KR20100053464A

KR20100053464A - 세라믹 기판 및 전자 부품의 제조 방법

Info

Publication number: KR20100053464A
Application number: KR1020090108518A
Authority: KR
Inventors: 가즈마사 다나카; 다츠야 고지마
Original assignee: 티디케이가부시기가이샤
Priority date: 2008-11-12
Filing date: 2009-11-11
Publication date: 2010-05-20
Also published as: US20100116413A1; JP2010116291A; JP5168096B2

Abstract

적어도 복수의 그린 시트가 적층된 소성 전의 그린 세라믹 기판(11)의 양 주면(主面)(11a, 11b)이, 다공질 세라믹 소성체(5a, 5b)에 직접 끼워 지지된 유닛(8)을 형성하는 공정과, 상기 유닛(8)을 소성하는 소성 공정을 가지고, 상기 다공질 세라믹 소성체(5a, 5b)에는, 표리면을 관통하는 관통공이 다수 형성되어 있는 세라믹 기판의 제조 방법. 본 발명에 의하면, 평탄하고 소성 얼룩이 없는 세라믹 기판을 간편하게 효율적으로 제조할 수 있다.

Description

세라믹 기판 및 전자 부품의 제조 방법{METHOD OF MANUFACTURING CERAMIC BOARD AND ELECTRONIC DEVICE}

본 발명은, 세라믹 기판 및 전자 부품의 제조 방법에 관한 것으로, 상세하게는 평탄하고 소성 얼룩의 발생이 억제된 세라믹 기판의 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된 세라믹 기판을 이용한 전자 부품의 제조 방법에 관한 것이다.

세라믹 전자 부품은, 소형, 고성능, 고신뢰성의 전자 부품으로서 넓게 이용되고 있고, 전기 기기 및 전자 기기 내에서 사용되는 개수도 다수에 이른다. 최근, 기기의 소형 그리고 고성능화에 따라, 세라믹 전자 부품에 대한 한층 더 소형화, 고성능화, 고신뢰성화로의 요구가 점점 증가하고 있다.

그러나, 회로 기능(도체 패턴)이 형성된 세라믹 전자 부품은 칫수가 작아, 생산 효율이나 설비 등의 점에서 개개의 부품 상태로서 제조하는 것이 곤란하다. 이 때문에, 그린 시트가 적층된 세라믹 기판을 절단하여 복수개의 칩에 회로를 형성하거나, 혹은, 회로 패턴이 형성된 세라믹 기판을 절단하여, 복수개의 칩으로 함으로써, 세라믹 전자 부품을 제조하는 방법이 알려져 있다.

그런데, 상기의 세라믹 기판은, 그린 상태의 기판(그린 세라믹 기판)을, 예 를 들어 세라믹 세터(setter) 상에 올려놓아 소성함으로써 얻어진다. 그러나, 소성 시의 수축이 균일하지 않은 경우, 평탄한 세라믹 기판을 얻을 수 없고, 예를 들어, 세터측과는 반대의 방향으로, 기판의 단부가 들리도록 변형(휨)되는 경우가 있다.

휨이 발생한 세라믹 기판을 분할하여, 개개의 직방체 형상의 칩 부품으로 한 경우, 기판의 단부에 존재하고 있던 부품은, 마름모꼴형상의 부품이 되어 버려, 제품으로 할 수 없을 뿐만 아니라, 부품의 실장 공정에서 정확하게 땜납 고정할 수 없다는 문제가 있었다.

휨을 억제하기 위해서는, 그린 세라믹 기판을, 세라믹 세터에서 양측으로부터 끼워넣어, 기판을 구속한 상태에서 기판과 세터의 사이에 간극이 존재하지 않도록 하여 소성하는 것을 생각할 수 있다. 이 경우에는, 그린 세라믹 기판에 잔류하고 있는 바인더 등의 유기 성분(잔류 탄소)이, 원활하게 탈락하기 힘들게 되어, 돌연 급격한 발열 반응을 일으키는 경우가 있다. 이 발열 반응이 발생하면, 소성 후의 기판에는, 소성 얼룩으로 불리는 색 얼룩이 발생해 버린다. 이러한 소성 얼룩이 발생하면, 회로가 형성된 세라믹 전자 부품에 있어서, 회로를 구성하는 도전체의 붕괴나 도중 끊김이 발생하여, 전기 특성 및 기계적 특성이 저하한다.

따라서, 휨의 문제와 소성 얼룩의 문제를 동시에 해결하는 것이 요구되었다.

일본국 특개평 6－329476호 공보에서는, 1000℃ 이하의 저온에서 소결하는 저온 소성 세라믹 기판을 소성하는 방법으로서, 그린 상태의 기판의 양면을, 기판보다도 높은 소결 온도를 가지는 그린 시트로 끼워넣고, 또한 그 상면측에 다공질 세라믹 세터를 배치하고, 하면측에 통상의 세터를 배치하고 있다.

일본국 특개 2003－2750호 공보에서는, 그린 상태의 기판의 양면을, 기판보다도 높은 소결 온도를 가지는 구속용 그린 시트로 끼워넣고, 또한 그 바깥쪽에 다공질 세라믹 세터를 배치하고 있다. 그리고, 그린 시트의 바인더로서, 기판에 포함되는 바인더의 열분해 온도보다도 낮은 온도에서 열분해되는 바인더를 이용하고 있다.

그러나, 일본국 특개평 6－329476호 공보에 개시된 방법에서는, 기판의 하면측에는, 통상의 세터가 배치되어 있으므로, 소성 시에 있어서, 잔류 탄소의 발열 반응에 의해 소성 얼룩이 발생한다고 생각된다. 또한, 소결 온도가 높은 기판을 이용한 경우에는, 그 소결 온도보다도 높은 소결 온도를 가지는 재질로 그린 시트를 제작할 필요가 있으므로, 재질의 선정이 곤란해지는 경우가 있다. 또한, 미소결의 그린 시트를 이용하기 때문에, 강도의 관점에서 보면, 기판을 그린 시트로 끼운 상태에서 반송하거나, 노 내에 올려놓을 때에, 핸들링성이 부족하다는 문제가 있었다.

또한, 일본국 특개 2003－2750호 공보에 개시된 방법에서는, 기판에 포함되는 바인더종에 따라, 그린 시트의 바인더를 선정할 필요가 있기 때문에, 바인더종의 선정이 곤란해지는 경우가 있다. 또한, 일본국 특개평 6－329476호 공보와 마찬가지로, 미소결의 그린 시트를 이용하기 때문에, 핸들링성이 부족하다는 문제가 있었다.

본 발명은 이러한 실상을 감안하여 이루어져, 평탄하고 소성 얼룩이 없는 세라믹 기판을 간편하게 효율적으로 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 관한 세라믹 기판의 제조 방법은, 적어도 복수의 그린 시트가 적층된 소성 전의 그린 세라믹 기판의 양 주면이, 다공질 세라믹 소성체에 직접 끼워 지지된 유닛을 형성하는 공정과,

상기 유닛을 소성하는 소성 공정을 가지고,

상기 다공질 세라믹 소성체에는, 표리면을 관통하는 관통공이 다수 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관한 세라믹 기판의 제조 방법에서는, 우선, 소성 전의 그린 세라믹 기판의 양 주면을, 관통공이 다수 형성되어 있는 다공질 세라믹 소성체에 의해 직접 끼워넣어, 그린 세라믹 기판 및 다공질 세라믹 소성체를 가지는 유닛을 형성한다.

이 유닛에 있어서는, 소성 전의 그린 세라믹 기판의 양 주면이, 관통공을 가지는 다공질 세라믹 소성체를 끼워넣는 양태로 되어 있으므로, 소성 시에 있어서도, 그린 세라믹 기판의 잔류 탄소가, 관통공을 통하여, 기판으로부터 외부로 원활하게 방출된다. 그 결과, 급격한 발열 반응은 일어나지 않고, 소성 후의 세라믹 기판에는, 소성 얼룩이 발생하지 않는다.

그리고, 소성 전의 그린 세라믹 기판의 양 면에, 다공질 세라믹 소성체를 직접 끼워 지지함으로써, 소성 후의 세라믹 기판의 휨을 효과적으로 억제할 수 있다.

또한, 다공질 세라믹 소성체는, 그린 세라믹스 기판의 소결 온도보다도 높은 온도(예를 들어 1400℃ 이상)에서 소성하고 있으므로, 예를 들어, 1000℃보다도 높은 온도에서 소결하는 세라믹 기판의 제조에도 적응할 수 있다.

또한, 비교적 강도가 높은 다공질 세라믹 소성체에 의해, 비교적 강도가 낮은 그린 세라믹 기판이 끼워지는 양태로 되어 있으므로, 이 유닛은 핸들링성이 뛰어나고, 제조 공정의 효율화를 도모할 수 있다.

바람직하게는, 상기 그린 세라믹 기판의 양 주면이, 상기 다공질 세라믹 소성체에 형성되어 있는 상기 관통공을 통하여, 개방 공간과 연통하도록, 상기 유닛이 지지 부재에 지지되어 있다. 보다 바람직하게는, 상기 그린 세라믹 기판을 끼워 지지하는 방향에 있어서, 상기 개방 공간의 길이가, 0.5㎜ 이상이 되도록, 상기 유닛이 상기 지지 부재에 지지되어 있다.

그린 세라믹 기판의 양 면이, 다공질 세라믹 소성체의 관통공을 통해, 개방 공간에 접함으로써, 기판에 잔류하고 있는 유기 성분은 보다 원활하게 개방 공간으로 방출된다. 또한, 그린 세라믹 기판을 끼워 지지하는 방향, 즉, 그린 세라믹 기판의 양 주면측에, 개방 공간이 존재하고 있으므로, 소성 시에 있어서, 그린 세라믹 기판에는, 관통공을 통해서, 균일하게 소성열이 공급되게 된다. 그 결과, 그린 세라믹 기판의 수축 거동이 균일하게 되므로, 소성 후의 세라믹 기판의 휨을 더욱 억제할 수 있어, 평탄한 세라믹 기판을 얻을 수 있다.

특히, 그린 세라믹 기판을 끼워 지지하는 방향에 있어서, 0.5㎜ 이상의 간극(개방 공간)이 존재함으로써, 상기의 효과가 커진다. 또한, 개방 공간은, 적어도 잔류 탄소가 충분히 방출될 정도의 크기이면 되고, 예를 들어, 소성로 내의 공간 등을 생각할 수 있다.

바람직하게는, 상기 다공질 세라믹 소성체의 기공율이 30∼85%이다. 기공율을 이러한 범위로 함으로써, 상기의 효과가 커진다.

바람직하게는, 상기 소성 공정의 전에, 상기 유닛을 복수 겹쳐 쌓는 스택(stack) 공정을 가진다. 상술한 것처럼, 유닛의 핸들링성이 양호하기 때문에, 노 내에서 용이하게 겹쳐 쌓을 수 있어, 제조 공정의 효율화를 도모할 수 있다.

바람직하게는, 상기 그린 세라믹 기판에는, 도체 패턴이 형성되어 있다. 또한, 바람직하게는, 상기 그린 세라믹 기판에는, 소성 후에 전자 부품 소자로 되는 복수의 그린 칩이 형성되어 있다.

그린 세라믹 기판에 도체 패턴 등이 형성되고, 다른 재질끼리 조합된 상태라도, 상기의 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 전자 부품의 제조 방법은,

상기의 어느 하나에 기재된 제조 방법에 의해 제조된 세라믹 기판을 분할하여, 개별의 부품 소자로 하는 공정을 가진다.

상기의 방법에 의해 제조된 세라믹 기판은 평탄하고, 소성 얼룩도 존재하지 않으므로, 이 세라믹 기판을 분할함으로써, 전기 특성 및 기계적 특성이 우수한 전자 부품을 효율적으로 제조할 수 있다.

본 발명에 의하면, 휨을 억제하면서, 소성 얼룩이 나타나지 않는 세라믹 기판을 얻을 수 있다. 또한, 상기의 구성을 가지고 있음으로써, 세라믹 기판의 재질 등에 상관없이, 간편하고 또한 효율적으로 상기의 세라믹 기판을 얻을 수 있다. 이러한 세라믹 기판을 이용함으로써, 양호한 특성을 가지는 전자 부품을, 수율좋게 제조할 수 있다.

이하, 본 발명을, 도면에 나타내는 실시 형태에 의거해 설명한다.

그린 세라믹 기판

본 발명의 일실시 형태에 관한 세라믹 기판의 제조 방법은, 우선, 그린 세라믹 기판을 준비한다. 그린 세라믹 기판은, 그린 시트가 적층되어 있으면, 특별히 제한되지 않지만, 본 실시 형태에서는, 소성 후에 회로 기능을 가지게 되는 도체 패턴이 적층된 그린 세라믹 기판을 준비한다. 이 그린 세라믹 기판을 소성함으로써, 예를 들어, 도 1a에 나타내는 바와 같이, 세라믹(102) 및 내부 전극(103)이 교대로 적층된 구성을 가지고, 2단자형의 전자 부품으로 되는 소자가 복수개 형성된 세라믹 기판(1)이 얻어진다.

그린 시트 및 도체 패턴을 적층하여 그린 세라믹 기판을 형성하는 방법으로는, 특별히 제한되지 않고, 그린 시트용 도료 및 도체 페이스트를 이용한 공지의 시트 성형 방법이나 인쇄법 등을 들 수 있다.

그린 시트용 도료는, 원하는 특성에 따라 선택된 세라믹 원료나 가스 원료 와, 바인더를 유기 용제 중에 용해한 유기 비히클을 혼련하여 조제되는 도료이다. 또한, 그린 시트용 도료는, 수계(水系)의 도료여도 된다.

도체 페이스트는, Au, Ag, Cu, Pt, Pd, Ni 등의 도전성 금속이나 이들 합금으로 이루어지는 도전 재료와, 상술한 유기 비히클을 혼련하여 조제되는 도료이다.

상술한 각 페이스트의 유기 비히클의 함유량은, 특별히 한정되지 않고, 통상의 함유량, 예를 들어, 바인더는 1∼5중량% 정도, 용제는 10∼50중량% 정도로 하면 된다. 또한, 각 페이스트 내에는 필요에 따라서 각종 분산제, 가소제, 유전체, 절연체 등에서 선택되는 첨가물이 함유되어도 된다.

예를 들어, 시트법을 이용하여, 그린 세라믹 기판을 형성하는 경우는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 상기의 그린 시트용 도료를 이용하여, 지지체로서의 캐리어 시트(50) 상에 그린 시트(2)를 형성하고, 이 위에 도체 페이스트를 인쇄하여, 도체 패턴(3)을 형성한다. 그 후, 도체 패턴(3)이 형성된 그린 시트(2)로부터 캐리어 시트(50)를 박리하고, 이들을 적층하여, 그린 세라믹 기판을 형성한다.

그린 세라믹 기판의 두께는, 기판에 형성된 전자 부품 소자의 종류, 용도 등에 따라 결정되고, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 0.1∼5.O㎜ 정도이다. 그린 세라믹 기판의 형상도, 판형상이면, 특별히 한정되지 않지만, 통상은 4각형상으로 된다.

다공질 세라믹 소결체

다음에, 다공질 세라믹 소성체를 준비한다. 다공질 세라믹 소성체로는, 표리면을 관통하는 관통공이 형성되어 있으면, 특별히 제한되지 않는다. 본 실시 형 태에서는, 도 3a, 도 3b에 도시하는 바와 같이, 다수의 관통공(52)이 일정한 형상으로 주면(51)에 형성되어 있는, 벌집 구조를 가지는 세라믹 세터(5)(이하, 벌집형상 세터라고 한다)를 이용하는 것이 바람직하다.

다공질 세라믹 소성체(5)의 기공율은, 바람직하게는 35∼80%, 보다 바람직하게는 50∼70%이다. 이 기공율은, 다공질 세라믹 소성체(5)의 면의 면적에 대해서, 모든 관통공(52)의 합계 면적이 차지하는 면적의 비율이다. 기공율이 너무 작으면, 그린 세라믹 기판의 잔류 탄소가 외부로 방출되기 어려워져, 소성 후에, 소성 얼룩이 발생되어 버리는 경향이 있다. 반대로, 기공율이 너무 크면, 다공질 세라믹 소성체(5) 자체의 강도가 저하하여, 소성시에 파손될 가능성이 있다.

다공질 세라믹 소성체로서 벌집형상 세터(5)를 이용한 경우, 상기의 기공율은 하기의 식으로 표시할 수 있다.

기공율(%)＝(관통공(52)의 면적×관통공(52)의 수)/벌집형상 세터(5)의 주면(51)의 면적

관통공(52)의 형상은 특별히 제한되지 않고, 사각형, 마름모꼴, 삼각형 등의 다각 형상, 원 등을 들 수 있는데, 정사각형 또는 직사각형인 것이 바람직하다.

또한, 그 구멍 직경도 특별히 제한되지 않지만, 관통공(52)의 형상이 정사각형 또는 직사각형인 경우에는, 1변이 0.1㎜ 이상인 것이 바람직하다. 구멍 직경이 너무 작으면, 그린 세라믹 기판의 잔류 탄소가 외부로 방출되기 어려워지는 경향이 있다.

그린 세라믹 기판의 주면에 있어서의 단위 면적에 대해서 부가되는 다공질 세라믹 소성체(5)의 하중은, 바람직하게는 0.3∼2.5g/㎠이다. 다공질 세라믹 소성체(5)의 하중이 너무 작으면, 소성 시에 그린 세라믹 기판에 발생하는 휨 응력을 억제할 수 없어, 소성 후의 세라믹 기판에 휨이 발생하는 경향이 있다. 반대로, 너무 크면, 세라믹 기판의 휨은 억제되지만, 그린 세라믹 기판의 수축을 방해하여, 소성 후의 세라믹 기판에 이지러짐이나 깨짐 등이 생기는 경향이 있다. 또한, 다공질 세라믹 소성체(5)의 하중은, 재질, 소성체의 두께, 기공율 등에 따라 결정된다.

다공질 세라믹 소성체(5)의 휨량은, 바람직하게는 300㎛ 이하, 보다 바람직하게는 50∼200㎛이다. 휨량이 너무 크면, 다공질 세라믹 소성체(5)의 하중이, 그린 세라믹 기판에 대해서, 균등하게 부가되지 않게 되어, 소성 후의 세라믹 기판에 휨이 발생하는 경향이 있음과 더불어, 하중이 그린 세라믹 기판에 국소적으로 부가되므로, 세라믹 기판이 파손되거나, 변형이 생기는 경향이 있다.

또한, 휨량은 본 발명에 있어서는, 도 4에 나타내는 양으로서 정의된다. 즉, 측정 대상물(세라믹 기판, 다공질 세라믹 소성체)의 주면에 있어서, 어느 기준면으로부터의 높이(h)를 측정하고, 그 최대 높이(h_max)로부터 최저 높이(h_min)를 뺀 양을, 휨량으로 한다.

다공질 세라믹 소성체(5)의 재질은, 특별히 제한되지 않지만, 소결 온도가 높은(예를 들면, 1050℃ 이상) 그린 세라믹 기판에 대해서는, 고온에서 안정된 안정화 지르코니아, 알루미나, 멀라이트 등이 적합하다.

유닛

본 실시 형태에 있어서는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 그린 세라믹 기판(11)의 양 주면(11a, 11b)을 다공질 소성체(5a, 5b)가 직접 접촉하도록 끼워넣어, 유닛(8)을 형성한다. 그린 세라믹 기판(11)은 소성전이므로, 비교적 강도가 낮지만, 다공질 세라믹 소성체(5a, 5b)는, 비교적 강도가 높다. 따라서, 이 유닛(8)을 다시 별도의 세터 등에 실을 필요는 없고, 유닛(8)을 1단위로 하여, 반송·재치 작업 등을 효율적으로 행할 수 있다.

상기의 유닛(8)을 형성한 후, 본 실시 형태에서는, 유닛(8)은, 탈바인더 공정에 제공된다. 탈바인더란, 그린 세라믹 기판(11)에 바인더로서 포함되는 유기성분을 휘발시키는 공정이다. 탈바인더 조건으로는, 특별히 제한되지 않지만, 온도가 200∼400℃, 유지 시간이 0.5∼20시간이다. 탈바인더 분위기의 조건은, 예를 들면, 대기중 혹은 환원 분위기에서 행하고, 내부 전극이 산화하는 온도에서 탈바인더를 행하는 경우는, 환원 분위기에서 탈바인더를 실시하는 것이 바람직하다.

또한, 탈바인더 공정에 있어서, 대부분의 유기 성분은 휘발하지만, 일부의 유기 성분은, 탈바인더 후에도, 그린 세라믹 기판 내에 잔류하고 있다. 이 잔류하는 유기 성분(잔류 탄소)은, 소성 공정에서, 거의 완전히 휘발한다.

탈바인더 공정 후, 유닛(8)은 소성 된다. 본 실시 형태에서는, 소성 공정에 있어서, 유닛(8)은, 도 6에 도시하는 바와 같이, 소성로(20) 내에 있어서, 소성로 내의 바닥면 부재(20a)와, 그린 세라믹 기판(11)의 주면(11a)에 배치된 다공질 세라믹 소성체(5a)의 사이에 스페이서(40)를 배치하여 간극(30a)을 형성한 상태로 올 려 놓인다. 이 간극(30a)은, 밀폐되지 않고, 그린 세라믹 기판(11)의 주면(11b)측의 간극(30b)과 마찬가지로, 소성로(20) 내의 공간(20c)(개방 공간)에 통해 있다. 이러한 간극을 형성함으로써, 소성 시에, 다공질 세라믹 소성체(5)의 관통공(52)(도시 생략)을 통해서, 그린 세라믹 기판(11)에 잔류하는 유기 성분이 휘발되기 쉬워짐과 더불어, 소성로 내에서 부여된 열이, 양 주면(11a, 11b)측의 간극(30a, 30b)으로부터 관통공(52)을 통해, 그린 세라믹 기판(11)에 균등하게 전도된다. 그 결과, 그린 세라믹 기판(11)의 수축 거동이 균일하게 되므로, 소성 후의 세라믹 기판의 휨을 억제할 수 있다.

본 실시 형태에 있어서는, 상기의 간극이 0.5㎜ 이상인 것이 바람직하다.

이 간극이 너무 좁으면, 그린 세라믹 기판(11)의 유기 성분이 휘발하기 어려워지는 경향이 있음과 더불어, 그린 세라믹 기판(11)에 전도되는 열도 약간 불균일하게 되는 경향이 있다.

간극을 형성하기 위한 지지 부재는 특별히 제한되지 않고, 예를 들어, 도 7에 도시하는 바와 같이, 주면(11a)측의 다공질 세라믹 소성체(5c) 자체에 풋(foot)을 설치해도 되고, 도 8에 도시하는 바와 같이, 부재(20a)측에 공간(간극)(30d)을 형성해도 된다. 또한, 유닛을 매달아 올려 유지하여, 간극을 형성해도 된다.

또한, 간극의 상한은 특별히 제한되지 않지만, 제조 효율의 관점에서, 세라믹 기판의 제조 상황에 따라, 상한이 적절히 결정되는 것이 바람직하다.

소성 조건은, 세라믹 원료, 도체 패턴의 재질, 원하는 특성 등에 따라 적절히 결정하면 되는데, 이하에 나타내는 조건인 것이 바람직하다. 소성 온도는, 800 ∼1400℃, 보다 바람직하게는 1050∼1350℃이다. 유지 시간은, 0.5∼8.0시간, 보다 바람직하게는 1.0∼3.0시간이다. 소성 분위기는 특별히 제한되지 않지만, 도체 패턴으로서 Ni 등의 비(卑)금속을 이용하는 경우에는, 환원 분위기에서 하는 것이 바람직하다.

소성 공정에 있어서, 그린 세라믹 기판(11)을 상기의 유닛(8)의 상태에서 소성함으로써, 소성 후의 세라믹 기판의 휨이 저감됨과 더불어, 그린 세라믹 기판(11) 내의 잔류 탄소가 원활하게 휘발하고, 소성 후의 세라믹 기판에 소성 얼룩이 나타나지 않는다. 또한, 그린 세라믹 기판(11)을 끼워 지지하는 방향의 전후(그린 세라믹 기판(11)의 양 주면(11a, 11b)측)에, 소성로(20) 내의 공간(20c)(개방 공간)에 통하는 간극(30a∼30d)이 형성됨으로써, 다공질 세라믹 소성체(5)의 관통공(52)을 통해, 그린 세라믹 기판(11)의 양 주면(11a, 11b)에 균일하게 열이 주어지므로, 세라믹 기판의 휨을 더욱 억제할 수 있다.

또한, 소결하고 있는 다공질 세라믹 소성체를 이용하고 있으므로, 그린 세라믹 기판의 소결 온도나 바인더 등은 고려할 필요가 없다.

소성 후의 유닛은, 필요에 따라서, 어닐링 처리된다. 어닐링 처리 조건은 적절히 결정하면 된다.

그 후, 유닛으로부터, 다공질 세라믹 소성체를 떼어내, 세라믹 기판을 얻는다. 이 세라믹 기판이, 도 1a에 도시하는, 2단자형의 전자 부품으로 되는 소자가 복수개 형성된 기판(1)인 경우에는, 도 1b에 도시하는 바와 같이 세라믹스 기판(1)을 개별 부품으로 한 2단자형의 전자 부품 소자(100)로 절단하고, 이에 외부 전극 을 형성하는 공정에 제공된다.

이 때, 세라믹 기판의 휨이 억제되어 있으므로, 기판 단부 부근의 전자 부품의 형상이 문제가 되지 않는다.

그 후, 도 1c에 도시하는 바와 같이, 세라믹 기판으로부터 개별 부품으로 절단한 칩 소자에 외부 전극(104)을 형성함으로써, 개개의 전자 부품(101)을 얻을 수 있다.

그 외의 실시 형태

또한, 본 발명은, 상술한 실시 형태에 한정되지 않고, 본 발명의 범위 내에서 다양하게 바꿀 수 있다.

상술한 실시 형태에 있어서는, 1개의 유닛을 소성하는 공정을 나타내고 있는데, 예를 들어, 도 9에 나타내는 바와 같이, 유닛(8)을 복수 겹쳐 쌓은 스택 상태로 소성을 행해도 된다. 이러한 상태에서 소성을 행함으로써, 1회의 소성에 있어서, 본 발명의 효과를 발휘하면서, 대량의 세라믹 기판을 소성할 수 있으므로, 제조 효율을 높일 수 있다. 또한, 도 9에 나타내는 바와 같이, 쌓아올리는 간격을 적절히 조정함으로써, 그린 세라믹 기판(11)을 끼워 지지하는 방향으로 간극(30e)을 형성할 수 있다.

또한, 상술한 실시 형태에 있어서는, 유닛을 탈바인더하고 있는데, 이들 공정을 유닛에 대해서 행하지 않아도 된다. 즉, 그린 세라믹 기판의 양 주면을, 다공질 세라믹 소성체로 끼워넣지 않고, 탈바인더를 행해도 된다. 이들 공정에서는, 그린 세라믹 기판은 소결하지 않으므로, 휨을 고려할 필요가 없기 때문이다. 따라 서, 적어도 소성 공정에 있어서, 유닛 상태로 소성하면, 본 발명의 효과를 발휘할 수 있다.

이하, 본 발명을, 더욱 상세한 실시예에 의거하여 설명하는데, 본 발명은, 이들 실시예에 한정되지 않는다.

실시예 1

그린 세라믹 기판

우선, 세라믹 원료 분말, 유리 원료 분말 및 유기 비히클을, 혼합·혼련하여, 그린 시트용 도료를 조제했다. 유기 비히클에는, 바인더, 유기 용제, 필요에 따라서 가소제, 분산제 등이 포함되어 있다.

다음에, 도전성 분말, 유리 원료 분말 및 유기 비히클을, 혼합·혼련하여, 도체 페이스트를 조제했다. 유기 비히클에는, 바인더, 유기용제, 필요에 따라 가소제, 분산제 등이 포함되어 있다.

상기에서 얻어진 그린 시트용 도료를, 닥터 블레이드법에 의해, PET 필름 등의 고분자 필름 상에 도포하여, 건조시켰다. 건조 후의 그린 시트 상에, 상기에서 얻어진 도체 페이스트를 인쇄, 건조시켜, 2.0±0.2㎛의 두께를 가지는 도체 패턴이 형성된 그린 시트를 제작했다.

이 그린 시트를 복수 제작하고, 이들을 적층함으로써, 내부에 전자 부품 소자로 되는 그린 칩이 형성된 그린 세라믹 기판을 제작했다.

유닛

다공질 세라믹 소성체로서, 표 1에 나타내는 기공율을 가지고, 휨이 50∼200 ㎛인 벌집형상 세터를 준비했다. 또한, 표 1에 나타내는 기공율은, 벌집형상 세터의 표면 전체의 면적에 대해서, 1.0×1.0㎜의 4각형상의 관통공이 차지하는 면적의 비율을 나타내고 있다.

상기에서 얻어진 그린 세라믹 기판의 양 주면을, 2매의 벌집형상 세터로 끼워넣어, 유닛을 형성했다. 또한, 2매의 벌집형상 세터의 기공율은 동일하게 했다.

이 유닛에 대해서, 탈바인더 및 소성을 행했다. 탈바인더는 300℃―10시간의 조건으로 행하고, 소성은 1200℃―2.0시간의 조건으로 행했다. 또한, 고화(固化) 건조, 탈바인더, 소성에 있어서는, 노 내에 배치된 지지체로서의 스페이서 상에 올려놓았다. 스페이서의 높이는 0.5㎜였다. 즉, 각 공정에 있어서, 노 내의 저면과, 그린 세라믹 기판의 하면측의 벌집형상 세터의 사이에 형성된 간극은 0.5㎜였다.

소성 후의 유닛으로부터, 벌집형상 세터를 떼어내, 세라믹 기판을 얻었다. 얻어진 세라믹 기판 및 벌집형상 세터에 대해서, 이하의 평가를 행했다.

세라믹 기판의 휨량

소성 후의 세라믹 기판을, 비접촉식의 3차원 측장기를 이용하여, 휨량을 측정했다. 구체적으로는, 기판의 주면의 1000개소 이상에 대해서, 기준면으로부터의 기판의 높이(h)를 측정하고, 도 4에 도시하는 바와 같이, 그 최대 높이(h_max)로부터 최대 낮기(h_min)을 뺀 값을 휨량으로 했다. 이 휨량을 5매의 세라믹 기판에 대해서 측정하고, 그 평균치를 표 1의 휨량으로 했다. 휨량은 100㎛이하인 것이 바람직하 다. 결과를 표 1에 표시한다.

세라믹 기판의 소성 얼룩 및 도체 두께(내부 전극 두께)

세라믹 기판의 소성 얼룩은, 기판의 외관을 시각으로 관찰하고, 색 얼룩의 유무를 평가했다. 또, 기판을 적층면에 수직으로 절단하고, 그 단면을 경면 연마하여, 현미경으로 기판 내부에 형성되어 있는 도체(내부 전극)의 두께를 관찰했다. 색 얼룩의 유무 및 내부 전극 두께에 대해서도, 5매의 세라믹 기판에 대해서 평가했다. 모든 기판에 대해서 색 얼룩이 관찰되지 않는 것이 바람직하다. 또한, 본 실시예에 있어서의 내부 전극 두께는 2.0㎛ 이하인 것이 바람직하다.

벌집형상 세터의 깨짐, 이지러짐

소성 후의 유닛으로부터 떼어낸 벌집형상 세터에 대해서, 깨짐·이지러짐의 유무를 시각으로 관찰했다. 깨짐·이지러짐이 없는 것이 바람직하다. 결과를 표 1에 표시한다.

<표 1>

표 1에서, 기공율이 20∼85%인 경우(시료 2∼8)에는, 세라믹 기판의 휨이 100㎛ 이하로 되어 바람직한 것을 확인할 수 있다. 또한, 기공율이 10% 및 20%인 경우(시료 1 및 2)에는, 소성 얼룩이 관찰됨과 더불어, 내부 전극 두께가 2.0㎛보다도 커지는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 시료 1 및 2는, 전기 특성 및 기계적 특성이 악화된다고 생각된다. 또한, 기공율이 90%인 경우(시료 9)에는, 벌집형상 세터 자체의 강도가 낮기 때문에, 소성 후의 벌집형상 세터에 깨짐이나 이지러짐이 관찰되었다.

이상의 결과에서, 세라믹 기판의 휨을 억제하면서, 시료의 전기 특성 및 기계적 특성을 양호하게 하기 위해서는, 벌집형상 세터의 기공율은, 30∼85%가 바람직한 것을 확인할 수 있다.

실시예 2

노 내의 저면과, 그린 세라믹 기판의 하방의 주면측의 벌집형상 세터의 사이에 형성된 간극을 표 2에 나타내는 값으로 하고, 벌집형상 세터의 기공율을 70%로 한 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여, 유닛을 형성하고, 탈 바인더, 소성의 각 공정을 행했다. 얻어진 세라믹 기판의 휨량, 소성 얼룩의 유무 및 내부 전극 두께에 대해서, 실시예 1과 동일한 평가를 행했다. 결과를 표 2에 나타낸다.

<표 2>

표 2에서, 간극이 0㎜인 경우(시료 10)에는, 세라믹 기판의 휨이 100㎛보다도 커져 있는 것을 확인할 수 있다. 이는 간극을 형성하지 않으므로, 기판의 상방의 주면측의 벌집형상 세터와, 하방의 주면측의 벌집형상 세터에서, 열의 전도가 균일하지 않으므로, 기판 상방과 하방에서의 소성 수축 거동에 차이가 생겨, 휨이 커졌다고 생각된다. 또한, 소성 얼룩은 모든 시료에서 확인되지 않았지만, 간극을 형성하지 않은 경우(시료 10)에는, 내부 전극 두께가 약간 커지고, 내부 전극의 도중 끊김이 관찰되었다. 이에 따라, 시료의 특성이 악화될 가능성이 있는 것을 알 수 있다.

실시예 3

벌집형상 세터의 기공율을 70%로 하고, 세터의 두께를 조정하여, 그린 세라믹 기판의 상면의 단위 면적당 걸리는 하중을 표 3에 표시하는 값으로 한 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여, 유닛을 형성하고, 탈바인더, 소성의 각 공정을 행했다. 얻어진 세라믹 기판의 휨량, 소성 얼룩의 유무 및 내부 전극 두께에 대해서, 실시예 1과 동일한 평가를 행하고, 이하의 평가를 더 행했다. 결과를 표 3에 나타낸다.

세라믹 기판의 깨짐·이지러짐

소성 후의 세라믹 기판에 대해서, 깨짐·이지러짐의 유무를 시각으로 관찰했다. 깨짐·이지러짐이 없는 것이 바람직하다. 결과를 표 3에 나타낸다.

<표 3>

표 3에서, 하중이 0.2g/㎠인 경우(시료 18)에는, 세라믹 기판의 휨이 100㎛ 보다도 커지는 것을 확인할 수 있다. 또한, 하중이 3.0g/㎠인 경우(시료 25)에는, 하중이 너무 크기 때문에, 소성 후의 세라믹 기판에 깨짐이나 이지러짐이 관찰되어, 휨량을 산출할 수 없었다. 또한, 소성 얼룩 및 내부 전극 두께에 대해서는, 모든 시료가 양호했다.

이상에서, 그린 세라믹 기판의 주면의 단위 면적당 걸리는 하중은, 0.3∼2.5g/㎠가 바람직한 것을 확인할 수 있다.

실시예 4

벌집형상 세터의 기공율을 70%로 하고, 그 휨을 표 4에 나타내는 값으로 한 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여, 유닛을 형성하고, 탈바인더, 소성의 각 공정을 행했다. 얻어진 세라믹 기판의 휨량, 소성 얼룩의 유무, 내부 전극 두께, 및 깨짐·이지러짐에 대해서, 실시예 3과 동일한 평가를 행했다. 결과를 표 4에 나타낸다.

<표 4>

표 4에서, 벌집형상 세터의 휨이 400㎛이상인 경우(시료 32 및 33)에는, 세라믹 기판의 휨이 100㎛보다도 커지는 것을 확인할 수 있다. 이는, 세터의 휨이 커지면, 세터와 그린 세라믹 기판이 접촉하지 않는 부분이 존재하므로, 균일하게 열이 전도되지 않는 것에 추가하여, 하중이 균등하게 걸리지 않기 때문으로 생각된다. 또한, 소성 얼룩 및 내부 전극 두께에 대해서는, 모든 시료가 양호했다.

이상에서, 벌집형상 세터의 휨은, 300㎛ 이하인 것이 바람직한 것을 확인할 수 있다.

실시예 5

세라믹 원료로서, BaTiO₃계의 원료를 이용하여, 소성 후에 전자 부품 소자로서의 적층 세라믹 콘덴서로 되는 그린 칩이 형성된 그린 세라믹 기판을 제작했다. 이 그린 세라믹 기판을 이용하여, 벌집형상 세터의 기공율을 70%로 한 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여, 유닛을 형성하고, 탈바인더, 소성의 각 공정을 행하여, 세라믹 기판을 얻었다. 얻어진 세라믹 기판을 절단하여, 개별의 콘덴서 칩 소자로 하고, 이 소자에 외부 전극을 형성하여, 적층 세라믹 콘덴서를 제조했다.

또한, 그린 세라믹 기판을 절단하여 개별의 그린 칩을 얻은 후에, 탈바인더 및 소성을 행하여 얻어진 적층 세라믹 콘덴서를, 비교예의 시료로 했다.

본 발명의 방법에 의해 제조된 적층 세라믹 콘덴서와, 비교예로서의 적층 세라믹 콘덴서에 대해서, LCR 미터를 이용하여, 교류 1kHz, 전압 1Vrms의 조건에서, 정전 용량 및 유전 손실(tanδ)을 측정했다. 각 시료에 대해, 20개의 샘플을 측정 했다. 결과를 표 5에 나타낸다.

<표 5>

표 5에서, 본 발명의 방법에 의해 제조된 적층 세라믹 콘덴서의 특성은, 비교예의 콘덴서의 특성과 거의 동등했다. 또한, 비교예의 콘덴서를 제조하는 방법은, 본 발명의 방법보다도, 제조 효율이나 핸들링성 등의 점에서 뒤떨어진다.

도 1a는, 본 발명의 일실시 형태에 관한 것으로, 2단자형의 전자 부품 소자가 형성된 세라믹 기판을 나타내는 개략 단면도, 도 1b는 2단자형의 전자 부품 소자가 형성된 세라믹스 기판을 절단하여 개별 부품화한 전자 부품 소자를 나타내는 개략 단면도, 도 1c는, 개별 부품화한 2단자의 전자 부품 소자에 외부 전극을 형성한 상태를 나타내는 개략 단면도,

도 2는, 본 발명의 일실시 형태에 관한 세라믹 기판을 제조하는 방법에 있어서, 그린 세라믹 기판을 형성하는 공정의 일부를 나타내는 개략 단면도,

도 3a는, 본 발명의 일실시 형태에 관한 세라믹 기판을 제조하는 방법에 있어서, 다공질 세라믹 소성체로서의 벌집 구조를 가지는 세라믹 세터의 평면도, 도 3b는, 벌집 구조를 가지는 세라믹 세터의 단면도,

도 4는, 본 발명에 있어서의 휨량을 산출하는 방법을 설명하기 위한 모식도,

도 5는, 본 발명의 일실시 형태에 관한 세라믹 기판을 제조하는 방법에 있어서, 유닛의 단면 모식도,

도 6∼도 8은, 본 발명의 일실시 형태에 관한 세라믹 기판을 제조하는 방법에 있어서, 간극(개방 공간)을 형성하는 방법을 나타내는 단면 모식도,

도 9는, 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 세라믹 기판을 제조하는 방법에 있어서, 유닛을 복수 쌓아올리는 공정을 나타내는 단면 모식도이다.

Claims

적어도 복수의 그린 시트가 적층된 소성 전의 그린 세라믹 기판의 양 주면이, 다공질 세라믹 소성체에 직접 끼워 지지된 유닛을 형성하는 공정과,

상기 유닛을 소성하는 소성 공정을 가지고,

상기 다공질 세라믹 소성체에는, 표리면을 관통하는 관통공이 다수 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 세라믹 기판의 제조 방법.
청구항 1에 있어서,

상기 그린 세라믹 기판의 양 주면이, 상기 다공질 세라믹 소성체에 형성되어 있는 상기 관통공을 통해, 개방 공간과 연통하도록, 상기 유닛이 지지 부재에 지지되어 있는, 세라믹 기판의 제조 방법.
청구항 2에 있어서,

상기 그린 세라믹 기판을 끼워 지지하는 방향에서, 상기 개방 공간의 길이가, 0.5㎜ 이상이 되도록, 상기 유닛이 상기 지지 부재에 지지되어 있는, 세라믹 기판의 제조 방법.
청구항 1 또는 2에 있어서,

상기 다공질 세라믹 소성체의 기공율이 30∼85%인, 세라믹 기판의 제조 방 법.
청구항 1 또는 2에 있어서,

상기 소성 공정의 전에, 상기 유닛을 복수 겹쳐 쌓는 스택 공정을 가지는, 세라믹 기판의 제조 방법.
청구항 1 또는 2에 있어서,

상기 그린 세라믹 기판에는 도체 패턴이 형성되어 있는, 세라믹 기판의 제조 방법.
청구항 1 또는 2에 있어서,

상기 그린 세라믹 기판에는, 소성 후에 전자 부품 소자가 되는 복수의 그린 칩이 형성되어 있는, 세라믹 기판의 제조 방법.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법에 의해 제조된 세라믹 기판을 분할하여, 개별의 부품 소자로 하는 공정을 가지는, 전자 부품의 제조 방법.