KR100992238B1

KR100992238B1 - 무수축 세라믹 기판의 제조 방법

Info

Publication number: KR100992238B1
Application number: KR20080065429A
Authority: KR
Inventors: 성제홍; 정승교; 김진완
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2008-07-07
Filing date: 2008-07-07
Publication date: 2010-11-05
Also published as: KR20100005407A

Abstract

무수축 세라믹 기판의 제조 방법이 개시된다. 본 무수축 세라믹 기판의 제조 방법은, 내부 전극을 포함하는 복수의 세라믹 그린시트를 적층하여 세라믹 적층체를 형성하는 단계, 세라믹 적층체의 상부면 또는 하부면을 통해 노출되어 있는 내부 전극 상에 외부 전극을 형성하는 단계, 적어도 외부 전극과 대응되는 위치에 외부 전극과의 반응을 억제하기 위한 반응 억제층을 갖는 구속층을 마련하는 단계 및, 외부 전극이 형성된 세라믹 적층체 상에 구속층을 적층하여 소성하는 단계를 포함한다.

LTCC, 세라믹 기판, 외부 전극, 반응 억제

Description

무수축 세라믹 기판의 제조 방법 {Manufacturing method of non-shirinkage ceramic substrate}

본 발명은 무수축 세라믹 기판의 제조 방법에 관한 것이다.

저온 동시소성 세라믹(LTCC : Low Temperature Co-fired Ceramic)기판 제조 기술은 주로 글라스 세라믹(Glass-Ceramic)재료를 기반으로 이루어진 다수의 그린 시트(Green Sheet)층에 주어진 회로를 구현하기 위한 소자를 전기전도도가 우수한 금속을 사용하는 스크린 프린팅 공정으로 구현하고, 각 층을 적층한 후 세라믹과 금속 도체를 동시 소성하여 MCM(Multi-Chip Module) 및 다중 칩 패키지(Multi-Chip Package)를 제조하는 것을 말한다.

저온 동시 소성 세라믹(Low Temperature Co-fired Ceramic, 다층 세라믹) 기판의 제조시, 구속층을 이용한 무수축 방법을 이용할 수 있다. 무수축 공법이란, 세라믹 적층체의 양면에 구속층을 적층하여 소성하는 것으로, 세라믹 적층체의 면 방향 수축을 억제하는 방법이다. 이 경우, 세라믹 적층체가 소성되면, 구속층을 제거하여 외부전극을 형성할 수 있다. 하지만, 세라믹 적층체가 소성된 후에 외부 전 극을 형성하면 세라믹 적층체와 외부 전극 간의 고착 강도가 저하되는 문제점이 있었다.

상기 문제점을 해결하기 위하여, 외부 전극이 형성된 세라믹 적층체의 상부면 또는 하부면 상에 구속층을 적층하여 소성하는 방안이 제안되었다. 하지만, 이 같은 방안을 이용하는 경우, 세라믹 적층체와 외부 전극 간의 고착 강도를 향상시킬 수는 있으나, 외부 전극과 구속층이 반응하여 반응층이 형성되는 문제점이 발생한다. 이 경우, 반응층은 세라믹 적층체로부터 구속층을 제거하더라도 외부 전극 상에 잔존하게 된다. 따라서, 반응층 제거를 위해 연마 및 세척 공정을 수행해야 하며, 이로 인해 공정 비용 및 공정 시간이 증가되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 외부 전극이 형성된 세라믹 적층체의 상부면 또는 하부면에 반응 억제층이 형성된 구속층을 적층하여 소성함으로써, 소성시 외부 전극과 구속층 간에 반응층이 발생하는 것을 방지할 수 있는 무수축 세라믹 기판의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 기판의 제조 방법은, 내부 전극을 포함하는 복수의 세라믹 그린시트를 적층하여 세라믹 적층체를 형성하는 단계, 상기 세라믹 적층체의 상부면 또는 하부면을 통해 노출되어 있는 내부 전극 상에 외부 전극을 형성하는 단계, 적어도 상기 외부 전극과 대응되는 위치에 상기 외부 전극과의 반응을 억제하기 위한 반응 억제층을 갖는 구속층을 마련하는 단계 및, 상기 외부 전극이 형성된 세라믹 적층체 상에 상기 구속층을 적층하여 소성하는 단계를 포함한다.

이 경우, 상기 반응 억제층을 갖는 구속층을 마련하는 단계는, 상기 세라믹 적층체의 소성 온도에서 소성되지 않는 세라믹 분말을 이용하여 구속층을 형성하는 단계, 상기 구속층의 어느 일 면 중 상기 외부 전극과 대응되는 위치에 도체 페이스트를 도포하는 단계 및, 상기 도체 페이스트가 도포된 구속층을 건조시키는 단계를 포함한다.

한편, 상기 도체 페이스트는, 금속 분말 및 글래스 성분을 포함한다. 이 경 우, 상기 글래스 성분은 상기 도체 페이스트 전체 중량을 기준으로 5~30wt%를 포함하며, 상기 금속 분말은 Ag, Cu, Au 및 Ag-Pd 중 어느 하나의 물질 또는 그 혼합물을 포함할 수 있다.

상기 내부 전극은 비아 전극 및 전극 패턴을 포함한다.

본 제조 방법은, 상기 세라믹 적층체의 소성이 완료되면, 상기 반응 억제층이 형성된 상기 구속층을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 외부 전극이 형성된 세라믹 적층체의 상부면 또는 하부면에 반응 억제층이 형성된 구속층을 적층하여 소성함으로써, 외부 전극과 구속층 간에 반응층이 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다. 이에 따라, 세라믹 기판으로부터 구속층이 분리되고 난 후, 반응층을 제거하기 위한 별도의 연마 및 세척 공정을 수행할 필요가 없게 되어, 공정 시간 및 비용이 감소될 수 있게 된다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하면 본 발명을 보다 자세하게 설명한다.

도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무수축 세라믹 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 1은 세라믹 적층체의 제조 방법을 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 내부 전극(12)을 포함하는 복수의 세라믹 그린시트(11a, 11b, 11c, 11d)를 적층하여 세라믹 적층체(11)를 제조한다. 구체적으로, 글래스-세라믹 분말에 유기 바인더, 분산제, 혼합 용매를 첨가한 후 볼밀을 이용하여 분산시 킨다. 이렇게 얻은 슬러리를 필터로 거른 후 탈포하고, 닥터 블레이드법을 이용하여 소정 두께의 세라믹 그린시트를 성형한다.

한편, 각 세라믹 그린시트 제조시, 비아 전극(12a) 및 전극 패턴(12b)을 포함하는 내부 전극(12)을 형성한다. 구체적으로, 각 세라믹 그린시트에 비아홀을 형성하여 비아홀 내부에 도체 페이스트를 충진시키는 방식으로 비아 전극(12a)을 형성한다. 그리고, 세라믹 그린시트의 비아 전극(12a) 상에 도체 페이스트를 도포하여 비아 전극(12a)과 접합되는 내부 전극(12b)을 형성한다.

도 2는 외부 전극의 형성 방법을 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 세라믹 적층체(11)의 상부면 또는 하부면을 통해 노출되어 있는 내부 전극(12) 상에 도체 페이스트를 도포하여 외부 전극(13)을 형성한다.

도 3은 구속층의 제조 방법을 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 세라믹 적층체(11)의 면 방향 수축을 억제하기 위한 제1 및 제2 구속층(20a, 20b)을 형성한다. 이 경우, 제1 구속층(20a)은 세라믹 적층체(11)의 상부면(A)에 적층되기 위한 것이며, 제2 구속층(20b)은 세라믹 적층체(11)의 하부면(B)에 적층되기 위한 것이다.

또한, 제1 및 제2 구속층(20a, 20b)은 세라믹 적층체(11)의 소성 온도, 약 600~1000℃의 온도에서 소성되지 않으며, 수축 제어가 용이한 세라믹 물질을 이용 하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 알루미나(Al₂O₃) 또는 지르코니아(ZrO₂) 분말에, 유기 바인더, 분산제 및 혼합 용매 등을 첨가하여 슬러리를 제조한다. 그리고, 닥터 블레이드법을 이용하여 슬러리를 도포함으로써, 제1 및 제2 구속층(20a, 20b)을제조할 수 있다

한편, 제1 구속층(20a) 및 제2 구속층(20b) 상에 외부 전극(13)과의 반응을 억제하기 위한 반응 억제층(21, 22)을 형성한다. 구체적으로, 제1 구속층(20a)의 어느 일 면 중 세라믹 적층체(11) 상부면(A) 상의 외부 전극(13)과 대응되는 위치에 도체 페이스트를 도포하여 반응 억제층(21)을 형성한다. 또한, 제2 구속층(20b)의 어느 일 면 중 세라믹 적층체(11) 하부면(b) 상의 외부 전극(13)과 대응되는 위치에 도체 페이스트를 도포하여 반응 억제층(22)을 형성한다. 이 경우, 각 반응 억제층(21, 22)을 구성하는 도체 페이스트는 금속 분말 및 글래스 성분을 포함한다. 또한, 금속 분말 및 글래스 성분 외에 유기 바인더를 더 포함할 수 있다.

반응 억제층(22)을 구성하는 도체 페이스트에서, 금속 분말은 Ag, Cu, Au 및 AgPd 중 어느 하나의 물질 또는 그 혼합물이 포함될 수 있다. 또한, 도체 페이스트의 전체 중량을 기준으로 5~30wt% 이하의 비중을 가지며, 글래스 성분은 세라믹 적층체(11)의 소성 온도에서 결정화되는 특성을 갖는다.

도 4는 세라믹 적층체의 소성 방법을 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면, 도 3에서 제조된 제1 구속층(20a)을 세라믹 적층체(11)의 상부면(A)에 적층하고, 제2 구속층(20b)을 세라믹 적층체(11)의 하부면(B)에 각각 적층한다. 이 경우, 제1 구속층(20a) 및 제2 구속층(20b) 중 반응 억제층(21, 22)이 형성된 면이 세라믹 적층체(11)의 상부면(A) 및 하부면(B)을 향하도록 적층할 수 있다. 이를 통해, 제1 및 제2 구속층(20a, 20b)의 반응 억제층(21, 22)은 세라믹 적층체(11)의 상부면(A) 및 하부면(B)에 도출된 외부 전극(13)과 접합될 수 있게 된다.

그리고, 제1 및 제2 구속층(20a, 20b)이 적층된 상태에서 세라믹 적층체(11)의 소성 온도인 약 600~1000℃로 소성을 수행한다. 이 과정에서 제1 및 제2 구속층(20a, 20b)에 압력을 가하여 면 방향으로의 수축을 억제시킴으로써 소성을 용이하게 할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 반응 억제층(21, 22)이 형성된 제1 및 제2 구속층(20a, 20b)을 이용하여 소성함에 따라 반응 억제층(21, 22)에 의해 외부 전극(13)과 제1 및 제2 구속층(20a, 20b) 사이에 반응이 일어나지 않게 된다.

도 5는 무수축 세라믹 기판을 도시한 도면이다. 도 5를 참조하면, 세라믹 적층체(11)의 소성 공정이 완료되면, 제1 및 제2 구속층(20a, 20b)을 제거한다. 이 경우, 세라믹 적층체(11)의 소성 온도에서, 반응 억제층(21, 22)은 글래스 성분에 의해 결정화된 상태로 제1 및 제2 구속층(20a, 20b)에 결합된다. 이에 따라, 세라믹 적층체(11)로부터 제1 및 제2 구속층(20a, 20b)을 분리하는 경우, 반응 억제층(21, 22)을 외부 전극(13)으로부터 용이하게 분리될 수 있게 된다. 이 경우, 구속층(20a, 20b)은 평판 연마, Buff 연마 및 샌드 블라스트와 같이 통상의 기술을 이용하여 분리할 수 있다.

이와 같은 방법에 따라, 본 발명의 무수축 세라믹 기판이 제조될 수 있다. 본 발명의 무수축 세라믹 기판은, 세라믹 적층체(11)와 외부 전극(13)을 동시 소성하여 세라믹 적층체(11)와 외부 전극(13)의 고착 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 반응 억제층(21, 22)이 형성된 제1 및 제2 구속층(20a, 20b)을 이용함으로써, 제1 및 제2 구속층(20a, 20b)과 외부 전극(13) 사이에 반응층이 형성하는 것을 방지하여 공정에 따른 비용 및 시간을 단축시킬 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 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 이해되어서는 안 될 것이다.

도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무수축 세라믹 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

11 : 세라믹 적층체 12 : 내부 전극

13 : 외부 전극 20a, 20b : 구속층

21, 22 : 반응 억제층

Claims

내부 전극을 포함하는 복수의 세라믹 그린시트를 적층하여 세라믹 적층체를 형성하는 단계;

상기 세라믹 적층체의 상부면 또는 하부면을 통해 노출되어 있는 내부 전극 상에 외부 전극을 형성하는 단계;

적어도 상기 외부 전극과 대응되는 위치에 상기 외부 전극과의 반응을 억제하기 위한 반응 억제층을 갖는 구속층을 마련하는 단계; 및,

상기 외부 전극이 형성된 세라믹 적층체 상에 상기 구속층을 적층하여 소성하는 단계;를 포함하는 무수축 세라믹 기판의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 반응 억제층을 갖는 구속층을 마련하는 단계는,

상기 세라믹 적층체의 소성 온도에서 소성되지 않는 세라믹 분말을 이용하여 구속층을 형성하는 단계;

상기 구속층의 어느 일 면 중 상기 외부 전극과 대응되는 위치에 도체 페이스트를 도포하는 단계; 및,

상기 도체 페이스트가 도포된 구속층을 건조시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무수축 세라믹 기판의 제조 방법.
제2항에 있어서,

상기 도체 페이스트는,

금속 분말 및 글래스 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 무수축 세라믹 기판의 제조 방법.
제3항에 있어서,

상기 글래스 성분은 상기 도체 페이스트 전체 중량을 기준으로 5~30wt%를 포함하는 것을 특징으로 하는 무수축 세라믹 기판의 제조 방법.
제3항에 있어서,

상기 금속 분말은 Ag, Cu, Au 및 Ag-Pd 중 어느 하나의 물질 또는 그 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 무수축 세라믹 기판의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 내부 전극은 비아 전극 및 전극 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 무수축 세라믹 기판의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 세라믹 적층체의 소성이 완료되면, 상기 반응 억제층이 형성된 상기 구속층을 제거하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무수축 세라믹 기판의 제조 방법.