본 발명은 세라믹 분말 및 제 1 유기 바인더를 포함하며, 또한 적층된 복수의 소체용 그린층과, 소체용 그린층의 특정의 것의 주면에 접하도록 배치되며, 또한 세라믹 분말의 소결 온도에서는 소결하지 않는 난소결성 분말 및 제 2 유기 바인더를 포함하는 구속용 그린층을 구비하는 미소결 세라믹 적층체를 제작하는 적층체 제작 공정과; 미소결 세라믹 적층체로부터 제 1 및 제 2 유기 바인더를 제거하는 탈바인더 공정과; 미소결 세라믹 적층체를 세라믹 분말이 소결하는 온도 조건하에서 소성하며, 그에 따라 소결 세라믹 적층체를 얻는 소성 공정;을 포함하는 다층 세라믹 기판의 제조방법에 우선 적용되는 것으로서, 상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 제 1 양태에서는 다음과 같은 구성을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.
즉, 소체용 그린층 및 구속용 그린층은 모두 유기 바인더를 포함하는데, 소체용 그린층에 포함되는 제 1 유기 바인더 및 구속용 그린층에 포함되는 제 2 유기 바인더로서, 열분해 개시 온도 또는 연소 개시 온도가 서로 다른 것을 사용하는 것을 특징으로 하고 있다.
바람직하게는, 제 2 유기 바인더로서, 제 1 유기 바인더보다도 열분해 개시 온도 또는 연소 개시 온도가 낮은 것이 사용된다. 이 경우, 보다 바람직하게는, 제 1 유기 바인더와 제 2 유기 바인더 사이에서의 열분해 개시 온도 또는 연소 개시 온도의 차는 10℃이상이 된다.
또한, 상술한 적층체 제작 공정에 있어서 제작되는 미소결 세라믹 적층체에 포함하는 구속용 그린층은 예를 들면, 미소결 세라믹 적층체의 적층 방향에 있어서의 양단에 위치하도록 배치된다. 이 경우, 소성 공정 후, 구속용 그린층을 제거하는 공정이 더 실시되어도 된다.
또한, 적층체 제작 공정에 있어서 제작되는 미소결 세라믹 적층체에 포함하는 구속용 그린층은 예를 들면, 소체용 그린층 사이에 위치하도록 배치되어도 된다. 이 경우, 소체용 그린층은 가열에 의해 연화ㆍ유동화하는 연화 유동성 성분을 포함하며, 소성 공정에 있어서는, 연화 유동성 성분을 구속용 그린층중에 유동시킴으로써 난소결성 분말을 고착시키는 것이 행해진다.
또한, 소체용 그린층에 포함되는 세라믹 분말은 1000℃이하의 온도에서 소결하는 저온 소결 세라믹 분말인 것이 바람직하다.
또한, 미소결 세라믹 적층체는 소체용 그린층에 관련하여 형성되는 배선 도체를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 소성 공정 후, 소결 세라믹 적층체의 외표면상에 탑재될 전자 부품을 실장하는 공정을 더 포함하고 있어도 된다.
본 발명의 제 2 양태에 따른 다층 세라믹 기판의 제조방법은 세라믹 분말 및제 1 유기 바인더를 포함하며, 또한 적층된 복수의 소체용 그린층과, 소체용 그린층의 특정의 것의 주면에 접하도록 배치되며, 또한 세라믹 분말의 소결 온도에서는 소결하지 않는 난소결성 분말 및 제 2 유기 바인더를 포함하는 구속용 그린층을 구비하는 미소결 세라믹 적층체를 제작하는 적층체 제작 공정과; 미소결 세라믹 적층체로부터 제 1 및 제 2 유기 바인더를 제거하는 탈바인더 공정과; 미소결 세라믹 적층체를 세라믹 분말이 소결하는 온도 조건하에서 소성하며, 그에 따라 소결 세라믹 적층체를 얻는 소성 공정;을 포함하고, 제 1 유기 바인더로서 탈바인더 공정에 있어서 연소하는 연소계 바인더를 사용하며, 또한 제 2 유기 바인더로서, 탈바인더 공정에 있어서 열분해하는 열분해계 바인더를 사용하는 것을 특징으로 하고 있다.
바람직하게는, 상술의 제 1 유기 바인더는 부티랄(butyral)계 유기 바인더이고, 제 2 유기 바인더는 아크릴계 유기 바인더이다.
본 제 2 양태에 관해서도, 상술한 제 1 양태에서의 바람직한 실시양태가 적용된다.
본 발명은 또한, 상술한 바와 같은 제조방법에 의해 얻어진 다층 세라믹 기판에도 적용된다.
또한, 본 발명은 상술한 다층 세라믹 기판과, 이 다층 세라믹 기판을 실장하는 마더 보드(mother board)를 포함하는 전자 장치에도 적용된다.
또한, 본 발명은 다층 세라믹 기판을 얻기 위하여 제작되는 미소결 세라믹 적층체에도 적용된다.
본 발명에 따른 미소결 세라믹 적층체는, 제 1 양태에 따르면, 세라믹 분말및 제 1 유기 바인더를 포함하며, 또한 적층된, 복수의 소체용 그린층과, 소체용 그린층의 특정의 것의 주면에 접하도록 배치되며, 또한 세라믹 분말의 소결 온도에서는 소결하지 않는 난소결성 분말 및 제 2 유기 바인더를 포함하는 구속용 그린층을 구비하고, 제 1 유기 바인더 및 제 2 유기 바인더는 열분해 개시 온도 또는 연소 개시 온도가 서로 다른 것임을 특징으로 하고 있다.
제 2 양태에 따르면, 본 발명에 따른 미소결 세라믹 적층체는 세라믹 분말 및 제 1 유기 바인더를 포함하며, 또한 적층된, 복수의 소체용 그린층과, 소체용 그린층의 특정의 것의 주면에 접하도록 배치되며, 또한 세라믹 분말의 소결 온도에서는 소결하지 않는 난소결성 분말 및 제 2 유기 바인더를 포함하는 구속용 그린층을 구비하고, 제 1 유기 바인더는 탈바인더 공정에 있어서 연소하는 연소계 바인더이며, 또한 제 2 유기 바인더는 탈바인더 공정에 있어서 열분해하는 열분해계 바인더인 것을 특징으로 하고 있다.
이상의 다층 세라믹 기판의 제조방법은 이른바 무수축 프로세스를 적용하는 것이었으나, 본 발명에 따른 기술적 사상의 적용 범위는 무수축 프로세스에 의한 다층 세라믹 기판의 제조방법에 한정되는 것은 아니다.
즉, 본 발명은 세라믹 분말 및 유기 바인더를 포함하며, 또한 적층된, 복수의 세라믹 그린층을 포함하는 미소결 세라믹 적층체를 제작하는 적층체 제작 공정과; 미소결 세라믹 적층체로부터 유기 바인더를 제거하는 탈바인더 공정과; 미소결 세라믹 적층체를 세라믹 분말이 소결하는 온도 조건하에서 소성하며, 그에 따라 소결 세라믹 적층체를 얻는 소성 공정;을 포함하는 다층 세라믹 기판의 제조방법에도적용된다. 이와 같은 다층 세라믹 기판의 제조방법에 있어서, 본 발명의 기술적 사상은 다음과 같이 적용된다.
즉, 미소결 세라믹 적층체의 적층 방향에 있어서의 단부에 위치하는 세라믹 그린층에 포함되는 유기 바인더로서, 적층 방향에 있어서의 중간부에 위치하는 세라믹 그린층에 포함되는 유기 바인더보다도, 열분해 개시 온도 또는 연소 개시 온도가 낮은 것이 사용된다.
<발명의 실시형태>
도 1은 본 발명의 한 실시형태에 따른 다층 세라믹 기판(1)을 도해적으로 나타내는 단면도이다. 도시한 다층 세라믹 기판(1)은 세라믹 다층 모듈을 구성하는 것이다.
다층 세라믹 기판(1)은 적층된 복수의 세라믹층(2)으로 구성되는 소결 세라믹 적층체(3)를 포함하고 있다. 이 소결 세라믹 적층체(3)에 있어서, 세라믹층(2)에 관련하여 다양한 배선 도체가 형성되어 있다.
상술한 배선 도체로서는, 소결 세라믹 적층체(3)의 적층 방향에 있어서의 단면상에 형성되는 몇갠가의 외부 도체막(4 및 5), 세라믹층(2) 사이의 계면을 따라 형성되는 몇갠가의 내부 도체막(6) 및 세라믹층(2)의 특정의 것을 관통하도록 형성되는 몇갠가의 비아홀 도체(7) 등이 있다.
상술한 외부 도체막(4)은 소결 세라믹 적층체(3)의 외표면상에 탑재될 전자 부품(8 및 9)에의 접속을 위하여 사용된다. 도 1에서는, 예를 들면 반도체 디바이스와 같이, 범프 전극(10)을 포함하는 전자 부품(8) 및 예를 들면 칩 커패시터와같이 면 형상의 단자 전극(11)을 포함하는 전자 부품(9)이 도시되어 있다.
전자 부품(8)은 범프 전극(10)에 대하여 솔더 리플로우(solder reflow) 공정을 적용하거나 초음파 부여 공정이나 열압착 공정을 적용함으로써, 범프 전극(10)을 통하여 외부 도체막(4)에 접합된다. 한편, 전자 부품(9)은 외부 도체막(4)에 대하여 단자 전극(11)을 면대향시킨 상태에서, 단자 전극(11)을 예를 들면 솔더 또는 도전성 접착제를 사용하여 외부 도체막(4)에 접합함으로써, 소결 세라믹 적층체(3)상에 탑재된 상태가 된다.
또한, 외부 도체막(5)은 도 1에 있어서 상상선으로 나타내는 바와 같이, 이 다층 세라믹 기판(1)을 실장하는 마더 보드(12)에의 접속을 위하여 사용된다. 즉, 다층 세라믹 기판(1)은 외부 도체막(5)을 통하여 전기적으로 접속된 상태에서, 마더 보드(12)상에 실장되어 원하는 전자 장치를 구성한다.
도 1에 나타낸 다층 세라믹 기판(1)에 포함하는 소결 세라믹 적층체(3)는 도 2에 나타내는 바와 같은 미소결 세라믹 적층체(13)를 소성함으로써 얻어지는 것이다.
미소결 세라믹 적층체(13)는 상술한 세라믹층(2)이 될 적층된 복수의 소체용 그린층(14)을 포함하고 있다. 소체용 그린층(14)은 세라믹 분말 및 제 1 유기 바인더를 포함하고 있다. 세라믹 분말로서는, 1000℃이하의 온도에서 소결하는 저온 소결 세라믹 분말을 사용하는 것이 바람직하다.
미소결 세라믹 적층체(13)는 또한, 소체용 그린층(14)의 특정의 것의 주면에 접하도록 배치되는 구속용 그린층(15)을 포함하고 있다. 구속용 그린층(15)은 상술한 세라믹 분말의 소결 온도에서는 소결하지 않는 난소결성 분말 및 제 2 유기 바인더를 포함하고 있다. 상술한 바와 같이, 세라믹 분말로서 저온 소결 세라믹 분말이 사용될 때, 난소결성 분말로서는, 예를 들면 알루미나 분말이 유리하게 사용된다. 또한, 본 실시형태에서는, 구속용 그린층(15)은 미소결 세라믹 적층체(13)의 적층 방향에 있어서의 양단에 위치하도록 배치된다.
유기 바인더에는 주로, 산소에 접촉함으로써 바인더중의 탄소가 이산화탄소 또는 일산화탄소가 되어 연소하는 연소계 바인더와, 주로, 열에 의한 폴리머 분해에 의해 기화(氣化)하는 열분해계 바인더가 있는데, 소체용 그린층(14)에 포함되는 제 1 유기 바인더 및 구속용 그린층(15)에 포함되는 제 2 유기 바인더로서, 열분해 개시 온도 또는 연소 개시 온도가 서로 다른 것이 사용된다.
이 경우, 제 2 유기 바인더는 제 1 유기 바인더보다도 열분해 개시 온도 또는 연소 개시 온도가 낮은 것임이 바람직하며, 보다 바람직하게는, 열분해 개시 온도 또는 연소 개시 온도의 차가 10℃이상이 되도록 된다.
또한, 제 1 및 제 2 유기 바인더의 선택방법의 다른 양태로서, 제 1 유기 바인더를 연소계 바인더로 하고, 한편, 제 2 유기 바인더를 열분해계 바인더로 해도 된다.
이 경우, 보다 구체적으로는, 제 1 유기 바인더로서, 예를 들면 부티랄계 유기 바인더가 사용되며, 제 2 유기 바인더로서, 예를 들면 아크릴계 유기 바인더가 사용된다.
미소결 세라믹 적층체(13)는 소체용 그린층(14)에 관련하여 형성되는 배선도체를 더 포함하고 있다. 그 배선 도체로서는, 상술한 바와 같이, 외부 도체막(4 및 5), 내부 도체막(6) 및 비아홀 도체(7) 등을 포함하고 있다.
이와 같은 미소결 세라믹 적층체(13)를 제작하기 위하여, 예를 들면, 다음과 같은 각 공정이 실시된다.
우선, 소체용 그린층(14)을 얻기 위하여, 세라믹 분말에 제 1 유기 바인더, 분산제, 가소제 및 유기 용제 등을 각각 적당량 첨가하고, 이들을 혼합함으로써, 세라믹 슬러리를 제작한다. 또한, 세라믹 분말이 저온 소결 세라믹 분말인 경우에는 통상, 유리 성분을 함유하는 세라믹 재료가 사용된다. 이 유리 성분은 세라믹 성분을 갖는 분말에 유리 분말로서 혼합되어 있어도, 소성 공정에 있어서 유리질을 석출하는 것이어도 된다.
이어서, 상술한 세라믹 슬러리를 닥터 블레이드(doctor blade)법 등에 의해 시트 형상으로 성형하여, 소체용 그린층(14)이 될 소체용 세라믹 그린시트를 얻는다.
이어서, 얻어진 소체용 그린시트에 필요에 따라 비아홀 도체(7)를 형성하기 위한 관통 구멍을 형성하고, 이 관통 구멍에 도전성 페이스트 또는 도체 분말을 충전함으로써, 비아홀 도체(7)를 형성한다. 또한, 소체용 세라믹 그린시트상에 필요에 따라 도전성 페이스트를 인쇄함으로써, 외부 도체막(4 및 5) 및 내부 도체막(6)을 형성한다. 여기에서, 세라믹 분말로서, 1000℃이하의 온도에서 소결하는 저온 소결 세라믹 분말이 사용될 때, 상술한 외부 도체막(4 및 5), 내부 도체막(6) 및 비아홀 도체(7)를 형성하기 위한 도전 성분으로서, 예를 들면, 은, 은·백금 합금,은·팔라듐 합금, 동 또는 금 등을 유리하게 사용할 수 있다.
다음으로, 이들 소체용 세라믹 그린시트로, 도 2에 나타낸 소체용 그린층(14)을 제공하기 위하여, 소체용 세라믹 그린시트가 소정의 순서로 적층된다.
한편, 구속용 그린층(15)을 얻기 위하여, 난소결성 분말에 제 2 유기 바인더, 분산제, 가소제 및 유기 용제 등을 각각 적당량 첨가하고, 이들을 혼합함으로써, 난소결성 분말 슬러리를 제작한다.
이어서, 이 난소결성 분말 슬러리를 닥터 블레이드법 등에 의해 시트 형상으로 성형하여, 구속용 그린층(15)을 위한 구속용 그린시트를 얻는다.
다음으로, 상술과 같이 적층된 소체용 세라믹 그린시트의 상하에 구속용 그린시트를 적층하고, 프레스한다. 이에 따라, 도 2에 나타내는 바와 같이, 미소결 세라믹 적층체(13)가 얻어진다. 또한, 필요에 따라 이 미소결 세라믹 적층체(13)를 적당한 크기로 절단해도 된다.
다음으로, 미소결 세라믹 적층체(13)는 소체용 그린층(14)에 포함되는 세라믹 분말이 소결하는 온도 조건하에서 소성된다. 이 소성 공정에 있어서, 구속용 그린층(15)은 그 자신은 실질적으로 수축하지 않는다. 따라서, 구속용 그린층(15)은 소체용 그린층(14)에 대하여 그 주면 방향에서의 수축을 억제하는 구속력을 미치게 하며, 그에 따라, 소체용 그린층(14)은 그 주면 방향에서의 수축이 억제되면서, 실질적으로 두께 방향으로만 수축하고, 거기에 포함되는 세라믹 재료가 소결된다. 이와 같이 하여, 도 1에 나타낸 세라믹층(2)이 소체용 그린층(14)에 의해 제공되며,다층 세라믹 기판(1)에 포함하는 소결 세라믹 적층체(3)가 얻어진다.
상술한 바와 같이, 소체용 그린층(14)에 포함되는 제 1 유기 바인더 및 구속용 그린층(15)에 포함되는 제 2 유기 바인더는 열분해 개시 온도 또는 연소 개시 온도가 서로 다르다. 따라서, 탈바인더 공정에서의 승온 과정에 있어서, 제 1 유기 바인더와 제 2 유기 바인더는 서로 다른 시점에서, 열분해 또는 연소를 개시한다. 그 때문에, 한쪽의 유기 바인더가 먼저 열분해 또는 연소를 개시함으로써, 이 유기 바인더가 존재하고 있던 부분에 통로가 형성되며, 다른쪽의 유기 바인더가 열분해 또는 연소를 개시하여 생성된 가스는 이 통로를 통하여 순조롭게 미소결 세라믹 적층체(13)의 외부로 배출될 수 있다.
이와 같이 열분해 개시 온도 또는 연소 개시 온도를 서로 다르게 하는 경우, 구속용 그린층(15)에 포함되는 제 2 유기 바인더의 열분해 개시 온도 또는 연소 개시 온도가 소체용 그린층(14)에 포함되는 제 1 유기 바인더보다 낮은 것이 바람직하다.
왜냐하면, 구속용 그린층(15)에 의해 사이에 끼워진 소체용 그린층(14)에 포함되는 제 1 유기 바인더가 열분해 또는 연소할 때, 그에 따라 발생된 가스는 많든 적든 간에 구속용 그린층(15)내를 통하여 미소결 세라믹 적층체(13)의 외부로 배출되지 않으면 안되나, 열분해 개시 온도 또는 연소 개시 온도의 관계가 상술과 같이 선택됨으로써, 구속용 그린층(15)에 있어서 먼저 유기 바인더의 제거에 의한 통로가 형성되고, 이 통로를 통하여 소체용 그린층(14)에 포함되는 제 1 유기 바인더의 열분해 또는 연소에 의한 가스가 순조롭게 배출될 수 있기 때문이다.
상술의 경우, 제 2 유기 바인더로서, 제 1 유기 바인더보다도 열분해 개시 온도 또는 연소 개시 온도가 10℃이상 낮은 것이 사용되면, 제 1 유기 바인더의 열분해 또는 연소를 개시시키기 전에, 확실하게, 제 2 유기 바인더의 열분해 또는 연소를 개시시킬 수 있다.
또한, 소체용 그린층(14)에 포함되는 제 1 유기 바인더로서, 부티랄계 유기 바인더와 같은 연소계 바인더를 사용하며, 또한 구속용 그린층(15)에 포함되는 제 2 유기 바인더로서, 아크릴계 유기 바인더와 같은 열분해계 바인더를 사용함으로써도, 제 1 및 제 2 유기 바인더 사이에서, 탈바인더 공정에 있어서 발생하는 열분해 또는 연소의 거동에 차이를 갖게 할 수 있다.
즉, 연소계 바인더인 경우에는 주로, 산소에 접촉함으로써 바인더중의 탄소가 이산화탄소 또는 일산화탄소가 되어 연소하기 때문에, 이와 같은 연소가 단숨에 발생하는 일은 없으며, 서서히 발생하는 것이 통상이다. 이에 반하여, 열분해계 바인더인 경우에는 주로, 열에 의한 폴리머 분해에 의해 기화하는 것이기 때문에, 열분해 개시 온도에 이르렀을 때에, 단숨에, 이와 같은 분해가 발생한다. 이 점으로부터, 제 1 유기 바인더와 제 2 유기 바인더 사이에서, 각각이 연소 또는 열분해 하는 거동에 차이를 갖게 할 수 있다.
따라서, 제 2 유기 바인더의 열분해에 의해 신속하게 발생된 구속용 그린층(15)중의 통로를 통하여 제 1 유기 바인더의 연소에 의해 서서히 생성되는 이산화탄소 또는 일산화탄소를 미소결 세라믹 적층체(13)의 외부로 순조롭게 배출할 수 있다.
특히, 제 2 유기 바인더의 열분해 개시 온도가 제 1 유기 바인더의 연소 개시 온도보다도 낮게 되면, 제 2 유기 바인더의 열분해가 발생한 후에, 제 1 유기 바인더의 연소를 개시시킬 수 있기 때문에, 제 2 유기 바인더의 열분해의 결과로서 발생된 구속용 그린층(15)중의 통로를 통하여 제 1 유기 바인더의 연소에 의해 발생되는 이산화탄소 또는 일산화탄소를 미소결 세라믹 적층체(13)의 외부로 배출할 수 있는 상태를 확실하게 얻을 수 있다.
상술의 경우, 제 2 유기 바인더의 열분해 개시 온도가 제 1 유기 바인더의 연소 개시 온도보다도 10℃이상 낮게 되면, 상술한 바와 같은 통로를 통한 배출 상태를 보다 확실하게 얻을 수 있다.
이상과 같은 소성 공정을 종료한 후, 구속용 그린층(15)이 제거된다. 구속용 그린층(15)의 제거는 구속용 그린층(15)이 소결되지 않기 때문에, 용이하게 행할 수 있다.
이와 같이 하여, 도 1에 나타낸 다층 세라믹 기판(1)에 있어서의 소결 세라믹 적층체(3)가 얻어진다. 이 소결 세라믹 적층체(3)의 외표면상에 전자 부품(8 및 9)을 실장하면, 도 1에 나타내는 바와 같은 다층 세라믹 기판(1)이 완성된다.
다음으로, 본 발명의 효과를 확인하기 위하여, 특정적인 실시형태에 관련하여 실시한 실험예에 대하여 설명한다.
우선, 소체용 그린층(14)을 위한 세라믹 슬러리를 얻기 위하여, CaCO3, Al2O3, SiO2및 B2O3를 소정의 비율이 되도록 칭량하고, 혼합하여 백금 도가니중에있어서 1400℃에서 용융하고, 그 후, 수중에 투입함으로써 급랭하여 유리를 얻었다.
이어서, 이 유리를 볼 밀에 의해 평균 입자 직경 1.2∼2.4㎛가 될 때까지 분쇄하여 유리 분말로 하였다. 이어서, 이 유리 분말과 알루미나 분말을 중량비로 40/60이 되도록 혼합하였다.
다음으로, 상술의 유리 분말과 알루미나 분말의 혼합 분말 100중량부에 대하여 표 1에 나타내는 바와 같은 유기 바인더 8중량부, 프틸산디옥틸(dioctyl phthalate) 2중량부, 분산제 1중량부, 에탄올 30중량부 및 톨루엔 30중량부를 첨가하고, 볼 밀에 의해 24시간 혼합하여 세라믹 슬러리를 얻었다.
한편, 구속용 그린층(15)을 위한 난소결성 분말 슬러리를 얻기 위하여, 난소결성 분말로서 알루미나 분말을 사용하고, 이 알루미나 분말 100중량부에 대하여 표 1에 나타내는 바와 같은 다양한 유기 바인더 8중량부, 프틸산디옥틸 2중량부, 분산제 1중량부, 에탄올 30중량부 및 톨루엔 30중량부를 첨가하며, 볼 밀에 의해 24시간 혼합하여 난소결성 분말 슬러리를 얻었다.
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소체용 그린층 |
구속용 그린층 |
실시예 1 |
아크릴 ③(360℃) |
아크릴 ②(350℃) |
실시예 2 |
아크릴 ④(380℃) |
아크릴 ②(350℃) |
실시예 3 |
부티랄 ②(320℃) |
부티랄 ①(300℃) |
실시예 4 |
부티랄 ③(340℃) |
부티랄 ①(300℃) |
실시예 5 |
부티랄 ③(340℃) |
아크릴 ②(350℃) |
실시예 6 |
부티랄 ③(340℃) |
아크릴 ①(330℃) |
비교예 1 |
아크릴 ③(360℃) |
아크릴 ③(360℃) |
비교예 2 |
부티랄 ②(320℃) |
부티랄 ②(320℃) |
표 1에 나타내는 바와 같이, 아크릴계 바인더로서, 아크릴 ①, 아크릴 ②,아크릴 ③ 및 아크릴 ④와 같이, 4종류의 것을 사용하였다. 이들 4종류의 아크릴계 유기 바인더는 표 1에 있어서 괄호안에 나타내는 바와 같은 열분해 개시 온도를 갖고 있다. 열분해 개시 온도는 열중량 시차 열분석에 의해 구해진 것으로, 아크릴 ①은 330℃, 아크릴 ②는 350℃, 아크릴 ③은 360℃ 및 아크릴 ④는 380℃의 열분해 개시 온도를 갖고 있다.
또한, 부티랄계 유기 바인더로서, 부티랄 ①, 부티랄 ② 및 부티랄 ③의 3종류의 것을 사용하였다. 이들 3종류의 부티랄계 유기 바인더는 표 1에 있어서 괄호안에 나타내는 바와 같은 연소 개시 온도를 갖고 있다. 즉, 부티랄 ①은 300℃, 부티랄 ②는 320℃ 및 부티랄 ③은 340℃의 연소 개시 온도를 갖고 있다.
다음으로, 상술의 세라믹 슬러리 및 난소결성 분말 슬러리를 각각 진공탈포한 후, 닥터 블레이드법에 의해 두께 100㎛의 소체용 세라믹 그린시트 및 구속용 그린시트를 제작하였다. 그리고, 소체용 세라믹 그린시트상에 은을 포함하는 도전성 페이스트를 인쇄한 것을 10장 적층함과 동시에, 그 적층 방향에 있어서의 각 단부에 구속용 그린시트를 4장씩 적층하고, 80℃의 온도를 부여하면서, 500kgf/㎠의 압력으로 프레스하여, 그에 따라 10층의 소체용 그린층(14)을 사이에 두도록 각각 4층의 구속용 그린층(15)이 배치된 미소결 세라믹 적층체(13)를 얻었다.
다음으로, 이 미소결 세라믹 적층체(13)를 400℃의 온도에서 탈바인더 처리하였다.
다음으로, 대기중에 있어서, 860℃의 온도에서 30분간 소성함으로써, 미소결 세라믹 적층체(13)에 포함하는 소체용 그린층(14)을 소결시키고, 그 후, 구속용 그린층(15)을 제거하여, 그에 따라 소결 세라믹 적층체(3)를 얻었다.
이와 같이 하여 얻어진 소결 세라믹 적층체(3)에 대하여, 잔탄량, 휘어짐 및 박리/기포의 발생률을 평가하였다. 이들 결과가 표 2에 나타나 있다.
|
잔탄량(ppm) |
휘어짐(㎛) |
박리/기포의 발생률 |
실시예 1 |
35 |
140 |
0/10 |
실시예 2 |
40 |
100 |
0/10 |
실시예 3 |
50 |
160 |
0/10 |
실시예 4 |
65 |
110 |
0/10 |
실시예 5 |
60 |
120 |
0/10 |
실시예 6 |
25 |
100 |
0/10 |
비교예 1 |
50 |
250 |
1/10 |
비교에 2 |
120 |
300 |
2/10 |
표 2로부터 알 수 있듯이, 실시예 1∼6에 따르면, 비교예 1 및 2에 비하여 잔탄량이 적고, 휘어짐이 저감되며, 또한 박리/기포의 발생이 방지되고 있다.
이 점으로부터, 비교예 1 및 2와 같이, 소체용 그린층(14)에 있어서 사용되는 유기 바인더와 구속용 그린층(15)에 있어서 사용되는 유기 바인더의 열분해 개시 온도 또는 연소 개시 온도가 서로 동일한 경우에 비하여, 실시예 1 및 2와 같이, 소체용 그린층(14)에 있어서 사용되는 유기 바인더와 구속용 그린층(15)에 있어서 사용되는 유기 바인더가 서로 다른 열분해 개시 온도를 갖고 있는 경우나, 실시예 3 및 4와 같이, 소체용 그린층(14)에 있어서 사용되는 유기 바인더와 구속용 그린층(15)에 있어서 사용되는 유기 바인더가 서로 다른 연소 개시 온도를 갖고 있는 경우나, 실시예 5 및 6과 같이, 소체용 그린층(14)에 있어서 사용되는 유기 바인더가 연소계 바인더이고, 구속용 그린층(15)에 있어서 사용되는 유기 바인더가 열분해계 바인더인 경우에는, 탈바인더 공정에 있어서, 이들 유기 바인더의 제거가순조롭게 행해졌다는 것을 알 수 있다.
이상 설명한 실시형태에서는, 구속용 그린층(15)이 미소결 세라믹 적층체(13)의 적층 방향에 있어서의 양단에 위치하도록 배치되었으나, 이와 같은 배치를 대신하여, 또는 이와 같은 배치에 더하여 소체용 그린층(14) 사이에 위치하도록 구속용 그린층(15)이 배치되어도 된다. 이와 같은 실시형태의 일례에 대하여 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 미소결 세라믹 적층체(16)를 도해적으로 나타내는 단면도이다.
미소결 세라믹 적층체(16)는 적층된 소체용 그린층(17)과, 소체용 그린층(17) 사이에 위치하도록 배치된 구속용 그린층(18)을 포함하고 있다. 본 실시형태에서는 소체용 그린층(17)과 구속용 그린층(18)이 번갈아 배치되어 있다.
도 2에 나타낸 미소결 세라믹 적층체(13)의 경우와 마찬가지로, 소체용 그린층(17)은 세라믹 분말 및 제 1 유기 바인더를 포함하며, 구속용 그린층(18)은 세라믹 분말의 소결 온도에서는 소결하지 않는 난소결성 분말 및 제 2 유기 바인더를 포함하고 있다.
본 실시형태에서는 구속용 그린층(18)은 소성 공정 후, 제거되지 않고, 제품이 되는 다층 세라믹 기판에 포함하는 소결 세라믹 적층체중에 존재한다. 그 때문에, 소체용 그린층(17)은 예를 들면 유리 성분과 같이, 가열에 의해 연화ㆍ유동화하는 연화 유동성 성분을 포함하고 있으며, 소성 공정에 있어서, 이 연화 유동성 성분은 구속용 그린층(18)중에 침투하도록 유동하여, 구속용 그린층(18)에 포함되는 난소결성 분말을 고착시킨다.
상술한 바와 같이, 소체용 그린층(17) 및 구속용 그린층(18)은 서로 다른 제 1 및 제 2 유기 바인더를 각각 포함하고 있다. 따라서, 탈바인더 공정에 있어서, 제 1 및 제 2 유기 바인더 중 어느 한쪽이 제거된 후에 남겨진 통로를 통하여 제 1 및 제 2 유기 바인더 중 어느 다른쪽이 순조롭게 제거될 수 있다.
또한, 도 3에 있어서는, 소체용 그린층(17)에 관련하여 형성되는 외부 도체막, 내부 도체막 및 비아홀 도체와 같은 배선 도체의 도시가 생략되어 있다.
이상, 본 발명을 도시한 실시형태, 즉, 구속용 그린층을 사용하는 무수축 프로세스에 기초하여 다층 세라믹 기판을 제조하는 실시형태에 관련하여 설명하였으나, 본 발명이 적용되는 것은 무수축 프로세스에 기초한 다층 세라믹 기판의 제조방법에는 한정되지 않는다.
즉, 세라믹 분말 및 유기 바인더를 포함하며, 또한 적층된, 복수의 세라믹 그린층을 포함하는 미소결 세라믹 적층체를 제작하는 적층체 제작 공정과; 미소결 세라믹 적층체로부터 유기 바인더를 제거하는 탈바인더 공정과; 미소결 세라믹 적층체를 세라믹 분말이 소결하는 온도 조건하에서 소성하며, 그에 따라 소결 세라믹 적층체를 얻는 소성 공정;을 포함하는 다층 세라믹 기판의 제조방법에 있어서도, 상술한 바와 같은 유기 바인더의 선택이 효과적이다.
보다 상세하게 설명하면, 미소결 세라믹 적층체의 적층 방향에 있어서의 단부에 위치하는 세라믹 그린층에 포함되는 유기 바인더로서, 적층 방향에 있어서의 중간부에 위치하는 세라믹 그린층에 포함되는 유기 바인더보다도, 열분해 개시 온도 또는 연소 개시 온도가 낮은 것을 사용하도록 하면, 탈바인더 공정에 있어서,적층 방향에 있어서의 단부에 위치하는 세라믹 그린시트에 포함되는 유기 바인더가 열분해 또는 연소를 개시한 후에, 적층 방향에 있어서의 중간부에 위치하는 세라믹 그린층에 포함되는 유기 바인더를 열분해 또는 연소시킬 수 있다. 그 때문에, 제거가 비교적 용이한 단부의 유기 바인더가 제거된 후에 남겨진 통로를 통하여 제거가 비교적 곤란한 중간부의 유기 바인더를 순조롭게 제거할 수 있다.