KR100826405B1

KR100826405B1 - 구속용 그린시트 및 이를 이용한 다층 세라믹 기판제조방법

Info

Publication number: KR100826405B1
Application number: KR1020060134121A
Authority: KR
Inventors: 조범준
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2006-12-26
Filing date: 2006-12-26
Publication date: 2008-05-02

Abstract

본 발명의 일 측면은, 미소결 다층 세라믹 기판의 상면 및/또는 하면에 배치하기 위한 난소결성 구속용 그린 시트에 있어서, 상기 다층 세라믹 기판에 배치될 면을 가지며, 제1 유기바인더와 제1 입도를 갖는 제1 무기분말로 이루어진 제1 구속층과, 상기 제1 구속층 상면에 접합되며, 제2 유기바인더와 제1 입도보다 큰 제2 입도를 갖는 제2 무기분말로 이루어지고, 상기 제1 구속층의 분말 충진밀도와 동일하거나 그보다 낮은 분말 충진밀도를 갖는 제2 구속층을 포함하는 난소결성 구속용 그린시트를 제공한다. 본 발명의 다른 측면은 상기 난소결성 구속용 그린시트를 미소결 다층 세라믹 기판의 상면 및 하면 중 적어도 일면에 배치한 후에, 소성을 실시하는 다층 세라믹 기판 제조방법을 제공한다.

다층 세라믹 기판(multi-layer ceramic substrate), 구속층(constraining layer), 유기바인더(organic binder)

Description

구속용 그린시트 및 이를 이용한 다층 세라믹 기판 제조방법{CONSTRAINING GREEN SHEET AND MANUFACTURING METHOD OF MULTI-LAYER CERAMIC SUBSTRATE}

도1은 종래의 난소결성 구속용 그린시트의 일 예를 나타내는 단면도이다.

도2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 난소결성 구속용 그린시트를 나타내는 단면도이다.

도3a 내지 도3c는 본 발명에 따른 다층 세라믹 기판 제조방법의 일 예를 설명하기 위한 공정별 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

22a,42a: 제1 무기분말입자 22b,42b: 제2 무기분말입자

24a,44a: 제1 유기물 24b,44b: 제2 유기물

25,45: 구속용 그린시트 25a,45a: 제1 구속층

25b,55b: 제2 구속층 31: 미소결 다층 세라믹 기판

31': 소결 다층 세라믹 기판

본 발명은 다층 세라믹 기판의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 저온동시소성 기판을 무수축공정으로 제조하는데 사용되는 난소결성 구속용 그린시트와 이를 이용한 다층 세라믹 기판 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 유리-세라믹을 이용한 다층 세라믹 기판은 3차원 구조의 층간 회로 구현 및 공동(cavity)의 형성이 가능하므로, 높은 설계 유연성을 가지고 다양한 기능의 소자를 내장할 수 있다.

이로 인해, 소형화, 고기능화 되는 고주파 부품 시장에서 다층 세라믹 기판의 활용도는 점차 높아지고 있다. 초기의 다층 세라믹 기판은 세라믹 그린시트에 도전성 전극으로 회로 패턴 및 비아를 형성하고, 설계에 따라 원하는 두께로 정렬 적층한 후 소성하여 제조되었다. 이 과정에서 세라믹 기판은 약 35~50% 정도 부피 수축이 되며, 특히 횡방향으로 즉 가로 및 세로 길이가 각각 약 12~17%의 수축이 일어난다. 이러한 횡방향 수축은 균일하게 제어하기 어려우므로, 제작 차수별로는 물론이고 동일 제작 차수 내에서도 0.5% 정도의 치수 오차가 발생한다.

다층 세라믹 기판의 구조가 복합화, 정밀화되면서 내부 패턴 및 비아 구조의 설계 마진이 점차 감소하므로, 다층 세라믹 기판의 횡방향 수축을 억제하는 무수축 소성 공정이 요구되고 있다.

이를 위해서, 다층 세라믹 기판의 일면 또는 양면에 세라믹 기판 재료의 소 성 온도에서는 소성되지 않는 난소결성 소재의 가요성 그린시트를 접합하여 x-y방향 수축을 억제하는 방법이 주로 사용되고 있다. 특히, 소성시에 기판의 뒤틀림 방지하기 위해서 하중을 가한다. 이 경우에, 소성 과정에서 탈지를 위한 통로가 부족하여 소성 특성이 저하될 수 있다. 또한, 소결된 세라믹 적층체에 잔탄량이 클 수 있으며, 이는 세라믹 기판 신뢰성 저하의 원인이 될 수 있다.

따라서, 구속용 그린시트가 충분한 구속력을 발휘하기 위해 세라믹 기판에 밀착되면서도 소성 시 탈 바인더가 잘 될 수 있도록 하는 무수축 재료 및 공정이 요구된다.

탈 바인더를 위한 종래의 기술로, 일본 특허공개공보 평 7-30253호에서는 구속용 그린시트를 사용하더라도 내부 세라믹 기판의 탈바인더가 충분히 일어나도록 구속용 그린시트에 구멍을 뚫고 미소결 세라믹 적층체에 포함되는 유기 바인더보다 열분해가 용이한 수지를 그 구멍에 채워 넣음으로써 탈바인더를 용이하게 하려는 기술이 기재되어 있다. 그라나, 이 방법은 구속층에 구멍을 형성하는 추가 공정에 대한 부담과 그 구멍으로 인한 소체의 변형 가능성이 있다는 문제가 있다.

또한, 대한민국 공개특허공보 2002-0090296호에서는, 소체용 그린시트의 유기 바인더보다 열분해 개시 온도가 낮은 유기 바인더를 구속용 그린시트에 사용함으로써, 구속용 그린시트의 바인더를 먼저 제거하고 그 결과로 발생된 통로를 통해 소체용 그린층의 바인더가 순조롭게 배출하는 방법을 제안하고 있다. 그러나, 구속 용 그린시트의 구속력을 최대화하기 위해서는 구속층의 분말을 미세화하고 함유량을 높여서 구속층과 세라믹 적층체 간의 접촉점을 최대한 늘려야 하는데, 이럴 경우에 구속용 그린시트 내부의 기공이 충분히 확보되지 않을 수 있다. 기공이 충분히 확보되지 못하면 구속용 그린시트의 유기물이 먼저 분해된다 하더라도, 세라믹 적층체로부터 분해 또는 연소된 바인더가 구속용 그린시트 내부의 기공을 통해 수 백 미크론 두께를 이동하여 빠져나는 것이 어려워지므로, 충분한 효과를 기대하기 어렵다.

또한, 일본 공개번호 2006-173456에서는, 도1에 도시된 바와 같이 구속용 그린시트(15)의 유기 바인더(14)와 무기 분말 입자(12)의 체적 함유량이 해당 미소결 다층 세라믹 기판(11)과의 밀착면 부근(15a)이 자유면 부근(15b)보다 크도록 하여, 즉 밀착면과 자유면 사이에 유기물 함유율의 경사가 발생하여 세라믹 기판과 구속층 간의 접합력을 높이는 동시에, 기공이 많은 구속층의 자유면 쪽으로 탈바인더가 용이하도록 하는 방법을 제안하고 있다.

그러나, 닥터 블레이드법을 이용하여 구속용 그린 시트(15) 내에서 침강을 통한 성분의 밀도 구배를 형성하므로, 각 영역의 적정 두께와 체적 함유량의 재현성을 보장하는 것은 매우 어렵다. 또한, 상기 방법은 구속용 그린시트 성형 시에 분말 입자가 밑면으로 쉽게 침강시켜 그 하부에서 유기 바인더 양을 줄이기 위해서 입경이 큰 무기분말(예, 세라믹 기판의 입자의 2배이상)을 사용하므로, 세라믹 기판과의 접촉점을 충분히 확보하기 어려울 뿐만 아니라, 세라믹 기판으로부터 유기바인더를 구속용 그린시트로 이동시킬 수 있는 모세관력을 높이기 어렵다는 문제가 있다.

상기한 종래 기술 문제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일 목적은, 소체용 세라믹 기판에 밀착되어 충분한 구속력을 유지하면서 소성 시 원활한 탈 바인더를 보장할 수 있는 구속용 그린시트를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 상기한 구속용 그린시트를 이용함으로써 수축율이 충분히 억제되면서도 잔탄량이 감소된 다층 세라믹 기판의 제조방법을 제공하는데 있다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일 측면은,

미소결 다층 세라믹 기판의 상면 및/또는 하면에 배치하기 위한 난소결성 구속용 그린 시트에 있어서, 상기 다층 세라믹 기판에 배치될 면을 가지며, 제1 유기바인더와 제1 입도를 갖는 제1 무기분말로 이루어진 제1 구속층과, 상기 제1 구속층 상면에 접합되며, 제2 유기바인더와 제1 입도보다 큰 제2 입도를 갖는 제2 무기분말로 이루어지고, 상기 제1 구속층의 분말 충진밀도과 동일하거나 그보다 낮은 분말 충진밀도를 갖는 제2 구속층을 포함하는 난소결성 구속용 그린시트를 제공한다.

바람직하게, 상기 미소결 세라믹 기판과 충분한 접촉점을 갖도록, 상기 제1 구속층의 제1 무기분말은 상기 미소결 세라믹 기판의 무기분말 입경의 0.5∼1.5배에 해당하는 평균입도를 가질 수 있다.

바람직하게, 탈 바인더를 위한 통로가 보다 용이하게 보장되도록, 상기 제2 구속층의 제2 무기분말은 상기 제1 구속층의 제1 무기분말의 입경의 2∼5배에 해당하는 평균입도를 가질 수 있다.

상기 제1 및 제2 구속층의 접합이 용이하도록, 상기 제1 및 제2 유기바인더는 동일한 유기바인더일 수 있다. 이 경우에도, 제2 구속층 내부에서 탈 바인더를 위한 통로가 충분히 확보되도록, 상기 제2 구속층 전체 중량에 대한 제2 유기바인더 함량비는 상기 제1 구속층의 전체 중량에 대한 제1 유기바인더의 함량비보다 낮은 것이 바람직하다.

상기 제1 및 제2 구속층의 원하는 기능이 적절히 발현될 수 있도록, 상기 제1 구속층의 두께는 상기 제2 구속층의 두께의 0.8∼1.2배의 두께를 갖는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 측면은, 복수의 저온소성용 그린시트가 적층된 미소결 다층 세라믹 기판을 마련하는 단계와, 상기 미소결 다층 세라믹 기판의 상면 및 하면 중 적어도 일면에 난소결성 구속용 그린 시트를 배치하는 단계와, 상기 난소결성 구속 용 그린시트가 배치된 상태에서 상기 미소결 다층 세라믹 기판을 소성하는 단계와, 상기 소성된 다층 세라믹 기판으로부터 상기 난소결성 구속용 그린시트의 결과물을 제거하는 단계를 포함하며, 상기 난소결성 구속용 그린시트는, 상기 다층 세라믹 기판과 접하며 제1 유기바인더와 제1 입도를 갖는 제1 무기분말로 이루어진 제1 구속층과, 상기 제1 구속층 상에 형성되며, 제2 유기바인더와 제1 입도보다 큰 제2 입도를 갖는 제2 무기분말로 이루어지고, 상기 제1 구속층의 분말 충진밀도와 동일하거나 그보다 낮은 분말 충진밀도를 갖는 제2 구속층로 이루어진 다층 세라믹 기판 제조방법을 제공한다.

바람직하게, 상기 난소결성 구속용 그린시트를 배치하는 단계는, 상기 미소결 다층 세라믹 기판의 상면 및 하면 모두에 난소결성 구속용 그린 시트를 배치하는 단계일 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 상세히 설명한다.

도2에 도시된 바와 같이, 본 실시형태에 따른 난소결성 구속용 그린 시트(25)는 미소결 다층 세라믹 기판(미도시)에 배치되는 접합면을 제공하는 제1 구속층(25a)과 그 위에 형성된 제2 구속층(25b)을 포함한다. 상기 제1 구속층(25a)은 제1 평균입경을 갖는 제1 무기분말(22a)과 제1 유기바인더(24b)를 포함한다. 상기 제2 구속층(22b)은 상기 제1 평균입경보다 큰 제2 평균입경을 갖는 제2 무기분말(22b)과 제2 유기바인더(24b)를 포함한다. 상기 제2 구속층(25b)은 제1 구속층(25a)의 분말 충진밀도와 동일하거나 그보다 낮은 분말 충진밀도를 갖는다.

상기 제1 구속층(25a)은 상대적으로 낮은 입경의 분말을 포함하므로, 미소결 다층 세라믹 기판과 충분한 접촉점을 가질 수 있으며, 소성 시에 효과적인 수축 억제효과를 기대할 수 있다. 이러한 측면에서, 상기 제1 구속층(25a)의 제1 무기분말(22a)은 상기 미소결 세라믹 기판의 무기분말 입경의 0.5∼1.5배에 해당하는 평균입도를 갖는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제2 구속층(25b)은 상대적으로 큰 입경의 분말을 포함하므로, 탈 바인더를 위한 통로가 용이하게 보장될 수 있다. 이러한 효과를 충분히 얻기 위해서, 바람직하게, 상기 제2 구속층(25b)의 제2 무기분말은 상기 제1 구속층(25a)의 제1 무기분말(22a)의 입경의 2∼5배에 해당하는 평균입도를 가질 수 있다.

일반적으로, 세라믹 기판의 면방향의 수축을 억제하는 구속력은 주로 세라믹 기판 내의 소결성 무기 바인더 성분이 구속용 그린시트로 침투하여 발생하는 결합력에 기인한다. 따라서, 본 발명과 같이, 제1 구속층(25a)의 무기 분말(22a)이 미세한 경우에 보다 큰 결합력이 보장되며, 세라믹 기판과의 접촉점이 증가할 수 있다. 또한, 이러한 과정을 통해 모세관력이 증가하여 세라믹 기판 내의 유기 바인더 가 제1 구속층(25a)으로 쉽게 침투하고, 비교적 큰 탈바인더 통로가 확보된 제2 구속층(25b)을 통해 제거될 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 구속층(25a,25b)은 별도의 공정을 통해 제조되어 접합된다. 접합공정은 미리 이루어져 하나의 그린시트(25)로 제공될 수 있다. 이와 달리, 별도의 접합공정을 적용하지 않고도, 미소결 세라믹 기판에 개별 층상태로 차례로 적층된 후에, 소성 전에 적용되는 가열압착시에 접합될 수 있다(아래의 발명예 참조). 어떠한 방식으로 제조되더라도, 상기 제1 구속층(25a)과 상기 제2 구속층(25b) 간의 분말 입경 차이로 인해 상호 간에 요철과 같은 기계적인 결합이 용이하므로, 평면 방향 구속력을 배가될 수 있다.

나아가, 상기 제1 및 제2 구속층(25a,25b)의 보다 용이한 접합이 보장되도록, 상기 제1 및 제2 유기바인더(24a,24b)는 동일한 유기바인더일 수 있다. 상기 유기바인더 외에도 분산제 등의 유기물 첨가제가 추가될 수 있다. 여기서, 탈 바인더를 위한 통로는 이러한 잔류유기함량(wt%)에 의해 의존한다. "잔류유기함량"이란 전체 무기분말중량에 대한 유기바인더를 포함한 유기물의 중량으로 정의될 수 있으며, 상기한 분말 충진밀도와 반비례한다. 일반적인 유기물 첨가제가 거의 동일한 수준으로 첨가된다고 할 때에, 상기 제2 구속층(25b) 내부에서 탈 바인더를 위한 통로를 보다 충분히 보장하기 위해서, 상기 제2 구속층(25b) 전체 중량에 대한 제2 유기바인더(24b) 함량비는 상기 제1 구속층(25b)의 전체 중량에 대한 제1 유기바인더(24a)의 함량비보다 낮은 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 및 제2 구속층의 원하는 기능이 적절히 발현될 수 있도록, 상기 제1 구속층의 두께는 상기 제2 구속층의 두께의 0.8∼1.2배의 두께를 갖는 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 제1 및 제2 구속층의 두께는 소성 대상물인 미소결 세라믹 기판의 조건(두께나 수축율 또는 유기바인더 함량)에 따라 적절히 변경하여 설계될 수 있다.

우선, 도3a와 같이, 복수의 저온소성용 그린시트(31a-31e)가 적층된 미소결 다층 세라믹 기판(31)을 마련한다. 상기 그린시트(31a-31e)는 저온소성이 가능한 소결용 유리-세라믹 분말과 유기 바인더와 같은 유기물을 포함하여 적절한 공지공정을 통해 제조될 수 있다. 상기 각 그린시트(31a-31e)에는 층간회로구성에 필요한 전극패턴(32)과 도전성 비아홀(34)이 형성된다. 이어, 복수의 그린시트(31a-31e)를 적층하여 도3a와 같은 미소결 다층 세라믹 기판(31)을 마련할 수 있다.

이어, 도3b와 같이, 상기 미소결 다층 세라믹 기판(31)의 상면 및 하면에 난소결성 구속용 그린 시트(45)를 배치하고, 그 상태에서 상기 미소결 다층 세라믹 기판(31)을 소성한다. 상기 난소결성 구속용 그린 시트(45)는 도2의 사항이 참조되어 이해될 수 있다. 즉, 구속용 그린시트(45)는 미소결 다층 세라믹 기판(31)에 배 치되는 제1 구속층(45a)과 그 위에 형성된 제2 구속층(45b)을 포함한다. 상기 제1 구속층(45a)은 제1 평균입경을 갖는 제1 무기분말(42a)과 제1 유기바인더(44b)를 포함하며, 상기 제2 구속층(42b)은 상기 제1 평균입경보다 큰 제2 평균입경을 갖는 제2 무기분말(42b)과 제2 유기바인더(44b)를 포함한다. 여기서, 상기 제2 구속층(45b)은 제1 구속층(45a)의 분말 충진밀도와 동일하거나 그보다 낮은 분말 충진밀도를 갖는다.

상기 구속용 그린시트(45) 배치공정은 세라믹 기판의 상면 및 하면 중 일 면에 한하여 제공될 수 있으나, 효과적인 수축억제를 위해서 양면에 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제1 및 제2 구속층(45a,45b)은 별도의 공정을 통해 하나의 층으로 접합된 상태에서 세라믹 기판(31)에 배치될 수 있으나, 이와 달리, 별도의 접합공정을 적용하지 않고도, 미소결 세라믹 기판(31)에 개별 층으로서 차례로 적층된 후에, 소성 전에 적용되는 가열압착시에 접합될 수 있다.

도3c와 같이, 상기 소성된 다층 세라믹 기판(31')으로부터 상기 난소결성 구속용 그린시트(45)의 결과물을 제거한다. 소성 후에, 난소결성 구속용 그린시트(45)는 탈 바인더되어 분말 상태로 남겨지므로, 간단히 제거될 수 있다. 도3c에 도시된 바와 같이, 소성된 다층 세라믹 기판(31')은 두께방향으로 수축이 발생되지만, 면방향, 즉 수평방향으로는 구속용 그린시트(45)에 의해 수축이 억제될 수 있다.

이와 같이, 다층 세라믹 기판(31)의 면방향 수축은 미세한 분말로 구성된 제 1 구속층(25a)에 의해 증가된 접촉점과 높은 결합력이 보장되어 수축억제효과를 유지하는 동시에, 모세관력이 증가하여 세라믹 기판(31) 내의 유기 바인더가 제1 구속층(45a)으로 쉽게 침투하고, 비교적 큰 탈바인더 통로가 확보된 제2 구속층(45b)을 통해 제거될 수 있다.

종래의 무수축 공정을 위한 구속층은, 수축억제효과와, 탈 바인더 효과의 2가지 문제를 효과적으로 융화시켜 해결하지 못하였으나, 본 발명에 따른 다층 세라믹 기판의 제조방법에서는, 별도의 제조공정을 통해 다른 분말입도를 갖는 2개의 구속층을 제공하여 평면방향 수축율을 효과적으로 억제하면서도 원활한 세라믹 기판의 탈바인더를 실현시켰다. 이와 같이, 제1 구속층은 세라믹 기판에 직접 접촉하는 층으로서, 입경이 미세한 분말을 사용하여 세라믹 기판과의 접촉점을 늘리고 세라믹 기판 내의 바인더가 제1 구속층쪽으로 침투하여 결합을 형성하기 위한 모세관력을 증가시키는 효과를 얻게 한다. 이로써 세라믹 기판과 대면적의 강한 결합을 형성하여 세라믹 기판의 평면 방향 수축을 강하게 억제할 수 있다. 또한, 제 2 구속층은 제1 구속층 상에 적층된 최외각 층으로서 상대적으로 큰 무기분말 입경과 낮은 바인더 함량을 갖도록 구성하여, 분말 주변에 상대적으로 많은 기공도 확보될 수 있다. 이로써, 제2 구속층에서는 제1 구속층에 침투된 바인더를 효과적으로 제거될 수 있다. 또한, 상기 제1 구속층과 상기 제2 구속층 간의 분말 입경 차이로 인해 상호간에 요철과 같은 기계적인 결합이 용이하므로 평면 방향 구속력을 배가하는 효과가 있다.

아래와 같이, 다층 세라믹 기판을 제조하고, 본 발명의 조건에 해당하는 구속용 그린시트(발명예 1-2)와 본 발명의 조건에 벗어난 구속용 그린시트(비교예 1-4)를 제조하여 소성공정을 실시하였다.

[ 미소결 다층 세라믹 기판의 제조]

유리-세라믹 분말에 대하여 아크릴계 바인더를 15wt%, 분산제를 0.5wt% 첨가하고 톨루엔과 에탄올의 혼합용매를 첨가한 후 볼밀을 이용하여 분산시켰다. 이렇게 얻은 슬러리를 필터로 거른 후 탈포하고, 닥터 블레이드법을 이용하여 50㎛ 두께의 그린시트를 성형하였다. 그린시트를 일정 크기로 재단하고 소정의 전극 패턴을 스크린 인쇄로 형성한 후 20층을 압착, 적층하여 일체화된 미소결 다층 세라믹 적층체를 제조하였다.

세라믹 기판 내의 바인더 종류에 따른 영향을 비교하기 위하여, 아크릴계 바인더 외에도 PVB계 바인더를 사용하여 상기와 동일한 방법으로 미소결 다층 세라믹 적층체를 제조하였다.

[구속용 그린시트의 제조]

아래의 표1에는, 발명예와 비교예에 대한 구속층 종류별 조건을 나타내었다. 그 조건에 따라 각 발명예 및 비교예에 필요한 구속층을 아래와 같이 제조하였다.

( 발명예 )

본 발명의 조건에 해당하는 구속용 그린시트로서 아래와 같은 제1 및 제2 구속층을 갖는 구속용 그린시트를 제조하였다. 아래의 표1의 발명예1 및 2에 따라, 제1 구속층 부분은 평균 입경 1.5㎛의 알루미나 분말에 대하여 아크릴계 바인더를 15wt%, 분산제를 0.5wt% 첨가하고 톨루엔과 에탄올의 혼합용매를 첨가한 후에, 볼밀을 이용하여 분산시켰다. 이렇게 얻은 슬러리를 필터로 거른 후 탈포하고, 닥터 블레이드법을 이용하여 100㎛ 두께의 그린시트를 성형하였다(발명예1 및 2). 또한, 제2 구속층 부분은, 평균 입경 4㎛의 알루미나 분말에 대하여 아크릴계 바인더를 15wt%, 분산제를 0.5wt% 첨가하고 톨루엔과 에탄올의 혼합용매를 첨가한 후 볼밀을 이용하여 분산시켰다. 이렇게 얻은 슬러리를 필터로 거른 후 탈포하고, 닥터 블레이드법을 이용하여 100㎛ 두께의 그린시트를 성형하였다(발명예1). 또한, 제2 구속층 부분은 동일한 조건에서 아크릴계 바인더를 12wt%로 각각 달리하여 추가로 제조하였다(발명예2).

( 비교예 )

또한, 비교 실험을 위하여 표1의 비교예 조건과 같이, 알루미나 분말의 평균 입경을 변화시켜 100㎛ 두께의 구속용 그린시트를 성형하였다. 아래의 표1에 나타난 바와 같이, 실질적으로 비교예1 및 2는 동일한 입경(각각 1.5㎛, 4㎛)을 갖는 알루미나 분말을 이용하여 제조하였으며, 비교예3은 본 발명의 조건과 반대로 세라믹 기판과 접촉될 제1 구속층의 분말입경(4㎛)을 제2 구속층의 분말입경(1.5㎛)보다 큰 알루미나 분말을 이용하여 제조하였다.

	분말입경(㎛)		바인더함량(wt%)
	제1 구속층	제2 구속층	제1 구속층	제2 구속층
발명예1	1.5	4	15	15
발명예2	1.5	4	15	12
비교예1	1.5	1.5	15	15
비교예2	4	4	15	15
비교예3	4	1.5	15	15

[세라믹 기판과 구속용 그린시트의 접합]

미소결 세라믹 기판과 동일한 면적으로 재단한 100㎛ 두께의 구속용 그린시트를 미소결 세라믹 기판의 양 주면에 각각 2장씩(발명예의 경우에는 제1 및 제2 구속층) 부착시키고 300㎏f/㎠, 85℃의 조건으로 열압착하여 일체화된 적층체를 제조하였다.

상기한 표1과 같이 조건과 같이 제조된 각 층을 두 장씩 사용하였으며, 특히 발명 예1 및 2는 분말 입경과 유기 함량이 다른 제1 및 제2 구속층을 조합하여 사용하였다. 본 실험은 미리 마련된 아크릴계 바인더와 PVB 바인더를 각각 사용한 두 종류의 세라믹 기판에 대해 실시되었다.

[ 탈바인더 및 소결]

상온에서부터 유기물 분해가 이루어지는 420℃까지는 시간당 60℃의 속도로 승온시키고, 충분한 탈바인더 시간을 확보하기 위하여 420℃에서 2시간 동안 유지하였다. 탈바인더 후에는 시간당 300℃로 승온하여 소성 온도인 870℃에 도달시킨 후, 870℃에서 30분 동안 유지하여 소결이 이루어지도록 하였다. 소결 완료 후 실온까지 로냉시켜 소결체를 얻었다.

이와 같이 얻어진 소결체로부터 구속용 그린층을 제거하고, 세라믹 기판의 수축율 및 잔탄량을 측정하였다. 아래의 표2에 각 조건의 구속층 조합에 의한 세라믹 기판의 소성 결과를 나타내었다.

	아크릴계 바인더		PVB 바인더
	잔탄량[ppm]	수축율[%]	잔탄량[ppm]	수축율[%]
발명예1	59	0.26	111	0.31
발명예2	41	0.27	86	0.31
비교예1	91	0.26	124	0.32
비교예2	56	0.38	105	0.41
비교예3	57	0.36	107	0.40

상기한 표2의 비교예1을 보면, 제1 구속층과 제2 구속층 모두를 미세한 분말을 사용했을 때, 세라믹 기판과의 접촉점 증가 및 모세관력의 증가로 수축 구속력은 강하게 나타났지만, 탈지를 위한 통로가 충분하지 않아서 잔탄량이 높게 나타났다. 또한, 비교예2는 상대적으로 잔탄량은 낮지만, 입경이 큰 분말의 사용으로 인해 세라믹 기판의 수축 억제력이 약하여 수축율이 높게 나타났다. 한편, 세라믹 기판의 수축율은 세라믹 기판과 접촉하는 제1 구속층의 분말 입경이 작은 경우인 비교예1, 발명예1 및 2에서 낮게 나타났다.

또한, 발명예1 및 2를 비교하면, 상기 제2 구속층에서 바인더 함량은 결정적인 영향을 미치지는 않았다. 이는 수축억제효과가 제2 구속층보다는 제1 구속층에 의해 보장되기 때문이다. 하지만, 소성 후의 잔탄량 측면에서는, 제2 구속층의 바인더 함량이 낮은 발명예2에서 보다 낮아지는 경향을 보였다. 이는 발명예2의 제2 구속층이 발명예1의 제2 구속층보다는 낮은 잔류유기함량을 가짐으로써 탈바인더로 위한 통로를 보다 효과적으로 보장하기 때문이다.

결과적으로는, 본 발명에서 의도한 바와 같이 세라믹 기판에 대한 구속력이 강하도록 제1 구속층의 분말이 미세하고, 탈바인더가 잘 되도록 분말 입경이 크고 바인더 함량이 낮은 제 2 구속층을 사용한 발명예3이 가장 개선된 결과를 나타내었다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 별도의 제조공정을 통해 다른 분말입도를 갖는 제1 및 제2 구속층을 제공하여 평면방향 수축율을 효과적으로 억제하면서도 원활한 세라믹 기판의 탈바인더를 실현시킬 수 있다. 또한, 하나의 분말입도의 침전에 따라 분포구배를 두는 종래 기술에 비해, 그 재현성이 우수한 그린시트 를 제공할 수 있으며, 나아가, 본 발명과 같이 별도로 제조된 상기 제1 구속층과 상기 제2 구속층을 사용하더라도, 두 층간의 분말 입경 차이로 인해 서로 요철과 같은 기계적인 결합이 용이하므로 평면 방향 구속력을 배가하여 하나의 구속용 그린시트로서 안정되게 사용될 수 있다.

Claims

미소결 다층 세라믹 기판의 상면 및 하면 중 적어도 일면에 배치하기 위한 난소결성 구속용 그린 시트에 있어서,

상기 다층 세라믹 기판에 배치될 면을 가지며, 제1 유기바인더와 제1 입도를 갖는 제1 무기분말로 이루어진 제1 구속층과,

상기 제1 구속층 상면에 접합되며, 제2 유기바인더와 제1 입도보다 큰 제2 입도를 갖는 제2 무기분말로 이루어지고, 상기 제1 구속층의 분말 충진밀도와 동일하거나 그보다 낮은 분말 충진밀도를 갖는 제2 구속층을 포함하는 난소결성 구속용 그린시트.
제1항에 있어서,

상기 제1 구속층의 제1 무기분말은 상기 미소결 세라믹 기판의 무기분말 입경의 0.5∼1.5배에 해당하는 평균입도를 갖는 것을 특징으로 하는 난소결성 구속용 그린시트.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제2 구속층의 제2 무기분말은 상기 제1 구속층의 제1 무기분말의 입경의 2∼5배에 해당하는 평균입도를 갖는 것을 특징으로 하는 난소결성 구속용 그린시트.
제1항에 있어서,

상기 제1 및 제2 유기바인더는 동일한 유기바인더인 것을 특징으로 하는 난소결성 구속용 그린시트.
제4항에 있어서,

상기 제2 구속층 전체 중량에 대한 제2 유기바인더 함량비는 상기 제1 구속층의 전체 중량에 대한 제1 유기바인더의 함량비보다 낮은 것을 특징으로 하는 난소결성 구속용 그린시트.
제1항에 있어서,

상기 제1 구속층의 두께는 상기 제2 구속층의 두께의 0.8∼1.2배의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 난소결성 구속용 그린시트.
복수의 저온소성용 그린시트가 적층된 미소결 다층 세라믹 기판을 마련하는 단계;

상기 미소결 다층 세라믹 기판의 상면 및 하면 중 적어도 일면에 난소결성 구속용 그린 시트를 배치하는 단계;

상기 난소결성 구속용 그린시트가 배치된 상태에서 상기 미소결 다층 세라믹 기판을 소성하는 단계; 및

상기 소성된 다층 세라믹 기판으로부터 상기 난소결성 구속용 그린시트의 결과물을 제거하는 단계를 포함하며,

상기 난소결성 구속용 그린시트는, 상기 다층 세라믹 기판과 접하며 제1 유기바인더와 제1 입도를 갖는 제1 무기분말로 이루어진 제1 구속층과, 상기 제1 구속층 상에 형성되며, 제2 유기바인더와 제1 입도보다 큰 제2 입도를 갖는 제2 무기분말로 이루어지고, 상기 제1 구속층의 분말 충진밀도와 동일하거나 그보다 낮은 분말 충진밀도를 갖는 제2 구속층로 이루어진 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판 제조방법.
제7항에 있어서,

상기 난소결성 구속용 그린시트를 배치하는 단계는, 상기 미소결 다층 세라믹 기판의 상면 및 하면 모두에 난소결성 구속용 그린 시트를 배치하는 단계인 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판 제조방법.
제7항에 있어서,

상기 제1 구속층의 제1 무기분말은 상기 미소결 세라믹 기판의 무기분말 입경의 0.5∼1.5배에 해당하는 평균입도를 갖는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판 제조방법.
제7항 또는 제9항에 있어서,

상기 제2 구속층의 제2 무기분말은 상기 제1 구속층의 제1 무기분말의 입경의 2∼5배에 해당하는 평균입도를 갖는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판 제조방법.
제7항에 있어서,

상기 제1 및 제2 유기바인더는 동일한 유기바인더인 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판 제조방법.
제11항에 있어서,

상기 제2 구속층 전체 중량에 대한 제2 유기바인더 함량비는 상기 제1 구속층의 전체 중량에 대한 제1 유기바인더의 함량비보다 낮은 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판 제조방법.
제7항에 있어서,

상기 제1 구속층의 두께는 상기 제2 구속층의 두께의 0.8∼1.2배의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판 제조방법.