KR20240041514A - Multilayer ceramic substrate, and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하나 이상의 세라믹층; 및 상기 세라믹층 중 적어도 일부에 형성된 전극을 포함하고, 상기 전극은 몰리브덴 입자 표면 중 적어도 일부에 구리층이 형성된 금속 복합체를 포함하는, 다층 세라믹 기판과 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to one or more ceramic layers; and an electrode formed on at least a portion of the ceramic layer, wherein the electrode includes a metal composite in which a copper layer is formed on at least a portion of the surface of the molybdenum particles. The present invention relates to a multilayer ceramic substrate and a method of manufacturing the same.

Description

다층 세라믹 기판 및 그 제조방법{MULTILAYER CERAMIC SUBSTRATE, AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}Multilayer ceramic substrate and method of manufacturing the same {MULTILAYER CERAMIC SUBSTRATE, AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 몰리브덴-구리 금속 복합체 전극을 포함하여 기계적 강도와 내화학성이 우수하면서도 낮은 저항을 가지는 다층 세라믹 기판을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a multilayer ceramic substrate including a molybdenum-copper metal composite electrode and having excellent mechanical strength and chemical resistance while having low resistance.

웨이퍼 조립 공정(wafer fabrication process)을 거쳐 복수의 집적회로 칩들이 형성된 웨이퍼는 전기적 특성 검사(electrical die sorting; EDS)에 의해 집적회로 칩들의 신뢰성이 입증된다.The reliability of the wafer on which a plurality of integrated circuit chips are formed through a wafer fabrication process is verified by electrical die sorting (EDS).

전기적 특성 검사에는 통상적으로 테스터(tester)와 프로브 스테이션(probe station) 및 프로브 카드로 구성된 검사 장치가 주로 사용되며, 프로브 카드는 복수의 프로브 핀을 갖는 공간변환기, 인쇄회로기판, 보강판, 인터포저를 포함하여 구성된다.Testing equipment consisting of a tester, probe station, and probe card is usually used to inspect electrical properties. The probe card includes a space converter with multiple probe pins, a printed circuit board, a reinforcement plate, and an interposer. It is composed including.

테스터는 검사 신호를 발생시키고 검사 결과 데이터를 판독한다. 프로브 스테이션은 웨이퍼의 로딩(loading)과 언로딩(unloading) 기능을 담당하여 테스터가 기능을 수행할 수 있게 하며, 프로브 카드는 웨이퍼와 테스터를 전기적으로 연결하는 기능을 수행한다.The tester generates inspection signals and reads inspection result data. The probe station is responsible for loading and unloading the wafer, allowing the tester to perform its function, and the probe card performs the function of electrically connecting the wafer and the tester.

반도체 집적회로 소자의 집적도가 높아짐에 따라, 반도체 집적회로에 대한 검사 공정을 수행하는 검사 장치 또한 높은 정밀도가 요구된다. As the degree of integration of semiconductor integrated circuit devices increases, inspection devices that perform inspection processes for semiconductor integrated circuits also require high precision.

예컨대, 고집적화된 반도체 집적회로 칩에 대한 검사 공정에 부응하기 위해서는, 상기 반도체 집적회로 칩에 접속되는 프로브 핀들의 미세 피치화가 구현되어야 한다.For example, in order to meet the inspection process for highly integrated semiconductor integrated circuit chips, fine pitch of probe pins connected to the semiconductor integrated circuit chips must be implemented.

이를 위해, 프로브(probe)들의 피치와 반도체 집적회로의 피치 간의 차이를 보상해 주는 소위 공간변환기(space transformer; STF)가 사용되고 있다.For this purpose, a so-called space transformer (STF) is used, which compensates for the difference between the pitch of the probes and the pitch of the semiconductor integrated circuit.

특히, 세라믹(ceramic) 재질의 공간변환기는 실리콘 웨이퍼와 열팽창 계수가 비슷하고 기계적 강도와 내화학성이 우수하여 그 사용이 증가되고 있다.In particular, the use of space converters made of ceramic is increasing because they have a thermal expansion coefficient similar to that of a silicon wafer and have excellent mechanical strength and chemical resistance.

다만 HTCC 공법은 1,500℃ 이상의 고온에서 소성하므로, 몰리브덴과 텅스텐 등의 저항이 높은 전극 소재를 사용하여야 하는 단점이 있다.However, the HTCC method has the disadvantage of having to use electrode materials with high resistance, such as molybdenum and tungsten, because it is fired at a high temperature of over 1,500°C.

반면 LTCC 공법으로 제조된 적층 세라믹 기판은 저항이 낮은 은 내지 구리 전극을 사용할 수 있다. 최근 저저항 특성을 이용한 다양한 회로설계와 방열설계의 필요성이 부각되고 있다.On the other hand, a multilayer ceramic substrate manufactured using the LTCC method can use silver or copper electrodes with low resistance. Recently, the need for various circuit designs and heat dissipation designs using low-resistance characteristics has been highlighted.

그러나 LTCC 공법은 기판의 소재로 인하여 기계적 강도와 내화학성이 부족하여 신뢰성이 미흡한 문제가 있다.However, the LTCC method has a problem of insufficient reliability due to lack of mechanical strength and chemical resistance due to the substrate material.

따라서 보다 높은 소성온도에서 적용이 가능하면서도 낮은 저항을 가지는 전극 소재의 개발이 필요하다.Therefore, there is a need to develop electrode materials that can be applied at higher firing temperatures and have low resistance.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 높은 소성온도에 적용 가능하면서도 낮은 저항을 가지는 몰리브덴-구리 금속 복합체 전극을 포함하는 다층 세라믹 기판을 제공하는 것이다.The present invention is intended to solve the above-mentioned problems, and the purpose of the present invention is to provide a multilayer ceramic substrate including a molybdenum-copper metal composite electrode that is applicable to high firing temperatures and has low resistance.

본 발명의 일 측면에 따르면, 하나 이상의 세라믹층; 및 상기 세라믹층 중 적어도 일부에 형성된 전극을 포함하고, 상기 전극은 몰리브덴 입자 표면 중 적어도 일부에 구리층이 형성된 금속 복합체를 포함하는, 다층 세라믹 기판이 제공된다.According to one aspect of the invention, one or more ceramic layers; and an electrode formed on at least a portion of the ceramic layer, wherein the electrode includes a metal composite in which a copper layer is formed on at least a portion of the surface of the molybdenum particles. A multilayer ceramic substrate is provided.

일 실시예에 있어서, 상기 금속 복합체는 1,300℃ 이상에서 소성된 것일 수 있다.In one embodiment, the metal composite may be fired at 1,300°C or higher.

일 실시예에 있어서, 상기 금속 복합체는 몰리브덴 및 구리의 중량비가 각각 50~90 : 10~50일 수 있다.In one embodiment, the metal composite may have a weight ratio of molybdenum and copper of 50 to 90:10 to 50, respectively.

일 실시예에 있어서, 상기 금속 복합체는 20℃ 비저항이 2.5~5.0×10-6 Ω·cm일 수 있다.In one embodiment, the metal composite may have a resistivity of 2.5 to 5.0×10 -6 Ω·cm at 20°C.

일 실시예에 있어서, 적어도 하나의 상기 세라믹층은 하나 이상의 관통홀을 포함할 수 있다.In one embodiment, at least one ceramic layer may include one or more through holes.

일 실시예에 있어서, 상기 세라믹층은 코디어라이트 20~50중량%, 뮬라이트 10~60중량%, 알루미나 10~60중량%를 포함하는 세라믹 조성물을 소성한 것일 수 있다.In one embodiment, the ceramic layer may be obtained by firing a ceramic composition containing 20 to 50% by weight of cordierite, 10 to 60% by weight of mullite, and 10 to 60% by weight of alumina.

본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 구리 분말을 기상변환 후 응축시켜 구형 구리 분말을 제조하는 단계; 상기 구형 구리 분말과 몰리브덴 분말을 페이스트화하여 적어도 하나의 세라믹 그린시트에 인쇄하는 단계; 및 하나 이상의 세라믹 그린시트를 적층하여 소성하는 단계를 포함하는, 다층 세라믹 기판의 제조방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, manufacturing spherical copper powder by condensing copper powder after gas phase conversion; Pasteing the spherical copper powder and molybdenum powder and printing the spherical copper powder and molybdenum powder on at least one ceramic green sheet; A method for manufacturing a multilayer ceramic substrate is provided, including the step of laminating and firing one or more ceramic green sheets.

일 실시예에 있어서, 상기 기상변환은 플라즈마 열원에 의하여 수행된 것일 수 있다.In one embodiment, the gas phase transformation may be performed by a plasma heat source.

일 실시예에 있어서, 상기 몰리브덴 및 상기 구리의 중량비는 각각 50~90 : 10~50일 수 있다.In one embodiment, the weight ratio of the molybdenum and the copper may be 50 to 90:10 to 50, respectively.

일 실시예에 있어서, 상기 소성은 1,300℃ 이상의 온도에서 수행될 수 있다.In one embodiment, the firing may be performed at a temperature of 1,300°C or higher.

본 발명에 따르면, 고온의 소성공정 적용이 가능하면서도 낮은 저항을 가지는 몰리브덴-구리 금속 복합체 전극을 포함하는 다층 세라믹 기판을 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a multilayer ceramic substrate including a molybdenum-copper metal composite electrode that can be applied to a high temperature firing process and has low resistance.

따라서 기계적 강도와 내화학성이 우수하여 신뢰도가 높은 세라믹 소재를 사용하면서도 저저항 특성을 구현할 수 있다.Therefore, low resistance characteristics can be realized while using a highly reliable ceramic material with excellent mechanical strength and chemical resistance.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the effects described above, and should be understood to include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 세라믹 기판에 포함된 전극의 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 다층 세라믹 기판에 포함된 전극의 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
Figure 1 shows an SEM image of an electrode included in a multilayer ceramic substrate according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows an SEM image of an electrode included in a multilayer ceramic substrate according to another embodiment of the present invention.

본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.The terms used in this specification are general terms that are currently widely used as much as possible while considering the function in the present invention, but this may vary depending on the intention or precedent of a person skilled in the art, the emergence of new technology, etc. In addition, in certain cases, there are terms arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning will be described in detail in the description of the relevant invention. Therefore, the terms used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall content of the present invention, rather than simply the name of the term.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and unless clearly defined in the present application, should not be interpreted in an ideal or excessively formal sense. No.

수치 범위는 상기 범위에 정의된 수치를 포함한다. 본 명세서에 걸쳐 주어진 모든 최대의 수치 제한은 낮은 수치 제한이 명확히 쓰여져 있는 것처럼 모든 더 낮은 수치 제한을 포함한다. 본 명세서에 걸쳐 주어진 모든 최소의 수치 제한은 더 높은 수치 제한이 명확히 쓰여져 있는 것처럼 모든 더 높은 수치 제한을 포함한다. 본 명세서에 걸쳐 주어진 모든 수치 제한은 더 좁은 수치 제한이 명확히 쓰여져 있는 것처럼, 더 넓은 수치 범위 내의 더 좋은 모든 수치 범위를 포함할 것이다.The numerical range includes the values defined in the range above. Every maximum numerical limit given throughout this specification includes all lower numerical limits as if the lower numerical limit were explicitly written out. Every minimum numerical limit given throughout this specification includes every higher numerical limit as if such higher numerical limit was clearly written. All numerical limits given throughout this specification will include all better numerical ranges within the broader numerical range, as if the narrower numerical limits were clearly written.

이하, 본 발명의 실시예를 상세히 기술하나, 하기 실시예에 의해 본 발명이 한정되지 아니함은 자명하다.Hereinafter, examples of the present invention will be described in detail, but it is obvious that the present invention is not limited to the following examples.

다층 세라믹 기판Multilayer ceramic substrate

본 발명의 일 측면은 하나 이상의 세라믹층; 및 상기 세라믹층 중 적어도 일부에 형성된 전극을 포함하고, 상기 전극은 몰리브덴 입자 표면 중 적어도 일부에 구리층이 형성된 금속 복합체를 포함하는, 다층 세라믹 기판을 제공한다.One aspect of the invention is one or more ceramic layers; and an electrode formed on at least a portion of the ceramic layer, wherein the electrode includes a metal composite in which a copper layer is formed on at least a portion of the surface of the molybdenum particles.

다층 세라믹 기판은 하나 이상의 세라믹층이 적층된 3차원 회로기판의 일종이다. 이러한 다층 세라믹 기판은 무선 송수신 모듈, 센서, 광전 하우징, 멀티칩 기기, LED 실장용 기판, 반도체 패키징 기판, 프로브 카드용 공간변환기 등 다양한 제품에 적용될 수 있다.A multilayer ceramic board is a type of three-dimensional circuit board in which one or more ceramic layers are stacked. These multilayer ceramic substrates can be applied to various products such as wireless transmission/reception modules, sensors, photoelectric housings, multi-chip devices, LED mounting substrates, semiconductor packaging substrates, and space converters for probe cards.

각각의 세라믹층은 세라믹 조성물을 소정의 플레이트 형태로 성형한 후막일 수 있다. 이러한 세라믹 조성물은 적어도 하나의 세라믹 분말과 유기물을 혼합하여 형성될 수 있다. 세라믹 분말은 각 조성 성분(또는 원소)을 포함하는 복수의 원료를 하소(calcination)하여 특정한 성질을 가지도록 합성될 수 있다.Each ceramic layer may be a thick film formed by molding a ceramic composition into a predetermined plate shape. This ceramic composition may be formed by mixing at least one ceramic powder and an organic material. Ceramic powder can be synthesized to have specific properties by calcining a plurality of raw materials containing each composition component (or element).

이러한 세라믹 분말의 예시로는 코디어라이트(cordierite), 뮬라이트(mullite), 지르코니아(zirconia), 알루미나(alumina) 등이 있다. 세라믹 조성물은 소결 밀도를 높이기 위한 첨가제(또는 소결조제)를 더 포함할 수 있다.Examples of such ceramic powders include cordierite, mullite, zirconia, and alumina. The ceramic composition may further include additives (or sintering aids) to increase sintering density.

코디어라이트는 1,200~1,300℃의 소결온도를 가지는 화합물(2MgO-2Al2O3-5SiO2)로서 200℃에서 약 0.3 ppm/℃의 낮은 열팽창계수를 가지며 약 100 MPa 내외의 굴곡강도를 가진다. 코디어라이트는 1,300℃ 이상의 고온에서 소성 시 용융되어 소결조제로서 작용할 수 있다.Cordierite is a compound (2MgO-2Al 2 O 3 -5SiO 2 ) with a sintering temperature of 1,200 to 1,300°C. It has a low thermal expansion coefficient of about 0.3 ppm/°C at 200°C and a flexural strength of about 100 MPa. Cordierite melts when fired at a high temperature of 1,300°C or higher and can act as a sintering aid.

뮬라이트는 1,500~1,600℃의 소결온도를 가지는 알루미나-실리카계 화합물(3Al2O3-2SiO2)로서 약 250MPa의 굴곡강도를 가진다. 뮬라이트는 고온에서도 안정적인 중간상으로 존재하며, 열적 및 화학적 안정성과 내열성이 우수하다.Mullite is an alumina-silica-based compound (3Al 2 O 3 -2SiO 2 ) with a sintering temperature of 1,500 to 1,600°C and has a flexural strength of about 250 MPa. Mullite exists as a stable intermediate phase even at high temperatures and has excellent thermal and chemical stability and heat resistance.

알루미나는 1,400~1,600℃의 소결온도를 가지는 알루미늄의 산화물(Al2O3)로서 약 11 W/m·K의 열전도도와 약 300 MPa 내외의 굴곡강도를 가진다.Alumina is an oxide of aluminum (Al 2 O 3 ) with a sintering temperature of 1,400 to 1,600°C, and has a thermal conductivity of about 11 W/m·K and a flexural strength of about 300 MPa.

첨가제의 예시로는 MgO, Y2O3, TiO2, CaO, Cr2O3, V2O5 등이 있다. 이러한 첨가제를 포함하면 세라믹 조성물의 소결온도를 조절하거나, 세라믹 기판의 특성을 제어할 수 있다.Examples of additives include MgO, Y 2 O 3 , TiO 2 , CaO, Cr 2 O 3 , V 2 O 5 , etc. By including these additives, the sintering temperature of the ceramic composition can be adjusted or the properties of the ceramic substrate can be controlled.

세라믹 조성물은 물 또는 에탄올 등의 유기용매와 혼합하여 세라믹 슬러리의 형태로 사용될 수 있다. 세라믹 슬러리는 볼 밀링(ball milling) 또는 바스켓 밀링(basket milling) 등의 통상적인 방법으로 혼합될 수 있다.The ceramic composition can be mixed with an organic solvent such as water or ethanol and used in the form of a ceramic slurry. Ceramic slurry can be mixed by conventional methods such as ball milling or basket milling.

혼합된 세라믹 슬러리는 다양한 방법에 의해 건조되어 액체 매질이 제거될 수 있다. 액체 매질이 제거된 세라믹 슬러리에 바인더(binder)로서 PVA(polyvinyl alcohol), PVB(polyvinyl butyral) 및 MC(methyl cellulose) 등의 유기물을 첨가 및 혼합하면 세라믹 성형체를 형성할 수 있다.The mixed ceramic slurry can be dried to remove the liquid medium by various methods. A ceramic molded body can be formed by adding and mixing organic substances such as PVA (polyvinyl alcohol), PVB (polyvinyl butyral), and MC (methyl cellulose) as binders to the ceramic slurry from which the liquid medium has been removed.

세라믹 성형체는 플레이트 형태로 성형된 후 1,000℃ 내지 2,000℃의 고온에서 소결되어 다층 세라믹 기판을 구성하는 세라믹 그린시트로 사용될 수 있다.The ceramic molded body may be molded into a plate shape and then sintered at a high temperature of 1,000°C to 2,000°C to be used as a ceramic green sheet that constitutes a multilayer ceramic substrate.

각각의 세라믹 그린시트는 층간 통전을 위한 비아(via) 형성을 위하여 관통홀을 펀칭한 후 도전성 물질로 채우거나, 전극 회로 패턴이 인쇄될 수 있다. 복수개의 세라믹 그린시트를 적층 후 동시에 소성하여 다층 세라믹 기판을 제조할 수 있다.Each ceramic green sheet may be filled with a conductive material after punching through holes to form vias for inter-layer electrical conduction, or an electrode circuit pattern may be printed. A multilayer ceramic substrate can be manufactured by stacking a plurality of ceramic green sheets and firing them simultaneously.

따라서 다층 세라믹 기판은 세라믹 그린시트로부터 형성된 하나 이상의 세라믹층을 포함하고, 이러한 세라믹층 중 적어도 일부는 전극을 포함할 수 있다. 이러한 전극은 세라믹층의 일면 또는 타면의 적어도 일부 영역에 인쇄를 통해 형성되거나, 세라믹층의 관통홀에 도전성 물질이 주입되어 형성된 것일 수 있다.Accordingly, the multilayer ceramic substrate includes one or more ceramic layers formed from ceramic green sheets, and at least some of these ceramic layers may include electrodes. These electrodes may be formed through printing on at least a portion of one side or the other side of the ceramic layer, or may be formed by injecting a conductive material into a through hole of the ceramic layer.

세라믹층의 층수는 특별히 제한되지 않으며, 반도체 웨이퍼에 구현된 반도체 회로 패턴의 집적화 정도에 따라 10개 내지 100개의 층이 적층될 수도 있다.The number of ceramic layers is not particularly limited, and 10 to 100 layers may be stacked depending on the degree of integration of the semiconductor circuit pattern implemented on the semiconductor wafer.

다층 세라믹 기판은 소성온도에 따라 고온 동시 소성 세라믹(High Temperature Co-fired Ceramic; HTCC) 기판 또는 저온 동시 소성 세라믹(Low Temperature Co-fired Ceramic; LTCC) 기판으로 분류된다.Multilayer ceramic substrates are classified into High Temperature Co-fired Ceramic (HTCC) substrates or Low Temperature Co-fired Ceramic (LTCC) substrates depending on the firing temperature.

HTCC 기판은 일반적으로 1,500℃ 이상의 온도에서 소성하므로 알루미나, 뮬라이트 등 소결온도가 높은 세라믹 분말을 사용한다. HTCC 기판은 굴곡강도, 내화학성, 고주파유전손실 특성 등이 우수하나, 은(962℃), 구리(1,084℃) 등의 비저항이 낮은 소재의 용융점보다 높은 온도에서 소성이 진행되므로 비저항이 높은 몰리브덴(2,623℃), 텅스텐(3,422℃) 등을 전극재료로 사용하여야 하며 기판의 열전도도가 높다.HTCC substrates are generally sintered at temperatures above 1,500°C, so ceramic powders with high sintering temperatures such as alumina and mullite are used. HTCC substrates have excellent flexural strength, chemical resistance, and high-frequency dielectric loss characteristics, but because sintering is performed at a temperature higher than the melting point of materials with low resistivity such as silver (962℃) and copper (1,084℃), molybdenum (molybdenum) with high resistivity is used. 2,623℃), tungsten (3,422℃), etc. should be used as electrode materials, and the thermal conductivity of the substrate is high.

LTCC 기판은 일반적으로 1,000℃ 이하의 온도에서 소성하므로 유리, 세라믹 필러 등을 사용한다. LTCC 기판은 유전율의 조절이 용이하고, 은, 구리 등의 비저항이 낮은 소재를 전극재료로 사용할 수 있으나 HTCC 대비 굴곡강도와 내화학성이 미흡하다.LTCC substrates are generally fired at temperatures below 1,000°C, so glass and ceramic fillers are used. The dielectric constant of the LTCC substrate is easy to control, and materials with low resistivity such as silver and copper can be used as electrode materials, but its flexural strength and chemical resistance are insufficient compared to HTCC.

일 예시로, 프로브 카드용 공간변환기의 제조 시 MEMS 프로브핀을 부착하는 방법에 따라 사용 가능한 기판이 구분된다.As an example, when manufacturing a space converter for a probe card, usable substrates are classified depending on the method of attaching the MEMS probe pin.

반도체 공정을 이용하여 범퍼 패드를 형성한 후 MEMS 프로브핀을 열접착으로 부착하거나, 세라믹 기판 위에 3차원 MEMS 프로브핀을 형성하는 경우 강알칼리성 용액을 처리하여야 하므로 내화학성이 우수한 HTCC 기판을 사용하여야 한다.When forming a bumper pad using a semiconductor process and then attaching the MEMS probe pin by heat sealing, or forming a 3D MEMS probe pin on a ceramic substrate, a strong alkaline solution must be treated, so an HTCC substrate with excellent chemical resistance must be used. .

반면 MEMS 프로브핀을 2차원 형성 후 개별적으로 부착하는 레이저 접착법의 경우 열전도도가 높은 HTCC 기판에 적용 시 부착력이 저하되는 문제가 있어 LTCC 기판에서 주로 사용된다.On the other hand, the laser adhesion method, which attaches MEMS probe pins individually after two-dimensional formation, has the problem of reduced adhesion when applied to HTCC substrates with high thermal conductivity, so it is mainly used on LTCC substrates.

일 실시예에 따르면, 코디어라이트, 뮬라이트 및 알루미나를 포함하는 세라믹 조성물은 1,300~1,500℃의 소결온도를 가질 수 있다. 이러한 세라믹 조성물로 제조한 세라믹층은 전술한 HTCC 기판과 LTCC 기판의 장점을 조화롭게 구현할 수 있다.According to one embodiment, a ceramic composition containing cordierite, mullite, and alumina may have a sintering temperature of 1,300 to 1,500°C. A ceramic layer manufactured from this ceramic composition can harmoniously implement the advantages of the above-described HTCC substrate and LTCC substrate.

본 발명의 일 측면에 따른 다층 세라믹 기판의 전극은 몰리브덴 입자 표면 중 적어도 일부에 구리층이 형성된 코어-쉘 형태의 금속 복합체를 포함할 수 있다.The electrode of the multilayer ceramic substrate according to one aspect of the present invention may include a core-shell type metal composite in which a copper layer is formed on at least a portion of the surface of the molybdenum particles.

몰리브덴-구리의 상평형도에 따르면, 몰리브덴과 구리를 단순 혼합한 상태에서 온도를 증가시키면 1,084℃ 이상의 온도에서 구리가 액상으로 존재한다. 이러한 이유로 1,300℃ 이상의 온도에서 소성을 통해 구리를 포함하는 전극을 형성 시 구리가 휘발되어 전극 회로 패턴이 파괴되는 문제가 있다.According to the phase equilibrium diagram of molybdenum-copper, when molybdenum and copper are simply mixed and the temperature is increased, copper exists in a liquid phase at a temperature of 1,084°C or higher. For this reason, when forming an electrode containing copper through firing at a temperature of 1,300°C or higher, there is a problem in that the copper is volatilized and the electrode circuit pattern is destroyed.

그러나 본 발명의 일 측면에 따른 금속 복합체는, 특정 공정으로 처리한 구리를 사용하여 1,300℃ 이상의 온도에서 소성하여도 낮은 비저항을 가지는 전극을 형성할 수 있다.However, the metal composite according to one aspect of the present invention can form an electrode with low specific resistance even when fired at a temperature of 1,300°C or higher using copper treated through a specific process.

일 실시예에서, 전극은 구형 구리 입자와 몰리브덴 입자가 용매에 분산된 전도성 페이스트를 소성하여 형성될 수 있다.In one embodiment, the electrode may be formed by baking a conductive paste in which spherical copper particles and molybdenum particles are dispersed in a solvent.

전도성 페이스트는 용매에 전도성 필러와 바인더를 분산시킨 것으로 인쇄전자소자의 제조에 필수적인 소재다.Conductive paste is a material that disperses conductive fillers and binders in a solvent and is an essential material for the manufacture of printed electronic devices.

일반적인 전도성 페이스트에 사용되는 전도성 필러로는 금, 은, 구리, 니켈, 알루미늄과 같은 금속 분말이 있다.Conductive fillers used in common conductive pastes include metal powders such as gold, silver, copper, nickel, and aluminum.

은 분말을 용매에 분산시킨 은 페이스트나 구리 분말을 용매에 분산시켜 제조한 구리 페이스트는 저항이 낮아 전도도가 우수하나, 각각 962℃, 1,084℃의 낮은 용융점으로 인하여 고온 소성 시 회로 패턴의 유지가 어렵거나 휘발로 인하여 소실되는 문제가 있다.Silver paste made by dispersing silver powder in a solvent or copper paste made by dispersing copper powder in a solvent has low resistance and excellent conductivity, but it is difficult to maintain the circuit pattern during high temperature firing due to their low melting points of 962℃ and 1,084℃, respectively. Alternatively, there is a problem of it being lost due to volatilization.

반면 몰리브덴, 텅스텐 등의 금속 소재를 이용한 페이스트는 2,623℃, 3,422℃의 높은 용융점을 가지므로 고온의 소성공정을 용이하게 적용할 수 있으나, 소재 자체의 비저항이 높은 단점이 있다.On the other hand, pastes using metal materials such as molybdenum and tungsten have high melting points of 2,623°C and 3,422°C, so they can be easily applied to high-temperature firing processes, but have the disadvantage of having a high resistivity of the material itself.

본 발명의 일 측면에 따른 전극은 구형 구리 입자와 몰리브덴 입자를 용매에 분산시킨 것으로부터 제조되어 고온의 소성공정에 적용할 수 있으면서도 낮은 비저항을 가질 수 있다.The electrode according to one aspect of the present invention is manufactured by dispersing spherical copper particles and molybdenum particles in a solvent, so that it can be applied to a high temperature sintering process and have low specific resistance.

여기서 구형 구리 입자는 플라즈마 열원에 의해 용융 내지 증발된 구리를 급속 냉각시켜 제조된 것일 수 있다. 정확한 작용기작이 알려진 것은 아니나, 이러한 구형 구리 입자를 몰리브덴 입자와 혼합하여 사용 시 구리의 용융점 이상의 고온에서 소성 시 구리가 휘발되는 문제를 개선할 수 있다.Here, the spherical copper particles may be manufactured by rapidly cooling molten or evaporated copper using a plasma heat source. Although the exact mechanism of action is not known, mixing these spherical copper particles with molybdenum particles can improve the problem of copper volatilizing when fired at a high temperature above the melting point of copper.

구형 구리 입자와 몰리브덴 입자가 분산된 전도성 페이스트는 소성공정을 거쳐 몰리브덴 코어 표면 중 적어도 일부에 구리 쉘이 형성된 코어-쉘 형태의 금속 복합체를 형성한다.The conductive paste in which spherical copper particles and molybdenum particles are dispersed goes through a sintering process to form a core-shell metal composite in which a copper shell is formed on at least a portion of the surface of the molybdenum core.

즉, 상기 금속 복합체는 1,300℃ 이상, 예를 들어, 1,300℃, 1,305℃, 1,310℃, 1,315℃, 1,320℃, 1,325℃, 1,330℃, 1,335℃, 1,340℃, 1,345℃, 1,350℃, 1,355℃, 1,360℃, 1,365℃, 1,370℃, 1,375℃, 1,380℃, 1,385℃, 1,390℃, 1,395℃, 1,400℃, 1,405℃, 1,410℃, 1,415℃, 1,420℃, 1,425℃, 1,430℃, 1,435℃, 1,440℃, 1,445℃, 1,450℃ 또는 이들 중 두 값의 사이 범위의 온도에서 소성된 것이어도 낮은 비저항을 가질 수 있다.That is, the metal complex is heated above 1,300°C, for example, 1,300°C, 1,305°C, 1,310°C, 1,315°C, 1,320°C, 1,325°C, 1,330°C, 1,335°C, 1,340°C, 1,345°C, 1,350°C, 1,355°C, 1,360℃, 1,365℃, 1,370℃, 1,375℃, 1,380℃, 1,385℃, 1,390℃, 1,395℃, 1,400℃, 1,405℃, 1,410℃, 1,415℃, 1,420℃, 1,425℃, 1,430℃, 1,4 35℃, 1,440℃ , 1,445°C, 1,450°C, or a temperature range between the two values may have low resistivity.

이러한 금속 복합체에서 몰리브덴 및 구리의 중량비는 각각 50~90 : 10~50일 수 있다. 예를 들어, 몰리브덴과 구리의 중량비가 50 : 50, 55 : 45, 60: 40, 65 : 35, 70 : 30, 75 : 25, 80 : 20, 85 : 15, 90 : 10 또는 이들 중 두 값의 사이 범위일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 몰리브덴의 비율이 너무 적으면 고온 소성이 어려울 수 있고, 몰리브덴의 비율이 너무 높으면 전극 회로층의 비저항이 높아질 수 있다.In this metal complex, the weight ratio of molybdenum and copper may be 50 to 90:10 to 50, respectively. For example, the weight ratio of molybdenum to copper is 50:50, 55:45, 60:40, 65:35, 70:30, 75:25, 80:20, 85:15, 90:10, or two of these values. It may be in the range between, but is not limited to this. If the ratio of molybdenum is too small, high temperature sintering may be difficult, and if the ratio of molybdenum is too high, the specific resistance of the electrode circuit layer may increase.

상기 금속 복합체는 20℃ 비저항이 2.5~5.0×10-6 Ω·cm, 예를 들어, 2.5×10-6 Ω·cm, 2.6×10-6 Ω·cm, 2.7×10-6 Ω·cm, 2.8×10-6 Ω·cm, 2.9×10-6 Ω·cm, 3.0×10-6 Ω·cm, 3.1×10-6 Ω·cm, 3.2×10-6 Ω·cm, 3.3×10-6 Ω·cm, 3.4×10-6 Ω·cm, 3.5×10-6 Ω·cm, 3.6×10-6 Ω·cm, 3.7×10-6 Ω·cm, 3.8×10-6 Ω·cm, 3.9×10-6 Ω·cm, 4.0×10-6 Ω·cm, 4.1×10-6 Ω·cm, 4.2×10-6 Ω·cm, 4.3×10-6 Ω·cm, 4.4×10-6 Ω·cm, 4.5×10-6 Ω·cm, 4.6×10-6 Ω·cm, 4.7×10-6 Ω·cm, 4.8×10-6 Ω·cm, 4.9×10-6 Ω·cm, 5.0×10-6 Ω·cm 또는 이들 중 두 값의 사이 범위일 수 있다. 금속 복합체의 비저항은 몰리브덴 및 구리의 비율 또는 소성공정에 따라 달라질 수 있으나, 몰리브덴의 비저항보다 낮은 값을 가질 수 있다.The metal composite has a resistivity at 20°C of 2.5 to 5.0×10 -6 Ω·cm, for example, 2.5×10 -6 Ω·cm, 2.6×10 -6 Ω·cm, 2.7×10 -6 Ω·cm, 2.8×10 -6 Ω·cm, 2.9×10 -6 Ω·cm, 3.0×10 -6 Ω·cm, 3.1×10 -6 Ω·cm, 3.2×10 -6 Ω·cm, 3.3×10 -6 Ω·cm, 3.4×10 -6 Ω·cm, 3.5×10 -6 Ω·cm, 3.6×10 -6 Ω·cm, 3.7×10 -6 Ω·cm, 3.8×10 -6 Ω·cm, 3.9 ×10 -6 Ω·cm, 4.0×10 -6 Ω·cm, 4.1×10 -6 Ω·cm, 4.2×10 -6 Ω·cm, 4.3×10 -6 Ω·cm, 4.4×10 -6 Ω ·cm, 4.5×10 -6 Ω·cm, 4.6×10 -6 Ω·cm, 4.7×10 -6 Ω·cm, 4.8×10 -6 Ω·cm, 4.9×10 -6 Ω·cm, 5.0× It may be 10 -6 Ω·cm or a range between these two values. The resistivity of the metal composite may vary depending on the ratio of molybdenum and copper or the sintering process, but may have a lower value than the resistivity of molybdenum.

다층 세라믹 기판에 포함된 각각의 세라믹층은 유전체(dielectric material)로서 서로 다른 세라믹층에 형성된 전극 또는 하나의 세라믹층의 일면과 타면에 형성된 전극을 전기적으로 절연할 수 있다.Each ceramic layer included in the multilayer ceramic substrate is a dielectric material and can electrically insulate electrodes formed on different ceramic layers or electrodes formed on one side and the other side of one ceramic layer.

다만 적어도 하나의 세라믹층은 하나 이상의 관통홀을 포함할 수 있다. 이러한 관통홀은 스루홀(through hole) 또는 비아홀(via hole)이라고도 불리며, 세라믹층의 일면에 위치한 전극과 타면에 위치한 전극을 전기적으로 연결할 수 있다. 일 예시에서는 이러한 관통홀이 여러 층의 세라믹층을 거쳐서 형성될 수도 있다.However, at least one ceramic layer may include one or more through holes. These through holes are also called through holes or via holes, and can electrically connect electrodes located on one side of the ceramic layer to electrodes located on the other side. In one example, such a through hole may be formed through several ceramic layers.

관통홀은 내벽에 전도층이 형성되거나, 내부에 전도성 물질 또는 비전도성 물질이 충진된 전극을 포함할 수 있다. 관통홀은 이러한 형태의 전극을 통해 세라믹층으로 절연된 서로 다른 전극 간 전기적 연결을 수행할 수 있다.The through hole may have a conductive layer formed on its inner wall, or may include an electrode filled with a conductive material or a non-conductive material. Through this type of electrode, through-holes can make electrical connections between different electrodes insulated with a ceramic layer.

관통홀 중 전자부품을 실장하는 것을 스루홀, 별도의 부품 실장 없이 층간 접속을 위한 것을 비아홀이라 부른다. 비아홀에 전도성 물질이 충진된 것은 비아필(via fill)이라고 부를 수 있다.Among through holes, those for mounting electronic components are called through holes, and those for interlayer connection without mounting separate components are called via holes. A via hole filled with a conductive material can be called a via fill.

즉, 본 발명의 일 측면에 따른 다층 세라믹 기판은 세라믹층 표면에 형성된 전극 회로층, 스루홀, 비아홀, 비아필 등을 포함하는 전극 중 적어도 일부가 구형 구리 입자를 포함하여 형성된 몰리브덴-구리 금속 복합체를 포함할 수 있다.That is, the multilayer ceramic substrate according to one aspect of the present invention is a molybdenum-copper metal composite in which at least some of the electrodes including the electrode circuit layer, through holes, via holes, via fills, etc. formed on the surface of the ceramic layer include spherical copper particles. may include.

본 발명의 비제한적인 일 예시에서 상기 세라믹층은 코디어라이트 20~50중량%, 뮬라이트 10~60중량%, 알루미나 10~60중량%를 포함하는 세라믹 조성물을 소성한 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 세라믹 조성물이 전술한 조성을 가지면 1,300~1,500℃의 소결온도를 가질 수 있다.In a non-limiting example of the present invention, the ceramic layer may be a fired ceramic composition containing 20 to 50% by weight of cordierite, 10 to 60% by weight of mullite, and 10 to 60% by weight of alumina, but is limited thereto. That is not the case. If the ceramic composition has the above-described composition, it can have a sintering temperature of 1,300 to 1,500°C.

상기 세라믹 조성물은 코디어라이트를 20~50중량%, 예를 들어, 20중량%, 22.5중량%, 25중량%, 27.5중량%, 30중량%, 32.5%중량%, 35중량%, 37.5중량%, 40중량%, 42.5중량%, 45중량%, 47.5중량%, 50중량% 또는 이들 중 두 값의 사이 범위일 수 있다. 상기 세라믹 조성물에서 코디어라이트의 함량이 너무 적으면 세라믹층의 강도가 저하될 수 있다. 상기 세라믹 조성물에서 코디어라이트의 함량이 너무 많으면 소성 시 세라믹층의 수축율이 높아질 수 있다.The ceramic composition contains 20 to 50% by weight of cordierite, for example, 20% by weight, 22.5% by weight, 25% by weight, 27.5% by weight, 30% by weight, 32.5% by weight, 35% by weight, 37.5% by weight. , 40% by weight, 42.5% by weight, 45% by weight, 47.5% by weight, 50% by weight, or a range between any two of these values. If the content of cordierite in the ceramic composition is too small, the strength of the ceramic layer may decrease. If the content of cordierite in the ceramic composition is too high, the shrinkage rate of the ceramic layer may increase during firing.

상기 세라믹 조성물은 뮬라이트를 10~60중량%, 예를 들어, 10중량%, 12.5중량%, 15중량%, 17.5중량%, 20중량%, 22.5중량%, 25중량%, 27.5중량%, 30중량%, 32.5%중량%, 35중량%, 37.5중량%, 40중량%, 42.5중량%, 45중량%, 47.5중량%, 50중량%, 52.5중량%, 55중량%, 57.5중량%, 60중량% 또는 이들 중 두 값의 사이 범위일 수 있다. 상기 세라믹 조성물에서 뮬라이트의 함량이 너무 적으면 세라믹층의 열팽창계수가 높아질 수 있다. 상기 세라믹 조성물에서 뮬라이트의 함량이 너무 많으면 소결온도가 높아질 수 있다.The ceramic composition contains 10 to 60% by weight of mullite, for example, 10% by weight, 12.5% by weight, 15% by weight, 17.5% by weight, 20% by weight, 22.5% by weight, 25% by weight, 27.5% by weight, 30% by weight. %, 32.5% by weight, 35% by weight, 37.5% by weight, 40% by weight, 42.5% by weight, 45% by weight, 47.5% by weight, 50% by weight, 52.5% by weight, 55% by weight, 57.5% by weight, 60% by weight Or it may be a range between two of these values. If the content of mullite in the ceramic composition is too small, the thermal expansion coefficient of the ceramic layer may increase. If the content of mullite in the ceramic composition is too high, the sintering temperature may increase.

상기 세라믹 조성물은 알루미나를 10~60중량%, 예를 들어, 10중량%, 12.5중량%, 15중량%, 17.5중량%, 20중량%, 22.5중량%, 25중량%, 27.5중량%, 30중량%, 32.5%중량%, 35중량%, 37.5중량%, 40중량%, 42.5중량%, 45중량%, 47.5중량%, 50중량%, 52.5중량%, 55중량%, 57.5중량%, 60중량% 또는 이들 중 두 값의 사이 범위일 수 있다. 상기 세라믹 조성물에서 알루미나의 함량이 너무 적으면 세라믹층의 기판 강도가 낮아질 수 있다. 상기 세라믹 조성물에서 알루미나의 함량이 너무 많으면 열팽창계수가 높아질 수 있다.The ceramic composition contains 10 to 60% by weight of alumina, for example, 10% by weight, 12.5% by weight, 15% by weight, 17.5% by weight, 20% by weight, 22.5% by weight, 25% by weight, 27.5% by weight, 30% by weight. %, 32.5% by weight, 35% by weight, 37.5% by weight, 40% by weight, 42.5% by weight, 45% by weight, 47.5% by weight, 50% by weight, 52.5% by weight, 55% by weight, 57.5% by weight, 60% by weight Or it may be a range between two of these values. If the alumina content in the ceramic composition is too small, the substrate strength of the ceramic layer may be lowered. If the alumina content in the ceramic composition is too high, the coefficient of thermal expansion may increase.

다층 세라믹 기판의 제조방법Manufacturing method of multilayer ceramic substrate

본 발명의 다른 일 측면은 구리 분말을 기상변환 후 응축시켜 구형 구리 분말을 제조하는 단계; 상기 구형 구리 분말과 몰리브덴 분말을 페이스트화하여 적어도 하나의 세라믹 그린시트에 인쇄하는 단계; 및 하나 이상의 세라믹 그린시트를 적층하여 소성하는 단계를 포함하는, 다층 세라믹 기판의 제조방법을 제공한다.Another aspect of the present invention includes manufacturing spherical copper powder by condensing copper powder after gas phase conversion; Pasteing the spherical copper powder and molybdenum powder and printing the spherical copper powder and molybdenum powder on at least one ceramic green sheet; and the step of laminating and firing one or more ceramic green sheets.

구리 분말을 기상변환 후 응축시켜 제조한 구형 구리 분말을 몰리브덴 분말과 혼합하여 사용하면 구리의 용융점인 1,084℃ 이상의 온도에서 소성하여도 낮은 비저항을 가지는 몰리브덴-구리 금속 복합체를 형성할 수 있다. 금속 복합체의 특성에 대하여는 전술한 바와 같다.When spherical copper powder prepared by condensing copper powder after gas phase conversion is mixed with molybdenum powder, a molybdenum-copper metal complex with low resistivity can be formed even when fired at a temperature above 1,084°C, which is the melting point of copper. The characteristics of the metal composite are as described above.

구리 분말의 기상변환은 플라즈마 열원에 의하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 아크 기상 방전법(plasma arc vapor discharge), 플라즈마 분산법(plasma atomization) 등을 이용하여 급속도로 기상변환시킨 후 냉각하여 구형 구리 분말을 제조할 수 있다.Gas phase conversion of copper powder can be performed by a plasma heat source. For example, spherical copper powder can be manufactured by rapidly converting the vapor phase using plasma arc vapor discharge, plasma atomization, etc. and then cooling it.

제조된 구형 구리 분말은 몰리브덴 분말과 함께 바인더, 용매 등과 혼합하여 전도성 페이스트 형태로 전환될 수 있다. 여기서 구리 및 몰리브덴의 비율과 소성 시의 조건 등에 대해서는 전술한 바와 같다.The manufactured spherical copper powder can be converted into a conductive paste form by mixing it with molybdenum powder, a binder, a solvent, etc. Here, the ratio of copper and molybdenum and conditions during firing are the same as described above.

적어도 하나의 상기 세라믹 그린시트는 하나 이상의 관통홀을 포함할 수 있다. 세라믹 그린시트의 관통홀이 가지는 특성은 전술한 세라믹층의 관통홀의 것을 참고할 수 있다.At least one ceramic green sheet may include one or more through holes. The characteristics of the through hole of the ceramic green sheet can be referred to as those of the through hole of the ceramic layer described above.

구형 구리 분말을 포함하는 전도성 페이스트는 적어도 하나의 세라믹 그린시트 표면 또는 적어도 하나의 세라믹 그린시트 관통홀에 적용되어 다층 세라믹 기판의 내부 전극을 형성할 수 있다.A conductive paste containing spherical copper powder may be applied to the surface of at least one ceramic green sheet or to the through hole of at least one ceramic green sheet to form an internal electrode of the multilayer ceramic substrate.

전술한 특성을 가지는 다층 세라믹 기판은 아래 (i) 내지 (v)의 물성 중 적어도 하나를 만족할 수 있다: (i) 수축율 20% 이하; (ii) 열팽창계수 5 ppm/℃ 이하; (iii) 열전도도 3~5 W/m·K, (iv) 유전율 6.5~8, (v) 굴곡강도 200 MPa 이상.A multilayer ceramic substrate having the above-described characteristics may satisfy at least one of the physical properties (i) to (v) below: (i) shrinkage rate of 20% or less; (ii) thermal expansion coefficient of 5 ppm/℃ or less; (iii) thermal conductivity of 3 to 5 W/m·K, (iv) dielectric constant of 6.5 to 8, (v) flexural strength of 200 MPa or more.

일 예로 다층 세라믹 기판은 소성 전후의 수축율이 부피 기준 20% 이하, 예를 들어, 20%, 19.8%, 19.6%, 19.4%, 19.2%, 19%, 18.8%, 18.6%, 18.4%, 18.2%, 18%, 17.8%, 17.6%, 17.4%, 17.2%, 17%, 16.8%, 16.6%, 16.4%, 16.2%, 16%, 15.8%, 15.6%, 15.4%, 15.2%, 15% 또는 이들 중 두 값의 사이 범위에 속할 수 있다.For example, the multilayer ceramic substrate has a shrinkage rate of 20% or less by volume before and after firing, for example, 20%, 19.8%, 19.6%, 19.4%, 19.2%, 19%, 18.8%, 18.6%, 18.4%, 18.2%. , 18%, 17.8%, 17.6%, 17.4%, 17.2%, 17%, 16.8%, 16.6%, 16.4%, 16.2%, 16%, 15.8%, 15.6%, 15.4%, 15.2%, 15% or these It can fall in the range between two values.

다른 일 예로 다층 세라믹 기판은 상온(25℃)에서 150℃까지 승온하며 측정한 열팽창계수가 5 ppm/℃ 이하, 예를 들어, 5 ppm/℃, 4.95 ppm/℃, 4.9 ppm/℃, 4.85 ppm/℃, 4.8 ppm/℃, 4.75 ppm/℃, 4.7 ppm/℃, 4.65 ppm/℃, 4.6 ppm/℃, 4.55 ppm/℃, 4.5 ppm/℃, 4.45 ppm/℃, 4.4 ppm/℃, 4.35 ppm/℃, 4.3 ppm/℃, 4.25 ppm/℃, 4.2 ppm/℃, 4.15 ppm/℃, 4.1 ppm/℃, 4.05 ppm/℃, 4 ppm/℃, 3.95 ppm/℃, 3.9 ppm/℃, 3.85 ppm/℃, 3.8 ppm/℃, 3.75 ppm/℃, 3.7 ppm/℃, 3.65 ppm/℃, 3.6 ppm/℃, 3.55 ppm/℃, 3.5 ppm/℃ 또는 이들 중 두 값의 사이 범위에 속할 수 있다.As another example, the multilayer ceramic substrate is heated from room temperature (25°C) to 150°C and the measured thermal expansion coefficient is 5 ppm/°C or less, for example, 5 ppm/°C, 4.95 ppm/°C, 4.9 ppm/°C, 4.85 ppm. /℃, 4.8 ppm/℃, 4.75 ppm/℃, 4.7 ppm/℃, 4.65 ppm/℃, 4.6 ppm/℃, 4.55 ppm/℃, 4.5 ppm/℃, 4.45 ppm/℃, 4.4 ppm/℃, 4.35 ppm /℃, 4.3 ppm/℃, 4.25 ppm/℃, 4.2 ppm/℃, 4.15 ppm/℃, 4.1 ppm/℃, 4.05 ppm/℃, 4 ppm/℃, 3.95 ppm/℃, 3.9 ppm/℃, 3.85 ppm /°C, 3.8 ppm/°C, 3.75 ppm/°C, 3.7 ppm/°C, 3.65 ppm/°C, 3.6 ppm/°C, 3.55 ppm/°C, 3.5 ppm/°C, or a range between any two of these values.

다른 일 예로 다층 세라믹 기판은 열전도도가 3~5 W/m·K, 예를 들어, 3 W/m·K, 3.05 W/m·K, 3.1 W/m·K, 3.15 W/m·K, 3.2 W/m·K, 3.25 W/m·K, 3.3 W/m·K, 3.35 W/m·K, 3.4 W/m·K, 3.45 W/m·K, 3.5 W/m·K, 3.55 W/m·K, 3.6 W/m·K, 3.65 W/m·K, 3.7 W/m·K, 3.75 W/m·K, 3.8 W/m·K, 3.85 W/m·K, 3.9 W/m·K, 3.95 W/m·K, 4 W/m·K, 4.05 W/m·K, 4.1 W/m·K, 4.15 W/m·K, 4.2 W/m·K, 4.25 W/m·K, 4.3 W/m·K, 4.35 W/m·K, 4.4 W/m·K, 4.45 W/m·K, 4.5 W/m·K, 4.55 W/m·K, 4.6 W/m·K, 4.65 W/m·K, 4.7 W/m·K, 4.75 W/m·K, 4.8 W/m·K, 4.85 W/m·K, 4.9 W/m·K, 4.95 W/m·K, 5 W/m·K 또는 이들 중 두 값의 사이 범위를 만족할 수 있다.As another example, the multilayer ceramic substrate has a thermal conductivity of 3 to 5 W/m·K, for example, 3 W/m·K, 3.05 W/m·K, 3.1 W/m·K, 3.15 W/m·K. , 3.2 W/m·K, 3.25 W/m·K, 3.3 W/m·K, 3.35 W/m·K, 3.4 W/m·K, 3.45 W/m·K, 3.5 W/m·K, 3.55 W/m·K, 3.6 W/m·K, 3.65 W/m·K, 3.7 W/m·K, 3.75 W/m·K, 3.8 W/m·K, 3.85 W/m·K, 3.9 W/m·K, 3.95 W/m·K, 4 W/m·K, 4.05 W/m·K, 4.1 W/m·K, 4.15 W/m·K, 4.2 W/m·K, 4.25 W /m·K, 4.3 W/m·K, 4.35 W/m·K, 4.4 W/m·K, 4.45 W/m·K, 4.5 W/m·K, 4.55 W/m·K, 4.6 W/ m·K, 4.65 W/m·K, 4.7 W/m·K, 4.75 W/m·K, 4.8 W/m·K, 4.85 W/m·K, 4.9 W/m·K, 4.95 W/m ·K, 5 W/m·K, or the range between these two values can be satisfied.

다른 일 예로 다층 세라믹 기판은 1 MHz의 주파수로 측정한 유전율이 6.5~8, 예를 들어, 6.5, 6.55, 6.6, 6.65, 6.7, 6.75, 6.8, 6.85, 6.9, 6.95, 7, 7.05, 7.1, 7.15, 7.2, 7.25, 7.3, 7.35, 7.4, 7.45, 7.5, 7.55, 7.6, 7.65, 7.7, 7.75, 7.8, 7.85, 7.9, 7.95, 8 또는 이들 중 두 값의 사이 범위에 속할 수 있다.As another example, the multilayer ceramic substrate has a dielectric constant measured at a frequency of 1 MHz of 6.5 to 8, for example, 6.5, 6.55, 6.6, 6.65, 6.7, 6.75, 6.8, 6.85, 6.9, 6.95, 7, 7.05, 7.1, It can be 7.15, 7.2, 7.25, 7.3, 7.35, 7.4, 7.45, 7.5, 7.55, 7.6, 7.65, 7.7, 7.75, 7.8, 7.85, 7.9, 7.95, 8, or a range between any two of these values.

또다른 일 예로 다층 세라믹 기판의 굴곡강도는 200 MPa 이상, 예를 들어, 200 MPa, 205 MPa, 210 MPa, 215 MPa, 220 MPa, 225 MPa, 230 MPa, 235 MPa, 240 MPa, 245 MPa, 250 MPa, 255 MPa, 260 MPa, 265 MPa, 270 MPa, 275 MPa, 280 MPa, 285 MPa, 290 MPa, 295 MPa, 300 MPa, 305 MPa, 310 MPa, 315 MPa, 320 MPa, 325 MPa, 330 MPa, 335 MPa, 340 MPa, 345 MPa, 350 MPa 또는 이들 중 두 값의 사이 범위에 속할 수 있다.In another example, the flexural strength of the multilayer ceramic substrate is 200 MPa or more, for example, 200 MPa, 205 MPa, 210 MPa, 215 MPa, 220 MPa, 225 MPa, 230 MPa, 235 MPa, 240 MPa, 245 MPa, 250 MPa. MPa, 255 MPa, 260 MPa, 265 MPa, 270 MPa, 275 MPa, 280 MPa, 285 MPa, 290 MPa, 295 MPa, 300 MPa, 305 MPa, 310 MPa, 315 MPa, 320 MPa, 325 MPa, 330 MPa, It may be 335 MPa, 340 MPa, 345 MPa, 350 MPa, or a range between these two values.

다만 이러한 물성은 전술한 다층 세라믹 기판의 사용목적에 따라 구현할 수 있는 다양한 특성 중 하나로, 이러한 물성을 전부 만족해야만 하는 것은 아니다.However, these physical properties are one of the various properties that can be realized depending on the purpose of use of the above-mentioned multilayer ceramic substrate, and all of these physical properties do not have to be satisfied.

이하 실시예를 통해, 본 발명을 더욱 상술하나 하기 실시예에 의해 본 발명이 제한되지 아니함은 자명하다.The present invention will be described in further detail through the following examples, but it is obvious that the present invention is not limited by the following examples.

실시예 1Example 1

아크 플라즈마 연소 장치로 구리 분말을 증발시킨 후 급속 냉각시켜 구형 구리 분말을 제조하였다. 아크 플라즈마 연소 장치는 거리 10 mm, 지름 10 mm의 영역으로 중심부 20,000 K, 외곽부 11,000 K의 온도를 가지는 플라즈마를 분사하도록 조절하였다. Copper powder was evaporated using an arc plasma combustion device and then rapidly cooled to produce spherical copper powder. The arc plasma combustion device was adjusted to spray plasma with a temperature of 20,000 K at the center and 11,000 K at the outside to an area of 10 mm in distance and 10 mm in diameter.

증발한 구리는 수냉식 냉각장치를 통과시켜 구형 구리 분말의 형태로 수득하였다. 아크 플라즈마 연소 장치는 도가니에 5~30 l/분의 유속으로 질소를 공급하며 50~150 V, 150~450 A의 전력으로 플라즈마를 발생시켜 구리를 용융 및 증발시켰다.The evaporated copper was passed through a water-cooled cooling device to obtain the form of spherical copper powder. The arc plasma combustion device supplied nitrogen to the crucible at a flow rate of 5 to 30 l/min and generated plasma with a power of 50 to 150 V and 150 to 450 A to melt and evaporate copper.

알파 테르피네올에 에틸셀룰로오스를 용해시킨 혼합용액에 구형 구리 분말과 몰리브덴 분말을 균일하게 분산시켜 전도성 페이스트를 제조하였다.A conductive paste was prepared by uniformly dispersing spherical copper powder and molybdenum powder in a mixed solution of ethylcellulose dissolved in alpha-terpineol.

실시예 2Example 2

구형 구리 분말과 몰리브덴 분말을 증류수에 폴리스티렌 술포네이트를 용해시킨 혼합용액에 균일하게 분산시킨 것을 제외하면 실시예 1과 동일한 방법으로 전도성 페이스트를 제조하였다.A conductive paste was prepared in the same manner as in Example 1, except that spherical copper powder and molybdenum powder were uniformly dispersed in a mixed solution of polystyrene sulfonate dissolved in distilled water.

실시예 3Example 3

아크 플라즈마 연소장치에서 플라즈마 건으로 구리 와이어를 용융시키는 플라즈마 분산법 (Plasma atomization) 공정을 사용하여 구형 구리 분말을 제조한 것을 제외하면 실시예 1과 동일한 방법으로 전도성 페이스트를 제조하였다.A conductive paste was manufactured in the same manner as in Example 1, except that spherical copper powder was manufactured using a plasma atomization process of melting a copper wire with a plasma gun in an arc plasma combustion device.

비교예 1Comparative Example 1

구형 구리 분말 대신 구리 분말을 사용한 것을 제외하면 실시예 1과 동일한 방법으로 전도성 페이스트를 제조하였다.A conductive paste was prepared in the same manner as Example 1, except that copper powder was used instead of spherical copper powder.

비교예 2Comparative Example 2

몰리브덴 분말을 제외하고 구리 분말을 단독으로 사용한 것을 제외하면 실시예 1과 동일한 방법으로 전도성 페이스트를 제조하였다.A conductive paste was prepared in the same manner as Example 1, except that copper powder was used alone, except for molybdenum powder.

비교예 3Comparative Example 3

구형 구리 분말을 제외하고 몰리브덴 분말을 단독으로 사용한 것을 제외하면 실시예 1과 동일한 방법으로 전도성 페이스트를 제조하였다.A conductive paste was prepared in the same manner as Example 1, except that molybdenum powder was used alone, except for the spherical copper powder.

제조예Manufacturing example

하기 표 1의 조성비를 주 성분으로 가지는 세라믹 조성물로 세라믹 그린시트를 제조하였다.A ceramic green sheet was manufactured using a ceramic composition having the composition ratio shown in Table 1 below as the main component.

구분division 코디어라이트cordier light 뮬라이트mullite 알루미나alumina 제조예 1Manufacturing example 1 5050 2525 2525 제조예 2Production example 2 3030 4545 2525 제조예 3Production example 3 3535 4040 2525 제조예 4Production example 4 4040 3535 2525 제조예 5Production example 5 3030 2525 4545 제조예 6Production example 6 3030 3535 3535 제조예 7Production example 7 2020 5050 3030 제조예 8Production example 8 2020 3030 5050 제조예 9Production example 9 3030 6060 1010 제조예 10Production example 10 3030 1010 6060

실험예 1 : 전극 특성 평가Experimental Example 1: Evaluation of electrode characteristics

제조예 9의 세라믹 그린시트에 실시예와 비교예의 전도성 페이스트를 이용하여 전극 패턴을 형성한 후 복수개의 세라믹 그린시트를 적층하고, 1,450℃의 온도로 소성하여 다층 세라믹 기판을 제조하였다.An electrode pattern was formed on the ceramic green sheet of Preparation Example 9 using the conductive paste of Examples and Comparative Examples, and then a plurality of ceramic green sheets were stacked and fired at a temperature of 1,450°C to prepare a multilayer ceramic substrate.

제조된 다층 세라믹 기판의 전극 특성을 아래 표 2에 나타내었다. 실시예 1의 전극을 형성하는 금속 복합체의 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope; SEM) 사진을 도 1 및 도 2에 나타내었다.The electrode characteristics of the manufactured multilayer ceramic substrate are shown in Table 2 below. Scanning electron microscope (SEM) photographs of the metal composite forming the electrode of Example 1 are shown in Figures 1 and 2.

구분division 전극 소재electrode material 비저항(20℃)Specific resistance (20℃) 실시예 1-1Example 1-1 80Mo-20Cu(구형)80Mo-20Cu (old) 3.5×10-6 Ω·cm3.5×10 -6 Ω·cm 실시예 1-2Example 1-2 70Mo-30Cu(구형)70Mo-30Cu (old) 3.3×10-6 Ω·cm3.3×10 -6 Ω·cm 실시예 1-3Example 1-3 50Mo-50Cu(구형)50Mo-50Cu (spherical) 2.9×10-6 Ω·cm2.9×10 -6 Ω·cm 실시예 2Example 2 70Mo-30Cu(구형)70Mo-30Cu (old) 3.4×10-6 Ω·cm3.4×10 -6 Ω·cm 실시예 3Example 3 60Mo-40Cu(구형)60Mo-40Cu (old) 3.1×10-6 Ω·cm3.1×10 -6 Ω·cm 비교예 1Comparative Example 1 80Mo-20Cu80Mo-20Cu 6.9×10-6 Ω·cm6.9×10 -6 Ω·cm 비교예 2Comparative Example 2 CuCu -- 비교예 3Comparative Example 3 MoMo 7.0×10-6 Ω·cm7.0×10 -6 Ω·cm

표 2를 참조하면, 실시예 1 내지 3의 전극은 몰리브덴 전극 대비 낮은 비저항을 가지는 것을 확인할 수 있다. Referring to Table 2, it can be seen that the electrodes of Examples 1 to 3 have a lower specific resistance compared to the molybdenum electrode.

도 1을 참조하면, 전극에서 몰리브덴 입자 표면에 구리층이 형성된 코어-쉘 형태의 금속 복합체로 존재함을 확인할 수 있다.Referring to Figure 1, it can be seen that the electrode exists as a core-shell metal composite in which a copper layer is formed on the surface of the molybdenum particles.

도 2를 참조하면 구형 구리 분말을 적용한 전극에서 몰리브덴 입자 표면에 형성된 구리층이 일종의 네트워크 구조를 형성한 것을 확인할 수 있다.Referring to Figure 2, it can be seen that the copper layer formed on the surface of the molybdenum particles in the electrode to which spherical copper powder was applied formed a kind of network structure.

반면 플라즈마 처리된 구형 구리 분말이 아닌 통상적인 구리 분말을 적용한 비교예 1의 전극은 구리가 휘발되어 몰리브덴과 가까운 특성을 가지고 있음을 확인할 수 있다.On the other hand, it can be confirmed that the electrode of Comparative Example 1, in which ordinary copper powder rather than plasma-treated spherical copper powder was applied, had characteristics similar to molybdenum due to the volatilization of copper.

비교예 2는 고온에서 구리 분말이 용융, 휘발됨에 따라 전극이 형성되지 않았다.In Comparative Example 2, an electrode was not formed as the copper powder was melted and volatilized at high temperature.

이러한 결과는 몰리브덴-구리 금속 복합체가 1,300℃ 이상의 고온에서 낮은 비저항을 가지는 전극 소재로 적용될 수 있음을 시사한다.These results suggest that molybdenum-copper metal composite can be applied as an electrode material with low specific resistance at high temperatures above 1,300°C.

실험예 2 : 세라믹 기판 특성 평가Experimental Example 2: Evaluation of ceramic substrate properties

제조예를 통해 제조된 세라믹 기판의 기계적 물성을 평가하여 아래 표 3에 나타내었다.The mechanical properties of the ceramic substrate manufactured through the manufacturing example were evaluated and are shown in Table 3 below.

구분division 소성온도firing temperature 수축율
(%)
shrinkage rate
(%)
열팽창계수
(ppm/℃)
상온~150℃
thermal expansion coefficient
(ppm/℃)
Room temperature~150℃
열전도도
(W/m·K)
thermal conductivity
(W/m·K)
유전율
(측정주파수 1MHz)
permittivity
(Measurement frequency 1MHz)
굴곡강도
(MPa)
Flexural strength
(MPa)
제조예 1Manufacturing Example 1 1,3501,350 17.317.3 3.273.27 4.544.54 6.926.92 243243 제조예 2Production example 2 1,4501,450 16.316.3 3.843.84 4.874.87 6.746.74 258258 제조예 3Production example 3 1,4501,450 16.116.1 3.983.98 4.754.75 6.856.85 253253 제조예 4Production example 4 1,4001,400 16.116.1 3.963.96 4.794.79 6.586.58 248248 제조예 5Production example 5 1,4501,450 16.016.0 4.124.12 4.634.63 6.976.97 249249 제조예 6Production example 6 1,4501,450 16.016.0 3.923.92 4.884.88 7.147.14 245245 제조예 7Production example 7 1,4501,450 15.815.8 3.373.37 4.764.76 6.726.72 214214 제조예 8Production example 8 1,4501,450 15.815.8 3.693.69 4.644.64 6.546.54 220220 제조예 9Production example 9 1,4501,450 15.415.4 3.143.14 4.864.86 6.886.88 251251 제조예 10Production example 10 1,4501,450 15.715.7 3.923.92 4.924.92 7.127.12 252252

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. The description of the present invention described above is for illustrative purposes, and those skilled in the art will understand that the present invention can be easily modified into other specific forms without changing the technical idea or essential features of the present invention. will be.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a dispersed form, and similarly, components described as distributed may also be implemented in a combined form. The scope of the present invention is defined by the patent claims described later. It is indicated by, and the meaning and scope of the patent claims and all changes or modified forms derived from the equivalent concept should be construed as being included in the scope of the present invention.

Claims (10)

하나 이상의 세라믹층; 및
상기 세라믹층 중 적어도 일부에 형성된 전극을 포함하고,
상기 전극은 몰리브덴 입자 표면 중 적어도 일부에 구리층이 형성된 금속 복합체를 포함하는, 다층 세라믹 기판.
one or more ceramic layers; and
Includes an electrode formed on at least a portion of the ceramic layer,
The electrode is a multilayer ceramic substrate comprising a metal composite in which a copper layer is formed on at least a portion of the molybdenum particle surface.
제1항에 있어서,
상기 금속 복합체는 1,300℃ 이상에서 소성된, 다층 세라믹 기판.
According to paragraph 1,
The metal composite is a multilayer ceramic substrate fired at 1,300°C or higher.
제1항에 있어서,
상기 금속 복합체는 몰리브덴 및 구리의 중량비가 각각 50~90 : 10~50인, 다층 세라믹 기판.
According to paragraph 1,
The metal composite is a multilayer ceramic substrate in which the weight ratio of molybdenum and copper is 50 to 90:10 to 50, respectively.
제1항에 있어서,
상기 금속 복합체는 20℃ 비저항이 2.5~5.0×10-6 Ω·cm인, 다층 세라믹 기판.
According to paragraph 1,
The metal composite is a multilayer ceramic substrate having a resistivity of 2.5 to 5.0×10 -6 Ω·cm at 20°C.
제1항에 있어서,
적어도 하나의 상기 세라믹층은 하나 이상의 관통홀을 포함하는, 다층 세라믹 기판.
According to paragraph 1,
At least one ceramic layer includes one or more through holes.
제1항에 있어서,
상기 세라믹층은 코디어라이트 20~50중량%, 뮬라이트 10~60중량%, 알루미나 10~60중량%를 포함하는 세라믹 조성물을 소성한, 다층 세라믹 기판.
According to paragraph 1,
The ceramic layer is a multilayer ceramic substrate in which a ceramic composition containing 20 to 50% by weight of cordierite, 10 to 60% by weight of mullite, and 10 to 60% by weight of alumina is fired.
구리 분말을 기상변환 후 응축시켜 구형 구리 분말을 제조하는 단계;
상기 구형 구리 분말과 몰리브덴 분말을 페이스트화하여 적어도 하나의 세라믹 그린시트에 인쇄하는 단계; 및
하나 이상의 세라믹 그린시트를 적층하여 소성하는 단계를 포함하는, 다층 세라믹 기판의 제조방법.
Condensing copper powder after gas phase conversion to produce spherical copper powder;
Pasteing the spherical copper powder and molybdenum powder and printing the spherical copper powder and molybdenum powder on at least one ceramic green sheet; and
A method of manufacturing a multilayer ceramic substrate, comprising the step of laminating and firing one or more ceramic green sheets.
제7항에 있어서,
상기 기상변환은 플라즈마 열원에 의하여 수행된 것인, 다층 세라믹 기판의 제조방법.
In clause 7,
A method of manufacturing a multilayer ceramic substrate, wherein the gas phase conversion is performed by a plasma heat source.
제7항에 있어서,
상기 몰리브덴 및 상기 구리의 중량비는 각각 50~90 : 10~50인, 다층 세라믹 기판의 제조방법.
In clause 7,
A method of manufacturing a multilayer ceramic substrate, wherein the weight ratio of the molybdenum and the copper is 50 to 90:10 to 50, respectively.
제7항에 있어서,
상기 소성은 1,300℃ 이상의 온도에서 수행되는, 다층 세라믹 기판의 제조방법.
In clause 7,
A method of manufacturing a multilayer ceramic substrate, wherein the firing is performed at a temperature of 1,300°C or higher.
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