KR102165558B1 - Multi-layered structure for sintering of thin ceramic plate and manufacturing method of thin ceramic plate using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 박형 세라믹 기판의 제조를 위해 로(furnace) 등의 열처리 수단 내에서 세라믹 분말입자의 슬러리로부터 후막 제조된 세라믹 그린시트와 함께 적층되어 열처리되는 소성용 적층 구조체와, 이를 이용하여 상기 세라믹 그린시트를 소결함으로써 박형 세라믹 기판을 제조하는 소성방법을 개시한다. 본 발명에서 상기 소성용 적층 구조체는 상기 세라믹 그린시트의 상면 및 하면과 각각 이종계면을 이루도록 상기 세라믹 그린시트의 상면 및 하면 상에 각각 적재되는 판상의 육방정계 질화보론(h-BN) 분말입자로 구성된 한 쌍의 h-BN 그린시트 버퍼와, 상기 세라믹 그린시트의 하면과 이종계면을 이루는 상기 h-BN 그린시트 버퍼를 하측에서 지지하는 소성 지지체와, 상기 세라믹 그린시트의 상면과 이종계면을 이루는 상기 h-BN 그린시트 버퍼의 상면 상에 적재되어 상기 열처리 동안 상기 세라믹 그린시트에 자신의 중력 하중을 인가하는 부하 커버를 포함한다. 또한, 본 발명에서 상기 h-BN 그린시트 버퍼 내의 유기 바인더 조성물은 상기 세라믹 그린시트 내의 유기 바인더 조성물보다 더 낮은 열분해 온도를 갖도록 선택된다. 이로써, 소성시 온도가 상승함에 따라 먼저 상기 버퍼층의 바인더 조성물이 탈거되어 자리잡는 공극들이 가스 순환 경로를 이루며 이후 더 고온에서 상기 피소성체의 바인더 조성물이 탈거되면서 발생하는 가스 및 피소성체 내부의 유기물 열분해 잔류물이 상기 가스 순환 경로를 통해 쉽게 외부로 배출되어 피소성체 내부 압력은 상승이 억제되고 이로써 소결된 기판의 휨과 같은 물리적 변형이 더욱 억제된다.The present invention is a multilayer structure for firing, which is laminated and heat-treated with a ceramic green sheet made of a thick film from a slurry of ceramic powder particles in a heat treatment means such as a furnace for manufacturing a thin ceramic substrate, and the ceramic green using the same. Disclosed is a firing method for manufacturing a thin ceramic substrate by sintering a sheet. In the present invention, the sintering multilayer structure is plate-shaped hexagonal boron nitride (h-BN) powder particles respectively loaded on the upper and lower surfaces of the ceramic green sheet so as to form different interfaces with the upper and lower surfaces of the ceramic green sheet. A plastic support body configured to support a pair of h-BN green sheet buffers, the h-BN green sheet buffer forming a heterogeneous interface with the lower surface of the ceramic green sheet, and the upper surface of the ceramic green sheet and a heterogeneous interface And a load cover which is loaded on the upper surface of the h-BN green sheet buffer and applies its own gravity load to the ceramic green sheet during the heat treatment. In addition, in the present invention, the organic binder composition in the h-BN green sheet buffer is selected to have a lower thermal decomposition temperature than the organic binder composition in the ceramic green sheet. As a result, as the temperature increases during firing, the voids in which the binder composition of the buffer layer is removed first form a gas circulation path, and then the gas generated as the binder composition of the object to be burned is removed at a higher temperature and the organic matter inside the object to be fired pyrolysis. The residue is easily discharged to the outside through the gas circulation path, so that an increase in the pressure inside the object to be fired is suppressed, whereby physical deformation such as warpage of the sintered substrate is further suppressed.

Description

박형 세라믹 기판의 소성용 적층 구조체 및 이를 이용한 박형 세라믹 기판의 제조방법 {MULTI-LAYERED STRUCTURE FOR SINTERING OF THIN CERAMIC PLATE AND MANUFACTURING METHOD OF THIN CERAMIC PLATE USING THE SAME} Multilayer structure for firing of thin ceramic substrate and manufacturing method of thin ceramic substrate using the same {MULTI-LAYERED STRUCTURE FOR SINTERING OF THIN CERAMIC PLATE AND MANUFACTURING METHOD OF THIN CERAMIC PLATE USING THE SAME}

본 발명은 박형 세라믹 기판의 제조를 위해 로(furnace) 등의 열처리 수단 내에서 세라믹 분말입자의 슬러리로부터 후막 제조된 세라믹 그린시트와 함께 적층되어 열처리되는 소성용 적층 구조체에 관한 것이다.The present invention relates to a sintering multilayer structure that is laminated with a ceramic green sheet made of a thick film from a slurry of ceramic powder particles in a heat treatment means such as a furnace for manufacturing a thin ceramic substrate and heat-treated.

또한, 본 발명은 상기 적층 구조체를 이용하여 상기 세라믹 그린시트를 소결함으로써 박형 세라믹 기판을 제조하는 소성방법에 관한 것이다.In addition, the present invention relates to a firing method for manufacturing a thin ceramic substrate by sintering the ceramic green sheet using the multilayer structure.

최근 휴대용 모바일 기기를 비롯한 전자소자의 경량화, 소형화, 집적화 및 고방열화 설계 추세에 따라 이를 구성하는 기판의 고강도화, 고방열화 및 박형화가 점증적으로 요구되고있다.In recent years, according to the design trend of lightening, miniaturization, integration, and high heat dissipation of electronic devices including portable mobile devices, high strength, high heat dissipation and thinning of the substrate constituting the same are increasingly required.

일반적으로 이러한 기판은 1000℃ 이하의 온도에서 소결가능한 글라스 세라믹 기반의 저온동시소성 세라믹스(low temperature co-fired ceramics: LTCC) 또는 1400℃ 이상의 온도에서 소결가능한 금속산화물이나 질화물 기반의 고온동시소성 세라믹스(high-temperature co-fired ceramics: HTCC)의 조성의 세라믹 소재로 제조된다. 그리고, 이러한 세라믹 기판은 일반적으로 유기물 바인더를 함유하여 대략 수 내지 수십 ㎛ 두께로 형성된 세라믹 그린시트를 해당 기판이나 패키지 모듈의 설계 사양에 따라 다수의 동종 내지는 이종 소재로서 제조되어 적층한 소정의 적층체로서 형성되고 이 적층체를 적절한 온도에서 소결함으로써 최종 제조된다.In general, these substrates are glass ceramic-based low temperature co-fired ceramics (LTCC) that can be sintered at temperatures below 1000°C, or metal oxide or nitride-based high-temperature co-fired ceramics that can be sintered at temperatures above 1400°C. High-temperature co-fired ceramics: HTCC). In addition, such a ceramic substrate is a predetermined laminate in which a ceramic green sheet formed with a thickness of approximately several to tens of µm containing an organic binder is manufactured as a plurality of same or different materials according to the design specifications of the substrate or package module. Is formed as and finally produced by sintering this laminate at an appropriate temperature.

그러나, 일반적으로 위와 같은 소결공정에서 피소성체인 상기 적층체의 휨 현상이 열처리로 인하여 유발되며, 이는 최종 소결체인 기판의 치수변형과 평탄도 불량을 초래한다. 이는 대개 소결공정에서 열처리시, 피소성체 내의 세라믹입자 분산 및 밀도 불균일로 인한 수축율 변형, 이종 세라믹 소재간의 수축율 거동차이 또는 상호 반응에 의한 변형, 피소성체와 이를 하부에서 지지하도록 배치된 소성 세터 또는 소성 지지층 기판 간의 표면마찰과 비열 차이로 인한 계면 왜곡, 피소성체 내부에 적층된 상하층들 간의 온도분포 및 대류열의 차이에 의한 각 소결 수축율 차이 등에 기인한다.However, in general, in the above-described sintering process, the bending phenomenon of the laminated body to be fired is caused by heat treatment, which causes dimensional deformation and flatness of the final sintered substrate. This is usually the result of heat treatment in the sintering process, the deformation of the shrinkage rate due to the dispersion of ceramic particles in the object to be fired and the density unevenness, the difference in shrinkage rate behavior between different ceramic materials, or deformation due to mutual reactions, the object to be fired and the plastic setter arranged to support it from the bottom. This is due to the interfacial distortion due to the difference in surface friction and specific heat between the support layer substrates, the temperature distribution between the upper and lower layers stacked inside the object to be fired, and the difference in the shrinkage of each sintering rate due to the difference in convective heat.

따라서, 이러한 기판의 휨불량을 억제하기 위하여, 상기 피소성체의 각 상면 및/또는 하면 상에 이른바 소성 버퍼층으로서 피소성체보다 소결온도가 높은 세라믹소재 분말 베드를 배치하는 기술(공개특허 제10-1990-0007060호, 제10-2004-0079504호, 제10-2006-0112591호), 또는 단층 또는 다층으로 이루어진 세라믹 재질의 소성 지지체층을 배치하는 기술(특허 제10-0302390호, 제10-0528693호, 제10-0930176호, 제10-1292040호, 제10-1311387호, 특허공개 제10-2006-0112591호), 또는 소결시 상기 피소성체와의 이종접합 영역에 열팽창율이 다른 소성 버퍼층을 사용하는 기술(특허 제10-0878399호, 제10-0887112호) 등과 같이, 상기 피소성체 상하간의 소성환경을 동일하게 하거나 상기 소성 지지체층에 의한 상기 피소성체로의 중력하중 효과에 의해 소결공정의 열처리에 따른 물리적 변형을 억제하는 노력이 있어 왔다.Therefore, in order to suppress such deflection of the substrate, a technique of disposing a ceramic material powder bed having a sintering temperature higher than that of the object to be fired as a so-called firing buffer layer on each upper surface and/or lower surface of the object to be fired (Public Patent No. 10-1990 -0007060, 10-2004-0079504, 10-2006-0112591), or a technique for arranging a ceramic material fired support layer consisting of a single layer or multiple layers (Patent Nos. 10-0302390, 10-0528693 , No. 10-0930176, No. 10-1292040, No. 10-1311387, Patent Publication No. 10-2006-0112591), or use a sintered buffer layer having a different coefficient of thermal expansion in the heterojunction region with the object to be fired during sintering (Patent No. 10-0878399, No. 10-0887112), the sintering process heat treatment by making the firing environment the same between the top and bottom of the fired body or by the effect of gravity load on the fired body by the fired support layer Efforts have been made to suppress the physical deformation caused by.

위와 같은 종래기술의 예들로서, 도 1a~1b는 박형 세라믹 기판의 일반적인 무가압 내지 상압 소결을 위해 로(furnace) 내에 피소성체인 세라믹 그린시트 적층체가 배치되는 세팅구조를 설명하기 위한 도면으로, 도 1a는 상기 피소성체의 로 내 세팅구조를 보인 모식도이고, 도 1b는 도 1a의 로 내 세팅구조로써 소결되어나온 박형 세라믹 기판의 사진이다.As examples of the prior art as described above, FIGS. 1A to 1B are diagrams for explaining a setting structure in which a ceramic green sheet laminate, which is a to-be-fired, is disposed in a furnace for general non-pressurization or atmospheric pressure sintering of a thin ceramic substrate. 1a is a schematic diagram showing a setting structure in a furnace of the object to be fired, and FIG. 1B is a photograph of a thin ceramic substrate sintered as the setting structure in a furnace of FIG. 1A.

도 1a에 도시하듯이, 박형 세라믹 기판의 소결은 로 내에서 소성 세터(firing setter: 2)의 상면에 알루미나 또는 지르코니아 재질의 평탄한 상기 소성 지지체층 기판(3)을 놓고 이의 상면에 피소성체(1)인 세라믹 그린시트 적층체를 배치한 후, 열처리함으로써 수행된다. As shown in Fig. 1A, in the sintering of a thin ceramic substrate, a flat fired support layer substrate 3 made of alumina or zirconia is placed on the upper surface of a firing setter 2 in a furnace, and the fired body 1 is placed on the upper surface thereof. ), and then heat treatment.

그러나, 이 경우 소성시 피소성체(1) 상하부의 마찰 구속력과 온도분포의 차이로 인하여 최종 소결되어나온 피소성체 기판(1)에서 휨(warpage) 현상이 도 1b에 보이듯이 심하게 발생한다.However, in this case, warpage occurs severely as shown in FIG. 1B in the final sintered substrate 1 due to the difference in the frictional restraining force and temperature distribution of the upper and lower parts of the fired body 1 during firing.

또한, 도 2a~2b는 다른 종래기술의 일 예로서 박형 세라믹 기판의 일반적인 무가압 내지 상압 소결을 위해 로 내에 피소성체인 세라믹 그린시트 적층체가 세팅되는 구조를 설명하기 위한 도면으로, 도 2a는 상기 피소성체의 로 내 세팅구조를 보인 모식도이고, 도 2b는 도 2a의 로 내 세팅구조로써 소결되어나온 박형 세라믹 기판의 사진이다.In addition, FIGS. 2A to 2B are views for explaining a structure in which a ceramic green sheet laminate is set in a furnace for general non-pressurization or atmospheric pressure sintering of a thin ceramic substrate as an example of another prior art. It is a schematic diagram showing the setting structure in the furnace of the object to be fired, and FIG. 2B is a photograph of the thin ceramic substrate which has been sintered as the setting structure in the furnace of FIG. 2A.

도 2a에 도시하듯이, 도 1a의 세팅 구조에 추가적으로 부하 커버(4)가 피소성체(1) 상면에 얹혀지며, 이러한 부하 커버(4)는 소성 지지체층 기판(3)과 동일하거나 다른 조성으로 되되, 피소성체(1)보다 높은 소결온도를 갖는 조성으로 된다. 이리하면, 소성시 부하 커버(4)의 중력하중이 상기 피소성체(1)로 인가됨으로써 열처리에 따른 물리적 변형이 억제될 수 있다. As shown in Fig. 2a, in addition to the setting structure of Fig. 1a, a load cover 4 is mounted on the upper surface of the object to be fired 1, and the load cover 4 has the same or different composition as the fired support layer substrate 3 However, the composition has a higher sintering temperature than that of the object to be fired (1). In this way, the gravitational load of the load cover 4 during firing is applied to the object to be fired 1, so that physical deformation due to heat treatment can be suppressed.

그 결과, 도 2b에 보이듯이, 도 1b의 경우에 비해 최종 소결된 피소성체 기판(1)의 휨 불량이 많이 줄어들기는 했지만, 여전히 기판(1)의 굴곡이 심해 실용화는 어렵다.As a result, as shown in FIG. 2B, the warpage defects of the final sintered to-be-fired substrate 1 were significantly reduced compared to the case of FIG. 1B, but the substrate 1 is still severely curved, making it difficult to put it into practice.

위와 같이 지금까지의 종래기술들은 여전히 소결 기판에서의 굴곡을 바로 실용화가 가능한 수준으로까지는 억제하지 못한다. As described above, the conventional techniques until now still cannot suppress the curvature in the sintered substrate to a level that can be immediately put into practical use.

특히, 소결 기판의 굴곡을 억제하기 위해 통상의 구상 내지는 부정형의 고온소성 산화물 분말을 포함하여 사용되는 소성 버퍼층은 소결시 이들 분말이 이와 유사한 산화물 조성으로 구성된 상기 피소성체 기판의 표면과 국부적인 반응이 발생하기 쉽다. In particular, the sintering buffer layer, which is used including conventional spherical or amorphous high-temperature firing oxide powders to suppress the bending of the sintered substrate, has a local reaction with the surface of the substrate to be fired, wherein these powders have a similar oxide composition during sintering. Prone to occur

또한, 특히 소결공정이 종료한 후에는 그간 사용된 잔류 버퍼층 내지는 잔류 고온산화물 분말이 제거되어야하는데, 이러한 제거를 위하여 소결된 적층체 기판에 물리적 충격을 가함으로써 상기 적층체 표면에 스크래치나 크랙의 발생 그리고 세척 매체에 의한 이물질의 혼입이 개재될 수 있어서 기판의 표면조도가 양호하지 않고 추가적인 세척이 요구되어 기판의 품질뿐만 아니라 제조경비 측면에서 바람직하지 못하다. In addition, in particular, after the sintering process is finished, the residual buffer layer or residual high-temperature oxide powder used so far must be removed. For this removal, scratches or cracks are generated on the surface of the laminate by applying a physical impact to the sintered laminate substrate. In addition, since foreign substances may be mixed by the cleaning medium, the surface roughness of the substrate is not good, and additional cleaning is required, which is not preferable in terms of the quality of the substrate as well as the manufacturing cost.

뿐만 아니라, 종래기술은 상기 소성 버퍼층은 제거 단계에서 그의 입자 훼손과 오염으로 인해 재사용없이 그대로 폐기될 수 밖에 없어 자원의 낭비가 심하다는 문제도 있다.In addition, according to the prior art, there is a problem in that the sintering buffer layer cannot but be disposed of without reuse due to damage and contamination of its particles in the removal step, resulting in severe waste of resources.

따라서, 본 발명은 세라믹 그린시트와 함께 적층되어 열처리됨으로써 휨 불량이 없이 평탄도 및 표면조도가 우수한 박형 세라믹 기판을 제조가능한 소성용 적층 구조체와 이를 이용하여 상기 세라믹 그린시트를 소결함으로써 박형 세라믹 기판을 제조하는 소성방법을 제공하기 위한 것이다.Accordingly, the present invention provides a sintering multilayer structure capable of manufacturing a thin ceramic substrate having excellent flatness and surface roughness without bending defects by being laminated with a ceramic green sheet and heat treatment, and a thin ceramic substrate by sintering the ceramic green sheet using the same. It is to provide a firing method to manufacture.

위 과제를 달성하기 위한 일 측면에 의한 본 발명은 세라믹 그린시트의 소결을 위해 열처리 수단 내에서 상기 세라믹 그린시트와 함께 적층되어 열처리되는 소성용 적층 구조체에 관한 것으로서, 상기 소성용 적층 구조체는 다음을 포함할 수 있다:The present invention according to one aspect for achieving the above problem relates to a sintering multilayer structure that is laminated and heat-treated with the ceramic green sheet in a heat treatment means for sintering the ceramic green sheet, wherein the multilayer structure for firing is Can contain:

- 상기 세라믹 그린시트의 상면 및 하면과 각각 이종계면을 이루도록 상기 세라믹 그린시트의 상면 및 하면 상에 각각 적재되는 육방정계 질화보론(h-BN) 분말입자로 구성된 한 쌍의 h-BN 그린시트 버퍼와;-A pair of h-BN green sheet buffers composed of hexagonal boron nitride (h-BN) powder particles respectively loaded on the top and bottom surfaces of the ceramic green sheet to form a different interface with the top and bottom surfaces of the ceramic green sheet Wow;

- 상기 세라믹 그린시트의 하면과 이종계면을 이루는 상기 h-BN 그린시트 버퍼를 하측에서 지지하는 소성 지지체와;-A firing support for supporting the h-BN green sheet buffer forming a heterogeneous interface with the lower surface of the ceramic green sheet from the lower side;

- 상기 세라믹 그린시트의 상면과 이종계면을 이루는 상기 h-BN 그린시트 버퍼의 상면 상에 적재되어 상기 열처리 동안 상기 세라믹 그린시트에 자신의 중력 하중을 인가하는 부하 커버.-A load cover that is loaded on the upper surface of the h-BN green sheet buffer forming a different interface with the upper surface of the ceramic green sheet to apply its own gravity load to the ceramic green sheet during the heat treatment.

또한, 다른 일 측면에 의한 본 발명은 적층된 복수의 세라믹 그린시트의 소결을 위해 열처리 수단 내에서 상기 복수의 세라믹 그린시트와 함께 적층되어 열처리되는 소성용 적층 구조체에 관한 것으로서, 상기 소성용 적층 구조체는 다음을 포함할 수 있다:In addition, the present invention according to another aspect relates to a sintering multilayer structure that is laminated together with the plurality of ceramic green sheets and heat-treated in a heat treatment means for sintering a plurality of laminated ceramic green sheets, wherein the multilayer structure for sintering May include:

- 상기 세라믹 그린시트 각각의 상면 및 하면과 각각 이종계면을 이루도록 상기 복수의 세라믹 그린시트 간에 각각 개재되고 상기 복수의 세라믹 그린시트 중 최상에 위치한 세라믹 그린시트의 상면 및 상기 복수의 세라믹 그린시트 중 최하에 위치한 세라믹 그린시트의 하면 상에 각각 적재되는 육방정계 질화보론(h-BN) 분말입자로 구성된 복수의 h-BN 그린시트 버퍼와;-The upper surface of the ceramic green sheet, which is interposed between the plurality of ceramic green sheets to form a different interface with the upper and lower surfaces of each of the ceramic green sheets, and is located at the highest among the plurality of ceramic green sheets, and the lowest among the plurality of ceramic green sheets. A plurality of h-BN green sheet buffers composed of hexagonal boron nitride (h-BN) powder particles respectively loaded on the lower surface of the ceramic green sheet located at;

- 상기 복수의 세라믹 그린시트 중 최하에 위치한 세라믹 그린시트의 하면과 이종계면을 이루는 상기 h-BN 그린시트 버퍼를 하측에서 지지하는 소성 지지체와;-A firing support for supporting the h-BN green sheet buffer forming a heterogeneous interface with the lower surface of the ceramic green sheet located at the lowest among the plurality of ceramic green sheets;

- 상기 복수의 세라믹 그린시트 중 최상에 위치한 세라믹 그린시트의 상면과 이종계면을 이루는 상기 h-BN 그린시트 버퍼의 상면 상에 적재되어 상기 열처리 동안 상기 복수의 세라믹 그린시트에 자신의 중력 하중을 인가하는 부하 커버.-It is loaded on the upper surface of the h-BN green sheet buffer that forms a heterogeneous interface with the upper surface of the ceramic green sheet located at the top among the plurality of ceramic green sheets, and applies its own gravity load to the plurality of ceramic green sheets during the heat treatment. To cover the load.

또한, 상기 육방정계 질화보론(h-BN)의 분말입자는 판상이고, 그의 직경은 30㎚~20㎛ 범위이며, 그의 형상 종횡비는 5 이상일 수 있다.In addition, the powder particles of the hexagonal boron nitride (h-BN) have a plate shape, their diameter is in the range of 30 nm to 20 μm, and the shape aspect ratio may be 5 or more.

또한, 상기 h-BN 그린시트 버퍼의 두께는 10~100㎛ 범위일 수 있다.In addition, the thickness of the h-BN green sheet buffer may range from 10 to 100 μm.

또한, 상기 h-BN 그린시트 버퍼 및 상기 세라믹 그린시트는 각각 유기 바인더 조성물을 함유하고, 상기 h-BN 그린시트 버퍼 내의 유기 바인더 조성물은 상기 세라믹 그린시트 내의 유기 바인더 조성물보다 더 낮은 열분해 온도를 가질 수 있다. 또한, 상기 h-BN 그린시트 버퍼 내의 유기 바인더 조성물의 열분해 온도는 상기 세라믹 그린시트 내의 유기 바인더 조성물의 열분해 온도보다 50~100℃ 범위만큼 더 낮을 수 있다. 또한, 상기 h-BN 그린시트 버퍼 내의 유기 바인더 조성물은 300℃ 이하의 범위에서 열분해되고, 상기 세라믹 그린시트 내의 유기 바인더 조성물은 350~400℃ 범위에서 열분해될 수 있다.In addition, the h-BN green sheet buffer and the ceramic green sheet each contain an organic binder composition, and the organic binder composition in the h-BN green sheet buffer has a lower thermal decomposition temperature than the organic binder composition in the ceramic green sheet. I can. In addition, the thermal decomposition temperature of the organic binder composition in the h-BN green sheet buffer may be lower than the thermal decomposition temperature of the organic binder composition in the ceramic green sheet by 50 to 100°C. In addition, the organic binder composition in the h-BN green sheet buffer may be pyrolyzed in the range of 300°C or less, and the organic binder composition in the ceramic green sheet may be pyrolyzed in the range of 350 to 400°C.

또한, 상기 h-BN 그린시트 버퍼 내의 유기 바인더 조성물은 폴리프로필렌 카르보네이트(polypropylene carbonate: PPC) 및 폴리에틸렌 카르보네이트(polyethylene carbonate: PEC) 중에서 선택된 하나 이상일 수 있다. 또한, 상기 세라믹 그린시트 내의 유기 바인더 조성물은 폴리비닐 부티랄(polyvinyl butyral: PVB), 폴리비닐알콜(polyvinyl alcohol: PVA), 폴리비닐 아세테이트(polyvinyl acetate), 폴리스틸렌(polystylene), 히드록시 에틸셀룰로스(hydroxy ethylcellulose), 폴리메틸 메타크릴산(polymethyl methacrylic acid: PMMA), 및 메틸셀룰로스(methylcellulose)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.In addition, the organic binder composition in the h-BN green sheet buffer may be at least one selected from polypropylene carbonate (PPC) and polyethylene carbonate (PEC). In addition, the organic binder composition in the ceramic green sheet is polyvinyl butyral (PVB), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl acetate, polystylene, hydroxy ethylcellulose ( hydroxy ethylcellulose), polymethyl methacrylic acid (PMMA), and methylcellulose may be at least one selected from the group consisting of.

또한, 상기 소성 지지체 및 상기 부하 커버는 지르코니아, 알루미나, 실리카 및 마그네시아로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.In addition, the firing support and the load cover may be at least one selected from the group consisting of zirconia, alumina, silica, and magnesia.

또한, 또 다른 일 측면에 의한 본 발명은 세라믹 분말입자의 슬러리로부터 후막 제조된 세라믹 그린시트를 소결하여 박형 세라믹 기판을 제조하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 다음 단계들을 포함할 수 있다:In addition, the present invention according to another aspect relates to a method of manufacturing a thin ceramic substrate by sintering a ceramic green sheet made of a thick film from a slurry of ceramic powder particles, the method may include the following steps:

- 소성 지지체를 적재하는 단계와;-Loading the plastic support;

- 상기 소성 지지체 상에 육방정계 질화보론(h-BN) 분말입자의 슬러리로부터 후막 제조된 제1 h-BN 그린시트 버퍼를 적재하는 단계와;-Loading a first h-BN green sheet buffer prepared from a slurry of hexagonal boron nitride (h-BN) powder particles on the firing support;

- 상기 제1 h-BN 그린시트 버퍼 상에 상기 세라믹 그린시트를 적재하는 단계와;-Loading the ceramic green sheet on the first h-BN green sheet buffer;

- 상기 세라믹 그린시트 상에 상기 제1 h-BN 그린시트 버퍼와 동일하게 제조된 제2 h-BN 그린시트 버퍼를 적재하는 단계와;-Loading a second h-BN green sheet buffer manufactured in the same manner as the first h-BN green sheet buffer on the ceramic green sheet;

- 상기 제2 h-BN 그린시트 버퍼 상에 상기 세라믹 그린시트에 자신의 중력 하중을 인가하는 부하 커버를 적재하는 단계와;-Loading a load cover for applying its own gravity load to the ceramic green sheet on the second h-BN green sheet buffer;

- 상기 세라믹 그린시트를 소결하는 단계.-Sintering the ceramic green sheet.

이때, 상기 육방정계 질화보론(h-BN)의 분말입자는 판상이다.At this time, the powder particles of the hexagonal boron nitride (h-BN) have a plate shape.

또한, 상기 제1 h-BN 그린시트 버퍼 및 제2 h-BN 그린시트 버퍼 각각의 상기 후막 제조하는 단계는 다음을 포함할 수 있다:In addition, the step of preparing the thick film of each of the first h-BN green sheet buffer and the second h-BN green sheet buffer may include the following:

- h-BN 분말입자와 용제 및 분산제를 혼합하여 예비 슬러리를 제조하는 단계와;-preparing a preliminary slurry by mixing h-BN powder particles, a solvent and a dispersant;

- 상기 예비 슬러리에 유기 바인더 및 가소제를 첨가하여 h-BN 분말입자의 슬러리를 제조하는 단계와;-Preparing a slurry of h-BN powder particles by adding an organic binder and a plasticizer to the preliminary slurry;

- 상기 h-BN 분말입자의 슬러리를 탈포하고 성형 또는 캐스팅하여 후막시트를 형성하는 단계.-Forming a thick film sheet by degassing and molding or casting the slurry of the h-BN powder particles.

또한, 또 다른 일 측면에 의한 본 발명은 세라믹 분말입자의 슬러리로부터 후막 제조된 세라믹 그린시트와, 상기 세라믹 그린시트의 상면 및 하면과 각각 이종계면을 이루도록 상기 세라믹 그린시트의 상면 및 하면 상에 각각 적재된 그린시트 버퍼와, 상기 세라믹 그린시트의 하면과 이종계면을 이루는 상기 그린시트 버퍼를 하측에서 지지하는 소성 지지체와, 상기 세라믹 그린시트의 상면과 이종계면을 이루는 상기 그린시트 버퍼의 상면 상에 적재된 상기 세라믹 그린시트에 자신의 중력 하중을 인가하는 부하 커버를 포함한 적층 구조체를 열처리하고 상기 세라믹 그린시트를 소결하는 단계를 포함하여 박형 세라믹 기판을 제조하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법에서 상기 그린시트 버퍼 및 상기 세라믹 그린시트는 각각 유기 바인더 조성물을 함유하고, 상기 그린시트 버퍼 내의 유기 바인더 조성물은 상기 세라믹 그린시트 내의 유기 바인더 조성물보다 더 낮은 열분해 온도를 갖도록 선택되고, 상기 적층 구조체를 열처리하고 상기 세라믹 그린시트를 소결하는 단계는 다음을 포함할 수 있다:In addition, the present invention according to another aspect is a ceramic green sheet made of a thick film from a slurry of ceramic powder particles, and on the upper and lower surfaces of the ceramic green sheet to form different interfaces with the upper and lower surfaces of the ceramic green sheet, respectively. On the top surface of the loaded green sheet buffer, the green sheet buffer forming a different interface with the lower surface of the ceramic green sheet, and a plastic support supporting the green sheet buffer from the lower side, and the green sheet buffer forming a different interface with the upper surface of the ceramic green sheet. A method of manufacturing a thin ceramic substrate comprising heat-treating a multilayer structure including a load cover for applying its own gravitational load to the loaded ceramic green sheet, and sintering the ceramic green sheet. The sheet buffer and the ceramic green sheet each contain an organic binder composition, the organic binder composition in the green sheet buffer is selected to have a lower thermal decomposition temperature than the organic binder composition in the ceramic green sheet, the laminated structure is heat treated and the The step of sintering the ceramic green sheet may include:

- 인가되는 온도가 상승함에 따라 상기 그린시트 버퍼 내의 유기 바인더 조성물이 열분해되어 탈거되면서 상기 그린시트 버퍼 내에 공극들을 형성하고 상기 공극들은 가스 순환 경로를 형성하는 단계와;-Forming pores in the green sheet buffer as the organic binder composition in the green sheet buffer is thermally decomposed and removed as the applied temperature increases and the pores form a gas circulation path;

- 상기 인가되는 온도가 더 상승함에 따라 상기 세라믹 그린시트 내의 유기 바인더 조성물이 열분해되면서 발생하는 가스가 상기 가스 순환 경로를 통해 상기 세라믹 그린시트의 외부로 배출되고 동시에 외부의 분위기 가스가 상기 가스 순환 경로를 통해 상기 세라믹 그린시트의 내부로 유입되는 단계와;-As the applied temperature further increases, gas generated by thermal decomposition of the organic binder composition in the ceramic green sheet is discharged to the outside of the ceramic green sheet through the gas circulation path, and at the same time, an external atmosphere gas is transmitted to the gas circulation path. Flowing into the interior of the ceramic green sheet through;

- 상기 세라믹 그린시트 내부에 발생하는 유기물 열분해 잔류물이 상기 가스 순환 경로를 통해 외부로 배출되는 단계.-Discharging the organic matter pyrolysis residue generated inside the ceramic green sheet to the outside through the gas circulation path.

이때, 상기 세라믹 그린시트를 소결하는 단계의 종료후 상기 소성 지지체와 상기 그린시트 버퍼는 상기 세라믹 그린시트가 소결되어 제조된 상기 박형 세라믹 기판으로부터 분리되고, 상기 그린시트 버퍼는 재활용을 위하여 슬러리로 제조될 수 있다.At this time, after the completion of the step of sintering the ceramic green sheet, the sintering support and the green sheet buffer are separated from the thin ceramic substrate manufactured by sintering the ceramic green sheet, and the green sheet buffer is made of a slurry for recycling. Can be.

또한, 상기 그린시트 버퍼는 판상의 육방정계 질화보론(h-BN) 분말입자의 슬러리로부터 후막 제조될 수 있다.In addition, the green sheet buffer may be prepared from a slurry of plate-shaped hexagonal boron nitride (h-BN) powder particles.

또한, 상기 그린시트 버퍼 내의 유기 바인더 조성물은 상기 세라믹 그린시트 내의 유기 바인더 조성물보다 50~100℃ 범위만큼 더 낮은 열분해 온도를 갖도록 선택될 수 있다. 또한, 상기 그린시트 버퍼 내의 유기 바인더 조성물은 300℃ 이하의 범위에서 열분해되고, 상기 세라믹 그린시트 내의 유기 바인더 조성물은 350~400℃ 범위에서 열분해될 수 있다.In addition, the organic binder composition in the green sheet buffer may be selected to have a lower thermal decomposition temperature in the range of 50 ~ 100 ℃ than the organic binder composition in the ceramic green sheet. In addition, the organic binder composition in the green sheet buffer may be pyrolyzed in the range of 300°C or less, and the organic binder composition in the ceramic green sheet may be pyrolyzed in the range of 350 to 400°C.

본 발명에 의하면, 소결공정에서 피소성체와 주위 매체 사이에 h-BN 판상 분말입자로 구성된 버퍼층이 개재됨으로써 소결공정에서 피소성체의 소성시 수축율 거동차이로 발생하는 휨과 같은 물리적 변형을 효과적으로 최대한 억제한다.According to the present invention, a buffer layer composed of h-BN plate-like powder particles is interposed between the object to be fired and the surrounding medium in the sintering process, thereby effectively suppressing physical deformation such as warpage caused by the difference in shrinkage rate behavior during firing of the object to be fired in the sintering process. do.

또한, 소결공정에서 상기 h-BN 판상 분말입자로 구성된 버퍼층은 다른 재료들과의 반응이나 잔류 이물질이 전혀 없고 특히 상기 버퍼층을 이루는 h-BN 판상 입자의 몰포로지를 그대로 유지하므로, 소결공정 완료후 분리되어 다시 슬러리로 제조되어 다른 소결공정을 위해 재활용할 수가 있다.In addition, in the sintering process, the buffer layer composed of the h-BN plate-shaped powder particles does not have any reaction with other materials or residual foreign substances, and in particular, the morphology of the h-BN plate-shaped particles constituting the buffer layer is maintained as it is. It can be separated and re-made into a slurry that can be recycled for other sintering processes.

또한, 본 발명에 의하면, 상기 버퍼층의 바인더 조성물이 상기 피소성체의 바인더 조성물보다 열분해 온도대역이 상대적으로 더 낮도록 선택되고, 이로써 소성시 온도가 상승함에 따라 먼저 상기 버퍼층의 바인더 조성물이 탈거되어 공극들을 형성하고 이 공극들은 가스 순환 경로를 이루며 이후 더 고온에서 상기 피소성체의 바인더 조성물이 탈거되면서 발생하는 가스는 상기 가스 순환 경로를 통하여 외부로 방출되고 동시에 기압차로 인해 외부의 분위기 가스가 피소성체 내부로 유입된다. 이러한 가스 순환 사이클로 인하여, 피소성체 내부의 잔류 탄소 등의 유기물 열분해 잔류물이 상기 가스 순환 경로를 통해 쉽게 외부로 배출되어 피소성체 내부 압력은 상승이 억제되고 이로써 소결된 기판의 휨과 같은 물리적 변형이 더욱 억제된다.In addition, according to the present invention, the binder composition of the buffer layer is selected so that the thermal decomposition temperature band is relatively lower than that of the binder composition of the object to be fired, and as the temperature increases during firing, the binder composition of the buffer layer is first removed and voids And these voids form a gas circulation path. After that, the gas generated when the binder composition of the fired object is removed at a higher temperature is discharged to the outside through the gas circulation path, and at the same time, the external atmospheric gas is released inside the fired body due to the pressure difference. Flows into. Due to this gas circulation cycle, organic matter pyrolysis residues such as residual carbon inside the fired body are easily discharged to the outside through the gas circulation path, so that the internal pressure of the fired body is suppressed from increasing, thereby preventing physical deformation such as bending of the sintered substrate. More restrained.

위에 따라, 본 발명에 의하면, 평탄도 및 표면조도가 크게 개선된 박형 세라믹 기판이 제조될 수 있다.According to the above, according to the present invention, a thin ceramic substrate with greatly improved flatness and surface roughness can be manufactured.

도 1a~1b는 박형 세라믹 기판의 일반적인 무가압 내지 상압 소결을 위해 로(furnace) 내에 피소성체인 세라믹 그린시트 적층체가 배치되는 세팅구조를 설명하기 위한 도면으로,
도 1a는 상기 피소성체의 로 내 세팅구조를 보이는 모식도이고;
도 1b는 도 1a의 로 내 세팅구조로써 소결되어나온 박형 세라믹 기판의 사진이다.
도 2a~2b는 다른 종래기술의 일 예로서 박형 세라믹 기판의 일반적인 무가압 내지 상압 소결을 위해 로 내에 피소성체인 세라믹 그린시트 적층체가 세팅되는 구조를 설명하기 위한 도면으로,
도 2a는 상기 피소성체의 로 내 세팅구조를 보인 모식도이고;
도 2b는 도 2a의 로 내 세팅구조로써 소결되어나온 박형 세라믹 기판의 사진이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 구현예에 따라 박형 세라믹 기판의 소결을 위해 로 내에 피소성체가 배치되는 세팅 구조를 보이는 도면이다.
도 4는 도 3에 도시한 상기 구현예의 변형인 본 발명의 다른 일 구현예로서 복수의 박형 세라믹 기판의 일 배치(batch) 소결을 위해 로 내에 복수의 피소성체가 다층으로 적재되어 세팅되는 구조를 보이는 도면이다.
도 5는 본 발명에서 유기 바인더 조성물로서 사용가능한 폴리프로필렌 카르보네이트(polypropylene carbonate: PPC)와 폴리비닐 부티랄(polyvinyl butyral: PVB)의 각 열분해(pyrolysis) 거동에 대한 열중량 시차분석(TGA) 그래프이다.
도 6a~6d는 본 발명의 바람직한 다른 일 구현예에서 도 3에서 이미 보인 바와 같은 박형 세라믹 기판의 소결을 위해 로 내에 피소성체가 세팅되는 구조에서 특히 피소성체와 버퍼층 각각의 내부 구조를 중점적으로 도시한 것으로,
도 6a는 소결공정 이전의 상태를 도시하고;
도 6b는 소결공정이 개시되어 소성온도가 상승함에 따라 먼저 상대적으로 저온에서 버퍼층에 포함된 바인더 조성물이 열분해 및 탈거되어 가스 순환 경로가 생성되고 이후 더 고온에서 피소성체의 바인더 조성물이 열분해되면서 발생한 가스가 상기 가스 순환 경로를 통해 배출됨과 동시에 외부 분위기 가스가 내부로 유입되는 상태를 도시하며;
도 6c는 피소성체의 바인더 조성물이 충분히 탈거되고 상기 가스 순환 경로가 계속 유지되는 상태를 도시하며;
도 6d는 소결공정이 종료된 시점에서 박형 세라믹 기판이 소결된 상태를 도시한다.
도 7은 본 발명에서 소결된 박형 세라믹 기판의 휨 변형값을 측정하는 위치를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 도 5a~5d에 도시된 바와 같은 소결공정으로 소결된 박형 세라믹 기판의 사진을 보인다.
도 9a~9b는 소결된 박형 세라믹 기판의 표면 거칠기를 나타내며,
도 9a는 본 발명의 경우를 나타내고;
도 9b는 종래기술(도 2)의 경우를 나타낸다.
도 10a~10b는 본 발명에 따라 소결된 상태를 보이는 사진으로서,
도 10a는 소결되어 나온 박형 세라믹 기판의 사진을 보이고;
도 10b는 도 10a의 박형 세라믹 기판과 분리된 소성 지지체 및 버퍼의 사진을 각각 보인다.
1A to 1B are views for explaining a setting structure in which a ceramic green sheet laminate, which is a to-be-fired, is disposed in a furnace for general non-pressurization or atmospheric pressure sintering of a thin ceramic substrate,
1A is a schematic diagram showing a setting structure in a furnace of the object to be fired;
1B is a photograph of a thin ceramic substrate that has been sintered as the setting structure in the furnace of FIG. 1A.
2A to 2B are diagrams for explaining a structure in which a ceramic green sheet laminate is set in a furnace for general non-pressurization or atmospheric pressure sintering of a thin ceramic substrate as an example of another prior art,
2A is a schematic diagram showing a setting structure in a furnace of the object to be fired;
2B is a photograph of a thin ceramic substrate that has been sintered as the setting structure in the furnace of FIG. 2A.
3 is a view showing a setting structure in which an object to be fired is disposed in a furnace for sintering a thin ceramic substrate according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 4 shows a structure in which a plurality of to-be-fired objects are stacked and set in a furnace for one batch sintering of a plurality of thin ceramic substrates as another embodiment of the present invention, which is a variation of the embodiment shown in FIG. 3. This is the drawing you see
5 is a thermogravimetric differential analysis (TGA) for each pyrolysis behavior of polypropylene carbonate (PPC) and polyvinyl butyral (PB) usable as an organic binder composition in the present invention. It is a graph.
6A to 6D are a structure in which an object to be fired is set in a furnace for sintering of a thin ceramic substrate as already shown in FIG. 3 in another preferred embodiment of the present invention, and in particular, the internal structures of the object to be fired and the buffer layer are mainly shown. As one thing,
6A shows the state before the sintering process;
6B is a gas generated as the sintering process is initiated and the sintering temperature is increased, the binder composition contained in the buffer layer is first pyrolyzed and removed at a relatively low temperature to create a gas circulation path, and then the binder composition of the fired object is pyrolyzed at a higher temperature. Is discharged through the gas circulation path and an external atmosphere gas is introduced into the interior;
6C shows a state in which the binder composition of the object to be fired is sufficiently removed and the gas circulation path is maintained;
6D shows a state in which the thin ceramic substrate is sintered when the sintering process is finished.
7 is a view showing a position to measure the bending strain value of the sintered thin ceramic substrate in the present invention.
8 shows photographs of a thin ceramic substrate sintered by a sintering process as shown in FIGS. 5A-5D according to an embodiment of the present invention.
9A to 9B show the surface roughness of the sintered thin ceramic substrate,
Figure 9a shows the case of the present invention;
9B shows the case of the prior art (FIG. 2).
10A-10B are photographs showing a sintered state according to the present invention,
10A shows a photograph of a thin ceramic substrate that has been sintered;
10B shows photographs of the thin ceramic substrate of FIG. 10A and the separated sintered support and buffer, respectively.

본 발명은 위와 같이 여전히 종래기술들에서 박형 세라믹 기판의 소결시 발생하고 있는 휨 불량을 크게 개선하는 방안으로서 일반적인 소결공정에서 로(furnace) 내에 피소성체가 세팅되는 구조 및 방법을 제시한다. 본 발명에서 소결 대상을 일컫는 상기 피소성체는 일반적인 후막공정으로 제조된 복수의 세라믹 그린시트가 적층되어 구성된 적층체 또는 단일 벌크의 세라믹 그린시트로 될 수 있다. 이하, 본 발명을 해당 도면을 참조하며 상세히 설명한다.The present invention proposes a structure and method in which an object to be fired is set in a furnace in a general sintering process as a way to greatly improve the warpage defects occurring during sintering of a thin ceramic substrate in the prior art as described above. In the present invention, the to-be-fired body, which is referred to as a sintering target, may be a multilayer body formed by stacking a plurality of ceramic green sheets manufactured by a general thick film process or a single bulk ceramic green sheet. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 구현예에 따라 박형 세라믹 기판의 소결을 위해 로 내에 피소성체가 배치되는 세팅 구조를 보인다. 본 구현예에서, 이러한 피소성체는 바람직하게는 복수의 세라믹 그린시트가 적층된 적층체로 구성될 수 있다.3 shows a setting structure in which an object to be fired is disposed in a furnace for sintering a thin ceramic substrate according to a preferred embodiment of the present invention. In this embodiment, such a to-be-fired body may preferably be configured as a laminate in which a plurality of ceramic green sheets are stacked.

본 구현예에서, 도 3에 보이듯이 소결대상인 피소성체(10)는 특히 그의 양면 상에 버퍼층(50)이 배치되어 그와 이종계면을 이루도록 로 내에서 세팅된다. In this embodiment, as shown in FIG. 3, the sintered object 10 to be sintered is particularly set in the furnace so that the buffer layers 50 are disposed on both sides thereof to form a heterogeneous interface therewith.

그리고, 도 3에서 상기 피소성체(10)는, 그의 하측이 상기 버퍼층(50)을 통하여 소성 세터(20) 상의 소성 지지체층(30)에 의해 지지되고, 그의 상측이 상기 버퍼층(50)을 통하여 부하 커버(40)에 의한 하중을 받도록 배치되어 최소한의 평탄도를 유지하도록 세팅된다. In addition, in FIG. 3, the body to be fired 10 is supported by the fired support layer 30 on the fired setter 20 through the buffer layer 50 at its lower side, and the upper side thereof through the buffer layer 50 It is arranged to receive the load by the load cover 40 and is set to maintain a minimum flatness.

특히 본 발명에서, 상기 버퍼층(50)은 판상의 질화보론(boron nitride) 입자분말, 바람직하게는 판상의 육방정계 질화보론(이하 "h-BN") 입자분말의 슬러리로부터 형성된 그린시트 형상으로 형성된다. In particular, in the present invention, the buffer layer 50 is formed in the shape of a green sheet formed from a slurry of plate-shaped boron nitride particle powder, preferably plate-shaped hexagonal boron nitride (hereinafter "h-BN") particle powder. do.

일반적으로 이러한 h-BN은 강한 공유결합(sp2-hybridized)으로 붕소와 질소가 결합되어 있어 표면에 불포화결합을 가지고 있지 않고 원자수준에서 편평한 구조를 갖는다. h-BN 입자분말은 일반적으로 화학적 안정성이 뛰어나면서도 특히 우수한 기계적 특성(대략 675Gpa)과 열전도 특성(~400W/mK)을 갖는다.In general, since boron and nitrogen are bonded to each other through a strong covalent bond (sp 2 -hybridized), h-BN does not have an unsaturated bond on the surface and has a flat structure at the atomic level. The h-BN particle powder generally has excellent chemical stability, but has particularly excellent mechanical properties (approximately 675Gpa) and heat conduction properties (~400W/mK).

따라서, 이러한 h-BN 입자분말의 슬러리로부터 그린시트 상으로 형성되어 도 3과 같이 상기 피소성체(10)의 상측 및/또는 하측 이종계면간에 각각 개재된 상기 버퍼층(50)은 소결공정과 같이 열적 및 화학적으로 가혹한 환경에서 화학적으로 안정적이면서도 상기 피소성체(10)의 상측 및/또는 하측 이종계면간(즉, 도 3에 의하면, 상기 소성 지지체층(30) 및 부하커버(40)와의 각 계면간)에서 열 팽창/수축에 대한 우수한 곡강도를 유지함과 함께 특히 우수한 열분산 기능을 발휘한다. 이에 따라, 상기 버퍼층(50)은 소성시 피소성체(10) 상부 및/또는 하부 매체들과의 소결시 수축율 거동차이로 발생하는 휨과 같은 물리적 변형을 효과적으로 최대한 억제한다.Therefore, the buffer layer 50 formed in the form of a green sheet from the slurry of the h-BN particle powder and interposed between the upper and/or lower heterogeneous interfaces of the fired body 10 as shown in FIG. And between the upper and/or lower heterogeneous interfaces of the fired body 10 while being chemically stable in a chemically harsh environment (ie, according to FIG. 3, between each interface between the fired support layer 30 and the load cover 40) ), it maintains excellent bending strength against thermal expansion/contraction and exhibits particularly excellent heat dissipation function. Accordingly, the buffer layer 50 effectively suppresses physical deformation such as warpage caused by a difference in shrinkage rate behavior during sintering with the upper and/or lower media of the object 10 during firing.

본 발명에서, 상기 버퍼층(50)의 h-BN 판상 분말입자의 직경은 대략 30㎚~20㎛ 범위이며, 더 바람직하게는 50㎚~10㎛ 범위이다. 또한, 상기 h-BN 판상 분말입자는 평탄성을 고려할 때 형상 종횡비(입자직경/입자두께의 비)가 큰 것이 유리하며 예컨대 5 이상이 바람직하다. 상기 버퍼층(50)의 두께는 대략 10~100㎛ 범위로 됨이 바람직하며, 일 실시예에서 피소성체(10)의 두께에 따라서는 상기 버퍼층(50)을 복수로 겹쳐서 사용할 수도 있다.In the present invention, the diameter of the h-BN plate-shaped powder particles of the buffer layer 50 is in the range of approximately 30 nm to 20 μm, more preferably in the range of 50 nm to 10 μm. In addition, the h-BN plate-shaped powder particles are advantageous in that they have a large shape aspect ratio (ratio of particle diameter/particle thickness) in consideration of flatness, and preferably 5 or more. It is preferable that the thickness of the buffer layer 50 is in the range of approximately 10 to 100 μm, and in one embodiment, depending on the thickness of the object to be fired 10, the buffer layer 50 may be overlapped in plurality.

또한, 본 발명에서, 상기 피소성체(10)는 각각 상기 버퍼층(50)을 통하여 그의 상측이 상기 소성 지지체층(30)에 의해 지지되는 한편, 그의 하측이 부하 커버(40)에 의한 중력 하중을 인가받음으로써 소결시 열처리에 따른 물리적 변형이 또한 억제될 수 있다. 이러한 상기 소성 지지체층(30) 및 부하 커버(40)와, 피소성체(10)와 주위 로 벽과의 화학적 분리를 위해 일반적으로 사용되는 상기 소성 세터(20)는 피소성체(10)보다 상대적으로 높은 소결온도를 갖는 조성으로 될 수 있고, 예컨대 일반적으로 지르코니아, 알루미나, 실리카, 마그네시아 등을 포함한 이미 공지된 고온소성 조성물로 될 수 있다. 상기 소성 지지체층(30) 및 부하 커버(40) 또한 일반적으로 지르코니아, 알루미나, 실리카, 마그네시아 등을 포함한 이미 공지된 고온소성 조성물로 될 수 있다.In addition, in the present invention, the upper side of the fired body 10 is supported by the fired support layer 30 through the buffer layer 50, while the lower side of the fired body 10 is supported by the load cover 40. By being applied, physical deformation due to heat treatment during sintering can also be suppressed. The fired support layer 30 and the load cover 40, and the fired setter 20 generally used for chemical separation between the fired body 10 and the surrounding furnace wall, are relatively It may be a composition having a high sintering temperature, for example, may be a known high-temperature firing composition generally including zirconia, alumina, silica, magnesia, and the like. The firing support layer 30 and the load cover 40 may also be made of a known high-temperature firing composition generally including zirconia, alumina, silica, magnesia, and the like.

또한, 본 발명의 일 실시예에서 박형 세라믹 기판의 두께는 대략 10~1000㎛ 범위이다.Further, in an embodiment of the present invention, the thickness of the thin ceramic substrate is in the range of approximately 10 to 1000 μm.

또한, 도 4는 도 3에 도시한 상기 구현예의 변형인 본 발명의 다른 일 구현예로서 복수의 박형 세라믹 기판의 일 배치(batch) 소결을 위해 로 내에 복수의 피소성체(10)가 다층으로 적재되어 세팅되는 구조를 보인다.In addition, FIG. 4 is another embodiment of the present invention, which is a variation of the embodiment shown in FIG. 3, in which a plurality of to-be-baked objects 10 are stacked in multiple layers for sintering a batch of a plurality of thin ceramic substrates. It shows the structure to be set.

도 4를 참조하면, 본 구현예에서는 복수의 피소성체(10)가 다층 적재되되, 이들 간에 그리고 최상에 위치한 피소성체(10)의 상면과 최하에 위치한 피소성체(10)의 하면 상에는 각각 도 4에 대해 전술한 바와 같은 버퍼층(50)이 개재되고, 최상의 버퍼층(50)과 최하의 버퍼층(20)은 각각 부하 커버(40)와, 소성 세터(20) 상의 소성 지지체층(30)과 계면을 이룬다.Referring to FIG. 4, in this embodiment, a plurality of to-be-fired objects 10 are stacked in multiple layers, and between them and on the upper surface of the fired object 10 located at the top and the lower surface of the fired object 10 located at the bottom, FIG. 4 The buffer layer 50 as described above is interposed, and the uppermost buffer layer 50 and the lowermost buffer layer 20 each have an interface with the load cover 40 and the fired support layer 30 on the fired setter 20. Achieve.

이 경우 역시도 각각의 버퍼층(50)은 소성시 각 피소성체(10) 상부 및/또는 하부 매체들과의 소결시 수축율 거동차이로 발생하는 물리적 변형을 효과적으로 억제함으로써 휨 발생을 최대한 억제할 수 있으며, 이러한 소결공정으로부터 복수의 소결된 기판(10)을 한 배치로써 얻을 수가 있다.In this case, again, each buffer layer 50 can suppress the occurrence of warpage as much as possible by effectively suppressing the physical deformation caused by the difference in shrinkage rate behavior during sintering with the upper and/or lower media of each to-be-fired 10 during firing, From this sintering process, a plurality of sintered substrates 10 can be obtained in one batch.

한편, 본 발명은 다른 일 구현예로서, 전술한 본 발명의 구현예에 추가하여, 보다 더 보장된 기판의 휨 발생 억제를 위하여 전 소결공정에 걸쳐 상기 그린시트 버퍼층과 상기 피소성체에서의 잔류 탄소량의 분포를 균일하게 유지하는 메커니즘을 제시한다. On the other hand, the present invention is another embodiment, in addition to the above-described embodiment of the present invention, in order to prevent the occurrence of warpage of the substrate more securely, residual carbon in the green sheet buffer layer and the fired body throughout the entire sintering process. We present a mechanism to keep a small amount of distribution uniform.

이러한 본 구현예의 메커니즘은 일반적으로 세라믹 그린시트 적층체로 이루어진 피소성체는 소성시 열분해되어 상기 적층체 내부에서 발생하는 유기물 분해가스가 원활히 외부로 배출되지 않음으로 인하여 그 중심부의 내부압력이 상승하게되고 이에 따라 피소성체에 미세균열이 발생하게 되는 현상을 고려함에 따른 것이다. 특히, 이러한 현상은 앞서 도 4의 구현예처럼 박형 세라믹 기판을 다층으로 적재하여 일 배치로 대량 제조함에 있어서 더 심해지는데, 소결시 적층체 중심부에서의 유기물 분해(예컨대, 바인더 탈거)가 불충분함으로 인한 입성장 저하 및 소결 억제에 따라 기판 내 미세구조가 불균일해지고 따라서 이는 결국 기판의 수축율을 불균일하게 함으로써 기판의 휨 현상을 현저하게 유발한다.The mechanism of this embodiment is that the fired body made of the ceramic green sheet laminate is thermally decomposed during firing, and the organic material decomposition gas generated inside the laminate is not smoothly discharged to the outside, thereby increasing the internal pressure at the center thereof. Accordingly, it is due to consideration of the phenomenon that microcracks occur in the object to be fired. In particular, this phenomenon is more severe in mass manufacturing in one batch by loading a thin ceramic substrate in multiple layers, as in the embodiment of FIG. 4, due to insufficient decomposition (e.g., binder removal) of organic matter in the center of the laminate during sintering. As the grain growth decreases and sintering is suppressed, the microstructure in the substrate becomes non-uniform, which in turn makes the shrinkage of the substrate non-uniform, thereby remarkably causing a warpage of the substrate.

이러한 현상을 해소하기 위하여, 본 발명의 바람직한 본 구현예에서는 앞서 도 3에서 보인 기본적인 세팅 구조에서 소성에 앞서 버퍼층(50)과 피소성체(10) 각 내부에 일반적으로 함유되는 각각의 바인더 조성물이 소성시 상승하는 각 온도대역에 따라 순차적으로 소산 및 탈거되도록 설계된다. In order to solve this phenomenon, in this preferred embodiment of the present invention, each binder composition generally contained in each of the buffer layer 50 and the object to be fired 10 is fired prior to firing in the basic setting structure shown in FIG. It is designed to be dissipated and removed sequentially according to each temperature band that rises in time.

도 5는 본 발명에서 유기 바인더 조성물로서 사용가능한 폴리프로필렌 카르보네이트(polypropylene carbonate: PPC)와 폴리비닐 부티랄(polyvinyl butyral: PVB)의 각 열분해(pyrolysis) 거동에 대한 열중량 시차분석(TGA) 그래프이다.5 is a thermogravimetric differential analysis (TGA) for each pyrolysis behavior of polypropylene carbonate (PPC) and polyvinyl butyral (PB) usable as an organic binder composition in the present invention. It is a graph.

도 5에 보이듯이, 이들 PPC 및 PVB는 서로 다른 열분해 거동을 보여 각자 소산되는 온도대역이 상이하다. 즉, 본 발명에서 만일 이와 같이 서로 다른 열분해 거동을 갖는 유기 바인더 조성물을 도 3의 버퍼층(50)과 피소성체(10) 각각에 함유시키는 경우, 이들 각 층에서 소성시 상승하는 각 온도대역에 따라 해당 유기 바인더 조성물이 순차적 및 선택적으로 소산 및 탈거될 수 있다.As shown in FIG. 5, these PPC and PVB exhibit different pyrolysis behaviors, and thus dissipate different temperature bands. That is, in the present invention, if an organic binder composition having different pyrolysis behaviors as described above is included in each of the buffer layer 50 and the object to be fired 10 of FIG. 3, each of these layers increases according to the temperature bands that rise during firing. The organic binder composition may be sequentially and selectively dissipated and removed.

즉, 본 발명에서, 상기 버퍼층(50)의 바인더 조성물은 상기 피소성체(10)의 바인더 조성물보다 열분해 되는 온도대역이 상대적으로 낮도록 선택된다. 이로써 소성시 로 내의 온도가 상승함에 따라 상기 버퍼층(50)의 바인더 조성물이 먼저 열분해 및 탈거됨으로써 그 빈자리(즉, 공극(pore))가 외부로의 가스 순환 경로의 기능을 하게 된다. 그리고, 이후 더 고온에서 피소성체(10)의 바인더 조성물(14)이 열분해되면서 발생하는 가스는 상기 가스 순환 경로를 통해 외부로 배출됨과 동시에 외부의 분위기 가스가 내부로 유입되며 가스의 순환 사이클을 형성한다. 그리고, 이러한 가스 순환 경로를 통해 피소성체(10) 내부의 잔류 탄소와 같은 유기물 열분해 잔류물이 쉽게 외부로 배출될 수 있고, 내부 압력의 상승이 억제된다.That is, in the present invention, the binder composition of the buffer layer 50 is selected so that the thermal decomposition temperature band is relatively lower than that of the binder composition of the fired body 10. Accordingly, as the temperature in the furnace increases during firing, the binder composition of the buffer layer 50 is first pyrolyzed and removed, so that the voids (ie, pores) function as a gas circulation path to the outside. Then, the gas generated as the binder composition 14 of the object to be fired 10 is pyrolyzed at a higher temperature is discharged to the outside through the gas circulation path, and at the same time, an external atmospheric gas is introduced into the inside, forming a circulation cycle of the gas. do. In addition, through this gas circulation path, organic matter pyrolysis residues such as residual carbon in the to-be-fired 10 can be easily discharged to the outside, and an increase in internal pressure is suppressed.

도 6a~6d는 이러한 본 발명의 바람직한 다른 일 구현예에서 도 3에서 이미 보인 바와 같은 박형 세라믹 기판의 소결을 위해 로 내에 피소성체가 세팅되는 구조에서 특히 피소성체(10)와 버퍼층(50) 각각의 내부 구조를 중점적으로 도시한 것으로, 도 6a는 소결공정 이전의 상태를, 도 6b는 소결공정이 개시되어 소성온도가 상승함에 따라 먼저 상대적으로 저온에서 버퍼층(50)에 포함된 바인더 조성물(54)이 열분해 및 탈거되어 가스 순환 경로가 생성되고 이후 더 고온에서 피소성체(10)의 바인더 조성물(14)이 열분해되면서 발생한 가스가 상기 가스 순환 경로를 통해 배출됨과 동시에 외부 분위기 가스가 내부로 유입되는 상태를, 도 6c는 피소성체(10)의 바인더 조성물(14)이 충분히 탈거되고 상기 가스 순환 경로가 계속 유지되는 상태를, 도 6d는 소결공정이 종료된 시점에서 박형 세라믹 기판(10)이 소결된 상태를 각각 도시한다.6A to 6D are, in particular, in a structure in which an object to be fired is set in a furnace for sintering a thin ceramic substrate as already shown in FIG. 3 in another preferred embodiment of the present invention, each of the object to be fired 10 and the buffer layer 50 respectively 6A shows a state before the sintering process, and FIG. 6B shows a binder composition 54 included in the buffer layer 50 at a relatively low temperature as the sintering process is started and the firing temperature increases. ) Is thermally decomposed and removed to create a gas circulation path, and then the gas generated as the binder composition 14 of the to-be-fired 10 is pyrolyzed at a higher temperature is discharged through the gas circulation path and at the same time external atmosphere gas is introduced into the interior. 6C shows a state in which the binder composition 14 of the object to be fired 10 is sufficiently removed and the gas circulation path is maintained. FIG. 6D shows the thin ceramic substrate 10 sintered when the sintering process is completed. Each shows the state.

통상적으로, 도 6a에 도시하듯이 버퍼층(50)과 피소성체(10)는 각각의 세라믹 필러(52, 12)와 유기물 바인더(54, 14)를 포함함으로써 후막으로 형성된다. 다만, 본 구현예는 앞서 도 3의 구현예의 세팅구조에서 다만 상기 버퍼층(50)의 바인더 조성물(54)이 피소성체(10)의 각 바인더 조성물(14)보다 열분해 온도대역이 상대적으로 더 낮은 조성으로 선택된다. Typically, as shown in FIG. 6A, the buffer layer 50 and the object to be fired 10 are formed into a thick film by including ceramic fillers 52 and 12 and organic binders 54 and 14, respectively. However, this embodiment is a composition in which the binder composition 54 of the buffer layer 50 has a relatively lower thermal decomposition temperature band than each of the binder compositions 14 of the fired body 10 in the setting structure of the embodiment of FIG. 3. Is selected.

이로써, 도 6b에 도시하듯이, 소결공정이 개시되어 소성온도가 점차 상승함에 따라 먼저 상대적으로 저온에서 버퍼층(50) 내의 바인더 조성물(54)이 열분해되면서(도 5 참조) 그 자리가 공극(pore)으로 남게되고 이러한 공극들은 외부로의 가스 순환 경로를 형성한다. 그리고 이후 더 고온에서 피소성체(10)의 바인더 조성물(14)이 열분해되면서 발생하는 가스는 상기 가스 순환 경로를 통해 외부로 배출되고(A) 동시에 내부와 외부 간의 기압차로 인해 외부의 분위기 가스가 상기 가스 순환 경로를 통해 내부로 유입되는(A') 가스의 순환 사이클이 형성된다. 이러한 순환 사이클로 인하여, 피소성체(10) 내부의 잔류 탄소 등의 유기물 열분해 잔류물이 상기 가스 순환 경로를 통해 쉽게 외부로 배출될 수 있고 이로써 피소성체(10) 내부 압력의 상승이 억제된다. As a result, as shown in FIG. 6B, as the sintering process is started and the firing temperature gradually increases, the binder composition 54 in the buffer layer 50 is thermally decomposed at a relatively low temperature (see FIG. 5), and the spot is formed into pores. ) And these voids form a gas circulation path to the outside. Then, the gas generated as the binder composition 14 of the object to be fired 10 is pyrolyzed at a higher temperature is discharged to the outside through the gas circulation path (A), and at the same time, the atmospheric gas from the outside due to the air pressure difference between the inside and the outside is A circulation cycle of gas flowing into the inside through the gas circulation path (A') is formed. Due to this circulation cycle, organic matter pyrolysis residues such as residual carbon in the inside of the to-be-fired 10 can be easily discharged to the outside through the gas circulation path, thereby suppressing an increase in the internal pressure of the fired body 10.

그리고, 도 6c에 도시하듯이, 상기 가스 순환 경로를 통한 가스의 순환 사이클은 피소성체(10)의 바인더 조성물(14)이 충분히 탈거되고 피소성체(10)에서 발생하는 기타 유기물 열분해 잔류물이 상기 가스 순환 경로를 통해 충분히 외부로 배출될 때까지 계속 유지된다.And, as shown in Figure 6c, in the circulation cycle of the gas through the gas circulation path, the binder composition 14 of the object to be burned 10 is sufficiently removed, and other organic matter pyrolysis residues generated in the object to be burned 10 are It is maintained until it is sufficiently discharged to the outside through the gas circulation path.

본 발명에서, 상기 버퍼층(50)과 피소성체(10) 각각에 함유되는 바인더 조성물(54, 14)의 열분해 온도는 서로 50℃ 이상의 차이, 더 바람직하게는 50~100℃ 범위의 차이가 나도록 선택될 수 있다. 이리하면, 소성시 상승하는 온도대역에 따라 단계적으로 각 버퍼층(50)과 피소성체(10) 내부로부터 각각의 바인더 조성물(54, 14)이 탈거된다.In the present invention, the thermal decomposition temperature of the binder compositions 54 and 14 contained in each of the buffer layer 50 and the object to be sintered 10 is selected to have a difference of 50°C or more, more preferably 50-100°C. Can be. In this way, each of the binder compositions 54 and 14 are removed from the inside of the buffer layer 50 and the object to be fired 10 in stages according to the temperature band rising during firing.

일 예로서, 상기 버퍼층(50)에 포함된 바인더 조성물은 바람직하게는 300℃ 이하에서 열분해되어 탈거되며, 폴리알킬렌 카르보네이트(polyalkylene carbonate) 계의 바인더로서 폴리프로필렌 카르보네이트(polypropylene carbonate: PPC)와 폴리에틸렌 카르보네이트(polyethylene carbonate: PEC) 중에서 선택된 하나 이상으로 될 수 있고, 가장 바람직하게는 상기 PPC이다.As an example, the binder composition included in the buffer layer 50 is removed by thermal decomposition at preferably below 300° C., and polypropylene carbonate is used as a polyalkylene carbonate-based binder. PPC) and polyethylene carbonate (polyethylene carbonate: PEC) may be selected from one or more, most preferably the PPC.

또한, 일 예로서, 상기 피소성체(10)에 포함된 바인더 조성물은 바람직하게는 350~400℃ 범위에서 열분해되어 탈거되며, 폴리비닐 부티랄(polyvinyl butyral: PVB), 폴리비닐알콜(polyvinyl alcohol: PVA), 폴리비닐 아세테이트(polyvinyl acetate), 폴리스틸렌(polystylene), 히드록시 에틸셀룰로스(hydroxy ethylcellulose), 폴리메틸 메타크릴산(polymethyl methacrylic acid: PMMA), 및 메틸셀룰로스(methylcellulose)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상으로 될 수 있고, 가장 바람직하게는 상기 PVB이다.In addition, as an example, the binder composition included in the to-be-fired 10 is preferably thermally decomposed and removed in the range of 350 to 400° C., and polyvinyl butyral (PVB), polyvinyl alcohol: PVA), polyvinyl acetate, polystylene, hydroxy ethylcellulose, polymethyl methacrylic acid (PMMA), and one selected from the group consisting of methylcellulose It may be more than that, most preferably the PVB.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 더 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 하술하는 실시예는 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위하여 제공되는 것이며, 본 발명은 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through preferred embodiments of the present invention. However, the examples described below by the present invention are provided to aid in an overall understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

버퍼층(50)의 제조Preparation of the buffer layer 50

도 3에 도시한 세팅 구조에서 버퍼층(50)은 다음과 같이 제조되었다. 상기 버퍼층(50)은 (i)h-BN 판상 입자분말의 슬러리를 제조한 후 (ii)이 슬러리를 후막시트로 성형 또는 캐스팅하여 그린시트로서 제조되었다.In the setting structure shown in FIG. 3, the buffer layer 50 was manufactured as follows. The buffer layer 50 was prepared as a green sheet by (i) preparing a slurry of h-BN plate-shaped particle powder and then (ii) molding or casting this slurry into a thick film sheet.

(i) h-BN 판상 입자분말의 슬러리의 제조(i) Preparation of slurry of h-BN plate-shaped particle powder

먼저, h-BN 판상 입자의 직경은 대략 30㎚~ 20㎛ 범위인데 반해, 상기 판상 입자의 두께는 수 내지 수십 ㎚에 불과하므로, 비표면적이 타 구상이나 비정형 세라믹분말에 비해 상대적으로 커서 슬러리 내에서 입자의 응집이 많아 분산이 어렵다. 따라서, 다음 2단계에 걸쳐 분산성이 개선된 슬러리를 제공할 수 있다. First, the diameter of h-BN plate-shaped particles is in the range of about 30 nm to 20 μm, whereas the thickness of the plate-shaped particles is only several to tens of nm, so the specific surface area is relatively large compared to other spherical or amorphous ceramic powders. It is difficult to disperse due to a large amount of agglomeration of particles. Therefore, it is possible to provide a slurry having improved dispersibility over the next two steps.

먼저, 제1단계로서, h-BN 판상분말 43.7wt%와 용제로서 디메틸 카르보네이트(Dimetyl carbonate: DMC) 49.2wt%에 분산제로서 Nopco-092를 0.4wt% 첨가하여 볼밀로 6시간 혼합하여 예비 슬러리를 제조하였다.First, as a first step, add 0.4wt% of Nopco-092 as a dispersant to 43.7wt% of h-BN plate-like powder and 49.2wt% of dimethyl carbonate (DMC) as a solvent, and mix them with a ball mill for 6 hours. A slurry was prepared.

그리고, 제2단계로서, 상기 예비 슬러리에 바인더로서 폴리프로필렌 카르보네이트(polypropylene carbonate: PPC) 바인더 5.9wt%와 가소제로서 디부틸 프탈레이트(dibuthyl phthalate: DBP) 0.57wt%와 폴리에틸렌 글리콜(polyetylene glycol: PEG) 0.2 wt%를 추가하여 다시 12시간 혼합하여 최종 h-BN 판상 입자분말의 슬러리를 제조하였다.And, as a second step, in the preliminary slurry, 5.9 wt% of a polypropylene carbonate (PPC) binder as a binder, 0.57 wt% of dibuthyl phthalate (DBP) as a plasticizer, and polyethylene glycol (polyetylene glycol: 0.2 wt% of PEG) was added and mixed for 12 hours to prepare a slurry of final h-BN plate-shaped particle powder.

(ii) 그린시트의 제조(ii) Preparation of green sheet

이후, 완성될 성형 시트의 요구 두께에 따라 상기 슬러리에 추가적으로 혼합용제를 추가하여 재 혼합과정을 거쳐 슬러리의 점도를 조절할 수도 있다. 이렇게 완성된 슬러리는 탈포과정을 거쳐 적어도 6시간 이상 상온에서 보관하여 안정화를 시킨 다음, 테이프 캐스팅하여 후막시트로 성형하여 버퍼층(50)을 제조하였다.Thereafter, the viscosity of the slurry may be adjusted through a remixing process by adding a mixed solvent to the slurry according to the required thickness of the formed sheet to be completed. The thus-finished slurry was stored at room temperature for at least 6 hours through a degassing process to stabilize, and then tape-casted to form a thick film sheet to prepare a buffer layer 50.

피소성체(10)의 제조Preparation of the object to be fired (10)

본 발명에 있어서, 피소성체는 h-BN 판상 입자로 구성된 버퍼층보다 소결온도가 낮은 세라믹 조성은 모두 사용될 수 있고, 특히 알루미나 및/또는 지르코니아를 포함한 모든 세라믹 조성이 사용될 수 있다. 본 실시예에서는 이러한 피소성체(10)의 일 예로서 본 출원인의 현재 출원중인 특허출원 제10-2017-0152740호(2017. 11. 16 출원)에 기재된 고강도 알루미나계 세라믹 조성물을 사용하였으나, 본 발명은 당연히 이 조성에 한정되지않음은 당연하다. 이러한 특허출원 제10-2017-0152740호는 그 전체가 본 명세서에 일 예로서 참조된다. In the present invention, all ceramic compositions having a sintering temperature lower than that of the buffer layer composed of h-BN plate-shaped particles may be used, and in particular, all ceramic compositions including alumina and/or zirconia may be used. In this embodiment, the high-strength alumina-based ceramic composition described in Patent Application No. 10-2017-0152740 (filed on November 16, 2017) of the present applicant is used as an example of such an object 10, Of course, it is natural that silver is not limited to this composition. This patent application No. 10-2017-0152740 is incorporated herein by reference in its entirety as an example.

이와 같은 고강도 알루미나계 세라믹 조성물은 ZTA(zirconia toughened alumina) 조성으로서 3mol% 이트리아를 포함하는 안정화 지르코니아(YSZ) 분말이 10~25vol% 첨가된 알루미나 복합체에 상기 ZTA 총량의 0.1~0.5wt%범위의 질화보론나노튜브 (boron nitride nanotube: BNNT)를 포함하고, 여기에 소결조제로서 0.1~0.5wt%의 산화보론을 포함하는 ZTA-BNNT-B2O3를 도 6a에 도시한 세라믹 필러(12)용의 조성 분말로서 사용하였다.Such a high-strength alumina-based ceramic composition is a ZTA (zirconia toughened alumina) composition in the range of 0.1 to 0.5 wt% of the total amount of ZTA to an alumina composite in which 10 to 25 vol% of stabilized zirconia (YSZ) powder containing 3 mol% yttria is added. ZTA-BNNT-B 2 O 3 containing boron nitride nanotube (BNNT) and containing 0.1 to 0.5 wt% of boron oxide as a sintering aid, ceramic filler 12 shown in FIG. 6A It was used as a composition powder for dragon.

그리고, 상기 조성 분말에 용제로서 톨루엔과 에탄올의 혼합용제를 혼합하되, 여기서 상기 조성 분말은 전체 슬러리 성분중 중량비로 34%, 톨루엔 11.2%, 에탄올 40.8% 및 분산제 1%를 첨가하여 볼밀로 6시간 혼합한 후, 이에 폴리비닐 부티랄(polyvinyl butyral: PVB) 바인더 9.1%와 가소제로서 디부틸 프탈레이트(dibuthyl phthalate: DBP) 3.6%를 추가하여 다시 12시간 혼합하여 상기 세라믹 필러(12)용 슬러리를 완성하였다. 이후 성형 시트의 요구 두께에 따라 추가적으로 혼합용제를 추가하여 재 혼합과정을 거쳐 슬러리의 점도를 조절하였다. In addition, a mixed solvent of toluene and ethanol as a solvent is mixed with the composition powder, where 34% by weight of the total slurry components, toluene 11.2%, ethanol 40.8%, and 1% dispersant are added to the ball mill for 6 hours. After mixing, 9.1% of a polyvinyl butyral (PVB) binder and 3.6% of dibutyl phthalate (DBP) as a plasticizer were added thereto, followed by mixing for 12 hours to complete the slurry for the ceramic filler (12). I did. Thereafter, a mixed solvent was added according to the required thickness of the molded sheet, and the viscosity of the slurry was adjusted through a remixing process.

그리고, 상기 슬러리를 테이프 캐스팅하여 복수의 후막시트로 성형하고 적층하여 적층체인 피소성체(10)를 제조하였다.Then, the slurry was tape-casted, formed into a plurality of thick film sheets, and laminated to prepare a laminated body 10.

피소성체(10)의 세팅 및 소결Setting and sintering of the object to be fired (10)

위와 같이 제조된 버퍼층(50)과 피소성체(10)를 도 3 또는 도 6a에 도시된 바에 따라 버퍼층(50)-피소성체(10)-버퍼층(50)의 순으로 지르코니아 소성 지지체(30)와 지르코니아 부하 커버(40) 간에 개재시켜 세팅하였다. As shown in FIG. 3 or 6A, the buffer layer 50 and the material to be fired 10 prepared as described above are in the order of the buffer layer 50-the material to be fired 10-the buffer layer 50 and the zirconia firing support 30 and It was set by interposing between the zirconia load covers 40.

그리고, 이를 질소, 질소+수소 또는 아르곤 분위기에서 서서히 승온하여 1600℃ 온도로 4시간 소결하여 소결된 박형 세라믹 기판(10)을 얻었다.Then, the temperature was gradually raised in a nitrogen, nitrogen + hydrogen or argon atmosphere and sintered at a temperature of 1600° C. for 4 hours to obtain a sintered thin ceramic substrate 10.

아울러, 본 실시예와의 특성 대비를 위하여, 비교예 1로서 위 제조된 피소성체를 도 1a에 도시된 종래기술에 따라 지르코니아 소성 지지체(3)-피소성체(1) 순으로 배치하고 위와 마찬가지로 소결하여 소결된 박형 세라믹 기판(1)을 얻었다(비교예 1).In addition, in order to compare the characteristics with this example, the above-prepared body to be fired as Comparative Example 1 was arranged in the order of zirconia fired support (3)-fired body (1) according to the prior art shown in FIG. 1A and sintered as above. Thus, a sintered thin ceramic substrate 1 was obtained (Comparative Example 1).

또한, 비교예 2로서 위 제조된 피소성체를 도 2a에 도시된 종래기술에 따라 지르코니아 소성 지지체(3)-피소성체(1)-지르코니아 부하 커버(4) 순으로 배치하고 위와 마찬가지로 소결하여 소결된 박형 세라믹 기판(1)을 얻었다(비교예 2).In addition, as Comparative Example 2, according to the prior art shown in FIG. 2A, the zirconia firing support (3)-the fired body (1)-zirconia load cover (4) was placed in the order of A thin ceramic substrate 1 was obtained (Comparative Example 2).

박형 세라믹 기판(10)의 휨 변형의 측정Measurement of bending deformation of thin ceramic substrate 10

위와 같이 각각 소결된 본 실시예와 비교예 1 및 2의 박형 세라믹 기판들의 휨 결과를 정량적으로 평가하기 위하여 도 7을 참조하여 기판의 휨 변형값이 측정되었다. 도 7은 본 발명에서 소결된 박형 세라믹 기판의 휨 변형값을 측정하는 위치를 나타내는 도면이다.In order to quantitatively evaluate the warpage results of the thin ceramic substrates of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 each sintered as above, the warpage strain value of the substrate was measured with reference to FIG. 7. 7 is a view showing a position to measure the bending strain value of the sintered thin ceramic substrate in the present invention.

도 7에 도시하듯이, 가로×세로×두께가 35×35×0.18mm3 크기 형상인 박형 세라믹 기판(10, 1)의 각 특정 위치(a~e)에서 휨 변형값이 측정되었으며, 여기서 기준 두께는 소결된 박형 세라믹 기판(10, 1)의 두께로서 180㎛였고, 측정 기준점은 시료의 대각선이 교차하는 중심 지점(a)으로 하였다. 측정값은 바닥이 평탄한 정반이 구비된 마이크로미터를 사용하여 바닥면을 0으로 캘리브레이션한 상태에서 상기 기판(10, 1)의 5개 측정 지점에서의 기판 상단부에 대한 높이를 잰 것이며, 기판 상단부 측정값에서 기판 기준 두께를 뺀 값이 바로 휨 변형값으로 된다. 위와 같이 측정한 휨 변형값을 아래 표 1에 정리한다. As shown in FIG. 7, the warpage strain value was measured at each specific position (a to e) of the thin ceramic substrates 10 and 1 having a shape of 35×35×0.18mm 3 in width×length×thickness, and the reference The thickness was 180 μm as the thickness of the sintered thin ceramic substrates 10 and 1, and the measurement reference point was taken as the center point (a) where the diagonals of the sample intersect. The measured value is to measure the height of the upper part of the substrate at the five measuring points of the substrate 10 and 1 in a state where the floor surface is calibrated to 0 using a micrometer equipped with a flat base, and measure the upper part of the substrate. The value obtained by subtracting the reference thickness of the substrate from the value becomes the bending deformation value. The bending deformation values measured as above are summarized in Table 1 below.

실시예Example 도 7의 35×35mm2 기판상 측정지점Measurement point on the 35×35mm 2 substrate in FIG. 7 a(기준점)a (reference point) bb cc dd ee 비교예 1
(도 1)
Comparative Example 1
(Figure 1)
측정값(㎛)Measured value (㎛) 1,4661,466 1,1701,170 1,2701,270 960960 1,2991,299
휨변형(±㎛)Bending deformation (±㎛) +1,286+1,286 +990+990 +1,090+1,090 +780+780 +1,119+1,119 비교예 2
(도 2)
Comparative Example 2
(Figure 2)
측정값(㎛)Measured value (㎛) 190190 260260 185185 200200 190190
휨변형(±㎛)Bending deformation (±㎛) +10+10 +80+80 +5+5 +20+20 +10+10 실시예
(도 3)
Example
(Fig. 3)
측정값(㎛)Measured value (㎛) 180(기준두께)180 (standard thickness) 180180 189189 188188 180180
휨변형(±㎛)Bending deformation (±㎛) 00 00 +9+9 +8+8 00

표 1을 참조하면, 종래기술인 비교예 1(도 1)에 의한 소결 기판(1)의 휨 변형값은 780~1,286㎛에 달하여 매우 열악하였고, 또한 다른 종래기술인 비교예 2(도 2)에 의한 휨 변형값은 5~80㎛로서 비교예 1보다는 많이 줄었으나 이 역시 여전히 상용 규격인 ±50㎛ 이하의 휨 변형값에는 미치지 못한다. Referring to Table 1, the warpage strain value of the sintered substrate 1 according to the prior art Comparative Example 1 (FIG. 1) reached 780 to 1,286 µm, which was very poor, and also according to the other prior art Comparative Example 2 (FIG. 2). The flexural strain value was 5 to 80 μm, which was much reduced than that of Comparative Example 1, but this also did not reach the conventional flexural strain value of ±50 μm or less.

반면에, 본 발명에 의한 실시예(도 3)에 의한 소결 기판(10)의 휨 변형값은 0~9㎛ 이내에 불과하여 휨 불량이 전혀 없거나 또는 거의 없는 뛰어난 결과가 제공됨을 명백하게 알 수 있다.On the other hand, it can be clearly seen that the warpage deformation value of the sintered substrate 10 according to the embodiment (FIG. 3) according to the present invention is only within 0 to 9 μm, so that excellent results with little or no warpage defects are provided.

또한, 도 8은 본 발명의 위 실시예에 따라 도 5a~5d에 도시된 바와 같은 소결공정으로 소결된 박형 세라믹 기판(10)의 사진을 보인다. In addition, FIG. 8 shows a photograph of the thin ceramic substrate 10 sintered by the sintering process as shown in FIGS. 5A to 5D according to the above embodiment of the present invention.

도 8을 보면 상기 기판(10)의 휨 현상이 거의 없는 것으로 관찰된다. 이는 비교예 1 및 2의 기판들(1)(도 1b 및 도 2b)이 상당한 휨 현상을 보이는 것과 지극히 대조적으로서, 본 발명이 종래기술보다 현저하게 개선된 효과를 가짐을 알 수 있다.Referring to FIG. 8, it is observed that the substrate 10 is hardly warped. This is in sharp contrast to that of the substrates 1 (FIGS. 1B and 2B) of Comparative Examples 1 and 2 showing a significant warping phenomenon, and it can be seen that the present invention has a remarkably improved effect over the prior art.

한편, 또 다른 본 발명의 효과는 위와 같이 소결된 박형 세라믹 기판의 표면 거칠기의 현저한 개선이다.On the other hand, another effect of the present invention is a remarkable improvement of the surface roughness of the sintered thin ceramic substrate as above.

도 9a~9b는 소결된 박형 세라믹 기판의 표면 거칠기를 나타내며, 도 9a는 본 발명의 경우를, 도 9b는 종래기술(도 2)의 경우를 각각 나타낸다. 이때, 상기 표면 거칠기는 표면 조도계(Veeco사)로 측정되었다. 그리고, 도 10a~10b는 본 발명에 따라 소결된 상태를 보이는 사진으로서, 도 10a는 소결되어 나온 박형 세라믹 기판(10)의 사진을, 도 10b는 도 10a의 박형 세라믹 기판과 분리된 소성 지지체(30) 및 버퍼(50)의 사진을 각각 보인다.9A to 9B show the surface roughness of the sintered thin ceramic substrate, Fig. 9A shows the case of the present invention, and Fig. 9B shows the case of the prior art (Fig. 2). At this time, the surface roughness was measured with a surface roughness meter (Veeco). In addition, FIGS. 10A-10B are photographs showing a sintered state according to the present invention, FIG. 10A is a photograph of the sintered thin ceramic substrate 10, and FIG. 10B is a sintered support separated from the thin ceramic substrate of FIG. 10A ( 30) and the pictures of the buffer 50 are shown, respectively.

도 9a~9b를 참조하면, 종래기술(도 2)에 의해 제조된 박형 세라믹 기판(1)의 표면조도(Ra)는 1.047㎛인 반면, 본 발명(도 3)에 의해 제조된 박형 세라믹 기판(10)의 표면조도는 0.191㎛로서, 본 발명의 경우 종래기술 대비 약 548%의 개선효과를 얻음을 알 수 있다. 이는 종래 구상 내지는 비정형 구조의 입자분말을 사용하는 것과는 달리, 본 발명의 버퍼층(50)은 전술했듯이 종횡비가 큰 나노 두께의 박형 판상 입자분말로 이루어짐으로써 표면조도를 낮추기 때문이다.9A to 9B, the surface roughness Ra of the thin ceramic substrate 1 manufactured by the prior art (FIG. 2) is 1.047 μm, whereas the thin ceramic substrate manufactured by the present invention (FIG. 3) ( The surface roughness of 10) is 0.191 μm, and it can be seen that in the case of the present invention, an improvement effect of about 548% is obtained compared to the prior art. This is because, unlike conventional spherical or amorphous particle powders, the buffer layer 50 of the present invention is made of nano-thick thin plate-shaped particle powders having a large aspect ratio as described above, thereby lowering the surface roughness.

이것은 도 10a~10에서도 입증되며, 여기서도 소결시 버퍼층(50)은 세라믹 적층체 기판(10) 및 소성 지지체층(30)과의 화학적 반응이 전혀 없고 소결후 그 표면이 깨끗하게 분리된다. 즉, 소결공정 후 분리된 버퍼층(50)은 다른 재료들과의 반응이나 잔류 이물질이 전혀 없고 특히 상기 버퍼층(50)을 이루는 h-BN 판상 입자의 몰포로지를 그대로 유지하므로, 상기 분리된 버퍼층(50)의 입자분말을 다시 슬러리로 제조하여 다른 소결공정을 위한 버퍼층(50)의 그린시트로 재활용할 수가 있다.This is also proved in FIGS. 10A to 10, where the buffer layer 50 has no chemical reaction with the ceramic laminate substrate 10 and the fired support layer 30 during sintering, and the surface is cleanly separated after sintering. That is, the separated buffer layer 50 after the sintering process does not have any reaction with other materials or residual foreign matter, and in particular, maintains the morphology of the h-BN plate-shaped particles constituting the buffer layer 50 as it is, so that the separated buffer layer ( The particle powder of 50) can be made into a slurry again and recycled as a green sheet of the buffer layer 50 for another sintering process.

이 또한 전술했던 바인 종래기술의 문제점들을 해소하는 것이다. 즉, 본 발명과 반대로, 종래기술들의 소성 버퍼층은 통상의 구상 내지는 부정형의 고온소성 산화물 분말(예컨대, 알루미나 분말 등)로 이루어짐으로써 소결시 피소성체 기판의 표면과 국부적인 화학 반응을 일으키며, 이로 인한 반응물질입자가 소결 세라믹 기판 표면에 잔류하여 물리적 또는 화학적 제거가 어려우며, 따라서 사용된 소성 버퍼층은 불가피하게 폐기할 수 밖에 없었고 재활용이 불가능하였기 때문이다.This is also to solve the problems of the prior art described above. That is, contrary to the present invention, the firing buffer layer of the prior art is made of a conventional spherical or irregular high-temperature firing oxide powder (eg, alumina powder, etc.), thereby causing a local chemical reaction with the surface of the substrate to be fired upon sintering. This is because the reactant particles remain on the surface of the sintered ceramic substrate, making it difficult to remove physically or chemically, and thus the used sintering buffer layer was inevitably discarded and cannot be recycled.

이상 기술한 바와 같이, 본 발명은 종래기술들에서 박형 세라믹 기판의 소결시 발생하고 있는 휨 불량을 크게 개선하는 방안으로서 로 내에 피소성체가 세팅되는 구조 및 방법을 제시한다.As described above, the present invention proposes a structure and method in which an object to be fired is set in a furnace as a method of greatly improving the warpage defects occurring during sintering of a thin ceramic substrate in the prior art.

즉, 본 발명에서 피소성체와 주위 매체(즉, 소성 지지체 및 부하커버) 사이에 h-BN 판상 분말입자로 구성된 버퍼층이 개재되며 상기 버퍼층은 소결공정과 같이 열적 및 화학적으로 가혹한 환경에서 화학적으로 안정적이면서도 상기 피소성체와 소성 지지체층 및 부하커버와의 각 계면간에서 열 팽창/수축에 대한 우수한 곡강도를 유지함과 함께 특히 우수한 열분산 기능을 발휘한다. 이에 따라, 상기 버퍼층은 피소성체의 소성시 수축율 거동차이로 발생하는 휨과 같은 물리적 변형을 효과적으로 최대한 억제한다.That is, in the present invention, a buffer layer composed of h-BN plate-shaped powder particles is interposed between the object to be fired and the surrounding medium (i.e., the fired support and the load cover), and the buffer layer is chemically stable in a thermally and chemically harsh environment such as a sintering process. At the same time, it maintains excellent bending strength against thermal expansion/contraction at each interface between the fired body, the fired support layer and the load cover, and exhibits particularly excellent heat dissipation function. Accordingly, the buffer layer effectively suppresses physical deformation such as warpage caused by a difference in shrinkage rate behavior during firing of the object to be fired.

뿐만 아니라, 소결공정에서 상기 h-BN 판상 분말입자로 구성된 버퍼층은 다른 재료들과의 반응이나 잔류 이물질이 전혀 없고 특히 상기 버퍼층을 이루는 h-BN 판상 입자의 몰포로지를 그대로 유지하므로, 소결공정 완료후 분리되어 다시 슬러리로 제조되어 다른 소결공정을 위한 버퍼층의 그린시트로 얼마든지 재활용할 수가 있다.In addition, in the sintering process, the buffer layer composed of the h-BN plate-shaped powder particles does not have any reaction with other materials or residual foreign substances, and in particular, the morphology of the h-BN plate-shaped particles constituting the buffer layer is maintained as it is, so the sintering process is completed. It is then separated and made into a slurry, so that it can be reused as much as a green sheet of the buffer layer for other sintering processes.

또한, 본 발명에서는 상기 버퍼층의 바인더 조성물이 상기 피소성체의 바인더 조성물보다 열분해 온도대역이 상대적으로 더 낮도록 선택되고, 이로써 소성시 온도가 상승함에 따라 먼저 상기 버퍼층의 바인더 조성물이 탈거되어 공극들을 형성하고 이 공극들은 가스 순환 경로를 이루며 이후 더 고온에서 상기 피소성체의 바인더 조성물이 탈거되면서 발생하는 가스는 상기 가스 순환 경로를 통하여 외부로 방출되고 동시에 기압차로 인해 외부의 분위기 가스가 피소성체 내부로 유입된다. 이러한 가스 순환 사이클로 인하여, 피소성체 내부의 잔류 탄소 등의 유기물 열분해 잔류물이 상기 가스 순환 경로를 통해 쉽게 외부로 배출되어 피소성체 내부 압력은 상승이 억제되고 이로써 소결된 기판의 휨과 같은 물리적 변형이 더욱 억제된다.In addition, in the present invention, the binder composition of the buffer layer is selected so that the thermal decomposition temperature band is relatively lower than that of the binder composition of the object to be fired, and as the temperature increases during firing, the binder composition of the buffer layer is first removed to form voids. And these voids form a gas circulation path, and the gas generated when the binder composition of the to-be-fired object is removed at a higher temperature is released to the outside through the gas circulation path, and at the same time, an external atmospheric gas flows into the inside of the fired body due to the difference in atmospheric pressure. do. Due to this gas circulation cycle, organic matter pyrolysis residues such as residual carbon inside the fired body are easily discharged to the outside through the gas circulation path, so that the internal pressure of the fired body is suppressed from increasing, thereby preventing physical deformation such as bending of the sintered substrate. More restrained.

이상, 상술된 본 발명의 구현예 및 실시예에 있어서, 예컨대 선택된 원료의 순도, 불순물 함량 및 열처리 조건 등의 여러 실험조건에 따라 통상적인 오차범위 내에서 다소 변동이 있을 수 있음은 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 지극히 당연하다. As described above, in the embodiments and examples of the present invention described above, it is common in the field that there may be some variation within the usual error range according to various experimental conditions, such as the purity of the selected raw material, impurity content, and heat treatment conditions. It is absolutely natural to those who have the knowledge of.

아울러 본 발명의 바람직한 구현예 및 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이고, 이러한 수정, 변경, 부가 등은 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다. 즉, 일 예로서, 통상의 기술자라면, 본 발명에서 피소성체(10)와 주위 로 벽과의 화학적 분리를 위해 일반적으로 사용되는 상기 소성 세터(20)를 생략하고 상기 피소성체(10)의 이 상기 버퍼층(50)을 통하여 상기 소성 지지체층(30)에 의해서만 지지받도록 하게되는 경우도 포함할 수 있음을 쉽게 인지할 것이다.In addition, preferred embodiments and embodiments of the present invention are disclosed for the purpose of illustration, and anyone with ordinary knowledge in the field will be able to make various modifications, changes, additions, etc. within the spirit and scope of the present invention. , Changes, additions, etc. should be regarded as belonging to the scope of the claims. That is, as an example, if a person of ordinary skill in the art omits the sintered setter 20, which is generally used for chemical separation between the sintered object 10 and the surrounding furnace wall, in the present invention, It will be readily appreciated that it may also include a case where only the sintered support layer 30 is supported through the buffer layer 50.

Claims (20)

세라믹 그린시트의 소결을 위해 열처리 수단 내에서 상기 세라믹 그린시트와 함께 적층되어 열처리되는 소성용 적층 구조체에 있어서,
상기 세라믹 그린시트의 상면 및 하면과 각각 이종계면을 이루도록 상기 세라믹 그린시트의 상면 및 하면 상에 각각 적재되고, 5 이상의 형상 종횡비를 갖는 판상의 육방정계 질화보론(h-BN) 분말입자로 구성된 한 쌍의 h-BN 그린시트 버퍼와;
상기 세라믹 그린시트의 하면과 이종계면을 이루는 상기 h-BN 그린시트 버퍼를 하측에서 지지하는 소성 지지체와;
상기 세라믹 그린시트의 상면과 이종계면을 이루는 상기 h-BN 그린시트 버퍼의 상면 상에 적재되어 상기 열처리 동안 상기 세라믹 그린시트에 자신의 중력 하중을 인가하는 부하 커버를 포함한 것을 특징으로 하는 소성용 적층 구조체.
In the sintering multilayer structure that is laminated with the ceramic green sheet and heat-treated in a heat treatment means for sintering the ceramic green sheet,
As long as it is composed of plate-shaped hexagonal boron nitride (h-BN) powder particles each loaded on the top and bottom surfaces of the ceramic green sheet to form a different interface with the top and bottom surfaces of the ceramic green sheet, respectively, and having a shape aspect ratio of 5 or more. A pair of h-BN green sheet buffers;
A firing support for supporting the h-BN green sheet buffer forming a different interface with a lower surface of the ceramic green sheet from a lower side;
Laminate for firing, characterized in that it includes a load cover that is loaded on the upper surface of the h-BN green sheet buffer forming a different interface with the upper surface of the ceramic green sheet to apply its own gravitational load to the ceramic green sheet during the heat treatment. Structure.
적층된 복수의 세라믹 그린시트의 소결을 위해 열처리 수단 내에서 상기 복수의 세라믹 그린시트와 함께 적층되어 열처리되는 소성용 적층 구조체에 있어서,
상기 세라믹 그린시트 각각의 상면 및 하면과 각각 이종계면을 이루도록 상기 복수의 세라믹 그린시트 간에 각각 개재되고 상기 복수의 세라믹 그린시트 중 최상에 위치한 세라믹 그린시트의 상면 및 상기 복수의 세라믹 그린시트 중 최하에 위치한 세라믹 그린시트의 하면 상에 각각 적재되되, 5 이상의 형상 종횡비를 갖는 판상의 육방정계 질화보론(h-BN) 분말입자로 구성된 복수의 h-BN 그린시트 버퍼와;
상기 복수의 세라믹 그린시트 중 최하에 위치한 세라믹 그린시트의 하면과 이종계면을 이루는 상기 h-BN 그린시트 버퍼를 하측에서 지지하는 소성 지지체와;
상기 복수의 세라믹 그린시트 중 최상에 위치한 세라믹 그린시트의 상면과 이종계면을 이루는 상기 h-BN 그린시트 버퍼의 상면 상에 적재되어 상기 열처리 동안 상기 복수의 세라믹 그린시트에 자신의 중력 하중을 인가하는 부하 커버를 포함한 것을 특징으로 하는 소성용 적층 구조체.
In the sintering multilayer structure that is laminated together with the plurality of ceramic green sheets in a heat treatment means to sinter a plurality of stacked ceramic green sheets and heat treated,
The upper and lower surfaces of the ceramic green sheets are interposed between the plurality of ceramic green sheets to form a heterogeneous interface, and the upper surface of the ceramic green sheet located at the highest among the plurality of ceramic green sheets, and the lowermost of the plurality of ceramic green sheets. A plurality of h-BN green sheet buffers each of which is loaded on the lower surface of the ceramic green sheet and composed of plate-shaped hexagonal boron nitride (h-BN) powder particles having a shape aspect ratio of 5 or more;
A firing support for supporting the h-BN green sheet buffer, which forms a heterogeneous interface with a lower surface of the ceramic green sheet located at the bottom of the plurality of ceramic green sheets, from a lower side;
It is loaded on the upper surface of the h-BN green sheet buffer that forms a heterogeneous interface with the upper surface of the ceramic green sheet located at the top among the plurality of ceramic green sheets, and applies its own gravity load to the plurality of ceramic green sheets during the heat treatment. A laminated structure for firing, comprising a load cover.
삭제delete 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 육방정계 질화보론(h-BN)의 분말입자의 직경은 30㎚~20㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 소성용 적층 구조체.
The method according to claim 1 or 2,
The diameter of the powder particles of the hexagonal boron nitride (h-BN) is in the range of 30nm ~ 20㎛, the laminated structure for firing.
삭제delete 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 h-BN 그린시트 버퍼의 두께는 10~100㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 소성용 적층 구조체.
The method according to claim 1 or 2,
The thickness of the h-BN green sheet buffer is in the range of 10 ~ 100㎛ for firing laminate structure, characterized in that.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 h-BN 그린시트 버퍼 및 상기 세라믹 그린시트는 각각 유기 바인더 조성물을 함유하고, 상기 h-BN 그린시트 버퍼 내의 유기 바인더 조성물은 상기 세라믹 그린시트 내의 유기 바인더 조성물보다 더 낮은 열분해 온도를 갖는 것을 특징으로 하는 소성용 적층 구조체.
The method according to claim 1 or 2,
The h-BN green sheet buffer and the ceramic green sheet each contain an organic binder composition, and the organic binder composition in the h-BN green sheet buffer has a lower thermal decomposition temperature than the organic binder composition in the ceramic green sheet. A laminated structure for firing.
제7항에 있어서,
상기 h-BN 그린시트 버퍼 내의 유기 바인더 조성물의 열분해 온도는 상기 세라믹 그린시트 내의 유기 바인더 조성물의 열분해 온도보다 50~100℃ 범위만큼 더 낮은 것을 특징으로 하는 소성용 적층 구조체.
The method of claim 7,
The thermal decomposition temperature of the organic binder composition in the h-BN green sheet buffer is lower than the thermal decomposition temperature of the organic binder composition in the ceramic green sheet by 50 to 100°C.
제7항에 있어서,
상기 h-BN 그린시트 버퍼 내의 유기 바인더 조성물은 300℃ 이하의 범위에서 열분해되고, 상기 세라믹 그린시트 내의 유기 바인더 조성물은 350~400℃ 범위에서 열분해되는 것을 특징으로 하는 소성용 적층 구조체.
The method of claim 7,
The organic binder composition in the h-BN green sheet buffer is thermally decomposed in a range of 300°C or less, and the organic binder composition in the ceramic green sheet is thermally decomposed in a range of 350 to 400°C.
제7항에 있어서,
상기 h-BN 그린시트 버퍼 내의 유기 바인더 조성물은 폴리프로필렌 카르보네이트(polypropylene carbonate: PPC) 및 폴리에틸렌 카르보네이트(polyethylene carbonate: PEC) 중에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 소성용 적층 구조체.
The method of claim 7,
The organic binder composition in the h-BN green sheet buffer is at least one selected from polypropylene carbonate (PPC) and polyethylene carbonate (PEC).
제7항에 있어서,
상기 세라믹 그린시트 내의 유기 바인더 조성물은 폴리비닐 부티랄(polyvinyl butyral: PVB), 폴리비닐알콜(polyvinyl alcohol: PVA), 폴리비닐 아세테이트(polyvinyl acetate), 폴리스틸렌(polystylene), 히드록시 에틸셀룰로스(hydroxy ethylcellulose), 폴리메틸 메타크릴산(polymethyl methacrylic acid: PMMA), 및 메틸셀룰로스(methylcellulose)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 소성용 적층 구조체.
The method of claim 7,
The organic binder composition in the ceramic green sheet is polyvinyl butyral (PVB), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl acetate, polystylene, hydroxy ethylcellulose. ), polymethyl methacrylic acid (PMMA), and at least one selected from the group consisting of methylcellulose.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 소성 지지체 및 상기 부하 커버는 지르코니아, 알루미나, 실리카 및 마그네시아로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 소성용 적층 구조체.
The method according to claim 1 or 2,
The firing support and the load cover are laminated structure for firing, characterized in that at least one selected from the group consisting of zirconia, alumina, silica and magnesia.
세라믹 분말입자의 슬러리로부터 후막 제조된 세라믹 그린시트를 소결하여 박형 세라믹 기판을 제조하는 방법에 있어서,
소성 지지체를 적재하는 단계와;
상기 소성 지지체 상에 5 이상의 형상 종횡비를 갖는 판상의 육방정계 질화보론(h-BN) 분말입자의 슬러리로부터 후막 제조된 제1 h-BN 그린시트 버퍼를 적재하는 단계와;
상기 제1 h-BN 그린시트 버퍼 상에 상기 세라믹 그린시트를 적재하는 단계와;
상기 세라믹 그린시트 상에 상기 제1 h-BN 그린시트 버퍼와 동일한 제2 h-BN 그린시트 버퍼를 적재하는 단계와;
상기 제2 h-BN 그린시트 버퍼 상에 상기 세라믹 그린시트에 자신의 중력 하중을 인가하는 부하 커버를 적재하는 단계와;
상기 세라믹 그린시트를 소결하여 박형 세라믹 기판을 제조하는 단계와;
상기 소결하는 단계의 종료후, 상기 소성 지지체와 상기 제1 h-BN 그린시트 버퍼 및 제2 h-BN 그린시트 버퍼를 상기 박형 세라믹 기판으로부터 분리하고, 상기 제1 h-BN 그린시트 버퍼 및 제2 h-BN 그린시트 버퍼를 재활용을 위하여 슬러리로 제조하는 것을 특징으로 하는 방법.
In the method of manufacturing a thin ceramic substrate by sintering a ceramic green sheet made of a thick film from a slurry of ceramic powder particles,
Loading the firing support;
Loading a first h-BN green sheet buffer prepared from a slurry of plate-shaped hexagonal boron nitride (h-BN) powder particles having a shape aspect ratio of 5 or more on the firing support;
Loading the ceramic green sheet on the first h-BN green sheet buffer;
Loading a second h-BN green sheet buffer identical to the first h-BN green sheet buffer on the ceramic green sheet;
Loading a load cover that applies its own gravity load to the ceramic green sheet on the second h-BN green sheet buffer;
Sintering the ceramic green sheet to manufacture a thin ceramic substrate;
After the sintering step is finished, the firing support, the first h-BN green sheet buffer, and the second h-BN green sheet buffer are separated from the thin ceramic substrate, and the first h-BN green sheet buffer and the first A method, characterized in that the 2 h-BN green sheet buffer is prepared as a slurry for recycling.
삭제delete 제13항에 있어서,
상기 제1 h-BN 그린시트 버퍼의 상기 후막 제조하는 단계는
상기 h-BN 분말입자와 용제 및 분산제를 혼합하여 예비 슬러리를 제조하는 단계와;
상기 예비 슬러리에 유기 바인더 및 가소제를 첨가하여 상기 h-BN 분말입자의 슬러리를 제조하는 단계와;
상기 h-BN 분말입자의 슬러리를 탈포하고 성형 또는 캐스팅하여 후막시트를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 13,
The step of preparing the thick film of the first h-BN green sheet buffer
Preparing a preliminary slurry by mixing the h-BN powder particles with a solvent and a dispersant;
Preparing a slurry of the h-BN powder particles by adding an organic binder and a plasticizer to the preliminary slurry;
And forming a thick film sheet by degassing and molding or casting the slurry of the h-BN powder particles.
제13항에 있어서,
상기 제1 h-BN 그린시트 버퍼 및 제2 h-BN 그린시트 버퍼와 상기 세라믹 그린시트는 각각 유기 바인더 조성물을 함유하고, 상기 제1 h-BN 그린시트 버퍼 및 제2 h-BN 그린시트 버퍼에 함유된 유기 바인더 조성물은 상기 세라믹 그린시트에 함유된 유기 바인더 조성물보다 더 낮은 열분해 온도를 갖도록 선택되고,
상기 세라믹 그린시트를 소결하는 단계는
상기 소결을 위하여 인가되는 온도가 상승함에 따라 상기 제1 h-BN 그린시트 버퍼 및 제2 h-BN 그린시트 버퍼 각 내부의 유기 바인더 조성물이 열분해되어 탈거되면서 상기 제1 h-BN 그린시트 버퍼 및 제2 h-BN 그린시트 버퍼 각 내부에 공극들을 형성하고 상기 공극들은 가스 순환 경로를 형성하는 단계와;
상기 인가되는 온도가 더 상승함에 따라 상기 세라믹 그린시트 내부의 유기 바인더 조성물이 열분해되면서 발생하는 가스가 상기 가스 순환 경로를 통해 상기 세라믹 그린시트의 외부로 배출되고 동시에 외부의 분위기 가스가 상기 가스 순환 경로를 통해 상기 세라믹 그린시트의 내부로 유입되는 단계와;
상기 세라믹 그린시트 내부에 발생하는 유기물 열분해 잔류물이 상기 가스 순환 경로를 통해 외부로 배출되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 13,
The first h-BN green sheet buffer, the second h-BN green sheet buffer, and the ceramic green sheet each contain an organic binder composition, and the first h-BN green sheet buffer and the second h-BN green sheet buffer The organic binder composition contained in is selected to have a lower thermal decomposition temperature than the organic binder composition contained in the ceramic green sheet,
The step of sintering the ceramic green sheet
As the temperature applied for the sintering increases, the organic binder composition in each of the first h-BN green sheet buffer and the second h-BN green sheet buffer is thermally decomposed and removed, and the first h-BN green sheet buffer and Forming pores in each of the second h-BN green sheet buffer and forming a gas circulation path for the pores;
As the applied temperature further increases, gas generated by thermal decomposition of the organic binder composition inside the ceramic green sheet is discharged to the outside of the ceramic green sheet through the gas circulation path, and at the same time, an external atmosphere gas is discharged to the gas circulation path. Flowing into the interior of the ceramic green sheet through;
And discharging the organic matter pyrolysis residue generated inside the ceramic green sheet to the outside through the gas circulation path.
삭제delete 삭제delete 제16항에 있어서,
상기 제1 h-BN 그린시트 버퍼 및 제2 h-BN 그린시트 버퍼 각 내부의 유기 바인더 조성물은 상기 세라믹 그린시트 내부의 유기 바인더 조성물보다 50~100℃ 범위만큼 더 낮은 열분해 온도를 갖도록 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 16,
The organic binder composition inside each of the first h-BN green sheet buffer and the second h-BN green sheet buffer is selected to have a lower thermal decomposition temperature in the range of 50 to 100° C. than the organic binder composition inside the ceramic green sheet. How to characterize.
제16항에 있어서,
상기 제1 h-BN 그린시트 버퍼 및 제2 h-BN 그린시트 버퍼 각 내부의 유기 바인더 조성물은 300℃ 이하의 범위에서 열분해되고, 상기 세라믹 그린시트 내부의 유기 바인더 조성물은 350~400℃ 범위에서 열분해되는 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 16,
The organic binder composition inside each of the first h-BN green sheet buffer and the second h-BN green sheet buffer is pyrolyzed in a range of 300° C. or less, and the organic binder composition in the ceramic green sheet is in the range of 350 to 400° C. Process characterized in that it is pyrolyzed.
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