KR20010055086A - 금속상 저온 동시 소성 세라믹 기판의 얼라인 마크 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속상 저온 동시 소성 세라믹 기판의 얼라인 마크를 형성하는 공정에 관한 것이다. 본 발명에 따른 금속상 저온 동시 소성 세라믹 기판의 얼라인 마크 형성방법은, (a) 회로 패턴이 인쇄된 다수개의 그린 테이프를 준비하는 단계; (b) 상기 준비된 그린 테이프의 표면층에 트리밍 윈도우를 형성하고, 소정 위치에 지름 100㎛의 원을 소정수 펀칭하는 단계; (c) 상기 (b) 단계에서 펀칭으로 형성된 원을 기준으로 비아 충전 및 캡 페이스트를 프린팅하여 얼라인 마크를 형성하는 단계; (d) 얼라인 마크가 형성된 그린 테이프와 다수의 그린 테이프를 순차로 적층한 후 소성하여 적층체를 형성하는 단계; (e) 적층체를 금속 베이스와 적층한 후 소성하는 단계로 이루어진다.

Description

금속상 저온 동시 소성 세라믹 기판의 얼라인 마크 형성방법{ALIGN MARK MANUFACTURING METHOD FOR LTCC}

본 발명은 금속상 저온 동시 소성 세라믹(low temperature cofired ceramic on metal: LTCC-M) 기판에 관한 것으로, 특히, 트리밍 윈도우에 레이저를 정확하게 트리밍하기 위하여 그린 테이프를 정렬하기 위한 얼라인 마크를 형성하는 얼라인 마크 형성 방법에 관한 것이다.

세라믹 기판의 재료로는 알루미나(Al₂O₃), 베릴리아(BeO), 포스트라이트 (forsterite), 스티어타이트(steatite), 및 뮬라이트(mullite)등이 알려져 있으며, 이들 종래의 세라믹 재료 중에서 특히 알루미나의 경우에는 기계적 특성이 우수하고 열전도도 및 접착성이 양호할 뿐만 아니라 인체에 해롭지 않다는 특성을 지님에 따라 여타의 재료들에 비하여 널리 사용되고 있다. 그런데 최근에 이르러 전자기기의 소형화, 경량화, 고밀도화 및 고신뢰성화의 추세에 따라 반도체는 고집적화, 다기능화, 고속화, 고출력화, 및 고신뢰성화가 필수적으로 요구되고 있으며, 이에 따라 종래의 알루미나 기판 재료에 비해 더욱 고 기능화된 세라믹 기판을 필요로 하고 있다. 이와 같이 종래의 알루미나를 능가하는 고 기능화된 세라믹 기판 재료로 사용되기 위해서는 특히 저온 소결성이 요구되고 있다. 세라믹 기판에 저온 소결성이 요구되는 이유로는 알루미나와 같이 소결 온도(1500∼1600℃)가 높은 경우 제조 단가의 상승이 불가피하며 배선 재료와 함께 동시 소성할 때 도체 재료로 융점이 높은 W 및 Mo 등을 사용해야 하기 때문이다. 그리고 이같은 고융점 금속은 저항이높기 때문에 배선 저항이 높아져 전기 신호의 전송 손실을 고려할 때 배선 패턴의 미세화에 한계가 있어 결국 집적회로의 고밀도화를 이룰 수 없게 된다. 따라서 세라믹 기판에서 배선이 고밀도화와 반도체의 고속화를 달성하기 위하여는 배선 재료에 저항이 낮은 금속을 사용하여야 한다. 이와 같은 측면에서 저항이 낮으므로 가격도 싼 구리를 들수 있는데 구리는 용융온도가 1050℃이기 때문에 구리를 배선 재료로 사용하기 위해서는 1000℃ 이하의 저온에서 기판 재료를 소결할 수 있어야 한다. 현재 이와 같은 종래 세라믹 기판 재료의 문제점을 해결하기 위하여 소결 온도가 낮은 유리와 기계적 특성이 우수한 알루미나를 혼합하여 저온 동시 소성 세라믹 기판에 대한 개발이 진행되고 있다.

통상적으로 LTCC 기판의 제조는 기판 재료로 각각의 그린 테이프를 준비하고, 각각의 그린 테이프에 회로 패턴을 인쇄한 후 인쇄된 그린 테이프를 적층시켜 적층체를 만든다. 그리고, 이 적층체를 100도씨 이하의 온도에서 소성하여 원하는 LTCC 인쇄회로 기판을 완성한다. 그러나, 그린 테이프 적층체의 소성시 세라믹 고유의 특성인 소성 수축이 발생하여 정확한 회로패턴의 구현이 어렵기 때문에 소성시 그린 테이프의 수축을 최소화하기 위한 방법으로 그린 테이프 적층체 밑에 금속 기판을 사용하여 세라믹과 금속을 접합시킴으로서, 이 접합력으로 그린 테이프 적층체의 소성수축을 제거하여 LTCC 인쇄 회로 기판을 완성한다.

한편, 그린 테이프의 적층시 삽입저항의 소자값을 제어하기 위하여 삽입저항의 일부분를 레이저로 트리밍한다. 이때 레이저로 트리밍하기 위하여 삽입 저항의 일부를 표면에 들어내기 위한 윈도우가 표면층에 형성되고, 이 윈도우를 통한 레이저 트리밍을 정확하게 실시하기 위하여 표면층 소정위치에 그린 테이프를 정렬하기 위한 얼라인 마크를 형성한다.

상기에서 설명한 바와 같이, 종래의 표면층에 형성되는 얼라인 마크는, 삽입 저항과 저항 터미네이션이 표면층 바로 아래층에 프린팅되고, 윈도우가 설치되는 표면층은 저항이 프린팅된 층과는 별도로 프린팅되므로, 삽입저항의 트리밍을 정확하게 할 수 없다. 즉, 표면 저항의 경우 저항의 면적내에만 레이저빔이 위치하면 되지만 표면의 공간을 최대한 활용하여야 하는 삽입 소자의 특성 때문에 트리밍 윈도우를 최소한으로 형성하므로 윈도우 내에 레이저가 정확하게 트리밍 되지 못하는 문제점이 종종 발생하였다.

이에 본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 삽입 저항의 레이저 트리밍을 정확하게 행할 수 있는 금속상 저온 동시 소성 세라믹 기판의 얼라인 마크 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 회로 패턴이 인쇄된 다수개의 그린 테이프를 준비하는 단계; (b) 상기 준비된 그린 테이프의 표면층에 트리밍 위도우를 형성하고, 소정 위치에 지름 100㎛의 원을 펀칭하는 단계; (c) 상기 (b) 단계에서 펀칭으로 형성된 원을 기준으로 비어 충전 및 캡 페이스트를 프린팅하여 얼라인 마크를 형성하는 단계; (d) 얼라인 마크가 형성된 그린 테이프와 다수의 그린 테이프를 순차로 적층한 후 소성하여 적층체를 형성하는 단계; 및 (e) 적층체를 금속 베이스와 적층한 후 소성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

도 1a 내지 도 1e는 본 발명이 적용되는 금속상 저온 동시 소성 세라믹(low temperature cofired ceramic on metal: LTCC-M) 기판용 금속 베이스를 준비하는 과정을 설명하기 위한 도면들.

도 2a 내지 도 2e는 본 발명이 적용되는 LTCC-M 기판용 그린 테이프 및 금속 베이스를 기초로 하여 LTCC-M 기판을 제작하는 공정을 설명하기 위한 도면들.

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 얼라인 마크 형성하는 과정을 설명하기 위한 도면들.

도 4는 본 발명이 적용되는 LTCC-M 기판을 보인 도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

100: 금속 베이스 102 : 금속

104 : 금속 도금층 106 : 금속 산화물

110 : 접착제 200 : LTCC-M 기판

202 : 그린 테이프 204 : 비어-홀

206 : 회로패턴을 갖는 그린테이프 208 : 회로 패턴

210 : 유약 테이프

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고로 하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LTCC-M 기판을 제작하는 공정을 첨부 도면을 참조하여 설명한다.

먼저, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LTCC-M 기판용 금속 베이스를 준비하는 과정을 도 1a 내지 도 1e를 참조하여 설명한다.

금속판을 원하는 치수로 절삭하여 도 1a에 도시된 바와 같이 금속(102)을 준비한다. 상기 금속 재료의 예에는 Cu, Ni, Al, 스테인레스 강, 저탄소강, 인바아(Invar), 및 코바아(Kovar)가 있다. 그 후, 상기 금속(102)의 표면에 도금용 금속을 도금하여 도 1b에 도시된 바와 같이 금속 도금층(104)을 형성한다. 상기 금속 도금층(104)의 재료의 예에는 Cu, Ni, 및 Cu/Ni가 있다. 그 후, 상기 금속 도금층(104)을 산화하여 도 1c에 도시된 바와 같이 금속 산화물(106)을 형성한다. 상기 금속 산화물(106)은 NiO 및 CuO을 포함한다. 그 후, 도 1d에 도시된 바와 같이, 상기 금속 산화물(106)의 표면에 결합제 및 용제로 구성된 접착제(110)를 도포한 후, 용제를 건조시켜 도 1e에 도시된 바와 같은 금속 베이스(100)를 준비한다.

본 발명이 적용되는 LTCC-M 기판용 그린 테이프를 준비하는 과정을 도 2a을 참조하여 설명한다. 도 2a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 그린 테이프를 나타낸 도면으로서 필름 위에 삽입 그린 테이프가 성형되어 있는 모습을 나타내고 있다.

ZnO-Mg0-B₂O₃-SiO₂-Al₂O₃으로 이루어진 결정화 유리 분말 150g, Al₂O₃-PbO-SiO₂-ZnO로 이루어진 비정질 유리 분말 18.7g, 충전제로서 포르스테라이트 (forsterite) 분말 19.5g 및 코디어라이트(cordierite) 분말 2.9g, 착색제 Cr₂O₃0.5g를 예비 혼합하여 제1 혼합물을 생성한다. 상기 충전제는 결정화를 촉진하고 열팽창 계수를 조절한다.

상기 제1혼합물 100g, 밀링 매체로서 지르코니아 볼 240㎖, 이소프로필 알콜 100㎖를 500㎖의 지그코니아 자에 넣고 400rpm에서 소정시간 밀링한 후 200 mesh 체로 체거름을 하고, 100도씨에서 건조하여 슬러리를 생성한다. 그리고, 밀링이 끝난 후, 상기 생성된 슬러리 내의 기포를 제거하기 위해 탈포를 실시한다. 슬러리의 표면에 스킨이 생기는 것을 방지하기 위하여 교반기(도시안됨)를 고속으로 회전시키면서 진공에서 2-3 분간 기포를 제거한다. 캐스터(Caster)에 필름 및 블레이드(blade)를 세팅한 후 필름을 이송시키면서 슬러리를 투입하여, 제 2b에 도시된 바와 같이 그린 테이프를 형성한다.

한편, 도전상의 RuO₂, 절연상의 유리, 및 온도저항계수 보정제로 인한 첨가제와 프린트성을 가지는 유리비클를 혼합시켜 일정점도를 가지는 저항 페이스트를 준비한다.

그리고, 상기 그린 테이프(206)에 저항 페이스트를 스크린 프린팅방식으로 프린팅하고 상온에서 10분 레벨링한 후 100도씨 오븐에 건조시켜 삽입 저항이 프린팅된 삽입 그린 테이프를 형성한다. 이때의 저항 두께를 측정한다. 이때 프린팅된저항 페이스트의 두께는 약 20㎛가 적절하다.

상기와 같이 삽입 저항이 프린팅된 삽입 그린 테이프외의 다수의 회로 패턴(208)을 갖는 그린 테이프(206)를 준비하는 과정을 도 2b 내지 도 2e를 참조하여 설명한다. 도 2b 내지 도 2e에는 도 2a에 도시된 그린 테이프(202)를 기초로 하여 다수의 회로 패턴을 갖는 그린 테이프(206)를 준비하는 과정이 설명되어 있다. 최종 모듈 내부에 다층 회로를 구성하려면 층간 회로를 연결할 수 있는 구멍이 필요한데, 이를 비어-홀이라 한다. 건조된 그린 테이프를 필름에서 분리한 후, 도 2b에 도시된 바와 같이 원하는 치수로 절단하고, 펀처(puncher)를 이용하여 도 2c에 도시된 바와 같이 원하는 위치에 비어-홀(204)을 형성한다. 그후 인쇄기를 이용하여 도전체 페이스트를 비어-홀(204)에 채운다. 다층 회로를 구성하기 위하여 그린 테이프(202)에 회로패턴을 인쇄하는 공정이 필요하다. 각 층에 알맞는 회로를 스크린으로 만든 후 인쇄기를 이용하여 도 2d에 도시된 바와 같이 페이스트를 인쇄, 회로패턴(208)을 형성시킨다. 이때 도 2e에 도시된 바와 같이 원하는 수 만큼의 다수의 회로 패턴(208)을 갖는 그린 테이프(206)가 준비될 수 있다.

이때 상기 표면층 그린 테이프에 트리밍 윈도우를 펀처를 이용하여 형성하고, 동시에 표면층 그린 테이프의 좌상 과 우상이 지름 100㎛의 원 5개를 도 3a에 도시된 바와 같이 각각 펀칭하여 얼라인 마크를 형성한다. 그리고, 이 얼라인 마크를 기준으로 비아-필링(via-filling) 및 비아 캡 페이스트를 프린팅한 후 얼라인 마크도 도 3b에 도시된 바와 같이 프린팅한다.

여기서, 얼라인 마크를 용이하게 인식하게 위하여 얼라인 마크의 라인의 길이는 x-y 축을 각각 5㎜이상, 라인의 폭은 200㎛이하로 얼라인 마크를 형성한다.

그 후 상기 다수의 회로가 인쇄된 그린 테이프(206)사이에 삽입 저항이 프린트된 삽입 그린 테이프를 적층시킨 후 건조시키고, 그 적층된 그린 테이프(206)를 상기 준비된 금속 베이스(100) 상부에 부착한 다음 적층하여, 적층체(208), 즉, 하나의 성형체를 만든다. 즉, 3" 사이즈의 경우 93도씨에서 약 4분간 약 6톤의 압력으로 가압하고, 이 가압된 그린 적층체를 벨트로를 사용하여 850도씨 내지 900도씨에서 소성시킨다.

그 후 그린 적층체의 표면의 저항의 터미네이션으로서, Ag/Pd 도전체 페이스트를 프린팅하고, 약 10분간 레벨링을 행한 후 100도씨에서 10분간 건조시킨 후 벨트로를 사용하여 750도씨에서 소성시킨다.

소성이 끝나면 도 4에 도시된 바와 같이 다수의 모듈이 형성되어 있는 LTCC-M 기판(200)이 완성된다. 소성후 상부 도체 및 오버글레이즈를 인쇄하는 등의 작업이 추가되며, 그밖에 표면 실장 부품의 접합, 베어(bare) IC 또는 플립-칩의 결합, 모듈 치수 절삭등의 공정을 거쳐 LTCC-M 모듈이 완성된다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 윈도우의 펀칭과 동시에 얼라인 마크가 펀칭되면, 레이저 트리밍시 레이저 트리밍 포인트가 윈도우와 θ 및 x-y 위치가 거의 일치하여 레이저빔이 윈도우를 벗어나는 경우가 없다.

본 발명에 의하면, 트리밍 윈도우를 기준으로 얼라인 마크가 형성되므로, 레이저 빔의 위치가 정확하게 트리밍 윈도우에 주사되므로, 삽입 저항의 트리밍을정확하게 행할 수 있고, 그로 인해 삽입 저항의 소자값을 원하는 값으로 얻을 수 있다.

Claims (4)

1. (a) 회로 패턴이 인쇄된 다수개의 그린 테이프를 준비하는 단계;

   (b) 상기 준비된 그린 테이프의 표면층에 트리밍 윈도우를 형성하고, 소정 위치에 원을 다수개만큼 펀칭하는 단계;

   (c) 상기 (b) 단계에서 펀칭으로 형성된 원을 기준으로 비아 충전 및 캡 페이스트를 프린팅하여 얼라인 마크를 형성하는 단계;

   (d) 얼라인 마크가 형성된 그린 테이프와 다수의 그린 테이프를 순차로 적층한 후 소성하여 적층체를 형성하는 단계; 및

   (e) 적층체를 금속 베이스와 적층한 후 소성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속상 저온 동시 소성 세라믹 기판의 얼라인 마크 형성방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 얼라인 마크를 펀칭할 때 소정수가 5개인 것을 특징으로 하는 금속상 저온 동시 소성 세라믹 기판의 얼라인 마크 형성방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 비아 충전 및 캡 페이스트를 프린팅할 때 펀칭된 얼라인 마크를 ?? 및 ??모양으로 프린팅하는 것을 특징으로 하는 금속상 저온 동시 소성 세라믹 기판의 얼라인 마크 형성방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 얼라인 마크 라인의 x-y 축이 각각 5㎜이상, 라인의폭이 200㎛이하인 것을 특징으로 하는 금속상 저온 동시 소성 세라믹 기판의 얼라인 마크 형성방법.