KR100949545B1 - Non-shrinkage manufacturing method for low temperature co-fired ceramics with glass-ceramics - Google Patents
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Abstract
본 발명은 저온동시소성세라믹 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저온동시소성세라믹(LTCC) 소성가공시 세라믹의 수축을 줄이도록 하여, 소성에 따른 수축 불균일을 낮추도록 하는 저온동시소성세라믹 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a low-temperature co-fired ceramic manufacturing method, and more particularly, to reduce the shrinkage of the ceramic during low-temperature co-fired ceramic (LTCC) plastic processing, to reduce the shrinkage unevenness according to the low temperature co-fired ceramic manufacturing method It is about.
이와 같은 본 발명의 특징은 다층 세라믹 기판이 되는 엘티씨씨의 세라믹층이 형성되도록 하고, 세라믹층의 상하로 접해지는 양측의 보호층을 준비하며, 보호층의 상하로 접해지는 상하의 고정층을 준비하여 세라믹층 제조공정을 준비하는 세라믹층준비공정단계; 세라믹층 상하면으로 보호층이 형성되고 상하 양측 보호층의 상하면으로 고정층이 형성된 상태에서 소성가공하여 소성세라믹레이어가 형성되도록 하는 소성가공단계; 상하면의 고정층을 제거하는 고정층제거단계; 고정층이 제거된 소성세라믹레이어에서 상하면의 보호층을 제거하여 엘티씨씨세라믹층이 형성되도록 하는 보호층제거단계가 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.This feature of the present invention is to make the ceramic layer of the LTC to be a multi-layer ceramic substrate is formed, to prepare the protective layer on both sides of the upper and lower contact with the ceramic layer, and to prepare the upper and lower fixed layer to contact the upper and lower sides of the ceramic layer A ceramic layer preparation process step of preparing a layer manufacturing process; A plastic working step of forming a ceramic layer by forming a protective layer on the upper and lower surfaces of the ceramic layer and forming a fixed layer on the upper and lower sides of the upper and lower protective layers; A fixed layer removing step of removing upper and lower fixed layers; A protective layer removing step of removing the upper and lower protective layers from the plastic ceramic layer in which the fixed layer is removed to form an LC ceramic layer is included.
저온동시소성세라믹, 세라믹, 인쇄회로기판, 소성 Simultaneous Low Temperature Plasticity, Ceramic, Printed Circuit Board, Firing
Description
본 발명은 저온동시소성세라믹 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저온동시소성세라믹(LTCC) 소성가공시 세라믹의 수축을 줄이도록 하여, 소성에 따른 수축 불균일을 낮추도록 하는 저온동시소성세라믹 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a low-temperature co-fired ceramic manufacturing method, and more particularly, to reduce the shrinkage of the ceramic during low-temperature co-fired ceramic (LTCC) plastic processing, to reduce the shrinkage unevenness according to the low temperature co-fired ceramic manufacturing method It is about.
근래 컴퓨터, 이동통신 및 전자기기 등에 적용되는 회로기판은 점점 작게 집적화되면서 그 성능은 더욱 향상되고 있는 추세이다. 이에 따라 다층으로 형성되는 인쇄회로기판(Multi-layer Printed Circuit Board)는 세라믹을 이용한 소성가공으로 하여 제조되는 기술이 적용되고 있는 것이다.Recently, the circuit boards applied to computers, mobile communication, and electronic devices have been increasingly integrated, and their performance is further improved. Accordingly, a technology for manufacturing a multi-layer printed circuit board by plastic processing using ceramics is applied.
즉 대한민국 특허 제0364926호(측면 실장이 가능한 저온 동시 소성 세라믹 모듈 및 그 제조 방법)와 같은 종래기술에 따르면, 인쇄회로기판의 소성에 따른 기술은 저온동시소성 세라믹(LTCC, LOW TEMPERATURE CO-FIRED CERAMICS) 기술이 적용 되어 제조되는 것이다.That is, according to the prior art, such as Korean Patent No. 064926 (Low Temperature Simultaneous Firing Ceramic Module and Manufacturing Method Thereof), the technology of firing a printed circuit board is a low temperature simultaneous firing ceramic (LTCC, LOW TEMPERATURE CO-FIRED CERAMICS). ) It is manufactured by applying technology.
이와 같은 LTCC는 다수의 층으로 하는 세라믹층에 각 소자 및 전기전도가 우수한 Ag, Cu 등으로 하는 회로 등을 구성한후, 소성가공하여 인쇄회로기판을 제조하는 것이다.In the LTCC, a printed circuit board is manufactured by forming a circuit made of Ag, Cu or the like having excellent element and electric conductivity in a ceramic layer having a plurality of layers, followed by plastic working.
그러나 이와 같은 LTCC 에 의한 제조방법은 다층의 인쇄회로기판의 제조과정이 편리함을 줄 수 있으나, 그 크기가 커다란 인쇄회로기판의 제조시에는 소성시 세라믹의 수축시 각 층의 수축 불균일로 인하여, 다층으로 형성된 인쇄회로의 구성이 불량하게 되는 것이다.However, the LTCC manufacturing method can give a convenient manufacturing process of a multilayer printed circuit board. However, in the manufacture of a large printed circuit board, due to the shrinkage unevenness of each layer during shrinkage of the ceramic during firing, the multilayer The configuration of the printed circuit formed by this will be poor.
이에 도 1과 같이 수축되는 세라믹(111)의 상부와 하부면에 각각 알루미나(Al2O3)(112)를 함께 구비하여 소성하는 무수축 제조방법이 개발되고 있다. 그러나 이와 같은 무수축 제조방법은 소성된 상부 및 하부에 비하여 중앙 부분의 수축이 심하여 다층으로 형성되는 회로가 사용이 불가능하게 되는 문제점이 발생되는 것이다.Accordingly, as shown in FIG. 1, a non-shrinkage manufacturing method for firing the alumina (Al 2 O 3 ) 112 together with the upper and lower surfaces of the contracted ceramic 111 is developed. However, such a non-shrinkage manufacturing method is a problem that the circuit formed in a multi-layer due to severe shrinkage of the central portion compared to the fired top and bottom is not available.
상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 본 발명은 LTCC 의 소성가공시에도 균일하게 수축되도록 하여 양호한 상태의 다층 인쇄회로기판이 제조되도록 하는 목적이 있다.The present invention for solving the above problems is to ensure that even in the plastic processing of the LTCC uniform shrinkage to produce a multilayer printed circuit board in a good state.
특히 알루미나 분말 및 글래스세라믹 분말로 하는 보호층에 의하여 보다 양호한 상태로 수축되도록 하여 성능이 우수한 인쇄회로기판이 제조되도록 하는 목적이 있다.In particular, a protective layer made of alumina powder and glass ceramic powder may be shrunk in a better state to produce a printed circuit board having excellent performance.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 저온동시소성세라믹 제조방법은,Low temperature co-fired ceramic manufacturing method of the present invention for achieving the above object,
다층 세라믹 기판이 되는 엘티씨씨의 세라믹층이 형성되도록 하는 세라믹층 준비단계;A ceramic layer preparation step of forming a ceramic layer of LTC to be a multilayer ceramic substrate;
상기 세라믹층의 상하면으로 접해지는 양측의 보호층을 준비하는 보호층준비단계;A protective layer preparation step of preparing protective layers on both sides contacting the upper and lower surfaces of the ceramic layer;
상하 양측의 상기 보호층의 상하면으로 접해지는 상하 양측의 고정층을 준비하여 세라믹층 제조공정을 준비하는 세라믹층준비공정단계;A ceramic layer preparation step of preparing a ceramic layer manufacturing process by preparing fixed layers on both upper and lower sides contacting the upper and lower surfaces of the protective layer on both upper and lower sides;
상기 세라믹층준비공정단계에 의하여 세라믹층 상하면으로 보호층이 형성되고 상하 양측 보호층의 상하면으로 고정층이 각각 형성된 상태에서 소성가공하여 소성세라믹레이어가 형성되도록 하는 소성가공단계;A plastic processing step of forming a ceramic ceramic layer by forming a protective layer on the upper and lower surfaces of the ceramic layer by the ceramic layer preparation step and forming a ceramic layer on the upper and lower sides of the upper and lower protective layers, respectively;
상기 소성세라믹레이어에서 상하면의 고정층을 제거하는 고정층제거단계;A fixed layer removing step of removing the upper and lower fixed layers from the calcined ceramic layer;
고정층이 제거된 소성세라믹레이어에서 상하면의 보호층을 제거하여 엘티씨씨세라믹층이 형성되도록 하는 보호층제거단계가 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.A protective layer removing step of removing the upper and lower protective layers from the plastic ceramic layer in which the fixed layer is removed to form an LC ceramic layer is included.
이에 상기 보호층준비단계의 상기 보호층은 알루미나(Al2O3) 분말 또는 글래스세라믹(Glass Ceramic) 분말이 포함되어 이루어지는 것으로, 특히 40 ~ 60 부피비의 알루미나(Al2O3) 분말에 대하여 60 ~ 40 무게비의 글래스세라믹(Glass Ceramic) 분말로 이루어지는 것을 특징으로 한다.Accordingly, the protective layer of the protective layer preparation step includes alumina (Al 2 O 3 ) powder or glass ceramic (Glass Ceramic) powder, in particular 60 to 40 by weight relative to the alumina (Al 2 O 3 ) powder of 40 to 60 volume ratio It is characterized by consisting of glass ceramic (Glass Ceramic) powder.
또한 상기 세라믹층준비공정단계의 상기 고정층은 알루미나(Al2O3) 분말이 포함되어 이루어질 수 있다.In addition, the pinned layer of the ceramic layer preparation process step may include alumina (Al 2 O 3 ) powder.
나아가 상기 소성가공단계는 800 ~ 1000 ℃에서 소성가공되도록 구비될 수 있다.Further, the plastic working step may be provided to be plastic processed at 800 ~ 1000 ℃.
상기와 같이 구성되는 본 발명은 LTCC 의 소성가공시에도 균일하게 수축되도록 하여 양호한 상태의 다층 인쇄회로기판이 제조되도록 하는 탁월한 효과가 있다.The present invention configured as described above has an excellent effect of uniformly shrinking even during plastic processing of the LTCC to produce a multilayer printed circuit board in a good state.
특히 종래의 무수축법에 비하여 알루미나 분말 및 글래스세라믹 분말로 하는 보호층에 의하여 보다 양호한 상태로 수축되도록 하여 성능이 우수한 인쇄회로기판이 제조되도록 하는 장점이 있다.In particular, compared with the conventional non-shrinkage method, the protective layer made of alumina powder and glass ceramic powder can be shrunk in a better state to produce a printed circuit board having excellent performance.
이하 첨부되는 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail.
도 2는 본 발명에 따른 LTCC 기판 레이어에 대한 개략적인 예시도, 도 3은 본 발명에 따른 LTCC 제조공정의 세라믹레이어에 대한 개략적인 예시도, 그리고 도 4는 본 발명에 따른 LTCC 제조공정에 대한 흐름도를 각각 도시한 것이다.Figure 2 is a schematic illustration of the LTCC substrate layer according to the present invention, Figure 3 is a schematic illustration of a ceramic layer of the LTCC manufacturing process according to the present invention, and Figure 4 is a LTCC manufacturing process according to the present invention Each flowchart is shown.
즉 본 발명에 따른 저온동시소성세라믹 제조방법은 도 2 내지 도 4에서와 같이 다층으로 되는 저온동시소성세라믹(LTCC, Low Temperature Co-fired Ceramics)(이하 "엘티씨씨"라고 한다)의 제조에 관한 것으로, 특히 다층 인쇄회로기판인 엘티씨씨 레이어를 형성한 다음에, 각각 상하면으로 분말로 되는 알루미나층 및 글래스세라믹층 등을 형성하여 인쇄회로기판의 수축율이 낮아지도록 형성되도록 하는 제조방법이다.That is, the method for manufacturing low temperature co-fired ceramics according to the present invention relates to the manufacture of low temperature co-fired ceramics (LTCC) (hereinafter referred to as "LTC") that becomes a multilayer as shown in FIGS. In particular, after forming the LTC layer, which is a multilayer printed circuit board, and then forming an alumina layer and a glass ceramic layer of powder on the upper and lower surfaces, respectively, to reduce the shrinkage of the printed circuit board.
이를 위한 구체적인 제조과정을 살펴보면, 도 2 및 도 4와 같이, 다층 세라믹 기판이 되는 엘티씨씨의 세라믹층(10)이 형성되도록 하는 세라믹층 준비단계(S01)를 진행한다. 이와 같은 다층 인쇄회로기판의 엘티씨시의 세라믹층(10)의 형성방법은 일반적인 엘티씨씨 기판의 제조방법에 의하여 제조될 수 있다.Looking at the specific manufacturing process for this, as shown in Figure 2 and 4, to proceed to the ceramic layer preparation step (S01) to form the
이후 상기 세라믹층(10)의 상하면으로 접해지는 양측의 보호층(12)(12')을 준비하는 보호층준비단계(S02)를 진행한다.Subsequently, a protective layer preparation step (S02) of preparing
이에 보호층(12)(12')은 알루미나(Al2O3) 분말 또는 글래스세라믹(Glass Ceramic) 분말이 포함되어 이루어지는 것으로, 특히 상기 보호층(12)(12')은 40 ~ 60 무게비의 알루미나(Al2O3) 분말에 대하여 60 ~ 40 무게비의 글래스세라믹(Glass Ceramic) 분말로 이루어지는 것이다.Accordingly, the
이러한 글래스세라믹은 유리와 달리 도자기(세라믹스)와 같이 미세한 결정으로 구성된 유리로, 결정화 유리라고도 한다. 이러한 글래스세라믹은 조직이 치밀하다.Unlike glass, such glass ceramics are made of fine crystals such as ceramics (ceramics), and are also called crystallized glass. Such glass ceramics are dense in structure.
이후 상하 양측의 상기 보호층(12)(12')의 상하면으로 접해지는 상하 양측의 고정층(13)(13')을 준비하여 세라믹층 제조공정을 준비하는 세라믹층준비공정단계(S03)를 진행한다.Thereafter, the upper and lower fixed
이에 고정층(13)(13')은 알루미나(Al2O3) 분말이 포함되어 이루어지는 것이다. 따라서 엘티씨씨(LTCC)의 다층 세라믹 인쇄회로기판(Multi-layer Ceramic substrate PCT(Printed Circuit Board))을 위한 세라믹층(10)을 중심으로 하여 양측의 상하면으로 각각 보호층(12)(12')과 고정층(13)(13')이 형성된 레이어층이 형성되는 것이다.Accordingly, the
이와 같이 세라믹층(10)을 중심으로 하여 보호층(12)(12') 및 고정층(13)(13')이 층을 이룬 상태에서 소성가공하게 된다.In this way, the
즉 상기 세라믹층준비공정단계(S03)에 의하여 세라믹층(10) 상하면으로 보호층(12)(12')이 형성되고 상하 양측 보호층(12)(12')의 상하면으로 고정층(13)(13')이 각각 형성된 상태에서 소성가공하여 소성세라믹레이어(15)가 형성되도록 하는 소성가공단계(S04)의 공정을 진행한다.That is, the protective layer 12 (12 ') is formed on the upper and lower surfaces of the
이때 소성온도는 800 ~ 1000 ℃에서 소성가공되도록 구비되는 것으로, 엘티씨씨(LTCC)로 되는 다층 인쇄회로기판의 세라믹층(10)은 소성가공되어, 엘티씨씨세라믹층(11)을 형성하게 되는 것이다.At this time, the firing temperature is provided to be plastically processed at 800 to 1000 ° C., and the
그러나 알루미나(Al2O3) 분말층은 1500 ℃에서 소성되기 때문에 엘티씨씨 세라믹의 소성온도에서는 소성변화되지 않는다. 따라서 소성가공단계(S04)에서 고정층(13)(13')은 도 2에서와 같이 소성변화되지 않는 것이다.However, since the alumina (Al 2 O 3) powder layer is fired at 1500 ° C., the firing temperature of the LC ceramic is not changed. Therefore, in the plastic working step S04, the
하지만 보호층(12)(12')은 알루미나(Al2O3) 분말 40 ~ 60 무게비에 대하여 60 ~ 40 무게비의 글래스세라믹스(Glass Ceramics, 결정화(結晶化) 유리) 분말이 포함되어 이루어지는 것으로, 소성변화되지 않는 알루미나에 대하여 글래스세라믹스는 일부 소성변화를 일으키게 된다.However, the
하지만 소성가공시 엘티씨씨의 세라믹층(10) 보다는 글래스세라믹스가 적게 수축되기 때문에, 결국 도 2에서와 같이 소성가공후 글래스세라믹스와 엘티씨씨세라믹층(11)이 서로 원호형상으로 하여 수축되는 상태를 보이게 되는 것이다.However, since the glass ceramics shrink less than the
이에 보호층에 있어서, 알루미나(Al2O3) 분말과 글래스세라믹 분말의 무게비는 다층 인쇄회로기판으로 형성되는 엘티씨씨 세라믹층의 구성에 따라 알맞게 조절 이 가능하다.In the protective layer, the weight ratio of the alumina (Al 2 O 3 ) powder and the glass ceramic powder can be adjusted according to the configuration of the LC ceramic layer formed of a multilayer printed circuit board.
특히 보호층은 더욱 세분화하여 형성될 수 있는 것으로, 중앙의 세라믹층(10)과 가까운 곳의 경우에는 소성가공시 많은 수축이 되도록 하기 위하여 알루미나(Al2O3)와 글래스세라믹이 40 : 60의 무게비가 되도록 하고, 반대로 고정층 쪽으로는 수축이 덜 되도록 하기 위하여 알루미나(Al2O3)와 글래스세라믹이 60 : 40의 무게비가 되도록 하며, 중앙 부분은 각각 50 : 50의 무게비가 되도록 하여 구분되는 층으로 형성될 수도 있는 것이다.In particular, the protective layer may be formed by further subdividing. In the case of the close to the central
이후 상기 소성세라믹레이어(15)에서 상하면의 고정층(13)(13')을 제거하는 고정층제거단계(S05) 및 고정층(13)(13')이 제거된 소성세라믹레이어(15)에서 상하면의 보호층(12)(12')을 제거하여 엘티씨씨세라믹층(11)이 형성되도록 하는 보호층제거단계(S06)가 진행되는 것이다.After the fixed layer removal step (S05) of removing the fixed layer (13, 13 ') of the upper and lower surfaces in the calcined ceramic layer (15) and the protection of the upper and lower surface in the calcined ceramic layer (15) from which the fixed layer (13, 13') is removed. The protective layer removing step S06 is performed to remove the
이에 고정층(13)(13') 및 보호층(12)(12')의 제거는 일반적인 제거방법을 이용할 수 있다. 그 일예로 초음파 세정공정에 의하여 제거될 수 있는 것이다.Accordingly, the removal of the pinned
이상에서와 같이 엘티씨씨 세라믹층을 소성가공에 의하여 수축됨을 알루미나 및 글래스세라믹스로 하는 보호층의 소성에 따른 수축변화에 의하여, 제조되는 다층 인쇄회로기판의 불균일을 줄이는 장점이 있다. 그리하여 다수의 금속선과 다층으로 되는 인쇄회로기판의 상태가 양호하도록 제조되는 장점이 있는 것이다.As described above, there is an advantage of reducing the nonuniformity of the multilayer printed circuit board manufactured by the shrinkage change according to the firing of the protective layer made of alumina and glass ceramics that the LTCC ceramic layer is shrunk by plastic working. Thus, there is an advantage that the state of the printed circuit board which is formed of a plurality of metal wires and a multilayer is good.
이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 일실시예를 기재한 것이므로, 상기 실시예의 기재에 의하여 본 발명의 기술적 사상이 제한적으로 해석되어서는 아니된다.The embodiments of the present invention have been described in detail above, but since the embodiments have been described so that those skilled in the art to which the present invention pertains can easily carry out the present invention, The technical spirit of the present invention should not be interpreted limitedly.
도 1은 종래기술에 따른 PCB 제조과정에 대한 개략적인 예시도.1 is a schematic illustration of a PCB manufacturing process according to the prior art.
도 2는 본 발명에 따른 LTCC 기판 레이어에 대한 개략적인 예시도.2 is a schematic illustration of an LTCC substrate layer in accordance with the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 LTCC 제조공정의 세라믹레이어에 대한 개략적인 예시도.Figure 3 is a schematic illustration of a ceramic layer of the LTCC manufacturing process according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 LTCC 제조공정에 대한 흐름도.4 is a flow chart for the LTCC manufacturing process according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10 : 세라믹층 11 : 엘티씨씨세라믹층10: ceramic layer 11: LTC ceramic layer
12, 12' : 보호층 13, 13' : 고정층12, 12 ':
15 : 소성세라믹레이어15: calcined ceramic layer
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