KR102508016B1 - 페라이트 층을 포함한 ltcc 이종접합 모듈 및 제조방법 - Google Patents

페라이트 층을 포함한 ltcc 이종접합 모듈 및 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 LTCC 이종 접합 모듈(10)의 제조방법에 관한 것이다. 그러한 LTCC 이종 접합 모듈의 제조방법은, 상대적으로 저유전율을 갖는 모듈(12)을 형성하는 제 1단계(S100)와; 모듈(12)의 상면에 일정 깊이로 오목하게 접합홈(14)을 형성하는 제 2단계(S110)와; 접합홈(14)의 내부에 모듈(12) 보다 고유전율을 갖는 캐패시터(16)를 접합하는 제 3단계(S120)와; 그리고 모듈 및 캐패시터(14,16)를 소성하는 제 4단계(S130)를 포함한다.

Description

페라이트 층을 포함한 LTCC 이종접합 모듈 및 제조방법{LTCC heterojunction module embedded ferrite layer and Its manufacturing method}
본 발명은 LTCC 이종 접합 모듈의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저 유전율의 LTCC 모듈의 상면 또는 후면에 캐비티를 형성하고, 이 캐비티의 내부에 고유전율의 페라이트층과 LTCC 모듈을 동시 소성함으로써 고유전율 및 저유전율 이종 소재간에 수축율 차이로 소성과정에서 발생하는 수축율 부정합에 의한 휨 현상, 층간 분리 현상 등의 문제를 해결한 기술에 관한 것이다.
최근 무선 통신을 위한 다층(multi layer) 구조의 세라믹 전자통신부품이 상용화되고 있으며, 이를 위해 저온 동시 소성 세라믹 기술(LTCC; Low Temperature Co-fired Ceramic)이 활용되고 있다.
LTCC 기술은 850℃ 부근의 비교적 낮은 온도에서 소성이 가능한 기술로써 고 순도의 은전극을 회로로 사용할 수 있으며, 소재의 저 유전손실 특성과 내외부 전극 회로의 높은 전기전도성으로 우수한 RF 특성을 갖는 다층 회로 모듈 제조 방법이다.
LTCC 이종접합 기술은 LTCC 모듈에서 고 캐패시턴스 특성이 요구되는 경우, 저유전율 소재 기반의 LTCC 모듈층과 고유전율 소재 기반의 페라이트층을 각각 그린시트로 제작하여 이를 동시에 적층하고 소성함으로써 LTCC 모듈 내부에 페라이트층을 형성하여 다기능의 소형 모듈을 제조하는 기술이다.
그리고, 이러한 LTCC 이종접합모듈(1)는 도 1에 도시된 바와 같이, 다층구조로 적층하는 바, 유전율이 서로 다른 이종 재료(3,5,7)를 순차적으로 적층하여 소성하게 된다.
즉, 상, 하부에는 저 유전율 층(3,7)이 배치되고, 중간에는 고 유전율 층(5)이 배치된 구조이다. 예를 들면, 저유전율 LTCC층은 비유전율이 4-8 범위 이내이고, 고유전율 페라이트 층은 비유전율이 10-300범위 이내이다.
그러나, 이러한 종래의 LTCC 이종접합 기술은 저유전율 층과 고유전율의 소재 층을 순차적으로 적층한 상태에서 소성하는 바, 이때 소성 과정에서 이종 재료간의 수축율 부정합으로 인하여 이종 소재의 접합부위에서 휨, 크랙, 분리현상이 발생함으로써 품질이 저하되는 문제점이 있다.
특허출원 제10-2017-0140754(무선 통신 안테나 및 그 제조방법)
따라서, 본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 과제는, 종래기술에서 서로 다른 유전율을 갖는 소재의 접합 구조의 문제점을 해결하는 LTCC 이종접합 모듈 및 제조기술을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 일 실시 예는 LTCC 이종 접합 모듈(10) 및 그 제조방법에 관한 것으로서,
LTCC 이종 접합 모듈(10)의 제조방법은,
상대적으로 저유전율을 갖는 모듈(12)을 형성하는 제 1단계(S100)와;
모듈(12)의 상면에 일정 깊이로 캐비티(14)를 형성하는 제 2단계(S110)와;
캐비티(14)의 내부에 모듈(12) 보다 고유전율을 갖는 페라이트층(16)을 접합하는 제 3단계(S120)와; 그리고
모듈 및 페라이트층(14,16)을 동시에 소성하는 제 4단계(S130)를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 LTCC 이종 접합 모듈(10) 및 그 제조방법은,
상대적으로 저유전율을 갖는 모듈(12)을 제작하여 소성하는 제 1단계(S200)와;
모듈(12) 보다 고유전율을 갖는 페라이트층(16)을 제작하여 소성하는 제 2단계(S210)와; 그리고
페라이트층(16)을 모듈(12)의 캐비티(14) 부분에 SMT하여 전기적 연결하는 제 3단계(S220)를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예는,
상대적으로 저유전율을 갖는 모듈(12)과;
모듈(12)의 상면에 일정 깊이로 형성된 캐비티(14)과; 그리고
캐비티(14)의 내부에 배치되어 접합되며 모듈(12) 보다 고유전율을 갖는 페라이트층(16)을 포함하는 LTCC 이종 접합 모듈(10)을 포함한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 LTCC 이종재료 접합방법은 저 유전율 모듈의 상면에 캐비티를 형성하고, 이 캐비티의 내부에 고유전율의 페라이트층을 배치한 후 소성함으로써 이종의 유전율 소재의 접합 시 발생하는 수축율 정합, 휨 현상 등의 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 LTCC 이종 접합 모듈의 구조를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 LTCC 이종 접합 모듈의 구조를 보여주는 사시도이다.
도 3은 도 2의 LTCC 이종 접합 모듈의 내부구조를 보여주는 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 LTCC 이종 접합 모듈의 제조방법을 보여주는 순서도이다.
도 5는 도 2에 도시된 LTCC 이종 접합 모듈의 제조방법의 다른 실시예를 보여주는 순서도이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 LTCC 이종 접합 모듈을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명이 제안하는 LTCC 이종 접합 모듈(10)는 비유전율이 서로 다른 이종의 세라믹 시트가 적층된 구조를 갖는다.
본 발명에서는 이러한 LTCC 이종 접합 모듈의 일 예로서 RF특성 모듈에 의하여 설명한다.
이러한 LTCC 모듈(10)을 제조하는 방법은, 상대적으로 저유전율을 갖는 모듈(12)을 형성하는 제 1단계(S100)와; 모듈(12)의 상면에 일정 깊이로 캐비티(14)를 형성하는 제 2단계(S110)와; 캐비티(14)의 내부에 모듈(12) 보다 고유전율을 갖는 페라이트층(16)을 접합하는 제 3단계(S120)와; 모듈 및 페라이트층(14,16)을 동시에 소성하는 제 4단계(S130)를 포함한다.
이러한 순서로 제조되는 RF특성을 가지는 모듈의 제조방법에 있어서,
제 1단계(S100)에서는 저유전율의 세라믹으로 모듈(12)을 형성한다. 이때, 저유전율의 세라믹으로는 다양한 세라믹 재료가 적용될 수 있으며, 예를 들면 B, CaO, SiO2, K2O, B2O3, BaO, MgO 를 포함하는 글라스와 Al2O3 필러가 사용될 수 있다.
혹은, 아루미나 붕규산 글래스계, 포스테라이트(forsterite)계의 세라믹 재료를 사용할 수 있다.
또한, 유전율은 4 내지 8의 범위 이내가 바람직하다.
이러한 모듈(12)은 다층 구조로 적층되며, 각 층은 소정의 두께로 형성되는 바, 예를 들면 20-300㎛로 형성된다. 이러한 다층 구조는 최소 3층 이상으로 구성될 수 있다.
그리고, 모듈(12)에는 수동소자 및 RF 회로를 모듈 내부에 스크린 프린팅 방식으로 형성할 수 있다.
그리고, 제 2단계(S110)에서는 이러한 모듈(12)의 상하면에 일정 깊이로 캐비티(14)를 형성한다.
이러한 캐비티(14)는 모듈(12)의 성형 시에 상하부 표면의 일부에 몰드(성형틀)를 배치하여 세라믹이 주입되지 않도록 함으로써 캐비티(14)를 형성하거나, 모듈(12)의 성형 후에 도구를 이용하여 상부 표면을 물리적으로 일정 깊이로 가공함으로써 캐비티(14)를 형성할 수 있다. 또는 모듈을 형성하는 그린시트에 전체 구조에 맞게 각 레이어 층별로 포밍하여 하나의 캐비티가 되도록 적층하여 형성한다.
제 3단계(S120)에서는 캐비티(14)의 내부에 모듈(12) 보다 고유전율을 갖는 페라이트층(16)을 배치하여 접합한다.
페라이트층(16)은 고 유전율을 갖는 세라믹 재료로서 다양한 소자를 포함하며, 예를 들면 고유전율의 캐패시터(Capacitor)일 수 있다.
이러한 페라이트층(16)은 다양한 재료가 적용될 수 있으며, 예를 들면 Ni-Cu-Zn계, Bi-Ca-Nb-O계, Ba-Ti-O계, Zr(Mg, Zn, Nb)-Ti-Mn-O계 등의 세라믹 재료를 이용할 수도 있고, 또는 Bi, SiO2, CaO, K2O계 글라스와 세라믹 필러로서 BaTiO3를 적용할 수 있다.
이러한 페라이트층(16)은 다층 구조로, 각 층은 소정의 두께로 형성되는 바, 예를 들면 1-10㎛로 형성된다. 이러한 다층 구조는 최소 500층 이상으로 구성될 수 있다.
이때, 고 유전율의 페라이트 층(16)의 비유전율은 10 내지 300 범위 이내가 바람직하며, 저 유전율의 모듈(12)보다 큰 열팽창계수를 갖는다. 따라서, 고 유전율의 페라이트 층(16)과 저 유전율의 모듈(12)을 단순히 상하로 적층한 상태에서 소성하는 경우에는 수축율 부정합으로 인하여 이종 접합체 간에 크랙 등이 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 모듈(12)의 내측에 페라이트층(16)을 배치하여 접합시킴으로써 제 4단계(S130)의 소성공정시에도 접합면에서 크랙, 분리 등의 발생하는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 페라이트층(16)을 모듈 내부에 결합하는 방법으로는 SMT 방식 혹은 결합 후 동시 소결진행을 한다.
따라서, 모듈(12)과 페라이트층(16) 사이에 소재의 수축율 편차로 인해 발생하는 층간 결함을 방지할 수 있다.
그리고, 페라이트층으로 이루어진 페라이트층(16)의 크기는 전체 모듈 구조체(1) 대비 70%까지 형성가능하다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 모듈(12)의 상부면에는 RF회로(17)가 배치되고 하부면에는 SMT패드(22)가 배치된다. 그리고, RF회로(17)와 SMT패드(22)는 은(Ag)또는 구리(Cu) 등의 도전성 재질의 패턴(20)에 의하여 전기적으로 연결된다.
또한, 페라이트층(16)에도 내측에 회로패턴(24)이 다수개 배치되고, 이 회로패턴(24)들은 모듈(12)의 하부면에 배치된 SMT패드(22)와 도전성 재질의 패턴(26)에 의하여 전기적으로 연결된다.
한편, LTCC 이종 접합 모듈(10)을 제조하는 다른 실시예로서, 페라이트층(16)을 모듈(12)의 캐비티(14) 부분에 SMT 방식에 의하여 배치하는 방법도 가능하다.
즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 상대적으로 저유전율을 갖는 모듈(12)을 제작하여 소성하는 제 1단계(S200)와; 모듈(12) 보다 고유전율을 갖는 페라이트층(16)을 제작하여 소성하는 제 2단계(S210)와; 그리고 페라이트층(16)을 모듈(12)의 캐비티(14) 부분에 SMT하여 전기적 연결하는 제 3단계(S220)를 포함한다.
이러한 제 1 내지 제 3단계에 있어서 도 4에 도시된 제조방법과 동일한 기재는 생략한다.
제 1 및 제 2단계(S200, S210)에서는 모듈(12) 혹은 페라이트층(16)의 제작 뿐만 아니라 소성도 진행한다.
그리고, 제 3단계(S220)에서는 SMT 방식(Surface Mounter Technology)에 의하여 페라이트층(16)을 모듈(12)의 캐비티(14)의 내부에 장착하고 납땜 등에 의하여 실장한다.
이러한 방법에 의하여 페라이트층(16)을 모듈(12)의 캐비티(14)에 SMT 방식에 의하여 배치한다.
이러한 LTCC 제조방법에 의하여 제조한 모듈(10)은 다음과 같은 구조를 갖는다.
즉, LTCC 안테나 모듈(10)은, 상대적으로 저유전율을 갖는 모듈(12)과; 모듈(12)의 상면에 일정 깊이로 형성된 캐비티(14)와; 캐비티(14)의 내부에 배치되어 접합되며 모듈(12) 보다 고유전율을 갖는 페라이트층(16)을 포함한다.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 상대적으로 저유전율을 갖는 모듈(12)을 제작하여 소성하는 제 1단계(S200)와;
    모듈(12) 보다 고유전율을 갖는 페라이트층(16)을 제작하여 소성하는 제 2단계(S210)와; 그리고
    페라이트층(16)을 모듈(12)의 캐비티(14) 부분에 SMT 방식으로 접합하여 전기적으로 연결하는 제 3단계(S220)를 포함하고,
    모듈(12)은 유전율 4-8 범위 이내이고,
    페라이트층(16)은 비유전율 10 내지 300 범위 이내인 LTCC 이종 접합 모듈(10)을 제조하는 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    모듈(12)은 B, Ca, SiO2를 포함하는 글라스와 Al2O3 필러가 사용되며, 페라이트층(16)은 Ni-Cu-Zn계, Bi-Ca-Nb-O계, Ba-Ti-O계, Zr(Mg, Zn, Nb)-Ti-Mn-O계 중 하나의 세라믹 재료 혹은 Bi, SiO2, CaO, K2O계 글라스 글라스와 세라믹 필러로서 BaTiO3를 적용하는 LTCC 이종 접합 모듈(10)을 제조하는 방법.
  4. 제 2항에 있어서,
    페라이트층(16)은 Bi-Ca-Nb-O계, Ba-Ti-O계, Zr(Mg, Zn, Nb)-Ti-Mn-O계, Ni-Cu-Zn계 중 하나의 세라믹 재료 혹은 Bi, SiO2, CaO, K2O계 글라스와 세라믹 필러로서 BaTiO3를 적용하는 LTCC 이종 접합 모듈(10)을 제조하는 방법.
  5. 상대적으로 저유전율을 갖는 모듈(12)과;
    모듈(12)의 상면에 일정 깊이로 형성된 캐비티(14)와; 그리고
    모듈(12) 보다 고유전율을 갖도록 제작하여 소성하며, 캐비티(14)의 내부에 SMT 방식으로 배치되어 접합되는 페라이트층(16)을 포함하며,
    모듈(12)의 유전율은 4-8범위 이내이고, 페라이트층(16)의 비유전율은 10 내지 300범위 이내인 LTCC 이종 접합 모듈(10).
  6. 삭제
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