KR20110075762A - Sintering metho of low teperature co-fired ceramics - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for sintering low temperature co-fired ceramics(LTCC) is provided to prevent the sintering-shrinkage of the ceramics to the x-y axial direction by arranging restricting layers on the upper and/or the lower side of an LTCC layer. CONSTITUTION: A method for sintering an LTCC includes the following: An LTCC layer(2) and one or more restricting layers(3, 4) which form a stacked body. The restricting layers are based on alumina, zirconia, or a mixture of the same and are arranged on the upper side and/or the lower side of the LTCC layer. One or more rods are arranged on the upper side of the stacked body, and the stacked body with the rods is sintered at a temperature between 830 and 900 degrees Celsius for 20-40 minutes. The sintering temperature of the restricting layers is higher than that of the LTCC layer. The restricting layers and the rods are eliminated after the sintering process.

Description

저온동시소성세라믹스의 소성방법 {SINTERING METHO OF LOW TEPERATURE CO-FIRED CERAMICS}Firing method of low temperature simultaneous firing ceramics {SINTERING METHO OF LOW TEPERATURE CO-FIRED CERAMICS}

본 발명은 저온동시소성세라믹스의 소성방법에 관한 것으로, 특히 상기 세라믹스의 x-y축 방향의 소결수축이 거의 발생하지 않는 저온동시소성세라믹스의 소성방법에 관한 것이다.The present invention relates to a firing method for low temperature co-fired ceramics, and more particularly to a firing method for low temperature co-fired ceramics in which sintering shrinkage in the x-y axis direction of the ceramic hardly occurs.

최근, 고주파 소자의 적층화를 구현하기 위하여 유전체 세라믹스의 그린시트(green sheet)에 도체의 패턴을 인쇄하여 적층한 후 이를 소결하는 기술 등이 개발되고 있다. 이로써 인덕터, 캐패시터, 저항 등을 하나의 모듈 내에 별도의 리드선 없이 구현할 수 있으므로, 패키지의 부피를 현저히 줄일 수 있게 된다. Recently, in order to implement a high frequency device, a technique of sintering and printing a conductor pattern on a green sheet of dielectric ceramics and stacking them has been developed. This enables inductors, capacitors, and resistors to be implemented without a separate lead in one module, thereby significantly reducing the volume of the package.

특히, 이의 일환으로 전자세라믹스 부품은 모듈화 공정을 통하여 집적도를 높이고 있으며, 이를 위해 내부 도체와의 동시소결이 가능하여 이러한 후막적층 공정을 가능하게 하는 저온동시소성 세라믹스(Low Temperature Co-Fired Ceramics: LTCC)의 개발과, 이를 이용한 공정의 개발 및 이에 따른 집적도 향상과 모듈의 통합화에 대한 연구가 진행되고 있다. 이러한 부품 집적도를 높이기 위한 방법으로는 후막 적층수의 증가를 통한 보다 많은 수동소자를 하나로 내장하여 모듈화하는 수 동형 회로기술(passive integration)이 제안되고 있다.Particularly, as part of this, the electronic ceramic parts are increasing the degree of integration through the modularization process, and for this purpose, low temperature co-fired ceramics (LTCC), which enables simultaneous thickening with internal conductors, enables such a thick film lamination process. ), The development of the process using the same, and the improvement of the integration and the integration of the module is in progress. As a method for increasing the integration of parts, a passive integration technology has been proposed to integrate more passive elements into one module by increasing the number of thick films.

그러나, 이 경우 LTCC 기판에 있어서 기판 에지(edge) 부분을 포함한 기판 전체의 균일한 수축율(curvature)의 제어가 중대한 변수로 된다. 예를 들어, LTCC 기판이 RF(Radio Frequency) 부품으로 적용되는 경우에는 그 두께가 박층화 및 소형화되므로, 소성시 x-y축 방향의 수축이 비교적 없이 균일한 기판의 구현이 가능하다. 그러나, LTCC 기판을 반도체분야로 적용되는 경우에는 기판두께가 두꺼워지면서 대면적의 기판으로 제조되므로, 소성 수축의 과정에서 약 13~17%의 선수축이 발생하여 기판표면에 인쇄되는 복잡한 내부회로의 단선 등 여러 불량이 발생하고, 결국 생산공정에서 적용가능한 작업규모의 확대가 어렵고 생산단가를 낮출 수 없다는 문제가 발생한다. In this case, however, the control of uniform curvature of the entire substrate including the substrate edge portion of the LTCC substrate is a significant variable. For example, when the LTCC substrate is applied as an RF (Radio Frequency) component, the thickness thereof is reduced in thickness and size, so that a uniform substrate can be realized without relatively shrinking in the x-y axis direction during firing. However, when the LTCC substrate is applied to the semiconductor field, since the substrate is thick and manufactured as a large-area substrate, about 13 to 17% of bow axis is generated in the process of plastic shrinkage. Various defects such as disconnection occur, and thus, it is difficult to expand the scale of work applicable in the production process and lower the production cost.

현재, 전자세라믹스 부품의 모듈 및 시스템의 제조공정에서 층간 정밀도를 확보하고 전기적 특성을 만족시키는 다른 대안이 제시되지 않고 있는 실정에서, LTCC 소재를 균일하게 수축시키는 방법이나 소성공정에서 두께방향으로만 수축시키는 소위 무수축공정에 대한 연구가 필수적으로 요구되고 있다. 특히, LTCC 소재의 적용이 반도체 측정용 기판 등으로까지 확대되면서 기판의 두께가 더욱 두꺼워지고 대면적화되고 있어, 무수축공정의 개발이 더더욱 요구되고 있다.Currently, in the manufacturing process of modules and systems for electronic ceramic components, other alternatives for securing interlayer accuracy and satisfying electrical characteristics have not been proposed. Research into so-called non-shrink processes is essential. In particular, as the application of LTCC materials has been expanded to semiconductor measuring substrates and the like, the thickness of the substrates has become thicker and larger, and thus, development of a shrinkage process is further required.

이에, 본 발명은 저온동시소성세라믹스(LTCC) 소재의 소성공정에 있어서 수축의 발생을 효율적으로 방지할 수 있는 LTCC의 소성방법을 제공하기 위한 것이다.Accordingly, the present invention is to provide a firing method of LTCC that can effectively prevent the occurrence of shrinkage in the firing process of low-temperature co-fired ceramic (LTCC) material.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 의한 저온동시소성세라믹스(LTCC)의 소성방법은 상기 LTCC 층과, 이 LTCC 층의 상면 및 배면 중의 하나 이상에 이와 면접촉하도록 배치되고 상기 LTCC보다 더 높은 소성온도를 갖는 구속층을 하나 이상 포함하는 적층체를 구성하고, 이 적층체의 상부에 소정 하중을 갖는 하나 이상의 로드를 배치하여 함께 소성한 후, 상기 구속층 및 로드를 제거하는 것을 포함할 수 있다. 이때, 상기 LTCC 층은 적어도 하나 이상의 적층된 LTCC 시트로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 구속층은 알루미나, 지르코니아 또는 이들의 혼합물 조성으로 될 수 있고, 이는 상기 조성의 분말을 시트상으로 성형한 것으로 될 수 있다. 또한, 상기 로드는 스테인레스 플레이트로 될 수 있다. 또한, 상기 적층체와 상기 로드의 사이 및 상기 적층체의 배면 중의 하나 이상에 이와 면접촉하도록 세터가 배치되어 상호 점착을 방지할 수 있다. 또한, 상기 소성온도는 830~900℃로 될 수 있고, 상기 소성시간은 20~40분으로 될 수 있다. 또한, 상기 하중은 100~800g/㎠으로 될 수 있다. 또한, 상기 LTCC 층의 상기 소성 후 두께는 1㎜ 이상 5㎜ 미만으로 될 수 있다. 또한, 상기 구속층의 두께는 30~500㎛로 될 수 있다. 또한, 상기 소성시 상기 LTCC 층 내의 글라스 성분은 상기 LTCC 층과의 계면을 이루 는 상기 구속층에 0㎛보다 크고 30㎛ 이하의 두께로 함침하도록 함이 바람직하다.According to an aspect of the present invention, a method for firing low temperature co-fired ceramics (LTCC) according to an aspect of the present invention is disposed so as to be in surface contact with the LTCC layer and at least one of an upper surface and a rear surface of the LTCC layer. Constructing a laminate comprising one or more restraint layers having a higher firing temperature, placing one or more rods with a predetermined load on top of the laminate and firing them together, followed by removal of the restraint layer and rods can do. In this case, the LTCC layer may be formed of at least one laminated LTCC sheet. In addition, the restraint layer may be made of alumina, zirconia or a mixture thereof, which may be formed by molding the powder of the composition into a sheet. The rod may also be a stainless plate. In addition, a setter may be disposed between the laminate and the rod, and at least one of the rear surface of the laminate so as to be in surface contact therewith, thereby preventing mutual adhesion. In addition, the firing temperature may be 830 ~ 900 ℃, the firing time may be 20 ~ 40 minutes. In addition, the load may be 100 ~ 800g / ㎠. In addition, the thickness after the firing of the LTCC layer may be 1 mm or more and less than 5 mm. In addition, the thickness of the constraint layer may be 30 ~ 500㎛. In addition, during the firing, the glass component in the LTCC layer may be impregnated in the constraint layer forming an interface with the LTCC layer to a thickness of greater than 0 μm and less than 30 μm.

상술한 바와 같이 본 발명의 저온동시소성세라믹스(LTCC)의 소성방법에 의하면, x-y 방향으로 LTCC의 소결수축이 거의 발생하지 않으며, 이로써 더욱 두께가 커지고 대면적화된 정밀한 LTCC의 제조가 가능하다.As described above, according to the firing method of the low-temperature co-fired ceramics (LTCC) of the present invention, the sintering shrinkage of the LTCC hardly occurs in the x-y direction, and thus, it is possible to manufacture an accurate LTCC having a larger thickness and a larger area.

먼저, 본 발명에 있어서 사용되는 용어인 저온동시소성 세라믹스(Low Temperature Co-Fired Ceramics: LTCC)는 대략 950~1000℃ 이하의 저온에서 소성가능한, 해당 분야에서 공지된 모든 조성의 LTCC를 포함하며, 어느 특정한 LTCC의 조성에 한정되지 아니한다. First, Low Temperature Co-Fired Ceramics (LTCC), which is a term used in the present invention, includes LTCC of any composition known in the art, capable of firing at a low temperature of about 950 to 1000 ° C. or less, It is not limited to the composition of any particular LTCC.

본 발명에 있어서, 본 발명자들은 LTCC 기판(또는 시편)의 소성시 발생하는 응력분포에 주목하였다. 즉, 도 1a 및 1b는 LTCC 시편의 상부 및 하부를 일정한 힘으로 고정 및 지지하고 시편 중앙부만 수축할 때 발생하는 응력분포도 및 사진이다. 도 1a 및 1b를 참조하면, 소성시 발생하는 응력은 시편 상하부의 에지(edge) 부분에 집중되는 것이 관찰되며, 이로써 이러한 시편의 상하부 계면과 중앙부 계면 간의 인장력 차이로 인하여 수축(curvature)이 발생하는 것으로 분석되었다.In the present invention, the inventors pay attention to the stress distribution generated during firing of the LTCC substrate (or specimen). 1A and 1B are stress distribution diagrams and photographs generated when the upper and lower portions of the LTCC specimens are fixed and supported with a constant force and only the central portion of the specimen is contracted. 1A and 1B, it is observed that the stress generated during firing is concentrated at the edges of the upper and lower portions of the specimen, whereby a curvature occurs due to the difference in tensile force between the upper and lower interfaces and the central interface of the specimen. It was analyzed.

이에 따라, 본 발명자들은 LTCC 기판에 일정한 중력을 인가하는 로드(load)를 LTCC 기판 상면에 배치하여 소성함으로써 상술한 시편의 상하부 계면과 중앙부 계면 간의 인장력 차이를 보상하고, 이로써 수축을 크게 감소시킬 수 있다는 것을 알아냈다. 즉, 도 1c는 LTCC 시편의 상부 및 하부를 일정한 힘으로 고정 및 지지하 고 그 상면에 적절한 하중의 로드를 배치하여 소성할 경우 발생하는 응력분포도 및 사진이다. 도 1c를 참조하면, 도 1a 및 1b와는 달리 균일한 응력과 인장력이 발생하여 수축이 거의 없어졌음을 알 수 있다. Accordingly, the present inventors can compensate for the difference in tensile force between the upper and lower interfaces and the center interface of the specimen by firing by placing a load applying a constant gravity to the LTCC substrate on the upper surface of the LTCC substrate, thereby greatly reducing shrinkage. I found out. That is, FIG. 1C is a stress distribution diagram and a photograph generated when the upper and lower portions of the LTCC specimen are fixed and supported by a constant force, and a rod having an appropriate load is disposed on the upper surface thereof and fired. Referring to FIG. 1C, unlike FIGS. 1A and 1B, it can be seen that uniform stress and tensile force are generated to almost eliminate shrinkage.

뿐만 아니라, 본 발명에 의하면, LTCC 기판의 상면 및/또는 배면에 LTCC보다 소성온도(sintering temperature)가 더 높은 소재의 구속층(들)을 배치한 구조로 소성하여 소성시 발생하는 LTCC의 글라스 성분이 상기 지지층(들)에 함침되도록 함으로써, 상기 수축율을 더욱 감소시킬 수 있다. In addition, according to the present invention, the glass component of the LTCC generated during firing by firing in a structure in which the restraining layer (s) of a material having a higher firing temperature than the LTCC is disposed on the top and / or bottom of the LTCC substrate By allowing the support layer (s) to be impregnated, the shrinkage rate can be further reduced.

도 2는 본 발명에 의한 무수축 제조방법으로서 LTCC층의 상면 및 배면에 각각 지지층을 배치하고 그 상면에 로드를 배치한 개략 적층구조도이다.2 is a schematic laminated structure diagram in which a support layer is disposed on an upper surface and a rear surface of an LTCC layer and a rod is disposed on an upper surface of the non-shrinkable manufacturing method according to the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 LTCC 무수축 제조방법은 LTCC 시트(2)의 상면 및/또는 배면에 LTCC보다 소성온도가 더 높은 소재의 구속층(들)(3, 4)을 배치하고, LTCC 시트(2)의 상면 상에는 소정 하중의 로드(5)를 배치한 적층구조(1)로서 소성된다. 이때, 상기 LTCC보다 소성온도가 더 높은 소재로는 알루미나 또는 지르코니아 및 이의 혼합물을 포함한 해당 분야에서 공지된 모든 조성물로 될 수 있다. 또한, 구속층(들)(3, 4)은 각각 하나 이상의 개수로 적층될 수도 있고, 소성 도중 LTCC(2)와 구속층(3, 4) 간의 계면에서 발생하는 글라스 성분이 구속층들(3, 4)로 함침되어 이 층들 내부의 기공을 채우는 방식으로 치밀화되며, 이러한 구속층들(3, 4)과 로드(5)는 소성 후 LTCC 기판(2)으로부터 분리하여 제거된다. 이러한 구속층들(3, 4)은 분말을 시트(sheet) 형태로 가공하여 사용함이 바람직하며, 예를 들어 알루미나 또는 지르코니아 분말이나 이의 혼합분말을 시트상으로 가공하여 사 용할 수 있다. 또한, 도 3a~3d는 본 발명에 의한 LTCC 무수축 제조공정에 있어서 다만 로드(5)가 제외된 도 3의 적층구조로 소성시 알루미나 구속층들(3, 4)의 두께에 따른 LTCC 기판(2)의 수축변화를 나타내는 전자현미경 사진이다. 즉, 알루미나 구속층들(3, 4)의 두께는 각각 30㎛(도 3a), 100㎛(도 3b), 250㎛(도 3c) 및 500㎛(도 3d)였으며, 그 두께가 증가할수록 수축정도가 감소하여 수축형상이 일직선형상으로 근접해감을 알 수 있다. 구속층들(3, 4)이 x-y축 방향으로의 기판(2)의 수축을 효과적으로 억제하기 위해서는 일정값 이상의 두께로 설정될 수 있다.Referring to FIG. 2, in the LTCC non-shrinkage manufacturing method according to the present invention, the restraining layer (s) 3 and 4 of the material having a higher firing temperature than the LTCC are disposed on the upper and / or rear surfaces of the LTCC sheet 2. On the upper surface of the LTCC sheet 2, it is baked as a laminated structure 1 in which the rod 5 of predetermined load is arrange | positioned. At this time, the material having a higher firing temperature than the LTCC may be any composition known in the art including alumina or zirconia and mixtures thereof. In addition, the constraint layer (s) 3 and 4 may each be stacked in one or more numbers, and the glass component generated at the interface between the LTCC 2 and the constraint layers 3 and 4 during firing may contain the constraint layers 3. 4) and densified in such a way as to fill the pores inside these layers, and these restraining layers 3 and 4 and the rod 5 are removed from the LTCC substrate 2 after firing. The restraining layers 3 and 4 are preferably used by processing the powder in the form of a sheet, for example, alumina or zirconia powder or a mixed powder thereof may be processed into a sheet. 3A to 3D illustrate the LTCC substrate according to the thickness of the alumina constraining layers 3 and 4 during firing in the laminated structure of FIG. 3 except the rod 5 in the LTCC non-shrinkage manufacturing process according to the present invention. Electron micrograph showing shrinkage change of 2). That is, the thicknesses of the alumina constraining layers 3 and 4 were 30 μm (FIG. 3A), 100 μm (FIG. 3B), 250 μm (FIG. 3C) and 500 μm (FIG. 3D), respectively, and the shrinkage was increased as the thickness thereof increased. As the degree decreases, the shrinkage can be seen to come in a straight line. The restraint layers 3 and 4 may be set to a thickness greater than or equal to a predetermined value in order to effectively suppress the contraction of the substrate 2 in the x-y axis direction.

또한, 상기 적층구조(1)의 소성은 830~900℃의 저온소성온도 범위로 되며 소성시간은 20~40분으로 함으로써 소성 도중 LTCC 시트(2) 상하부의 알루미나 혹은 지르코니아 구속층들(3, 4)이 LTCC 기판(2)의 x-y축 방향으로 수축되는 것을 방지함이 바람직하다. In addition, the firing of the laminated structure (1) is in the low temperature baking temperature range of 830 ~ 900 ℃ and the firing time is 20 to 40 minutes by alumina or zirconia restraint layers (3, 4) of the upper and lower LTCC sheet 2 during the firing ) Is preferably prevented from shrinking in the xy-axis direction of the LTCC substrate 2.

또한, 로드(5)의 재질은 상기 저온소성온도에 견딜 수 있는 한 특정 물질에 제한되지 아니하고 해당 분야에서 공지된 모든 물질로 될 수 있고, 예를 들어 스테인레스(stainless) 재질이 사용가능하다.In addition, the material of the rod 5 is not limited to a specific material as long as it can withstand the low temperature baking temperature, and may be any material known in the art, for example, a stainless material may be used.

또한, 상기 알루미나 혹은 지르코니아 구속층들(3, 4)의 상면 및/또는 배면에는 다공성 세라믹기판(6)을 세터(setter)로서 사용함이 바람직하다. 예를 들어, LTCC 기판(2)의 상면에 배치된 구속층(3)과 로드(5) 간에는 이러한 다공성 세라믹기판을 배치 적층함으로써 소성후 서로 점착되지 않도록 할 수 있다.In addition, it is preferable to use the porous ceramic substrate 6 as a setter on the upper and / or rear surfaces of the alumina or zirconia confining layers 3 and 4. For example, the porous ceramic substrate may be disposed between the restraining layer 3 and the rod 5 disposed on the upper surface of the LTCC substrate 2 so as not to stick to each other after firing.

또한, 도 4는 도 3의 적층구조로 소성시 알루미나 구속층(3)과 LTCC 시트(2) 간 계면에 LTCC 글라스 일부가 알루미나 구속층(3)으로 함침됨을 나타내는 전자현 미경 사진이다. 이때, 상기 함침두께는 30㎛ 정도 이내로 됨이 바람직하다.4 is an electron micrograph showing that a part of the LTCC glass is impregnated with the alumina restraint layer 3 at the interface between the alumina restraint layer 3 and the LTCC sheet 2 during firing with the lamination structure of FIG. 3. At this time, the impregnation thickness is preferably within about 30㎛.

또한, 도 5는 본 발명에 의한 LTCC 무수축 제조공정에 있어서 다만 로드(5)가 제외된 도 3의 적층구조로 소성시 각 소성온도별 수축을 나타내는 고온현미경 사진이다. 도 4를 참조하면, LTCC 기판(2) 내 함유된 바인더의 번아웃(burn-out)이 발생하는 500℃까지는 기판(2)은 별다른 수축거동을 하지 않으나, 기판(2)이 급격하게 수축하는 750℃를 지나 800℃에서는 z축으로의 수축 및 기판(2) 에지 상하부와 중앙부에서 수축율 차이가 발생하여 수축이 생기기 시작하며, 900℃에서는 상기 z축 수축이 증가하고 알루미나 구속층(3)과 기판(2) 간 계면에 있어서 수축이 최대로 된다.In addition, Figure 5 is a high-temperature micrograph showing the shrinkage at each firing temperature during firing in the laminated structure of Figure 3 except the rod 5 in the LTCC non-shrinkage manufacturing process according to the present invention. Referring to FIG. 4, the substrate 2 does not undergo any shrinkage behavior up to 500 ° C. at which burnout of the binder contained in the LTCC substrate 2 occurs, but the substrate 2 rapidly contracts. After 750 ° C, at 800 ° C, the shrinkage to the z-axis and the shrinkage difference between the upper and lower edges and the center of the edge of the substrate 2 occur, and the shrinkage begins to occur. At 900 ° C, the z-axis shrinkage increases and Shrinkage is maximized at the interface between the substrates 2.

그리고, 도 6a~6c는 본 발명에 의한 LTCC 무수축 제조공정에 있어서 도 5와는 달리 로드(5)까지 배치된 도 3의 적층구조로 소성시 로드(5)의 여러 하중값(100~1000g/㎠)에 따른 수축변화를 나타낸다.6A to 6C illustrate various load values of the rod 5 during firing in the laminated structure of FIG. 3 arranged up to the rod 5 in the LTCC non-shrinkage manufacturing process according to the present invention. Cm 2) shows shrinkage change.

도 6a를 참조하면, 로드의 하중이 100g/㎠일 때 그래프의 기울기는 2.09인데 반해, 그 하중이 증가할수록 기울기는 감소하여 하중이 700g/㎠일 때 0.61로 되어 거의 0에 근접하였다. 또한, 하중이 1000g/㎠일 때 기울기는 오히려 -0.37로 되어 기판(2)이 변형됨을 나타내었다. 기판(2) 두께가 1.0㎜ 이상일 경우에는 로드(5)의 하중에 따라 x-y축 방향의 수축율이 영향을 받았으나, 1.0㎜ 미만일 경우 상기 하중에 의해 영향을 받지 않았다.Referring to FIG. 6A, the slope of the graph is 2.09 when the load of the load is 100g / cm 2, while the slope decreases as the load increases, and becomes 0.61 when the load is 700g / cm 2, and is almost zero. Also, when the load was 1000 g / cm 2, the slope was -0.37, indicating that the substrate 2 was deformed. When the thickness of the board | substrate 2 was 1.0 mm or more, the shrinkage rate of the x-y-axis direction was influenced by the load of the rod 5, but when it was less than 1.0 mm, it was not affected by the said load.

또한, 도 6b를 참조하면, 에지 수축을 반원으로 표현할 때 로드(5)의 하중에 따른 그 반지름의 변화로서 수축정도를 나타내며, 이 값이 증가할수록 수축형상이 일직선 형상에 근접해간다는 것을 의미한다. 이를 보면, 로드(5)의 하중이 증가함에 따라 800g/㎠을 최대정점으로 수축이 감소함을 알 수 있으며, 하중이 800g/㎠을 초과할 경우(도 6b의 점선부분 및 이의 우측 전자현미경사진 참조)에는 오히려 수축이 심해져 기판(2)의 변형이 일어남을 알 수 있다.In addition, referring to FIG. 6B, when the edge shrinkage is expressed as a semi-circle, the degree of shrinkage is represented as a change in the radius of the rod 5 according to the load of the rod 5, and as the value increases, the shrinkage shape approaches a straight line shape. As a result, it can be seen that as the load of the rod 5 increases, shrinkage is reduced to the maximum peak at 800 g / cm 2, and when the load exceeds 800 g / cm 2 (the dotted line in FIG. 6b and the right electron micrograph thereof) It can be seen that the shrinkage is rather severe and the deformation of the substrate 2 occurs.

또한, 도 6c를 참조하면, LTCC 기판(2)의 두께 및 로드(5) 하중의 변화에 따른 에지 수축의 반지름의 변화를 나타내며, 특히 본 그래프에서는 상기 반지름의 정규화값(normalized edge curvature)의 변화를 도시하였으며 이는 에지 수축의 반지름값을 LTCC 기판(2)의 두께로 나누어 산출된 값이다. 본 그래프에 의하면, LTCC 기판(2)의 두께가 증가할수록 상기 반지름의 정규화값은 감소하는 음(-)의 기울기를 나타내며, 특히 기판(2)의 두께가 5.0㎜ 이상에서는 일정한 값을 가져 로드(5) 하중의 변화에 영향을 받지 않음을 알 수 있다.In addition, referring to FIG. 6C, a change in the radius of the edge shrinkage according to the thickness of the LTCC substrate 2 and the load of the rod 5 is shown. In particular, in this graph, the change of the normalized edge curvature of the radius is shown. It is calculated by dividing the radius value of the edge shrinkage by the thickness of the LTCC substrate (2). According to this graph, as the thickness of the LTCC substrate 2 increases, the normalization value of the radius decreases, indicating a negative slope. In particular, when the thickness of the substrate 2 is 5.0 mm or more, the rod 2 has a constant value. 5) It can be seen that it is not affected by the change in load.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 더 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 하술하는 실시예는 본 발명의 전반적인 이해를 돕기 위하여 제공되는 것이며, 본 발명은 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail. However, the examples described below are provided to help the overall understanding of the present invention, and the present invention is not limited only to the following examples.

실시예Example

지르코니아 분말로 각각 50㎛ 두께의 2개 시트를 성형하고, CaO-Al2O3-SiO2계(anorthite계)인 27CaO-10Al2O3-45SiO2-8ZnO-10B2O3 조성인 상용의 LTCC 분말을 200㎛ 두께의 시트로 성형한 다음, 지르코니아층/LTCC층/지르코니아층의 적층 구조를 만든 후, 다공성 세터를 상기 적층 구조의 하부에 배치하고 스테인레스 플레이 트로 되는 로드를 최상부에 배치하여 900℃에서 30분간 소결하여 LTCC 기판을 제조하였다. 그 결과, 상기 지르코니아층 계면에서 LTCC 글라스 층이 상기 지르코니아층으로 침투하여 지르코니아 입자들 사이를 글라스가 채웠으며 이 영역에 의해 지르코니아층이 구속층으로 작용하여 LTCC층의 x-y방향 소결수축이 전혀 일어나지 않았으나 단지 z축의 수축만이 39% 정도 발생하였다.Two sheets of 50 μm thick each were formed from zirconia powder, and a commercially available composition of 27CaO-10Al 2 O 3 -45SiO 2 -8ZnO-10B 2 O 3 , which is a CaO-Al 2 O 3 -SiO 2 type (anorthite type), was prepared. After the LTCC powder was molded into a sheet having a thickness of 200 μm, a laminated structure of a zirconia layer / LTCC layer / zirconia layer was formed, and then a porous setter was placed at the bottom of the laminated structure, and a rod made of stainless plate was placed on top of the 900. The LTCC substrate was prepared by sintering at 30 ° C. for 30 minutes. As a result, the LTCC glass layer penetrated into the zirconia layer at the interface of the zirconia layer to fill the glass between the zirconia particles, and the zirconia layer acted as a confining layer by this region, so that no sintering shrinkage of the LTCC layer occurred in the xy direction. Only the z-axis contraction occurred about 39%.

한편, 이상 기술한 본 발명의 바람직한 실시예들의 제반 수축특성은 조성분말의 평균입도, 분포 및 비표면적과 같은 분말특성과, 원료의 순도, 불순물 첨가량 및 소결 조건에 따라 통상적인 오차범위 내에서 다소 변동이 있을 수 있음은 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 지극히 당연하다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이고, 이러한 수정, 변경, 부가 등은 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 한다.On the other hand, the overall shrinkage characteristics of the preferred embodiments of the present invention described above is somewhat within the usual error range depending on the powder characteristics such as the average particle size, distribution and specific surface area of the composition powder, the purity of the raw material, the amount of impurity addition and the sintering conditions It is only natural for those with ordinary knowledge in the field that there may be variations. In addition, preferred embodiments of the present invention are disclosed for the purpose of illustration, anyone of ordinary skill in the art will be possible to various modifications, changes, additions, etc. within the spirit and scope of the present invention, such modifications, changes And additions should be regarded as within the scope of the claims.

도 1a 및 1b는 LTCC 시편의 상부 및 하부를 일정한 힘으로 고정 및 지지하고 시편 중앙부만 수축할 때 발생하는 응력분포도 및 사진.1A and 1B are stress distribution and photographs generated when the upper and lower portions of the LTCC specimen are fixed and supported with a constant force and only the center portion of the specimen is contracted.

도 2는 본 발명에 의한 무수축 제조방법으로서 LTCC층의 상면 및 배면에 각각 지지층을 배치하고 그 상면에 로드를 배치한 개략 적층구조도.Figure 2 is a schematic laminated structure diagram of the non-shrinkage manufacturing method according to the present invention, the support layer is disposed on the upper and rear surfaces of the LTCC layer and the rod is disposed on the upper surface.

도 3a~3d는 본 발명에 의한 LTCC 무수축 제조공정에 있어서 다만 로드가 제외된 도 3의 적층구조로 소성시 알루미나 구속층들의 두께에 따른 LTCC 기판의 수축변화를 나타내는 전자현미경 사진.3a to 3d are electron micrographs showing the shrinkage change of the LTCC substrate according to the thickness of the alumina constraining layer during firing in the laminated structure of FIG. 3 except the rod in the LTCC non-shrinkage manufacturing process according to the present invention.

도 4는 도 3의 적층구조로 소성시 알루미나 구속층과 LTCC 기판 간 계면에 LTCC 글라스 일부가 알루미나 구속층으로 함침됨을 나타내는 전자현미경 사진. 4 is an electron micrograph showing that a part of the LTCC glass is impregnated with the alumina confining layer at the interface between the alumina confining layer and the LTCC substrate during firing with the lamination structure of FIG. 3.

도 5는 본 발명에 의한 LTCC 무수축 제조공정에 있어서 다만 로드가 제외된 도 3의 적층구조로 소성시 각 소성온도별 수축을 나타내는 고온현미경 사진.Figure 5 is a high-temperature micrograph showing the shrinkage at each firing temperature during firing in the laminated structure of Figure 3 except the rod in the LTCC non-shrinkage manufacturing process according to the present invention.

도 6a~6c는 본 발명에 의한 LTCC 무수축 제조공정에 있어서 도 5와는 달리 로드(5)까지 배치된 도 3의 적층구조로 소성시 로드의 여러 하중값에 따른 수축변화 그래프.6a to 6c is a graph of shrinkage change according to various load values of the rod during firing in the laminated structure of FIG. 3 arranged up to the rod 5 in the LTCC non-shrinkage manufacturing process according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명><Code Description of Main Parts of Drawing>

1: 본 발명에 의한 LTCC 무수축 소성을 위한 적층체, 2: LTCC 기판(또는 시트), 3, 4: 구속층, 5: 로드1: laminate for LTCC non-shrink firing according to the invention, 2: LTCC substrate (or sheet), 3, 4: restraint layer, 5: rod

Claims (12)

저온동시소성세라믹스(LTCC)의 소성방법에 있어서,In the firing method of low temperature co-fired ceramics (LTCC), 상기 LTCC 층과, 이 LTCC 층의 상면 및 배면 중의 하나 이상에 이와 면접촉하도록 배치되고 상기 LTCC보다 더 높은 소성온도를 갖는 구속층을 하나 이상 포함하는 적층체를 구성하고, 이 적층체의 상부에 소정 하중을 갖는 하나 이상의 로드를 배치하여 함께 소성한 후, 상기 구속층 및 로드를 제거하는 것을 포함하는 LTCC의 소성방법.A laminate comprising at least one of the LTCC layer and at least one of an upper and a rear surface of the LTCC layer, the at least one restraining layer disposed in surface contact with the LTCC layer and having a firing temperature higher than that of the LTCC; Placing and firing together one or more rods having a predetermined load, and then removing the restraining layer and the rods. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 구속층은 알루미나, 지르코니아 또는 이들의 혼합물 조성으로 되는 LTCC의 소성방법.The constrained layer is a firing method of LTCC is alumina, zirconia or a mixture thereof. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 구속층은 상기 조성의 분말을 시트상으로 성형한 것으로 되는 LTCC의 소성방법.The constraint layer is a baking method of LTCC, wherein the powder of the composition is molded into a sheet. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 로드는 스테인레스 플레이트로 되는 LTCC의 소성방법.The rod is a firing method of LTCC made of a stainless plate. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 적층체와 상기 로드의 사이 및 상기 적층체의 배면 중의 하나 이상에 이와 면접촉하도록 세터가 배치되어 상호 점착을 방지하는 LTCC의 소성방법.And a setter is disposed between the laminate and the rod and at least one of the rear surface of the laminate so as to be in surface contact therewith to prevent mutual adhesion. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 소성온도는 830~900℃로 되는 LTCC의 소성방법.The firing temperature is LTCC firing method of 830 ~ 900 ℃. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 소성시간은 20~40분으로 되는 LTCC의 소성방법.The firing time is LTCC firing method of 20 to 40 minutes. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 하중은 100~800g/㎠으로 되는 LTCC의 소성방법.The firing method of the LTCC the load is 100 ~ 800g / ㎠. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 LTCC 층의 상기 소성 후 두께는 1㎜ 이상 5㎜ 미만으로 되는 LTCC의 소성방법.And said thickness after said firing of said LTCC layer is at least 1 mm and less than 5 mm. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 구속층의 두께는 30~500㎛로 되는 LTCC의 소성방법.The thickness of the constraint layer is a baking method of the LTCC is 30 ~ 500㎛. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 소성시 상기 LTCC 층 내의 글라스 성분은 상기 LTCC 층과의 계면을 이루는 상기 구속층에 0㎛보다 크고 30㎛ 이하의 두께로 함침하는 LTCC의 소성방법.And the glass component in the LTCC layer is impregnated in the constraint layer forming an interface with the LTCC layer to a thickness greater than 0 µm and less than or equal to 30 µm. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 LTCC 층은 적어도 하나 이상의 적층된 LTCC 시트로 이루어지는 LTCC의 소성방법.And the LTCC layer comprises at least one laminated LTCC sheet.
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