KR100906177B1 - 핫 프레싱 세라믹 변형 제어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소결 이전에 그린 세라믹 적층물(100)에 비조밀 구조물(40)을 배치함으로써 핫 프레싱 소결된 다층 세마릭 적층물(100)의 후소결 변형을 제어하는 방법에 관한 것이다. 하나 이상의 비조밀 구조물(40)은 하나 이상의 세라믹 그린시트(10)들 상에 배치되고, 스택킹 및 적층되어 그린 세라믹 적층물(100)을 형성한다. 그 후, 이 적층물은 소결되고, 비조밀 구조물(40)은 핫 프레스된 다층 세라믹 기판의 치수를 제어한다. 이 방법은 소결 이전에 개별 제품들 사이의 커프 영역(30)에 비조밀 구조물(40)을 배치함으로써 단일 멀티-업 기판들 중 어느 하나로서 제조되는 MLC 기판들에서 후 소결 치수를 제어하는데 사용될 수 있다.

그린 시트

Description

핫 프레싱 세라믹 변형 제어{HOT PRESSING CERAMIC DISTORTION CONTROL}

본 발명은 고온 프로세싱 동안의 변형(distortion) 제어에 관한 것으로, 보다 자세하게는 MLC(금속화된 다층 세라믹) 기판의 핫 프레싱에 관한 것이다.

MLC 기판들의 제조시에, 세라믹 그린시트들은 캐스팅 슬러리로부터 형성된다. 개별적인 세라믹 그린시트들은 비어 홀들과 도전성 금속을 이용하여 개별 맞춤된다(personalized). 그 후, 이 세라믹 그린시트들을 소정의 설계 시퀀스로 함께 적층하여 그린 세라믹 적층물(laminate)을 형성한다. 이 그린 시트들을 적층한 후, 열과 압력을 이 그린시트들에 인가하여 그린 세라믹 적층물에 연속적인 도전 금속 배선을 제공하며, 이것의 층들은 후속의 프로세싱 동안에 연속해서 남아있다.

적층된 그린시트들에 열과 압력을 인가하는 프로세스를 적층화라 한다. 그 후, 그린 시트 세라믹 적층물을 소결(sintering)로 불리는 프로세스에서 가열하며, 여기서 그린 적층물은 열과 압력 하에서 조밀화된다(densified). 또한, 단축으로 인가된 압력 하에서 소결 세라믹의 프로세스는 핫 프로세싱으로서 알려져 있다. 압력을 모든 방향에서 인가하는 경우에, 소결 프로세스는 일반적으로 핫 아이소스태틱(isostatic) 프레싱으로 알려져 있다. 이와 반대로, 자유 소결은 일반적으로 외부 부하 또는 압력이 없는 경우의 소결 프로세스를 지칭한다.

MLC 기판들에서 세라믹 재료 및 도전성 금속 재료를 조밀화하기 위하여 주로 이용되는 핫 프레싱 프로세스 동안에, MLC 기판의 볼륨 수축이 크게 발생한다. 보다 상세하게는, 핫 프레싱의 경우에, 압력이 한 방향으로 인가되면, 볼륨 수축은 조밀화된 바디 전반에 걸쳐서 현저한 비균일한 점성 변형을 겪는다. 강화 및 점도 변형 프로세스가 통상적으로 샘플 점도에 의존하므로, 이러한 2 개의 프로세스는 동시에 서로 다른 변형 레이트에서 발생하며, 이 프로세스는 온도에 민감하다. 또한, 핫 프레싱 MLC 제품의 경우에, 조밀화 프로세스는 또한 금속 위상(phase)의 변형에 의존하지만 다소 외부 상황에 무감각하며, 주로 이는 조밀화에 대한 주요 구동력이 세라믹 위상(phase) 면(surface) 장력이기 때문이다. 이와 반대로, 점성 변형 프로세스는 샘플에 인가된 모든 외력에 대한 강한 의존성을 가진다.

일반적으로, 세라믹 및 도전성 금속 재료는 물리 및 이동 특성에 있어서 큰 차이를 가진다. 또한, 조밀화의 온세트(onset) 및 세라믹 위상과 금속 위상 사이의 조밀화 프로파일은 크게 다르다. 소결 프로세스 동안의 외부 압력의 인가에 대하여, 금속 조밀화가 인가된 압력에 민감한 경우에는 조밀화 레이트들의 차이의 일부가 감소될 수도 있다. 그러나, 조밀화 동안에 단축 외부 압력의 이용이 또한 샘플에서 점성 변형을 생성한다. 점성 변형 레이트와 함께 혼합물의 복잡한 조밀화 프로세스는, 도전성 금속 피쳐들의 패턴과 기판 바디 치수 모두에 변형을 일으킨다.

변형은 이상적인 설계 치수로부터 실제 후소결(post sinter) 치수에서 편차로서 규정된다. 바디 치수의 변형은 챔버로 불리는 표면 평탄면에서의 편차를 포 함한다. 핫 프로세싱 프로세스들에 의한 소결시의 변형 제어는, 도전성 금속 및 세라믹 재료가 유사한 수축 레이트, 세라믹-금속 혼합물 물리 특성과 일치하는 레이트에서의 외부 압력의 인가, 및 제품에 압력을 인가하는 방법을 주의 깊게 선택하도록 요구한다. 그러나, 재료들을 주의 깊게 선택하더라도, 로트 간의 재료의 변동은, 예를 들어 오염 또는 입자 크기의 변형으로 인하여 예기치 않은 수축을 야기할 수 있다. 또한, 조밀화 샘플에 외부 압력을 인가하면, 부하 변동과 같은 변동 관련 프로세싱을 도입할 후도 있고, 이는 주어진 샘플 배치에 대한 제품간 변동을 야기하고 제품을 변형시킨다. MLC 기판에서, 이 변형은 그 자체로 기판 비틀림(warping), 기판 챔버 및 기판 치수에서의 변동으로서 나타낼 수 있다. 높은 변형은 낮은 수율을 가진 제품을 생성하며 제조 비용을 증가시킨다.

통상적으로, 핫 프레싱은, 자유 소결 방법을 이용하여 동일한 프로세스를 완료하는데 요구되는 온도보다 낮은 온도에서 세라믹-금속 혼합물을 조밀화하는데 사용된다. 조밀화 동안에 외부 압력을 이용하면, 세라믹 위상과 금속 위상 사이의 수축 레이트의 차이가 큰 경우에는 조밀화 동안에 기판 챔버의 제어에 도움을 줄 수 있지만, 입자 크기 분포 및 재료 화학과 같은 종래의 수단에 의해는 적절히 감소되지 않는다. 일부 애플리케이션에서, 외부 압력의 이용은 주어진 세라믹-금속 혼합물을 생성하는데 적절한 유일한 제조가능한 프로세스이다. 소결 동안에 외부 압력을 이용하면 제조 비용에 직접적으로 영향을 주는 소결 프로세스를 크게 복잡하게 한다.

예를 들어, 소결 동안에 외부 압력을 이용하면, 조밀화 동안에 제품에 압력 을 가하는데 특별히 설계된 하드웨어를 사용해야 한다. 소결 하드웨어는 제품 가열, 냉각 또는 대량 전송(mass transport)을 포함하는 임의의 화학적 반응을 제한하지 않지만, 압력 하에서 현저하게 변형하지 않아야 한다. 또한, 소결 압력을 인가하는데 사용되는 하드웨어는 중요한 노 볼륨을 차지한다. 따라서, 더 높은 외부 소결 압력 및 온도는 직접적으로 더욱 비싼 하드웨어로 전환시켜 이전의 고가의 소결 프로세스를 수행한다.

그 후, 놀랍지는 않지만, 핫 프로세싱은 주어진 제조 생산 레이트에 대하여 자유 소결보다 현저하게 더 비싸다. 가격을 감소시키기 위하여, 핫 프레싱되는 각각의 샘플은 많은 최종적인 제품을 포함할 수도 있고, 이 샘플은 통상적으로 후속의 후소결 다이싱 동작에서 분리된다. 불행하게도, 핫 프레싱 동안에 적층물 변형을 제어하기 위한 노력은, 이 적층물이 복수의 제품을 포함하는 경우에 장애를 현저하게 증가시킨다. 이는 주로 통상적인 멀티-업 적층물에서, 개별 제품 샘플들 또는 "ups" 사이의 공간이 야금학에 의해 제약을 받지 않기 때문이다. 소결 적층물의 점탄성 특징은 야금학 분포에 의존하므로, 멀티업 적층물 소결은 본질적으로 물리적 및 운반 특징의 변동시에 형성된다.

MLC 기판들의 제조는 소결 단계 동안에 제품 치수 및 변형에 직접적으로 영향을 주는 복수의 프로세스를 포함한다. 광범위한 노력은 후소결 MLC 기판 치수를 제어하도록 비용이 증가한 상태로 소모된다. 마이크로 전자공학 기술의 진보는 칩 입/출력 "I/O"의 개수를 연속적으로 증가시키는 반면에 대응하는 칩 크기를 감소시킨다. 이는 감소된 TSM(top surface metal) 상호접속 치수를 가진 MLC 기판들에 요구를 생성한다. 따라서, MLC 기판 하부 표면 I/O 패드 밀도를 증가시킬 필요가 있다. 이러한 설계의 필요성은 제품 구조의 문제점을 특히, 제품 치수 제어를 증가시킬 수 있다. 따라서, MLC 기판 제조시에 비용 효율적인 변형 제어에 대한 필요성이 존재한다.

자유 소결 상황 하에서 조밀화되는 세라믹-금속 시스템들에 적용될 수 있는 MLC 기판 제조 동안에 기판 치수를 제어하기 위하여 현재 사용되는 많은 방법들이 존재한다. 그러나, 조밀화가 외부 압력 하에서 행해지는 경우에 사용할 수 있는 방법들은 제한되어 있다. 종종, 압력 하에서의 부가적인 소결 프로세스가 적용가능하며, 일부 재료 시스템에서 세라믹 변형을 감소시킨다. 그러나, 이 프로세스는 가격이 비싸고 부가적이 제품 수율 손실을 야기한다. 종종 이 프로세스는 허용되지 않는다. 또한, 기판 전반에 걸쳐서 사용되는 도전성 금속의 타입을 맞춤화하는 것이 제품 변형을 제어하는데 사용되지만 광범위한 변형을 제어하는데는 유용하지 않다.

또한, 이 솔루션은 포괄적이지 않고 개별 제품 변형 문제를 항상 논의하지는 않는다. 허용가능한 최대 범위로의 개별적인 제품 전반에 걸친 도전성 금속의 선택적인 분포는 개별적인 제품 분포를 제한하지만, 광범위한 변형 문제를 제어하지는 못한다. 그린시트 스택 적층 압력 조정은 종종 광범위한 변형을 제어하는데 사용된다. 그러나, 이 기술은 핫 프레싱이 사용되는 경우에는 효과적이지 않다. 최종적으로, 제품 재설계는 일부의 경우에 키 영역들 내의 도전성 금속 분포를 조정함으로써 변형을 감소시키기 위한 툴로서 사용될 수도 있다. 그러나, 이는 매우 고가이고 마켓에 대한 새로운 제품 시간과 충돌하므로 바람직하지 않다. 제품 치수를 제어하는데 사용되는 현존 절차들 및 모델들은 충분히 예측가능하지 않으므로의존적이거나 완전히 제한적이지 않다.

전자식 패키지들의 치수 제어를 개선하기 위하여 다른 사람들에 의해 제안된 방법들이 존재한다. 나타라잔(natarajan) 등의 미국 특허 제 6,627,020 호, 이것의 명세서는 여기서 참고로 포함되며, 자유 소결화된 다층 세라믹 기판의 치수를 제어하기 위한 별도의 비조밀 구조물(non-densifying structure)의 사용을 개시한다. 로빈스(robbins) 등의 미국 특허 제 5,801,073 호, 이것의 명세서는 여기서 참고로 포함되며, 패키지 내의 다른 재료로 이루어진 전자식 패키징 장치의 제조 방법을 개시한다. 로빈스는 유전체 세라믹 재료로서고 고순도 반응 본딩된 실리콘 질화물의 이용에 의해 패키지의 최소 전체 수축을 달성하기 위한 방법을 개시한다.

모리(Mori) 등의 미국 특허 제 5,370,760 호, 이것의 명세서는 여기서 참고로 포함되며, 소결 이전의 적층 프로세스 동안에 세라믹 적층물내의 금속화된 피쳐들의 변형을 감소시키기 위한 방법을 개시한다. 모리는 적층물의 중앙 부분보다 더 높은 범위로 이 적층물의 외부 주변 부분을 포함할 수 있는 외부 부분 및 내부 부분을 가지는, 툴과 같은 다이 어셈블리의 사용을 개시한다. 이 명세서에서는 프로세스 동안에 감소된 변형의 제어를 논의하지 않는다.

종래 기술에서, 외부 소결 압력을 최소화하고 이미 설계된 MLC 기판들의 치수를 제어하기 위한 필요성이 남아 있음에도 불구하고, 이는 후소결 치수 조건을 충족시키지 못하고, 그 전체 변형은 현존 치수 제어 방법에 대하여 수정될 수 없 다.

본 발명의 이 및 다른 목적은 첨부된 도면들과 함게 고려되는 이하의 상세한 설명을 참조하면 더 명백하게 된다.

본 발명의 목적들은, 제 1 실시형태에 따라, 부하를 받는 상태로 소결된 다층 세라믹 기판의 후소결 치수를 제어하는 방법을 제공함으로써 달성되며,

이 방법은,

하나 이상의 연속적인 제 1 비조밀(non-densifying) 구조물을 제공하는 단계;

국부적인 주변 커프(kerf) 영역과 외부 주변 커프 영역을 가지는 하나 이상의 개별 맞춤형(personalized) 세라믹 그린시트를 제공하는 단계;

상기 하나 이상의 개별 맞춤형 세라믹 그린시트의 상기 국부적인 주변 커프 영역 상에 상기 하나 이상의 연속적인 제 1 비조밀 구조물을 배치하는 단계;

개별 맞춤형 그린시트들의 스택에 상기 하나 이상의 연속적인 제 1 비조밀 구조물을 가지는 상기 하나 이상의 개별 맞춤형 그린시트를 배치하는 단계;

상기 개별 맞춤형 세라믹 그린시트들의 스택을 적층(laminating)하는 단계로서, 상기 하나 이상의 연속적인 제 1 비조밀 구조물은 적층 동안에 상기 그린 세라믹 적층물(laminate)의 치수를 적어도 부분적으로 제어하는 것인, 적층 단계;

부하를 받는 상태로 상기 그린 세라믹 적층물을 소결하는 단계로서, 상기 하나 이상의 연속적인 제 1 비조밀 구조물은 소결 동안에 상기 다층 세라믹 기판의 치수를 적어도 부분적으로 제어하는 것인, 소결 단계를 포함한다.

이 방법은 상기 다층 세라믹 기판을 후소결 사이징(post sinter sizing)하여 이 다층 세라믹 기판으로부터 연속적인 제 1 비조밀 구조물을 분리하는 단계를 더 포함한다.

이 방법은,

연속적인 제 2 비조밀 구조물을 제공하는 단계;

적층하기 이전에 이 개별 맞춤형 세라믹 그린시트의 외부 주변 커프 영역 상에 제 2 비조밀 구조물을 배치하는 단계로서, 이 연속적인 제 2 비조밀 구조물은 적층 동안에 그린 세라믹 적층물의 치수를 적어도 부분적으로 제어하는 것인, 연속적인 제 2 비조밀 구조물의 배치 단계; 및

그린 세라믹 적층물을 전소결 사이징하여 소결 이전에 그린 세라믹 적층물로부터 연속적인 제 2 비조밀 구조물을 분리하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시형태에서는, 멀티-업(multi-up) 그린 세라믹 적층물로서 부하를 받는 상태로 적층 및 소결되는 다층 세라믹 기판의 후소결 치수를 제어하는 방법을 제공하며, 이 방법은,

하나 이상의 연속적인 제 1 비조밀 구조물을 제공하는 단계;

국부적인 커프 영역에 의해 분리되는 복수의 제품 샘플과 외부 주변 커프 영역을 가지는 하나 이상의 개별 맞춤형 세라믹 그린시트를 제공하는 단계;

이 하나 이상의 개별 맞춤형 세라믹 그린시트의 상기 국부적인 커프 영역 상에 상기 하나 이상의 연속적인 제 1 비조밀 구조물을 배치하는 단계;

개별 맞춤형 그린시트들의 스택에 상기 하나 이상의 연속적인 제 1 비조밀 구조물을 가지는 상기 하나 이상의 개별 맞춤형 세라믹 그린시트를 배치하는 단계;

상기 개별 맞춤형 세라믹 그린시트들의 스택을 적층하여 멀티-업 그린 세라믹 적층물을 형성하는 단계로서, 이 하나 이상의 연속적인 제 1 비조밀 구조물은 적층 동안에 상기 멀티-업 그린 세라믹 적층물의 치수를 적어도 부분적으로 제어하는 것인, 멀티-업 그린 세라믹 적층물의 형성 단계; 및

부하를 받는 상태로 이 그린 세라믹 적층물을 소결하여 멀티-업 다층 세라믹 기판을 형성하는 단계로서, 이 하나 이상의 연속적인 제 1 비조밀 구조물은 소결 동안에 상기 멀티-업 다층 세라믹 기판의 치수를 적어도 부분적으로 제어하는 것인, 멀티-업 다층 세라믹 기판의 형성 단계를 포함한다.

이 방법은 이 멀티-업 다층 세라믹 기판을 후소결 사이징하여 개별적인 다층 세라믹 기판들을 형성함으로써, 이 개별적인 다층 세라믹 기판들로부터 하나 이상의 연속적인 제 1 비조밀 구조물을 분리하는 단계를 더 포함한다.

이 방법은 하나 이상의 연속적인 제 2 비조밀 구조물을 제공하는 단계;

적층 이전에 상기 하나 이상의 개별 맞춤형 세라믹 그린시트의 외부 주변 커프 영역 상에 연속적인 제 2 비조밀 구조물을 배치하는 단계로서, 연속적인 제 2 비조밀 구조물은 적층 동안에 멀티-업 그린 세라믹 적층물의 치수를 적어도 부분적으로 제어하는 것인, 연속적인 제 2 비조밀 구조물의 배치 단계; 및

멀티-업 그린 세라믹 적층물을 전소결 사이징하여 소결 이전에 이 멀티-업 그린 세라믹 적층물로부터 연속적인 제 2 비조밀 구조물을 분리하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시형태에서는,

복수의 적층화된 세라믹 그린시트;

국부적인 주변 커프 영역 및 외부 주변 커프 영역을 가지는 하나 이상의 개별 맞춤형 세라믹 그린시트; 및

이 하나 이상의 개별 맞춤형 세라믹 그린시트의 국부적인 주변 커프 영역 상에 배치되는 하나 이상의 연속적인 제 1 비조밀 구조물을 포함하는 다층 세라믹 적층 구조가 제공된다.

이 다층 세라믹 적층물 구조는 이 외부 주변 커프 영역 상에 배치되는 하나 이상의 연속적인 제 2 비조밀 구조물을 더 포함할 수도 있다.

본 발명의 또 다른 실시형태에서는,

복수의 적층화되는 세라믹 그린시트;

국부적인 커프 영역에 의해 분리되는 복수의 제품 샘플 및 주변 외부 커프 영역을 가지는 하나 이상의 개별 맞춤형 세라믹 그린시트; 및

이 하나 이상의 개별 맞춤형 세라믹 그린시트의 국부적인 커프 영역 상에 배치되는 하나 이상의 연속적인 제 1 비조밀 구조물을 구비하는 멀티-업 다층 세라믹 적층 구조체(multi-up multilayer ceramic laminate structure)가 제공된다.

이 멀티-업 다층 세라믹 적층물 구조체는, 이 외부 주변 커프 영역 상에 배치되는 하나 이상의 연속적인 제 2 비조밀 구조물을 더 포함한다.

도 1a 는 종래의 금속화된 세라믹 그린시트의 개략적인 상면도이다.

도 1b 는 종래의 그린 세라믹 적층물(laminate)의 개략적인 측면도이다.

도 2a 는 제어 변형에 부가되는 본 발명의 연속적인 비조밀(non-densifying) 구조물들을 가진 금속화된 세라믹 그린시트의 개략적인 상면도이다.

도 2b 는 제어 변형에 부가되는 본 발명의 연속적인 비조밀 구조물들을 가진 그린 세라믹 적층물의 개략적인 측면도이다.

도 3 내지 도 5 는 변형을 제어하기 위하여 그린 적층물 내의 복수의 층 및 위치에 본 발명의 연속적인 비조밀 구조물들을 사용한 것에 대한 개략적인 도면을 나타낸다.

신규한 것으로 여겨지는 본 발명의 특징 및 본 발명의 엘리먼트 특성은 특히 첨부된 청구항들에 설명된다. 도면들은 다시 예시 목적을 위한 것이고, 동일한 축척을 도시하지는 않는다. 그러나, 조직화와 동작 방법에 대한 본 발명 자체는, 첨부된 도면과 함께 제공된 상세한 설명을 참고하여 가장 잘 이해할 수도 있다.

MLC 소결 동안에, 그린 세라믹 적층물은 큰 볼륨 변경, 통상적으로 약 40% 로부터 약 60% 수축 까지 경험하고, 최종적인 MLC 기판을 생성한다. 자유 소결 프로세스의 경우에, MLC 기판은 모두 3 가지 치수로, 통상적으로 각 치수에서 선형적으로 약 10% 내지 약 20%로 수축한다. 소결은 부하를 받으며 행해지는 경우에, 하나의 치수는 수축의 대부분, 특히 인가된 부하의 방향을 경험할 수도 있다. 이는 직적접으로 그린 세라믹 적층물에 소결 압력을 인가하는데 사용되는 방법에 의존한다. 자유 소결과 부하를 받는 상태의 소결에서, MLC 기판 수축은 세라믹 조밀화 단계 동안에 발생한다. 이 단계 동안에, MLC 기판의 점도는 충분히 낮게 되고, 표면 장력에 의해 우세하게 구동된 내부 소결력으로 하여금 MLC 기판을 그 최종적인 치수로 수축시킨다. 본 발명은 부하를 받는 상태에서 소결 동안의 제어 변형에 관한 것이다.

그린 세라믹 적층물에서의 세라믹 위상과 금속 위상 사이의 상호작용은, 최종적인 MLC 기판 치수의 일부를 결정하고, 결과적으로 수율 레벨들을 규정한다. 이들의 다른 물리화학적 성질 때문에, 금속 및 세라믹 위상은 다른 온 셋 및 레이트에서 조밀화되다. 조밀화 레이트에서의 이 차이는 직접적으로 설계 치수로부터 후소결 MLC 기판 치수의 편차에 직접적으로 기여하는데, 그 이유는 통상적인 MLC 적층물의 금속 위상이 균일하게 분포되어 있지 않기 때문이다.

또한, 주어진 세라믹 적층물에서 다른 타입의 야금의 사용은, 소결 동안에 기판 변형에 기여한다. 상기 변형 유도 인자들은, 이들이 전기적 상호접속 기능과 기계적 상호접속 기능에 필요하기 때문에 MLC 제조시에 필수적인 것이 되며, 이 기판은 집적 회로 칩과 전자 카드 사이에 제공된다.

본 발명은 임의의 개별 맞춤형 세라믹 그린시트에 적용할 수 있다. 개별 맞춤형 세라믹 그린시트는 금속화되거나 또는 금속화되지 않을 수도 있다. "개별 맞춤형(personalized)"이라는 용어는, 특유한 특성 때문에 적층물에 사용하기 위해 선택되어 있는 세라믹 그린시트를 지칭한다. 이 특성은 통상적으로 이 시트 상에 스크린된 금속화된 패턴이지만, 이는 또한 그 두께와 같은 블랭크 또는 비금속화 시트의 특유한 특성을 지칭할 수도 있다. 개별 맞춤형 세라믹 그린시트가 금속화 되어 있는 경우에, 도전성 금속은 예를 들어 몰리브덴, 니켈, 구리, 텡스텐, 금속-세라믹 도체 및 금속-유리 도체일 수도 있다. 개별 맞춤형 세라믹 그린시트는 예를 들어 알루미나, 붕규산염 유리-세라믹 또는 질화 알루미늄으로 이루어질 수도 있다.

도 1a 를 참조하면, 통상적인 금속화된 그린시트(10)의 상면도가 도시되어 있다. 이러한 특정 예에서, 그린시트(10)는 4 개의 세라믹 제품(35) 또는 4 개의 ups, 소결 이전에 그린시트에서 제거되는 외부 커프 영역(20) 및 소결 이후에 이 세라믹 제품(35) 또는 ups 로부터 분리되는 세라믹 제품(35)을 둘러싸여 분리하는 국부적인 커프 영역(30)을 포함한다. 이는 통상적으로 습식 사이징 프로세스로 달성된다. 도 1b 는 이러한 특유한 경우 그리고 본 발명을 설명하기 위한 단일 목적을 위하여, 5 개의 서로 다른 금속화된 그린 시트들로부터 만들어진, 그린 세라믹 적층물(100)의 개략도를 나타낸다.

본 발명은 그린 세라믹 적층물의 커프 영역에 연속적인 얇은 금속 구조와 같은, 적절히 맞춤화된 비조밀화 구조물을 부가하면 핫 프레싱 소결 프로세스 동안에 세라믹 제품의 치수 제어를 향상시키고, 또한 외부 압력을 감소시킨다. 형상 이외에, 이러한 비조밀 구조물들의 위치 및 두께도 또한 세라믹 제품(35) 설계 특징과 금속화된 그린 시트(10) 및 적층물(100) 특성을 일치시키고 원하는 발명의 기능을 제공하기 위하여 적절히 선택되어야 한다.

일 실시형태에서, 도 2a 를 참조하면, 본 발명은 소결 이전에 개별적인 제품(35)들 사이에 커프 영역(30)내에 그린 시트(10)상에 연속적인 비조밀 구조물(40)을 배치한 후, 후소결 습식 사이징을 이용하여 이 제품(35)으로부터 연속적인 비조밀 구조물(40)을 분리함으로써 핫 프레싱 소결 동안에 멀티-업 적층물의 글로벌 후소결 치수를 제어하는 방법을 제공한다.

도 2b를 참조하면, 예를 들어 하나 이상의 연속적인 비조밀 구조물(40 및 41)들은, 개별적인 제품(35)들 사이에 커프 영역(30)에서 하나 이상의 멀티-업 세라믹 그린시트(10, 12)상에 배치된다. 멀티-업 세라믹 그린시트들을 스택(stack) 및 적층되어 멀티-업 그린 세라믹 적층물(100)을 형성하며, 이는 별도의 외부 커프 영역(20)으로 그린 사이징되고 소결되며, 여기서 이 연속적인 비조밀 구조물(40 및 41)은 다층 세라믹 기판의 치수를 제어한다. 소결 이후에, 기판은 각각의 개별 다층 세라믹 제품(35)으로부터 국부적인 커프 영역(30)내의 비조밀 구조물(40 및 41)을 분리하면서 개별 제품(35)으로 다이싱된다.

연속적인 비조밀 구조물(40)은 이 형상의 작은 갭이 크기에 있어서 1 내지 1.5 밀리미터를 초과하지 않는 한, 단절 또는 그 작은 갭을 수용할 수 있다. 이러한 갭들은 종종 사후 다이싱 프로세싱에 대한 경로를 제공하기 위하여 필요하며, 갭 폭이 주어진 갭 주의의 비조밀 구조물(40)의 길이보다 더 작은 한 허용된다.

또한, 금속화되 설계 영역 내의 국부적인 비금속화된 영역을 포함하는 특정 기판 설계들에 대하여, 개별적인 별개의 맞춤화된 형상들이 국부적인 변형을 제어하는데 요구됨에 따라 이용가능한 비금속화된 영역들에 배치될 수 있다. 이러한 별개의 맞춤화된 형상들은 통상적으로 연속적인 비조밀 구조물과 동일한 재료로 제조될 수 있다. 예를 들어, 통상적인 치수는 0.0003 인치로부터 0.001 인치 까지의 범위의 두께, 0.002 인치로부터 0.008 인치 까지의 범위의 폭 및 국부적인 비금속화 구역의 영역에 의해 결정되는 길이를 포함한다.

또 다른 실시형태에서, 도 3a 를 참조하면, 본 발명은 소결 이전에 개별 제품들 사이에 커프 영역(30)에 연속적인 비조밀 구조물(41)을 배치하고, 후소결 습식 사이징을 이용하여 이 제품(35)으로부터 연속적인 비조밀 구조물(41)을 분리함으로써 핫 프레싱 소결 동안에 멀티-업 적층물(100)에 개별적인 제품(35)의 후소결 치수를 제어하는 방법을 제공한다. 도 3b 에 나타낸 바와 같이, 하나 이상의 연속적인 비조밀 구조물(41)들은, 외부 압력을 이용함으로써 생성된 소결 적층물(100)이내에 국부적인 조밀 레이트 가변성을 균형잡기 위해 적절히 맞춤화된 형상(51)들을 이용하여 개별적인 제품(35)들 사이에 커프 영역(30)에 하나 이상의 멀티-업 세라믹 그린시트(10, 12)상에 배치된다.

이 멀티-업 세라믹 그린시트들은 스택화되고 적층되어 멀티-업 그린 세라믹 적층물(100)을 형성하고, 이는 외부 커프 영역(20)을 제거하도록 그린 사이징되고 소결되며, 여기서 국부적인 비조밀 구조물(51)과 함께 이 연속적인 비조밀 구조물(40 및 41)은 다층 세라믹 기판에서 개별적인 제품(35)들의 치수를 제어한다. 소결 이후에, 기판은 각각의 개별적인 다층 세라믹 기판 제품(35)으로부터 비조밀 구조물(40, 41 및 51)을 분리하는 개별적인 제품 샘플들로 다이싱된다.

또 다른 실시형태에서, 도 4a 를 참조하면, 본 발명은 소결 중에 그린 시트(10)의 커프 영역(30)에 하나 이상의 연속적인 비조밀 구조물(41)들을 배치하고 하수 소결 습식 사이징 프로세스를 이용하여 이 제품으로부터 이들을 제거함으로써 멀티-업 적층물(100)로서 제조되는 MLC 기판들에서 수용가능한 치수 제어를 유지하는데 요구되는 외부 소결 압력을 감소시키는 방법을 제공한다. 통상적인 핫 프레스 소결 프로세스에서, 그린 적층물(100)의 상부 및 하부 표면만이 핫 프레스 플레이트들 또는 소결 설비를 이용하여 마찰력에 의해 평면 또는 x-y 치수로 수축하는 것을 방지한다. 그린 적층물(100) 내부의 비조밀 구조물(41)들의 부가물은 부가적인 평면 영역에 x-y 치수로의 세라믹 수축을 감소 또는 방지하는 마찰력을 제공한다.

도 4b 를 참조하면, 하나 이상의 연속적인 비조밀 구조물(40, 41, 42 및 43)들이 개별적인 제품(35)들 사이의 커프 영역(30) 내의 하나 이상의 멀티-업 그린시트(10, 12, 13 및 14)상에 배치되어 있다. 이 경우에, 연속적인 비조밀 구조물의 위치 및 형상은 그린 적층물(100) 내부의 비수축 표면들 사이의 수직 거리를 감소시키고 적층물 조밀화 동안에 점도 변형 프로세스 단계의 특성을 변경시키도록 선택 및 설계된다. 이 멀티-업 세라믹 그린시트들이 스택킹 및 적층되어 멀티-업 그린 세라믹 적층물(100)을 형성한 후, 이 적층물은 소결되며, 여기서 연속적인 비조밀 구조물들은 다층 세라믹 기판 내의 개별적인 제품들의 치수를 제어한다. 소결 이후에, 소결화된 적층물(100)은 각각의 개별적인 다층 세라믹 기판 제품(35)으로부터 비조밀 구조물들을 분리하는 개별적인 제품(35)으로 크기 결정된다.

본 발명의 또 다른 실시형태에서, 도 5a 를 참조하면, 연속적인 제 1 비조밀 구조물(41)이, 소결 동안에 멀티-업 그린 세라믹 적층물(100) 의 변형을 제어하는데 사용되는 반면에 연속적인 제 2 비조밀 구조물(60)은 적층 동안에 개별적인 제품(35)들의 변형을 제어하는데 사용된다. 연속적인 제 1 비조밀 구조물(41)은 개별 제품의 제품 영역, 커프 영역(30)에 인접한 영역내의 하나 이상의 멀티-업 세라믹 그린시트(10)들 상에 배치되어 있다.

연속적인 제 2 비조밀 구조물(60)은 외부 주변 커프 영역(20) 내의 하나 이상의 멀티-업 세라믹 그린시트(10)상에 배치되어 있다. 도 5b 에 나타낸 바와 같이, 멀티-업 세라믹 그린시트들은 스택킹 및 적층되어 멀티-업 그린 세라믹 적층물(100)을 형성하고, 이 적층물(100)이 먼저 그린 사이징되어 멀티-업 그린 적층물을 생성하고 핫 프레스에서 소결된다. 연속적인 제 2 비조밀 구조물(60)은 소결 이전에 그린 사이징 단계 동안에 그린 적층물(100)로 부터 분리된다.

이 제 1 및 제 2 비조밀 구조물들은 적층 단계 동안에 그린 적층물 초기 밀도 분포를 맞춤화함으로써 멀티-업 세라믹 적층물의 변형을 제어하고, 이 연속적인 제 1 비조밀 구조물(41)은 핫 프레싱 소결 단계 동안에 멀티-업 적층물의 변형을 제어한다. 후 소결시에, 이 멀티-업 기판은 다이싱되어 개별적인 제품 기판들을 형성하고, 연속적인 제 1 비조밀 구조물은 개별적인 세라믹 기판들로부터 분리된다.

연속적인 비조밀 구조물은 예를 들어 구리, 몰리브덴, 텅스텐, 니켈, 니텔 합금, 스테인리스 스틸, 고밀도(dense) 알루미나 및 산화지르코늄으로 제조될 수 있다. 이 연속적인 비조밀 구조물은 금속일 필요는 없다. 금속-세라믹 혼합물, 폴리머 또는 이미 조밀화되어 있는 세라믹 재료들을 사용할 수도 있다. 일반적으로, 금속 및 폴리머는 연속적인 비조밀 구조물에 대한 재료로서 세라믹스에 비하여 이점을 가지며, 그 이유는 금속 및 폴리머가 부하를 받는 상태로 파열되지 않고 변형될 수 있기 때문이다.

연속적인 비조밀 구조물의 치수는 제품 그린시트들의 특정 설계에 대하여 맞춤화되어 있다. 특정 설계에 대한 연속적인 비조밀 구조물의 치수를 조정하는 것은 당업자에게 명확하게 된다. 통상적인 치수는, 예를 들어 0.0003 인치 내지 0.001 인치의 범위의 두께 및 0.5 밀리미터 보다 더 큰 폭을 포함한다.

본 발명을 멀티-업 적층물에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 멀티-업 적층물로 제한되지는 않는다. 또한, 본 발명은 MCM(multi-chip module)과 같은 단일 제품 적층물 또는 원-업(one-up) 적층물에 적용될 수 있다.

여기서 특별히 개시하는 실시형태들 이외의 본 발명의 다른 변형예들을 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 행할 수 있음을 이 명세서에 관련된 당업자에게 명백하다. 따라서, 이러한 변형예들은 첨부된 청구항들에 의해서만 제한되는 것으로 본 발명의 범위 내에서 고려된다.

Claims (25)

1. 부하를 받는 상태로 소결된 다층 세라믹 기판의 후소결(post sinter) 치수를 제어하는 방법으로서,

   하나 이상의 연속적인 제 1 비조밀(non-densifying) 구조물(40)을 제공하는 단계;

   국부적인 주변 커프(kerf) 영역(30)과 외부 주변 커프 영역(20)을 가지는 하나 이상의 개별 맞춤형(personalized) 세라믹 그린시트(10)를 제공하는 단계;

   상기 하나 이상의 개별 맞춤형 세라믹 그린시트(10)의 상기 국부적인 주변 커프 영역(30) 상에 상기 하나 이상의 연속적인 제 1 비조밀 구조물(40)을 배치하는 단계;

   개별 맞춤형 그린시트들의 스택에 상기 하나 이상의 연속적인 제 1 비조밀 구조물(40)을 가지는 상기 하나 이상의 개별 맞춤형 세라믹 그린시트(10)를 배치하는 단계;

   그린 세라믹 적층물(laminate)(100)을 형성하기 위하여, 상기 개별 맞춤형 세라믹 그린시트들의 스택을 적층(laminating)하는 단계로서, 상기 하나 이상의 연속적인 제 1 비조밀 구조물(40)은 적층 동안에 상기 그린 세라믹 적층물(laminate)(100)의 치수를 적어도 부분적으로 제어하는 것인, 적층 단계;

   다층 세라믹 기판을 형성하기 위해 부하를 받는 상태로 상기 그린 세라믹 적층물(100)을 소결하는 단계로서, 상기 하나 이상의 연속적인 제 1 비조밀 구조물(40)은 소결 동안에 상기 다층 세라믹 기판의 치수를 적어도 부분적으로 제어하는 것인, 소결 단계

   를 포함하고,

   상기 제1 비조밀 구조물은 금속, 세라믹, 폴리머 또는 이들의 조합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, 상기 세라믹 그린시트보다 덜 조밀한 것인

   후소결 치수의 제어 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 다층 세라믹 기판을 후소결 사이징(post sinter sizing)하여 상기 다층 세라믹 기판으로부터 상기 하나 이상의 연속적인 제 1 비조밀 구조물(40)을 분리하는 단계를 더 포함하는 것인 후소결 치수의 제어 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   하나 이상의 연속적인 제 2 비조밀 구조물(60)을 제공하는 단계;

   적층하기 이전에 상기 하나 이상의 개별 맞춤형 세라믹 그린시트(10)의 외부 주변 커프 영역(20) 상에 상기 하나 이상의 연속적인 제 2 비조밀 구조물(60)을 배치하는 단계로서, 상기 하나 이상의 연속적인 제 2 비조밀 구조물(60)은 적층 동안에 상기 그린 세라믹 적층물(100)의 치수를 적어도 부분적으로 제어하는 것인, 하나 이상의 연속적인 제 2 비조밀 구조물(60)의 배치 단계;

   상기 그린 세라믹 적층물(100)을 전소결 사이징(pre-sinter sizing)하여 소결 이전에 상기 그린 세라믹 적층물(100)로부터 상기 하나 이상의 연속적인 제 2 비조밀 구조물(60)을 분리하는 단계

   를 더 포함하고,

   상기 제2 비조밀 구조물은 금속, 세라믹, 폴리머 또는 이들의 조합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, 상기 세라믹 그린시트보다 덜 조밀한 것인

   는 것인 후소결 치수의 제어 방법.
4. 삭제
5. 제 3 항에 있어서, 상기 연속적인 제 1 및 제 2 비조밀 구조물은 몰리브덴, 니켈, 구리, 텅스텐, 스테인리스-스틸 및 산화지르코늄으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 금속인 것인 후소결 치수의 제어 방법.
6. 삭제
7. 멀티-업(multi-up) 그린 세라믹 적층물로서 부하를 받는 상태로 적층 및 소결되는 다층 세라믹 기판의 후소결 치수를 제어하는 방법으로서,

   하나 이상의 연속적인 제 1 비조밀 구조물(40)을 제공하는 단계;

   국부적인 커프 영역(30)에 의해 분리되는 복수의 제품 샘플(35)과 외부 주변 커프 영역(20)을 가지는 하나 이상의 개별 맞춤형 세라믹 그린시트(10)를 제공하는 단계;

   상기 하나 이상의 개별 맞춤형 세라믹 그린시트(10)의 상기 국부적인 커프 영역(30) 상에 상기 하나 이상의 연속적인 제 1 비조밀 구조물(40)을 배치하는 단계;

   개별 맞춤형 그린시트들의 스택에 상기 하나 이상의 연속적인 제 1 비조밀 구조물(40)을 가지는 상기 하나 이상의 개별 맞춤형 세라믹 그린시트(10)를 배치하는 단계;

   상기 멀티-업 그린 세라믹 적층물(100)을 형성하기 위해 상기 개별 맞춤형 세라믹 그린시트들의 스택을 적층하는 단계로서, 상기 하나 이상의 연속적인 제 1 비조밀 구조물(40)은 적층 동안에 상기 멀티-업 그린 세라믹 적층물(100)의 치수를 적어도 부분적으로 제어하는 것인, 개별 맞춤형 세라믹 그린시트들의 스택 적층 단계; 및

   멀티-업 다층 세라믹 기판을 형성하기 위해 부하를 받는 상태로 상기 멀티-업 그린 세라믹 적층물(100)을 소결하는 단계로서, 상기 하나 이상의 연속적인 제 1 비조밀 구조물(40)은 소결 동안에 상기 멀티-업 다층 세라믹 기판의 치수를 적어도 부분적으로 제어하는 것인, 상기 멀티-업 그린 세라믹 적층물(100)의 소결 단계

   를 포함하고,

   상기 제1 비조밀 구조물은 금속, 세라믹, 폴리머 또는 이들의 조합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, 상기 세라믹 그린시트보다 덜 조밀한 것인

   후소결 치수의 제어 방법.
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 다층 세라믹 적층 구조체로서,

    상기 다층 세라믹 적층 구조체는

    복수의 적층화된 세라믹 그린시트;

    국부적인 주변 커프 영역(30) 및 외부 주변 커프 영역(20)을 가지는 하나 이상의 개별 맞춤형 세라믹 그린시트(10);

    상기 하나 이상의 개별 맞춤형 세라믹 그린시트(10)의 상기 국부적인 주변 커프 영역(30) 상에 배치되는 하나 이상의 연속적인 제 1 비조밀 구조물(40); 및

    상기 외부 주변 커프 영역(20)상에 배치되는 하나 이상의 연속적인 제 2 비조밀 구조물(60)

    을 포함하고,

    상기 제1 및 제2 비조밀 구조물은 금속, 세라믹, 폴리머 또는 이들의 조합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, 상기 세라믹 그린시트보다 덜 조밀한 것이고,

    상기 외부 주변 커프 영역은 상기 다층 세라믹 적층 구조체를 소결하기 전에 그린 사이징(green sized away)되는 것이고, 상기 국부 주변 커프 영역은 상기 다층 세라믹 적층 구조체를 소결한 후에 상기 다층 세라믹 적층 구조체로부터 분리되어 지는 것인

    다층 세라믹 적층 구조체.
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제
19. 멀티-업 다층 세라믹 적층 구조체로서,

    상기 멀티-업 다층 세라믹 적층 구조체는

    복수의 적층화되는 세라믹 그린시트;

    국부적인 커프 영역(30)에 의해 분리되는 복수의 제품 샘플(35) 및 외부 주변 커프 영역(20)을 가지는 하나 이상의 개별 맞춤형 세라믹 그린시트(10);

    상기 하나 이상의 개별 맞춤형 세라믹 그린시트(10)의 상기 국부적인 커프 영역(30) 상에 배치되는 하나 이상의 연속적인 제 1 비조밀 구조물(40); 및

    상기 외부 주변 커프 영역(20)상에 배치되는 하나 이상의 연속적인 제 2 비조밀 구조물(60)

    을 구비하고,

    상기 제1 및 제2 비조밀 구조물은 금속, 세라믹, 폴리머 또는 이들의 조합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, 상기 세라믹 그린시트보다 덜 조밀한 것이고,

    상기 외부 주변 커프 영역은 상기 멀티-업 다층 세라믹 적층 구조체를 소결하기 전에 그린 사이징(green sized away)되는 것이고, 상기 국부 주변 커프 영역은 상기 멀티-업 다층 세라믹 적층 구조체를 소결한 후에 상기 멀티-업 다층 세라믹 적층 구조체로부터 분리되어 지는 것인

    멀티-업 다층 세라믹 적층 구조체.
20. 삭제
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23. 삭제
24. 삭제
25. 제 14 항에 있어서, 상기 다층 세라믹 적층물 내의 국부적인 변형을 제어하기위한 별개의 맞춤화된 형상들을 더 포함하는 것인 다층 세라믹 적층 구조체.

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