KR20090000400A - 세라믹 기판의 배선 형성 방법 - Google Patents

세라믹 기판의 배선 형성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 세라믹 기판에 배선을 형성하는 방법에 관한 것이고, 구체적으로 세라믹 기판에 미리 일정한 형태로 도전성 핀을 삽입하여 요구되는 간격으로 배선을 형성하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 배선 형성 방법은 1차 세라믹 그린 시트를 준비하는 단계; 1차 세라믹 그린 시트의 미리 결정된 위치에 적어도 하나의 메탈 핀을 고정시키는 단계; 1차 세라믹 그린 시트의 적어도 한쪽 면에 2차 세라믹 그린 시트를 결합하여 결합 세라믹 시트를 형성하는 단계; 결합 세라믹 시트를 소성시키는 단계; 및 소성된 결합 세라믹 시트의 표면을 그라인딩을 하는 단계를 포함한다.
배선, 세라믹 그린 시트, 메탈 핀, 프로브 탐침

Description

세라믹 기판의 배선 형성 방법{Method for Wiring on a Ceramic Substrate}
도 1a 내지 도 1g는 본 발명에 따라 세라믹 기판에 메탈 핀으로 배선을 형성하는 과정을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 방법에 의하여 제조된 세라믹 기판의 적용 예를 도시한 것이다.
본 발명은 세라믹 기판에 배선을 형성하는 방법에 관한 것이고, 구체적으로 세라믹 기판에 미리 일정한 형태로 도전성 핀을 삽입하여 요구되는 간격으로 배선을 형성하는 방법에 관한 것이다.
세라믹 다층 기판은 다수 개의 세라믹 절연 층, 각각의 절연 층 위에 미리 정해진 패턴으로 형성된 도체 층 및 서로 다른 절연 층 위에 형성된 도체 층을 상호 연결시키기 위하여 미리 정해진 위치에 설치되어 상하층을 전기적으로 연결하기 위한 도체 관통 공으로 이루어진다. 세라믹 다층 기판의 제조를 위하여 가공되지 않는 유연한 그린 세라믹 막(green ceramic foil)에 비아 홀(via hole)을 천공하고 그리고 그린 세라믹 막 위에 전도성 회로가 인쇄된다. 그리고 천공된 비아 홀(via hole)은 인쇄 과정에서 도체 페이스트로 충전되거나 또는 별도로 도체 페이스트로 충전된다. 이후 세라믹 막이 건조되고 다른 세라믹 막이 차례대로 적층 및 건조되어 최종적으로 소성이 된다. 이와 같은 저온 동시 세라믹 소성(Low Temperature Co-fired Ceramics: LTCC) 기판의 제조 공정은 이 분야에 공지되어 있다.
LTCC 기판의 제조 방법과 관련된 선행 기술로 특허공개번호 제1999-22267호가 있다. 상기 발명은 그린 세라믹 막의 건조 공정을 제거하기 위하여 도전성 회로 및 비아 홀(via hole)의 형성 과정에서 왁스를 함유하는 휘발하기 쉬운 용제를 포함하지 않는 도체 페이스트를 사용하는 것을 제안한다. 다층 세라믹 기판 또는 LTCC 기판의 제조 방법과 관련된 다른 선행 기술로 특허공개번호 제2007-51106호가 있다. 상기 선행 발명은 관통 홀의 저면 공간으로 토출되는 땜납(solder) 페이스트 클리닝 공정을 방지하고 그리고 땜납 페이스트의 경화를 방지하기 위하여 관통 홀 저면으로 관통되지 아니하고 그리고 내측 방향으로 돌출되는 돌출부를 형성시키는 방법을 제안한다.
그러나 제시된 선행 발명의 방법은 요구되는 위치에 도전 신뢰성(conductive reliability) 또는 위치 안정성을 가진 배선을 형성하는 방법에 대하여 개시하지 않는다. 본 발명은 이와 같은 공지된 발명의 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.
본 발명의 목적은 가이드 플레이트를 사용하여 다층 세라믹 기판에 도전 신뢰성 및 위치 안전성을 가진 배선을 형성하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 메탈 핀에 의하여 배선이 된 세라믹 기판을 제공하는 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 세라믹 기판에 배선을 형성하는 방법은 1차 세라믹 그린 시트를 준비하는 단계; 1차 세라믹 그린 시트의 미리 결정된 위치에 적어도 하나의 메탈 핀을 고정시키는 단계; 1차 세라믹 그린 시트의 적어도 한쪽 면에 2차 세라믹 그린 시트를 결합하여 결합 세라믹 시트를 형성하는 단계; 결합 세라믹 시트를 소성시키는 단계; 및 소성된 결합 세라믹 시트의 표면을 그라인딩을 하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 메탈 핀을 고정하는 단계는 세라믹 그린 시트 위에 메탈 핀의 고정 후 제거가 되는 가이드 플레이트에 의하여 메탈 핀의 고정 위치를 결정하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 적어도 하나의 메탈 핀이 다수가 되는 경우 별개로 고정되거나 또는 동시에 고정된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 메탈 핀은 텅스텐 또는 구리 소재가 된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 가이드 플레이트는 에폭시 수지가 된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 가이드 플레이트는 가이드 홀을 가진다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 다른 전기 부품과 전기적 연결은 접촉 패드 또는 상호 접속 부품에 의하여 매개가 된다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 된다. 제시된 실시 예는 예시적인 것으로 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
도 1a 내지 도 1g는 본 발명에 따라 세라믹 기판에 배선을 형성하는 방법의 실시 예를 개략적으로 도시한 것이다.
세라믹 기판에 배선을 형성하기 위하여 먼저 세라믹 그린 시트(green sheet)(11)가 준비되어야 한다(도 1a). 세라믹 그린 시트는 소성이 되기 전의 상태로 유연성을 가진다. 이러한 세라믹 그린 시트(11)는 이 분야에서 공지된 임의의 방법에 따라 제조될 수 있다. 예를 들어, 세라믹 그린 시트(11)는 알루미나(Al2O3) 또는 규산(SiO2)으로 이루어진 세라믹 분말, 분산제, 바인더 및 가소제를 용제에 혼합하여 제조될 수 있다. 세라믹 그린 시트(11)가 준비되면(도 1a) 요구되는 위치에 가이드 홀(121)이 천공된 가이드 플레이트(12)가 세라믹 그린 시트(11) 위에 적층된다(도 1b). 가이드 플레이트(12)는 세라믹 그린 시트(11)에 형성되어야 할 관통 홀의 위치와 대응되는 미리 결정된 위치에 형성된 가이드 홀(121)을 가질 수 있다. 가이드 플레이트(12)는 수지 시트가 될 수 있고 예를 들어 에폭시 수지, 페놀수지, 폴리이미드 수지 또는 불소 수지와 같은 것이 될 수 있다. 가이드 플레이트(12)의 가이드 홀(121)은 드릴 또는 레이저 빔으로 형성될 수 있다.
가이드 플레이트(12)에 대한 대안으로 제거 가능한 가이드 시트 또는 필름이 세라믹 그린 시트(11)에 부착될 수 있다. 가이드 시트 또는 필름은 가이드 홀을 가질 수 있지만 반드시 요구되는 것은 아니다. 예를 들어 가이드 시트 또는 필름 위에 도전 경로가 형성되어야 할 위치만 표시될 수 있다.
대안으로 가이드 플레이트(12) 또는 가이드 시트가 세라믹 그린 시트(11) 위에 적층되지 않을 수 있다. 이러한 경우 도전 경로가 형성되어야 할 위치는 세라믹 그린 시트(11) 위에 적절한 방법으로 직접 표시된다. 이와 같이 본 발명에 따른 방법의 적용을 위하여 가이드 플레이트 또는 가이드 시트의 사용이 반드시 요구되는 것은 아니지만 아래에서 본 발명의 명확한 이해를 위하여 가이드 플레이트(12)가 사용되는 경우를 기준으로 설명을 한다.
가이드 플레이트(12)가 세라믹 그린 시트(11) 위에 적층되면(도 1b), 메탈 핀(13)을 가이드 홀에 삽입한다(도 1c). 삽입되는 메탈 핀(13)은 가이드 홀을 경유하여 세라믹 그린 시트(11)를 관통하여 아래쪽으로 돌출된다. 메탈 핀(13)은 자동 삽입 기계를 사용하여 그린 세라믹 시트(11)에 삽입될 수 있다. 세라믹 그린 시트(11)는 유연성 또는 연성을 가지므로 적당한 크기의 기계적 압력을 가하는 경우 메탈 핀(13)은 세라믹 그린 시트(11)에 용이하게 고정될 수 있다. 본 발명에 따르면, 다수 개의 메탈 핀(13)이 동시에 세라믹 그린 시트(11)에 고정될 수 있도록 한다. 이러한 동시 고정은 형성된 도전 경로가 도전 균일성을 가진다는 이점을 가진다. 그리고 배선 작업 공정을 단순하게 한다는 다른 이점을 가진다. 일반적으로 비아 홀은 도체 페이스트를 사용하여 충전되거나 또는 내부 표면이 피복된다. 그리고 각각의 비아 홀이 드릴 또는 레이저에 의하여 형성되어야 한다. 그러나 본 발명에 따르면 다수 개의 메탈 핀(13)의 동시 고정이 가능하다. 그리고 이러한 다수 개의 메탈 핀(13)의 동시 고정은 도전 균일성 및 작업 공정의 단순화라는 이점을 제공한다. 메탈 핀(13)은 도전성을 가진 임의의 금속 소재가 될 수 있지만 바람직하게는 높은 전기 전도성을 가지는 텅스텐, 구리, 알루미늄 또는 이들의 합금이 될 수 있다. 메탈 핀(13)은 임의의 형상을 가질 수 있지만 이후 도전 경로를 형성하게 되므로 바람직하게는 단면이 원이 되는 봉 형태가 될 수 있다. 대안으로 메탈 핀(13)은 니들 형태 또는 박막의 사각 핀 형태가 될 수 있다. 각각의 가이드 홀에 메탈 핀(13)이 삽입된(도 1c) 후 가이드 플레이트(12)가 제거된다(도 1d). 가이드 플레이드(12)가 제거되면 메탈 핀(13)은 세라믹 그린 시트(11)의 양쪽 면을 관통하여 균일한 높이로 돌출된다. 이후 세라믹 그린 시트(11)의 양쪽 면에 2차 세라믹 그린 시트(14a, 14b)가 적층된다(도 1e). 2차 세라믹 그린 시트(14a, 14b)는 세라믹 그린 시트(11)와 동일한 성질을 가진 유연성 세라믹 시트가 된다. 2차 세라믹 그린 시트(14)에 화살표로 도시된 것과 같은 방향으로 적절한 기계적 압력이 균일하게 가해지면 메틸 핀(13)은 2차 세라믹 그린 시트(14a, 14b)의 내부로 삽입된다. 그리고 2차 세라믹 그린 시트(14a, 14b)는 세라믹 그린 시트(11)에 밀착된다(도 1f). 2차 세라믹 그린 시트(14a, 14b)와 세라믹 그린 시트(11)의 결합을 위하여 필요하다면 세라믹 그린 시트(11)의 표면에 접착제가 부착될 수 있다. 접착제는 이 분야에서 공지된 임의의 수지 접착제가 될 수 있고 예를 들어 아크릴 수지가 접착제로 사용될 수 있다. 도 1e의 경우, 세라믹 그린 시트(11)의 양쪽 면에 2차 세라믹 그린 시트(14a, 14b)가 적층이 되지만 필요한 경우 어느 한쪽에만 2차 세라믹 그린 시트(14a 또는 14b)가 적층이 될 수 있다. 어느 한쪽에만 2차 세라믹 그린 시트(14a 또는 14b)가 적층되는 경우 다른 반대쪽은 예를 들어 금속 또는 목판과 같은 경질의 평탄한 판에 의하여 유지된 상태에서 2차 세라믹 그린 시트(14a 또는 14b)에 일정한 압력을 가하여 세라믹 그린 시트(11)와 밀착시킬 수 있다.
이와 같이 세라믹 그린 시트(11)의 적어도 한쪽 면에 2차 세라믹 그린 시트(14a, 14b)가 적층된(도 1f) 후, 결합 세라믹 시트(C)는 소성이 된다. 본 명세서에서 결합 세라믹 시트(C)는 적어도 두 개의 그린 세라믹 시트가 접착제, 자체 유연성 또는 다른 보조 수단에 의하여 형성된 적층 형상을 의미한다. 소성 조건은 이 분야에서 공지되어 있고 예를 들어 결합 세라믹 시트(C)는 800 내지 1000 ℃에서 소성될 수 있다. 소성 공정이 완료되면 결합 세라믹 시트(C)는 경화가 되고 그리고 2차 세라믹 그린 시트(14a, 14b)는 세라믹 그린 시트(11)에 완전하게 결합이 된다. 경화가 완료되면 2차 세라믹 그린 시트(14a, 14b)는 균일하게 그라인딩(grounding)이 되어 메탈 핀(13)이 2차 세라믹 그린 시트(14a, 14b)의 표면에 노출되도록 한다(도 1g). 도 1g에서 점선으로 표시된 부분은 그라인딩으로 인하여 제거되는 부분을 나타낸 것이다. 그리고 그라인딩 공정이 완료되면 배선이 형성된 세라믹 기판의 제조 공정이 완료된다.
위에서 상세하게 설명이 된 방법에 따라 형성된 배선을 가지는 세라믹 기판은 예를 들어 아래와 같은 탐침 프로브에 연결되거나 또는 다른 전기 부품과 결합을 위한 단자 핀에 연결될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 방법에 의하여 제조된 세라믹 기판의 적용 예를 도시한 것이다.
도 2에 도시된 것처럼, 세라믹 기판(21)의 한쪽 표면에 메탈 핀(211)에 의하여 형성된 전도성 부분은 예를 들어 세라믹 기판(21)에 형성된 연결 패드 또는 접촉 패드(24a)를 경유하여 프로브 탐침(22)에 연결되고 그리고 다른 표면에 형성된 전도성 부분은 다른 전자 부품에 전기적으로 연결될 수 있다. 접촉 패드의 대안으로 탄성 또는 비탄성의 상호 접속 부품이 프로브 탐침(22)과 세라믹 기판의 결합을 위하여 사용될 수 있다. 접촉 패드(24a) 또는 상호 접속 부품은 프로브 탐침(22)과 일체로 제조되거나 또는 별도로 형성될 수 있다. 프로브 탐침(22) 및 본 발명에 따른 배선을 가지는 세라믹 기판은 이 분야에서 공지된 임의의 방법에 따라 전기적으로 연결될 수 있다. 세라믹 기판(21)은 또한 접촉 패드(24b)를 경유하거나 또는 접촉 패드가 없이 직접 단자 핀(23)에 연결될 수도 있다. 단자 핀(23)은 다시 다른 전기 구성 요소와 전기적으로 연결될 수 있고 그리고 세라믹 기판(21)의 다른 쪽 면에 형성된 전도성 부분은 전기적 연결이 요구되는 다른 전자 부품에 연결될 수 있다. 이와 같이 본 발명의 방법에 따라 제조된 메탈 핀에 의하여 형성된 배선을 가진 세라믹 기판(21)은 다양한 전기 부품의 연결을 위하여 사용될 수 있다.
위에서 본 발명은 실시 예를 이용하여 상세하게 설명이 되었다. 제시된 실시 예는 예시적인 것으로 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 제시된 실시 예에 대한 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명의 범위는 이러한 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않고 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의해서만 제한된다.
본 발명에 따른 세라믹 기판의 배선 형성 방법은 세라믹 기판의 미리 결정된 위치에 메탈 핀에 의하여 도전 경로를 형성하여 도전 신뢰성을 높일 수 있도록 한다. 메탈 핀은 미리 결정된 위치에 형성되고 그리고 필요에 따라 강도가 높은 메탈 핀을 고정시키는 것에 의하여 제조 과정에서 위치 안정성을 높일 수 있도록 한다는 이점을 가진다. 메탈 핀의 노출되는 높이 및 소성 후 제거되는 부분의 높이를 조절하는 것에 의하여 세라믹 기판의 배선 상태 또는 도전 상태의 변화 없이 세라믹 기판의 미세한 두께 조절이 가능하다는 장점을 가진다. 아울러 본 발명에 따른 배선 형성 방법은 다수 개의 메탈 핀을 동시에 삽입시키는 것에 의하여 균일한 도전성을 가진 배선이 형성된 세라믹 기판의 제조가 가능하도록 한다는 장점을 가진다. 또한 그린 시트에 메탈 핀을 삽입하여 배선이 형성하는 것에 의하여 제조공정이 단순화되어 공정불량 요인과 제조시간을 줄여서 생산성을 향상시킬 수 있는 장점을 가진다.

Claims (8)

  1. 세라믹 기판에 배선을 형성하는 방법에 있어서,
    1차 세라믹 그린 시트를 준비하는 단계;
    상기 1차 세라믹 그린 시트의 미리 결정된 위치에 적어도 하나 이상의 메탈 핀을 고정시키는 단계;
    1차 세라믹 그린 시트의 한쪽 면에 2차 세라믹 그린 시트를 결합하여 결합 세라믹 시트를 형성하는 단계;
    결합 세라믹 시트를 소성시키는 단계; 및
    소성된 결합 세라믹 시트의 표면을 그라인딩을 하는 단계를 포함하는 세라믹 기판의 배선 형성 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 메탈 핀의 고정하는 단계는 세라믹 그린 시트 위에 메탈 핀의 고정 후 제거가 되는 가이드 플레가이드에 의하여 메탈 핀의 고정 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는 세라믹 기판의 배선 형성 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 메탈 핀이 다수가 되는 경우 별개로 또는 동시에 일괄적으로 상기 그린 시트에 고정되는 것을 특징으로 하는 세라믹 기판의 배선 형성 방법.
  4. 세라믹 기판에 배선을 형성하는 방법에 있어서,
    세라믹 그린 시트를 준비하는 단계;
    상기 그린 시트의 미리 결정된 위치에 적어도 하나 이상의 메탈 핀을 고정시키는 단계; 및
    상기 그린 시트를 소성 시키는 단계를 포함하는 세라믹 기판의 배선 형성 방법.
  5. 청구항 4에 있어서, 메탈 핀을 고정시키는 단계는 세라믹 그린 시트 위에 메탈 핀의 고정 후 제거가 되는 가이드 플레가이드에 의하여 메탈 핀의 고정 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는 세라믹 기판의 배선 형성 방법.
  6. 세라믹 기판에 있어서,
    메탈 핀에 의하여 형성된 도전 경로를 가지는 제1차 세라믹 기판; 및
    제1차 세라믹 기판의 적어도 한쪽 면에 적층된 2차 세라믹 기판을 포함하고,
    상기에서 2차 세라믹 기판의 표면에 적어도 하나의 메탈 핀의 끝 부분이 노출되어 다른 전기 부품과 전기적으로 연결이 가능하도록 된 것을 특징으로 하는 세라믹 기판.
  7. 청구항 6에 있어서, 다른 전기 부품과 전기적 연결은 접촉 패드 또는 상호 접속 부품에 의하여 매개되는 것을 특징으로 하는 세라믹 기판.
  8. 청구항 6에 있어서, 다른 전기 부품은 프로브가 되는 것을 특징으로 하는 세라믹 기판.
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