KR19990068078A - 붕산염 유리 기재의 세라믹 테이프 - Google Patents

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Abstract

몰%를 기준으로 B2O350-67%, MIIO 20-50% (여기서, MII는 알칼리 토류 원소로 이루어진 군으로부터 선택됨) 및 Ln2O32-15% (여기서, Ln은 희토류 원소로 이루어진 군으로부터 선택됨)를 포함하고, 몰%를 기준으로 MI 2O 0-6% (여기서, MI은 알칼리 금속 원소로 이루어진 군으로부터 선택됨) 및 Al2O30-10%를 더 포함하는 유리 조성물이 개시되어 있다. 유리 조성물은 고형분을 기준으로 (a) 유리 조성물 25-50 중량%, (b) 내화성 산화물 50-75 중량%, 및 상기 두 성분 모두가 분산되어 있는, (c) 유기 중합체 결합제와 (d) 휘발성 유기 용매의 용액으로 이루어진 미분된 고상물의 분산액을 포함하는 주조가능한 유전체 조성물에 혼입된다. 주조가능한 유전체 조성물은 분산액의 박층을 가요성 기재상에 주조시키고, 주조 층을 가열하여 휘발성 유기 용매를 제거하므로써 저손실 그린 테이프를 형성하는 방법에 사용된다.

Description

붕산염 유리 기재의 세라믹 테이프{Borate Glass Based Ceramic Tape}
<발명의 분야>
본 발명은 1-25 GHz의 고주파수 범위에서 작동되도록 설계된 다층 회로 제조용 저손실 세라믹 테이프, 더욱 특별하게는 붕산염 유리를 사용한 세라믹 테이프에 관한 것이다.
<발명의 배경>
무선 제품의 수효 및 복잡성이 증가함에 따라 음성, 영상 및 데이터 전송을 위해 고주파수, 즉 1-25 GHz 범위에서 작동되는 회로에 대한 요구가 증가하고 있다. 이 주파수 범위에서 낮은 유전체 손실과 전도체 손실을 겸비한 회로 재료가 요구된다. 저온 소결 세라믹 테이프 (LTCC)는 IC 회로의 치밀한 패키징을 위한 신뢰성 있는 세라믹 유전체 층과 고전도 저손실 금속화물 (은 및 금)을 결합하기 위한 잘 공지된 기술이다. 본 발명의 LTCC 계의 대부분은 고강도를 부여하는 알루미나 충진재 및 세라믹 충진재를 갖는 붕규산 유리로 이루어진다. 붕규산 유리는 일반적으로 GHz 범위에서 작동되는 경우, db/cm (db/in.) 단위의 허용될 수 없는 손실에 기여하는 납 및 알루미나를 함유한다. 결과적으로, 저손실 효과와 고전도성을 겸비하고, 신뢰성 있는 강도를 위한 알루미나 충진재의 사용이 가능한 세라믹 재료가 요구된다.
본 발명은 알루미나 충진재로 조절된 결정화를 나타내는 신규한 유리 화학물질을 제공하여 양호한 강도, 은과 금의 상용성 및 저손실을 나타내는 세라믹을 형성하므로써 이러한 요구를 충족시킨다. 또한, 신규한 유리는 저온, 즉 은의 융점 미만에서의 소결이 가능하여 현존하는 계의 가공 범위를 넓힌다.
본 발명의 목적은 다층 회로 제조용의 주조가능한 유리 조성물, 저손실 세라믹 테이프, 더욱 특별하게는 붕산염 유리를 사용한 세라믹 테이프, 및 그의 형성 방법을 제공하는 것이다.
<발명의 개요>
본 발명은 몰%를 기준으로 B2O350-67%, MIIO 20-50% (여기서, MII는 알칼리 토류 원소로 이루어진 군으로부터 선택됨) 및 Ln2O32-15% (여기서, Ln은 희토류 원소로 이루어진 군으로부터 선택됨)를 포함하고, 몰%를 기준으로 MI 2O 0-6% (여기서, MI은 알칼리 금속 원소로 이루어진 군으로부터 선택됨) 및 Al2O30-10%를 더 포함하는 유리 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 또한 고형분을 기준으로 (a) 유리 조성물 25-50 중량%, (b) 내화성 산화물 50-75 중량%, 및 상기 두 성분 모두가 분산되어 있는, (c) 유기 중합체 결합제와 (d) 휘발성 유기 용매의 용액으로 이루어진 미분된 고상물의 분산액을 포함하는 주조가능한 유전체 조성물에 혼입된 유리 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 또한 분산액의 박층을 가요성 기재상에 주조시키고, 주조 층을 가열하여 휘발성 유기 용매를 제거하므로써 저손실 그린 테이프를 형성하는 방법에 사용되는 주조가능한 유전체 조성물에 관한 것이다.
<발명의 상세한 설명>
본 발명의 세라믹 테이프를 이루는 회로 재료에는 EPA 유해 폐기물 목록에 있는 Pb 및 Cd와 같은 원소가 없다. 본 발명은 저손실을 나타내는 세라믹 테이프가 붕산염 유리를 내화성 산화물, 예를 들어 알루미나 충진재와 결합시키므로써 제조될 수 있다는 발견에 기초한다. 바람직한 실시양태에서, Cu2O는 주조가능한 유전체 조성물에 첨가되어 소결된 은으로 오염되는 것을 방지한다. 붕산염 유리는 알루미나 충진재와 결합되는 경우 보다 높은 손실을 나타내는 것으로 밝혀진, 골격 성분으로서 SiO2를 함유하는 통상의 붕규산 유리와는 구별된다. 본 발명의 주조가능한 유전체 조성물에 사용되는 붕산염 유리는 여러 첨가제, 예를 들어 CaO 및 MgO와 같은 알칼리 토류, 및(또는) 물에서의 안정성을 개선하여 수분쇄를 가능하게 하는 La2O3변성제 및(또는) Li2O와 같은 알칼리 산화물을 함유할 수 있다.
본 발명은 또한 후막 페이스트와 같은 다른 회로 재료 분야에도 사용될 수 있는 신규한 붕산염 유리에까지 확장된다.
<유리>
본 발명의 세라믹 테이프는 테이프의 저손실 특성에 기여하는 신규한 붕산염 유리를 함유한다. "저손실"이라는 용어는 에스. 바수다반 (S. Vasudavan) 및 에이. 샤이크 (A. Shaikh)의 문헌 ("Microwave Characterization of Low Temperature Cofired Tape Ceramic System", Advancing Microelectronics November/December 1995, p. 16)이 참조된다. 이 기사에는 다음과 같이 기술되어 있다: "상업용 응용분야 뿐만 아니라 여러 원격통신 및 항공전자공학에도 우수한 고주파 성능을 갖는 마이크로전자 패키지가 요구된다. 일반적으로, 고주파 제품에는 낮은 유전체 손실 특성을 갖는 유전체 재료 및 고전도성 전도체가 요구된다. 마이크로파 제품용 전자 패키지는 고주파수 (1 GHz 내지 30 GHz의 범위)에서의 보다 양호한 신호 전송을 위해 낮은 삽입 손실을 요한다. 이것은 소정의 신호 동력에 대해 보다 낮은 삽입 손실 패키지를 사용하여 신호가 장거리 전송될 수 있다는 것을 의미한다." 24 페이지에서, 이 연구는 다음과 같이 요약되어 있다: "... 은 금속화가 보다 낮은 손실 변수를 초래하는 것으로 입증되었다. 페로 (Ferro) A6 LTCC 계의 삽입 손실은 10 GHz에서 0.071 dB/cm (0.18 dB/in.) 정도이고, 20 GHz에서 0.118 dB/cm (0.3 dB/in.) 정도이다." 페로 A6 테이프는 당업계의 저손실의 의도되는 상태이다. 따라서, 저손실은 신호의 전송을 가능하게 하기 위해 고주파 회로에 요구된다. 상기로부터, 저손실이라는 것은 상대적인 것으로 인지된다. 손실이 높은 경우, 신호는 완전히 소멸되어 전송이 전혀 일어나지 않을 것이다.
이 고주파 손실 메카니즘은 잘 이해되지는 않으나, 저손실을 나타내는 재료는 일반적으로 구조물내에 빽빽하게 결합된 작은 이온들, 예를 들어 석영 SiO2및 강옥 Al2O3로 이루어진다. Pb+2와 같이 이온 전하/반경 비율이 낮은 큰 이온들로 인해 높은 손실이 야기된다. 그러나, 알루미나로 충진된 Ca 붕규산 유리마저도 높은 손실을 나타낸다.
본 발명의 붕산염 유리는 신규하며, 본 발명에 의해 형성되는, 알루미나 충진재를 갖는 세라믹이 GHz 주파수에서 낮은 손실을 갖는다는 점에서 붕규산 유리와 상이하다. 유리의 성분들은 일반적으로 몰%를 기준으로 MIIO 20-50% (여기서, MII는 알칼리 토류 이온임), B2O350-67% 및 Ln2O32-15% (여기서, Ln은 희토류 이온 또는 그의 혼합물임), 바람직하게는 MIIO 25-50%, B2O355-60%및 Ln2O34-15%, 가장 바람직하게는 MIIO 25-30%, B2O355-60% 및 Ln2O310-15%이다. 유리는 또한 MI 2O 0-6% (여기서, MI은 알칼리 이온임), 바람직하게는 0-3%, 가장 바람직하게는 2-3%, 및 Al2O30-10%, 바람직하게는 0-6%, 가장 바람직하게는 0%를 함유할 수 있다. 또한, 손실의 메카니즘이 잘 이해되지는 않으나, Al2O3충진재로부터의 Al+3이온이 붕규산 유리중의 유리 골격내의 Si+4를 대신하지만, Al+3은 붕산염 유리중의 골격 B+3을 대신할 수는 없으며, 이는 이온 크기가 상이하기 때문인 것으로 여겨진다. 이 골격에서, Al+3은 4면체적으로 배위되고, Al2O3강옥 구조에서와 같이 8면체적으로 배위되는 경우 보다는 덜 빽빽하게 결합된다. 4면체로 빽빽하게 결합된 Al2O3는 마이크로파 에너지를 흡수하여 방산시키므로써 손실이 증가될 수 있다. 유리가 SiO2를 함유하는 하기 실시예 21, 30 및 32에 의해, 알루미나 충진재를 갖는 테이프가 보다 높은 손실을 나타내는 것을 알 수 있다. 이것은 또한 SiO2가 충진재로서 첨가되는 경우에도 그러하다.
따라서, 약간 빽빽하게 결합된 B+3은 유리의 주된 골격 성분으로서 사용된다. 유리의 결정화, 및 충진재를 갖는 결정화 유리의 반응성은 이온들을 빽빽하게 결합시키므로써 저손실 메카니즘에 기여할 수 있는 것으로 여겨진다. 다시 말하면, 알루미나 충진재와의 부분 반응에 의해 결정화되도록 설계된 유리, 즉 CaO 및 B2O3와 알루미나 충진재를 함유하는 유리는 875 ℃에서 소결되는 경우 CaAl2B2O7의 결정을 형성한다. 다른 알칼리 토류 이온들은 부분적으로 Ca를 대신할 수 있다는데 주목하여야 한다. 희토류 산화물 또는 화학식 Ln2O3(여기서, Ln은 혼합된 희토류를 나타내는 데 사용됨)과 혼합된 희토류 산화물이 유리중에 포함될 수 있다. 예를 들어, Ln2O3과 같은 희토류 산화물이 유리중에 존재하는 경우, 손실을 저하시키는 LaBO3의 결정이 형성된다. 결정 형성 이외에, 용융 온도는 은 상용성이 가능하도록 낮게 유지된다. 가장 양호한 방식의 조성물에서, 두 결정 모두가 형성된다. 예를 들어, 실시예 1에서 형성된 세라믹은 형성된 상을 확인하기 위해 연구되었다. X선 회절은 미반응 Al2O3충진재, Al2O3의 유리와의 부분적 반응에 의해 형성되는 결정체 CaAl2B2O7, 및 잔여 유리의 결정화에 의해 형성되는 결정체 LaBO3의 존재를 나타내었다. 이 상은 하기 반응식 1에 의해 형성된다.
유리 충진재
CaO/2B2O3/0.4La2O3/0.05Li2O/0.05Na2O + Al2O3-> CaAl2B2O7+ 0.8LaBO3+ 잔여 유리 + 미반응 충진재
잔여 유리는 0.6B2O3/0.05Li2O/0.05Na2O 및 아마도 약간의 용해된 Al2O3를 함유할 것이다.
유리는 테이프 안정성 및 저렴한 수분쇄능을 위해 물에서 충분한 내구성을 갖도록 처방된다. 본 발명의 세라믹 테이프에 사용되는 유리는 평균 입자 크기 1-5 μ로 분쇄된다. 가장 저렴하고 용이한 방법으로는 물에서 볼 분쇄시키는 것이 있다. CaO/B2O3의 유리는 물에서 그다지 안정하지 않다. 이것은 유리 분말이 물에 분산되는 psd 측정에서 가장 잘 나타난다. 유리가 불안정한 경우, 가장 작은 10%의 크기인 d10은 높아서 (약 5 μ) 미립자가 용해된 것으로 나타날 것이다. 유리에 Ln2O3, 또는 바람직하게는 La2O3을 첨가하므로써 물에서의 분쇄가 가능하게되는 것으로 밝혀졌다. 이 첨가에 의해, d10은 0.69 μ로 분쇄될 수 있다. 따라서, 높은 수준의 붕산염 프릿이 물에 민감하다는 것은 당업계에 공지되어 있다. 유리중의 보란 수준이 높을지라도, 본 발명의 유리 화학에 의해 유리는 물에 덜 민감한 것으로 밝혀졌다. 이러한 민감성의 결여에 의해 그의 가공 용이성은 크게 증가된다.
본 명세서에 기재된 유리는 또한 소결된 은 전도체와 상용성이다. 유리의 흐름이 소결중에 너무 커서는 않되거나, 또는 유리는 은과 혼합되고, 땜납 웨팅 (solder wetting)을 가능하게 하지는 않을 것이다. 땜납 웨팅은 세라믹 회로가 인쇄 회로기판과 같은 외부 배선에 연결되도록 하는 중요한 특징이다. 바람직한 방식에서, 알칼리 이온, 예를 들어 Na+1또는 Li+1을 유리에 첨가하므로써 땜납 웨팅의 정도 및 손실의 특성이 증가되고, 수분쇄성이 그로 인해 손상되지 않는 것으로 밝혀졌다.
또한 은 상용성을 위해, 소결된 은에 의해 세라믹이 오염되어서는 않된다. B2O3의 수준이 높은 통상의 유리는 붕산염 구조를 통한 Ag+1의 이동으로 인해 소결된 은 전도체 주변에 헤일로 (halo) 오염을 나타낼 것이다. Cu2O 첨가제를 테이프 조성물의 배합물에 사용하는 경우 오염이 방지되고, 소결에 의한 Cu+2로의 산화시 세라믹에 만족스런 청 색상이 부여되는 것으로 밝혀졌다. 오염 방지의 메카니즘은 Cu+1이 작용하여 잠재적 Ag+1의 부위를 차단함에 기인하는 것으로 여겨진다. Cu2O는 유해한 다른 특성 없이 고형분을 기준으로 5 중량% 이하까지 테이프 배합물에 첨가될 수 있다.
테이프 조성물의 배합시 내화재의 양에 대한 유리의 양은 매우 중요하다. 유리 농도가 유리 및 충진재를 기준으로 75 중량%를 초과하는 경우, 생성되는 소결된 층은 고르지 못한 표면을 갖는 경향이 있고, 다층 구조물은 지나치게 취성이 되어, 표면의 납땜성이 열화되고 관련된 전도 층의 특성도 또한 열화되는 경향이 있다. 다른 한편으로, 유리의 양이 25 중량% 미만인 경우, 소결된 구조물은 충분히 치밀하지 못하고 지나치게 다공성이다. 또한, 소결된 구조물의 평면성 (편평도)도 손상될 수 있다. 이들 변수들을 고려하여, 조성물이 유리 25-50 중량%, 바람직하게는 43-50 중량%를 함유하는 것이 바람직하다. 조성물중의 유리의 농도 및 보충량의 충진재, 및 유리중의 내화재의 용해도에 대한 이들 한도 내에서, 액상 유리는 소결 동안 충진재로 포화될 것이 명백하다.
<Al2O3충진재>
Al2O3는 선택된 내화성 충진재이며, 이는 이것이 유리와 부분적으로 반응하여 CaAl2B2O7을 형성할 수 있고, 잔여 Al2O3는 잔여 유리에서 단지 최소한의 용해도를 나타내기 때문이다. 다른 충진재, ∝석영, CaZrO3, 포슬러릿 (forslerit), 뮬라이트 (mullite), 코디어라이트 (cordierite), 포스테라이트 (forsterite), 지르콘, 지르코니아, ZrO2, TiO2, CaTiO3, MgTiO3, SiO2, 무정형 실리카 또는 밀라이트 (millite)는 팽창 온도 계수 (TCE)를 조정하기 위해 홀로 또는 혼합물로 사용될 수 있다. 내화성 산화물 충진재는 고형분을 기준으로 50-75 중량%의 양으로 주조가능한 유전체 조성물에 첨가된다.
내화재의 또다른 기능은 소결 동안 전체 계를 유동학적으로 조절하는 것이다. 내화재 입자는 물리적 차단재로서 작용하여 유리의 흐름을 제한한다. 이들은 또한 유리의 신터링 (sintering)을 방지하여 유기물이 보다 양호하게 연소되는 것을 용이하게 한다.
소결시 조성물을 보다 치밀하게 하려는 목적을 위해, 무기 고상물의 입자 크기가 매우 작아야 하는 것은 중요하다. 특히, 사실상 어떠한 입자도 15 ㎛를 넘어서는 않되고, 바람직하게는 10 ㎛를 넘어서는 않된다. 이들 최대 크기의 제한내에서, 유리 및 내화재 모두의 입자의 50% 포인트가 1 ㎛ 이상, 바람직하게는 2-5 ㎛의 범위에 들어야 한다.
<중합체 결합제>
유리 및 내화성 무기 고상물이 분산되어 있는 유기 매질은 휘발성 유기 용매에 용해된 중합체 결합제, 및 임의로는 다른 용해된 물질, 예를 들어 가소제, 이형제, 분산제, 스트립핑제, 오염방지제 및 습윤제로 이루어진다.
보다 양호한 결합 효율을 얻기 위해, 세라믹 고상물 90 부피%에 대해 중합체 결합제 5 중량% 이상을 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 또한 세라믹 고상물 80 중량%에 중합체 결합제 20 중량% 이하를 사용하는 것도 바람직하다. 이들 제한 내에서, 열분해에 의해 제거되어야 하는 유기물의 양을 감소시키고 소결시의 수축을 감소시키는 보다 양호한 입자 패킹을 얻기 위해, 고상물에 비해 가능한 한 적은 양의 결합제를 사용하는 것이 바람직하다.
과거에는 여러가지 중합체 재료들, 예를 들어 폴리(비닐 부티랄), 폴리(비닐 아세테이트), 폴리(비닐 알콜), 메틸 셀룰로스, 에틸 셀룰로스, 히드록시에틸 셀룰로스, 메틸히드록시에틸 셀룰로스와 같은 셀룰로스상 중합체, 아탁틱 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리(메틸 실록산), 폴리(메틸페닐 실록산)과 같은 실리콘 중합체, 폴리스티렌, 부타디엔/스티렌 공중합체, 폴리스티렌, 폴리(비닐 피롤리돈), 폴리아미드, 고분자량 폴리에테르, 산화에틸렌과 산화프로필렌의 공중합체, 폴리아크릴아미드, 및 소듐 폴리아크릴레이트, 폴리(저급 알킬 아크릴레이트), 폴리(저급 알킬 메타크릴레이트) 및 저급 알킬 아크릴레이트와 메타크릴레이트의 여러 공중합체 및 다원중합체와 같은 여러 아크릴계 중합체가 그린 테이프용 결합제로서 사용되어 왔다. 에틸 메타크릴레이트와 메틸 아크릴레이트의 공중합체, 및 에틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트 및 메타크릴산의 삼원중합체는 이전에 슬립 주조 물질용 결합제로서 사용되어 왔다.
우살라 (Usala)에게 1985년 8월 20일자로 허여된 미국 특허 제4,536,535호에는 C1-8알킬 메타크릴레이트 0-100 중량%, C1-8알킬 아크릴레이트 100-0 중량% 및 아민의 에틸렌적으로 불포화된 카르복실산 0-5 중량%의 상용성 다원중합체의 혼합물인 유기 결합제가 개시되어 있다. 중합체는 최소량의 결합제 및 최대량의 유전체 고상물의 사용을 가능하게 하기 때문에, 이들의 사용은 본 발명의 유전체 조성물에 바람직하다. 이런 이유로, 상기 참조한 우살라의 출원의 개시내용은 본 명세서에 참고문헌으로 인용된다.
종종, 중합체 결합제는 또한 결합제 중합체의 유리 전이 온도 (Tg)를 저하시키는 데 이바지하는 가소제를 결합제 중합체에 비해 소량 함유할 것이다. 물론, 가소제의 선택은 변성되어야 하는 중합체에 의해 우선적으로 결정된다. 여러 결합제 계에 사용되어 온 가소제들 중에는 디에틸 프탈레이트, 디부틸 프탈레이트, 디옥틸 프탈레이트, 부틸 벤질 프탈레이트, 알킬 포스페이트, 폴리알킬렌 글리콜, 글리세롤, 폴리(에틸렌 옥시드), 히드록시에틸레이트화 알킬 페놀, 디알킬디티오포스포네이트 및 폴리(이소부틸렌)이 있다. 이들 중에서 부틸 벤질 프탈레이트가 아크릴계 중합체 계에 가장 빈번하게 사용되며, 이는 이것이 비교적 낮은 농도로 효과적으로 사용될 수 있기 때문이다.
<유기 용매>
주조 용액의 용매 성분은 중합체의 완전 용액 및 충분히 높은 휘발성을 얻도록 선택되어 용매가 대기압에서 비교적 낮은 수준의 열에 의해 분산액으로부터 증발되는 것을 가능하게 한다. 또한, 용매는 유기 매질에 함유된 모든 다른 첨가제들의 비점 및 분해 온도 보다 훨씬 낮은 온도에서 비등되어야 한다. 따라서, 150 ℃ 미만의 대기압 비점을 갖는 용매가 가장 빈번하게 사용된다. 이러한 용매에는 아세톤, 크실렌, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 메틸 에틸 케톤, 에틸 아세테이트, 1,1,1-트리클로로에탄, 테트라클로로에틸렌, 아밀 아세테이트, 2,2,4-트리에틸 펜탄디올-1,3-모노이소부티레이트, 톨루엔, 염화메틸렌 및 플루오로카본이 포함된다. 용매의 개별적인 성분들이 결합제 중합체에 대한 완전한 용매는 아닐 수도 있다는 것이 인지될 것이다. 그러나, 다른 용매 성분들과 배합되는 경우, 이들은 용매로서 작용한다.
특히 바람직한 용매는 에틸 아세테이트이며, 이는 이것이 환경적으로 유해한 클로로카본의 사용을 피하기 때문이다.
용매 및 중합체 이외에, 가소제도 적층의 절단시 가공성을 부여하는 데 사용된다. 바람직한 가소제로는 폴리프로필렌 글리콜 디벤조에이트인 BENZOFLEX (등록상표) 400이 있다.
<응용>
그린 테이프는 상술한 유리, 충진재, 중합체 결합제 및 용매의 분산액의 박층을 가요성 기재상에 주조시키고, 주조 층을 가열하여 휘발성 용매를 제거한 후, 용매가 없는 층을 기재로부터 분리하므로써 형성된다. 그린 테이프는 주로 다층 전자 회로용 유전체 물질 또는 절연재로서 사용된다. 그린 테이프의 롤은 각 모서리에 회로의 실제 치수 보다 약간 더 큰 크기의 레지스트레이션 홀 (registration hole)로 비어있다. 다층 회로의 여러 층들을 연결하기 위해, 비아 홀 (via hole)이 그린 테이프에 형성된다. 이것은 전형적으로 기계적 천공에 의해 형성된다. 그러나, 날카롭게 초점이 맞춰진 레이저가 그린 테이프를 휘발시키기 위해 사용될 수 있다. 전형적인 비아 홀의 크기는 0.015 ㎝ (0.006 in.) 내지 0.64 ㎝ (0.25 in.)이다. 층들 사이의 내부연결은 비아 홀을 후막 전도성 잉크로 충진시키므로써 형성된다. 이 잉크는 일반적으로 표준 스크린 프린팅 기술에 의해 가해진다. 회로소자의 각각의 층은 전도체 트랙을 스크린 프린팅시키므로써 완성된다. 또한, 저항기 잉크 또는 고유전체 축전기 잉크도 각각의 층에 프린팅되어 저항기 또는 축전기 회로 소자가 형성될 수 있다. 또한, 다층 축전기 공업에 사용되는 것들과 유사한 특별하게 배합된 고유전체의 일정한 그린 테이프는 다층 회로소자의 일부로서 결합될 수 있다.
회로의 각각의 층이 완성된 후, 각각의 층들은 스택되고 적층된다. 한정된 압착 다이는 층들 사이의 정밀한 정렬을 보장하는 데 사용된다. 적층물은 고온 스테이지 커터를 사용하여 트리밍된다. 소결은 프로그래밍된 가열 주기를 갖는 표준 후막 컨베이어 벨트 로 또는 박스 로에서 수행된다.
본 명세서에서 사용되는 "소결"이라는 용어는 공기와 같은 산화 분위기중에서 조립품을 조립품 층에 있는 모든 유기물질을 휘발 (연소)시키기에 충분한 온도로 충분한 시간 동안 가열하여, 층내의 모든 유리, 금속 또는 유전체 물질을 신터링시키므로써 유전체 층을 치밀화시키는 것을 의미한다.
각각의 적층 단계에서 층들은 비아 홀이 인접하는 기능 층의 적절한 접촉점에 바르게 연결되도록 레지스트레이션에서 정밀해야 한다는 것은 당업계의 숙련자들에 의해 인지될 것이다.
"기능 층"이라는 용어는 전도성, 저항성 또는 축전 기능을 갖는 세라믹 그린 테이프상에 프린팅된 층을 칭한다. 따라서, 상술한 바와 같이 전형적인 그린 테이프 층은 그 위에 전도성 회로 뿐만 아니라 1개 이상의 저항기 회로 및(또는) 축전기가 프린팅될 수 있다.
본 발명은 실제적인 실시예들을 제공하므로써 더욱 상세히 설명될 것이다. 그러나, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 어떠한 방식으로든 제한되는 것은 아니다.
<실시예>
<링 공진기>
실시예 전반에 걸쳐, 링 공진기를 본 발명의 테이프를 사용하여 제조하였다. 링 공진기는 선형 공진기와 같은 오픈-엔드 (open-end) 효과를 겪지는 않는다. 은 금속화물을 전도체 트레이스 제조에 사용하였다. 본 발명의 7.6 ㎝ (3 in.) x 7.6 ㎝ (3 in.) 크기의 블랭크 시트를 절단하고 적층시켜 2개의 4층 퇴적 구조물을 형성하였다. 전도체 트레이스 및 접지면을 개별적인 구조물상에 프린팅시킨 후, 전도체 트레이스 및 접지면을 함께 적층시켜 링 공진기 구조물을 형성하였다. 구조물을 소결시켜 치밀한 구조물을 형성하였다. 또한, 전도체 트레이스로 인해 치밀한 구조물이 형성되었다. 링 공진기의 연부를 5.72 ㎝ (2.25 in.) x 5.72 ㎝ (2.25 in.)의 크기로 트리밍시켜 마이크로파 측정용 설비에 고정시켰다.
<실시예 1>
B2O355.56 몰%, CaO 27.78 몰%, La2O313.89 몰%, Li2O 1.39 몰% 및 Na2O 1.39 몰% 조성의 유리를, 성분들을 혼합하여 1300 ℃의 백금 도가니에서 소결시키므로써 제조하였다. 용융물을 혼합하여 물로 프릿팅시켰다. 이것을 물에서 분쇄시키고 열풍 건조시켰다. PSD는 d10=0.91, d50=4.26 및 d90=10.42이었다. 테이프를 완전한 치밀화가 달성되되 (선행 조성물에 의해 나타낸 바와 같음), 과다한 유리에 의해 소결된 은 및 팔라듐 은 후막 금속화물의 땜납 웨팅이 저해되지는 않는 시점까지 유리/알루미나 충진재의 다양한 비율을 사용하여 제조하였다. 이 입자 크기에서 테이프를, 메틸메타크릴레이트, 메타크릴산 공중합체 결합제 및 가소제를 갖는 에틸아세테이트 용매에 유리 45 g, Al2O354.8 g 및 Cu2O 0.2 g의 분말을 분산시키므로써 제조하였다. 슬립을 마일러 (Mylar) 시트상에 주조시키고 건조하여 테이프를 형성하였다. 테이프를 절단하여 적층시키고, 후막 은으로 프린팅시키고, 875 ℃/20 분 피크의 통상적인 프로파일로 소결시켰다. 세라믹을 소결시켜 약 10%의 수축률로 치밀화시켰으며, 소결된 은에 의한 오염은 전혀 나타나지 않았다. 소결시킨 은 및 팔라듐 은은 통상의 납땜의 양호한 웨팅을 나타내었다. 고주파에서의 손실을 측정하기 위해, 링 공진기를 은 링 및 접지면을 소결시키므로써 테이프로부터 제조하였다. 측정은 휴렛 패커드 8510C 마이크로웨이브 네트워크 어날라이저 (Hewlett Packard 8510C Microwave Network Analyzer)를 사용하여 수행하였다. 그 결과를 db/㎝ (db/in.) 단위로 하기 표 1에 나타내었다.
GHz db/㎝ (db/in.)
1 0.012 (0.03)
5 0.031 (0.08)
10 0.047 (0.12)
15 0.060 (0.15)
20 0.087 (0.22)
<실시예 2-16>
실시예 6 및 15를 제외한 실시예 2-16은 본 발명의 유리 조성물을 나타낸다. 유리를 통상의 유리 제조 기술에 따라 제조하였다.
<실시예 17-31>
실시예 17-31에서, 세라믹 그린 테이프를 표 2에 나타낸 유리와 중합체, 가소제 및 실시예 1에 기재된 용매, 및 하기 표 3에 나타낸 충진재와 혼합하므로써 제조하였다. 즉, 표 3에는 표 2의 유리를 사용한 테이프 조성물을 개시하였다. 세라믹 부분을, 적층 및 프린팅된 부분을 최고 온도가 875 ℃인 박스 로에서 프로그래밍된 가열 주기로 소결시키므로써 세라믹을 형성하였다. 이어서, 링 공진기를, 손실 측정, 즉 후막 은 링 및 접지면을 위해 제조하였다. Cu2O를 첨가하여 소결된 은으로 오염되는 것을 방지하였다. 실시예 24-28 및 31에 대한 소결된 은 및 Pd/Ag 후막 부분의 납땜성을 얻었다.
표 3은 또한 SiO2를 함유하는 유리에 대한 높은 손실 (db/㎝ (db/in.))을 나타낸다. 실시예 29 및 30은 Ca 붕산염 유리 및 전형적인 Ca 붕규산 유리 사이의 대비를 나타낸다. 붕산염 형태로 형성된 알루미나 충진 세라믹에 대한 손실은 붕규산 유리의 손실 보다 훨씬 낮았다. 표 3은 또한 MgO의 사용, 수분쇄성에 대한 La2O3의 양호한 효과, 및 땜납 웨팅에 대한 Na2O 및 Li2O의 양호한 효과를 나타낸다.
<실시예 32>
본 실시예는 테이프 조성물에 SiO2충진재를 첨가하여 초래된 악영향을 나타낸다. 테이프를 하기 표 4와 같이 제조하였다.
유리 (실시예 8) 45 중량%
Al2O3충진재 52.8 중량%
Cu2O 0.2 중량%
SiO2충진재 1.0 중량%
땜납 웨팅 없음
GHz 손실 (db/㎝ (db/in.))
1 0.012 (0.03)
5 0.035 (0.09)
10 0.071 (0.18)
15 0.157 (0.40)
20 매우 높음
<실시예 33-34>
본 실시예는 소결된 은의 오염 방지에 대한 Cu2O의 효과를 나타낸다. 유리 (본래 기사의 단락 4)의 소결된 은 및 팔라듐 은 금속화물 주변에 황색 헤일로 오염이 나타났다. 테이프를 하기 표 5와 같이 제조하였다.
실시예 33 실시예 34
테이프 조성물 중량% 중량%
유리 (실시예 14) 28.8 30
Al2O3충진재 67.3 70
Cu2O 3.8 -
일부를 후막 은 및 팔라듐 은의 전도체 선으로 스크린 프린팅시켰다. 소결을 최고 온도 875 ℃의 통상의 박스 로에서 수행하였다. Cu2O가 없는 세라믹 부분 (실시예 34)은 금속 주변에 심한 오염을 나타낸 반면, Cu2O를 갖는 부분 (실시예 33)은 오염을 전혀 나타내지 않았으며, 세라믹은 청색이 되었다. 0.1% 만큼 낮은 수준의 Cu2O가 오염을 방지하는 데 효과적인 것으로 밝혀졌다.
<실시예 35>
본 실시예는 본 발명의 혼합된 희토류의 사용을 예시한다. Ln2O3은 La2O362.5%, CeO23%, Pr6O118.6%, Nd2O321.1%, 다른 희토류 1.5%를 함유하였다. Ln2O3를 얻고, Ln2O3를 La2O3로 치환하므로써 실시예 1의 유리 조성물에서 시험하였다. 이 테이프를 녹황색이 될 때까지 소결시켰다. 땜납 웨팅은 열등하였다. 손실은 조금 더 높아졌으나, 여전히 비교적 낮았다.
<실시예 36-38>
유리를 Al2O3로 제조하여 테이프를 제조하였다. Al2O3는 결정화를 증가시키므로써 뒤틀림이 증가되고 땜납 웨팅이 보다 열등해지는 결과를 나타내었다. 손실은 괜찮은 정도였다.
실시예 36 37 38
유리 몰% 몰% 몰%
CaO 30 28.6 27
B2O3 60 57.1 54
La2O3 - 5.7 10.8
Na2O - 2.8 2.7
Al2O3 10 5.7 5.4
테이프 조성물 중량% 중량% 중량%
유리 35 41 48
Al2O3 65 58.8 51.8
Ca2O - 0.2 0.2
결과
수축률 11.1% 11.5% 10.8%
소결된 Ag 구부러짐 구부러짐 구부러짐
땜납 웨팅 없음 없음 80%
GHz 손실 (db/㎝ (db/in.))
1 - 0.016 (0.04) 0.012 (0.03)
5 - 0.004 (0.10) 0.035 (0.09)
10 - 0.059 (0.15) 0.047 (0.12)
15 - 0.091 (0.23) 0.071 (0.18)
20 - 0.213 (0.54) 0.087 (0.22)
<실시예 39>
유리를 하기에 주어진 표 7의 배합으로 제조한 후, 테이프를 제조하였다. 테이프를 고형분을 기준으로 중량%로 제조하였다.
실시예 8의 유리 조성물 44.8 중량%
Al2O3충진재 48.5 중량%
TiO2충진재 6.5 중량%
Cu2O 0.2 중량%
일부를 제조하고, 실시예 1에 기재된 바와 같이 소결시켰다.
소결된 은 편평함
땜납 웨팅 열등함
손실은 하기 표 9에 나타낸 바와 같이 양호하였다.
GHz db/㎝ (db/in.)
1 0.012 (0.03)
5 0.031 (0.08)
10 0.067 (0.17)
15 0.067 (0.17)
20 0.126 (0.32)
본 발명에 따르면, 본 발명의 신규한 유리 조성물의 박층을 가요성 기재상에주조시키고, 주조 층을 가열하여 휘발성 유기 용매를 제거하므로써 저손실 그린 테이프를 형성할 수 있다.

Claims (13)

  1. 몰%를 기준으로, B2O350-67%, MIIO (여기서, MII는 알칼리 토류 원소로 이루어진 군으로부터 선택됨) 20-50% 및 Ln2O3(여기서, Ln은 희토류 원소로 이루어진 군으로부터 선택됨) 2-15%를 포함하는 유리 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 몰%를 기준으로 MI 2O (여기서, MI은 알칼리 금속 원소로 이루어진 군으로부터 선택됨) 0-6%를 더 포함하는 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 몰%를 기준으로 Al2O30-10%를 더 포함하는 조성물.
  4. 제1항에 있어서, MIIO가 CaO 및 MgO로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 조성물.
  5. 제1항에 있어서, Ln2O3이 La2O3인 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 조성물이 수분쇄성인 조성물.
  7. 제2항에 있어서, MI 2O가 Li2O 및 NaO로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 조성물.
  8. 고형분을 기준으로,
    (a) 제1 내지 7항 중 어느 한 항 기재의 유리 조성물 25-50 중량%, (b) 내화성 산화물 50-75 중량%, 및 상기 두 성분 모두가 분산되어 있는, (c) 유기 중합체 결합제와 (d) 휘발성 유기 용매와의 용액
    으로 이루어진 미분된 고상물의 분산액을 포함하는 주조가능한 유전체 조성물.
  9. 고형분을 기준으로,
    (a) 몰%를 기준으로, B2O350-67% 및 MIIO (여기서, MII는 알칼리 토류 원소로 이루어진 군으로부터 선택됨) 20-50%를 포함하는 유리 조성물 25-50 중량%, (b) 내화성 산화물 50-75 중량%, 및 상기 두 성분 모두가 분산되어 있는, (c) 유기 중합체 결합제와 (d) 휘발성 유기 용매와의 용액
    으로 이루어진 미분된 고상물의 분산액을 포함하는 주조가능한 유전체 조성물.
  10. 제8항에 있어서, Cu2O 0-5 중량%를 더 포함하는 주조가능한 유전체 조성물.
  11. 제8항에 있어서, 내화성 산화물이 Al2O3, TiO2및 SiO2로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 주조가능한 유전체 조성물.
  12. 제8항 기재의 분산액의 박층을 가요성 기재상에 주조시키고, 주조 층을 가열하여 휘발성 유기 용매를 제거하므로써 그린 테이프를 형성하는 방법.
  13. 제8항 기재의 분산액의 박층을 가요성 기재상에 주조시키고, 주조 층을 가열하여 휘발성 유기 용매를 제거하고, 용매가 없는 층을 기재로부터 분리하므로써 그린 테이프를 형성하는 방법.
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