KR100896649B1

KR100896649B1 - Method of manufacturing the non-shrinkage ceramic substrate

Info

Publication number: KR100896649B1
Application number: KR1020070126149A
Authority: KR
Inventors: 김용석; 정승교; 이택정
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2007-12-06
Filing date: 2007-12-06
Publication date: 2009-05-08

Abstract

본 발명은 무수축 세라믹 기판의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시 형태는 배선 패턴이 인쇄된 복수 개의 유전체 시트를 적층 하여 세라믹 적층체를 마련하는 단계와, 상기 세라믹 적층체의 상하면 각각에 상기 유전체 시트의 면 방향 수축을 억제하기 위한 구속용 시트를 배치하는 단계와, 상기 세라믹 적층체를 상기 유전체 시트의 소성온도로 소성하는 단계와, 상기 세라믹 적층체로부터 상기 구속용 시트를 제거하는 단계와, 상기 세라믹 적층체의 상기 구속용 시트가 제거된 면에 외부전극을 형성하는 단계 및 상기 외부전극에 마이크로웨이브를 인가하여 상기 외부전극을 소성하는 단계를 포함하는 무수축 세라믹 기판의 제조방법을 제공한다.The present invention relates to a method for manufacturing a non-shrinkable ceramic substrate, and an embodiment of the present invention provides a method of manufacturing a ceramic laminate by stacking a plurality of dielectric sheets printed with wiring patterns, and each of the upper and lower surfaces of the ceramic laminate. Arranging a restraining sheet for suppressing surface shrinkage of the dielectric sheet, firing the ceramic laminate at a firing temperature of the dielectric sheet, and removing the restraining sheet from the ceramic laminate And forming an external electrode on a surface from which the restraining sheet of the ceramic laminate is removed, and firing the external electrode by applying microwaves to the external electrode. to provide.

본 발명에 따르면, 마이크로 웨이브를 사용하여 포스트 소성을 실행함으로써 외부전극의 균일성 및 외부전극과 세라믹 적층체의 고착 강도의 향상을 기대할 수 있는 무수축 세라믹 기판의 제조방법을 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a method for producing a non-shrinkable ceramic substrate which can be expected to improve the uniformity of the external electrodes and the adhesion strength between the external electrodes and the ceramic laminate by performing post firing using microwaves.

무수축, LTCC, 저온동시소성, 포스트 소성, 마이크로웨이브 Non-shrink, LTCC, Low Temperature Simultaneous, Post Firing, Microwave

Description

무수축 세라믹 기판의 제조방법 {Method of manufacturing the non-shrinkage ceramic substrate}Method of manufacturing the non-shrinkage ceramic substrate {Method of manufacturing the non-shrinkage ceramic substrate}

본 발명은 무수축 세라믹 기판의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 외부전극 소성을 위한 포스트(post) 소성을 함에 있어 마이크로웨이브를 이용하는 무수축 세라믹 기판의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a non-shrinkable ceramic substrate, and more particularly, to a method of manufacturing a non-shrinkable ceramic substrate using microwaves in post firing for external electrode firing.

일반적으로, 다층 세라믹 기판은 반도체 IC 칩과 같은 능동 소자와 캐패시터, 인덕터 및 저항과 같은 수동소자를 복합화한 부품으로 사용되거나, 또는 단순한 반도체 IC 패키지로 사용되고 있다. 보다 구체적으로, 상기 다층 세라믹 기판은 PA 모듈 기판, RF 다이오드 스위치, 필터, 칩 안테나, 각종 패키지 부품, 복합 디바이스 등 다양한 전자 부품을 구성하기 위하여 널리 사용되고 있다.In general, a multilayer ceramic substrate is used as a composite component of an active element such as a semiconductor IC chip and a passive element such as a capacitor, an inductor, and a resistor, or a simple semiconductor IC package. More specifically, the multilayer ceramic substrate is widely used to configure various electronic components such as PA module substrates, RF diode switches, filters, chip antennas, various package components, and composite devices.

이러한 다층 세라믹 기판을 얻기 위해서는, 배선 도체가 형성된 유전체 시트를 적층하고 우수한 특성을 얻기 위하여 반드시 소성 공정을 거쳐야 하는데, 이와 같은 소성 공정을 거치게 되면 세라믹의 소성에 의한 수축이 발생한다. 이러한 수축은 다층 세라믹 기판 전체에 있어서 균일하게 발생하기 어려워 세라믹층의 면 방향에 관하여 치수 변형을 가져온다.In order to obtain such a multilayer ceramic substrate, it is necessary to go through a firing process in order to laminate the dielectric sheets on which the wiring conductors are formed and to obtain excellent characteristics, but such a firing process causes shrinkage due to firing of the ceramic. Such shrinkage is less likely to occur uniformly throughout the multilayer ceramic substrate, resulting in dimensional deformation with respect to the plane direction of the ceramic layer.

또한, 면 방향으로의 수축은 배선 도체에 있어서 원하지 않는 변형이나 일그러짐을 발생시키며, 보다 구체적으로는, 다층 세라믹 기판상에 탑재되는 칩 부품 등의 접속을 위한 외부전극의 위치 정밀도가 저하되거나, 배선 도체에 있어서 단선이 발생하는 경우가 있다.In addition, shrinkage in the plane direction causes undesired deformation and distortion in the wiring conductors. More specifically, the positional accuracy of the external electrodes for connection of chip components or the like mounted on the multilayer ceramic substrate is reduced, or the wiring Disconnection may occur in a conductor.

이와 같이 면 방향으로의 수축이 생기면 부품의 실장 시에 도체 패턴과의 사이에 어긋남이 발생하여, CSP(Chip Size Package), MCM(Multi-Chip Modules) 등 반도체칩을 높은 정밀도로 실장 하는 것이 불가능하게 된다. 그래서, 근래에 다층 세라믹 기판 제조시, 소성 공정에 있어서 면 방향으로의 수축을 없애기 위한, 이른바 무수축 공법을 적용하는 것이 제안되고 있다.As such, shrinkage in the plane direction causes a gap between the conductor patterns and the mounting of components, and it is impossible to mount semiconductor chips such as CSP (Chip Size Package) and MCM (Multi-Chip Modules) with high accuracy. Done. Therefore, in recent years, in manufacturing a multilayer ceramic substrate, it has been proposed to apply a so-called non-shrinkage method to eliminate shrinkage in the surface direction in the firing step.

일반적으로 적용되고 있는 무수축 공법은 900℃ 이하에서 소결되지 않는 세라믹인 알루미나 파우더를 이용하여 구속용 유전체 시트를 제작하고, 이를 저온소성이 가능한 세라믹(LTCC) 유전체 시트의 상부 및 하부에 적층하고, 적층된 세라믹 기판의 상하부에 무게를 가하여 가소, 소성한 후 상기 구속용 유전체 시트를 제거하여 세라믹 기판을 얻는 방법이다.In general, the non-shrinkage method is applied to manufacture a restraining dielectric sheet using alumina powder, which is a ceramic that is not sintered at 900 ℃ or less, and laminated on the upper and lower parts of the ceramic (LTCC) dielectric sheet capable of low-temperature firing, A method of obtaining a ceramic substrate by applying weight to upper and lower portions of the laminated ceramic substrate and calcining and firing to remove the restraining dielectric sheet.

도 1a 내지 도 1d는 종래기술에 따른 무수축 세라믹 기판의 제조방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타낸 공정 단면도이다.1A to 1D are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a non-condensation ceramic substrate according to the prior art.

우선, 도 1a에 도시한 바와 같이, 모듈 회로도에 따라 적절한 위치에 내부전극(20) 및 서로 다른 층의 전극을 연결하기 위한 도전성 비아홀(30)이 형성된 복수 개의 유전체 시트(10)를 마련한 다음, 상기 복수 개의 유전체 시트(10)를 적층하여 적층체 구조물(100)을 형성한다.First, as shown in FIG. 1A, a plurality of dielectric sheets 10 having conductive via holes 30 for connecting internal electrodes 20 and electrodes of different layers are prepared at appropriate positions according to a module circuit diagram. The plurality of dielectric sheets 10 are stacked to form a laminate structure 100.

다음으로, 상기 적층체 구조물(100)의 상하면에, 상기 유전체 시트(10)의 소성온도에서는 소성 되지 않는 구속용 유전체 시트(40), 예컨대 알루미나(Al₂O₃) 시트를 적층하고, 상기 결과 구조물을 가압, 가소 및 소성 한다.Next, on the upper and lower surfaces of the laminate structure 100, a restraining dielectric sheet 40, for example, alumina (Al ₂ O ₃ ) sheet, which is not baked at the firing temperature of the dielectric sheet 10, is laminated, and the result Pressurize, plasticize and fire the structure.

이어서, 도 1b에 도시한 바와 같이, 상기 구속용 유전체 시트(40)가 래핑(lapping) 공정을 통해 제거된다. 이 경우, 소성 단계에서 세라믹 적층체 구조물(100)과 구속용 유전체 시트(40) 간의 계면에는 알루미나, 글라스, 바인더 등의 물질이 확산 되어 형성된 확산층이 형성된다. 이러한 확산층은 외부전극의 형성하기에 적합하지 않기 때문에, 상기 래핑 공정에 의해 확산층까지 제거할 필요가 있다.Subsequently, as shown in FIG. 1B, the restraining dielectric sheet 40 is removed through a lapping process. In this case, at the interface between the ceramic laminate structure 100 and the restraining dielectric sheet 40 in the firing step, a diffusion layer formed by diffusing a material such as alumina, glass, or binder is formed. Since the diffusion layer is not suitable for forming the external electrode, it is necessary to remove the diffusion layer by the lapping process.

이후, 도 1c에 도시한 바와 같이, 상기 적층체 구조물(100)의 상하면에, 상기 래핑 공정에 의해 노출된 도전성 비아홀(30)과 연결되는 외부전극(50)을 공지의 스크린 프린팅 공정에 의해 형성하게 된다.Thereafter, as illustrated in FIG. 1C, the external electrodes 50 connected to the conductive via holes 30 exposed by the lapping process are formed on the upper and lower surfaces of the laminate structure 100 by a known screen printing process. Done.

즉, 상기 적층체 구조물(100)의 상하면에 외부전극(50)을 인쇄하기 위하여 소정 개수의 메쉬가 구비된 스크린(60)을 배열하고, 상기 스크린(60) 상부면에 외부전극을 형성하는 Ag, Cu 또는 Ni 페이스트(52)를 위치시키고, 이를 스퀴즈(70)를 통해 스크린의 하부로 밀어내는 방식에 의해 외부전극(50)이 인쇄된다.That is, Ag for arranging the screen 60 provided with a predetermined number of meshes to print the external electrode 50 on the upper and lower surfaces of the laminate structure 100 and forming the external electrode on the upper surface of the screen 60. , The external electrode 50 is printed by placing Cu or Ni paste 52 and pushing it to the lower portion of the screen through the squeeze 70.

최종적으로, 상기 외부전극(50)이 인쇄된 결과 구조물을 약 500 ~ 900℃ 온도 범위에서 포스트(post) 소성을 실시한다.Finally, the post-firing is performed on the resulting structure in which the external electrode 50 is printed at a temperature range of about 500 to 900 ° C.

상기 포스트 소성은 외부전극(50)의 소성을 위한 것으로서 도 1a에서 설명한 소성 과정과 같이 500 ~ 900℃ 정도의 온도 조건이 되도록 전기로 또는 가스로에서 직접적으로 열을 가하여 소성하는 것이 일반적이다.The post sintering is for sintering the external electrode 50, and is generally fired by directly applying heat in an electric furnace or a gas furnace such that the temperature is about 500 to 900 ° C. as in the sintering process described with reference to FIG. 1A.

이러한 전기로 또는 가스로를 이용한 포스트 소성 방식의 경우, 외부전극의 소성 밀도의 저하, 외부전극 표면의 불균일, 국부적 혹은 전체적인 전극 부풀림 현상(blister)의 발생 등의 문제가 있으며, 이에 따라, 이후의 실장 공정에 어려움이 발생하는 문제가 있다.In the case of the post firing method using the electric furnace or the gas furnace, there are problems such as a decrease in the plastic density of the external electrode, unevenness of the external electrode surface, occurrence of local or overall electrode blister, and thus, subsequent mounting. There is a problem that difficulty occurs in the process.

또한, 전기로 또는 가스로를 이용한 포스트 소성은 소성에 소요되는 시간이 약 20시간 정도로서 양산성 증대 측면에서 한계가 있다.In addition, post firing using an electric furnace or a gas furnace has a limit in terms of increasing productivity as the time required for firing is about 20 hours.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 목적은 마이크로 웨이브를 사용하여 포스트 소성을 실행함으로써 외부전극의 균일성 및 외부전극과 세라믹 적층체의 고착 강도의 향상을 기대할 수 있는 무수축 세라믹 기판의 제조방법을 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention can be expected to improve the uniformity of the external electrode and the adhesion strength of the external electrode and the ceramic laminate by performing post-firing using microwave. It is to provide a method for producing a non-contraction ceramic substrate.

상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 실시 형태는,In order to achieve the above object, one embodiment of the present invention,

배선 패턴이 인쇄된 복수 개의 유전체 시트를 적층 하여 세라믹 적층체를 마련하는 단계와, 상기 세라믹 적층체의 상하면 각각에 상기 유전체 시트의 면 방향 수축을 억제하기 위한 구속용 시트를 배치하는 단계와, 상기 세라믹 적층체를 상기 유전체 시트의 소성온도로 소성하는 단계와, 상기 세라믹 적층체로부터 상기 구속용 시트를 제거하는 단계와, 상기 세라믹 적층체의 상기 구속용 시트가 제거된 면에 외부전극을 형성하는 단계 및 상기 외부전극에 마이크로웨이브를 인가하여 상기 외부전극을 소성하는 단계를 포함하는 무수축 세라믹 기판의 제조방법을 제공한다.Stacking a plurality of dielectric sheets printed with a wiring pattern to provide a ceramic laminate, disposing a restraining sheet for suppressing the contraction of the dielectric sheet in the upper and lower surfaces of the ceramic laminate; Baking the ceramic laminate at the firing temperature of the dielectric sheet, removing the restraining sheet from the ceramic laminate, and forming an external electrode on a surface from which the restraining sheet of the ceramic laminate is removed. It provides a method of manufacturing a non-shrinkable ceramic substrate comprising the step and firing the external electrode by applying a microwave to the external electrode.

상기 외부전극을 소성하는 단계는 30 ~ 40분 동안 실행될 수 있으며, 이는 종래의 열 소성 방식에 비하여 현저히 빠른 속도의 소성이라 볼 수 있다.The firing of the external electrode may be performed for 30 to 40 minutes, which may be regarded as a significantly faster firing rate than the conventional thermal firing method.

바람직한 소성 조건으로서, 상기 외부전극을 소성하는 단계는 상기 외부전극의 온도가 증가하는 속도가 20 ~ 100℃/분인 조건으로 실행될 수 있다.As a preferable firing condition, the step of firing the external electrode may be carried out under the condition that the speed of increasing the temperature of the external electrode is 20 ~ 100 ℃ / min.

상기 외부전극을 소성하는 단계 후에, 상기 외부전극 상에 도금층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.After firing the external electrode, it is preferable to further include forming a plating layer on the external electrode.

이 경우, 상기 도금층을 형성하는 단계는 Ni 및 Au를 차례로 도금하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.In this case, the forming of the plating layer preferably includes plating Ni and Au in sequence.

포스트 소성 단계에 해당하는 상기 외부전극을 소성하는 단계는 700 ~ 800℃에서 실행될 수 있다.The firing of the external electrode corresponding to the post firing step may be performed at 700 to 800 ° C.

또한, 상기 세라믹 적층체를 상기 유전체 시트의 소성온도로 소성하는 단계는 700 ~ 900℃에서 실행되는 것이 바람직하다.In addition, the step of firing the ceramic laminate at the firing temperature of the dielectric sheet is preferably performed at 700 ~ 900 ℃.

한편, 상기 세라믹 적층체로부터 상기 구속용 시트를 제거하는 단계와 상기 세라믹 적층체의 상기 구속용 시트가 제거된 면에 외부전극을 형성하는 단계 사이에, 상기 세라믹 적층체의 상기 구속용 시트가 제거된 면을 래핑(lapping)하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.On the other hand, between the step of removing the restraining sheet from the ceramic laminate and the step of forming an external electrode on a surface from which the restraining sheet of the ceramic laminate is removed, the restraining sheet of the ceramic laminate is removed. Preferably, the method further comprises lapping the finished surface.

이에 따라, 본 발명에 의한 제조된 집적소자나 수동소자 등을 실장 하는 공정에서 신뢰성 및 치수 정밀도가 향상되며, 이에 따라, 생산성 증대를 가져올 수 있다.As a result, reliability and dimensional accuracy are improved in the process of mounting the integrated device, the passive device, and the like manufactured according to the present invention, thereby increasing productivity.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.However, embodiments of the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. In addition, the embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the shape and size of elements in the drawings may be exaggerated for clarity, and the elements denoted by the same reference numerals in the drawings are the same elements.

도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 무수축 세라믹 기판의 제조방법을 순차적으로 나타낸 공정 순서도이다.2 is a process flowchart sequentially showing a method of manufacturing a non-contraction ceramic substrate according to an embodiment of the present invention.

우선, 제1 단계(S1)로서, 세라믹 기판에 복수 개의 적층 구조로서 사용될 유전체 시트를 마련한다.First, as the first step S1, a dielectric sheet to be used as a plurality of laminated structures is prepared on a ceramic substrate.

상기 유전체 시트는 복수 개가 적층 되어 세라믹 적층체를 형성한다. 이 경우, 각각의 유전체 시트는 글라스, 바인더, 세라믹 필러 등이 포함되며, 공지된 공정, 예컨대 닥터 블레이드 공정 등에 의해 마련될 수 있다. 구체적으로 예를 들면, 상기 유전체 시트를 구성하는 글라스는 SiO₂, B₂O₃, CaO, MgO 등으로 이루어지며, 세라믹 필러는 알루미나(Al₂O₃) 혹은 Ba계, Bi계 세라믹이나 등을 원하는 유전 특성에 따라 적절히 사용할 수 있다.The plurality of dielectric sheets are stacked to form a ceramic laminate. In this case, each dielectric sheet includes glass, a binder, a ceramic filler, and the like, and may be provided by a known process such as a doctor blade process. Specifically, for example, the glass constituting the dielectric sheet is made of SiO ₂ , B ₂ O ₃ , CaO, MgO and the like, the ceramic filler is alumina (Al ₂ O ₃ ) or Ba-based, Bi-based ceramics, etc. It can use suitably according to desired dielectric property.

다음으로, 제2 단계(S2)로서, 상기 유전체 시트에 배선 패턴으로서 내부전극과 각 유전체 시트 간의 전기적 연결을 위한 비아홀을 형성한다.Next, as a second step (S2), via holes are formed in the dielectric sheet for electrical connection between the internal electrode and each dielectric sheet as a wiring pattern.

본 단계(S2)는 공지된 공정을 이용하여 실행될 수 있다. 구체적인 일 예로서, 상기 내부전극은 Ag, Cu, Ni 등을 스크린 인쇄 공정 등에 의해 형성될 수 있으며, 상기 도전성 비아홀은 그린 시트에 레이저를 조사하여 홀을 형성한 후 도전성 물질을 채워넣거나 내벽을 도금하는 공정 등을 통해 형성될 수 있다.This step S2 can be carried out using a known process. As a specific example, the internal electrode may be formed of Ag, Cu, Ni, etc. by a screen printing process, and the conductive via hole may fill a conductive material or plate an inner wall after forming a hole by irradiating a laser to the green sheet. It can be formed through a process or the like.

다음으로, 제3 단계(S3)로서, 상기 복수 개의 유전체 시트를 적층 하여 세라믹 적층체를 마련하고, 상기 세라믹 적층체의 상하면을 덮도록 구속용 시트를 배치한다.Next, as a third step (S3), the plurality of dielectric sheets are laminated to provide a ceramic laminate, and the restraint sheet is disposed to cover the upper and lower surfaces of the ceramic laminate.

예컨대, 상기 구속용 시트는 알루미나(Al₂O₃) 시트로서 약 50 내지 500 ㎛ 두께로 배치된다. 이 경우, 상기 구속용 시트는 상술한 바와 같이, 세라믹 적층체의 면 방향 수축을 억제하기 위해 제공되는 것으로 세라믹 적층체의 소성 온도에서 소성 되지 않는 알루미나 등과 같은 물질을 포함하여 이루어진다.For example, the restraint sheet is an alumina (Al ₂ O ₃ ) sheet and disposed about 50 to 500 μm thick. In this case, as described above, the restraining sheet is provided to suppress the surface shrinkage of the ceramic laminate and includes a material such as alumina that is not baked at the firing temperature of the ceramic laminate.

한편, 세라믹 적층체의 두께와 적층 되는 유전체 시트의 개수는 최종 기판의 사양에 따라 결정되는 것으로 다양하게 선택되어 형성될 수 있다.On the other hand, the thickness of the ceramic laminate and the number of dielectric sheets to be laminated is determined according to the specifications of the final substrate may be variously selected and formed.

이어서, 제4 단계(S4)로서, 구속용 시트가 배치된 상태에서 상기 세라믹 적층체를 소성한다. 이 경우, 무수축 공정에 의해 상기 세라믹 적층체는 면 방향보다는 두께 방향으로 수축이 일어난다.Next, as the fourth step S4, the ceramic laminate is fired in a state where the restraining sheet is disposed. In this case, the ceramic laminate shrinks in the thickness direction rather than the surface direction by the non-shrinkage process.

보다 구체적으로 본 단계를 설명하면, 구속용 시트가 배치된 세라믹 적층체를 가압, 가소 및 소성 한다. 이때, 소성은 유전체 시트의 일반적인 소성 온도인 약 700∼900℃ 정도로 수행하는 것이 바람직하며, 소성이 진행되는 동안 구속용 시트가 세라믹 적층체를 구성하고 있는 유전체 시트들이 면 방향으로 수축되는 것을 방지한다.More specifically, this step will be described. The ceramic laminate on which the restraining sheet is disposed is pressurized, calcined, and fired. At this time, the firing is preferably performed at about 700 to 900 ° C., which is a general firing temperature of the dielectric sheet, and prevents the restraining sheet from shrinking in the plane direction while the restraining sheet forms the ceramic laminate during firing. .

다음으로, 제5 단계(S5)로서, 소성이 완료된 세라믹 적층체로부터 구속용 시트를 제거한다.Next, as a 5th step S5, the restraint sheet | seat is removed from the ceramic laminated body from which baking was completed.

상기 구속용 시트는 일반적으로 공지된 래핑(lapping) 공정에 의해 제거될 수 있다. 나아가, 필수적으로 요구되는 단계는 아니나, 소성 과정에서 구속용 시트와 세라믹 적층체의 계면에 형성된 확산층을 제거하는 래핑 공정을 더 실행하여 외부전극의 고착강도 향상 등을 도모하는 것이 바람직하다.The restraining sheet can be removed by a generally known lapping process. Further, although not necessarily required, it is preferable to further improve the bonding strength of the external electrode by performing a lapping process of removing the diffusion layer formed at the interface between the restraining sheet and the ceramic laminate in the firing process.

이어서, 제6 단계(S6)로서, 상기 세라믹 적층체의 최외곽을 이루는 유전체 시트에 상기 내부전극 및 도전성 비아홀과 전기적으로 연결되도록 외부전극을 형성한다. 예컨대, 외부전극 패턴은 래핑 공정에 의해 노출된 세라믹 적층체의 상면 및 하면 중 적어도 하나의 면에 도전성 물질의 페이스트를 인쇄하여 형성될 수 있다.Subsequently, as a sixth step S6, an external electrode is formed on the outermost dielectric sheet of the ceramic laminate to be electrically connected to the internal electrode and the conductive via hole. For example, the external electrode pattern may be formed by printing a paste of a conductive material on at least one of the upper and lower surfaces of the ceramic laminate exposed by the lapping process.

다음으로, 제7 단계(S7)로서, 상기 외부전극에 마이크로웨이브를 인가하여 소성한다. 이는, 제4 단계(S4)의 소성 후의 추가적인 소성으로서 포스트 소성이라 칭할 수 있다. 본 실시 형태의 경우는 종래 기술과 달리 포스트 소성에 마이크로웨이브를 사용한 것을 특징으로 한다.Next, as a seventh step (S7), a microwave is applied to the external electrode and fired. This may be referred to as post firing as an additional firing after firing of the fourth step S4. In the case of this embodiment, the microwave is used for post-firing unlike the prior art.

도 3을 참조하여, 상기 제7 단계(S7)를 보다 세분화하여 설명한다. 도 3은 도 2의 제7 단계(S7)의 세부 공정의 일 예를 구체화하여 나타낸 공정 순서도이다.Referring to FIG. 3, the seventh step S7 will be described in more detail. FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of detailed processes of the seventh step S7 of FIG. 2.

도 3에 도시된 바와 같이, 외부전극의 포스트 소성 공정은 세터(setter)에 세라믹 적층체를 배치하는 단계(S71), 마이크로웨이브 인가 수단에서 소성 시간, 승온 속도, 입력 파워 등의 소성 조건을 설정하는 단계(S72) 및 외부전극에 마이크로웨이브를 인가하는 단계(S73)로 구성될 수 있다.As shown in FIG. 3, in the post-calcination process of the external electrode, the ceramic laminate is disposed in a setter (S71), and the firing conditions such as firing time, heating rate, input power, etc. are set in the microwave applying means. The step S72 and the step S73 of applying a microwave to the external electrode.

더욱 상세히 설명하면, 우선, 상기 세터는 소성 전의 세라믹 적층체가 배치되며, 예를 들어, 알루미나와 같은 물질로 이루어질 수 있다.In more detail, first, the setter is a ceramic laminate before firing is disposed, for example, may be made of a material such as alumina.

이어서, 마이크로웨이브 소성 조건을 설정하는데, 설정할 사항으로는 소성 시간, 승온 속도, 입력 파워 등이 있다. 이 경우, 소성 시간은 약 30 ~ 40분 정도가 소요되며, 이는 종래의 열 소성 방식에서 약 20시간이 소요된 것에 비하여 현저히 빠르게 소성이 진행됨을 알 수 있다.Subsequently, microwave firing conditions are set, and the matters to be set include firing time, heating rate, input power, and the like. In this case, the firing time takes about 30 to 40 minutes, which can be seen that the firing proceeds significantly faster than the conventional thermal firing method, which takes about 20 hours.

또한, 외부전극의 온도가 증가하는 승온 속도의 조절이 필요하며, 20 ~ 50℃/분 정도의 속도가 적당하다. 실제, 소성 과정에서는 상기 승온 속도로 외부전극의 온도를 상승시켜 700 ~ 800℃를 10분 정도 유지시킴으로써 외부전극의 소성을 진행 한다.In addition, it is necessary to control the temperature increase rate in which the temperature of the external electrode increases, a speed of about 20 ~ 50 ℃ / min is appropriate. In fact, in the firing process, the external electrode is calcined by maintaining the temperature of the external electrode at the temperature increase rate and maintaining 700 to 800 ° C for about 10 minutes.

다음으로, 외부전극에 마이크로웨이브를 인가한다. 이를 위해, 구체적으로 도시하지는 않았으나, 세라믹 적층체가 배치된 세터를 마이크로웨이브 인가수단이 장착된 캐비티에 투입한다. 마이크로웨이브 인가수단이 장착된 캐비티는 당 기술분야에서 공지된 장비를 사용할 수 있으며, 예컨대, 외벽이 고온 내화벽으로 이루어지며, 그 내부는 세라믹 단열재로 밀폐된 것일 수 있다.Next, a microwave is applied to the external electrode. To this end, although not specifically illustrated, the setter in which the ceramic laminate is disposed is introduced into a cavity equipped with the microwave applying means. The cavity equipped with the microwave applying means may use equipment known in the art, for example, the outer wall may be made of a high temperature fireproof wall, the inside of which may be sealed with a ceramic insulation.

본 실시 형태에서는 외부전극에 마이크로웨이브를 인가하여 직접적으로 외부전극의 온도를 상승시키는 것을 특징으로 한다. 이러한 마이크로웨이브 소성 공정을 사용하면 이미 소성 된 세라믹 적층체에는 영향을 거의 미치지 않고, 외부전극이 형성된 영역만을 국부적으로 가열하는 효과를 볼 수 있다. 또한, 마이크로웨이브 포스트 소성의 경우, 소성 시간을 종래에 비하여 단축할 수 있다.In the present embodiment, a microwave is applied to the external electrode to directly raise the temperature of the external electrode. Using the microwave firing process has little effect on the already fired ceramic laminate, it can be seen that the effect of locally heating only the region where the external electrode is formed. Further, in the case of microwave post firing, the firing time can be shortened as compared with the conventional one.

이에 따라, 외부전극이 균일하게 소성 될 수 있으며, 소성 시간의 단축에 의해 에너지 손실 저감 효과를 기대할 수 있다. 이는 마이크로웨이브에 의한 국부적인 가열로 전극 및 세라믹을 구성하는 결정 조직들이 짧은 시간에 계면을 형성하여 치밀화 될 수 있기 때문으로 이해될 수 있다. Accordingly, the external electrode can be uniformly fired, and the energy loss reduction effect can be expected by shortening the firing time. This can be understood because the localized heating by microwaves can form densities by forming an interface in a short time, the electrode and the ceramic.

나아가, 기존의 열 소성이 외부에서 세라믹 적층체 및 외부전극 내부로 열을 가하는 방식인데 비하여, 마이크로웨이브 소성은 내부에서 발생시킨 열을 외부로 방출하기가 용이한 방식에 해당하므로, 소성 후 외부전극에 기포(pore) 등이 발생할 우려가 거의 없다.Furthermore, the conventional thermal firing is a method of applying heat from the outside to the ceramic laminate and the external electrode, whereas the microwave firing corresponds to a method of easily dissipating heat generated internally to the outside. There is little fear that bubbles or the like will occur.

이하에서는, 마이크로웨이브 소성 공정을 더욱 상세히 설명한다.In the following, the microwave firing process will be described in more detail.

외부전극에 인가되는 마이크로웨이브로는, 1 ~ 10GHz의 단일 모드 캐비티 마이크로웨이브(single mode cavity microwave)를 사용할 수 있다. 예컨대, 2 내지 2.4GHz 주파수를 갖는 단일 모드 캐비티 마이크로웨이브(10 ~ 30cm 정도의 파장)를 인가하여 실온(약 24℃)에서 마이크로웨이브 소성 공정을 실시할 수 있다. As the microwave applied to the external electrode, a single mode cavity microwave of 1 to 10 GHz may be used. For example, a microwave firing process may be performed at room temperature (about 24 ° C.) by applying a single mode cavity microwave (wavelength of about 10-30 cm) having a frequency of 2 to 2.4 GHz.

이러한 마이크로웨이브 인가에 의한 포스트 소성은 외부전극 형성 영역에서 고주파 에너지의 상호작용에 의한 것이라 말할 수 있다. 단일 모드 캐비티에서, 마이크로웨이브 인가에 의해 외부전극에 전달되는 파워는 아래 수학식 1에 나타난 바와 같이, 전기 전도도 및 전기장(E ²)에 비례한다. Post firing by the microwave application may be said to be due to the interaction of high frequency energy in the external electrode formation region. In a single mode cavity, the power delivered to the external electrode by microwave application is proportional to the electrical conductivity and the electric field E ² , as shown in Equation 1 below.

P = 1/2 ω _o ε _o ε'(tanδ)E ² P = 1/2 ω _o ε _o ε ' (tan δ ) E ²

여기서, ω _o 는 마이크로웨이브의 기본 주파수, ε _o 는 자유공간의 유전율(permittivity), ε'는 매질의 허수 유전 상수, tanδ는 손실 탄젠트이다. Where ω _o is the fundamental frequency of the microwave, ε _o is the permittivity of free space, ε ' is the imaginary dielectric constant of the medium, and tan δ is the loss tangent.

상술한 바와 같이, 이러한 마이크로웨이브 소성 공정은 외부전극이 형성된 영역 주변만을 국부적으로 가열할 수 있기 때문에, 세라믹 적층체 전체를 가열할 필요가 없이 실온 내지 150℃ 이하의 분위기 온도(주위 온도)에서 실행될 수 있어, 세라믹 적층체의 열적 변화를 줄일 수 있다.As described above, since the microwave firing process can locally heat only around the region in which the external electrode is formed, the microwave firing process can be performed at an ambient temperature (ambient temperature) of room temperature to 150 ° C. or less without heating the entire ceramic laminate. The thermal change of the ceramic laminate can be reduced.

다시 도 2를 참조하면, 본 발명에서 필수적으로 요구되는 공정은 아니나, 외부전극의 소성이 완료된 후에는 마이크로웨이브 캐비티에서 세라믹 적층체를 꺼내고, 이후, 제8 단계(S8)로서, 상기 외부전극 상에 도금층을 형성할 수도 있다. 일 예로, 상기 도금층은, Ni 및 Au를 차례로 전해 또는 무전해 도금하여 형성할 수 있다.Referring back to FIG. 2, although not necessarily required in the present invention, after the firing of the external electrode is completed, the ceramic laminate is taken out of the microwave cavity, and then, as an eighth step S8, on the external electrode You can also form a plating layer in. For example, the plating layer may be formed by electrolytic or electroless plating of Ni and Au in sequence.

본 발명자는 본 발명의 우수한 효과를 보이기 위한 실험을 수행하였으며, 이하에서는, 종래기술과 본 발명에 의해 제조된 무수축 세라믹 기판의 실시 예를 비교하여 설명한다.The inventors have carried out experiments to show the excellent effect of the present invention, hereinafter, will be described by comparing the embodiment of the non-condensation ceramic substrate prepared by the prior art and the present invention.

도 4a 및 도 4b는 각각 종래 기술과 본 발명의 일 실시 형태에 따른 무수축 세라믹 기판의 제조방법에 의해 형성된 소성 후의 외부전극의 표면을 나타내는 SEM 이미지이다. 4A and 4B are SEM images showing the surface of the external electrode after firing formed by the prior art and the manufacturing method of the non-contraction ceramic substrate according to the embodiment of the present invention, respectively.

우선, 종래 기술의 경우, 소성 조건으로 일반적인 열 소성 방식을 채택하였으며, 승온 속도를 10℃/분으로 하여 약 750℃에서 10분간 유지하였다.First, in the prior art, a general thermal firing method was adopted as the firing conditions, and the temperature rising rate was maintained at about 750 ° C. for 10 minutes at a rate of 10 ° C./min.

본 발명의 일 실시 형태의 경우, 소성 조건으로 마이크로웨이브 소성 방식을 채택하였으며, 승온 속도를 50℃/분으로 하여 약 750℃에서 10분간 유지하였다.In the case of one embodiment of the present invention, the microwave firing method was adopted as the firing conditions, the temperature rising rate was 50 ℃ / min and maintained at about 750 ℃ for 10 minutes.

우선, 도 4a를 살펴보면, 종래 기술의 경우, 외부전극은 결정 입자가 고르게 성장되지 않으며, 결정성을 거의 갖지 못함을 알 수 있다. 또한, 외부전극에 많은 수의 기포가 발생한 것(검은색으로 보이는 부분)을 볼 수 있다.First, referring to FIG. 4A, in the prior art, it can be seen that the external electrode does not grow crystal grains evenly and has little crystallinity. In addition, it can be seen that a large number of bubbles are generated (parts shown in black) on the external electrode.

이에 비하여, 도 4b를 참조하면, 본 발명의 경우에는 외부전극에 기포가 거 의 발생하지 않았으며, 결정 조직 간의 치밀도 및 균일도가 훨씬 높음을 알 수 있다.In contrast, referring to FIG. 4B, in the case of the present invention, bubbles are hardly generated in the external electrode, and the density and uniformity between the crystal structures are much higher.

도 5a 및 도 5b는 각각 종래 기술과 본 발명의 일 실시 형태에 따른 무수축 세라믹 기판의 제조방법에 의해 형성된 소성 후의 외부전극의 표면을 나타내는 광학 이미지이다. 이 경우, 볼록하게 나타난 부분이 외부전극 패턴에 해당한다.5A and 5B are optical images showing the surface of an external electrode after firing formed by the prior art and the manufacturing method of the non-contraction ceramic substrate according to the embodiment of the present invention, respectively. In this case, the convex portions correspond to the external electrode patterns.

우선, 종래 기술의 경우, 소성 조건으로 일반적인 열 소성 방식을 채택하였으며, 승온 속도를 5℃/분으로 하여 약 850℃에서 20분간 유지하였다.First, in the prior art, a general thermal firing method was adopted as the firing conditions, and the temperature was maintained at about 850 ° C. for 20 minutes at a rate of 5 ° C./min.

본 발명의 일 실시 형태의 경우, 소성 조건으로 마이크로웨이브 소성 방식을 채택하였으며, 승온 속도를 20℃/분으로 하여 약 750℃에서 10분간 유지하였다.In the case of one embodiment of the present invention, the microwave firing method was adopted as the firing conditions, the temperature rising rate was 20 ℃ / min and maintained at about 750 ℃ for 10 minutes.

도 5a에 도시된 광학 사진을 보면, 외분전극이 표면이 균일하지 못하며, 특히, 외부전극 주면에 전극 부풀림 현상(blister)가 다수 발생한 것을 볼 수 있다.In the optical photograph shown in FIG. 5A, the surface of the external electrode is not uniform, and in particular, it can be seen that a large number of electrode blisters occur on the external electrode main surface.

이와 달리, 도 5b에 도시된 본 발명의 경우를 살펴보면, 전극 부풀림이 거의 발생하지 않고, 전극이 매우 균일하게 형성된 것을 볼 수 있다. 이에 따라, 외부전극의 고착강도 향상 및 후속 공정에 의한 도금 시 Ni, Au와의 밀착력 향상을 기대할 수 있다.In contrast, looking at the case of the present invention shown in Figure 5b, it can be seen that the electrode bulge hardly occurs, the electrode is formed very uniformly. Accordingly, it is expected to improve the adhesion strength of the external electrode and the adhesion with Ni and Au during the plating by the subsequent process.

한편, 본 발명과 같이 마이크로웨이브 소성을 한 경우와 종래와 같이 열 소성을 한 경우의 외부전극의 고착 강도가 어떠한 차이를 보이는지 수차례에 걸쳐 테 스트한 결과, 종래 기술의 경우, 고착강도가 최소값이 30.2 N/㎜², 최대값이 39.0 N/㎜² 었으며, 평균적으로 약 34.5 N/㎜² 이었다. On the other hand, as a result of testing several times the difference in the bonding strength of the external electrode in the case of microwave firing as in the present invention and the thermal firing as in the prior art, as a result of the prior art, the bonding strength is the minimum value This 30.2 N / mm ² , the maximum value was 39.0 N / mm ² , and on average was about 34.5 N / mm ² .

이와 비교하여, 본 발명의 경우는 고착강도가 최소값이 39.3 N/㎜², 최대값이 39.3 N/㎜² 었으며, 평균적으로 약 44.3 N/㎜² 이었다. 이와 같이, 본 발명에서는 외부전극의 포스트 소성을 마이크로웨이브를 인가하여 실행함으로써 외부전극의 고착강도가 현저히 향상(약 28%)되었음을 볼 수 있으며, 이에 따라, 이를 사용한 제품의 신뢰성을 제고할 수 있다.In comparison, in the case of the present invention, the bonding strength was 39.3 N / mm ² , the minimum value was 39.3 N / mm ² , and the average was about 44.3 N / mm ² . As described above, in the present invention, by applying microwave to the post firing of the external electrode, the adhesion strength of the external electrode can be seen to be remarkably improved (about 28%). Accordingly, the reliability of the product using the same can be improved. .

본 발명은 상술한 실시 형태 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.The present invention is not limited by the above-described embodiment and the accompanying drawings, but is intended to be limited by the appended claims. Accordingly, various forms of substitution, modification, and alteration may be made by those skilled in the art without departing from the technical spirit of the present invention described in the claims, which are also within the scope of the present invention. something to do.

도 3은 도 2의 제7 단계(S7)의 세부 공정의 일 예를 구체화하여 나타낸 공정 순서도이다.FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of detailed processes of the seventh step S7 of FIG. 2.

도 5a 및 도 5b는 각각 종래 기술과 본 발명의 일 실시 형태에 따른 무수축 세라믹 기판의 제조방법에 의해 형성된 소성 후의 외부전극의 표면을 나타내는 광학 이미지이다.5A and 5B are optical images showing the surface of an external electrode after firing formed by the prior art and the manufacturing method of the non-contraction ceramic substrate according to the embodiment of the present invention, respectively.

Claims

배선 패턴이 인쇄된 복수 개의 유전체 시트를 적층 하여 세라믹 적층체를 마련하는 단계;Stacking a plurality of dielectric sheets printed with wiring patterns to provide a ceramic laminate;

상기 세라믹 적층체의 상하면 각각에 상기 유전체 시트의 면 방향 수축을 억제하기 위한 구속용 시트를 배치하는 단계;Disposing a restraining sheet on each of the upper and lower surfaces of the ceramic laminate to suppress the shrinkage in the surface direction of the dielectric sheet;

상기 세라믹 적층체를 상기 유전체 시트의 소성온도로 소성하는 단계;Firing the ceramic laminate at the firing temperature of the dielectric sheet;

상기 세라믹 적층체로부터 상기 구속용 시트를 제거하는 단계;Removing the restraining sheet from the ceramic laminate;

상기 세라믹 적층체의 상기 구속용 시트가 제거된 면에 외부전극을 형성하는 단계; 및Forming an external electrode on a surface of the ceramic laminate in which the restraining sheet is removed; And

상기 외부전극에 마이크로웨이브를 인가하여 상기 외부전극을 소성하는 단계;Firing the external electrode by applying microwaves to the external electrode;

를 포함하는 무수축 세라믹 기판의 제조방법.Method for producing a non-shrinkable ceramic substrate comprising a.

제1항에 있어서,The method of claim 1,

상기 외부전극을 소성하는 단계는 30 ~ 40분 동안 실행되는 것을 특징으로 하는 무수축 세라믹 기판의 제조방법.The firing of the external electrode is performed for 30 to 40 minutes.

제1항에 있어서,The method of claim 1,

상기 외부전극을 소성하는 단계는 상기 외부전극의 온도가 증가하는 속도가 20 ~ 100℃/분인 조건으로 실행되는 것을 특징으로 하는 무수축 세라믹 기판의 제조방법.The firing of the external electrode is a manufacturing method of a non-condensation ceramic substrate, characterized in that carried out under the condition that the speed of increasing the temperature of the external electrode is 20 ~ 100 ℃ / min.

제1항에 있어서,The method of claim 1,

상기 외부전극을 소성하는 단계 후에,After firing the external electrode,

상기 외부전극 상에 도금층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무수축 세라믹 기판의 제조방법.The method of manufacturing a non-shrinkable ceramic substrate further comprising the step of forming a plating layer on the external electrode.

제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein

상기 도금층을 형성하는 단계는 Ni 및 Au를 차례로 도금하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무수축 세라믹 기판의 제조방법.Forming the plating layer is a method of manufacturing a non-shrinkable ceramic substrate, characterized in that it comprises the step of plating Ni and Au in sequence.

제1항에 있어서,The method of claim 1,

상기 외부전극을 소성하는 단계는 700 ~ 800℃에서 실행되는 것을 특징으로 하는 무수축 세라믹 기판의 제조방법.The firing of the external electrode is a manufacturing method of a non-contraction ceramic substrate, characterized in that performed at 700 ~ 800 ℃.

제1항에 있어서,The method of claim 1,

상기 세라믹 적층체를 상기 유전체 시트의 소성온도로 소성하는 단계는 700 ~ 900℃에서 실행되는 것을 특징으로 하는 무수축 세라믹 기판의 제조방법.The firing of the ceramic laminate at the firing temperature of the dielectric sheet is carried out at 700 ~ 900 ℃ manufacturing method of a non-shrink ceramic substrate.

제1항에 있어서,The method of claim 1,

상기 세라믹 적층체로부터 상기 구속용 시트를 제거하는 단계와 상기 세라믹 적층체의 상기 구속용 시트가 제거된 면에 외부전극을 형성하는 단계 사이에,Between removing the restraining sheet from the ceramic laminate and forming an external electrode on a surface from which the restraining sheet of the ceramic laminate is removed,

상기 세라믹 적층체의 상기 구속용 시트가 제거된 면을 래핑(lapping)하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무수축 세라믹 기판의 제조방법.Lapping the surface on which the restraining sheet of the ceramic laminate is removed (lapping) further comprising the step of manufacturing a non-shrinkable ceramic substrate.