KR100989342B1 - 세라믹 다층기판의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
정확하게 또한 용이하게 세라믹 다층 기판을 제조할 수 있는 세라믹 다층 기판의 제조 방법 및 세라믹 다층 기판의 집합 기판을 제공한다.
복수장의 미소성의 세라믹 그린 시트(13)의 층 사이에 미소성의 도체 패턴 (14)를 갖고, 복수의 세라믹 다층 기판(10a, 10b, 10c)가 되는 부분을 포함한 미소성 세라믹 적층체(12a)를 형성한다. 세라믹 그린 시트상에는 세라믹 다층 기판(10a, 10b, 10c)의 경계에 따라서, 미소성의 경계 배치 도체 패턴(16)이 배치된다. 경계 배치 도체 패턴(16)은 세라믹 그린 시트(13)과는 소성 수축 거동이 다르고, 미소성 세라믹 적층체(12a)를 소성하면 경계 배치 도체 패턴(16)에 인접하는 부분에 공극(18a, 18b)가 형성된다. 소결 완료 세라믹 적층체(12b)는 공극(18a, 18b)를 통과하는 절단면으로 분할된다.
세라믹 다층기판
Description
본 발명은 세라믹 다층기판의 제조 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 복수의 세라믹층이 적층된 세라믹 다층기판의 제조 방법에 관한 것이다.
복수의 세라믹층이 적층된 세라믹 다층기판은 복수개 정도의 세라믹 다층기판이 되는 부분을 포함하는 집합 기판의 상태에서 동시에 소성하고 소성후에 1개씩의 세라믹 다층기판으로 분할함으로써 효율적으로 제조할 수 있다.
예를 들면, 특허문헌1에는 분할선을 갖는 생 세라믹 시트를 전사 적층해서 적층체를 형성하고, 적층체를 열처리한 후에 분할선에 CO2레이저를 조사하는 등으로 해서 분할 홈을 형성하여 분할함으로써 다수의 기판을 얻는 것이 개시되어 있다.
또한, 특허문헌2에는 미리 생 세라믹 시트의 압착체의 표리면의 양쪽 또는 한쪽에 분할 홈을 형성해 두고, 열처리후에 기판을 휘게 함으로써 분할 홈으로부터 균열을 진행시켜서 분할하여 다수의 기판을 얻는 것이 개시되어 있다.
특허문헌1:일본 실용신안공개 평4-38071호 공보
특허문헌2:일본 특허공개 평5-75262호 공보
그러나, 특허문헌1의 방법에서는 대대적이고, 또한 고가의 CO2레이저 조사장치가 필요하다. 또한, 레이저 조사에는 장시간을 필요로 하고, 절단 가공중에 열 뒤틀림에 의해 기판이 파손할 경우나, 레이저에 의한 열에 의해 절단면 부근이 변형·변질될 경우가 있다.
또한, 특허문헌2의 방법에서는 분할 홈을 형성한 후의 압착체는 반송시에 분할 홈으로부터 변형하거나 파손하는 등의 불량이 발생하는 것이 있다. 또한, 열처리후의 기판을 휘게 했을 때, 분할 홈으로부터 벗어난 의도하지 않는 위치에서 깨져서 불량품이 발생하는 것이 있다. 분할 홈에 따라서 분할할 수 있었던 경우에도, 절단면이 불규칙한 형상이 되고, 규격으로부터 벗어나는 경우가 있다.
본 발명은 이러한 실정을 감안하여, 정확하게 또한 용이하게 세라믹 다층기판을 제조할 수 있는 세라믹 다층기판의 제조 방법 및 세라믹 다층기판의 집합 기판을 제공하려고 하는 것이다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해서, 아래와 같이 구성한 세라믹 다층기판의 제조 방법을 제공한다.
세라믹 다층기판의 제조 방법은 (1)복수의 미소성(未燒成)의 세라믹층을 적층해서 이루어지는 미소성 세라믹 적층체를 형성하는 제 1 공정, (2)상기 미소성 세라믹 적층체를 소성하여 미소성의 상기 세라믹층을 소결시키는 제 2 공정, (3)상기 미소성 세라믹 적층체의 소성에 의해 형성된 소결 완료 세라믹 적층체를 복수의 부분편으로 분할하는 제 3 공정을 구비한다. 상기 제 1 공정에 있어서 형성되는 상기 미소성 세라믹 적층체는 적어도 하나의 미소성의 상기 세라믹층의 한쪽 주면(主面)에 상기 제 3 공정에 있어서 분할되는 상기 소결 완료 세라믹 적층체의 상기 부분편 사이의 경계에 상당하는 부분에 따라서 배치된 인접하는 미소성 세라믹층과 소성 수축 거동이 다른 미소성의 경계 배치 후막 패턴(thick-film pattern)을 포함한다. 상기 제 2 공정에 있어서, 상기 경계 배치 후막 패턴과 상기 경계 배치 후막 패턴에 접하는 상기 세라믹층의 소성 수축 거동의 상위함에 의해, 상기 세라믹층의 적층방향에서 보았을 때 상기 경계 배치 후막 패턴의 외측 가장자리의 적어도 일부에 인접하여 공극을 형성한다. 상기 제 3 공정에 있어서, 상기 공극에 따라서, 상기 소결 완료 세라믹 적층체를 복수의 상기 부분편으로 분할한다.
상기 방법에 의하면, 소결 완료 세라믹 적층체에는 세라믹층의 소성 수축 거동과 경계 배치 후막 패턴의 소성 수축 거동이 다르고, 예를 들면 소성 수축 개시 온도, 소성 수축 종료 온도, 소성 수축률 등의 차이에 의해, 소결 완료 경계 배치 후막 패턴의 측부에 공극이 형성된다. 소결 완료 세라믹 적층체는 절단면이 공극을 통과하도록 하여 부분편으로 분할할 수 있다. 소결 완료 세라믹 적층체를 분할해서 형성되는 부분편은 최종제품에 대응해서 분할된 1개씩의 낱개편이여도, 또한 후공정에서 분할되는 복수개의 낱개편을 포함하는 중간제품이라도 좋다. 미소성의 세라믹층은 세라믹 분말을 시트상으로 성형한 세라믹 그린시트이여도 좋고, 세라믹 분말을 포함하는 페이스트를 층상으로 인쇄한 후막인쇄층이라도 좋다.
바람직한 1 실시형태로서는 미소성의 상기 경계 배치 후막 패턴의 소성 수축 개시 온도는 상기 경계 배치 후막 패턴이 접하는 미소성의 상기 세라믹층의 소성 수축 개시 온도 보다도 낮다.
이 경우, 제 2 공정에 있어서, 소성 온도의 상승에 따라서 경계 배치 후막 패턴은 그 주위의 세라믹층 보다도 먼저 수축을 개시하기 위해서 경계 배치 후막 패턴의 측부에 공극이 형성된다.
바람직한 다른 실시형태로서는 미소성의 상기 경계 배치 후막 패턴의 소성 수축률은 상기 경계 배치 후막 패턴이 접하는 상기 세라믹층의 소성 수축률 보다도 크다.
이 경우, 제 2 공정에 의해 소성될 때, 경계 배치 후막 패턴의 수축량은 그 주위의 세라믹층의 수축량 보다 크기 때문에, 경계 배치 후막 패턴의 측부에 공극이 형성된다.
바람직하게는 상기 미소성 세라믹 적층체는 미소성의 상기 세라믹층의 다른 층 사이에 배치되고, 또한, 각각의 외측 가장자리의 적어도 일부가 미소성의 상기 세라믹층의 적층방향으로 연장하는 공통의 가상 평면에 따라서 배치되어 있는 복수의 상기 경계 배치 후막 패턴을 갖는다.
이 경우, 적층방향으로 연장하는 복수의 공극에 공통의 가상 평면을 경계로서 소결 완료 세라믹 적층체를 분할할 수 있다. 복수의 경계 배치 후막 패턴은 공통의 가상 평면에 관해서 편측에만 배치되어 있어도, 양측에 배치되어 있어도 좋다.
바람직하게는 상기 제 1 공정에 있어서, 상기 미소성 세라믹 적층체의 적어도 한쪽 주면에 상기 미소성의 상기 세라믹층의 소성 온도에서는 실질적으로 소결하지 않는 미소성의 수축 억제용 층을 밀착하는 공정을 포함한다. 상기 제 2 공정에 있어서, 상기 수축 억제용 층이 밀착된 상기 미소성 세라믹 적층체를, 상기 세라믹층의 소결 온도 이상, 또한, 상기 수축 억제용 층이 실질적으로 소결하지 않는 온도에서 소성한다. 상기 제 2 공정과 제 3 공정의 사이에 상기 소결 완료 세라믹 적층체에 밀착하고 있는 미소성의 상기 수축 억제용 층을 제거하는 공정을 더욱 구비한다.
이 경우, 미소성 세라믹 적층체는 적층방향에 수직방향(즉, 미소성 세라믹 적층체의 주면방향)의 소성 수축이 수축 억제용 층에 의해 억제되어, 미소성 세라믹 적층체는 그 두께 방향으로 크게 소성 수축하기 때문에 경계 배치 후막 패턴의 측부에 공극이 발생하기 쉽다.
바람직하게는 상기 미소성의 경계 배치 후막 패턴은 도체재료를 포함하는 미소성의 경계 배치 도체 패턴이다.
바람직하게는 상기 소결 완료 세라믹 적층체의 상기 세라믹층의 층 사이에는 내장 소자를 구성하는 내부회로 도체 패턴을 갖는다. 상기 내부회로 도체 패턴과 상기 경계 배치 도체 패턴은 전기적으로 서로 떨어져 있는 것이 바람직하다.
이 경우, 내부회로 도체 패턴은 소성후에 커패시터, 인덕터, 배선 라인, 그라운드 등의 내장 소자를 구성한다. 내부회로 도체 패턴과 경계 배치 도체 패턴은 서로 전기적으로 독립하고 있으므로, 각각 다른 재료를 사용할 수 있다. 즉, 경계 배치 도체 패턴에는 경계 배치 도체 패턴의 외측 가장자리에 인접해서 공극이 형성되는 재료를 사용하고, 내부회로 도체 패턴에는 내부회로 도체 패턴(내장 소자)의 외측 가장자리에 인접해서 공극이 형성되지 않는 재료를 사용할 수 있어 재료선택의 자유도가 높다.
바람직하게는 상기 경계 배치 도체 패턴의 적어도 일부에 의해, 상기 소결 완료 세라믹 적층체의 상기 세라믹층의 층 사이에 내장 소자가 형성된다.
이 경우, 경계 배치 도체 패턴은 내장 소자를 구성하는 내부회로 도체 패턴의 적어도 일부를 겸할 수 있다. 경계 배치 도체 패턴과 내부회로 도체 패턴에 동일한 재료를 사용할 수 있으므로, 공정을 간략화할 수 있다. 또한, 경계 배치 도체 패턴과 내부회로 도체 패턴의 사이에 간격을 형성할 필요가 없으므로 세라믹 다층기판의 소형화가 가능해진다. 또한, 소결 완료 세라믹 적층체의 절단면에 노출하는 경계 배치 도체 패턴을 이용하여 내부소자와 외부를 전기적으로 접속할 수 있다.
바람직하게는 상기 소결 완료 세라믹 적층체를 복수의 부분편으로 분할하기 전 또는 후에 상기 적층체에 표면 실장형 전자부품을 탑재하는 공정을 구비한다.
또한, 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해서, 아래와 같이 구성한 세라믹 다층 기판의 집합 기판을 제공한다.
세라믹 다층기판의 집합 기판은 서로 접합된 복수의 세라믹층과 상기 세라믹 층 사이의 적어도 하나에서 배치된 도체 패턴을 구비하고, 복수개의 세라믹 다층기판이 되는 부분을 포함하는 타입의 집합 기판이다. 상기 집합 기판을 상기 세라믹층의 적층방향에서 보았을 때, 상기 세라믹 다층기판 사이의 경계에 상기 도체 패턴의 외측 가장자리의 적어도 일부에 인접하여 공극이 형성되어 있다.
상기 구성에 의하면, 집합 기판은 절단면이 공극을 통과하도록 하여 1 또는 2이상의 세라믹 다층기판을 포함하는 부분편으로 분할할 수 있다.
발명의 효과
본 발명에 의하면, 미소성 세라믹층과 미소성 경계 배치 후막 패턴의 소성 수축 거동의 차이에 의해 형성한 공극을 이용하여 소결 완료 적층체를 분할하므로, 정확하게 또한 용이하게 세라믹 다층기판을 제조할 수 있다.
즉, 소결 완료 세라믹 적층체의 절단면은 공극을 통과하므로 위치 어긋남이나 형상의 불균일이 거의 생기지 않는다. 그 때문에 의도하지 않는 위치에서 분할되거나, 절단시에 파손하거나, 절단면이 불균일하거나 하는 일이 없다.
또한, 미소성 세라믹 적층체의 원하는 장소에 도체 패턴과 같이 후막 패턴을 형성하는 것만으로 좋다. 소성함으로써 처음에 공극이 형성되므로, 미소성 세라믹 다층기판의 반송시에 공극으로부터 변형이나 파손이 발생할 일은 없다. 소결 완료의 세라믹 적층체는 공극 부근에 응력을 가함으로써 간단하게 절단할 수 있고, 예를들면, CO2레이저 조사장치와 같은 대대적이고 고가의 장치는 특히 불필요하다. 절단시에 열을 가하지 않아도 좋으므로, 절단면 부근의 열에 의한 변형·변질을 억제할 수 있다.
도1은 세라믹 다층기판의 제조공정을 나타내는 단면도이다.(실시예1)
도2는 경계 배치 도체 패턴을 나타내는 평면도이다.(실시예1)
도3은 세라믹 다층기판의 절단면을 나타내는 사시도이다.(실시예1)
도4은 수축률의 그래프이다.(실시예1)
도5는 세라믹 다층기판의 단면도이다.(변형예1)
도6은 경계 배치 도체 패턴을 나타내는 평면도이다.(변형예2)
도7은 세라믹 다층기판의 제조공정을 나타내는 단면도이다.(실시예2)
부호의 설명
1O:세라믹 다층기판 11:절단면 11a:세라믹층 파단부 11b:공극분할부
12a:미소성 세라믹 적층체 12b:소결 완료 세라믹 적층체
14:면내 도체 패턴(도체 패턴) 15:관통 도체 패턴(도체 패턴)
16,16a,16b:경계 배치 도체 패턴(도체 패턴)
18a,18b:공극 20,22:수축 억제용 그린 시트
50:미소결 세라믹 적층체 52:소결 완료 세라믹 적층체
52a,52b:부분 54:면내 도체 패턴(경계 배치 도체 패턴)
56:공극 58a,58b:절단면
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서, 도1∼도7을 참조하면서 설명한다.
<실시예1> 실시예1의 세라믹 다층기판의 제조 방법에 대해서, 도1∼도4을 참조하면서 설명한다.
우선, 세라믹 다층기판의 제조 방법의 개요에 대해서, 도1의 단면도를 참조 하면서 설명한다.
도1(a)에 나타나 있는 바와 같이 복수개 정도의 세라믹 다층기판이 되는 부분을 포함하는 미소성 세라믹 적층체(12a)의 양면에 수축 억제용 그린 시트(20,22)을 밀착시킨 상태에서 소성을 행한다.
미소성 세라믹 적층체(12a)는 적층된 복수장의 미소성의 세라믹 그린시트(13)의 층 사이에 세라믹 다층기판의 내부전극, 내부배선, 내장 소자 등이 되는 면내 도체 패턴(14)과, 세라믹 다층기판의 경계에 따라서 배치된 경계 배치 도체 패턴(16)이 형성되어 있다. 경계 배치 도체 패턴(16)은 세라믹 그린시트(13)의 적층방향에서 본 도2의 평면도에 나타나 있는 바와 같이 격자상으로 배치된 세라믹 다층기판이 되는 부분의 경계에 따라서 세로방향으로 연장하는 부분(16a)와 가로방향으로 연장하는 부분(16b)이 배치되어 있다.
또한, 세라믹 그린시트(13)에는 세라믹 그린시트를 관통하고, 면내 도체 패턴(14)에 접속된 관통 도체 패턴(15)이 형성되어 있다.
소성에 의해 세라믹 층 사이에 공극이 발생하지 않도록, 세라믹 그린시트(13)의 수축 거동과 면내 도체 패턴(14)의 수축 거동을 맞추도록 하지만, 경계 배치 도체 패턴(16)에 대해서는 미소성 세라믹 적층체(12a)를 소성했을 때의 소결 거동이 세라믹 그린시트(13)의 소결 거동과 크게 다른 재료를 사용한다. 또한, 경계 배치 후막 패턴은 Ag이나 Cu와 같은 도체재료를 주성분으로 하는 도체 패턴인 것이 바람직하지만, 세라믹이나 유리와 같은 절연재료를 주성분으로 하는 절연 패턴이라도 좋다.
이에 따라, 도1(b)에 모식적으로 나타나 있는 바와 같이 소성후의 세라믹 적층체(12b)에는 경계 배치 도체 패턴(16)의 측부에 공극(18a,18b)이 형성된다. 즉, 경계 배치 도체 패턴(16)을 끼운 상하의 세라믹층은 경계 배치 도체 패턴(16)과의 접합에 의해 경계 배치 도체 패턴(16)의 외측 가장자리 근방부분에 있어서 수축이 발생하고, 다른 쪽의 세라믹층과의 사이에 공극(18a,18b)이 형성된다. 또한, 도1(b)은 수축 억제층을 제거한 후의 상태를 도시한 도면이다.
예를 들면, 경계 배치 도체 패턴(16)에는 가열 소결시의 수축률이 세라믹 그린시트(13)의 수축률 보다도 큰 Ag페이스트를 사용한다. 이에 따라 경계 배치 도체 패턴(16)의 수축량이 그 주위의 세라믹 그린시트의 수축량 보다 크기 때문에 경계 배치 도체 패턴(16)의 측부에 공극(18a,18b)이 형성된다.
또는, 경계 배치 도체 패턴(16)에는 소결 개시 온도가 세라믹 그린시트(13)의 소결 개시 온도 보다도 낮은 Ag페이스트를 사용한다. 이 경우, 경계 배치 도체 패턴(16)은 그 주위의 세라믹 그린시트 보다도 먼저 수축을 개시하므로, 경계 배치 도체 패턴(16)의 측부에 공극(18a,18b)이 형성된다.
소성후의 세라믹 적층체(12b)은 구부리면 공극(18a,18b)을 통과하는 절단면으로 분할할 수 있고, 도1(c)에 모식적으로 나타나 있는 바와 같이 세라믹 다층기판이 되는 부분편(1Oa,1Ob,1Oc)으로 분할할 수 있다.
이 때, 부분편(10a,10b,10c)의 절단면(11)에는 도3에 나타나 있는 바와 같이 공극(18a,18b)이 분할된 오목상의 공극분할부(1lb)과 세라믹층이 파단한 거의 평탄한 세라믹층 파단부(11a)가 노출한다. 또한, 세라믹층을 형성하는 세라믹 입자에는 공극분할부(1lb)에서는 입자 경계 파단만이 생기고, 세라믹층 파단부(11a)에서는 입자 경계 파단과 입자 파단이 생겨 있다.
또한, 분할의 개시를 촉진하기 위해서 미소성 세라믹 적층체(12a)의 어느 한쪽 또는 양쪽의 주면에 세라믹 다층기판이 되는 부분의 경계에 따라서 홈을 형성하고 있어도 좋다.
다음에 세라믹 다층기판의 제작예에 관하여 설명한다.
우선, 세라믹 재료를 포함하는 세라믹 그린시트를 준비한다.
세라믹 그린시트는 구체적으로는 CaO(10∼55%), SiO2(45∼70%), A2lO3(0∼30중량%), 불순물(0∼10중량%), B2O3(0∼20중량%)로 이루어지는 조성의 유리 분말50∼65중량%과, 불순물이 0∼10중량%의 A2lO3분말35∼50중량%으로 이루어지는 혼합물을, 유기용제, 가소제 등으로 이루어지는 유기 비히클(organic vehicle)중에 분산시켜서 슬러리를 조제한다. 이어서, 얻어진 슬러리를 닥터 블레이드법이나 캐스팅법에서 시트상으로 성형하고, 미소결 유리 세라믹층(세라믹 그린시트)을 제작한다.
미소결 유리 세라믹층(세라믹 그린시트)은 상술한 시트 성형법에 의해 형성한 세라믹 그린시트인 것이 바람직하지만, 후막인쇄법에 의해 형성한 미소결의 후막인쇄층이어도 좋다. 또한, 세라믹 분말은 상술한 절연체 재료 외에 페라이트 등의 자성체 재료, 티탄산바륨 등의 유전체 재료를 사용할 수도 있지만, 세라믹 그린시트로서는 1050℃이하의 온도에서 소결하는 저온 소결 세라믹 그린시트가 바람직하고, 이 때문에, 상술한 유리 분말은 750℃ 이하의 연화점을 갖는 것이다.
이어서, 펀칭 가공 등에 의해 상기 미소결 유리 세라믹층에 비아(via) 가공한다. 면내 도체 패턴(14)을 형성하기 위해서는 예를 들면 도체재료 분말을 페이스트화한 것을 스크린인쇄법이나 그라비어 인쇄법 등에 의해 인쇄하거나, 또는 소정 패턴 형상의 금속박을 전사하는 등의 방법을 들 수 있다.
상기 도체재료로서는 저저항이고 난산화성 재료의 Ag을 주성분으로 한 것이 바람직하다. 또한, 주성분의 Ag 이외에 특히 세라믹과의 접합 강도가 필요한 경우에는 Al2O3 등의 첨가물을 적어도 1종 이상 첨가해도 개의치 않는다.
도체 페이스트는 상기의 주성분 분말에 대하여, 소정의 비율로 유기 비히클을 소정량 첨가하고, 교반, 혼련함으로써 제작할 수 있다. 단, 주성분 분말, 첨가 성분 분말, 유기 비히클 등의 배합의 순서에는 특별히 제한은 없다.
또한, 유기 비히클은 바인더 수지와 용제를 혼합한 것이며, 바인더 수지로서는 예를 들면 에틸셀룰로오스, 아크릴수지, 폴리비닐부티랄, 메타크릴레이트 수지 등을 사용하는 것이 가능하다.
또한, 용제로서는 예를 들면, 터피네올(terpineol), 디히드로 터피네올, 디히드로터피네올아세테이트, 부틸카르비톨, 부틸카르비톨 아세테이트, 알코올류 등을 사용하는 것이 가능하다.
또한, 필요에 따라, 각종의 분산제, 가소제, 활성제 등을 첨가해도 좋다.
또한, 도체 페이스트의 점도는 인쇄성을 고려하여 50∼700Pa·s로 하는 것이 바람직하다.
또한, 표면의 도체 패턴에는 상하의 층 사이의 도체 패턴끼리를 접속하기 위한 비아 홀 도체나 쓰루홀 도체 등의 관통 도체 패턴(15)이 표면에 노출한 부분도 포함된다. 관통 도체 패턴(15)은 펀칭 가공 등에 의해 유리 세라믹 그린시트에 형성한 관통공에 상기 페이스트를 인쇄에 의해 메워 넣는 등의 수단에 의해 형성된다.
경계 배치 도체 패턴(16)에 사용하는 페이스트는 면내 도체 패턴(14)의 페이스트와 같이 제작·인쇄되는 것이지만, 사용하는 페이스트의 주성분 분말인 Ag분말은 조대분말이나 극단적인 응집 분말이 없고, 도체 페이스트로 한 후의 최대조립의 입경이 5μm이하가 되도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 상기의 미소결 유리 세라믹층(세라믹 그린시트)의 소성 온도에서는 실질적으로 소결하지 않는 알루미나 등의 세라믹 분말을, 유기 바인더, 유기용제, 가소제 등으로 이루어지는 유기 비히클중에 분산시켜서 슬러리를 조제하고, 얻어진 슬러리를 닥터 블레이드법이나 캐스팅법 등에 기초하여 시트상으로 성형하고, 수축 억제용 그린 시트를 제작한다. 수축 억제용 그린 시트의 소결 온도는 예를 들면 1400∼1600℃이며, 미소결 유리 세라믹층(세라믹 그린시트)의 소결 온도에서는 실질적으로 소결하지 않는다.
또한, 이 수축 억제용 그린 시트는 한 장으로 구성해도, 복수장을 적층함으로써 구성해도 좋다. 여기에서, 수축 억제용 그린 시트에 사용하는 세라믹 분말의 평균 입경은 0.1∼5.0μm이 바람직하다. 세라믹 분말의 평균 입경이 0.1μm미만이면, 미소결 유리 세라믹층의 표층 근방에 함유하고 있는 유리와 소성중에 격렬하게 반응하고 소성후에 유리 세라믹층과 수축 억제용 그린 시트가 밀착해서 수축 억제용 그린 시트를 제거할 수 없게 되거나, 입경이 작기 때문에 시트중의 바인더 등 유기성분이 소성중에 분해 비산하기 어렵고 기판중에 디라미네이션(delaminaltion)이 발생하는 것이 있고, 한편 5.0μm을 넘으면 소성 수축의 억제력이 작아져서 기판이 필요 이상으로 x,y방향으로 수축하거나 꾸불꾸불한 경향이 있다.
또한, 수축 억제용 그린 시트를 구성하는 세라믹 분말은 미소결 유리 세라믹층의 소성 온도에서는 실질적으로 소결하지 않는 세라믹 분말이면 좋고, 알루미나 외에, 산화지르코늄이나 마그네시아 등의 세라믹 분말도 사용할 수 있다. 단, 미소결 유리 세라믹층의 표층영역에 유리를 많이 존재시키기 위해서는 표층과 수축 억제용 그린 시트가 접촉하고 있는 경계에서 표층의 유리가 수축 억제용 그린 시트에 대하여 바람직하게 젖을 필요가 있으므로, 미소결 유리 세라믹층을 구성하는 세라믹 분말과 동종의 세라믹 분말인 것이 바람직하다.
이어서, 면내 도체 패턴, 관통 도체 패턴 및 경계 배치 도체 패턴이 형성된 세라믹 그린시트를 적층해서 미소성의 세라믹 적층체를 형성하고, 미소성의 세라믹 적층체의 한쪽 주면, 다른 쪽 주면에 수축 억제용 그린 시트를 각각 겹치고, 예를 들면, 5∼200MPa의 압력하에서 정수압 프레스 등에 기초하여 압착함으로써 세라믹 적층체의 양쪽 주면에 수축 억제용 그린 시트를 갖는 복합 적층체를 제작한다.
또한, 수축 억제용 그린 시트의 두께는 25∼500μm이 바람직하다. 수축 억제용 그린 시트의 두께가 25μm미만이면, 소성 수축의 억제력이 작아져서 기판이 필요 이상으로 xy방향으로 수축하거나 꾸불꾸불한 것이 있다. 한편 500μm을 넘으면, 시트중의 바인더 등의 유기성분이 소성중에 분해 비산하기 어렵고, 기판중에 디라미네이션이 발생하는 경향이 있다.
이어서, 이 복합 적층체를, 주지의 벨트로나 배치로에서 세라믹 적층체의 세라믹 그린시트의 소성 온도, 예를 들면 850∼950℃에서 소성하고 세라믹 적층체를 소결시킨다. 이 때, 미소성의 세라믹 적층체는 수축 억제층용 그린 시트의 구속 작용에 의해 평면방향으로 실질적으로 수축하지 않는 대신에 두께 방향으로는 크게 수축한다.
이어서, 소성후의 복합 적층체로부터 수축 억제용 그린 시트를 제거함으로써 복수의 세라믹 다층기판이 되는 부분을 포함하는 소결 완료 세라믹 적층체를 꺼낸다.
또한, 소성후의 복합 적층체에 있어서, 수축 억제용 그린 시트는 실질적으로 소결하지 않고, 또한 소성전에 포함되어 있었던 유기성분이 비산되고, 다공질의 상태로 되어 있기 때문에 샌드 블래스트법, 웨트 블라스트법, 초음파진동법 등에 의해 용이하게 제거할 수 있다.
수축 억제용 그린 시트를 제거해서 얻어진 세라믹 적층체를, 세라믹 다층기판의 경계에 따라 분할함으로써 세라믹 다층기판의 부분편을 얻을 수 있다.
세라믹 적층체를 분할할 때는 세라믹 다층기판의 경계에 따라 형성된 공극 근방에 응력을 집중해서 균열을 진행하고, 희망 치수 대로 매끄러운 절단면을 가지는 세라믹 다층기판을 얻을 수 있다. 절단면은 배럴연마 등의 평활화처리에 의해 더욱 매끄럽게 해도 좋다.
도4은 세라믹 그린시트에 사용하는 유리 세라믹 모재와 경계 배치 도체 패턴에 사용하는 Ag페이스트의 TMA측정 결과를 나타내는 그래프이다. Ag의 입경에 의해 수축의 타이밍이나 수축률의 큰 차가 명백하게 인정되었다.
실선으로 나타내는 유리 세라믹 모재의 수축 커브는 Ag입경이 3μm과 6μm의 Ag페이스트에 대하여 중간적인 위치에 있다. 쇄선으로 나타내는 입경 3μm의 Ag페이스트는 실선으로 나타내는 유리 세라믹 모재 보다도 수축 개시 온도가 낮은 동시에 파선으로 나타내는 입경 6μm의 Ag페이스트 보다도 수축률이 크다.
입경 3μm의 Ag페이스트를 경계 배치 도체 패턴에 사용했을 경우에는 소성후에 경계 배치 도체 패턴과 세라믹층의 계면 근방에 공극이 생긴다. 한편, 입경 6μm의 Ag페이스트를 경계 배치 도체 패턴에 사용했을 경우에는 소성후에 경계 배치 도체 패턴과 세라믹층의 계면 근방에 공극은 생기지 않는다. 이것으로부터, 경계 배치 도체 패턴에 사용하는 Ag페이스트는 입경이 4∼5μm이하의 것을 사용하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.
한편, Ag페이스트의 수축 거동은 포함되는 Ag의 입경에만 의존하지 않고 변화한다. 예를 들면, Ag의 페이스트중의 함유율, Ag 이외의 불순물 함유율에 의해도 변동한다. 구체적으로는 Ag함유율 85중량%이하의 페이스트인 것, 또는 불순물로서 예를 들면 A2lO3를 0.5중량%이상 함유하는 페이스트인 것이 이것에 상당한다.
경계 배치 후막 패턴과 세라믹 그린시트의 수축 개시 온도 차, 수축 종료 온도 차, 수축률 차에 의해, 경계 배치 도체 패턴의 측부의 공극의 유무나 사이즈를 컨트롤할 수 있다. 예를 들면, 경계 배치 도체 패턴에 사용하는 Ag페이스트중의 Ag의 입경, 입도분포, 형상(구형, 편평 등), 비표면적이나, 첨가물의 입경, 입도분포, 형상, 비표면적, 재료종, 그 외의 코팅의 유무(Ag의 표면상태), 바인더, 용제 등을 적당하게 선택함으로써 경계 배치 도체 패턴의 측부의 공극의 유무나 사이즈를 컨트롤할 수 있다.
<변형예1>세라믹 적층체는 경계 배치 도체 패턴의 양측의 측부에 형성되는 공극의 어느 하나를 통과하는 절단면으로 분할된다. 더 정확하게 절단면이 형성되도록 하고 싶을 경우에는 도5의 단면도에 나타나 있는 바와 같이 경계 배치 도체 패턴(16p,16q,16r,16s)의 어느 하나의 한쪽의 측부(17p,17q,17r,17s)만이 세라믹 다층기판 사이의 경계에 따라서 위치가 직선 위에 갖추어지도록, 경계 배치 도체 패턴(16p,16q,16r,16s)위치나 폭이 다르도록 하면 좋다. 이것에 의해, 소성후의 세라믹 적층체는 경계 배치 도체 패턴(16p,16q,16r,16s)의 측부 중, 적층방향에서 보았을 때 직선 위에 갖추어진 한쪽의 측부(17p,17q,17r,17s)에 형성된 공극(18)을 통과하는 절단면(11s)으로 절단할 수 있다.
또한, 경계 배치 도체 패턴은 절단면에 관해서 양측에 배치하도록 하여도 좋다. 또한, 경계 배치 도체 패턴이 면내 도체 패턴에 겹쳐서 있어도 좋다.
<변형예2>도6에 나타나 있는 바와 같이 경계 배치 도체 패턴(16s,16t)를 간헐적으로 형성해도 좋다.
<변형예3>도2이나 도6과 같이 격자상으로 경계 배치 도체 패턴(16a,16b;16s,16t)를 형성하는 대신에, 경계의 일부에만 경계 배치 도체 패턴을 형성해도 좋다. 예를 들면, 세로방향 또는 가로방향의 어느 하나의 일방향에만 경계 배치 도체 패턴을 형성해도 좋다. 이 경우, 집합 기판은 단책상으로 분할할 수 있다.
<실시예2>도7의 단면도에 나타나 있는 바와 같이 경계 배치 도체 패턴이 내부전극, 배선, 내장 소자 등을 형성하는 면내 도체 패턴을 겸하도록 형성해도 좋다.
이 경우, 미소성 세라믹 적층체(50)은 도7(a)에 나타나 있는 바와 같이 세라믹 그린시트(51)의 층 사이에 배치되는 면내 도체 패턴(54)(예를 들면, 콘덴서의 내부전극)의 각각의 측부(55)가 세라믹 다층기판의 경계에 따라서 갖추어지도록 형성한다. 이 때, 면내 도체 패턴(54)에는 실시예1와 같이 세라믹 그린시트(51)로는 소성 수축 거동이 다른 재료를 사용한다. 미소성 세라믹 적층체(50)의 양면에는 실시예1와 같이 수축 억제용 그린 시트(20,22)을 밀착시킨다.
이어서, 세라믹 그린시트(51)은 소결하지만, 수축 억제용 그린 시트(20,22)은 실질적으로 소결하지 않는 온도에서 소성함으로써 도7(b)에 나타나 있는 바와 같이 소결 완료 세라믹 적층체(52)의 내부에는 가지런히 배치된 면내 도체 패턴(54)의 측부(55)에 인접하여 공극(56)이 형성된다.
이어서, 도7(c)에 나타나 있는 바와 같이 수축 억제용 그린 시트(20,22)를 제거하고 소결 완료 세라믹 적층체(52)(집합 기판)을 꺼낸다.
이어서, 소결 완료 세라믹 적층체(52)(집합 기판)을 꺽어 구부림으로써 도7(d)에 나타나 있는 바와 같이 공극(56)을 통과하는 절단면(58a,58b)을 갖는 부 분(52a,52b)으로 분할한다. 또한, 측면에 노출한 면내 도체 패턴의 단면에 접속하도록 외부전극을 설치해도 좋다. 또한, 외부전극이 필요없을 경우, 절연보호막을 형성해도 좋다.
<정리> 이상과 같이 세라믹 그린시트에 인쇄된 경계 배치 도체 패턴의 소성시의 소결 수축 거동이 세라믹 그린시트와 다르도록 하면 소성후의 세라믹 적층체의 경계 배치 도체 패턴의 가장자리에 인접해서 공극이 형성된다. 미리 소성전의 세라믹 그린시트 적층체에 홈이나 공동을 형성하지 않고, 또한 소성후의 세라믹 적층체에 분할 홈을 추가 가공하지 않고, 세라믹 다층기판의 내부에 공극을 형성할 수 있다. 세라믹 다층기판의 표면 또는 이면에 경계 배치 도체 패턴이 형성되었을 경우에는 경계 배치 도체 패턴의 가장리에 인접하고, 세라믹 다층기판의 표면 또는 이면에 홈이 형성된다.
집합 기판을 꺽어 구부리면, 단면이 감소하고 있는 공극이나 홈을 통과하는 균열이 진전되고, 절단면이 공극이나 홈을 통과하도록 형성된다.
따라서, 정확하게 또한 용이하게 개별기판에 분할하는 것이 가능해지고, 하나의 기판으로부터 다수의 배선 기판을 얻을 수 있다.
경계 배치 도체 패턴은 세라믹 그린시트 위에 내부전극이나 배선 패턴 등의 도체 패턴을 형성하는 공정의 일부로서 세라믹 그린시트 위에 형성할 수 있고, 소성전의 세라믹 그린시트에 또는 소성전의 세라믹 적층체에 홈이나 공극을 미리 형성할 필요가 없다. 소성후에는 세라믹 적층체를 꺽어 구부림으로써 절단할 수 있으 므로 단단한 세라믹 적층체를 절단하기 위해서 특별한 절단 장치(레이저 가공기, 다이서 등)을 이용하여 가공하는 것이 불필요해지고, 공정을 간략화할 수 있다.
또한, 적층하는 세라믹층의 수가 불어난 경우에도 적층방향으로 공극이 늘어서도록 하면, 절단면을 정밀도 좋게 형성할 수 있고, 정확하게 또한 용이하게 치수정밀도가 높은 세라믹 다층기판을 제작할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니고, 여러가지로 변경을 추가해서 실시가능하다.
Claims (10)
- 복수의 미소성의 세라믹층을 적층해서 이루어지는 미소성 세라믹 적층체를 형성하는 제 1 공정,상기 미소성 세라믹 적층체를 소성하여 미소성의 상기 세라믹층을 소결시키는 제 2 공정, 및상기 미소성 세라믹 적층체의 소성에 의해 형성된 소결 완료 세라믹 적층체를 복수의 부분편으로 분할하는 제 3 공정을 구비한 세라믹 다층기판의 제조 방법에 있어서:상기 제 1 공정에 있어서 형성되는 상기 미소성 세라믹 적층체는 적어도 하나의 미소성의 상기 세라믹층의 한쪽 주면에 상기 제 3 공정에 있어서 분할되는 상기 소결 완료 세라믹 적층체의 상기 부분편 사이의 경계에 상당하는 부분에 따라서 배치된, 인접하는 미소성 세라믹층과 소성 거동이 다른 미소성의 경계 배치 후막 패턴을 포함하고;상기 제 2 공정에 있어서, 상기 경계 배치 후막 패턴과 상기 경계 배치 후막 패턴에 접하는 상기 세라믹층의 소성 수축 거동의 상위함에 의해 상기 세라믹층의 적층방향에서 보았을 때 상기 경계 배치 후막 패턴의 외측 가장자리의 적어도 일부에 인접하여 공극을 형성하고;상기 제 3 공정에 있어서, 상기 공극에 따라서 상기 소결 완료 세라믹 적층체를 복수의 상기 부분편으로 분할하는 것을 특징으로 하는 세라믹 다층기판의 제 조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 미소성의 상기 경계 배치 후막 패턴의 소성 수축 개시 온도는 상기 경계 배치 후막 패턴에 접하는 미소성의 상기 세라믹층의 소성 수축 개시 온도 보다도 낮은 것을 특징으로 하는 세라믹 다층기판의 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 미소성의 상기 경계 배치 후막 패턴의 소성 수축률은 상기 경계 배치 후막 패턴이 접하는 상기 세라믹층의 소성 수축률 보다도 큰 것을 특징으로 하는 세라믹 다층기판의 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 미소성 세라믹 적층체는,미소성의 상기 세라믹층의 다른 층 사이에 배치되고, 또한, 각각의 외측 가장자리의 적어도 일부가 미소성의 상기 세라믹층의 적층방향으로 연장하는 공통의 가상 평면에 따라서 배치되어 있는 복수의 상기 경계 배치 후막 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 세라믹 다층기판의 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 공정에 있어서, 상기 미소성 세라믹 적층체의 적어도 한쪽 주면에 상기 미소성의 상기 세라믹층의 소성 온도에서는 실질적으로 소결하지 않는 미소성의 수축 억제용 층을 밀착하는 공정을 포함하고;상기 제 2 공정에 있어서, 상기 수축 억제용 층이 밀착된 상기 미소성 세라믹 적층체를 상기 세라믹층의 소결 온도 이상, 또한, 상기 수축 억제용 층이 실질적으로 소결하지 않는 온도에서 소성하고;상기 제 2 공정과 제 3 공정의 사이에 상기 소결 완료 세라믹 적층체에 밀착하고 있는 미소성의 상기 수축 억제용 층을 제거하는 공정을 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 세라믹 다층기판의 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 미소성의 경계 배치 후막 패턴은 도체재료를 포함하는 미소성의 경계 배치 도체 패턴인 것을 특징으로 하는 세라믹 다층기판의 제조 방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 소결 완료 세라믹 적층체의 상기 세라믹층의 층 사이에 내장 소자를 구성하는 내부회로 도체 패턴을 갖고,상기 내부회로 도체 패턴과 상기 경계 배치 도체 패턴은 서로 전기적으로 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 세라믹 다층기판의 제조 방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 경계 배치 도체 패턴의 적어도 일부에 의해 상기 소결 완료 세라믹 적층체의 상기 세라믹층의 층 사이에 내장 소자가 형성되는 것을 특징으로 하는 세라믹 다층기판의 제조 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 소결 완료 세라믹 적층체를 복수의 부분편으로 분할하기 전 또는 후에 상기 적층체에 표면 실장형 전자부품을 탑재하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 세라믹 다층기판의 제조 방법.
- 서로 접합된 복수의 세라믹층과 상기 세라믹 층 사이의 적어도 하나에 배치된 도체 패턴을 구비하고, 복수개의 세라믹 다층기판이 되는 부분을 포함한 세라믹 다층기판의 집합 기판으로서;상기 도체 패턴은 상기 세라믹층과 소성 수축 거동이 상위한 도체재료를 사용하여 형성된 경계 배치 후막 패턴을 포함하고,상기 집합 기판을 상기 세라믹층의 적층방향에서 보았을 때, 상기 세라믹 다층기판 사이의 경계에 상기 경계 배치 후막 패턴의 외측 가장자리의 적어도 일부에 인접하여 공극이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 세라믹 다층기판의 집합 기판.
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