KR100872263B1 - 구속용 그린시트 및 이를 이용한 다층 세라믹 기판의 제조방법 - Google Patents

구속용 그린시트 및 이를 이용한 다층 세라믹 기판의 제조방법 Download PDF

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Abstract

구속용 그린시트 및 이를 이용한 다층 세라믹 기판의 제조 방법을 개시한다. 본 구속용 그린시트는, 다층 세라믹 적층체에 배치될 면을 가지며 제1 밀도 및 제1 입경을 갖는 제1 무기분말로 이루어진 제1 구속층, 및, 제1 구속층의 상부에 배치되며 제1 밀도보다 작은 제2 밀도 및 제1 입경보다 큰 제2 입경을 갖는 제2 무기분말로 이루어진 제2 구속층을 포함한다. 이와 같이, 밀도 및 입경이 상이한 무기분말로 이루어진 구속용 그린시트를 이용함으로써, 세라믹 적층체 소성시 수축 억제율이 향상시킬 수 있으며, 탈바인더 통로를 확보할 수 있게 된다.
다층 세라믹 기판, 세라믹 적층체, 구속용 그린시트, 입경, 밀도

Description

구속용 그린시트 및 이를 이용한 다층 세라믹 기판의 제조 방법 {Constraining green sheet and manufacturing method of multi-layer ceramic substrate using the same}
본 발명의 구속용 그린시트 및 이를 이용한 다층 세라믹 기판의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 밀도와 입경이 상이한 무기분말을 이용함으로써, 소성 특성을 향상시킬 수 있는 구속용 그린시트 및 이를 이용한 다층 세라믹 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 유리-세라믹을 이용한 다층 세라믹 기판은 3차원 구조의 층간 회로 구현 및 공동(cavity)의 형성이 가능하므로, 높은 설계 유연성을 가지고 다양한 기능의 소자를 내장할 수 있다.
이로 인해, 소형화, 고기능화되는 고주파 부품 시장에서 다층 세라믹 기판의 활용도는 점차 높아지고 있다. 초기의 다층 세라믹 기판은 세라믹 그린시트에 도체 페이스트를 이용하여 내부 회로 패턴 및 비아를 형성하고, 설계에 따라 원하는 두께로 정렬 적층한 후 소성하여 제조되었다. 이 과정에서 다층 세라믹 기판은 약 35~50% 정도 부피 수축이 되며, 특히 횡방향 수축은 균일하게 제어하기 어려우므 로, 제작 차수별로는 물론이고 동일 제작 차수 내에서도 0.5% 정도의 치수 오차가 발생한다.
다층 세라믹 기판의 구조가 복잡화, 정밀화되면서 내부 회로 패턴 및 비아 구조의 설계 마진이 점차 감소하므로, 다층 세라믹 기판의 횡방향 수축을 억제하는 무수축 소성 공정이 요구되고 있다.
이를 위해서, 다층 세라믹 기판의 일면 또는 양면에 세라믹 기판 재료의 소성 온도에서는 소성되지 않는 난소결성 소재의 가요성 그린시트를 접합하여 면 방향 수축을 억제하는 방법이 주로 사용되고 있다. 특히, 소성시에 세라믹 기판의 뒤틀림을 방지하기 위하여 하중을 가한다. 이 경우, 소성 과정에서 유기물의 탈바인더를 위한 통로가 확보되지 않아 소성 특성이 저하될 수 있다. 또한, 소결된 세라믹 기판에 잔탄량이 높게 나타날 수 있으며, 이는 결과적으로 세라믹 기판의 신뢰성을 저하시키는 원인으로 작용한다.
탈바인더를 위한 종래 기술로, 일본 특허공개공보 평7-30253호에서는 구속용 그린시트를 사용하더라도 내부 세라믹 기판의 탈바인더가 충분히 일어나도록 구속용 그린시트에 구멍을 뚫고 세라믹 기판에 포함된 유기 바인더보다 열분해가 용이한 수지를 그 구멍에 채워 넣음으로써 탈바인더를 용이하게 하려는 기술이 기재되어 있다. 그러나, 이 방법은 구속층에 구멍을 형성하는 추가 공정에 대한 부담과 그 구멍으로 인한 소체 변형 가능성이 있다는 문제점이 있다.
또한, 대한민국 공개특허공보 2002-0090296호에서는, 소체용 그린시트의 유기 바인더보다 열분해 개시 온도가 낮은 유기 바인더를 구속용 그린시트에 사용함으로써, 구속용 그린시트의 바인더를 먼저 제거하고 그 결과로 발생된 통로를 통해 소체용 그린층의 바인더가 순조롭게 배출하는 방법을 제안하고 있다. 그러나, 구속용 그린시트의 구속력을 최대화하기 위해서는 구속층의 분말을 미세화하고 함유량을 높여서 구속층과 세라믹 적층체 간의 접촉점을 최대한 늘려야 하는데, 이럴 경우에 구속용 그린시트 내부의 기공이 충분히 확보되지 않을 수 있다. 기공이 충분히 확보되지 못하면 구속용 그린시트의 유기물이 먼저 분해된다 하더라도, 세라믹 적층체로부터 분해 또는 연소된 바인더가 구속용 그린시트 내부의 기공을 통해 수 백 미크론 두께를 이동하여 빠져나는 것이 어려워지므로, 충분한 효과를 기대하기 어렵다.
또한, 일본 공개번호 2006-173456에서는, 도 1에 도시된 바와 같이 구속용 그린시트(15)의 유기 바인더(14)와 무기 분말 입자(12)의 체적 함유량이 해당 미소결 다층 세라믹 기판(11)과의 밀착면 부근(15a)이 자유면 부근(15b)보다 크도록 한다. 즉, 밀착면과 자유면 사이에 유기물 함유율의 경사가 발생하도록 하여 세라믹 기판과 구속층 간의 접합력을 높이는 동시에, 기공이 많은 구속층의 자유면 쪽으로 탈바인더가 용이하도록 하는 방법을 제안하고 있다.
그러나, 닥터 블레이드법을 이용하여 구속용 그린 시트(15) 내에서 침강을 통한 성분의 밀도 구배를 형성하므로, 각 영역의 적정 두께와 체적 함유량의 재현성을 보장하는 것은 매우 어렵다. 또한, 상기 방법은 구속용 그린시트 성형 시에 분말 입자가 밑면으로 쉽게 침강시켜 그 하부에서 유기 바인더 양을 줄이기 위해서 입경이 큰 무기분말(예, 세라믹 기판의 입자의 2배이상)을 사용하므로, 세라믹 기판과의 접촉점을 충분히 확보하기 어려울 뿐만 아니라, 세라믹 기판으로부터 유기바인더를 구속용 그린시트로 이동시킬 수 있는 모세관력을 높이기 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 밀도와 입경이 상이한 무기분말로 이루어진 구속용 그린시트를 이용하여 세라믹 기판을 소성함으로써, 세라믹 기판의 면 방향 수축을 억제시키고 탈바인더 효과를 향상시킬 수 있는 구속용 그린시트 및 다층 세라믹 기판의 제조 방법을 제공함에 있다.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 구속용 그린시트는, 세라믹 적층체에 배치될 면을 가지며, 제1 밀도 및 제1 입경을 갖는 제1 무기분말로 이루어진 제1 구속층, 및, 상기 제1 구속층의 상부에 배치되며, 상기 제1 밀도보다 작은 제2 밀도 및 상기 제1 입경보다 큰 제2 입경을 갖는 제2 무기분말로 이루어진 제2 구속층을 포함한다.
이 경우, 상기 제1 무기분말의 제1 밀도는 상기 제2 무기분말의 제2 밀도보다 1.5배 이상 큰 것이 바람직하다. 또한, 상기 제2 무기분말의 제2 입경은 상기 제1 무기분말의 제1 입경보다 2배 이상 큰 것이 바람직하다.
한편, 상기 제1 무기분말은 이산화세륨(CeO2), 아연화(ZnO2) 및 지르코니아(ZrO2)로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질이 될 수 있으며, 상기 제2 무기분말은 알루미나(Al2O3), 마그네시아(MgO) 및 질화붕소(BN)로 구성된 군으로 부터 선택된 적어도 하나의 물질이 될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 세라믹 기판의 제조 방법은, 복수의 세라믹 그린시트로 이루어진 미소결 세라믹 적층체를 마련하는 단계, 제1 밀도 및 제1 입경을 갖는 제1 무기분말로 이루어진 제1 구속층과, 상기 제1 밀도보다 작은 제2 밀도 및 상기 제1 입경보다 큰 제2 입경을 갖는 제2 무기분말로 이루어진 제2 구속층을 포함하는 하나 이상의 구속용 그린시트를 마련하는 단계, 상기 세라믹 적층체의 상부 및 하부에 상기 구속용 그린시트를 배치하는 단계, 및, 소정의 소성 온도로 상기 세라믹 적층체를 소성하는 단계를 포함한다.
이 경우, 상기 구속용 그린시트를 마련하는 단계는, 상기 제1 무기분말 및 상기 제2 무기분말을 혼합한 혼합 분말에 유기 바인더를 첨가하여 슬러리를 제조하는 단계, 및, 상기 슬러리를 도포하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 슬러리를 도포하는 단계는, 밀도 차에 의해 상기 슬러리 중 상기 제1 밀도를 갖는 제1 무기분말은 하부로 이동하여 상기 제1 구속층을 형성하고, 상기 제2 밀도를 갖는 제2 무기분말은 상부로 이동하여 상기 제2 구속층을 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 제1 무기분말의 제1 밀도는 상기 제2 무기분말의 제2 밀도보다 1.5배 이상 큰 것이 바람직하다. 또한, 상기 제2 무기분말의 제2 입경은 상기 제1 무기분말의 제1 입경보다 2배 이상 큰 것이 바람직하다.
상기 제1 무기분말은, 이산화세륨(CeO2), 아연화(ZnO2) 및 지르코니아(ZrO2)로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질이 될 수 있다.
또한, 상기 제2 무기분말은, 알루미나(Al2O3), 마그네시아(MgO) 및 질화붕소(BN)로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질이 될 수 있다.
본 다층 세라믹 기판의 제조 방법은, 상기 세라믹 적층체의 소성이 완료되면, 상기 세라믹 적층체의 상/하부에 적층된 상기 구속용 그린시트를 제거하는 단계, 및, 상기 세라믹 적층체 상에 외부 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 밀도 및 입경이 상이한 무기분말로 제조된 구속용 그린시트를 이용함으로써, 소성시 세라믹 적층체의 면 방향 수축을 효과적으로 억제하고, 유기물의 탈바인더 통로를 용이하게 확보할 수 있게 된다. 이에 따라, 다층 세라믹 기판의 신뢰성이 향상될 수 있게 된다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 자세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구속용 그린시트의 구조를 나타내는 수직 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 구속용 그린시트(10)는 제1 구 속층(11) 및 제2 구속층(12)을 포함한다. 이 경우, 제1 구속층(11)의 일 면은 세라믹 적층체(미도시)의 상부 또는 하부에 배치되며, 제1 구속층(11)의 타 면은 제2 구속층(12)과 접합한다.
제1 구속층(11)은 제1 밀도 및 제1 입경을 갖는 제1 무기물질로 이루어지며, 제2 구속층(12)은 상기 제1 밀도보다 작은 제2 밀도를 가지며, 상기 제1 입경보다 큰 제2 입경을 갖는 제2 무기물질로 이루어진다. 이는, 구속용 그린시트(10)의 일부를 확대한 도면을 참조하면, 보다 명확하게 이해할 수 있다. 즉, 확대 도면을 참조하면, 제1 구속층(11)은 입경이 작은 제1 무기분말로 구성되어 있으며, 제2 구속층(12)은 입경이 큰 제2 무기분말들로 구성되어 있다. 이에 따라, 제1 구속층(11)의 일 면이 세라믹 적층체에 배치될 경우, 제1 무기분말과 세라믹 적층체의 접촉접이 증가하게 된다. 또한, 제2 구속층(12)은 비교적 큰 입경으로 인해, 제2 무기분말 입자들 간에 공간이 형성된다. 결과적으로, 제1 구속층(11)과 세라믹 적층체의 접촉점 증가는 수축 억제율을 향상시키며, 모세관력을 증가시켜 세라믹 적층체 내의 유기물이 제1 구속층(11)으로 쉽게 침투할 수 있도록 한다. 또한, 제1 구속층(11)으로 침투된 유기물은, 제2 무기분말 입자들 간의 공간을 탈바인더 통로로 이용하여 제2 구속층(12) 외부로 배출될 수 있게 된다.
이와 같이, 세라믹 적층체의 수축 억제 효과를 향상시키고, 탈바인더를 위한 통로를 확보하기 위해서, 제1 무기분말과 제2 무기분말은 밀도 및 입경이 상이한 물질을 이용해야만 한다. 바람직하게는, 제2 무기분말은 제1 무기분말의 제1 입경보다 2배 이상 큰 입경을 가지는 물질이 이용될 수 있며, 제1 무기분말은 제2 무기 분말의 제2 밀도보다 1.5배 이상 큰 밀도를 가지는 물질이 이용될 수 있다.
아래의 표 1에서는 제1 무기분말 및 제2 무기분말로 적용될 수 있는 물질을 나타내었다.
제1 무기분말 제2 무기분말
물질 밀도[g/㎤] 물질 밀도[g/㎤
ZrO2 5.73 BN 3.48
SnO2 6.95 MgO 3.77
CeO2 7.30 Al2O3 3.95
제조업자는 상기 표 1에 개시된 물질을 참조하여, 제1 무기분말 및 제2 무기분말로 이용되는 물질을 적절히 선택할 수 있다. 표 1에 개시된 물질은 세라믹 적층체의 소성 온도에서 소결되지 않는 물질로, 난소결성 물질이다.
예를 들어, 밀도 7.30g/㎤ 및 입경 1.0㎛를 갖는 이산화세륨(CeO2) 분말을 제1 무기분말로 이용하고, 밀도 3.95g/㎤ 및 입경 4.0㎛를 갖는 알루미나(Al2O3) 분말을 제2 무기분말로 이용할 수 있다. 이 경우, 이산화세륨 분말과 알루미나 분말은 본 발명에 따른 제1 무기분말과 제2 무기분말의 밀도 및 입경 조건을 만족하는 물질이다. 이산화세륨 분말과 알루미나 분말을 이용한 구속용 그린시트 제조 방법에 대해서는 하기에서 구체적으로 설명한다.
도 3은 닥터 블레이드법을 이용하여 구속용 그린시트를 제조하는 방법을 나타내는 모식도이다. 우선, 제1 무기분말인 이산화세륨 분말 및 제2 무기분말인 알루미나 분말을 4:6의 비율로 혼합하여 혼합 분말을 제조한다. 그리고, 혼합분말 100% 에 대하여 아크릴계 바인더 15wt%, 분산제 0.5wt%를 첨가하고, 톨루엔과 엔탄올의 혼합 용매를 첨가하여 슬러리(1)를 제조하였다. 이 슬러리(1)를 닥터 블레이드 장치의 PET 필름(2)에 도포하여 150㎛ 두께의 구속용 그린시트(10)를 제조하였다.
이 경우, PET 필름(2)에 도포된 슬러리는 건조 과정에서, 밀도 차에 의해 비교적 큰 밀도(7.30g/㎤)를 갖는 이산화세륨 분말이 구속용 그린시트(10) 하부로 이동하고, 작은 밀도(3.95g/㎤)를 갖는 알루미나 분말이 상부로 이동하게 된다. 이에 따라, 이산화세륨 분말은 건조되어 제1 구속층(11)을 형성하고, 알루미나 분말은 제2 구속층(12)을 형성하게 된다. 이 경우, 구속용 그린시트(10)는 세라믹 적층체의 상부 또는 하부에 적층하기 위해 복수로 제조될 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 세라믹 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 수직 단면도이다. 먼저, 도 4a에서와 같이, 복수의 세라믹 그린시트(20a, 20b, 20c, 20d)를 적층하여 세라믹 적층체(20)를 마련한다. 이 경우, 복수의 세라믹 그린시트(20a, 20b, 20c, 20d) 각각은 저온 소성이 가능한 소결용 유리-세라믹 분말에 유기 바인더와 같은 유기물을 포함하여 적절한 공지 기술을 통해 제조될 수 있다. 이 경우, 각 그린시트(20a, 20b, 20c, 20d)에 비아홀(21)을 형성하여 도체 페이스트를 충진시키거나, 도체 페이스트를 그린시트 상부에 스크린 프린팅하여 내부 전극(22)을 형성함으로써, 내부 회로 패턴을 포함시킬 수 있다. 이와 같은 방법으로 제조된 복수의 세라믹 그린시트(20a, 20b, 20c, 20d)를 적층하여 도 4a에 도시된 것과 같은 세라믹 적층체(20)를 마련할 수 있다. 도 4a에서는 설명의 편의를 위해 4개의 세라믹 그린시트를 적층하여 세라믹 적층체(20)를 제조하였으나, 세라믹 그린시트의 수는 용이하게 변경될 수 있다.
이 후, 도 4b를 참조하면, 구속용 그린시트(10)를 세라믹 적층체(20)의 상부 및 하부에 적층하여, 세라믹 적층체(20)를 소성한다. 이 경우, 구속용 그린시트(10)는 도 2에 도시된 구속용 그린시트(10)가 적용될 수 있다. 즉, 구속용 그린시트(10)는 제1 구속층(11) 및 제2 구속층(12)을 포함하며, 이 중 제1 구속층(11)의 일 면이 세라믹 적층체(20)의 상부 또는 하부에 배치되는 형태로 세라믹 적층체(20)에 적층될 수 있다.
한편, 제1 구속층(11)은 제1 밀도 및 제1 입경을 갖는 제1 무기분말로 이루어지며, 제2 구속층(12)은 제2 밀도 및 제2 입경을 갖는 제2 무기분말로 이루어진다. 이 경우, 각 구속층(11, 12)은 무기분말 외에도, 유기 바인더, 분산제 및 용매 등이 첨가될 수 있다. 본 발명에서 제1 무기분말은 제2 무기분말의 제2 밀도보다 1.5배 이상 큰 밀도를 갖는 물질이 이용될 수 있으며, 제2 무기분말은 제1 무기분말의 제1 입경보다 2배 이상 큰 입경을 갖는 물질이 이용될 수 있다.
구속용 그린시트(10)는 세라믹 적층체(20)의 상부 및 하부 중 일 면에만 적층될 수 있으나, 효과적인 수축 억제를 위하여 양면에 적층되는 것이 바람직하다.또한, 구속용 그린시트(10) 적층 후, 85℃의 온도 조건에서 300Kgf/㎠의 압력을 가하여 세라믹 기판(20)과 구속용 그린시트(10)를 일체화시킨다. 그리고 난 후, 소정의 소성 조건 하에서, 구속용 그린시트(10)가 적층된 세라믹 적층체(20)를 소성한다.
소성이 완료되면, 도 4c에서와 같이, 세라믹 적층체(20) 상에서 구속용 그린시트(10)를 제거한다. 이 경우, 구속용 그린시트(10)는 소성되지 않은 상태이므로, 분말의 형태로 제거될 수 있다. 또한, 세라믹 적층체는 두께 방향으로만 수축되었을 뿐, 면 방향 수축은 거의 발생되지 않았다.
세라믹 적층체(20) 상부 및 하부에 도체 페이스트를 스크린 인쇄하여 외부 전극(30)을 형성하여, 다층 세라믹 기판을 제조한다.
이하에서는, 본 발명에 따른 실시예를 이용하여 제조된 다층 세라믹 기판과 본 발명의 실시예에 벗어나는 비교예를 이용하여 제조된 다층 세라믹 기판의 특성을 측정하였다.
[ 미소결 다층 세라믹 기판의 제조]
유리-세라믹 분말 100%에 대하여 아크릴계 바인더를 15wt%, 분산제를 0.5wt% 첨가하고, 톨루엔과 에탄올의 혼합용매를 첨가한 후, 볼밀을 이용하여 분산시켰다. 이렇게 얻은 슬러리를 필터로 거른 후 탈포하고, 닥터 블레이트법을 이용하여 50㎛ 두께의 세라믹 그린시트를 성형하였다. 세라믹 그린시트를 일정 크기로 재단하고 소정의 전극 패턴을 스크린 인쇄로 형성한 후 20층을 압착 및 적층하여 일체화된 미소결 다층 세라믹 적층체를 제조하였다.
세라믹 적층체 내의 바인더 종류에 따른 수축률 및 탈지 특성을 비교하기 위하여 아크릴계 바인더 외에, PVB계 바인더를 사용하여 상기와 동일한 방법으로 미소결 다층 세라믹 적층체를 제조하였다.
[구속용 그린시트의 제조]
아래 표 1에는 본 발명의 실시예와 비교예 1 및 2에 대한 구속용 그린시트의 종류별 조건을 나타내었다. 그 조건에 따라 각 실시예와 비교예 1 및 2에 필요한 구속용 그린시트를 아래와 같이 제조하였다.
< 실시예 >
본 발명의 조건에 해당하는 구속용 그린시트로서, 제1 구속층 및 제2 구속층을 포함하는 구속용 그린시트를 제조하였다. 7.30g/㎤의 제1 밀도 및 1.0㎛의 제1 입경을 갖는 이산화세륨(CeO2) 분말과, 3.95g/㎤의 제2 밀도 및 4.0㎛의 제2 입경을 갖는 알루미나(Al2O3) 분말을 혼합한 혼합 분말을 이용하여 150㎛ 두께의 구속용 그린시트(10)를 제조한다. 이 경우, 혼합 분말 100%에 대하여 아크릴계 바인더를 15wt%, 분산제를 0.5wt% 첨가하고, 톨루엔과 에탄올의 혼합 용매를 첨가한 후 볼밀을 이용하여 분산시켰다. 이렇게 얻은 슬러리를 필터로 거른 후 탈포하고, 닥터 블레이드법을 이용하여 150㎛ 두께의 구속용 그린시트를 성형하였다. 슬러리 건조시, 제1 밀도를 갖는 이산화세륨 분말은 하부로 이동하여 제1 구속층(11)을 형성하였으며, 제2 밀도를 갖는 알루미나 분말은 상부로 이동하여 제2 구속층(12)을 형성하였다.
< 비교예 1>
본 발명의 실시예와 비교 실험을 위하여 밀도 및 입경이 상이한 무기분말을 혼합하지 않고, 3.95g/㎤의 밀도 및 4㎛의 입경을 갖는 알루미나 분말을 단독으로 이용하여 150㎛ 두께의 알루미나 구속용 그린시트를 제조하였다.
< 비교예 2>
또한, 본 발명의 실시예와 비교 실험을 위하여 밀도 및 입경이 상이한 무기분말을 혼합하지 않고, 7.30g/㎤의 밀도 및 1.0㎛의 입경을 갖는 이산화세륨 분말을 단독으로 이용하여 150㎛ 두께의 이산화세륨 구속용 그린시트를 제조하였다.
비교예 1 및 비교예 2의 구속용 그린시트를 제조함에 있어서, 유기 바인더, 분산제 및 혼합 용매는 실시예와 동일한 물질이 첨가되었으며, 제조 과정 역시 동일하게 적용하였다.
제1 무기분말 제2 무기분말
이산화세륨 알루미나
밀도[g/㎤] 입경[㎛] 밀도[g/㎤] 입경[㎛]
실시예 7.30 1.0 3.95 4.0
비교예1 - - 3.95 4.0
비교예2 7.30 1.0 - -
[세라믹 적층체와 구속용 그린시트의 접합]
미소결 세라믹 적층체와 동일한 면적으로 재단한 150㎛ 두께의 구속용 그린시트를 미소결 세라믹 기판의 상부 및 하부에 각각 2장씩 부착시키고, 300kgf/㎠의 압력 및 85℃의 온도 조건으로 열압착하여 일체화된 적층체를 제조하였다.
상기 표 2에 나타낸 조건으로 제조된 구속용 그린시트를 2장씩 사용하였으며, 특히, 실시예는 밀도 및 입경이 상이한 제1 무기분말 및 제2 무기분말을 혼합한 혼합물질을 이용하여 제조된 구속용 그린시트를 사용하였다. 본 실험은 미리 마련된 아크릴계 바인더와 PVB계 바인더를 각각 사용한 두 종류의 세라믹 적층체에 실시되었다.
[ 탈바인더 및 소결]
상온에서부터 유기물 분해가 이루어지는 420℃까지 시간당 60℃의 속도로 승온하고, 충분한 탈바인더 시간을 확보하기 위하여 420℃에서 2시간 동안 유지하였다. 탈바인더 후에는 시간당 300℃의 속도로 승온하여 870℃의 소성 온도에 도달시킨 후, 870℃에서 30분 동안 유지하여 소결이 이루어지도록 하였다. 소결 완료 후, 실온까지 로냉시켜 소결체를 얻었다.
이와 같이 얻어진 소결체로부터 구속용 그린시트를 제거하고, 세라믹 적층체의 수축률 및 잔탄량을 측정하였다. 아래의 표 3에는 실시예와 비교예 1 및 비교예 2의 구속용 그린시트를 이용하여 제조된 다층 세라믹 기판의 소성 결과 특성을 나타내었다.
제1세라믹 기판 (아크릴계 바인더) 제2세라믹 기판 (PVB계 바인더)
잔탄량[ppm] 수축률[%] 잔탄량[ppm] 수축률[%]
실시예 53 0.28 106 0.32
비교예 1 51 0.38 103 0.41
비교예 2 62 0.28 124 0.33
상기 표 3에 나타낸 바와 같이, PVB계 바인더를 첨가한 세라믹 적층체보다 아크릴계 바인더를 첨가한 세라믹 적층체가 탈바인더 특성이 보다 효과적으로 나타났다.
한편, 표 3의 비교예 1을 참조하면, 비교적 큰 입경을 가지는 알루미나 분말을 구속용 그린시트로 사용했을 때, 유기물의 탈바인더 통로가 확보되어 잔탄량이 낮게 나타났다. 하지만, 입경이 큰 알루미나 분말에 의해 구속용 그린시트와 세라믹 적층체 간의 접촉점이 감소되어 수축률은 높게 나타났다. 또한, 표 3의 비교예 2는 입경이 작은 이산화세륨 분말을 구속용 그린시트로 사용하였기 때문에, 세라믹 적층체의 수축률은 적게 나타나지만, 탈바인더 통로가 확보되지 않아 잔탄량이 높게 나타났다.
반면, 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판의 경우, 입경이 작은 이산화세륨에 의해 세라믹 적층체의 수축률을 낮게 나타났으며, 입경이 큰 알루미나 분말에 의해 탈바인더 통로 확보가 가능하게 되어 잔탄량이 낮게 나타났다.
결과적으로는, 본 발명에서 의도한 바와 같이 세라믹 적층체의 수축 억제 효과 및 탈바인더 통로 확보를 위해 입경 및 밀도가 상이한 제1 무기물질 및 제2 무기물질로 제조된 구속용 그린시트를 이용한 실시예가 가장 개선된 결과를 나타내었다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 난소결성 구속용 그린시트의 일 예를 나타내는 수직 단면도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구속용 그린시트의 구조를 나타낸 수직 단면도,
도 3은 닥터 블레이드법을 이용하여 도 2에 도시된 구속용 그린시트를 제조하는 방법을 나타내는 모식도, 그리고,
도 4a 내지 도 4c는 도 2에 도시된 구속용 그린시트를 이용하여 다층 세라믹 기판을 제조하는 방법을 설명하기 위한 수직 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
10 : 구속용 그린시트 11 : 제1 구속층
12 : 제2 구속층 20 : 세라믹 적층체
20a, 20b, 20c, 20d : 세라믹 그린시트
21 : 비아홀 22 : 내부 전극
30 : 외부전극

Claims (13)

  1. 미소결 세라믹 적층체의 상부 또는 하부에 배치하기 위한 난소결성 구속용 그린시트에 있어서,
    상기 세라믹 적층체에 배치될 면을 가지며, 제1 밀도 및 제1 입경을 갖는 제1 무기분말로 이루어진 제1 구속층; 및,
    상기 제1 구속층의 상부에 배치되며, 상기 제1 밀도보다 작은 제2 밀도 및 상기 제1 입경보다 큰 제2 입경을 갖는 제2 무기분말로 이루어진 제2 구속층;을 포함하는 구속용 그린시트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 무기분말의 제1 밀도는,
    상기 제2 무기분말의 제2 밀도보다 1.5배 이상 큰 것을 특징으로 하는 구속용 그린시트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 무기분말의 제2 입경은,
    상기 제1 무기분말의 제1 입경보다 2배 이상 큰 것을 특징으로 하는 구속용 그린시트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 무기분말은,
    이산화세륨(CeO2), 아연화(ZnO2) 및 지르코니아(ZrO2)로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질인 것을 특징으로 하는 구속용 그린시트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 무기분말은,
    알루미나(Al2O3), 마그네시아(MgO) 및 질화붕소(BN)로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질인 것을 특징으로 하는 구속용 그린시트.
  6. 복수의 세라믹 그린시트로 이루어진 미소결 세라믹 적층체를 마련하는 단계;
    제1 밀도 및 제1 입경을 갖는 제1 무기분말로 이루어진 제1 구속층과, 상기 제1 밀도보다 작은 제2 밀도 및 상기 제1 입경보다 큰 제2 입경을 갖는 제2 무기분말로 이루어진 제2 구속층을 포함하는 하나 이상의 구속용 그린시트를 마련하는 단계;
    상기 세라믹 적층체의 상부 및 하부에 상기 구속용 그린시트를 배치하는 단계; 및,
    소정의 소성 온도로 상기 세라믹 적층체를 소성하는 단계;를 포함하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 구속용 그린시트를 마련하는 단계는,
    상기 제1 무기분말 및 상기 제2 무기분말을 혼합한 혼합 분말에 유기 바인더를 첨가하여 슬러리를 제조하는 단계; 및,
    상기 슬러리를 도포하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 슬러리를 도포하는 단계는,
    밀도 차에 의해 상기 슬러리 중 상기 제1 밀도를 갖는 제1 무기분말은 하부로 이동하여 상기 제1 구속층을 형성하고, 상기 제2 밀도를 갖는 제2 무기분말은 상부로 이동하여 상기 제2 구속층을 형성하는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제1 무기분말의 제1 밀도는,
    상기 제2 무기분말의 제2 밀도보다 1.5배 이상 큰 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제2 무기분말의 제2 입경은,
    상기 제1 무기분말의 제1 입경보다 2배 이상 큰 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 제1 무기분말은,
    이산화세륨(CeO2), 아연화(ZnO2) 및 지르코니아(ZrO2)로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질인 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 제2 무기분말은,
    알루미나(Al2O3), 마그네시아(MgO) 및 질화붕소(BN)로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질인 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
  13. 제6항에 있어서,
    상기 세라믹 적층체의 소성이 완료되면, 상기 세라믹 적층체의 상/하부에 적층된 상기 구속용 그린시트를 제거하는 단계; 및,
    상기 세라믹 적층체 상에 외부 전극을 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
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