KR100809257B1 - Method for manufacturing low temperature cofired ceramic substrate - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래 기술에 따른 LTCC 기판의 제조 공정을 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of an LTCC substrate according to the prior art.
도 2는 서로 다른 소성거동을 갖는 2종류 물질(A, B)의 수축 곡선을 나타내는 그래프이다.2 is a graph showing shrinkage curves of two kinds of materials (A, B) having different plastic behaviors.
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 LTCC 기판 제조공정에 있어서, 기판 절단을 위한 공극(void) 형성을 설명하기 위한 개략적 단면도이다.3 is a schematic cross-sectional view illustrating void formation for cutting a substrate in an LTCC substrate manufacturing process according to an embodiment of the present invention.
도 4는 소성체 내부에 형성된 공극을 나타낸 사진이다.4 is a photograph showing voids formed in the fired body.
도 5는 본 발명의 실시형태에 따른 LTCC 기판 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다. 5 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing an LTCC substrate according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 실시형태에 따른 제조방법에 의해 얻은 LTCC 기판의 절단면을 보이는 평면도 사진이다. It is a top view photograph which shows the cut surface of the LTCC board | substrate obtained by the manufacturing method which concerns on embodiment of this invention.
도 7은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 LTCC 기판의 제조방법을 설명하기 위한 단면도로서, 도 5(b)에 대응하는 도면이다.FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing an LTCC substrate according to another embodiment of the present invention, and corresponds to FIG. 5B.
도 8은 본 발명의 또다른 실시형태에 따른 LTCC 기판의 제조방법을 설명하기 위한 단면도로서, 도 5(b)에 대응하는 도면이다. 8 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing an LTCC substrate according to still another embodiment of the present invention, and corresponds to FIG. 5B.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
101a', 101b', 101e': LTCC 그린 시트 101: 소결된 LTCC 기판101a ', 101b', 101e ': LTCC Green Sheet 101: Sintered LTCC Substrate
110': 공극 형성용 미소성 이종물질층 110: 소결된 이종물질층110 ': unfired dissimilar material layer for forming voids 110: sintered dissimilar material layer
103a, 103b: 구속층 103a, 103b: constraint layer
본 발명은 저온 동시소성 세라믹(Low Temperature Cofired Ceramic: 이하, LTCC라고 함) 기판의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 집합 기판으로부터 개별 단품으로 절단시 파손이나 치핑(chipping) 없이 높은 신뢰성으로 LTCC 단품을 용이하게 얻을 수 있는 LTCC 기판의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a low temperature cofired ceramic (hereinafter referred to as LTCC) substrate, and in particular, it is easy to use a LTCC unit with high reliability without breakage or chipping when cutting from an assembly unit into an individual unit. The manufacturing method of the LTCC board | substrate which can be obtained easily.
최근 LTCC의 소성방식은 종래의 x, y, z 방향으로 모두 수축이 있는 방식(수축 소성)에서 x-y면 내에서는 수축이 거의 없고 z 방향으로만 수축이 있는 방식(무수축 소성 방식이라고 함)으로 바뀌어 가는 추세에 있다. 이는 표면에 실장되는 IC 및 각종 소자들이 정확한 위치에 실장될 수 있게 하기 위하여 LTCC 기판의 x, y 방향의 치수가 매우 정밀해야 하기 때문이다. 일반적으로 무수축 소성방법은 종래의 수축 소성 방식에 비하여 x, y 방향의 치수 정밀도가 뛰어나다. Recently, the LTCC firing method has a shrinkage in the x, y, and z directions in all directions (shrink firing). The trend is changing. This is because the dimensions of the x- and y-directions of the LTCC substrate must be very precise in order to allow the IC and various elements mounted on the surface to be mounted at the correct position. In general, the non-shrink firing method is superior in dimensional accuracy in the x, y direction compared to the conventional shrinkage firing method.
상기의 무수축 소성을 위해서는 소성 전 중간 제품의 크기가 일정이상 되어야 하며, 되도록 큰 것이 양산성이나 재료 효율성 측면에서 유리하다. 그러나 LTCC 최종 제품의 크기는 RF 모듈의 경우 대부분 가로, 세로가 각각 1.5*1.5 (cm2) 이하이기 때문에 소성 후에 최종 단품 크기에 맞게 절단하여야 한다. 소성 후 LTCC 제품은 경도가 크고 취성이 큰 세라믹의 성질을 그대로 갖고 있기 때문에 절단 시에 절단면 이외의 부분이 파괴된다든지 (이하 치핑(chipping)이라 칭함) 제품 전체가 깨져버리는 등의 문제가 발생한다. 최근에는 LTCC 기판의 신뢰성 문제 때문에 점점 강도가 강한 소재를 사용하는 추세에 있기 때문에 절단 공정의 문제는 더욱 심각해지고 있으며 레이저 커팅, 하프 커팅(Half cutting) 등의 여러 가지 방법이 시도되고 있다.For the non-shrink firing, the size of the intermediate product should be more than a certain size before firing, and it is advantageous in terms of mass productivity and material efficiency. However, since the size of the final LTCC product is mostly less than 1.5 * 1.5 (cm 2 ) in the width and length of the RF module, it should be cut to fit the final part size after firing. After firing, LTCC products have the properties of ceramics with high hardness and brittleness, which causes problems such as fracture of parts other than the cut surface (hereinafter referred to as chipping) during cutting, or the whole product is broken. . Recently, due to the reliability problems of LTCC substrates, because of the increasing strength of materials, the problem of the cutting process becomes more serious, and various methods such as laser cutting and half cutting have been tried.
현재까지 개발된 LTCC 기판의 절단 방식은 크게 두 가지가 있다. 우선 전통적으로 세라믹 기판을 절단하는 데 사용되던 고속 회전 블레이드(blade)를 사용하는 방식이 있다. 도 1을 참조하면, x-y 면내의 수축 방지를 위해 상하면에 미소결 구속층(13a, 13b)이 형성된 집합체 상태의 소결 LTCC 기판(11)을 준비한 후, 개별 제품으로 분리하기 위해 회전 블레이드(20)를 사용하여 절단선(L)을 따라 기판을 절단할 수 있다. There are two ways of cutting LTCC substrates. First, there is a method using a high speed rotating blade that has traditionally been used to cut ceramic substrates. Referring to FIG. 1, after preparing the sintered
그러나, 고속 회전 블레이드를 이용하는 방식은 본래 인쇄회로기판(Printed circuit board; PCB)를 절단하는 데 사용되는 방식으로서 이 방식을 LTCC 기판에 적용하면 LTCC 기판의 소재인 세라믹의 경도가 PCB의 경도 보다 훨씬 크기 때문에 이에 따른 각종 문제들이 발생한다. 첫 번째 문제는 소결된 LTCC 기판의 경도가 크기 때문에 LTCC 기판이 잘 잘리지 않고 절단 속도를 크게 하기 어렵다는 것이다. 두 번째는 세라믹의 취성 때문에 공정상의 약간의 오차에도 치핑(chipping: 원하지 않는 부분이 깨지는 현상)이 발생한다는 것이다. 또한 마지막으로 LTCC 기판용 세라믹 재료의 주된 구성물 중에 하나인 Al2O3의 경도가 9에 가까운 수치를 보이기 때문에 블레이드의 회전 날의 수명이 매우 짧아져 블레이드의 유지, 보수 비용이 많이 든다는 것이다.However, the method using a high-speed rotating blade is originally used to cut a printed circuit board (PCB). When this method is applied to an LTCC substrate, the hardness of the ceramic, which is the material of the LTCC substrate, is much higher than that of the PCB. Due to its size, various problems arise. The first problem is that due to the high hardness of the sintered LTCC substrate, it is difficult to cut the LTCC substrate and increase the cutting speed. The second is that the brittleness of the ceramic causes chipping to occur even with slight process errors. Finally, the hardness of Al 2 O 3 , one of the main components of the ceramic material for LTCC substrates, is close to 9, resulting in very short blade blade life and high maintenance and repair costs.
소결된 LTCC 기판을 절단하기 위해, 회전 블레이드 이외에 최근에 개발된 레이저(Laser)를 이용하는 방식이 있다. 그 이외에도 초음파를 이용하는 방식을 주장하는 곳은 있으나 널리 채택되고 있는 것은 아니다. 레이저를 이용하는 방식은 최근에 많이 적용되고 있으나 이 방법도 많은 문제점을 안고 있다. 레이저 출력이 강하고 빠른 속도로 가공할 수 있게 하는 레이저로서 CO2 레이저가 제안되었으나, CO2 레이저의 파장(~10㎛)으로는 세라믹 재료를 원자간의 결합을 끊는 방식으로 절단하는 것은 어려우며 매우 출력을 강하게 하여 열로 절단부를 녹여 낼 수 있다. 그러나, 이러한 고출력 레이저 열에 의한 절단은 LTCC 제품에 손상을 줄 가능성이 크 다. In order to cut the sintered LTCC substrate, there is a method using a recently developed laser in addition to the rotating blade. Others claim to use ultrasonic waves, but they are not widely adopted. The method using a laser has been applied in recent years, but this method also has many problems. Although CO 2 lasers have been proposed as lasers capable of processing lasers at high speeds and at high speeds, it is difficult to cut ceramic materials in a manner that breaks the bonds between atoms at the wavelength of the CO 2 lasers (~ 10 μm). It can be hardened to melt the cuts with heat. However, such high power laser thermal cutting is likely to damage LTCC products.
또한 UV(ultraviolet: 자외선), IR(infrared: 적외선) 파장대의 레이저를 사용하면 제품을 절단할 수는 있지만 가공 속도가 너무 느리기 때문에 양산 적용이 어렵다. 통상적으로 Nd:YAG (Neodymium Yttrium Aluminum Garnet) 소스를 사용하는 UV, IR 레이저의 가공 속도는 20mm/sec를 넘기가 어렵다.In addition, lasers in the UV (infrared) and IR (infrared) wavelengths can be used to cut products, but the processing speed is so slow that it is difficult to apply in mass production. Typically, the processing speed of UV and IR lasers using Nd: YAG (Neodymium Yttrium Aluminum Garnet) source is difficult to exceed 20mm / sec.
상기 두 가지 방법(블레이드, 레이저)은 세라믹 소성 후에 절단을 따로 해야하기 때문에 블레이드 가공이나 레이저 가공 등의 추가적인 절단 공정을 필요로 하며, 절단용 장비도 따로 필요하다.Since the two methods (blade, laser) have to cut separately after ceramic firing, additional cutting processes such as blade processing and laser processing are required, and cutting equipment is also required separately.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 기판의 파손이나 치핑(chipping) 없이 높은 신뢰도로 집합 상태의 LTCC 기판으로부터 복수개의 LTCC 기판 단품을 용이하게 얻을 수 있는 LTCC 기판의 제조방법을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an LTCC substrate that can easily obtain a plurality of LTCC substrates separately from an LTCC substrate having a high reliability without breaking or chipping the substrate. It is to provide a manufacturing method.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은, 복수개 LTCC 그린 시트들의 적층체를 형성하되, 절단 부위에 상기 그린 시트의 소성거동과 다른 거동을 갖는 공극형성용 이종물질층을 형성하여 상기 절단 부위에 두께방향을 따라 이종 소성거동 재료의 계면들을 형성하는 단계와; 상기 LTCC 그린 시트 적층체를 소성하여 상기 절단 부위에 공극을 형성하는 단계와; 상기 절단 부위에 외부 압력이나 열충격을 가하여 상기 소성된 결과물을 절단하는 단계를 포함하는, LTCC 기판의 제조방법을 제공한다. In order to achieve the above technical problem, the present invention, forming a laminate of a plurality of LTCC green sheet, forming a dissimilar material layer for forming voids having a different behavior from the plastic behavior of the green sheet in the cut portion the cut portion Forming interfaces in the heterogeneous plastic behavior material along the thickness direction of the substrate; Firing the LTCC green sheet laminate to form voids in the cut portion; It provides a method of manufacturing an LTCC substrate, comprising the step of cutting the fired product by applying an external pressure or thermal shock to the cut portion.
본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 공극형성용 이종물질층은, 상기 적층체를 이루는 복수개 LTCC 그린 시트들 중 적어도 일부 그린 시트 상에 형성될 수 있다. 적층될 각각의 LTCC 그린 시트 상에 상기 공극형성용 이종물질층을 형성하고 이들을 적층할 수 있다. 이와 달리, 복수개의 LTCC 그린 시트 중 일부 LTCC 그린 시트 상에만 공극형성용 물질층을 형성하고, 상기 복수개 전체 LTCC 그린 시트를 적층할 수도 있다. 상기 공극형성용 물질층은 상기 LTCC 그린 시트 상에 절단 부위를 따라 인쇄(printing)될 수 있다. 상기 이종물질층의 폭은 150㎛이내, 더 바람직하게는, 50 내지 120㎛일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the heterogeneous material layer for forming voids may be formed on at least some green sheets of the plurality of LTCC green sheets constituting the laminate. The heterogeneous material layer for forming voids may be formed on each LTCC green sheet to be stacked and stacked thereon. Alternatively, a pore forming material layer may be formed only on some LTCC green sheets of the plurality of LTCC green sheets, and the plurality of whole LTCC green sheets may be stacked. The pore forming material layer may be printed along the cut portion on the LTCC green sheet. The width of the dissimilar material layer may be within 150 μm, more preferably 50 to 120 μm.
본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 공극형성용 물질층의 수축 개시온도는 상기 LTCC 그린 시트의 수축 개시 온도보다 낮다. 다른 실시형태로서, 상기 공극형성용 물질층의 수축 개시온도는 상기 LTCC 그린 시트의 수축 개시 온도보다 높을 수 있다. 바람직하게는, 상기 공극형성용 물질층의 수축 개시온도는, 상기 LTCC 그린 시트의 수축 개시 온도와는 100℃ 이상의 차이를 나타낸다. According to an embodiment of the present invention, the shrinkage start temperature of the pore forming material layer is lower than the shrinkage start temperature of the LTCC green sheet. In another embodiment, the shrinkage start temperature of the pore forming material layer may be higher than the shrinkage start temperature of the LTCC green sheet. Preferably, the shrinkage start temperature of the pore-forming material layer represents a difference of 100 ° C or more from the shrinkage start temperature of the LTCC green sheet.
바람직한 일 실시형태에 따르면, 상기 공극형성용 물질층은 상기 LTCC 그린 시트의 수축 개시 온도보다 200℃ 이상 더 낮은 수축 개시 온도를 갖는 Ag 페이스트 또는 Cu 페이스트로 형성될 수 있다. 더 바람직하게는, 상기 공극형성용 물질층은 상기 LTCC 그린 시트의 수축 개시 온도보다 200 내지 800℃더 낮은 수축 개시 온도를 갖는 Ag 페이스트 또는 Cu 페이스트로 형성될 수 있다. According to one preferred embodiment, the pore-forming material layer may be formed of Ag paste or Cu paste having a shrinkage onset temperature lower than 200 ℃ than the shrinkage onset temperature of the LTCC green sheet. More preferably, the pore-forming material layer may be formed of an Ag paste or a Cu paste having a shrinkage onset temperature 200 to 800 ° C. lower than the shrinkage onset temperature of the LTCC green sheet.
본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 LTCC 그린 시트 적층체의 소성 전에, 상기 LTCC 그린 시트의 적층체의 상면 및 하면 중 적어도 하나에 구속층을 형성하는 단계를 더 포함한다. 상기 구속층은 상기 그린 시트의 소성온도에서는 소성되지 않는 무기 입자로 형성될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, before firing the LTCC green sheet laminate, the method may further include forming a constraint layer on at least one of an upper surface and a lower surface of the laminate of the LTCC green sheet. The restriction layer may be formed of inorganic particles that are not fired at the firing temperature of the green sheet.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shape and size of elements in the drawings may be exaggerated for clarity, and the elements denoted by the same reference numerals in the drawings are the same elements.
본 발명에서는, 블레이드 또는 레이저 등을 이용한 추가적인 절단 공정이 필요없이 소결 LTCC 기판을 높은 신뢰도로 용이하게 절단하는 새로운 방법을 사용한 다. 특히 절단되어야 할 부분의 세라믹 조적을 고의적으로 약하게 만들어서 쉽게 절단될 수 있도록 한다. 절단되어야 할 부분의 세라믹 조직을 약하게 만드는 방법으로서, 소성 불일치에 따른 공극(pore 또는 void) 형성 방법을 제시한다. In the present invention, a novel method of easily cutting a sintered LTCC substrate with high reliability without the need for an additional cutting process using a blade or a laser or the like is used. In particular, the ceramic masonry of the part to be cut is deliberately weakened so that it can be easily cut. As a method of weakening the ceramic structure of the part to be cut, a method of forming pores or voids due to plastic mismatches is proposed.
도 2는 서로 다른 소성거동을 갖는 2종류 물질(A, B)의 소성시 수축 거동을 나타내는 수축 곡선 그래프이다. 도 2를 참조하면, 재료(B)의 소성시 수축 개시온도(TB)는 재료(A)의 수축 개시온도(TA)보다 더 낮다. 따라서, 2가지 재료(A, B)를 동시에 소성하게 되면 재료(B)가 먼저 수축하게 된다. 따라서, 소성시 수축 거동이 상이한 2가지 재료(A, B)를 부착하여 이들 사이에 계면을 형성한 후(도 2(a)), 2가지 재료(A, B)를 동시에 소성하면 소성거동의 불일치 때문에 2가지 재료(A, B)의 계면에 공극이 발생한다. 충분한 공극을 발생시키기 위해서, 수축 개시온도의 차이(TA-TB)는 100℃이상인 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 200℃ 이상이다. 수축완료 지점의 온도(TC)와 재료의 안정성을 고려하여 수축 개시온도의 차이(TA-TB)는, 800℃ 이하인 것이 바람직하다. FIG. 2 is a shrink curve graph showing shrinkage behavior of two kinds of materials (A and B) having different plastic behaviors. Referring to FIG. 2, the shrinkage start temperature T B during firing of the material B is lower than the shrinkage start temperature T A of the material A. FIG. Therefore, when two materials (A, B) are fired at the same time, the material (B) shrinks first. Therefore, after the two materials (A, B) having different shrinkage behaviors are attached to each other and an interface is formed between them (Fig. 2 (a)), the two materials (A, B) are fired simultaneously. Due to the mismatch, voids occur at the interface of the two materials (A, B). In order to generate sufficient voids, the difference in shrinkage start temperature (T A -T B ) is preferably 100 ° C. or more, and more preferably 200 ° C. or more. In consideration of the temperature T C of the shrinkage completion point and the stability of the material, the difference T A -T B of the shrinkage start temperature is preferably 800 ° C. or less.
이러한 공극을 LTCC 기판의 특정 부위(절단 부위)에 선택적으로 만들어주게 되면(즉, 이종 소성거동 재료의 계면의 위치를 특정 부위로 조절한다면), 그 부위는 절단하기 쉬운 상태가 된다. 공극이 특정 위치에 집중된 상태로 LTCC의 기판의 소성을 완료하면, 공극이 모인 부위를 간단히 브레이킹(breaking)하거나 그 부위에 작은 열충격을 줌으로써 쉽게 LTCC 기판을 절단할 수 있게 된다. If these voids are selectively made at a specific site (cutting site) of the LTCC substrate (i.e., if the position of the interface of the heterogeneous plastic behavior material is adjusted to the specific site), the site becomes easy to cut. When the firing of the LTCC substrate is completed with the voids concentrated at a specific position, the LTCC substrate can be easily cut by simply breaking the site where the voids are collected or giving a small thermal shock to the portions.
도 3은 본 발명의 실시형태에 있어서, 기판 절단을 위한 공극(void) 형성을 설명하기 위한 개략적 단면도이다. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining the formation of voids for cutting a substrate in an embodiment of the present invention.
도 3(a)을 참조하면, LTCC 기판의 모재(예컨대 LTCC 그린 시트(101')) 상에 공극 형성용 (미소성) 이종물질층(110')이 형성되어 있다. 여기서, LTCC 그린 시트(101')는 도 2의 그래프에서 A의 수축거동을 나타내는 재료이고 이종물질층(110')은 도 2에서 재료 A의 수축 거동을 나타내는 재료이다. 이러한 계면을 만들어주는 방식으로서, 스크린 프린트(screen print)나 잉크젯 프린트(inkjet print) 등의 인쇄법을 사용할 수 있다. 이러한 인쇄방법은 LTCC 공정에서 배선을 형성하는 방법으로 널리 이용되므로, 이 방법을 선택하면 추가적인 설비비 부담 없이 절단 공정을 용이하게 수행할 수 있다. 이종물질층(110')은 좁은 폭(w)을 갖고 절단 부위를 따라 연장될 수 있다. 절단 부위의 정밀도를 높이기 위해, 이종물질층(110')의 폭은 150㎛이내, 더 바람직하게는, 50~120㎛일 수 있다. 또한 이종물질층(110')은 절단선을 따라 다수의 섬(island) 형태로 분포되도록 LTCC 기판 시트 상에 도포될 수도 있다. Referring to FIG. 3 (a), a (microplastic)
이와 같이 이종의 수축거동을 보이는 재료(101', 110')간 계면을 만들어 준 상태에서, 도 3(b)와 같이 양쪽 재료를 함께 소성을 하게 되면 이종 재료의 계면에 서 수축거동의 불일치로 공극(P)이 발생한다. 이 공극(P)은 LTCC 소결체(101) 내부에 형성되어 조직을 약화시키는 역할을 하므로, 절단선(L)을 따라 공극(P)을 형성하면, 핸드 브레이킹과 같이 단순히 손 등으로 압력을 가함으로써 또는 열충격을 가함으로써 그 절단선에서 LTCC 소결체(101)를 쉽게 절단시킬 수 있게 된다. Thus, when both materials are fired together as shown in FIG. 3 (b) in the state where the interface between the materials 101 'and 110' showing heterogeneous shrinkage behavior is made, as shown in FIG. A void P occurs. Since the voids P are formed inside the LTCC sintered
도 4는 도 3의 공정을 이용하여 소성체 내부에 형성한 공극을 나타낸 사진이다. 구체적으로 말해서, 도 4는, 도 3의 LTCC 그린 시트 여러 장에 각각 재료(B)층을 형성하고 적층 및 가압하여 LTCC 적층체를 형성한 후 소결하여 얻은 LTCC 소결체의 단면 구조를 나타내는 사진이다. FIG. 4 is a photograph showing voids formed in a fired body by using the process of FIG. 3. Specifically, FIG. 4 is a photograph showing the cross-sectional structure of the LTCC sintered body obtained by sintering after forming a material (B) layer on several sheets of the LTCC green sheet of FIG. 3, laminating and pressing to form an LTCC laminate.
도 3 및 4에서, LTCC 그린 시트(101': 재료 A)는 LTCC 용 분말 재료와 유기 바인더 및 가소제, 분산제 등을 혼합하여 테입 캐스팅(Tape Casting)하여 얻을 수 있다. LTCC 용 분말 재료는 일반적으로 유리 프릿(frit)과 고융점 세라믹 재료를 혼합하여 사용하는 것이 일반적이며 유리 혹은 세라믹 재료만을 사용하기도 한다. 예를 들어 LTCC 용 분말 재료는, 주성분으로서 Al2O3(8-65질량%), SiO2(20-65질량%),TiO2(5-15질량%) 및 SrO(5-45질량%)를 함유하고(여기서, Al2O3, SiO2, TiO2 및 SrO의 합계를 100질량%로 함), 부성분으로서 Bi2O3,(주성분 100질량부당 0.05-7질량부), Na2O(0.05-5질량부) 및 MnO(0.01-3질량부)를 함유할 수 있다. 유기 바인더로는 PVB (Polyvinyl Butalate), 메타-아크릴레이트(Meta-Acrylate) 등이 주로 사용되며 가소제 및 분산제는 경우에 따라 첨가되기도 한다. 유기 바인더는 LTCC 그린 시트 전체의 5-15질량% 정도로 함유될 수 있다. 3 and 4, the LTCC green sheet 101 '(material A) can be obtained by tape casting by mixing a powder material for LTCC, an organic binder, a plasticizer, a dispersant, and the like. The powder material for LTCC is generally a mixture of glass frit and high melting point ceramic material, and only glass or ceramic material is used. For example, powder materials for LTCC include Al 2 O 3 (8-65 mass%), SiO 2 (20-65 mass%), TiO 2 (5-15 mass%), and SrO (5-45 mass%) as main components. ) (Wherein the sum of Al 2 O 3 , SiO 2 , TiO 2 and SrO is 100 mass%), and Bi 2 O 3 , (0.05-7 parts by mass per 100 parts by mass of the main component) as a minor component, Na 2 O (0.05-5 parts by mass) and MnO (0.01-3 parts by mass) may be contained. PVB (Polyvinyl Butalate), meta-acrylate (Meta-Acrylate) is mainly used as the organic binder, and a plasticizer and a dispersant may be added in some cases. The organic binder may be contained at about 5-15% by mass of the whole LTCC green sheet.
도 3 및 4의 적용 예에서 이종물질층(110': B)으로서는 Ag 페이스트(Ag Paste)를 스크린 프린트하여 사용하였다. 일반적으로 Ag 페이스트는 LTCC 기판의 배선에 사용되는 재료로서 배선의 목적으로 사용할 경우에는, 소성 후 도 3에서와 같은 공극(P)이 가능하면 적게 발생하여야 한다. 그러나 Ag 페이스트의 종류에 따라(주로 Ag 페이스트의 수축 개시온도에 따라) Ag 페이스트의 소성 후 LTCC 소성체와의 계면에서 도 3 및 4에서와 같은 공극(P)이 잘 발생될 수 있다. Ag 페이스트는 전체의 80w% 이상을 차지하는 Ag 금속 입자들과, 그 외 에틸 셀룰로오스, 폴리비닐 부티랄 등의 유기물로 된 바인더 성분을 포함한다. Ag 페이스트의 소성 특성은, 페이스트 내에 함유된 Ag 입자들의 입도와 Ag 입자의 형상, 그리고 Ag 금속의 분율에 의해 조절될 수 있다. In the application examples of FIGS. 3 and 4, Ag paste (Ag Paste) was used for screen printing as the
도 3 및 4의 적용 예에서는 Ag 페이스트(110': B)의 수축 개시온도(도 2의 온도(TB))가 LTCC 그린 시트(101': A)의 수축 개시온도(TA)보다 200℃ 이상 작게끔 Ag 페이스트(110': B)를 선택함으로써, 도 3 및 4와 같은 공극을 고의적으로 형성시켰다. Ag 페이스트 대신에, LTCC 그린 시트(101': A)의 수축 개시온도와 다른 수축 개시온도(바람직하게는, 수축 개시온도의 차이가 100℃이상임)를 갖는 Cu 페이 스트를 사용할 수도 있다. 또한 이종물질층(110')의 수축 개시온도가 LTCC 그린 시트(101')의 수축 개시온도보다 오히려 더 높을 수도 있다. 이는, 공극(P)은 서로 다른 소성 수축 거동을 나타내는 이종 재료의 계면에서 발생되는 것이기 때문이다. In the application examples of FIGS. 3 and 4, the shrinkage start temperature (temperature T B of FIG. 2) of the
도 5는 본 발명의 실시형태에 따른 LTCC 기판 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다. 도 5의 실시형태에서는, 공극이 발생하는 부위를 일정하게 하기 위해 이종물질층들을 두께방향으로 정렬(alignment)시킨 상태로 LTCC 기판을 적층한다. 5 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing an LTCC substrate according to an embodiment of the present invention. In the embodiment of FIG. 5, the LTCC substrates are laminated with the dissimilar material layers aligned in the thickness direction so as to make the site where the voids occur.
도 5(a)를 참조하면, 복수의 LTCC 그린 시트(101a', 101b', ... , 101e') 상에 다른 소성거동을 나타내는 소정폭의 이종물질층(110')을 형성한다. 이 이종물질층(110')로는, 전술한 바와 같은 Ag 페이스트 또는 Cu 페이스트를 사용할 수 있다. 이종물질층(110')은, 예컨대 스트린 프린트, 잉크젯 프린트 등의 인쇄법을 사용하여 LTCC 그린 시트 상에 도포될 수 있다. 이종물질층(110')은 절단선 또는 절단 부위에 해당하는 위치에 배치시킨다. 이종물질층(110')은 절단선을 따라 라인 형상 또는 섬 형상으로 도포될 수 있다. LTCC 그린 시트(101a'~101e')의 수축 개시온도는 이종물질층(110')보다 더 크거나(도 2 참조), 더 작을 수 있다. Referring to FIG. 5 (a), a
다음으로 도 5(b)에 도시된 바와 같이, 각 그린 시트(101a' ~ 101e') 상의 이종물질층(110')이 두께 방향에서 중첩되도록, 복수의 그린 시트(101a' ~ 101e')을 적층하고 이를 두께방향으로 가압 또는 열압착한다. 이에 따라, 이종물질 층(110')이 수직으로 정렬된 상태로 배열된 LTCC 적층체를 얻게 된다. 이종물질층들(110')이 정렬된 위치는 나중의 기판 절단시 절단 부위에 해당한다. 적층 공정 전에 LTCC 그린 시트에는 필요한 회로 패턴을 인쇄하고 그린 시트를 관통하는 비아(via)를 형성할 수 있다(도시 안함). 본래 특정 패턴의 정렬 및 LTCC 그린 시트의 적층 공정은 통상적인 LTCC 공정등 적층형 세라믹 공정에서는 행해져왔던 공정이므로, 상기한 이종물질층(110')의 정렬 및 그린 시트의 적층은 추가적인 공정 부담을 전혀 주지 않는다. Next, as shown in FIG. 5B, the plurality of
다음으로 도 5(c)에 도시된 바와 같이, 상기한 LTCC 적층물(미소성 LTCC 기판)을 소정의 소성 온도에서 소결한다. 예컨대, LTCC의 조성에 따라 다르지만, 통상 800 내지 1000℃에서 미소결 LTCC 기판을 소결시킬 수 있다. 소성이 완료되면, 소결된 LTCC 기판(101)을 얻게 되고, 그 기판(101) 내부에는 소성 수축 거동의 불일치로 인한 공극(P)이 이종 재료 계면에 형성된다. 이종물질층의 소결체(110)가 절단선을 따라 정렬되어 있기 때문에, 이종 재료간 계면에 형성된 공극들(P) 역시 절단선을 따라 정렬되도록 위치한다. 따라서 절단부위에서는 소결 LTCC 기판(110)의 내부 조직이 약화된다. Next, as shown in Fig. 5C, the above-described LTCC laminate (non-baked LTCC substrate) is sintered at a predetermined firing temperature. For example, depending on the composition of the LTCC, it is usually possible to sinter the green LTCC substrate at 800 to 1000 ℃. When firing is completed, a
그 후 도 5(d)에 도시된 바와 같이, 절단선(L)을 따라 소결 LTCC 기판(101)을 브레이킹(또는 핸드 브레이킹)을 하거나 작은 열충격을 가함으로써, 용이하게 그리고 안전하게 소결 LTCC 기판(101)을 절단하고, 이에 따라 복수의 개별 단품 LTCC 기판을 얻게 된다. Thereafter, as shown in FIG. 5 (d), the
이와 같이 본 실시형태의 LTCC 기판 제조방법에 따르면, 블레이드 절단이나 레이저 절단 등의 추가적인 고가의 절단 설비를 필요로 하는 절단 공정 없이 간단히 절단할 수 있다. 뿐만 아니라, 절단시 원하지 않는 부위에서의 기판 파손이나 치핑등의 발생이 억제된다. Thus, according to the LTCC board | substrate manufacturing method of this embodiment, it can cut easily, without the cutting process which requires additional expensive cutting facilities, such as blade cutting and laser cutting. In addition, occurrence of breakage of the substrate or chipping at an undesired portion during cutting is suppressed.
도 6은 도 5의 실시형태에 따른 제조방법에 의해 얻은 LTCC 기판의 절단면을 보이는 평면도 사진이다. 도 6의 사진에 나타난 바와 같이, LTCC 기판의 절단면은 비교적 매끄러운 상태를 보이며 절단면 이외의 부분에서의 기판 파손이나 치핑 등의 손상 부분이 보이지 않는다. 6 is a plan view photograph showing a cut surface of the LTCC substrate obtained by the manufacturing method according to the embodiment of FIG. 5. As shown in the photograph of FIG. 6, the cut surface of the LTCC substrate shows a relatively smooth state, and damage portions such as substrate breakage and chipping are not seen at portions other than the cut surface.
도 7은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 LTCC 기판의 제조방법을 설명하기 위한 단면도로서, 도 5(b)에 대응하는 도면이다. 도 7의 실시형태에서는, 무수축 소성을 위해서, 미소결 LTCC 기판(적층체) 형성시 기판의 상면 및 하면에 구속층(103a, 103b)을 형성한다. 구속층(103a, 103b)은 (저온소성 세라믹 재료로 된) 미소결 LTCC 기판의 소결 온도에서 소결되지 않는 무기 입자로 이루어질 수 있다. 이러한 무기 입자로는 예컨대, 알루미나 분말이나 지르코니아 분말을 사용할 수 있다. 충분한 구속력을 갖도록 구속층(103a, 103b) 내의 무기입자의 평균입경은 0.5-8㎛일 수 있다. FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing an LTCC substrate according to another embodiment of the present invention, and corresponds to FIG. 5B. In the embodiment of FIG. 7, the restraint layers 103a and 103b are formed on the upper and lower surfaces of the substrate during the formation of the green LTCC substrate (laminate) for non-shrinkage firing. Constraining
구속층(103a, 103b)은 비소결성 무기입자에 유기바인더(예컨대, 폴리메타크릴 수지 등), 가소제, 용제 등을 혼합하여 얻은 구속층용 페이스트를 도포 또는 인쇄함으로써 형성될 수 있다. 구속층에 사용되는 유기바인더의 양은 도포 또는 인쇄방법, 원하는 점도 및 구속력의 크기 등에 따라 달라질 수 있다. 페이스트 대신에, 구속층용 그린 시트를 사용하여 구속층(103a, 103b)을 형성할 수도 있다. The restraint layers 103a and 103b may be formed by applying or printing a restraint layer paste obtained by mixing an organic binder (eg, polymethacryl resin, etc.), a plasticizer, a solvent, or the like with non-sinterable inorganic particles. The amount of the organic binder used in the restraint layer may vary depending on the method of coating or printing, the desired viscosity and the size of the restraining force. Instead of the paste, the restraint layers 103a and 103b may be formed using the restraint green sheet.
이러한 구속층(103a, 103b)을 미소결 LTCC 기판의 상하면에 형성한 상태에서 소성처리하면, LTCC 기판과 이종물질층(110')은 소결되지만, 구속층(103a, 103b)은 소결되지 않는다. 이에 따라 x-y 면내에서의 수축은 거의 발생하지 않기 때문에, LTCC 기판의 실장면에서의 부품 실장 위치의 정밀도를 높일 수 있다. LTCC 기판의 소결이 완료되면, 전술한 실시형태와 마찬가지로 이종 재료의 계면에는 공극이 발생한다(도 5(c) 참조). 그 후, 공극에 의해 약화된 부위(절단 부위)를 브레이킹하거나 열충격을 가하여 소결 LTCC 기판(101)을 절단한다(도 5(d) 참조). 소결 완료후, 기판 절단 전에, 구속층(103a, 103b)을 제거할 수 있다. 소결 기판(101)에 부착된 구속층(103a, 103b) 물질의 제거는 초음파 세정을 통해 수행될 수 있다. 상기 실시형태에서는 미소결 LTCC 기판의 상면 및 하면 모두에 구속층을 형성하고 있으나, LTCC 기판의 상면 및 하면 중 어느 한 면에만 구속층을 형성할 수도 있다. When the constraining
도 8은 본 발명의 또다른 실시형태에 따른 LTCC 기판의 제조방법을 설명하기 위한 단면도로서, 도 5(b)에 대응하는 도면이다. 도 8의 실시형태에서는, 적층될 복수의 LTCC 그린 시트(101a', 101b',..., 101e') 중 일부 LTCC 그린 시트(101b', 101d', 101e') 상에만 공극 형성용 이종물질층(110')을 형성한다. 이종 소성거동 재료의 계면이 두께 방향을 통해 전체적으로 충분히 분포하는 한, 적층될 모든 그린 시트에 이종 소성거동 재료의 계면을 형성할 필요는 없고 일부 그린 시트에 이종 소성거동 재료의 계면을 형성하는 것만으로도 충분한 효과를 발생할 수 있다. 8 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing an LTCC substrate according to still another embodiment of the present invention, and corresponds to FIG. 5B. In the embodiment of FIG. 8, a heterogeneous material for forming voids only on some LTCC
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 또한, 본 발명은 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다. It is intended that the invention not be limited by the foregoing embodiments and the accompanying drawings, but rather by the claims appended hereto. In addition, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be substituted, modified, and changed in various forms without departing from the technical spirit of the present invention described in the claims.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 미소결 LTCC 기판의 소성후 단순히 브레이킹하거나 작은 열충격을 가함으로써 기판 손상 없이 LTCC 기판을 용이하게 절단할 수 있다. 또한 기존 LTCC 공정을 그대로 이용하기 때문에 장비 가격에 대한 부담이 전혀 없으며 이종물질층의 도포 공정도 LTCC 배선 인쇄 공정을 그대로 사용하기 때문에 친숙한 공정 그대로이다. As described above, according to the present invention, the LTCC substrate can be easily cut without damaging the substrate by simply breaking or applying a small thermal shock after firing the green LTCC substrate. In addition, since the existing LTCC process is used as it is, there is no burden on the equipment price, and the application process of the heterogeneous material layer also uses the LTCC wiring printing process, which is a familiar process.
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KR1020070025655A KR100809257B1 (en) | 2007-03-15 | 2007-03-15 | Method for manufacturing low temperature cofired ceramic substrate |
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