KR20040084295A - 결합제로서 아크릴 에멀젼을 포함하는 수계 세라믹슬러리, 이를 이용하는 세라믹 테이프 제조방법 및 이들을이용하여 제조된 ｌｔｃｃ용 세라믹 테이프 - Google Patents

결합제로서 아크릴 에멀젼을 포함하는 수계 세라믹슬러리, 이를 이용하는 세라믹 테이프 제조방법 및 이들을이용하여 제조된 ｌｔｃｃ용 세라믹 테이프 Download PDF

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Abstract

본 발명은 물을 용매로 포함하고 수계 결합제를 포함하는 세라믹 슬러리의 제조, 이를 이용한 세라믹 테이프 제조방법 및 이들을 이용하여 제조된 세라믹 테이프에 관한 것이다. 즉, 본 발명은 용매로서 물을 사용하고 결합제로서 아크릴 에멀젼과 HPMC를 혼합 사용하는 것을 특징으로 하며, 이들을 유리-알루미나 복합 분말, 분산제, 가소제 등과 혼합하는 수계 세라믹 슬러리 및 이를 혼합, 탈포, 성형 건조하는 것을 포함하는 세라믹 테이프 제조에 관한 것이다.

Description

결합제로서 아크릴 에멀젼을 포함하는 수계 세라믹 슬러리, 이를 이용하는 세라믹 테이프 제조방법 및 이들을 이용하여 제조된 ＬＴＣＣ용 세라믹 테이프{AQUEOUS CERAMIC SLURRY CONTAINING ACRYLIC EMULSION AS A BINDING AGENT, METHOD FOR FABRICATING CERAMIC TAPES USING THE SAME, AND CERAMIC TAPE FOR LTCC GREEN SHEET FABRICATED THEREBY}
본 발명은 적층형 세라믹 부품, 특히, LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic) 부품용 세라믹 기판의 제조공정에 있어서, 환경 오염이 없고 작업 환경에 무해하며 경제성이 우수한 수계용 세라믹 테이프의 제조에 관한 것이다. 세라믹 테이프의 제조는 테이프 캐스팅에 의하여 이루어지는데 사용되는 용매에 의하여 수계와 비수계로 구분된다.
현재까지 대부분의 세라믹 테이프의 제조공정은 휘발성이 우수하여 건조속도가 빠르며 세라믹 분말의 분산이 용이하여 제조공정이 잘 확립된 비수계 공정에 의한 것이었는데, 최근 이러한 비수계 용매들의 유해성 및 환경 오염에 대한 문제점들이 지적되어 수계 공정에 의한 세라믹 테이프의 제조에 많은 연구와 생산시설의 투자가 이루어지고 있다.
그러나, 수계 공정은 수계 결합제의 낮은 결합력, 느린 건조속도 및 세라믹 분말의 분산에 어려움 등과 같은 문제점이 있어서, 아직까지 세라믹 테이프의 제조 및 적층공정에 뚜렷한 연구개발이 없는 상태이다. 예컨대, LTCC와 관련된 미국특허 75건을 살펴보면 대부분의 특허들이 LTCC용 판의 적층방법 및 세라믹 분말 합성법 그리고 기판에 전극의 도포와 이와 관련된 후처리에 관한 것이며, 미국특허 제6,147,019에 세라믹 테이프의 제조에 대한 특허가 출원되었으나, 이 또한 휘발성이 강한 비수계 용매에 관한 것으로 LTCC 전자부품용 적층형 세라믹 부품의 제조에 있어서, 수계에 의한 세라믹 테이프의 제조에 관한 것은 전무한 상태이다.
따라서, 상기한 적층형 세라믹 부품, 특히, LTCC 부품의 제조공정에 있어서, 환경 오염이 없으며, 인체에 무해한 수계 세라믹 테이프의 제조를 위한 세라믹 슬러리의 구성 및 그 슬러리를 이용한 테이프 제조방법에 관한 것이 본 발명의 기술적 과제이다. 이를 위하여, 본 발명은 수계용 결합제 중 아크릴 에멀젼과 셀룰로오스계의 적절한 혼합과 기타 첨가제의 조성 제어에 의하여 제조된 수계용 세라믹 슬러리, 이러한 슬러리를 이용한 세라믹 테이프 제조방법 및 이와 같이 제조된 세라믹 테이프를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 용매로서 물을 사용하여 금속산화물 분말에 수계 결합제 및 첨가물을 혼합하여 만들어진 수계 세라믹 슬러리 및 이를 이용한 수계 세라믹 테이프의 제조에 관한 것이다. 더욱 상세하게, 본 발명은, 금속 산화물 분말, 물, 결합제,가소제, 분산제 등을 적절한 비율로 포함하는 수계 세라믹 슬러리; 상기 금속 산화물 분말, 물, 결합제, 가소제, 분산제 등을 적절한 비율로 혼합하여 상기 세라믹 슬러리를 제조하는 혼합공정, 혼합된 슬러리 내의 기포 제거와 동시에 테이프 캐스팅을 위한 최적 점도 조건을 얻기 위한 탈포공정, 탈포가 완료된 슬러리를 일정한 두께의 세라믹 테이프로 성형하는 성형공정 및 성형된 세라믹 테이프에서 용매를 제거하는 건조공정을 포함하는 수계 세라믹 테이프 제조방법; 및 이로부터 제조되는 세라믹 테이프에 관한 것이다.
우선, 본 발명은 금속산화물 분말, 용매로서 물, 결합제로서 수계의 아크릴 에멀젼과 HPMC의 혼합물, 가소제 및 분산제를 포함하는 수계 세라믹 슬러리를 제공한다. 보다 상세하게, 본 발명의 수계 세라믹 슬러리는 금속산화물 분말과 상기 금속산화물 분말 100 중량부에 대하여 0.1 ~ 3.0 중량부의 분산제, 15 ~ 50 중량부의 물, 5 ~ 20 중량부의 결합제 및 3 ~ 15 중량부의 가소제를 포함한다.
또한, 본 발명은 용매로서 물을 사용하고 수계 결합제를 사용하여 수계 세라믹 테이프를 제조하는 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 제조방법은,
(a) 금속산화물 분말과 상기 금속산화물 분말 100 중량부에 대하여 0.1 ~ 3.0 중량부의 분산제, 15 ~ 50 중량부의 물, 5 ~ 20 중량부의 결합제 및 3 ~ 15 중량부의 가소제를 혼합하여 세라믹 슬러리를 제조하는 혼합공정,
(b) 상기 제조된 세라믹 슬러리를 볼밀 처리 후, 진공 분위기에서 일정한 속도로 교반하여 슬러리 내 잔류기포를 제거하고 슬러리를 적정 점도에 도달시키는 탈포공정, 및
(c) 상기 탈포 처리된 슬러리를 일정한 두께의 시트로 성형하는 성형공정을 포함한다.
본 발명에 따른 세라믹 슬러리의 성분을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
금속산화물
본 발명에서 LTCC용 세라믹 테이프의 제조를 위하여 사용되는 금속산화물로는 B2O3와 SiO2로 구성된 유리분말과 알루미나가 혼합된 혼합 분말을 사용할 수 있다. 이때, 상기 혼합분말의 평균 입경은 1.8 ㎛ 또는 2.4 ㎛ 이 바람직하다. 또한, 상기 혼합분말의 혼합비율은 중량비로 30:70 ∼ 60:40 (유리분말:알루미나) 인 것이 바람직하다.
분산제
분산제는 금속산화물 분말을 용매인 물에 혼합하여 슬러리를 제조할 때, 분말의 응집을 억제하고 용매인 물에 고르게 분산시켜 줌으로써, 세라믹 테이프가 균일한 특성을 나타내도록 하여, 이를 이용한 전자부품의 제조시에 우수한 특성의 기판 제조를 가능하게 하는 역할을 한다. 본 발명의 한 구체예에서는 이와 같은 분산제로서 폴리카르복실산(polycarboxylic acid)을 사용하였으며, 이 외에도 암모늄 폴리아크릴레이트염(ammonium polyacrylate salt), 폴리메타 아크릴산(polymetha-acrylic acid), 에테르(ether)계 등의 수계 분산제를 사용할 수 있다.
분말의 응집을 억제하고 분말의 분산을 최대화하기 위하여, 분산제의 첨가량은 금속산화물 100 중량부에 대하여 0.1 ~ 3.0 중량부가 바람직하다. 분산제의 첨가량이 이 보다 적으면 금속산화물의 분산이 용이하지 아니하며, 이 보다 많으면 오히려 분산제에 의한 분말의 응집이 발생하기 때문에 바람직하지 않다.
결합제
결합제는 금속산화물의 입자들을 결합시키고, 성형된 세라믹 테이프의 물리적 강도를 향상시킬 뿐 아니라, 성형 및 건조 공정 후에 발생하는 세라믹 테이프의 균열 및 휨 등을 방지하는 역할을 한다. 통상적으로 수계 세라믹 슬러리의 제조를 위하여 비닐계, 셀룰로오스계, 아크릴계 등의 결합제를 단독 또는 혼합하여 사용한다. 본 발명에서는 결합제로서 에멀젼 상태의 아크릴계 결합제(아크릴 에멀젼)와 셀룰로오스계 결합제 중 HPMC (Hydroxypropylmethyl cellulose)를 혼합하여 사용할 수 있다. 아크릴 에멀젼을 사용함으로써, 다른 수계 결합제 사용시의 느린 건조속도, 분위기에 의한 세라믹 테이프의 물성 저하 등과 같은 문제점을 해결할 수 있으며, 에멀젼 상태이기 때문에 점도가 낮은 공정에 있어서 효율성이 우수하며, 유리전이온도 (Tg)가 낮아 세라믹 테이프의 유연성 및 접착성을 향상시킬 수 있다 (참고: A. Kristoffeersson and E. Roncari, and C. Galassi, "Comparison of Different Binder for Water-based Tape Casting of Alumina"J. Eur. Ceram. Soc., 18, 2123-31 (1998)).
그러나, 특히, LTCC용 세라믹 테이프의 제조를 위해서는, 세라믹 테이프의 두께가 100 ㎛ 이하이어야 하는데, 상기 아크릴계 결합제만을 단독 사용할 경우에는 세라믹 테이프의 두께의 조절이 350 ㎛ 이상까지만 가능하다. 따라서, LTCC용 세라믹 테이프의 제조에 있어서, 아크릴계 결합제만을 사용하면 350 ㎛ 이하의 두께로 세라믹 테이프를 성형하는 것이 불가능하여 LTCC용 기판을 위한 세라믹 테이프를 제조할 수 없게 된다. 이러한 문제점을 보완하기 위하여, 세라믹 슬러리의 혼합 시 결합제로서 셀룰로오스계인 HPMC를 추가적으로 혼합하여 사용하면, 상기 셀룰로오스계 결합제가 세라믹 테이프의 제조에 있어서 두께 조절제로서의 역할을 한다 (참고: Federation of Societies for Coating Technology, Surface Coatings Technology; pp. 268-329. The Educational Source for the Coating Industry, 1997). 그러나 셀룰로오스계는 결합력이 매우 낮고 점도가 높기 때문에 세라믹 테이프 제조에 있어서 결합제로서 단독 사용 또는 많은 양의 혼합 사용이 곤란하다. 따라서, 아크릴계 결합제와 셀룰로오스 결합제를 적절한 비율로 혼합하여 사용하면, 100 ㎛ 이하의 LTCC용 세라믹 테이프의 성형이 가능하며 적층 공정을 수행할 수 있는 접착성과 유연성을 유지하는 세라믹 테이프의 제조가 가능한 세라믹 슬러리를 얻을 수 있다.
본 발명에 있어서, 결합제의 첨가량은 금속산화물 100 중량부에 대하여 5 ~ 20 중량부가 바람직하다. 결합제의 첨가량이 이 보다 적으면 금속산화물의 결합력이 낮아 건조 후 제조공정에 어려움이 있으며, 이 보다 많으면 소결 후 과잉 결합제에 의한 테이프 물성 저하가 나타나게 되어 바람직하지 못하다.
또한, 본 발명에서 사용되는 아크릴 에멀젼과 HPMC가 혼합된 결합제에 있어서, 아크릴 에멀젼과 HPMC의 혼합 비율(아크릴 에멀젼:HPMC)은 중량비로 45:55 ~ 65:35가 바람직하다. HPMC가 35 이하일 경우에는 상기한 바와 같이 세라믹 테이프의 성형이 불가능해지며, 아크릴계 결합제가 45 이하일 경우에는 테이프의 결합력이 낮아 테이프의 성형이 어렵게 되어 바람직하지 못하다.
본 발명에 사용되는 아크릴 에멀젼은 물을 용매로 하여 고형체분률이 중량비로 60% 이상이고 유리전이온도(Tg)가 -16 ~ -22 ℃ 범위인 것이 바람직하다. 아크릴 에멀젼의 유리전이온도가 이 보다 낮은 경우에는 세라믹 테이프의 접착성 및 유연성은 증가하지만 강도는 급격히 감소하여 세라믹 테이프의 형상 유지가 어려우며, 이 보다 높은 경우에는 접착성과 유연성이 급격히 저하되어 적층형 전자 부품의 제조가 곤란하여 바람직하지 못하다. 또한, 상기 아크릴 에멀젼 내의 고형성분은 부틸아크릴레이트 (buthyl acrylate) 40 ~ 70 중량부, 메틸메타아크릴레이트 (methyl methacrylate) 10 ~ 40 중량부, 2-수산화에틸 메타아크릴레이트 (2-hydroxy ethyl methacrylate) 2 ~ 10 중량부 및 메타아크릴산 (methacrylic acid) 10 ~ 20 중량부를 포함하는 것이 바람직하다.
가소제
일반적으로 세라믹 테이프 캐스팅에 있어서의 가소제의 역할은 세라믹 테이프의 유연성 및 접착성을 부여하기 위한 것이다. 본 발명에서는 가소제로서 디에틸렌 글리콜 디벤조네이트-디프로필렌 글리콜 디벤조네이트 혼합물 (diethylene glycol dibenzonate -dipropylene glycol dibenzonate)과 같은 글리콜계를 사용하였으며, 그 외에도 TEG (tri-ethylene glycol), PEG(polyethylene glycol), 글리세린(glycerine) 등을 사용할 수 있다. 본 발명에서 첨가된 가소제의 양은 금속산화물 100 중량부에 대하여 3 ~ 15 중량부가 바람직하다. 그 이유는 이 보다 적으면 세라믹 테이프의 가소성을 부여하기 어려우며 이보다 많으면 상대적으로 결합제의양을 감소시켜 세라믹 테이프의 결합력을 저하시키게 된다.
용매
세라믹 테이프 제조를 위한 세라믹 슬러리 제조에 있어서, 결합제, 가소제 등의 유기 첨가물을 용해시키고 금속산화물 분말 입자를 분산시키고 혼합하기 위하여 용매가 필요하다. 본 발명에서는 이러한 용매로서 환경 오염의 문제가 없으며 쉽게 얻을 수 있는 정제된 물 (증류수)을 사용하였다. 본 발명에 있어서 증류수의 첨가량은 금속산화물 100 중량부에 대하여 15 ~ 50 중량부가 바람직하다. 용매의 양이 이 보다 적으면 분산 효율이 떨어지며 슬러리의 점도가 높아짐에 따라 기포의 제거가 어려워져서 이들 기포가 세라믹 테이프 내부에 잔류할 가능성이 높아지며, 이 보다 많으면 탈포공정에 장시간이 소요되며 오히려 금속산화물 분말의 응집이 발생할 수 있기 때문에 바람직하지 못하다.
본 발명의 세라믹 테이프 제조방법을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다:
혼합공정
금속산화물 분말에 상기 금속산화물 분말 100 중량부에 대하여 0.1 ~ 3.0 중량부의 분산제, 15 ~ 50 중량부의 물, 5 ~ 20 중량부의 결합제 및 3 ~ 15 중량부의 가소제를 첨가하고 볼밀하여 이들 성분을 충분히 혼합하여 세라믹 슬러리를 제조한다. 이 때, 상기 금속산화물, 분산제, 결합제 및 가소제는 앞서 설명한 바와 같다.
탈포공정
상기 혼합공정에서 성분들의 혼합을 위하여 행하여지는 볼밀 과정에서 유입된 공기와 볼의 마찰에 의한 물의 증기압으로 기포가 발생하게 된다. 이와 같이 발생한 기포들이 세라믹 테이프의 성형공정 전에 제거되지 않으면 건조과정에서 세라믹 테이프의 균열이나 휨이 발생하여 세라믹 테이프의 물성을 저하시키는 요인이 된다. 따라서, 이러한 잔류 기포의 제거를 위하여, 18 시간 동안 볼밀 처리한 후, 진공펌프를 이용하여 진공 분위기 하에서 상기 혼합공정에서 제조된 세라믹 슬러리에 왁스계나 실리콘계의 소포제를 0.1∼0.5 g 첨가하고 약 2 시간 동안 교반하여 잔류기포를 제거하고 슬러리를 적정 점도에 도달시키는 탈포공정을 수행한다. 이 때, 균일한 탈포를 위하여 상기 세라믹 슬러리를 일정 속도로 교반한다. 상기 교반 속도는 100 ~ 400 rpm 범위가 바람직하고, 250 rpm이 더욱 바람직하다.
탈포공정 동안 슬러리 내의 기포가 제거될 뿐 아니라 동시에 물의 증발도 발생하여 슬러리의 점도가 높아지게 된다. 슬러리의 점도는 세라믹 테이프의 성형공정에서 중요한 인자로 작용하게 되므로 적절한 점도까지 탈포공정을 수행하는 것이 중요하다. 본 발명에서 탈포공정을 거친 슬러리의 점도는 500 ~ 2000 cps인 것이 바람직하다. 슬러리의 점도가 이 보다 낮으면 잔류하는 용매(물)의 양이 많아 물의 표면 장력에 의하여 성형공정 후 건조공정 중에 세라믹 테이프의 수축이 진행되고 원하는 두께로의 조절도 어려워지게 되며, 이 보다 높으면 성형공정 후 건조공정 중에 잔류기포가 빠져나가는 것을 방해하여 세라믹 테이프의 물성이 저하되기 때문에 바람직하지 못하다.
성형공정
상기와 같은 탈포공정을 거친 최적의 점도를 갖는 세라믹 슬러리를 닥터 블레이드 장치를 이용하여 세라믹 테이프로 성형한다. 세라믹 테이프의 두께는 블레이드장치에 부착되어 있는 1차 및 2차 마이크로미터를 사용하여 조절하며, LTCC용 기판으로 사용되기 위해서는 20 ~ 200 ㎛ 범위로 조절하는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 성형공정시의 블레이드의 높이는 50 ∼ 300 ㎛, 캐스팅 속도는 10 ∼ 50 cm/min로 하는 것이 바람직하다. 본 발명의 세라믹 테이프의 제조는 닥터 블레이드 방법에 한정되지 아니하며, 이 외에도 테이프 코터, 롤 콤팩션, 압출 성형법 등과 같은 어떠한 공지의 테이프 제조기술을 이용하여서도 제조 가능하다.
또한, 본 발명은 상기 세라믹 테이프 제조용 세라믹 슬러리 또는 상기 세라믹 테이프 제조방법을 이용하여 제조된 세라믹 테이프를 제공한다. 상기 세라믹 테이프는 LTCC용 기판의 제작을 위하여 사용될 수 있으며, 20 ~ 200 ㎛ 범위의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명할 것이나, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 국한되는 것은 아니다.
실시예 1
평균 입경 2,4 ㎛인 금속산화물 분말을 이용한 LTCC용 세라믹 테이프의 제조
평균 입경인 2.4 ㎛인 LTCC용 유리-알루미나 분말 (BS-003L, Nihon Yamamura Glass, Japan)에 용매로 증류수, 분산제로 폴리카르복실산을 첨가하여 알루미나 볼밀에 넣어 상온에서 130 rpm으로 4 시간 볼밀링하고 나서, 가소제로 디에틸렌 글리콜 디벤조네이트-디프로필렌 글리콜 디벤조네이트 혼합물 (Benzoflex 50, Velsicol Chemical Corp., USA)과 결합제로서 HPMC 및 부틸아크릴레이트 (buthyl acrylate) 55 중량부, 메틸메타아크릴레이트 (methyl methacrylate) 25 중량부, 2-수산화에틸메타아크릴레이트 (2-hydroxy ethyl methacrylate) 5 중량부 및 메타아크릴산 (methacrylic acid) 15 중량부가 혼합된 아크릴 에멀젼을 차례로 첨가하여 각 단계별로 1 시간 동안 볼밀을 더하여 슬러리를 제조하였다. 상기 결합제 첨가시 HPMC를 먼저 첨가한 다음 아크릴 에멀젼을 첨가하였다. 이와 같이 제조된 세라믹 슬러리의 조성은 표 1과 같다.
성분 첨가량 (g)
유리-알루미나 분말 100
분산제 0.25
물 19
결합제 (아크릴 에멀젼) 5.23
결합제 (HPMC) 5.23
가소제 4.48
혼합이 완료된 후 세라믹 슬러리 내에 유입되거나 발생된 기포를 진공 펌프로 제거하고 용매를 제거하여 성형에 필요한 점도를 유지하기 위하여 슬러리를 250 rpm의 일정 속도로 교반하여 탈포 공정을 수행하였다. 상기와 같은 탈포공정을 거친 세라믹 슬러리는 1500 cps의 점도를 가졌으며, 이를 닥터 블레이드 장치를 이용하여 블레이드 높이 및 캐스팅 속도를 조절하여 LTCC용 세라믹 테이프로 성형하였다.
탈포공정을 거친 세라믹 슬러리의 점도 및 성형조건은 표 2와 같다.
캐스팅 속도 (cm/min) 30
블레이드 높이 (㎛) 100
점도 (cps) 1500
실시예 2
평균입경 1.8 ㎛인 금속산화물 분말을 이용한 LTCC용 세라믹 테이프 제조
평균 입경이 1.8 ㎛인 LTCC용 유리-알루미나 분말 (TCL-K6A, ThinkCera, Korea)에 용매로서 증류수, 분산제로서 폴리카르복실산을 첨가하여 알루미나 볼밀에 넣어 상온에서 130 rpm으로 4 시간 볼밀링한 후, 가소제로서 디에틸렌 글리콜 디벤조네이트-디프로필렌 글리콜 디벤조네이트 혼합물 (Benzoflex 50, Velsicol Chemical Corp., USA) 및 결합제로서 HPMC 및 부틸아크릴레이트 55 중량부, 메틸메타아크릴레이트 25 중량부, 2-수산화에틸 메타아크릴레이트 5 중량부 및 메타아크릴산 15 중량부가 혼합된 아크릴 에멀젼을 차례로 첨가하여 각 단계별로 1 시간 동안 볼밀을 더하여 세라믹 슬러리를 제조하였다. 이와 같이 제조된 슬러리의 조성은 표 3과 같다.
성분 첨가량 (g)
유리-알루미나 분말 100
분산제 0.4
물 40
결합제 (아크릴 에멀젼) 5.7
결합제 (HPMC) 5.7
가소제 4.88
혼합이 완료된 후 슬러리 내에 유입되거나 발생된 기포를 진공펌프로 제거하고 용매를 제거하여 성형에 필요한 점도를 유지하기 위하여 슬러리를 250 rpm의 일정속도로 교반하여 탈포공정을 수행하였다. 상기와 같은 탈포공정을 거친 세라믹 슬러리는 1000 cps의 점도를 가졌으며, 이를 닥터 블레이드 장치를 이용하여 블레이드 높이 및 캐스팅 속도를 조절하여 LTCC용 세라믹 테이프로 성형하였다.
탈포공정을 거친 슬러리의 점도, 성형조건은 표 4와 같다
캐스팅 속도 (cm/min) 30
블레이드 높이 (㎛) 100
점도 (cps) 1000
본 발명은 적층형 전자 부품, 특히, LTCC용 기판 제작을 위한 세라믹 테이프의 제조에 있어서, 지금까지 비수계 용매와 비수계 결합제의 사용으로 인한 환경오염, 작업환경의 유해성, 비수계 용매에 의한 회수시설 투자비 증대 등의 문제를 해결할 수 있는 물을 용매로 사용하고 수계 결합제를 사용한 세라믹 슬러리의 제조 및 이를 이용한 세라믹 테이프의 제조방법에 관한 것이다. 이와 같이, 본 발명은 적층형 전자재료 부품, 특히, LTCC용 세라믹 테이프를 제조하는데 있어서, 환경 친화적이며 오염의 위험이 없고 작업환경이 무해한 물을 용매로 사용하는 수계 세라믹 테이프 제조를 위한 슬러리의 제조 및 이를 이용한 테이프 캐스팅법을 제공함으로써, 지금까지의 비수계 공정에 의한 제조공정을 대체할 수 있다. 따라서, 본 발명으로 인하여 전량 수입에 의존하고 있는 비수계 결합제를 국산의 수계용 아크릴 결합제로 대체함으로써 수입 억제 효과 뿐 아니라 상기 결합제를 기타 3 차원 형상의 제품 제조에 응용할 수 있다.

Claims (17)

  1. 금속산화물 분말과 상기 금속산화물 분말 100 중량부에 대하여 0.1 ~ 3.0 중량부의 분산제, 15 ~ 50 중량부의 물, 5 ~ 20 중량부의 수계 결합제 및 3 ~ 15 중량부의 가소제를 포함하고, 상기 수계 결합제가 아크릴 에멀젼과 HPMC(Hydroxypropylmethyl cellulose)의 혼합물인, 수계 세라믹 슬러리.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 금속산화물이 B2O3와 SiO2로 구성된 유리분말과 알루미나가 30:70 ∼ 60:40(유리분말 중량:알루미나 중량)의 혼합비로 혼합되고 평균 입경이 1.8 ㎛ 또는 2.4 ㎛인 혼합분말인 수계 세라믹 슬러리.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 분산제가 폴리카르복실산(polycarboxylic acid), 폴리아크릴레이트염(ammonium polyacrylate salt), 폴리메타 아크릴산(polymetha-acrylic acid) 및 에테르(ether)계로 구성되는 군 중에서 선택되는 수계 분산제인 수계 세라믹 슬러리.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 결합제 내의 아크릴 에멀젼과 HPMC의 혼합 비율(아크릴 에멀젼:HPMC)이 중량비로 45:55 ~ 65:35 인 수계 세라믹 슬러리.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 아크릴 에멀젼의 고형체분률이 중량비로 60% 이상이고 유리전이온도(Tg)가 -16 ~ -22 ℃ 범위인 수계 세라믹 슬러리.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 아크릴 에멀젼 내 고형성분이 부틸아크릴레이트 (buthyl acrylate) 40 ~ 70 중량부, 메틸메타아크릴레이트 (methyl methacrylate) 10 ~ 40 중량부, 메타아크릴산 (methacrylic acid) 10 ~ 20 중량부 및 2-수산화에틸 메타아크릴레이트 (2-hydroxy ethyl methacrylate) 2 ~ 10 중량부를 포함하는 수계 세라믹 슬러리.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 가소제가 디에틸렌 글리콜 디벤조네이트-디프로필렌 글리콜 디벤조네이트 (diethylene glycol dibenzonate-dipropylene glycol dibenzonate), TEG (tri-ethylene glycol), PEG(polyethylene glycol) 및 글리세린(glycerine)으로 구성되는 군 중에서 선택된 것인 수계 세라믹 슬러리.
  8. (a) 금속산화물 분말과 상기 금속산화물 분말 100 중량부에 대하여 0.1 ~ 3.0 중량부의 분산제, 15 ~ 50 중량부의 물, 5 ~ 20 중량부의 결합제로서의 아크릴 에멀젼과 HPMC의 혼합물 및 3 ~ 15 중량부의 가소제를 혼합하여 세라믹 슬러리를 제조하는 단계,
    (b) 상기 제조된 세라믹 슬러리를 볼밀 처리한 후, 진공 분위기에서 일정한 속도로 교반하여 슬러리 내 잔류기포를 제거하고 슬러리를 적정 점도에 도달시키는탈포 단계,
    (c) 상기 탈포 처리된 세라믹 슬러리를 시트로 성형하는 단계를 포함하는 세라믹 테이프 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 금속산화물로서 B2O3와 SiO2로 구성된 유리분말과 알루미나가 30:70 ∼ 60:40(유리분말 중량:알루미나 중량)의 혼합비로 혼합되고 평균 입경이 1.8 ㎛ 또는 2.4 ㎛인 혼합분말을 사용하는 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 분산제로서 폴리카르복실산, 폴리아크릴레이트염, 폴리메타 아크릴산 및 에테르계로 구성되는 군 중에서 선택되는 수계 분산제를 사용하는 방법.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 결합제로서 아크릴 에멀젼과 HPMC이 중량비 45:55 ~ 65:35(아크릴 에멀젼:HPMC)로 혼합된 수계 결합제를 사용하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 아크릴 에멀젼으로서 고형체분률이 중량비로 60% 이상이고 유리전이온도(Tg)가 -16 ~ -22 ℃ 범위인 것을 사용하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 아크릴 에멀젼 내 고형성분이 부틸아크릴레이트 40~ 70 중량부, 메틸메타아크릴레이트 10 ~ 40 중량부, 메타아크릴산 10 ~ 20 중량부 및 2-수산화에틸 메타아크릴레이트 2 ~ 10 중량부를 포함하는 아크릴 에멀젼을 사용하는 방법.
  14. 제 8 항에 있어서, 상기 가소제로서 디에틸렌 글리콜 디벤조네이트-디프로필렌 글리콜 디벤조네이트, TEG, PEG 및 글리세린으로 구성된 군 중에서 선택된 것을 사용하는 방법.
  15. 제 8 항에 있어서, 상기 세라믹 슬러리의 점도가 500 내지 2000 cps가 되도록 탈포 단계를 수행하는 방법.
  16. 제 8 항에 있어서, 블레이드의 높이를 50 ∼ 300 ㎛로 하고, 캐스팅 속도를 10 ~ 50 cm/min로 하여 상기 탈포된 세라믹 슬러리를 세라믹 시트로 성형하는 방법.
  17. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 수계 세라믹 슬러리 또는 제 8 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의하여 제조되고, 20 ~ 200 ㎛의 두께를 갖는 LTCC용 세라믹 테이프.
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