KR20050049884A - 세라믹 부품용 유색 오버 글레이즈 페이스트 및 이페이스트가 도포된 세라믹 부품 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세라믹 부품용 유색 오버 글레이즈 페이스트 및 이 페이스트가 도포된 세라믹 부품에 관한 것으로,

글래스 프릿 50-80중량%, 유기 비이클 5-45중량%, 및 산화크롬, 산화망간, 산화철 및 산화코발트로 구성된 그룹으로부터 선택된 최소 1종의 금속산화물 5-15중량%를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 세라믹 부품용 유색 오버 글레이즈 페이스트 및 상기 오버글레이즈 페이스트를 기판상에 형성하여 구성된 세라믹 부품이 제공된다.

본 발명의 세라믹 부품용 유색 오버 글레이즈 페이스트는 절연특성 및 솔더 스톱으로서의 기능을 가질 뿐만 아니라 외관이 미려하고 소성시 세라믹과의 수축률이 매칭되며, 비전 인식 마크로서의 적합한 색상 및 색농도를 갖는다.

Description

세라믹 부품용 유색 오버 글레이즈 페이스트 및 이 페이스트가 도포된 세라믹 부품{Color Over Glaze Paste For Ceramic Assembly and the Ceramic Assembly Therefrom}

본 발명은 세라믹 부품용 유색 오버 글레이즈 페이스트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 우수한 절연특성을 가지며 외관이 미려하고 소성시 세라믹과의 수축률이 매칭되며, 비전 인식 마크로서의 적합한 색상 및 색농도를 갖는 세라믹 부품용 유색 오버 글레이즈 페이스트 및 이 페이스트가 도포된 세라믹 부품에 관한 것이다.

다층형 직접회로의 구성에 있어서 적절한 기판상에 다양한 기능을 지닌 두꺼운 막을 형성하게 특수화된 오버 글레이즈 페이스트 조성물을 사용하는 것은 이 기술분야에서 널리 알려져 있다. 이러한 기술은 전자 산업의 광범위한 용도에 있어서 다양한 기판상에 극히 조밀한 다층의 회로패턴을 형성하는 경우에 대한 관심을 증가 시키고 있다.

오버 글레이즈는 글래스 프릿과 인쇄를 위한 수지 및 희석제, 그리고 색을 내기 위한 무기물 첨가제 등이 혼합된 페이스트이다. 이외에 분산을 위해 소량의 분산제와 소성시 수축률 조절을 위한 첨가제 등이 포함되어 있다. 이러한 페이스트를 제조하기 위해서는 3-롤 밀을 사용하여 분산시켜서 제조하는 것이 일반적이다. 유기물 첨가제는 소성 과정에서 모두 휘발되어 제거되지만 무기물 첨가제는 소성 후에도 남아서 제품의 색이나 소성 수축률에 영향을 미치기 때문에 이에 대한 첨가물의 선택이나 양에 대한 신중한 고려가 필요하다.

이러한 오버 글레이즈 페이스트(Over Glaze Paste)는 세라믹 부품의 외부에 도포됨으로서 외부전극을 보호하고 방습기능을 가지며, 기판에 융착될 때에는 제품에 납이 묻지 않도록 하는 솔더 스톱(Solder Stop)으로서의 역할을 한다. 따라서 오버 글레이즈는 동시소성시 세라믹과의 수축률이 매칭되어야 하며, 세라믹 성분과 상호확산이나 반응이 없어야 하고, 소성 후에 떨어지지 않도록 충분한 고착력을 가지고 있어야 한다.

글레이즈 층은 세라믹 용기의 표면을 매끄럽게 하는 데 효과적이어서, 이에 의해 먼지가 형성되는 것을 방지하고 화학적 및 기계적 강성을 더 높게 만든다. 세라믹 주본체 상의 글레이즈 층은 세라믹 주본체의 표면 상에 글레이즈의 슬러리를 도포하고 이를 구움으로써 (이를 유약 굽기(glost firing)라 함) 형성된다. 절연이 중요한 이러한 용기에 통상 사용된 세라믹 재료는 저온 동시소성 세라믹인 LTCC(Low Temperature Confirable Ceramics)이다. 높은 규산염 유리 함유량 및 낮은 용융점의 글레이즈는, 글레이즈 층이 섭씨 800 내지 900도의 온도에서 동시 소결함으로써 세라믹 주본체 상에 형성된다. 연면 방전(creeping discharge) 등으로 인한 단락에 저항하는 절연체의 유전체 강성을 더 높이기 위한 글레이즈 층이 진공 스위치의 세라믹 용기의 외부면 상에 형성된다.

지금까지 사용되어온 글레이즈는 연화점(예를 들어, 널리 사용되는 Ag-Cu의 경우 섭씨 780℃)에 가까운 자체 연화점을 갖기 때문에, 납땜동안 발생될 것이라 생각되는 표면의 거칠어짐으로 인한 외관의 결함이 종종 일어난다. 더욱이, 이러한 방식으로 표면이 거칠어진 이러한 글레이즈 층에 (예를 들어, 높은 증기압에서 금속, 금속 산화물 등의) 노의 오염물로 인해 주성분으로서 금속 성분을 포함하는 먼지 등이 부착되기 쉬워서, 절연 성능을 저하시키는 원인이 된다. 이러한 현상은 글레이즈 층 내에 포함된 기포가 표면부에서 나타나거나 보이는 것을 허용하도록 글레이즈 층의 표면부가 약간 연화되는 이유에 기인하는 것으로 추정된다. 이러한 현상은 납땜 단계가 1 X 10^-6 토르(torr) 이하의 높은 진공 조건에서 수행될 때 특히 발생되기 쉽다.

또한 근래에 와서는 세트업체의 양산라인의 자동화로 인해 비전 인식에 의한 자동 조립방식이 많이 채용되고 있기 때문에 부품 자체도 인식을 위한 마킹 혹은 제품간 구분을 위한 인덱스 등이 필요하게 되었다. 이에 따라 이제 오버 글레이즈는 단순히 절연특성과 솔더 스톱으로서의 기능 뿐만 아니라 외관을 아름답게 하고, 비전 인식 마크로서의 역할을 위해 오버 글레이즈의 색깔과 농도도 중요한 특성으로 간주되고 있다.

따라서, 세라믹 부품에 사용되는 유색 오버 글레이즈 페이스트는 절연특성이 우수하고 솔더 스톱으로서의 기능(적절한 우리말이 있으면 그걸로 기재해 주세요)을 가져야하며, 이와 동시에 그 외관이 미려하고 소성시 세라믹과의 수축률이 매칭되어야 하며, 또한 비전 인식 마크로서의 적합한 색상 및 색농도를 가져야 할 필요성이 있다.

이에 본 발명의 목적은 절연특성 및 솔더 스톱으로서의 기능 뿐만 아니라 외관이 미려하고 소성시 세라믹과의 수축률이 매칭되며, 비전 인식 마크로서의 적합한 색상 및 색농도를 갖는 세라믹 부품용 유색 오버 글레이즈 페이스트를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 오버글레이즈 페이스트를 기판상에 형성하여 구성된 세라믹 부품을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 견지에 의하면, 글래스 프릿 50-80중량%, 유기 비이클 5-45중량%, 및 산화크롬, 산화망간, 산화철 및 산화코발트로 구성된 그룹으로부터 선택된 최소 1종의 금속산화물 5-15중량%를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 세라믹 부품용 유색 오버 글레이즈 페이스트가 제공된다.

본 발명의 다른 견지에 의하면, 상기 오버글레이즈 페이스트를 기판상에 형성하여 구성된 세라믹 부품이 제공된다.

이하 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 세라믹 부품용 유색 오버 글레이즈 페이스트는 글래스 프릿, 유기 비이클 및 유색 첨가제로서 금속산화물, 특히 산화크롬(Cr₂O₃)을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

본 발명에 사용되는 금속산화물은 산화크롬, 산화망간, 산화철 및 산화코발트 등이 바람직하며, 이중 산화크롬(Cr₂O₃)이 특히 바람직하다. 이러한 금속산화물은 유색 첨가제로서 작용하는 것이며 그 첨가량은 오버 글레이즈의 총 중량을 기준으로 5-15중량%가 바람직하다. 만일 금속산화물의 첨가량이 5중량%미만인 경우, 충분한 색농도를 갖지 못할 수 있으며, 또한 15중량%이상으로 너무 많은 경우에는 수축률에 영향을 주거나, 기계적 강도를 떨어뜨릴 수 있다.

글래스 프릿은 절연재로서 작용하는 것이며, 그 첨가량은 오버 글레이즈의 총 중량을 기준으로 50-80중량%가 바람직하다. 만일 글래스 프릿의 첨가량이 50중량%미만인 경우, 절연성이 저하될 수 있으며 또한 상대적으로 바인더의 혼합비가 증가되어 바인더 성분이 불필요하게 많아지므로 바람직하지 않으며, 또한 80중량%이상인 경우에는 상대적으로 바인더의 양이 충분치 못하여 글래스 프릿이 페이스트내에 고루 분산되지 못하여 밀도의 불균일을 가져올 수 있고 인쇄성도 저하될 수 있다. 글래스 프릿의 구성분은 주로 Ca, B, Al 계의 글래스 혹은 결정화 글래스를 사용한다.

상기 글래스 프릿과 금속산화물은 7:0.6 - 7:3(글래스 프릿:금속산화물)의 혼합중량비로 혼합되는 것이 바람직하다. 만일 이러한 범위를 벗어나는 경우, 오버 글레이즈의 색이 전극 패턴이 드러날 정도로 옅어지거나 색도 비전 인식이 가능한 충분한 녹색을 띠지 못하게 되며, 인쇄에 적정한 점도 혹은 충분한 인쇄두께를 확보하지 못해 절연 및 방습성이 저하되는 문제가 발생할 수 있으며, 또한 소성 시 세라믹과 수축률이 매칭되지않아 캠버(camber)가 발생할 수 있다. 보다 바람직하게, 글래스 프릿 대 유기 비이클 대 금속산화물의 혼합중량비가 7:3:1가 되도록 혼합한다.

유기 비이클(유기 매체)은 오버 글레이즈 페이스트에 스크린 프린팅 특성을 주고 질소나 공기 중에서 소성시키는 동안에 탄화성 잔재를 남기지 않고 개끗이 소성시키기 위한 것이다. 유기 비이클(유기 매체)은 오버 글레이즈 페이스트의 총 중량을 기준으로 5-45중량%로 혼합되는 것이 바람직하다. 만일 유기 비이클의 첨가량이 5중량%미만으로 너무 적게 첨가되는 경우, 글래스 프릿이 페이스트내에 고루 분산되지 못하여 밀도의 불균일을 가져올 수 있고, 인쇄성도 저하될 수 있으며, 또한 45중량%이상으로 과도하게 첨가되는 경우에는 필요이상의 바인더가 첨가되어 소성 시간이 길어지거나 상대적으로 글래스 프릿의 첨가량이 감소되므로 절연성이 저하될 수 있어 바람직하지 않다. 이러한 유기 비이클은 바인더 역할을 하는 수지 및 이에 적절한 희석제를 포함한다.

유기 비이클에 포함되는 수지로는 이에 특별히 한정하는 것은 아니며 예를들어, 폴리 비닐 알코올(Poly Vinyl Alcohol), 폴리 비닐 부티랄(Poly Vinyl Butyral)과 같은 비닐계 바인더, 폴리 메틸 메타크릴레이트(Poly Methyl Methacrylate) 등의 아크릴계 바인더, 에틸 셀룰로오즈(Ethyl Cellulose) 등과 같은 셀룰로오즈계 바인더가 사용될 수 있다. 상기 수지는 단독으로 혹은 2개 이상 조합시켜 사용해도 좋고 필요하다면 적절한 희석제(점성 조절제)를 수지재료에 첨가할 수도 있다. 이들 희석제는 유사한 오버 글레이즈 페이스트 조성물에 흔히 사용되고 있는 용매로서 디하이드로 테르피네올, 디하이드로 테르피네올 아세테이트, 테르피네올, 옥탄올 또는 n-파라핀이 사용될 수 있다. 유기 비이클내 수지와 희석제의 혼합비는 특별히 한정하지 않으나, 2:8-8:2(수지:희석제)의 비율로 혼합될 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 오버 글레이즈 페이스트는 세라믹 기판, 특히 자기 코팅된 금속판에 가해져서 이미 금속판에 설치된 단층 혹은 다층형 전자회로의 일부에 피복된다. 이 페이스트는 이전부터 사용해오고 있는 방법 즉, 스크린 프린팅, 브러싱(brushing), 분무(spraying) 등에 의해 가해지는데, 스크린 프린팅이 바람직하다. 예를들어, 페이스트의 각 피막은 40~50℃에서 약 5분동안 공기중에서 건조된 다음, 스텝을 갖는 탑(Top) 온도 85℃ 프로파일에서 약 6시간동안 공기중에서 소성되어 형성된다.

이와 같이 얻어진 오버클레이즈 페이스트 피막은 세라믹 부품의 기판상에서 세라믹과 함께 동시 소성시 세라믹과의 수축률이 매칭되며, 세라믹 성분과의 상호확산이나 상호반응이 없으며, 소성 후 떨어지지않는 충분한 고착력을 갖는다. 또한 절연특성과 솔더 스톱으로서의 기능 뿐만 아니라 외관을 아름답게 하고, 비전 인식 마크로서 적절한 색상(녹색) 및 색농도 수준을 갖는다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명에 대한 이해를 돕기위한 것일 뿐 본 발명의 범위를 이들 실시예로 한정하는 것은 아니다.

실시예

하기 표 1에 나타낸 바와 같은 혼합비율로 각 성분을 혼합하여 오버 글레이즈 페이스트를 제조하였다. 본 실시예에 사용된 글래스 프릿은 Ca-B-Si계 글래스로 이루어지고, 연화점이 약 600℃의 것을 사용하였다. 그리고 유기 비이클은 수지 바인더로 에틸 셀룰로오즈를 사용하고, 용매로는 테르피놀을 사용하고 이를 각각 25중량%, 5중량% 첨가하여 제조된 것을 사용하였다. 제조 광정은 우선 유기 바인더와 용매를 혼합하여 용해시킨 후 글래스 분말과 첨가제를 넣어서 3-롤밀로 분산시킨 다음, 필터링을 통해 분산되지 않은 덩어리를 걸러내었다. 그 후 80℃에서 건조하거나 용매를 더 첨가하는 방식으로 점도를 조절하였다.

상기 페이스트를 3-롤 밀을 사용하여 세라믹 부품상에 분산시켜서 세라믹 부품의 기판상에 오버 글레이즈층을 형성하였다. 이때 사용된 세라믹 부품은 가로 5mm, 세로 5mm 및 두께 1mm를 갖는 소우 필터(saw filter)용 세라믹 패키지였다. 글레이즈 층 형성시 도막 두께는 15㎛가 되도록 하였으며 소성은 스텝을 갖는 탑(Top) 온도 85℃ 프로파일에서 약 6시간동안 공기중에서 수행되었다.

이와 같이 제조된 오버 글레이즈층이 형성된 세라믹 부품의 외관을 육안으로 관찰하였으며, 각각의 사진을 도 1 - 도 3에 나타내었다. 또한 본 발명의 방법에 의해 제조된 페이스트(발명예 1)로 형성된 세라믹 부품의 인쇄 단면을 SEM으로 촬영하여 그 사진을 도 4에 나타내었다.

	첨가성분(혼합중량비)
	글래스 프릿	유기 비이클(바인더 + 용매)	크롬 산화물(Cr2O3)
발명예 1	7	3	1
비교예 1	7	3	0.5
비교예 2	7	3	0.25

도 1 내지 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 비교예 1, 2의 경우 전극 패턴이 비쳐보이지만, 발명예 1의 경우는 오버 글레이즈의 색이 충분히 짙어서 전극패턴이 드러나지 않고, 색도 비전 인식이 가능한 충분한 녹색(Green Color)을 띠었다. 특히 도 3에서 보여지는 것처럼 소성시 세라믹과 수축률이 잘 매칭이 되어, 캠버(camber)가 발생하지 않았다.

뿐만 아니라 발명예 1의 오버 글레이즈는 점도 측정결과 인쇄에 적절한 점도(190~240 Pa.s)를 가지며 도 4에 나타낸 바와 같이, 충분한 인쇄두께(소성 후 10~20㎛, 연노란선으로 표시된 부분이 오버 글래이즈층임)를 확보할 수 있어, 이에 따라 절연 및 방습능이 우수함을 알 수 있다.

본 발명의 세라믹 부품용 유색 오버 글레이즈 페이스트는 절연특성 및 솔더 스톱으로서의 기능을 가질 뿐만 아니라 외관이 미려하고 소성시 세라믹과의 수축률이 매칭되며, 비전 인식 마크로서의 적합한 색상 및 색농도를 갖는다.

도 1은 비교예 1에서 제조된 오버 글레이즈 페이스트를 이용하여 도포된 세라믹 부품의 사진이다.

도 2는 비교예 2에서 제조된 오버 글레이즈 페이스트를 이용하여 도포된 세라믹 부품의 사진이다.

도 3은 발명예 1에서 제조된 본 발명의 오버 글레이즈 페이스트를 이용하여 도포된 세라믹 부품의 사진이다.

도 4는 발명예 1에서 제조된 본 발명의 오버 글레이즈 페이스트가 도포된 세라믹 부품의 단면을 SEM으로 촬영한 사진이다.

Claims (6)

1. 글래스 프릿 50-80중량%, 유기 비이클 5-45중량%, 및 산화크롬, 산화망간, 산화철 및 산화코발트로 구성된 그룹으로부터 선택된 최소 1종의 금속산화물 5-15중량%를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 세라믹 부품용 유색 오버 글레이즈 페이스트.
2. 제 1항에 있어서, 글래스 프릿 대 금속산화물의 혼합중량비는 7:0.6 - 7:3임을 특징으로 하는 세라믹 부품용 유색 오버 글레이즈 페이스트.
3. 제 1항에 있어서 글래스 프릿 대 유기 비이클 대 금속산화물의 혼합중량비는 7:3:1임을 특징으로 하는 세라믹 부품용 유색 오버 글레이즈 페이스트.
4. 제 1항 내지 3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속산화물은 산화크롬(Cr₂O₃)임을 특징으로 하는 세라믹 부품용 유색 오버 글레이즈 페이스트.
5. 제 1항에 있어서, 상기 유기 비이클은 비닐계 바인더 수지, 아크릴계 바인더 수지, 셀룰로오즈계 바인더 수지로 구성된 그룹으로부터 최소 1종 선택된 수지 및 디하이드로 테르피네올, 디하이드로 테르피네올 아세테이트, 테르피네올, 옥탄올 및 n-파라핀으로 구성된 그룹으로부터 최소 1종 선택된 희석제를 포함함을 특징으로 하는 세라믹 부품용 유색 오버 글레이즈 페이스트.
6. 제1항 내지 5항 중 어느 한 항의 오버글레이즈 페이스트를 기판상에 형성하여 구성된 세라믹 부품.