KR20050087581A - Ltcc package having multi-layer surface electrode - Google Patents
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Abstract
본 발명은 저온 동시 소성 세라믹(LTCC) 기술을 이용하여 세라믹 기판 상에 표면 전극을 형성하는 기술에 관한 것이다. The present invention relates to a technique for forming a surface electrode on a ceramic substrate using low temperature cofired ceramic (LTCC) technology.
본 발명에 따른 LTCC 패키지는, 글라스를 함유하는 세라믹 기판; 및 저온 동시 소성 방법을 이용하여 상기 기판의 표면에 복수의 금속 층으로 형성되는 금속 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 다층 구조의 금속 전극은 각각의 층이 서로 다른 소성 온도를 갖는 페이스트 또는 서로 다른 크기의 파우더를 갖는 페이스트를 사용하여 형성될 수 있다. LTCC package according to the invention, the ceramic substrate containing a glass; And a metal electrode formed of a plurality of metal layers on the surface of the substrate using a low temperature co-firing method. In addition, the metal electrode of the multilayer structure may be formed using a paste having a different firing temperature or a paste having a different size powder.
본 발명에 따르면 저온 동시 소성에 의하여 LTCC 패키지 외부 전극 표면에 용출되는 글라스의 양을 감소시킴으로써 LTCC 패키지 외부 전극의 도금성 및 밀폐구조 형성 능력을 향상시킬 수 있으며, LTCC 패키지를 사용하는 부품의 소형화, 저가격화, 경량화, 기능 집적화 능력을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.According to the present invention, by reducing the amount of glass eluted on the surface of the LTCC package external electrode by low temperature co-firing, it is possible to improve the plating property and the ability to form a sealed structure of the LTCC package external electrode, There is an advantage to improve the low cost, light weight, functional integration capabilities.
Description
본 발명은 저온 동시 소성 세라믹(LTCC) 기술에 관한 것으로, 특히 저온 동시 소성 세라믹(LTCC) 기술을 이용하여 세라믹 기판 상에 표면 전극을 형성하는 기술에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to low temperature cofired ceramic (LTCC) technology, and more particularly to a technique for forming surface electrodes on a ceramic substrate using low temperature cofired ceramic (LTCC) technology.
일반적으로, 저온 동시 소성 세라믹(Low Temperature Co-fired Ceramics; 이하 'LTCC'라 칭함) 기술이란 글라스(glass)를 섞은 형태의 세라믹 기판 상에 금속을 도포하고, 이렇게 금속 전극이 형성된 세라믹 기판을 여러개 적층 및 압착한 후, 800 내지 1000℃ 정도의 저온에서 금속과 동시 소성 방법을 이용하여 적층 구조의 기판을 형성하는 기술이다.In general, low temperature co-fired ceramics (LTCC) technology is applied to a ceramic substrate in which glass is mixed and a plurality of ceramic substrates on which metal electrodes are formed. After lamination and compression, it is a technique of forming a substrate having a laminated structure using a co-firing method with a metal at a low temperature of about 800 to 1000 ° C.
이러한 LTCC 기술은 자동차용과 디지탈 카메라용 고밀도 회로 기판 등에 사용될 뿐 아니라, 금속회로를 세라믹 내부에 내장(embedded) 시킬 수 있는 기술적 가능성으로 인하여 특히 초고주파대 무선통신 기술에 응용되면서, 이동통신용 부품의 소형화, 저가격화, 경량화, 기능 집적화에 유용한 기술로서 활용되고 있다.This LTCC technology is not only used for high-density circuit boards for automobiles and digital cameras, but also applied to ultra-high frequency wireless communication technology due to the technical possibility of embedding metal circuits inside ceramics, and thus, miniaturization of mobile communication components, It is utilized as a technology useful for low cost, light weight, and function integration.
도 1은 일반적인 LTCC 패키지를 이용한 SAW 필터의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a SAW filter using a typical LTCC package.
LTCC 패키지는 그 응용분야가 매우 다양하며, 도 1에서는 그 하나의 예로서 표면 탄성파(Surface Acoustic Wave; 이하 'SAW'라 칭함) 필터(40)에 적용한 경우를 도시하고 있다. The LTCC package has various applications, and FIG. 1 illustrates a case where it is applied to a surface acoustic wave (SAW) filter 40 as one example.
도 1을 참조하면, 'LTCC 패키지'는 적층구조를 갖는 복수의 세라믹 기판(10)과, 각각의 세라믹 기판(10) 사이에 형성된 내부 전극(20)과, 상기 LTCC 패키지 상부 표면에 형성되는 외부 전극(30)을 포함한다. 그리고 상기 내부 전극들(20)은 비아(21)를 통하여 서로 전기적으로 연결되는 구조를 갖는다. Referring to FIG. 1, an 'LTCC package' includes a plurality of ceramic substrates 10 having a stacked structure, an internal electrode 20 formed between each ceramic substrate 10, and an external surface formed on an upper surface of the LTCC package. Electrode 30. The internal electrodes 20 may be electrically connected to each other through the vias 21.
도 1에서는 LTCC 패키지 상부 중앙에 캐비티(cavity)를 형성하고, 그 위에 SAW 필터(40)가 부착되어 있다. 상기 SAW 필터(40)는 와이어 본딩(wire bonding)(50)을 이용하여 상기 내부 전극(20)과 연결된다. 그리고 상기 LTCC 패키지 상부에는 코바 리드(KOVAR lid)(60)를 탑재하여 밀봉하고, 상기 캐비티 내부는 불활성 기체로 채워진다. In FIG. 1, a cavity is formed in the upper center of the LTCC package, and a SAW filter 40 is attached thereto. The SAW filter 40 is connected to the internal electrode 20 by using wire bonding 50. And a Kovar lid (KOVAR lid) 60 is mounted on the LTCC package and sealed, and the cavity is filled with an inert gas.
즉, LTCC 기술을 적용하는 부품들은 공통적으로 부품의 전기적, 유전적, 자기적 성질을 표출하는 재료로 구성되는 재료층과, 이 재료층 위에 일정 형태로서 도포되는 금속 도포막(금속층)의 상호 적층되는 구조를 갖는다. 이러한 재료층과 금속층의 적층 구조물의 외부표면에는 신호의 입출력을 가능하게 하는 외부단자와 리드(lid) 등의 구조물을 부착하여 밀폐성을 확보하는 외부전극층 등이 있다. 이러한 외부전극층은 부품의 외부표면에서 금속 도포막으로 존재하며, 기판의 내부에 내장된 회로 요소들과 신호의 입출력을 가능하게 할 뿐만 아니라 캐비티(cavity) 구조 내부에 IC 회로 등을 탑재한 후 리드 등으로 밀폐하여 밀폐 구조(hermetic sealing)를 확보하도록 한다.That is, parts applying LTCC technology are commonly laminated with a material layer composed of a material expressing the electrical, dielectric, and magnetic properties of the part, and a metal coating film (metal layer) applied as a form on the material layer. It has a structure. The external surface of the laminated structure of the material layer and the metal layer includes an external electrode layer for attaching a structure such as an external terminal and a lid to enable the input and output of signals and to secure the sealing property. The external electrode layer exists as a metal coating film on the outer surface of the component, and enables the input and output of signals and circuit elements embedded in the inside of the substrate, as well as mounting an IC circuit inside the cavity structure. Seal with a back to ensure hermetic sealing (hermetic sealing).
도 2는, 상기 도 1의 외부전극 부분의 상세 단면도이다.FIG. 2 is a detailed cross-sectional view of the external electrode part of FIG. 1.
도 2를 참조하여, 상기 외부전극(30) 부분을 자세히 살펴보면 다음과 같다. 상기 LTCC 세라믹 기판(10) 상부 표면에는 저온 동시 소성 방법에 의하여 형성되는 금속 외부 전극(30)이 존재한다. 그리고 상기 외부 전극(30) 상에는 상기 외부 전극(30)이 상기 리드(60)와 결합될 수 있도록 도금층(31, 32)을 형성하게 된다. 상기 도금층(31, 32)은 외부 전극(30) 위에 Ni 층(31)을 형성하고, 상기 Ni 층(31) 위에 Au 층(32)을 형성함으로 이루어진다. 그리고 상기 리드(60) 하부에는 도전성이 있으면서도 접착제의 역할을 하는 AuSn(33)이 부착되어 있다. AuSn(33)이 부착된 리드(60)를 상기 도금층(31, 32) 위에 올려 놓은 후 열처리(reflow)함으로써, 상기 LTCC 패키지 내부의 상기 SAW 필터(40)와 같은 IC 부품에 대하여 밀폐구조(hermetic sealing)를 형성할 수 있다. Referring to FIG. 2, the external electrode 30 is described in detail as follows. On the upper surface of the LTCC ceramic substrate 10, there is a metal external electrode 30 formed by a low temperature co-firing method. The plating layers 31 and 32 are formed on the external electrode 30 so that the external electrode 30 can be coupled to the lead 60. The plating layers 31 and 32 are formed by forming a Ni layer 31 on the external electrode 30 and forming an Au layer 32 on the Ni layer 31. In addition, AuSn 33 is attached to the lower part of the lead 60 and also serves as an adhesive. The lead 60 attached with AuSn 33 is placed on the plating layers 31 and 32 and then reflowed, thereby sealing the IC 60 such as the SAW filter 40 inside the LTCC package. sealing).
상기 외부전극은 인쇄공정으로 형성할 수 있으며, 인쇄의 두께와 형상은 페이스트(paste) 형태의 전극을 스크린 프린팅(screen printing)하는 방법을 이용할 수 있다. 이때 인쇄의 횟수는 1회로 이루어지며, 페이스트의 점도, 인쇄공정 조건, 소성 프로파일(profile) 조건 등으로 외부전극(30)층의 특성을 제어한다. 전극 페이스트의 금속 파우더(power) 입도와 첨가제, 인쇄된 전극의 두께, 표면조도, 소성 프로파일 등에 따라 세라믹 기판의 글라스 성분이 외부전극(30)의 표면으로 일부 용출되어 나오게 된다. 그러나 이러한 글라스 성분은 도금공정에서 전극(30) 표면에 부도체의 면적을 발생시켜 도금이 되지 않는 부분을 발생시키거나 도금 고착강도를 저하시키는 등의 결함을 발생시키는 문제가 있다.The external electrode may be formed by a printing process, and the thickness and shape of the printing may be a method of screen printing a paste-type electrode. At this time, the number of printing is performed once, and the characteristics of the external electrode 30 layer are controlled by the viscosity of the paste, printing process conditions, and firing profile conditions. The glass component of the ceramic substrate is partially eluted to the surface of the external electrode 30 depending on the particle size and additive of the metal paste of the electrode paste, the thickness of the printed electrode, the surface roughness, the firing profile, and the like. However, such a glass component has a problem of generating a defect such as generating an area of the non-conductor on the surface of the electrode 30 in the plating process, causing a portion that is not plated, or lowering the plating adhesion strength.
LTCC 기술을 응용한 RF 통신 부품들은 기능의 복합화, 제품의 소형화를 지속적으로 추구하고 있으며, 이에 따라 기판의 크기를 감소시킬 수 있는 기술이 요구되고 있다. 그러나 기판의 크기가 감소되면 외부 단자를 형성하거나 리드 등을 융착할 수 있는 유효면적도 또한 감소된다. 따라서 기판을 소형화하려고 하는 경우에 단자의 유효면적 감소와 단자간의 거리 감소 등에 의하여, 기판의 외부면에 외부 전극층을 형성시키는 작업은 생산기술적 측면에서 많은 어려움이 발생한다. 예를 들어, 기판의 소형화에 따른 외부단자 면적의 감소는 전극의 인쇄 공정에 영향을 미칠 뿐만 아니라, 소성 후 형성된 미세구조도 도금 및 밀폐특성에 영향을 미치게 된다. 동일한 표면거칠기 및 소성 밀도를 갖더라도 면적이 감소하게 되면 도금 특성이 나빠지고, 도금 후 솔더링(solding) 공정과 리드 융착 공정에서 불량을 발생시킬 가능성이 높아지는 문제가 있다. 특히 소성 시 세라믹 기판 재료의 글라스 성분이 외부 전극의 표층으로 일부 용출되어 나오게 되는데, 이러한 글라스 성분은 기판의 소형화에 따라 기판과 리드의 접합 면적이 작아질수록 리드 융착 후의 밀폐성에 치명적인 영향을 미치는 문제가 있다.RF communication components using LTCC technology are continuously seeking to combine functions and miniaturize products. Accordingly, there is a demand for a technology capable of reducing a board size. However, as the size of the substrate is reduced, the effective area for forming external terminals or welding leads or the like is also reduced. Therefore, in the case of miniaturization of the substrate, forming an external electrode layer on the outer surface of the substrate by reducing the effective area of the terminal, reducing the distance between the terminals, etc., causes a lot of difficulties in terms of production technology. For example, the reduction of the external terminal area due to the miniaturization of the substrate not only affects the printing process of the electrode, but also the microstructure formed after firing also affects the plating and sealing properties. Even if they have the same surface roughness and plastic density, if the area is reduced, the plating properties deteriorate, and there is a problem in that defects in the soldering process and the lead fusion process are increased after plating. In particular, the glass component of the ceramic substrate material is partially eluted to the surface layer of the external electrode during firing, and the glass component has a fatal effect on the sealing property after the fusion of the leads as the size of the substrate becomes smaller and the bonding area of the substrate becomes smaller. There is.
상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은 LTCC 패키지 외부 전극에서 글라스의 과다 용출에 의해 발생하는 밀폐성 불량 및 도금성 저하 문제를 해결함에 있다. An object of the present invention for solving the above problems is to solve the problem of poor sealing and plating properties caused by excessive dissolution of the glass in the LTCC package external electrode.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 저온 동시 소성 세라믹(LTCC) 패키지는, 글라스를 함유하는 세라믹 기판; 및 저온 동시 소성 방법을 이용하여 상기 기판의 표면에 복수의 금속 층으로 형성되는 금속 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다. Low temperature co-fired ceramic (LTCC) package according to the present invention for achieving the above object, the ceramic substrate containing glass; And a metal electrode formed of a plurality of metal layers on the surface of the substrate using a low temperature co-firing method.
또한 본 발명에 따른 다른 저온 동시 소성 세라믹(LTCC) 패키지는, 상기 복수의 금속 층은 각각 Au 파우더 또는 Cu 파우더를 함유하는 동일한 성분의 페이스트로 형성되는 것을 특징으로 한다. In another low temperature co-fired ceramic (LTCC) package according to the present invention, the plurality of metal layers are each formed of a paste of the same component containing Au powder or Cu powder.
또한 본 발명에 따른 또 다른 저온 동시 소성 세라믹(LTCC) 패키지는, 상기 금속 전극이, 상기 기판 상에 소정의 소성 온도를 갖는 페이스트를 이용하여 형성되는 제1 전극; 및 상기 제1 전극 상에 형성되며, 상기 소정의 소성 온도 보다 낮은 소성 온도를 갖는 페이스트를 이용하여 형성되는 제2 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, another low temperature co-fired ceramic (LTCC) package according to the present invention, the metal electrode, the first electrode formed using a paste having a predetermined firing temperature on the substrate; And a second electrode formed on the first electrode and formed using a paste having a firing temperature lower than the predetermined firing temperature.
또한 본 발명에 따른 또 다른 저온 동시 소성 세라믹(LTCC) 패키지는, 상기 금속 전극이, 상기 제2 전극 상에 형성되며, 상기 제2 전극을 형성하는 페이스트보다 더 낮은 소성 온도를 갖는 페이스트를 이용하여 형성되는 제3 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In another low temperature co-fired ceramic (LTCC) package according to the present invention, the metal electrode is formed on the second electrode, using a paste having a lower firing temperature than the paste forming the second electrode. It further comprises a third electrode formed.
또한 본 발명에 따른 또 다른 저온 동시 소성 세라믹(LTCC) 패키지는, 상기 금속 전극이, 상기 기판 상에 소정 크기의 파우더를 갖는 페이스트를 이용하여 형성되는 제1 전극; 및 상기 제1 전극 상에 형성되며, 상기 소정 크기의 파우더 보다 작은 크기의 파우더를 갖는 페이스트를 이용하여 형성되는 제2 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, another low temperature co-fired ceramic (LTCC) package according to the present invention, the metal electrode, the first electrode formed by using a paste having a predetermined size of powder on the substrate; And a second electrode formed on the first electrode and formed using a paste having a powder having a smaller size than the powder of the predetermined size.
또한 본 발명에 따른 또 다른 저온 동시 소성 세라믹(LTCC) 패키지는, 상기 금속 전극이, 상기 제2 전극 상에 형성되며, 상기 제2 전극을 형성하는 페이스트보다 더 작은 파우더 크기를 갖는 페이스트를 이용하여 형성되는 제3 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 한다. In another low temperature co-fired ceramic (LTCC) package according to the present invention, the metal electrode is formed by using a paste having a smaller powder size than the paste formed on the second electrode and forming the second electrode. It further comprises a third electrode formed.
또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 저온 동시 소성 세라믹(LTCC) 패키지 제조 방법은, 글라스를 함유하는 세라믹 기판 상에 복수의 금속 층을 갖는 금속 전극을 형성하는 단계; 및 상기 기판과 상기 금속 전극을 800 내지 1000℃ 정도의 저온에서 동시 소성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, the method for manufacturing a low temperature co-fired ceramic (LTCC) package according to the present invention for achieving the above object comprises the steps of: forming a metal electrode having a plurality of metal layers on a ceramic substrate containing glass; And co-firing the substrate and the metal electrode at a low temperature of about 800 to 1000 ° C.
또한 본 발명에 따른 다른 저온 동시 소성 세라믹(LTCC) 패키지 제조 방법은, 상기 금속 전극 형성 단계가, 상기 기판 상에, 소정의 소성 온도를 갖는 페이스트를 이용하여 제1 전극을 형성하는 단계; 및 상기 제1 전극 상에 상기 소정의 소성 온도 보다 낮은 소성 온도를 갖는 페이스트를 이용하여 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, another low temperature co-fired ceramic (LTCC) package manufacturing method according to the present invention, the metal electrode forming step, the step of forming a first electrode on the substrate using a paste having a predetermined firing temperature; And forming a second electrode on the first electrode by using a paste having a firing temperature lower than the predetermined firing temperature.
또한 본 발명에 따른 또 다른 저온 동시 소성 세라믹(LTCC) 패키지 제조 방법은, 상기 금속 전극 형성 단계가, 상기 기판 상에, 소정 크기의 파우더를 갖는 페이스트를 이용하여 제1 전극을 형성하는 단계; 및 상기 제1 전극 상에, 상기 소정 크기의 파우더 보다 작은 크기의 파우더를 갖는 페이스트를 이용하여 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, another low temperature co-fired ceramic (LTCC) package manufacturing method according to the present invention, the metal electrode forming step, the step of forming a first electrode on the substrate using a paste having a predetermined size of powder; And forming a second electrode on the first electrode by using a paste having a powder having a smaller size than the powder of the predetermined size.
이하 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 참조번호 및 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.DETAILED DESCRIPTION A detailed description of preferred embodiments of the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings. It should be noted that reference numerals and like elements among the drawings are denoted by the same reference numerals and symbols as much as possible even though they are shown in different drawings. In the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 저온 동시 소성 세라믹(LTCC) 패키지의 구조이다. 3 is a structure of a low temperature co-fired ceramic (LTCC) package according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 'LTCC 패키지'는 세라믹 기판(10) 상에 복수의 금속층(제1 층 및 제 2층)으로 형성되는 외부 전극(200, 210)을 포함한다. 도 3에서는 단층 구조의 세라믹 기판(10)이 도시되어 있으나, 상기 세라믹 기판(10)은 복수의 내부 전극과 복수의 세라믹 기판이 적층된 구조도 포함되는 것이다. The 'LTCC package' according to an embodiment of the present invention includes external electrodes 200 and 210 formed of a plurality of metal layers (first layer and second layer) on the ceramic substrate 10. In FIG. 3, the single-layer ceramic substrate 10 is illustrated, but the ceramic substrate 10 also includes a structure in which a plurality of internal electrodes and a plurality of ceramic substrates are stacked.
종래에는 상기 LTCC 패키지의 외부 전극(200, 210)으로 스크린 프린팅(screen printing) 방법 등을 이용하여 1회 인쇄함에 그쳤다. 그러나 본 발명의 실시예에서는 상기 외부 전극(200, 210) 형성 시 상기 스크린 프린팅 과정을 적어도 2회 이상 실시함으로써, 다층 구조의 외부 전극(200, 210)을 형성하는 점에서 종래 기술과 구별된다. 또한 상기 외부 전극(200, 210)은 포토 이미징 및 포토 에칭 방법에 의하여 형성될 수도 있다.In the related art, the external electrodes 200 and 210 of the LTCC package are only printed once using a screen printing method or the like. However, in the exemplary embodiment of the present invention, the screen printing process is performed at least two times when the external electrodes 200 and 210 are formed, so that the external electrodes 200 and 210 of the multilayer structure are formed. In addition, the external electrodes 200 and 210 may be formed by photo imaging and photo etching methods.
상기 복수의 금속 층(제1 층 및 제 2층)은 각각 동일한 성분의 페이스트로 형성된다. 그리고 상기 페이스트에는 전기 전도도가 우수한 Au 파우더 또는 Cu 파우더가 포함될 수 있다. The plurality of metal layers (first layer and second layer) are each formed of a paste of the same component. The paste may include Au powder or Cu powder having excellent electrical conductivity.
이와 같이 외부 전극을 복수의 층으로 형성함으로써, 외부 전극의 두께가 증가하게 되며, 표면으로 용출되는 글라스 면적을 크게 줄일 수 있게 된다.By forming the external electrodes in a plurality of layers as described above, the thickness of the external electrodes is increased, and the glass area eluted to the surface can be greatly reduced.
또한 본 발명의 다른 실시예에는 상기 외부 전극(200, 210) 형성 시 이용되는 페이스트의 소성 온도를 조절함으로써 상기 다층 구조의 외부 전극(200, 210)을 형성할 수 있다.In another embodiment of the present invention, the external electrodes 200 and 210 of the multilayer structure may be formed by controlling the firing temperature of the paste used when the external electrodes 200 and 210 are formed.
상기 외부 전극(200, 210)은 먼저 상기 기판 상에 소정의 소성 온도를 갖는 페이스트를 이용하여 형성된 제1 전극(200)을 갖는다. 그리고 상기 제1 전극(200) 상에는 상기 제1 전극(200)에 이용된 페이스트가 갖는 소정의 소성 온도 보다 낮은 소성 온도를 갖는 페이스트를 이용하여 형성된 제2 전극(210)을 갖는다. The external electrodes 200 and 210 first have a first electrode 200 formed using a paste having a predetermined firing temperature on the substrate. The second electrode 210 is formed on the first electrode 200 by using a paste having a baking temperature lower than a predetermined baking temperature of the paste used in the first electrode 200.
또한 본 발명에서는, 상기 제2 전극 상에, 상기 제2 전극을 형성하는 페이스트보다 더 낮은 소성 온도를 갖는 페이스트를 이용하여 형성된 제3 전극(도시되지 않음)이 더 포함될 수 있다. 여기서 상기 소성 온도는 소성 억제제 또는 소성 조제의 첨가량을 이용함으로써 조절이 가능하다.In addition, in the present invention, a third electrode (not shown) formed by using a paste having a lower firing temperature than the paste forming the second electrode may be further included on the second electrode. Here, the firing temperature can be adjusted by using the addition amount of the firing inhibitor or the firing aid.
이와 같이 서로 다른 소성 온도를 갖는 페이스트를 이용하여 다층 구조의 외부 전극을 형성함으로써, 외부 전극 표면에 용출되는 글라스의 양을 줄일 수 있을 뿐 만 아니라, 표층과 바닥층의 미세구조에 차이가 발생하여 표층의 미세구조가 개선된다. 즉 소성 후 상기 외부 전극에서 그레인(grain)의 성장이 이루어지고 밀도가 증가하여 글라스 면적이 크게 줄어들게 될 뿐만 아니라, 도금공정에 더욱 바람직한 미세구조를 얻을 수 있다. By forming external electrodes having a multi-layer structure using pastes having different firing temperatures as described above, not only the amount of glass eluted on the external electrode surface can be reduced, but also the microstructures of the surface layer and the bottom layer generate differences. The microstructure of is improved. That is, after the firing, grain growth occurs in the external electrode and the density increases, the glass area is greatly reduced, and a more preferable microstructure can be obtained in the plating process.
또한 본 발명의 다른 실시예에는 상기 외부 전극(200, 210)에 포함된 파우더의 크기를 조절함으로써 상기 다층 구조의 외부 전극(200, 210)을 형성할 수 있다. In another embodiment of the present invention, the external electrodes 200 and 210 of the multilayer structure may be formed by adjusting the size of the powder included in the external electrodes 200 and 210.
이때 상기 세라믹 기판(10)은 내부에 글라스 세라믹 파우더(Glass Ceramic Powder)를 포함한다. 그리고 상기 외부 전극(200, 210)은, 상기 기판(10) 상에 소정 크기의 파우더(201)를 갖는 페이스트를 이용하여 형성된 제1 전극(200)을 갖는다. 그리고 상기 제1 전극(200) 상에는, 상기 소정 크기의 파우더 보다 작은 크기의 파우더(211)를 갖는 페이스트를 이용하여 형성된 제2 전극(210)을 갖는다. In this case, the ceramic substrate 10 includes glass ceramic powder therein. The external electrodes 200 and 210 have a first electrode 200 formed on the substrate 10 using a paste having a powder 201 of a predetermined size. The second electrode 210 is formed on the first electrode 200 by using a paste having a powder 211 having a smaller size than the powder of the predetermined size.
또한 본 발명에서는 상기 제2 전극(210) 상에, 상기 제2 전극(210)을 형성하는 페이스트보다 더 작은 파우더 크기를 갖는 페이스트를 이용하여 형성된 제3 전극(도시되지 않음)을 더 포함할 수 있다. In addition, the present invention may further include a third electrode (not shown) formed on the second electrode 210 by using a paste having a smaller powder size than the paste forming the second electrode 210. have.
이와 같이 각각의 층에서 서로 다른 크기의 파우더를 포함하는 다층 구조의 외부 전극을 형성함으로써, 외부 전극 표면에 용출되는 글라스의 양의 감소 및 표층의 미세구조가 개선된다. As such, by forming an external electrode having a multilayer structure including powders of different sizes in each layer, the amount of glass eluted to the external electrode surface and the microstructure of the surface layer are improved.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 LTCC 패키지는 다음과 같이 제조될 수 있다. As such, the LTCC package according to the embodiment of the present invention may be manufactured as follows.
먼저, 글라스를 함유하는 세라믹 기판 상에 복수의 금속 층을 갖는 외부 전극(200, 210)을 형성한다. 이때 상기 다층 구조의 외부전극은 동일한 페이스트를 이용하여, 외부전극 형성공정을 2회 이상 반복하여 형성시킬 수 있다. 여기서 상기 외부 전극 형성 공정에는 스크린 프린팅, 또는 포토 이미징, 또는 포토 에칭 등의 방법을 이용할 수 있으며, 이하에서 설명되는 외부 전극 형성 공정에서도 동일하게 적용될 수 있다. 이후에 상기 기판과 상기 외부 전극을 800 내지 1000℃ 정도의 저온에서 동시 소성함으로써 본 발명의 실시예에 따른 LTCC 패키지를 제조할 수 있다. First, external electrodes 200 and 210 having a plurality of metal layers are formed on a ceramic substrate containing glass. In this case, the external electrode of the multilayer structure may be formed by repeating the external electrode forming process two or more times using the same paste. Here, a method such as screen printing, photo imaging, or photo etching may be used for the external electrode forming process, and the same may be applied to the external electrode forming process described below. Thereafter, the LTCC package according to the embodiment of the present invention may be manufactured by simultaneously baking the substrate and the external electrode at a low temperature of about 800 to 1000 ° C.
본 발명의 다른 실시예예 따른 LTCC 패키지 제조 방법에서는 상기 외부 전극의 각각의 층에 서로 다른 페이스트가 사용된다. 먼저 글라스를 함유하는 세라믹 기판 상에, 소정의 소성 온도를 갖는 페이스트를 이용하여 제1 전극(200)을 형성하게 된다. 이어서 상기 제1 전극(200) 상에 상기 소정의 소성 온도 보다 낮은 소성 온도를 갖는 페이스트를 이용하여 제2 전극(210)을 형성하게 된다. 이후 상기 기판과 상기 외부 전극을 800 내지 1000℃ 정도의 저온에서 동시 소성함으로써 LTCC 패키지를 제조할 수 있다. In the LTCC package manufacturing method according to another embodiment of the present invention, different pastes are used for each layer of the external electrode. First, the first electrode 200 is formed on a ceramic substrate containing glass by using a paste having a predetermined firing temperature. Subsequently, the second electrode 210 is formed on the first electrode 200 by using a paste having a firing temperature lower than the predetermined firing temperature. Thereafter, the LTCC package may be manufactured by co-firing the substrate and the external electrode at a low temperature of about 800 to 1000 ° C.
또한 본 발명의 또 다른 실시예예 따른 LTCC 패키지 제조 방법에서도 상기 외부 전극의 각각의 층에 서로 다른 페이스트가 사용된다. 먼저 글라스를 함유하는 세라믹 기판 상에, 소정 크기의 파우더를 갖는 페이스트를 이용하여 제1 전극(200)을 형성한다. 이어서 상기 제1 전극(200) 상에, 상기 소정 크기의 파우더 보다 작은 크기의 파우더를 갖는 페이스트를 이용하여 제2 전극(210)을 형성한다. 이후 상기 기판과 상기 외부 전극을 800 내지 1000℃ 정도의 저온에서 동시 소성함으로써 LTCC 패키지를 제조할 수 있다. In the LTCC package manufacturing method according to another embodiment of the present invention, a different paste is used for each layer of the external electrode. First, the first electrode 200 is formed on a ceramic substrate containing glass by using a paste having a powder having a predetermined size. Subsequently, the second electrode 210 is formed on the first electrode 200 by using a paste having a smaller size of powder than the predetermined size of powder. Thereafter, the LTCC package may be manufactured by co-firing the substrate and the external electrode at a low temperature of about 800 to 1000 ° C.
도 4는 종래의 일반적인 LTCC 패키지 외부 전극의 표면 특성을 나타내는 도면이다. 4 is a view showing the surface characteristics of a conventional conventional LTCC package external electrode.
먼저 왼쪽의 도 4(a)는 LTCC 패키지 외부 전극 표면 형태(morphology)를 나타내며, 입자 크기가 작고 성긴 구조를 갖고 있음을 알 수 있다. 그리고 오른쪽의 도 4(b)는 LTCC 패키지 외부 전극 표면에서 글라스의 용출량을 나타내고 있다. 도 4(b)에서 어두운 부분(또는 검은색 부분)은 외부 전극 고유의 성분을 갖는 부분을 나타내고, 밝은 부분(또는 붉은색 부분)은 글라스가 외부 전극 표면으로 용출된 것을 나타낸다. 상기 도 4(b)에서는 글라스가 용출된 면적(밝은 부분 또는 붉은색 부분)이 외부 전극 표면의 약 18.8%를 차지하고 있다. First, FIG. 4A on the left side shows the morphology of the external electrode surface of the LTCC package, and it can be seen that the particle size is small and has a coarse structure. 4B on the right side shows the elution amount of the glass on the LTCC package external electrode surface. In FIG. 4B, the dark part (or black part) represents a part having a component unique to the external electrode, and the bright part (or red part) represents that the glass is eluted to the external electrode surface. In FIG. 4B, the area where the glass is eluted (bright or red) occupies about 18.8% of the external electrode surface.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 다층 구조를 갖는 외부 전극의 표면 특성을 나타내는 도면이다. 5 illustrates surface characteristics of an external electrode having a multilayer structure according to an exemplary embodiment of the present invention.
먼저 도 5에서, 왼쪽의 도 5(a)는 본 발명의 실시예에 따른 다층 구조를 갖는 외부 전극 표면 형태를 살펴보면 도 4(a)와 비교하여, 입자 크기가 크고 치밀한 구조를 갖고 있음을 알 수 있다. 그리고 오른쪽의 도 5(b)는 본 발명의 실시예에 따른 다층 구조를 갖는 외부 전극 표면에서 글라스의 용출량을 나타내고 있다. 도 5(b)에서 어두운 부분(또는 검은색 부분)은 외부 전극 고유의 성분을 갖는 부분을 나타내고, 밝은 부분(또는 붉은색 부분)은 글라스가 외부 전극 표면으로 용출된 것을 나타낸다. 상기 도 5(b)에서는 글라스가 용출된 면적(밝은 부분 또는 붉은색 부분)이 외부 전극 표면의 약 3.4%를 차지하고 있으며, 종래 기술과 비교하여 현저히 글라스 용출량이 감소한 것을 알 수 있다. First, in Figure 5, Figure 5 (a) of the left side of the external electrode having a multi-layer structure according to an embodiment of the present invention when compared to Figure 4 (a), it is seen that the particle size is large and has a dense structure Can be. 5 (b) on the right side shows the elution amount of the glass on the external electrode surface having the multilayer structure according to the embodiment of the present invention. In FIG. 5B, the dark part (or black part) represents a part having a component unique to the external electrode, and the bright part (or red part) represents that the glass is eluted to the external electrode surface. In FIG. 5 (b), the area where the glass is eluted (bright or red) occupies about 3.4% of the external electrode surface, and it can be seen that the amount of glass eluted is significantly reduced compared to the prior art.
본 발명의 실시예에 따른 LTCC 패키지는 캐비티를 가지고 있으며 IC 부품이나 MEMS 부품, FBAR 등 필터 부품들을 내부에 탑재한 후 밀폐 구조를 형성해야 하는 모든 부품에 적용할 수 있다. 또한 상기 다층 구조의 외부 전극에 와이어 본딩을 직접 형성할 수도 있다. 그리고 다층 구조의 전극 형성 방법을 LTCC 패키지 내부전극에 적용할 경우 전송 라인(transmission line)의 형상을 평판형 스트립라인(stripline) 형태에서 좀 더 원통형(구형의 단면)으로 변경할 수 있어 전송 손실을 줄일 수 있게 된다. 즉 본 발명의 실시예에 따른 다층 구조의 외부 전극은 상기 다층 구조의 외부 전극의 일면이 노출되는 경우 뿐만 아니라, 상기 다층 구조의 외부전극의 양면에 세라믹 기판이 존재하는 경우, 즉 내부 전극에서도 적용 가능하며 본 발명의 보호 범위에 포함되는 것이다. LTCC package according to an embodiment of the present invention has a cavity and can be applied to all parts that need to form a sealed structure after mounting the filter parts such as IC components, MEMS components, FBAR inside. In addition, wire bonding may be directly formed on the external electrode of the multilayer structure. In addition, when the electrode formation method of the multilayer structure is applied to the internal electrodes of the LTCC package, the transmission line can be changed from a flat stripline to a more cylindrical shape (spherical cross section) to reduce transmission loss. It becomes possible. That is, the external electrode of the multilayer structure according to the embodiment of the present invention is applied not only when one surface of the external electrode of the multilayer structure is exposed, but also when a ceramic substrate exists on both sides of the external electrode of the multilayer structure, that is, the internal electrode. It is possible and included in the protection scope of the present invention.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. Meanwhile, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined not only by the claims below, but also by those equivalent to the claims.
상술한 바와 같은 본 발명에 따르면 저온 동시 소성에 의하여 LTCC 패키지 외부 전극 표면에 용출되는 글라스의 양을 감소시킴으로써 LTCC 패키지 외부 전극의 도금성 및 밀폐구조 형성 능력을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.According to the present invention as described above, by reducing the amount of glass eluted on the LTCC package external electrode surface by low-temperature co-firing there is an advantage that can improve the plating property and the ability to form a sealed structure of the LTCC package external electrode.
또한 본 발명에 따르면 LTCC 패키지를 사용하는 부품의 소형화, 저가격화, 경량화, 기능 집적화 능력을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.In addition, according to the present invention there is an advantage that can be improved in miniaturization, low cost, light weight, functional integration capabilities of the components using the LTCC package.
도 1은 일반적인 LTCC 패키지를 이용한 SAW 필터의 단면도.1 is a cross-sectional view of a SAW filter using a typical LTCC package.
도 2는, 상기 도 1의 외부전극 부분의 상세 단면도.FIG. 2 is a detailed cross-sectional view of the external electrode portion of FIG. 1. FIG.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 저온 동시 소성 세라믹(LTCC) 패키지의 구조. 3 is a structure of a low temperature co-fired ceramic (LTCC) package according to an embodiment of the present invention.
도 4는 종래의 일반적인 LTCC 패키지 외부 전극의 표면 특성을 나타내는 도면. 4 is a view showing the surface characteristics of a conventional general LTCC package external electrode.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 다층 구조를 갖는 외부 전극의 표면 특성을 나타내는 도면. 5 is a view showing the surface properties of the external electrode having a multi-layer structure according to an embodiment of the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings
10: 세라믹 기판 11: 글라스 세라믹 파우더10: ceramic substrate 11: glass ceramic powder
20: 내부 전극 21: 비아20: internal electrode 21: via
30: 외부 전극 31: Ni 층30: external electrode 31: Ni layer
32: Au 층 33: AuSn32: Au layer 33: AuSn
40: SAW 필터 50: 와이어 본딩40: SAW filter 50: wire bonding
60: 리드 200: 제1 전극60: lead 200: first electrode
201: 제1 전극의 파우더 210: 제2 전극201: powder of the first electrode 210: second electrode
211: 제2 전극의 파우더 211: powder of the second electrode
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2004
- 2004-02-27 KR KR20040013477A patent/KR100593897B1/en active IP Right Grant
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| KR20160023733A (en) * | 2016-01-28 | 2016-03-03 | 한국세라믹기술원 | Manufacture method of dielectrophoresis device using ltcc |
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