KR20110050144A - 다층 세라믹 기판의 소성용 세터 및 이를 이용한 다층 세라믹 기판의 제조방법 - Google Patents

다층 세라믹 기판의 소성용 세터 및 이를 이용한 다층 세라믹 기판의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다층 세라믹 기판의 소성용 세터 및 이를 이용한 다층 세라믹 기판의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 다층 세라믹 기판의 소성용 세터는 미소결 다층 세라믹 기판에 일정 하중을 가하는 가압 세터; 및 상기 가압 세터의 일면에 배치되고, 미소결 다층 세라믹 기판에 적층될 면을 가지며, 상기 가압 세터보다 높은 기공도 및 높은 열전도도를 가지는 완충 세터;를 포함한다.
본 발명에 따른 다층 세라믹 기판의 소성용 세터는 미소결 다층 세라믹 기판에 하중을 가하여 수축을 억제함과 동시에 탈 바인더를 위한 통로가 확보되고, 열전도도가 높아 세라믹 기판의 국부적인 온도 차이 없이 일정한 온도를 유지할 수 있게 한다.

Description

다층 세라믹 기판의 소성용 세터 및 이를 이용한 다층 세라믹 기판의 제조방법{Setter for firing multi-layer ceramic substrate and manufacturing method of multi-layer ceramic substrate using the same}
본 발명은 다층 세라믹 기판의 소성용 세터 및 이를 이용한 다층 세라믹 기판의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 다층 세라믹 기판의 기계적, 열적 변형을 방지할 수 있는 다층 세라믹 기판의 소성용 세터 및 이를 이용한 다층 세라믹 기판의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 유리-세라믹을 이용한 다층 세라믹 기판은 3차원 구조의 층간 회로 구현이 가능하므로, 공동(cavity)의 형성 및 다양한 기능의 소자 내장과 같이 높은 설계 유연성을 가질 수 있다.
이로 인해, 소형화, 고기능화 되는 고주파 부품 시장에서 다층 세라믹 기판의 활용도는 점차 높아지고 있다. 초기의 다층 세라믹 기판은 세라믹 그린시트에 도전성 물질로 회로 패턴 및 비아를 형성하고, 설계에 따라 원하는 두께로 정렬 적 층한 후 소성하여 제조되었다. 이 과정에서 세라믹 기판은 약 35~50% 정도 부피가 수축된다.
다층 세라믹 기판은 유전층 사이에 도전성 물질이 접하고 있어, 이종 재료의 서로 다른 소성 수축 거동에 따라 기판이 비뚤어지거나 층간 박리되는 현상이 발생한다.
이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 세라믹 그린시트 적층체를 강제적으로 구속하여 소성함으로써, 소성 수축 거동의 차이에 따른 기판의 불량을 줄이고 있다. 보다 구체적으로, 세라믹 그린시트 적층체의 상하면에 가용성 구속층을 접합하고, x-y방향 수축을 억제하는 방법과 소성할때 기판에 큰 하중을 주어 수축을 억제하는 방법을 이용하고 있다.
세라믹 그린시트 적층체의 상하면에 가요성 구속층을 접합하여 소성하는 경우에는 구속층의 두께가 적층체의 두께에 비하여 많이 두껍지 않다면 소성할 때 기판에 왜곡이 발생하고, 구속층의 두께가 적층체에 비하여 많이 두꺼우면 세라믹 그린 시트 적층체로부터 발생되는 유기물 및 휘발 물질 등의 제거가 어려워진다.
또한, 소성할 때 기판에 큰 하중을 주어 수축을 억제하는 경우에는 가압만으로 x-y방향 수축이 충분히 억제되지 않아 상당히 높은 압력을 가하게 되고, 이에 따라 세라믹 그린시트 적층체에 파손이 생기고, 유기물 및 휘발 물질 등의 제거를 위한 통로가 부족하여 소성 특성이 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 다층 세라믹 기판의 기계적, 열적 변형을 방지할 수 있는 다층 세라믹 기판의 소성용 세터 및 이를 이용한 다층 세라믹 기판의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일 실시형태는 미소결 다층 세라믹 기판에 일정 하중을 가하는 가압 세터; 및 상기 가압 세터의 일면에 배치되고, 미소결 다층 세라믹 기판에 적층될 면을 가지며, 상기 가압 세터보다 높은 기공도 및 높은 열전도도를 가지는 완충 세터;를 포함하는 다층 세라믹 기판의 소성용 세터를 제공한다.
상기 완충 세터는 활성탄, 카본 열선, 질화알루미늄(AlN), 질화붕소(BN) 및 실리콘 카바이드(SiC)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어질 수 있다.
상기 완충 세터는 기공도가 80%이상일 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태는 복수의 저온 소성용 세라믹 그린시트가 적층된 미소결 다층 세라믹 기판을 마련하는 단계; 상기 미소결 다층 세라믹 기판에 일정 하중을 가하는 가압 세터, 및 상기 가압 세터의 일면에 배치되고, 미소결 다층 세라믹 기판에 적층될 면을 가지며, 상기 가압 세터보다 높은 비표면적 및 높은 열전 도도를 가지는 완충 세터를 포함하는 다층 세라믹 기판의 소성용 세터를 마련하는 단계; 상기 미소결 다층 세라믹 기판의 상면 및 하면 중 적어도 일면에 상기 세라믹 기판의 소성용 세터를 배치하는 단계; 및 상기 미소결 다층 세라믹 기판을 소성하는 단계; 를 포함하는 다층 세라믹 기판의 제조방법을 제공한다.
상기 완충 세터는 활성탄, 카본 열선, 질화알루미늄(AlN), 질화붕소(BN) 및 실리콘 카바이드(SiC)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어질 수 있다.
상기 완충 세터는 기공도가 80%이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 다층 세라믹 기판의 소성용 세터는 미소결 다층 세라믹 기판에 하중을 가하여 수축을 억제함과 동시에 탈 바인더를 위한 통로가 확보되고, 열전도도가 높아 세라믹 기판의 국부적인 온도 차이 없이 일정한 온도를 유지할 수 있게 한다. 이에 따라 본 실시형태에 따른 다층 세라믹 기판의 소성용 세터를 이용하는 경우, 다층 세라믹 기판의 기계적, 열적 변형을 방지하여 다층 세라믹 기판의 불량을 방지할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다. 다만, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 다층 세라믹 기판의 소성용 세터(10)를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시형태에 따른 다층 세라믹 기판의 소성용 세터(10)는 가압 세터(12) 및 완충 세터(11)를 포함한다.
상기 가압 세터(12)는 미소결 다층 세라믹에 일정 하중을 가하는 것으로, 다층 세라믹 기판의 소성 중에 미소결 다층 세라믹 기판에 하중을 가하여 수축을 억제한다.
상기 가압 세터(12)는 미소결 다층 세라믹 기판에 일정 하중을 가할 수 있는 것으면, 특별히 제한되지 않으며, 알루미나, 실리콘 카바이드(SiC) 등을 이용하여 일정 중량을 갖도록 제조된 것을 사용할 수 있다.
상기 완충 세터(11)는 상기 가압 세터(12)의 일면에 배치되며, 미소결 다층 세라믹 기판에 적층될 면(11a)을 갖는다.
상기 완충 세터(11)는 상기 가압 세터(12)보다 높은 기공도 및 높은 열전도도를 가지는 것으로, 높은 기공도를 가져 미소결 세라믹 기판의 소성 과정에서 탈바인더를 위한 통로를 확보하고, 높은 열전도도를 가져 미소결 세라믹 기판의 소성과정에서, 세라믹 기판의 국부적인 온도 차이 없이 일정한 온도를 유지할 수 있게 한다.
상기 완충 세터(11)는 이에 제한되는 것은 아니며, 예를 들면 활성탄, 카본 열선, 질화알루미늄(AlN), 질화붕소(BN), 실리콘 카바이드(SiC) 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다.
특히, 활성탄 및 카본 열선은 내열성, 내구성이 우수하고, 비표면적 및 열전도도가 높으며, 경량이고 윤활성이 높아 완충 세터에 보다 적합하다. 또한, 카본 열선은 열 팽창계수가 낮고, 고온에서 환원성이 강하여 소성시 쉽게 열 산화가 발생하지 않아 다층 세라믹 기판의 소성시 결정화를 원활하게 할 수 있다.
상기 완충 세터(11)는 활성탄, 카본 열선, 질화알루미늄(AlN), 질화붕소(BN), 실리콘 카바이드(SiC) 또는 이들의 혼합물을 상기 가압 세터(12)의 일면에 직접 삽입하거나, 시트(sheet) 형태로 제조되어 배치될 수 있다.
즉, 활성탄, 카본 열선, 질화알루미늄(AlN), 질화붕소(BN), 실리콘 카바이드(SiC) 또는 이들의 혼합물을 일정한 바인더 및 용매와 혼합하여 시트를 제작하고, 상기 바인더와 용매가 증발되는 온도까지 올려 제거한 후 가압 세터의 일면에 배치할 수 있다. 이때, 상기 완충 세터(11)를 이루는 물질(활성탄, 카본 열선, 질화알루미늄(AlN), 질화붕소(BN), 실리콘 카바이드(SiC) 또는 이들의 혼합물)의 함 량, 크기 등을 조절하여 기공도를 조절할 수 있을 것이다.
이에 제한되는 것은 아니나, 상기 완충 세터(11)의 기공도는 80%이상일 수 있다. 가압 세터(12)는 미소결 다층 세라믹 기판에 일정 하중을 가하기 위하여 기공도가 낮게 설계되는 것이 바람직하고, 완충 세터(11)는 탈바인더를 위한 통로를 확보하기 위하여 기공도가 높게 설계되는 것이 바람직하다.
상기 가압 세터(12) 및 완충 세터(11) 각각의 두께는 특별히 제한되지 않으며, 소성 대상물인 미소결 다층 세라믹 기판의 조건(두께, 수축율, 유기 바인더의 함량 등)에 따라 적절히 변경하여 설계될 수 있다.
미소결 다층 세라믹 기판에 일정 하중을 가하여 소성하는 경우, 소성 시간이 길어지고, 소성시 열전도도가 저하되어 소성 후에 다층 세라믹 기판이 변형되거나 소성밀도가 저하되고, 하중으로 인하여 기판이 깨질 수 있다.
또한, 미소결 다층 세라믹 기판에 일정 하중을 가하여 소성하는 경우, 다층 세라믹 그린시트에 포함된 다량의 바인더, 용매, 가스 등의 제거 통로가 적어 기판의 변색되고, 소성 시간이 길어지는 문제가 있다.
본 실시형태에 따른 다층 세라믹 기판의 소성용 세터는 가압 세터와 완충 세터를 포함하는 것으로, 미소결 다층 세라믹 기판에 하중을 가하여 수축을 억제함과 동시에 탈 바인더를 위한 통로가 확보되고, 열전도도가 높아 세라믹 기판의 국부적인 온도 차이 없이 일정한 온도를 유지할 수 있게 한다. 이에 따라 본 실시형태에 따른 다층 세라믹 기판의 소성용 세터를 이용하는 경우, 다층 세라믹 기판의 기계적, 열적 변형을 방지하여 다층 세라믹 기판의 불량을 방지할 수 있다.
다음으로, 본 실시형태에 따른 다층 세라믹 기판의 소성용 세터를 이용한 다층 세라믹 기판의 제조방법을 설명한다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시형태에 따른 다층 세라믹 기판의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이다.
우선, 도 2a에 도시된 바와 같이, 복수의 저온 소성용 세라믹 그린시트(21a, 21b, 21c, 21d, 21e)가 적층된 미소결 다층 세라믹 기판(20')을 마련한다.
상기 세라믹 그린시트(21a 내지 21e)는 저온 소성이 가능한 유리-세라믹 분말과 유기 바인더와 같은 유기물을 포함하여 적절한 공지공정을 통해 제조될 수 있다.
상기 각 세라믹 그린시트(21a 내지 21e)에는 층간회로구성에 필요한 도전패턴(22')과 도전성 비아전극(23')이 형성되고, 복수의 세라믹 그린시트(21a 내지 21e)를 적층하여 도 2a와 같은 미소결 다층 세라믹 기판(20')을 마련할 수 있다.
다음으로, 미소결 다층 세라믹 기판에 일정 하중을 가하는 가압 세터(12) 및 탈 바인더를 위한 통로 및 온도 구배를 해소할 수 있는 완충 세터(11)를 포함하는 다층 세라믹 기판의 소성용 세터를 마련한다. 상기 가압 세터(12) 및 완충 세터(11)의 구체적인 특징은 상술한 바와 같다.
상기 다층 세라믹 기판의 소성용 세터의 마련 단계는 미소결 다층 세라믹 기판(20')의 전 또는 후 일 수 있다.
다음으로, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 미소결 다층 세라믹 기판(20)의 상면 및 하면에 상기 다층 세라믹 기판의 소성용 세터(10)를 배치한다.
일반적으로, 다층 세라믹 기판의 소성용 세터(10)는 다층 세라믹 기판(20)의 상면 및 하면 중 적어도 일 면에 제공될 수 있으나, 본 실시형태와 같이 양면에 배치하는 것이 바람직하다.
상기 완충 세터(11)의 일면이 미소결 다층 세라믹 기판(20)의 상면 및 하면에 적층되고, 완충 세터(11)의 타면에는 가압 세터(12)가 적층된다.
다음으로, 상기 다층 세라믹 기판의 소성용 세터(10)가 배치된 상태에서 상기 미소결 다층 세라믹 기판(20)을 소성한다. 소성이 완료되면, 도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 다층 세라믹 기판의 소성용 세터(10)를 제거하여 다층 세라믹 기판(20)을 얻는다.
소성 과정에서, 가압 세터(12)에 의하여 미소결 다층 세라믹 기판에 하중이 가해져 수축이 억제된다. 이에 따라 기판의 휨 변형이 발생하지 않아 이후 기판의 표면 연마 공정이 용이해질 수 있다.
또한, 완충 세터(11)에 의하여 탈바인더를 위한 통로가 확보되어 세라믹 그린시트의 유기물 등의 배출이 빨라져서 소성 시간이 단축되고, 소성 후 기판의 변색 문제를 방지 할 수 있다. 또한, 완충 세터(11)에 의하여 열전달 경로가 확보되어 세라믹 기판의 국부적인 온도 차이 없이 소성을 진행할 수 있어 세라믹 기판의 소성 밀도가 증가된다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이며, 이 또한 첨부된 청구범위에 기재된 기술적 사상에 속한다 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 다층 세라믹 기판의 소성용 세터를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시형태에 따른 다층 세라믹 기판의 제조방법을 설명하기 위한 공정별 단면도이다.
<도면의 주요 부분의 부호의 설명>
10: 다층 세라믹 기판의 소성용 세터 11: 완충 세터
12: 가압 세터 20: 다층 세라믹 기판

Claims (6)

  1. 미소결 다층 세라믹 기판에 일정 하중을 가하는 가압 세터; 및
    상기 가압 세터의 일면에 배치되고, 미소결 다층 세라믹 기판에 적층될 면을 가지며, 상기 가압 세터보다 높은 기공도 및 높은 열전도도를 가지는 완충 세터;
    를 포함하는 다층 세라믹 기판의 소성용 세터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 완충 세터는 활성탄, 카본 열선, 질화알루미늄(AlN), 질화붕소(BN) 및 실리콘 카바이드(SiC)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 소성용 세터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 완충 세터는 기공도가 80%이상인 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 소성용 세터.
  4. 복수의 저온 소성용 세라믹 그린시트가 적층된 미소결 다층 세라믹 기판을 마련하는 단계;
    상기 미소결 다층 세라믹 기판에 일정 하중을 가하는 가압 세터, 및 상기 가압 세터의 일면에 배치되고, 미소결 다층 세라믹 기판에 적층될 면을 가지며, 상기 가압 세터보다 높은 비표면적 및 높은 열전도도를 가지는 완충 세터를 포함하는 다층 세라믹 기판의 소성용 세터를 마련하는 단계;
    상기 미소결 다층 세라믹 기판의 상면 및 하면 중 적어도 일면에 상기 세라믹 기판의 소성용 세터를 배치하는 단계; 및
    상기 미소결 다층 세라믹 기판을 소성하는 단계;
    를 포함하는 다층 세라믹 기판의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서
    상기 완충 세터는 활성탄, 카본 열선, 질화알루미늄(AlN), 질화붕소(BN) 및 실리콘 카바이드(SiC)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 완충 세터는 기공도가 80%이상인 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조방법.
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