JP5290267B2 - セラミック基板の焼成用バッファシート及びこれを用いたセラミック基板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、セラミック基板の焼成用バッファシート及びこれを用いたセラミック基板の製造方法に関し、より具体的には、焼成過程で発生するセラミック基板の反りを防止することができるセラミック基板の焼成用バッファシート及びこれを用いたセラミック基板の製造方法に関する。

一般的に、セラミック基板、特に低温同時焼成セラミック（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃ：ＬＴＣＣ）基板は、熱的特性や誘電率などの電気的特性に優れ、超小型化が可能で複合的な機能を発揮することができ、様々な技術分野で使用されている。

また、低温同時焼成セラミック基板は、拘束層を用いて面方向の無収縮焼成ができ、回路パターンの精度が要求される半導体検査用基板などにその応用が拡大されている。特に、半導体検査用基板は大面積でありながら、検査時に繰り返される圧力に耐えられるよう、厚く製作されている。そのため、優れた平坦度を有しながら、大面積の基板を反りなく焼成できる方法が求められている。

セラミック基板の焼成工程は、一般的にグリーンシートが積層された成形体を焼成炉で焼成する工程であるが、焼成中、グリーンシート成形体は構造を支持するために焼成セッターに載置される。しかし、焼成過程中にグリーンシート成形体と焼成セッターの接触部位で発生する摩擦力と反応性によりグリーンシート成形体に局部的な焼成ストレスが生じ、よって、焼成後にセラミック基板に反りなどの多数の欠陥が発生する。

特に、上述したように、最近はセラミック基板が大面積化されてその厚さも徐々に厚くなる傾向にあるため、上記問題はさらに深刻になっている。

韓国特許第２００９−００６１９０４号公報 韓国特許第２００９−００４６６００号公報 特開２００５−２６３５９７号公報

本発明は、上記のような問題点を解決するためのもので、その目的は、焼成過程で発生するセラミック基板の反りを防止できるセラミック基板の焼成用バッファシート、及びこれを用いたセラミック基板の製造方法を提供することにある。

本発明の一実施形態は、セラミック基板が積載される第１面と上記第１面に対向する第２面とを有するバッファシートであり、上記バッファシートは板状形の第１粉末及び球形の第２粉末を含み、上記第１面は、上記第２面に比べ上記第２粉末より上記第１粉末の分布比率が高いセラミック基板の焼成用バッファシートを提供する。

上記第１粉末及び第２粉末は、上記セラミック基板の焼結温度で焼結されない難焼結性粉末であることができる。
上記第１粉末及び第２粉末は、互いに異なる材質または密度を有することができる。

上記第１粉末の８０％以上は、上記バッファシートの第１面から一定の範囲の厚さに亘って分布されることができる。上記一定の範囲の厚さは、上記第１面を基準に上記バッファシートの厚さの１０％〜８０％の厚さの範囲にあることができる。

上記板状形の第１粉末の幅は５μｍ〜２０μｍであり、厚さは０．１μｍ〜１．０μｍであることができる。

上記球形の第２粉末の平均粒径は１μｍ〜３μｍであることができる。

上記バッファシートの厚さは３μｍ〜３００μｍであることができる。

本発明の他の実施形態は、板状形の第１粉末と球形の第２粉末を含むスラリーを製造するステップと、上記スラリーにせん断応力を与え、上記板状形の第１粉末が上部に配置され、上記球形の第２粉末が下部に配置されるようバッファシートを成形するステップと、を含むセラミック基板の焼成用バッファシートの製造方法を提供する。

上記第１粉末及び第２粉末は、互いに異なる材質または密度を有することができる。

本発明のさらに他の実施形態は、セラミック基板が積載される第１面と上記第１面に対向する第２面とを有し、板状形の第１粉末及び球形の第２粉末を含み、上記第１面は、上記第２面に比べ上記第２粉末より上記第１粉末の分布比率が高い焼成用バッファシートを、上記第２面が接触するよう焼成セッターに積載するステップと、上記第１面にセラミックグリーンシートを積載するステップと、上記セラミックグリーンシートを焼成するステップと、を含むセラミック基板の製造方法を提供する。

上記第１粉末及び第２粉末は、上記セラミック基板の焼結温度で焼結されない難焼結性粉末であることができる。

上記第１粉末及び第２粉末は、互いに異なる材質または密度を有することができる。

上記第１粉末の８０％以上は、上記バッファシートの第１面から一定の厚さに亘って分布されることができる。上記一定の範囲の厚さは、上記第１面を基準に上記バッファシートの厚さの１０％〜８０％の厚さの範囲にあることができる。

上記板状形の第１粉末の幅は５μｍ〜２０μｍであり、厚さは０．１μｍ〜１．０μｍであることができる。

上記球形の第２粉末の平均粒径は１μｍ〜３μｍであることができる。

上記焼成用バッファシートの厚さは３μｍ〜３００μｍであることができる。

本発明の一実施形態による焼成用バッファシートの第１面には粉末粒子の間隙が広い板状形の第１粉末が主に位置し、セラミックグリーンシートとの接触点が少ない。そのため、セラミックグリーンシートを焼成させると、セラミック基板からガラス成分を拡散するための毛細管力が不十分になり、セラミック基板と焼成用バッファシートとの反応を効果的に抑制できる。これにより、セラミック基板の重さに関わらず、セラミック基板と焼成セッターの反応を防止できる。

また、球形の第２粉末は焼成用バッファシートの第２面に配置され、脱バインダー通路を確保するようになる。

本発明の一実施形態によるセラミック基板の製造方法を示す概略的な断面図である。 本発明の一実施形態による焼成用バッファシートを概略的に示す断面図である。 本発明の一実施形態による板状形の第１粉末及び球形の第２粉末を概略的に示す斜視図である。 本発明の一実施形態による板状形の第１粉末及び球形の第２粉末を概略的に示す斜視図である。 本発明の一実施形態による焼成用バッファシートの製造方法を概略的に示す断面図である。

以下、添付された図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。

しかし、本発明の実施形態は、様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲が以下で説明する実施形態のみに限定されるわけではない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野において通常の知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。従って、図面における構成要素の形状及びサイズなどは、より明確な説明のために誇張することもあり、図面上において同一の符号で示される構成要素は同一の構成要素である。

図１は、本発明の一実施形態によるセラミック基板の製造方法を示す概略的な断面図である。

図１を参照すると、本発明の一実施形態によるセラミック基板の製造方法は、焼成セッターＳに焼成用バッファシート１０を積載するステップと、上記焼成用バッファシート１０にセラミックグリーンシートを配置するステップと、上記セラミックグリーンシートを焼成するステップとを含む。

上記焼成用バッファシート１０は、セラミック基板が積載される第１面と上記第１面に対向する第２面とを有するバッファシートであり、上記第１面にセラミック基板が積載されるよう、上記第２面を焼成セッターに接触させて配置する。上記バッファシートは、板状形の第１粉末及び球形の第２粉末を含み、上記第１面は、上記第２面に比べ上記第２粉末に対する上記第１粉末の比率が高い特徴を有する。これに対する具体的な事項については後述する。

セラミック基板は、一般的に、セラミックグリーンシートを製造後、セラミックグリーンシートを焼成して製造する。上記セラミックグリーンシートの焼成工程は、一般的に焼成炉で行われることができ、焼成中、セラミックグリーンシートは構造を支持するために焼成セッターに載置されて行われることができる。

上記セラミック基板Ｃは、低温同時焼成セラミック基板であることができる。低温同時焼成セラミック基板は誘電体シートを製造し、上記誘電体のビアホール形成及びピーリング工程、導体パターン印刷工程、ラミネーション工程を経てグリーンシート積層体を形成し、上記グリーンシート積層体を焼成して製造されることができる。

本実施形態によると、焼成セッターＳとセラミックグリーンシートＣとの間に焼成用バッファシート１０が積載される。

一般的に、セラミックグリーンシートの焼成過程ではセラミックグリーンシートに含有されたガラス成分が外部に溶出して焼成セッターと反応できる。これによってセラミックグリーンシートと焼成セッターの反応部位で部分的に焼結収縮が妨害され、セラミック基板の収縮挙動にばらつきが生じ、焼成後にセラミック基板が反る恐れがある。

しかし、本実施形態によると、上記焼成用バッファシート１０は、焼成過程において焼成セッターＳとセラミックグリーンシートＣとの反応を防止する役割をする。

本発明の一実施形態による焼成用バッファシートの第１面には粉末粒子の間隙が広い板状形の第１粉末が主に位置し、セラミックグリーンシートとの接触点が少ない。そのため、セラミックグリーンシートと第１面を接触させたまま焼成させると、セラミック基板からガラス成分を拡散するための毛細管力が不十分なため、セラミック基板と焼成用バッファシートとの反応を効果的に抑制できる。これにより、セラミック基板の重さに関わらず、セラミック基板と焼成セッターの反応を防止できる。また、セラミック基板と焼成用バッファシートとの反応も効果的に抑制できる。

また、球形の第２粉末は、焼成用バッファシートの下部に配置され、脱バインダー通路を確保するようになる。

図２は、本発明の一実施形態による焼成用バッファシート１０を概略的に示す断面図である。

図２を参照すると、焼成用バッファシート１０は、第１面１０ａと上記第１面に対向する第２面１０ｂを有する。上記第１面１０ａはセラミック基板が積載される面であり、上記第２面１０ｂは焼成セッターと接触する面である。

本実施形態による焼成用バッファシート１０は、板状形の第１粉末１１と球形の第２粉末１２を含む。上記第１及び第２粉末は、セラミックグリーンシートの焼成温度で焼結されない難焼結性粉末であることができる。

上記第１面１０ａには球形の第２粉末１２より板状形の第１粉末１１が主に配置され、上記第２面１０ｂには板状形の第１粉末１１より球形の第２粉末１２が主に配置されており、第１面１０ａは、第２面１０ｂに比べ第２粉末１２より第１粉末１１の分布比率が高くなり得る。このような配置は焼成用バッファシートの製造過程で形成できる。

図３ａ及び図３ｂは、本発明の一実施形態による板状形の第１粉末１１及び球形の第２粉末１２を概略的に示す斜視図である。

図３ａ及び図３ｂを参照すると、上記板状形の第１粉末１１において横方向の大きさである幅ｗは５μｍ〜２０μｍであり、縦方向の大きさである厚さｔは０．１μｍ〜１．０μｍであることができる。

上記板状形の第１粉末１１は焼成用バッファシート１０内で水平に配列され、粒子との間隙が広く、セラミック基板との接触点が低減する。そのため、セラミック基板からガラス成分がバッファシート側に浸透し、結合を形成するための毛細管力が不十分になり、セラミック基板と焼成用バッファシートとの反応を防止できる。

上記板状形の第１粉末１１は、これに制限されないが、板状形に容易に製造できるアルミナまたはジルコニア材質であることができる。

上記球形の第２粉末１２は、平均粒径ｄが１μｍ〜３μｍであることができる。

上記球形の第２粉末１２は、これに制限されないが、アルミナまたはジルコニア材質であることができる。

球形の第２粉末１２は焼成用バッファシートの第２面に主に配列され、第２粉末の粒子との間隙はセラミックグリーンシートの焼成過程で脱バインダーの通路として作用できる。これにより、板状形の第１粉末による脱バインダー通路の不足を解決することができ、また、焼成用バッファシートの厚さを増加することができ、焼成しようとするセラミック基板の重さまたは厚さが増加しても、セラミック基板を変形させることなく焼成できる。

上記板状形の第１粉末１１の多くはバッファシートの第１面に分布されていることができる。より具体的に、上記第１粉末の８０％以上は、上記バッファシートの第１面から一定の厚さに亘って分布されることができる。上記一定の範囲の厚さは、上記第１面を基準に上記バッファシートの厚さの１０％〜８０％の厚さの範囲にある。板状形の第１粉末がバッファシートの表面を覆い、板状形の第１粉末の分布範囲が広くなると脱バインダー通路が塞がり、脱バインダーが確実に行われない恐れがあるため、バッファシートの一定の範囲の厚さ内に存在することが好ましい。

上記第１粉末と上記第２粉末は、焼成用バッファシートの製造過程で第１粉末と第２粉末の配置位置をより安定的に区分するために、互いに異なる物質を使用したり、密度が互いに異なる物質を使用できる。例えば、第２面が下部に位置するように焼成用バッファシートを製造する場合、焼成用バッファシートの下部に沈殿する第２粉末は第１粉末に比べ、より高い密度を有する物質を使用することができる。

上記焼成用バッファシート１０の厚さは３μｍ〜３００μｍであることができる。上記焼成用バッファシートの厚さが３００μｍを超過すると、セラミック基板の重さによって脱バインダー特性が低下する一方、上記焼成用バッファシートの厚さが３μｍ未満であると、セラミック基板と焼成セッターの反応が十分に抑制されない恐れがある。

図４は、本発明の一実施形態による焼成用バッファシートの製造方法を概略的に示す断面図である。

まず、板状形の第１粉末と球形の第２粉末を結合剤、分散剤及び溶媒などと混合してスラリー１０Ａを製造する。

上記スラリー１０ＡをブレードＢを用いてベースフィルム１２上に塗布した後、乾燥させて焼成用バッファシートを製造する。上記ベースフィルム１２としては、ＰＥＴ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）フィルムを使用できる。

上記スラリーがベースフィルム上に塗布される過程で、板状形の第１粉末はベースフィルムとブレードとの間に存在するせん断応力及び溶媒の流れによって水平に配列され、浮力を受ける面積が増加し、乾燥過程で下方に沈殿し難く、バッファシートの上部に主に位置する一方、相対的に球形である第２粉末は、スラリーの乾燥過程で比較的自在に沈下浸透し、バッファシートの下部に主に位置するようになる。また、板状形の第１粉末が球形の第２粉末より大きい密度を有する場合、第１粉末と第２粉末の配置位置をより安定的に区分できる。

上記バッファシートの上部はセラミック基板が積載される第１面であり、バッファシートの下部は焼成セッターと接合する第２面である。

下記表１は、本発明の一実施形態によるセラミック基板の焼成過程において上述した焼成用バッファシートを適用した実施例１及び実施例２、焼成バッファを適用しない比較例１及び比較例２、球形の粉末のみを含む焼成用バッファシートを適用した比較例３及び４に対する実験結果である。上記実施例及び比較例に適用された焼成用バッファシートの厚さはいずれも６０μｍであった。実施例１及び２において焼成用バッファシートの厚さのうち板状形の第１粉末が８０％以上を占める層の厚さは１０μｍであった。

実施例１、比較例１及び比較例３は、１８ｃｍ×１８ｃｍ×０．５ｃｍ（横×縦×厚さ）のセラミック基板を使用し、実施例２、比較例２及び比較例４は、２５ｃｍ×２５ｃｍ×０．５ｃｍ（横×縦×厚さ）であるセラミック基板を使用した。

キャンバー（ｃａｍｂｅｒ）は焼成後、セラミック基板全体の反りを測定し、残炭量は１×１ｃｍ^２（横×縦）に切断して測定した。

上記表１を参照すると、比較例１及び比較例２は脱バインダー通路が不十分なため、残炭量が少なかったが、焼成用バッファシートの不使用によりセラミック基板と焼成セッターの反応により基板の変形が発生し、セラミック基板のキャンバーが非常に大きかった。比較例３は、焼成用バッファシートによりセラミック基板と焼成セッターの反応が抑制され、キャンバーは少なかったが、比較例４では、セラミック基板の重さが増加しながらキャンバーが大きく増加した。これは、重いセラミック基板が焼成用バッファシートを加圧しながら接合され、焼成用バッファシートが無収縮焼成工程の拘束層のように作用した結果である。即ち、セラミック基板の一面のみに拘束層が接合された非対称構造で焼成され、キャンバーが増加したものである。一方、実施例１及び実施例２は、板状形粉末がセラミック基板と焼成セッターの反応を効果的に抑制して、キャンバーについても改善した結果を示し、球形の粉末が存在することで残炭量の増加も抑えられた。

本発明は上述した実施形態及び添付された図面により限定されるものではなく、添付された請求範囲により限定される。従って、請求範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内で多様な形態の置換、変形及び変更が可能であるということは当技術分野の通常の知識を有した者に自明であり、これも請求範囲に記載された技術的事項に属する。

１０ 焼成用バッファシート
１１ 板状形の第１粉末
１２ 球形の第２粉末
Ｃ セラミック基板
Ｓ 焼成セッター

Claims (9)

1. 板状形の第１粉末と球形の第２粉末を含むスラリーを製造するステップと、
   上記スラリーにせん断応力を与え、上記板状形の第１粉末が上部に配置され、上記球形の第２粉末が下部に配置されるようバッファシートを成形するステップと、
   を含むセラミック基板の焼成用バッファシートの製造方法。
2. 上記第１粉末及び第２粉末は互いに異なる材質または密度を有することを特徴とする請求項１に記載のセラミック基板の焼成用バッファシートの製造方法。
3. セラミック基板が積載される第１面と上記第１面に対向する第２面とを有し、板状形の第１粉末及び球形の第２粉末を含み、上記第１面は、上記第２面に比べ上記第２粉末より上記第１粉末の分布比率が高い焼成用バッファシートを設けるステップと、
   上記第２面が接触するよう焼成セッターに積載するステップと、
   上記第１面にセラミックグリーンシートを積載するステップと、
   上記セラミックグリーンシートを焼成するステップと、を含み、
   上記焼成用バッファシートを設けるステップは、上記板状形の第１粉末と上記球形の第２粉末を含むスラリーを製造するステップと、
   上記スラリーにせん断応力を与え、上記板状形の第１粉末が上部に配置され、上記球形の第２粉末が下部に配置されるようバッファシートを成形するステップと、
   を含むセラミック基板の製造方法。
4. 上記第１粉末及び第２粉末は、上記セラミック基板の焼結温度で焼結されない難焼結性粉末であることを特徴とする請求項３に記載のセラミック基板の製造方法。
5. 上記第１粉末及び第２粉末は、互いに異なる材質または密度を有することを特徴とする請求項３に記載のセラミック基板の製造方法。
6. 上記第１粉末の８０％以上は、上記バッファシートの第１面から一定の範囲の厚さに亘って分布され、
   上記一定の範囲の厚さは、上記第１面を基準に上記バッファシートの厚さの１０％〜８０％の厚さの範囲にあることを特徴とする請求項３に記載のセラミック基板の製造方法。
7. 上記板状形の第１粉末の幅は５μｍ〜２０μｍであり、厚さは０．１μｍ〜１．０μｍであることを特徴とする請求項３に記載のセラミック基板の製造方法。
8. 上記球形の第２粉末の平均粒径は１μｍ〜３μｍであることを特徴とする請求項３に記載のセラミック基板の製造方法。
9. 上記焼成用バッファシートの厚さは３μｍ〜３００μｍであることを特徴とする請求項３に記載のセラミック基板の製造方法。

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