KR101015709B1 - 세라믹 적층체 모듈 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세라믹 적층체 모듈 및 그 제조방법에 관한 것으로, 서로 다른 면적을 갖는 상,하부 세라믹 시트부가 적층된 세라믹 적층체; 상기 세라믹 적층체의 하면에 실장되는 전자부품; 및 내부에 상기 전자부품이 실장된 세라믹 적층체를 수용하는 수용공간이 구비되고 상기 전자부품이 삽입되는 관통홀이 구비된 히트 싱크;를 포함하는 세라믹 적층체 모듈 및 그 제조방법을 제공한다.

파워 핸들, 세라믹 그린 시트, 세라믹 적층체, 앵글 센서, 히트 싱크

Description

세라믹 적층체 모듈 및 그 제조방법{Ceramic elements module and the manufacturing method}

본 발명은 세라믹 적층체 모듈 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 내부에 전자부품이 실장된 세라믹 적층체를 수용하는 수용공간이 구비된 히트 싱크가 구비되는 세라믹 적층체 모듈 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근 전자기기 기술 발달과 더불어 기기 자체가 단소 박형화 되어가고 있어, 부품의 집적화는 필수적이다.

부품의 집적화를 위해 다수개의 세라믹 그린 시트를 적층하여 형성하는 다층 세라믹 기판이 개발되었다. 이와 같은 다층 세라믹 기판은 내열성, 내마모성 및 우수한 전기적 특성을 가짐에 따라, 종래 인쇄회로기판의 대체품으로 많이 이용되고 있으며 또한 그 수요가 점점 증가하는 추세이다.

이와 같은 다층 세라믹 기판으로서, HTCC(high temperature co-fired ceramic) 또는 세라믹 적층체(low temperature co-fired ceramic) 기판이 널리 사 용되고 있는데, 이 중 HTCC 기판은 고온동시소성 세라믹의 약어로 1500℃ 이상의 온도에서 열처리하여 다층 기판을 형성한다.

이러한 HTCC 기판은 기계적 강도 및 내화학성 특성이 우수하나, 고주파 특성이 나쁜 단점과 열팽창 계수가 실리콘 반도체 소자에 비해 2배 정도로 높아 열팽창계수의 정합(matching)이 요구되는 응용 분야에서 큰 문제점이 되고 있다.

이에 반해, LTCC 기판은 저온동시소성 세라믹의 약어로 900℃ 이하 온도에서 열처리하여 다층 기판을 형성한다. 상기 세라믹 적층체 기판은 소성온도가 900℃ 이하로 되면서 저온에서 동시소성이 가능하고 전기적 특성이 우수하여 고주파 통신용 수동소자 및 전장용 제어부품에 널리 사용되고 있다.

이와 같이, 전장용 제어 부품에 사용되는 세라믹 적층체 모듈에 대해 간단히 설명하면, 다수개의 세라믹 그린 시트로 구성된 세라믹 적층체, 상기 세라믹 적층체 하면에 실장되는 앵글 센서, 상기 앵글 센서가 실장된 세라믹 적층체 하부에 구비되며, 소정 위치에 상기 앵글 센서가 삽입되는 홈을 구비한 히트싱크로 구성될 수 있다. 이때, 상기 앵글 센서는 운전자의 조작으로 핸들이 회전하는 각도를 감지하여 출력하는 센서이다.

상기 앵글 센서가 실장된 세라믹 적층체와 상기 히트싱크의 결합은 상기 세라믹 적층체와 히트싱크의 접합 계면에 도포되는 에폭시에 의해 이루어질 수 있다.

그러나 상기 에폭시는 경화 시간이 길어 경화 중에 상기 세라믹 적층체가 이동하는 경우가 종종 발생하였다. 따라서, 상기 세라믹 적층체의 절대 위치 값이 변경되어 상기 앵글 센서의 동심도 오차가 발생되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 세라믹 적층체 모듈 및 그 제조방법에 제기되는 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전자부품이 실장된 세라믹 적층체를 수용하는 수용공간이 구비된 히트 싱크가 구비됨으로써, 세라믹 적층체와 히트 싱크 간의 결합 정밀도를 향상시킬 수 있도록 한 세라믹 적층체 모듈 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 서로 다른 면적을 갖는 상,하부 세라믹 시트부가 적층된 세라믹 적층체; 상기 세라믹 적층체 하면에 실장되는 전자부품; 및 내부에 상기 전자부품이 실장된 세라믹 적층체를 수용하는 수용공간이 구비되고 상기 전자부품이 삽입되는 관통홀이 구비된 히트 싱크;를 포함하는 세라믹 적층체 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.

이때, 상기 하부 세라믹 시트부는 상기 상부 세라믹 시트부보다 작은 면적을 갖을 수 있다.

또한, 상기 전자부품은 앵글센서일 수 있다.

또한, 상기 수용공간의 형상은 상기 세라믹 적층체의 형상과 대응되도록 단차지게 형성될 수 있다.

또한, 상기 세라믹 적층체의 높이는 상기 수용공간의 높이와 동일할 수 있 다.

또한, 상기 세라믹 적층체와 상기 히트 싱크의 접합 계면에는 접착 부재가 더 구비될 수 있다.

그리고 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 서로 다른 면적을 갖는 상,하부 세라믹 시트부가 적층된 세라믹 적층체를 제공하는 단계; 상기 세라믹 적층체의 하면에 전자부품을 실장하는 단계; 상기 전자부품을 실장한 세라믹 적층체 하부에 상기 세라믹 적층체를 수용하는 수용공간 및 상기 전자부품이 삽입되는 관통홀을 구비한 히트 싱크를 제공하는 단계; 및 상기 히트 싱크 내에 상기 세라믹 적층체를 삽입하여 결합시키는 단계;를 포함하는 세라믹 적층체 모듈 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 서로 다른 면적을 갖는 상,하부 세라믹 시트부가 적층된 세라믹 적층체를 제공하는 단계는, 서로 다른 면적을 갖는 상, 하부 그린시트부를 제공하는 단계;및 상기 상, 하부 그린시트부를 적층한 후 소성하는 단계;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 세라믹 적층체의 하면에 전자부품을 실장하는 단계에서, 상기 전자부품은 앵글 센서로, 표면 실장 기술(SMT:Surface Mounting Technology)에 의해 상기 세라믹 적층체에 실장될 수 있다.

또한, 상기 히트 싱크를 제공하는 단계에서, 상기 수용공간 및 관통홀은 압출가공에 의해 형성될 수 있다.

또한, 상기 히트 싱크 내에 상기 세라믹 적층체를 삽입하여 결합시키는 단계 이전에, 상기 세라믹 적층체와 상기 히트 싱크 접합 계면에 접착부재를 도포하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 세라믹 적층체 모듈 및 그 제조방법은 전자부품이 실장된 세라믹 적층체를 수용하는 수용공간이 구비된 히트 싱크가 구비됨으로써, 세라믹 적층체와 히트 싱크 간의 결합 정밀도가 향상되어 결합작업의 효율성이 증대되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 세라믹 적층체와 히트 싱크가 항상 일정한 위치에 정렬 및 고정됨으로써, 전자부품의 동심도 오차를 최소화시켜 제품의 신뢰성 및 상품성을 높이는 효과가 있다.

따라서, 본 발명은 세라믹 적층체와 히트 싱크 간의 결합시 발생된 불량률을 낮춰 생산성을 향상하며, 제조비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따른 세라믹 적층체 모듈 및 그 제조방법에 대한 기술적 구성을 비롯한 작용효과에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조하여 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.

이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 적층체 모듈 및 그 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

세라믹 적층체 모듈

도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 적층체 모듈에 대해 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 적층체 모듈에 대한 단면도이다.

도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 적층체 모듈(100)은 세라믹 적층체(110), 상기 세라믹 적층체(110)에 실장되는 전자부품(120) 및 히트 싱크(130)를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 세라믹 적층체 모듈(100)은 전장용 제어 부품에 사용되는 모듈이다.

보다 자세하게 설명하면 상기 세라믹 적층체 모듈(100)은 전장용 제어 부품 중 EPS(전자식 파워 스티어링, Electric Power Steering)에 사용된다. 이때, 상기 EPS는 조향 핸들의 각 변위를 타이어의 조향각으로 변환시켜주는 기본기능을 갖되, 차속의 변화에 따라 저속 시 편안한 조향감과 고속 시 안정한 조향감을 동시에 제공해주는 파워 조향 장치이다.

상기 세라믹 적층체(110)는 LTCC 즉, 저온동시소성 세라믹으로 세라믹과 유기물이 혼합된 다수개의 그린 시트(111a,113a)로 구성된 상, 하부 세라믹 시트부(111,113)가 적층되어 형성될 수 있다. 이때, 상기 하부 세라믹 시트부(113)는 상기 상부 세라믹 시트부(111) 보다 작은 면적을 가지고 있다.

따라서, 상기 세라믹 적층체(110)의 단면은 2개 이상의 단차를 가지는 계단 형상으로 구비될 수 있다. 상기 세라믹 적층체(110)의 제조 방법은 이후 자세하게 설명하기로 한다.

상기 전자부품(120)은 상기 세라믹 적층체(110)의 하면에 실장된다. 상기 전자부품(120)은 상기 세라믹 적층체(110)에 표면 실장 기술(SMT:Surface Mounting Technology)에 의해 솔더링될 수 있다. 이때, 상기 전자부품(120)은 운전자의 조작으로 핸들이 회전하는 각도를 감지하여 출력하는 앵글 센서이다.

상기와 같이, 상기 전자부품(120)이 실장된 세라믹 적층체(110)는 상기 전자부품(120)에 의해 발열되게 되는데 이러한 열이 외부로 적절하게 방출되지 않고 상기 세라믹 적층체(110)에 내에 축적되어 상기 전자부품의 특성을 열화시킨다.

따라서, 상기 세라믹 적층체(110) 하부에는 히트 싱크(130)가 구비될 수 있다. 상기 히트 싱트(130)는 상기 세라믹 적층체(110) 및 전자부품(120)으로부터 전달받은 열 등을 외부로 방출하는 기능을 가지고 있다. 따라서, 상기 히트 싱크(130)가 열을 효과적으로 제거할 수 있도록 열전달계수가 큰 재료를 포함하는 것이 바람직하다. 예들 들면, 알루미늄, 구리, 은, 금 등을 포함할 수 있다.

상기 히트 싱크(130)는 내부에 상기 전자부품(120)이 실장된 세라믹 적층체(110)를 수용하는 수용공간(131)이 구비될 수 있다. 또한, 상기 히트 싱크(130)에는 상기 전자부품(120)이 삽입되는 관통홀(133)이 구비될 수 있다.

이때, 상기 수용공간(131)의 형상은 상기 전자부품(120)이 실장된 세라믹 적층체(110)의 형상과 대응되도록 단차지게 구비될 수 있으며, 상기 수용공간(131)의 크기는 상기 세라믹 적층체(110) 높이와 동일하게 이루어져 상기 수용공간(131) 내 에 상기 세라믹 적층체(110)가 삽입된다.

즉, 상기 히트 싱크(130)의 수용공간(131)에 상기 전자부품(120)이 실장된 세라믹 적층체(110)가 수용됨으로써, 상기 히트 싱크(130)와 상기 세라믹 적층체(110)는 고정 결합되게 된다.

이에 더하여, 상기 세라믹 적층체(110)와 상기 히트 싱크(130) 간의 결합력을 높이기 위해서 상기 세라믹 적층체(110)와 상기 히트 싱크(130)의 접합 계면에 접착부재(도면미도시)를 더 구비할 수 있다. 이때, 상기 접착부재는 에폭시 또는 그리스로 이루어질 수 있다.

이처럼, 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 적층체 모듈(100)은 상기 세라믹 적층체(110)가 상기 히트 싱크(130)의 수용공간(131)으로 수용되어 결합 고정됨에 따라 상기 세라믹 적층체(110)와 히트 싱크(130) 간의 결합 정밀도가 향상되며, 상기 전자부품(120)의 동심도 오차를 최소화시켜 제품의 신뢰성 및 상품성도 향상시킬 수 있다.

세라믹 적층체 모듈의 제조 방법

이하, 도 2 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 적층체 모듈의 제조방법에 대해 상세하게 설명하기로 한다.

도 2 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 적층체모듈(100)에 대한 제조방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타낸 공정 단면도이다.

도 2을 참조하여 설명하면, 세라믹 적층체 모듈(100)을 제조하기 위해, 먼저 서로 다른 면적을 갖는 상, 하부 세라믹 시트(111,113)가 적층된 세라믹 적층체(110)를 제공할 수 있다. 이때, 상기 하부 세라믹 시트부(113)는 상기 상부 세라람라믹 시트부(111)보다 작은 면적을 갖는다.

상기 세라믹 적층체(110)의 제조방법에 대해 설명하면, 먼저 세라믹과 유기물이 혼합된 다수개의 그린 시트부(111a,113a)를 구비한다.

이때, 상기 그린 시트부(111a,113a)의 재질은 세라믹 재료이면 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 저온 소결 세라믹 재료가 바람직하다. 상기 저온 소결 세라믹 재료란 1050℃이하의 온도에서 소결가능하며, 비저항이 작은 은이나 동 등과 동시소성이 가능한 세라믹 재료이다. 그리고 상기 그린 시트부(111a,113a)는 약 0.1㎜ 또는 그 이하의 두께를 가질 수 있으며 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

그 다음, 상기 그린 시트부(111a,113a)를 원하는 크기로 절단한다. 이때, 상기 그린 시트부(111a,113a)가 서로 다른 면적을 갖는 상부 그린 시트부(111a)와 하부 그린 시트부(113b)로 분리되는 것이다.

다음으로, 상기 상,하부 그린 시트부(111a,113a)의 표면 또는 그 내부에 배선 회로 또는 수동 소자 등을 포함하는 패턴을 형성한다. 이때, 상기 배선 회로는 상기 그린 시트부(111a,113a)들의 표면 및 그 내부 또한 상기 그린 시트를 관통하여 형성될 수 있으며, 상기 배선 회로에 의하여 상기 그린 시트부(111a,113a)들은 전기적으로 연결된다.

도 3 및 도 4를 참조하여 설명하면, 상기 상,하부 그린 시트부(111a,113a)를 정렬하여 적층한 후 60℃ 내지 80℃의 온도에서 약 10MPa 내지 50MPa의 압력으로 압착시킨다. 그러나 이러한 온도와 압착압력은 예시적이며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

이와 같이 압착되어 일체화된 상,하부 그린 시트부(111a,113a)를 소성하여 상기와 같이 상,하부 세라믹 시트부(111,113)가 적층된 세라믹 적층체(110)를 완성한다.

이때, 소성 온도로서는 저온 소결 세라믹 재료가 소결되는 온도, 예를 들면 800 내지 1050℃의 범위가 바람직하다. 소성 온도가 800℃ 미만에서는 상기 상,하부 그린 시트부(111a,113a)의 세라믹 성분이 충분하게 소결되지 않을 우려가 있고, 소성 온도가 1050℃를 넘으면 소성시에 배선 회로 또는 수동 소자 등을 포함하는 패턴의 금속 입자가 용융해서 상기 상,하부 그린 시트부(111a,113a) 내로 확산될 우려가 있다.

그 다음, 상기와 같이 완성된 세라믹 적층체(110) 하면에 전자부품(120)을 실장한다. 이때, 상기 전자부품(120)은 앵글 센서로 표면 실장 기술(SMT:Surface Mounting Technology)에 의해 상기 세라믹 적층체(110)에 솔더링 될 수 있다.

도 5를 참조하여 설명하면, 상기 세라믹 적층체(110) 하부에 히트 싱크(130)를 제공한다. 상기 히트 싱크(130)는 내부에 상기 세라믹 적층체(110)를 수용하는 수용공간(131)이 구비되어 있다.

또한, 상기 수용공간(131)에는 상기 세라믹 적층체(110)에 실장된 전자부품이 삽입되는 관통홀(133)이 구비되어 있다. 즉, 상기 수용공간(131)의 형상은 상기 전자부품(120)이 실장된 세라믹 적층체(110)의 형상과 대응되도록 단차지게 형성될 수 있다. 이때, 상기 수용공간(131)과 상기 관통홀(133)은 압출가공에 의해 형성될 수 있다.

도 6을 참조하여 설명하면, 상기와 같이 구비된 히트 싱크(130) 내에 상기 전자부품(120)이 실장된 세라믹 적층체(110)를 삽입하여 고정 결합시킨다. 또한, 상기 히트 싱크(130)와 상기 세라믹 적층체(110)의 접합 계면에는 접착부재가 미리 도포되어 있어 상기 세라믹 적층체(110)와 상기 히트 싱크(130) 간의 결합력을 더 높일 수 있다.

이처럼, 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 적층체 모듈(100)은 상기 세라믹 적층체(110)가 상기 히트 싱크(130)의 수용공간(131)으로 수용되어 결합 고정됨에 따라 상기 세라믹 적층체(110)와 히트 싱크(130) 간의 결합 정밀도가 향상되며, 상기 전자부품(120)의 동심도 오차를 최소화시켜 제품의 신뢰성 및 상품성도 향상시킬 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 권리 범위는 개시된 실시예에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변경 및 개량 형태 또는 본 발명의 권리 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 적층체 모듈에 대한 단면도.

도 2 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 적층체 모듈에 대한 제조방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타낸 공정 단면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 >

100 : 세라믹 적층체 모듈 110 : 세라믹 적층체

120 : 전자부품 130 : 히트 싱크

131 : 수용공간

Claims (11)

1. 서로 다른 면적을 갖는 상,하부 세라믹 시트부가 적층된 세라믹 적층체;

   상기 세라믹 적층체 하면에 실장되는 전자부품; 및

   내부에 상기 전자부품이 실장된 세라믹 적층체를 수용하는 수용공간이 구비되고 상기 전자부품이 삽입되는 관통홀이 구비된 히트 싱크;

   를 포함하는 세라믹 적층체 모듈.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 하부 세라믹 시트부는 상기 상부 세라믹 시트부 보다 작은 면적을 갖는 세라믹 적층체 모듈.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 전자부품은 앵글센서인 세라믹 적층체 모듈.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 수용공간의 형상은 상기 세라믹 적층체의 형상과 대응되도록 단차지게 형성된 세라믹 적층체 모듈.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 세라믹 적층체의 높이는 상기 수용공간의 높이와 동일한 세라믹 적층체 모듈.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 세라믹 적층체와 상기 히트 싱크의 접합 계면에는 접착 부재가 더 구비되는 세라믹 적층체 모듈.
7. 서로 다른 면적을 갖는 상,하부 세라믹 시트부가 적층된 세라믹 적층체를 제공하는 단계;

   상기 세라믹 적층체의 하면에 전자부품을 실장하는 단계;

   상기 전자부품을 실장한 세라믹 적층체 하부에 상기 세라믹 적층체를 수용하는 수용공간 및 상기 전자부품이 삽입되는 관통홀을 구비한 히트 싱크를 제공하는 단계; 및

   상기 히트 싱크 내에 상기 세라믹 적층체를 삽입하여 결합시키는 단계;

   를 포함하는 세라믹 적층체 모듈 제조방법.
8. 제 7항에 있어서,

   서로 다른 면적을 갖는 상,하부 세라믹 시트부가 적층된 세라믹 적층체를 제공하는 단계는,

   서로 다른 면적을 갖는 상, 하부 그린시트부를 제공하는 단계;및

   상기 상, 하부 그린시트부를 적층한 후 소성하는 단계;

   를 포함하는 세라믹 적층체 모듈 제조방법.
9. 제 7항에 있어서,

   상기 세라믹 적층체의 하면에 전자부품을 실장하는 단계에서,

   상기 전자부품은 앵글 센서로, 표면 실장 기술(SMT:Surface Mounting Technology)에 의해 상기 세라믹 적층체에 실장되는 세라믹 적층체 모듈 제조방법.
10. 제 7항에 있어서,

    상기 히트 싱크를 제공하는 단계에서,

    상기 수용공간 및 관통홀은 압출가공에 의해 형성되는 세라믹 적층체 모듈 제조방법.
11. 제 7항에 있어서,

    상기 히트 싱크 내에 상기 세라믹 적층체를 삽입하여 결합시키는 단계 이전에,

    상기 세라믹 적층체와 상기 히트 싱크 접합 계면에 접착부재를 도포하는 단계;를 더 포함하는 세라믹 적층체 모듈 제조방법.

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