 또는 유전체 손실없이 1000시간 이상 동안 HHBT 신뢰성 검사(85℃/85%/50VDC)를 받았다.
본 발명의 내장 커패시터들을 갖는 상기 동시 소성 다층 세라믹 회로 기판은 셀룰러 전화기와 같은 다양한 적용들에 유용하다.
다양한 저항 잉크들의 형성, 내부의 저항들의 형성 방법 및 검사 결과를 이하에서 상세히 설명한다.
300 ohm/sq부터 100 Kohms/sq까지 및 <+200 ppm/℃의 TCR의 저항값들을 갖는 저항 잉크들을 본 발명에 따라 제조할 수 있다. 특정 셀룰러 전화기로의 적용을 위해 목표로 하는 특성들은 1Kohm/sq 및 실내 온도로부터 125℃까지에서의 200ppm/℃ 이하의 TCR이다.
상기 저항 잉크들은 테이블 ⅩⅤⅠⅠ에 요약된 바와 같은 특성을 갖는 정제된 입자 크기 및 높은 표면적의 RuO2를 재료로 제조된다.
Figure 112005019882939-pat00018
상기 RuO2는 전도체 파우더의 소성 온도를 감소시키기 위해 하나 이상의 유리들과 혼합된다. 앞서 제시한 유리 1 및 3이 적합하다. BaTiO3와 같은 TCR 변형제가 또한 부가된다.
상기 유리들은 적용하려는 그린 테이프 적층체들의 소성 온도와 비슷한 낮은 온도에서 소성할 수 있는 스크린 프린팅 가능한 조성물을 형성하기 위해 RuO2, 선택적인 변형제, 및 적절한 유기 비허클들과 혼합된다. 상기 저항 잉크 파우더는 일반적으로 17.33 내지 24.8% 중량의 RuO2, 74.3-81.7% 중량의 유리 1, 및 0.99 내지 1.10% 중량의 바륨 티타네이트를 포함한다. 바람직한 조성물은 19.8 내지 23.14% 중량의 RuO2, 75.87-79.21% 중량의 유리 1, 및 0.99 내지 1.1% 중량의 BaTiO2로 구성된다.
저항 잉크는 적층 그린 테이프 적층체가 되는 그린 테이프 상에 0.508×0.508 내지 2.032×4.064㎜ 크기의 다양 패턴(1/2 평방 및 평방)으로 스크린 프린팅된다. 상기 저항 잉크의 사용에 적절한 그린 테이프 조성물들은 테이블 ⅩⅤⅠⅠⅠ에 요약된 다음과 같은 성분들을 포함한다. 상기 유리 및 충전제의 중간 입자 크기는 마크론 단위이다.
Figure 112005019882939-pat00019
상기 저항들은 스크린 프린팅되는 은 전도체로 마무리했다. 적절한 은 잉크 조성물은 83.78% 중량의 은 파우더, 0.65% 중량의 유리 3, 1.22% 중량의 분산제, 0.88% 중량의 에틸 셀룰로이드 수지(ethyl cellulose resin), 0.80의 엘바사이트 2045 수지(Monsanto Company로부터 구입가능한), 및 3.32% 중량의 텍사놀(texanol), 6.81% 중량의 테피네올(terpineol), 및 2.54% 중량의 뷰틸 칼비톨(butyl carbitol)의 혼합 솔벤트를 포함한다.
상기 그린 테이프 적층체들은 함께 적층되어 코바 지지 기판상에서 850-900℃의 공기 중에서 동시 소성했다. 상기 저항들은 상기 세라믹 적층체의 상부 표면 아래의 한 층에 프린팅되어 내장된다. 동시 소성한 이 후, 상기 저항들은 은-팔라듐 또는 금 전도체 잉크의 프린팅에 의한 바깥 측에 연결되었고, 700-750℃의 공기 중에서 포스트-소성(post-firing)되었다.
아래의 테이블 ⅩⅠⅩ에는 RuO2-유리 조성물들 및 소성된 저항들의 특성들이 요약되어 있다. 테이블 ⅩⅠⅩ에서, 조성물은 % 중량이며, TCR은 실내 온도에서부터 125℃까지의 측정치이다. 단기간의 과부하 검사(STOL; short term overload test)를 또한 이행했다.
Figure 112005019882939-pat00020
따라서, 2 Kohms/sq 이상의 높은 값의 저항들을 형성하는 데에 유리 3을 사용하는 것이 효과적이다. 상기 유리 1의 조성물들이 1 Kohm/sq 저항 개발을 위해 선택된다.
상기 저항의 조성물들은 잉크 조성물을 형성하기 위해, 분산제(1.44% 중량), 에틸 셀룰로스 수지 N300(0.10% 중량), 에바사이트 수지 2045(3.9% 중량), 및 25.18% 중량의 테피네올 및 뷰틸 칼비톨 혼합 솔벤트를 사용하는 유기 비허클과 혼합된다. 상기 저항 잉크는 약 38% 고체로 조절한다.
회로 밀도를 최소화하기 위해, 510 오옴 저항을 얻을 수 있는 0.508×1.016 내지 1.016×2.032㎜ 패턴과 같은 작은 크기의 저항들을 프린팅하는 것이 바람직하다. 38%의 부피를 유지하면서 저항 및 TCR 값들을 조절하기 위해 고체의 비율을 가변시키거나 총 파우더 중량 중 2 % 중량의 분산 농도를 유지하면서 다양한 저항 잉크들을 제조했다. 유용한 저항 잉크들의 파우더 조성물들이 아래의 테이블 ⅩⅩ에 요약되어 있다.
Figure 112005019882939-pat00021
상기 파우더 혼합물들을 재료로 만들어지는 적절한 저항 잉크 조성물을 아래의 테이블 ⅩⅩⅠ에 나타내었다.
Figure 112005019882939-pat00022
850-900℃에서 코바상에서 동시 적층된 4-5 층이 적층된 그린 테이프들 중 하나의 층에 저항들을 스크린 프린팅한 후, 은-팔라듐 또는 금으로 만든 상부 표면 전도체 잉크를 적용하고, 750℃에서 포스트 소성된다. DC 또는 저주파수(10㎑)에서 저항을 측정하며, 실내 온도 및 125℃에서 측정된 저항으로부터 TCR을 계산한다. 그 결과를 아래의 테이블 ⅩⅩⅠⅠ에 나타내었다.
Figure 112005019882939-pat00023
저항값들이 750℃에서 포스트 소성 후, 평균 7.3%씩 증가함을 알 수 있다. 또한, 상기 저항값들은 저항 크기가 증가함에 따라 증가한다. 크기에 따른 저항값의 증가는 작은 크기의 저항들의 시트 저항(sheet resistance)을 감소시키는 소성 동안의 은 마무리 전도체 층에 의한 희석에 기인한다.
저항 잉크 조성물들 1 및 2로부터의 부가적인 저항들을 아래의 테이블들 ⅩⅩⅠⅠⅠ 및 ⅩⅩⅣ에 각각 나타내었다.
Figure 112005019882939-pat00024
1/2 sq 1.02×2.03㎜ 저항의 프린팅 두께를 18.6 마이크론이었다.
Figure 112005019882939-pat00025
저항 잉크 조성물 1의 저항들의 데이터가 도 6 및 7에 도시되어 있다. 도 6 및 7은 (1) 평방 및 (1/2) 평방 저항들 각각에 대한 저항 넓이 대 저항의 그래프이다.
상기 저항들은 또한 신뢰성 검사를 받았다. 검사 1은 85℃/85%RH에서의 1000시간 동안이었으며, 검사 2는 -55 및 125℃ 사이에서 200 번 이상 반복으로 구성하였다. 검사 3에서는 1000시간 동안 70℃에서 저항에 15.5 Watts/㎠를 인가했다. 상기 저항들은 이러한 검사들을 거쳤다.
*저항 잉크 1은 1㎓에서의 동작을 위해 설계된 수신기 보드에서 1.016×2.032㎜ 크기의 510 오옴의 묻히는 저항을 제조하는 데에 사용된다. 건조된 두께가 18 및 25 마이크론 사이에서 유지되는 경우, 포스트 소성 후, ±10%의 510오옴의 저항치를 얻을 수 있다.
본 발명의 세라믹 인쇄 회로 기판은 RF 필터와 같은 다른 소자들을 형성하는데에 또한 유용하다. 그러한 경우, 소성 후, 2㎜ 이상의 두께인 두꺼운 다층 적층체가 만들어진다. 그러나 소성 후 많은 그린 테이프 층들은 x 및 y 방향의 축소에 대한 정밀한 제어를 방해하며 또한, 다층 적층체는 소성시 금속 지지 기판으로부터 비적층화되는 경향이 있다.
따라서, 축소를 제어할 수 있고, 많은 두꺼운 그린 테이프의 금속 기판로부터의 비적층화를 방지할 수 있는 방법을 개발하였다. 소량의 옥사이드 충전제와 혼합된 낮은 유전체 손실 유리들을 재료로 만든 그린 테이프 층들을 보다 많은 량의 옥사이드 충전제가 혼합된 동일한 유리들을 재료로 만든 그린 테이프 층들과 함께 인터리빙(interleaving)함으로써, 보다 많은 그린 테이프 층들을 x 및 y 방향으로의 축소 및 금속 지지 기판으로부터의 비적층화없이 소성, 적층화 및 적층체 형성을 할 수 있다는 사실을 발견하였다. 이러한 두꺼운 다층 금속 지지 회로 기판 적층체는 그 적층체내에 RF 소자들을 형성해야 하는 경우 특히 유용하다. 한 형태의 그린 테이프를 만드는 데에 사용되는 유용한 종래의 유리들은 앞서 설명한 바와 같이, 아연-마그네슘-붕규산 결정화 유리들(zinc-magnesium-borosilicate crystallizing glasses)로부터 만든다. 적절한 결정화 유리는 2.0% 중량의 Co3O4 착색제가 첨가된 상기 유리 3이다.
이러한 유리는 납-아연-알루미늄 실리케이트계(lead-zinc-aluminum silicate system)의 비결정 납-기제 유리의 9.6% 중량과 혼합과 혼합된다. 전형적인 유리는 42.0% 중량의 PbO, 10.0% 중량의 Al2O3, 38.8% 중량의 SiO2 및 10.0% 중량의 ZnO를 포함한다.
이러한 결정화-논-결정화 유리(crystallizing-non-crystallizing glass) 혼합물들은 축소 제어 및 TCE 변형을 위해 제공되는 알루미나(alumina), 코디어라이트(cordierite), 석영(quartz), 크리스토발라이트(cristobalite), 포스터라이트(forsterite), 및 윌러마이트(willemite)와 같은, 옥사이드 충전제들과 화합된다. 제2 옥사이드 충전제를 부가하여, 코바에 호응하는 유전체 특성들, 축소 특성, 및 TCE를 성취할 수 있다. 예컨대, 미량의 충전제 옥사이드 예컨대, 1.5-2% 중량의 코이어라이트 및 9.5-10.0% 중량의 포서터라이트는 본 적용예에서 우수한 세라믹을 생산하게 한다.
따라서, 이러한 유리들은 다량의 유리 및 미량의 옥사이드 충전제(<15%)를 갖는다. 이러한 유리들은 1㎓와 같은 마이크로웨이브 주파수들에서 우수한 유전체 특성을 갖는다. 이 후, 이러한 세라믹들을 제 1 유형의 유리-세라믹으로 언급한다.
제2 유형의 유리-세라믹은 동일한 아연-마그네슘-붕규산 유리들 (zinc-magnesium-borosilicate glasses)로부터 만들어지나, 이들은 25% 중량이상의 증가된 량의 옥사이드 충전제를 포함한다. 이러한 유리들은 제 1 유형의 유리-세라믹보다 작은 축소 특성을 갖으며, 이 후, 제 2 유형의 유리-세리믹으로 언급한다. 다음 테이블 XXV는 제 2 유형의 그린 테이프 층을 형성하는데 유용한 다른 세라믹 조성물의 제 4 예를 나타낸다.
Figure 112005019882939-pat00026
따라서 이러한 세라믹들은 다량의 충전제 예컨대, 약 25-50% 중량의 충전제를 포함한다.
그린 테이프들을 두꺼운 슬러리를 형성하기 위해 알려진 바와 같이, 가소제, 분산제, 및 솔벤트와 함께 수지 바인더로 제 1 유형 및 제 2 유형의 유리-세라믹들을 제형하여 만든다. 여기서 사용되는 전형적인 유리-세라믹 조성물은 약 10-12.5 마이크론 입자 크기의 결정화 유리 입자 크기, 약 6.5-8 마이크론 입자 크기의 비결정화 유리, 3-5 마이크론 입자 크기의 포스터라이트, 및 약 2-3 마이크론 입자 크기의 코디어라이트를 갖는다. 아래의 테이블 ⅩⅩⅥ에 % 중량으로 적절한 세라믹 그린 테이프 제형 방법(formulation)이 제시되어 있다.
Figure 112005019882939-pat00027
상기 결과물인 슬러리를 성형하여 약 0.15-0.20㎜ 두께의 그린 테이프를 형성하고, 그린 테이프를 말린다.
미량 및 다량의 옥사이드 충전제를 각각 사용하여 제조된 두 유형의 그린 테이프들을 삽입(interleave)한다. 은 또는 다른 금속 패턴을 상기 그린 테이프들에 회로 패턴을 형성하기 위해 스크린 프린팅한다. 바람직하게는, 제 2 유형의(높은 충전제 량) 유리-세라믹은 제 1 유형 유리-세라믹에 비하여 소성 하자마자 다공질이 되는 경향이 있으므로, 회로 패턴들은 헤러메틱(hermetic) 세라믹 형성을 위해 두 개의 제 1 유형 그린 테이프들 사이에 프린팅된다.
그린 테이프들 상에 다양한 전도체 패턴들을 제공하기 위해, 본 발명의 유리 조성물들을 기초로 동시 소성 가능한 전도체 금속-기제 후막 전도체 잉크를 스크린 프린팅 가능한 전도체 잉크를 형성하기 위한 알려진 분산제, 수지 및 솔벤트와 함께 앞서 개시한 소량의 유리와 혼합된 은 파우더와 같은 전도체 금속 파우더로 만들 수 있다. 은-팔라듐 파우더 또는 금 파우더를 사용하여 상부 전도체 잉크를 유사한 방식으로 만들 수 있다. 여러 그린 테이프층 상에 회로 패턴을 연결하기 위한 비아 충진 잉크는, 공지된 방식으로, 은 파우더로 만들어질 수 있다.
상기 그린 테이프 적층체는 약 1.174 ㎏/㎟의 압력, 약 93℃에서 4분 동안 적절하게 적층되고, 1.3-1.4 ㎏/㎟의 압력에서 준비된 금속지지 기판과 동시 소성된다. 적층 및 동시 소성한 다음, 금속상의 다층 적층체는 0.4 인치/분의 벨트 속도에서 850-900℃ 첨두 온도까지 벨트 로에서 소성된다. 소성하는 동안, 유기 물질들은 증발되며, 낮은 용융 유약 유리는 부드러워져, 다층 세라믹 적층체를 금속 코어에 부착시킨다. 상기 금속 코어는 상부에 놓인 그린 테이프들의 x 및 y 방향으로의 축소를 제한한다. 따라서, 거의 대부분의 축소는 금속 기판에 수직인 z 방향에서 발생한다. 낮은 축소 특성을 갖는 상기 삽입된 유형 2 유리-세라믹들의 제시는 또한 x 및 y 방향으로의 상기 다층 적층체의 축소를 억제하기 위해 제공된다.
소성 이 후, 알려진 방법으로 접착 패드, 인덕터, 및 마이크로스트립 상호 결선 등을 형성하기 위해 소성된 다층 적층체의 상부에 전도체 잉크를 적용할 수 있다.
본 발명은 다음의 예들을 설명하지만, 본 발명은 그 설명된 내용에 한정되지는 않는다. 예들 중, 퍼센트는 중량비이다.
예 1
은-기제 잉크가 적용된 3개 층들(C, D)을 포함하는 제 1 유형의 그린 테이프의 11개 층들(A), 및 제 2 유형의 그린 테이프 7개 층들(B)이 도 1 도시된 바와 같이, 삽입된다. 상기 그린 테이프 적층체는 적층되고, 코바 지지 기판상에 놓인 다음, 동시 적층된다. 상기 적층체는 소성된다.
그 수축은 z 방향으로 17.0% 이었으나, x 및 y 방향으로는 각각 0.96% 및 0.61%였다. 소성 후, 전체 적층체는 2.50㎜ 두께였다.
예 2
*3개의 층들 상에 금속화된 면들을 갖는 제 1 유형의 그린 테이프 11개 층들은 도 8에 도시된 바와 같이, 제 2 유형의 그린 테이프들과 삽입된다. 도 8에는 A로서 나타낸 제 1 유형의 그린 테이프들, B로서 나타낸 제 2 유형의 그린 테이프들이 도시되어 있으며, C는 내장된 RF 필터들을 나타내며, D는 은 패터닝을 나타낸다. 상기 그린 테이프들은 삽입되어, 쌓아올려지고, 적층되며, 코바 지지 기판과 동시 적층된 다음 소성된다. 상기 적층체는 2.40㎜ 두께이다.
그 축소는 z 방향으로 17.0%이며, x 및 y 방향으로는 각각 0.64% 및 0.60%이다.
예 3
제 1 유형의 그린 테이프 11개 층들 및 제 2 유형의 그린 테이프 7개 층들을 삽입하고, 쌓아올린 후, 적층 및 소성한다. 그 적층체는 2.20㎜ 두께이다.
그 축소는 z 방향으로 17.%이며, x 및 y 방향으로는 각각 0.83% 및 0.98%이다.
예 4
도 9에 도시된 바와 같이, 그 한 층에 내장되는 필터들(C) 및 2개 층들 상의 그라운드 면들을 갖는 제 1 유형(A)의 그린 테이프 15개 층들 및 제 2 유형의 그린 테이프(B) 8개 층들을 삽입하고, 쌓아올린 후, 적층 및 소성하여, 2.52㎜ 두께의 적층체를 형성한다.
*그 축소는 z 방향으로 17.%이며, x 및 y 방향으로는 각각 0.35% 및 0.85%이다.
다층 테이프들의 물리적인 특성들을 아래의 테이블 ⅩⅩⅦ에 나타내었다.
테이블 ⅩⅩⅦ
Figure 112005019882939-pat00028
예 5
다양한 제 1 유형 및 2 그린 테이프들 적층체들은 865℃에서 소성한 다음, 그 특성들을 측정하였다. 그 결과들이 아래의 테이블 ⅩⅩⅧ에 요약되어 있다.
Figure 112005019882939-pat00029
이와 같이, 한 방향으로만 축소되는 두꺼운 소성 금속지지 다층 기판을 형성하기 위해 삽입된 그린 테이프들을 적층화할 수 있다.
비록 본 발명을 특정한 예들을 들어 설명하였지만, 상기 유리 조성물들, 옥사이드 충전제의 양, 금속 지지 기판, 그린 테이프 층들의 수, 커패시터의 유형 및 커패시터 유전체 잉크, 저항 및 저항 잉크, 및 전도체 및 전도체 잉크 등을 만들 수 있으며, 본 발명에 포함된다는 것이 당업자에게는 명백하다. 본 발명은 청구 범위에 의해서만 한정된다.
본 발명에 의하여 소성시 2차원에서 낮은 수축을 갖는 다층 세라믹 인쇄 회로 기판에 제공된다.

Claims (6)

  1. 제 1 유형의 그린 테이프 층들 및 제 2 유형의 그린 테이프 층들이 금속 지지 기판 상에서 교번하는 그린 테이프 적층체로서,
    상기 제 1 유형의 그린 테이프 층은 5 내지 15 중량 %의 옥사이드 충전제(filler) 및 결정화 및 비-결정화 유리들의 혼합물을 포함하며,
    상기 제 2 유형의 그린 테이프 층은 상기 제 1 유형의 그린 테이프 층들 보다 많은 양의 옥사이드 충전제를 포함하며, 적어도 25 중량 %의 옥사이드 충전제 및 결정화 및 비-결정화 유리들의 혼합물을 포함하는, 그린 테이프 적층체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 지지 기판은 구리-니켈 피복(clad) 또는 도금된(plate) 코바 지지체(kovar support)인, 그린 테이프 적층체.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 그린 테이프 적층체는 1 이상의 상기 제 1 유형의 그린 테이프 층들 사이에 스크린 프린팅되는 도전층을 더 포함하는, 그린 테이프 적층체.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 전도체 층은 은 기제 층(silver-based layer)인, 그린 테이프 적층체.
  5. 제 1 항에 따른 그린 테이프 적층체를 소성한 소성 그린 테이프 적층체.
  6. 제 1 항에 따른 그린 테이프 적층체를 소성한 소성 그린 테이프 적층체로서, 상기 그린 테이프 적층체 내에 RF 소자가 내장되는, 소성 그린 테이프 적층체.
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