KR101072125B1 - Multi-layer board - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다층 기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a multilayer substrate and a method of manufacturing the same.
본 발명의 실시예에 따른 다층 기판은 세라믹 기판; 및 상기 세라믹 기판 상에 적층된 LTCC 기판이 포함된다.Multilayer substrate according to an embodiment of the present invention is a ceramic substrate; And an LTCC substrate stacked on the ceramic substrate.
다층 기판 Multilayer board
Description
본 발명은 다층 기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a multilayer substrate and a method of manufacturing the same.
칩 부품의 소형화 및 경량화에 따라 칩 부품을 실장하는 회로 기판에 대해서도 소형화 및 경량화가 요구되고 있다. With the miniaturization and light weight of chip components, miniaturization and weight reduction are also required for circuit boards on which chip components are mounted.
대표적으로, 다층 회로 기판으로 유리-세라믹 다층 회로 기판이 사용되는데, 유리-세라믹 다층 회로 기판은 고밀도 배선 및 박층화가 가능하며 소형화 및 경량화를 도모할 수 있다.Typically, a glass-ceramic multilayer circuit board is used as the multilayer circuit board. The glass-ceramic multilayer circuit board is capable of high-density wiring and thinning, and can be miniaturized and lightweight.
한편, 유리-세라믹 다층 회로 기판은 소결 공정을 통해 형성되는데, 소결 공정에서 기판이 기판의 주면에 평행한 수평 방향으로 수축되어 정확한 치수로 제작될 수 없는 문제점을 갖는다.On the other hand, the glass-ceramic multilayer circuit board is formed through a sintering process, in which the substrate shrinks in a horizontal direction parallel to the main surface of the substrate and thus cannot be manufactured to an accurate dimension.
또한, 유리가 포함된 재질로 형성된 유리-세라믹 다층 회로 기판은 유리의 낮은 열 전도율로 인하여 열 배출이 용이하지 않은 문제가 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 서멀 비아(Thermal Via)를 형성하기도 하나, 유리-세라믹 다층 회로 기판의 제조 비용이 증가되고 서멀 비아에 의해 전기적인 단락이 발생될 수도 있는 추가적인 문제점이 있다.In addition, a glass-ceramic multilayer circuit board formed of a material including glass has a problem that heat dissipation is not easy due to the low thermal conductivity of glass. Although thermal vias are formed to solve this problem, there is an additional problem in that the manufacturing cost of the glass-ceramic multilayer circuit board is increased and an electrical short may be generated by the thermal vias.
실시예는 다층 기판 및 그 제조방법을 제공한다.The embodiment provides a multilayer substrate and a method of manufacturing the same.
실시예는 열 방출 효율이 향상된 다층 기판 및 그 제조방법을 제공한다.The embodiment provides a multilayer substrate having improved heat dissipation efficiency and a method of manufacturing the same.
실시예는 보다 정확한 치수로 제작될 수 있는 다층 기판 및 그 제조방법을 제공한다.The embodiment provides a multilayer substrate and a method of manufacturing the same that can be fabricated with more accurate dimensions.
본 발명의 실시예에 따른 다층 기판은 세라믹 기판; 및 상기 세라믹 기판 상에 적층된 LTCC 기판이 포함된다.Multilayer substrate according to an embodiment of the present invention is a ceramic substrate; And an LTCC substrate stacked on the ceramic substrate.
본 발명의 실시예에 따른 다층 기판 제조방법은 세라믹 기판 및 그린 시트가 준비되는 단계; 상기 세라믹 기판 상에 그린 시트를 압착하는 단계; 및 상기 세라믹 기판과 압착된 그린 시트를 소성하여 LTCC 기판을 형성하는 단계가 포함된다.Multi-layer substrate manufacturing method according to an embodiment of the present invention comprises the steps of preparing a ceramic substrate and green sheet; Pressing the green sheet onto the ceramic substrate; And firing the green sheet pressed into the ceramic substrate to form an LTCC substrate.
실시예는 다층 기판 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.The embodiment can provide a multilayer substrate and a method of manufacturing the same.
실시예는 열 방출 효율이 향상된 다층 기판 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.The embodiment can provide a multilayer substrate having improved heat dissipation efficiency and a method of manufacturing the same.
실시예는 보다 정확한 치수로 제작될 수 있는 다층 기판 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.The embodiment can provide a multilayer substrate and a method of manufacturing the same, which can be manufactured to more accurate dimensions.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조 물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.In the description of an embodiment according to the present invention, each layer (film), region, pattern or structure may be "on" or "under" the substrate, each layer (film), region, pad or pattern. In the case of being described as being formed "in", "on" and "under" include both "directly" or "indirectly" formed. In addition, the criteria for the top or bottom of each layer will be described with reference to the drawings.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.In the drawings, the thickness or size of each layer is exaggerated, omitted, or schematically illustrated for convenience and clarity of description. In addition, the size of each component does not necessarily reflect the actual size.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 다층 기판 및 그 제조방법에 대해 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, a multilayer substrate and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 실시예에 따른 다층 기판은 세라믹 기판과 상기 세라믹 기판의 상측에 적층된 LTCC 기판을 포함한다. The multilayer substrate according to the embodiment of the present invention includes a ceramic substrate and an LTCC substrate stacked on the ceramic substrate.
상기 세라믹 기판은 상기 LTCC 기판 보다 고온에서 미리 소성되며, 소성 후 상기 LTCC 기판을 형성하는 그린 시트와 압착된다. 그리고, 상기 그린 시트에 대한 소성 공정이 진행된다. 상기 그린 시트에 대한 소성 공정은 상기 세라믹 기판의 소성 온도보다 낮은 온도에서 이루어지기 때문에, 상기 세라믹 기판은 상 전이가 되지 않는다. The ceramic substrate is pre-fired at a higher temperature than the LTCC substrate, and after firing, the ceramic substrate is compressed with the green sheet forming the LTCC substrate. And the baking process with respect to the said green sheet is advanced. Since the firing process for the green sheet is performed at a temperature lower than the firing temperature of the ceramic substrate, the ceramic substrate does not undergo a phase transition.
한편, 상기 그린 시트는 소성 과정에서 수직/수평 방향으로 수축이 일어나는데, 특히 수평 방향의 수축은 제품의 품질에 큰 영향을 미친다. 그러나, 본 발명의 실시예에서 상기 그린 시트는 상기 세라믹 기판에 고착되기 때문에 상기 그린 시트는 소성 과정에서 수평 방향으로의 수축이 감소될 수 있다.On the other hand, the green sheet shrinks in the vertical / horizontal direction during the firing process, in particular, the horizontal shrinkage greatly affects the quality of the product. However, in the exemplary embodiment of the present invention, since the green sheet is fixed to the ceramic substrate, the green sheet may reduce shrinkage in the horizontal direction during the firing process.
또한, 본 발명에서는 열 전도율이 좋은 세라믹 기판을 메인 기판으로 하여 그 상측에 LTCC 기판을 적층한다. 따라서, 상기 LTCC 기판에서 발생된 열은 상기 세라믹 기판을 통해 신속하게 방출될 수 있다.In the present invention, an LTCC substrate is laminated on the ceramic substrate having a good thermal conductivity as a main substrate. Thus, heat generated in the LTCC substrate can be quickly released through the ceramic substrate.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다층 기판의 제조방법을 설명하는 흐름도이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a multilayer substrate according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 먼저, 세라믹 기판이 준비된다(S100). 여기서, 상기 세라믹 기판은 소성이 완료된 세라믹 기판이 사용된다.Referring to FIG. 1, first, a ceramic substrate is prepared (S100). Here, the ceramic substrate is used as the ceramic substrate is completed firing.
다음, 그린시트가 준비된다(S110). 여기서, 상기 그린시트는 유리-세라믹 재질로 형성된다.Next, the green sheet is prepared (S110). Here, the green sheet is formed of a glass-ceramic material.
다음, 상기 세라믹 기판과 그린시트를 합착한다(S120).Next, the ceramic substrate and the green sheet are bonded (S120).
그리고, 상기 합착된 세라믹 기판과 그린시트를 소성하여, 상기 세라믹 기판 상에 LTCC 기판이 적층된 다층 기판을 형성한다(S130).Then, the bonded ceramic substrate and the green sheet are fired to form a multilayer substrate on which the LTCC substrate is stacked on the ceramic substrate (S130).
본 발명의 실시예에 따른 다층 기판은 열 전도율이 좋은 소성 가공된 세라믹 기판과, 유리-세라믹 재질의 그린시트를 합착하고, 상기 그린시트를 소성 가공함으로써 다층 기판을 형성한다.The multilayer substrate according to the embodiment of the present invention bonds a plastic substrate having a high thermal conductivity with a plastic sheet and a glass-ceramic green sheet, and forms the multilayer substrate by plastic processing the green sheet.
상기 그린시트는 세라믹 기판과 합착된 상태에서 소성 가공되기 때문에 수평 방향으로의 수축이 감소되어 정확한 치수로 제작될 수 있다. Since the green sheet is plastically processed while being bonded to the ceramic substrate, shrinkage in the horizontal direction may be reduced, and thus the green sheet may be manufactured to an accurate dimension.
또한, 상기 세라믹 기판은 열 전도율을 높기 때문에, 다층 기판에서 발생되는 열을 외부로 용이하게 방출할 수 있다.In addition, since the ceramic substrate has high thermal conductivity, heat generated in the multilayer substrate can be easily released to the outside.
도 2 내지 5는 본 발명의 실시예에 따라 제작될 수 있는 다층 기판의 여러가 지 실시예들이다. 본 발명의 실시예에 따른 다층 기판은 다양한 형태로 제작될 수 있으며, 도 2 내지 도 5에 도시된 실시예들에 한정되는 것은 아니다.2 to 5 are several embodiments of a multilayer substrate that can be fabricated in accordance with embodiments of the present invention. The multilayer substrate according to the embodiment of the present invention may be manufactured in various forms, and is not limited to the embodiments shown in FIGS. 2 to 5.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 다층 기판을 도시한 도면이다.2 is a diagram illustrating a multilayer substrate according to a first embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 세라믹 기판(10)의 상측에 유리-세라믹 재질로 형성된 LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics: 저온 동시소성 세라믹스) 기판(20)이 형성된다. Referring to FIG. 2, a Low Temperature Co-fired Ceramics (LTCC) substrate 20 formed of a glass-ceramic material is formed on the ceramic substrate 10.
상기 LTCC 기판(20)의 상측면 및 하측면 중 적어도 어느 하나에는 소정의 회로 패턴으로 형성된 도전막(51)이 형성되고, 상기 LTCC 기판(20)을 관통하는 도전 비아(52)가 형성된다.A conductive film 51 formed in a predetermined circuit pattern is formed on at least one of an upper side surface and a lower side surface of the LTCC substrate 20, and a conductive via 52 penetrating the LTCC substrate 20 is formed.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 다층 기판을 도시한 도면이다.3 is a diagram illustrating a multilayer substrate according to a second embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 세라믹 기판(10)의 상측에 유리-세라믹 재질로 형성된 LTCC 기판들(20)이 형성된다. Referring to FIG. 3, LTCC substrates 20 formed of glass-ceramic material are formed on the ceramic substrate 10.
상기 LTCC 기판(20)들의 상측면 및 하측면 중 적어도 어느 하나에는 소정의 회로 패턴으로 형성된 도전막(51)이 형성되고, 상기 LTCC 기판(20)을 관통하는 도전 비아(52)가 형성된다.A conductive film 51 formed in a predetermined circuit pattern is formed on at least one of upper and lower surfaces of the LTCC substrates 20, and conductive vias 52 penetrating the LTCC substrate 20 are formed.
도 2에 도시된 제1 실시예에서는 하나의 LTCC 기판(20)이 형성된 것이 개시되어 있고, 도 3에 도시된 제2 실시예에서는 두개의 LTCC 기판(20)이 형성된 것이 개시되어 있으나, 상기 LTCC 기판(20)이 적층된 수는 더 증가될 수 있으며, 다수의 LTCC 기판(20)이 상기 세라믹 기판(10)의 상측에 적층될 수 있다.In the first embodiment shown in FIG. 2, it is disclosed that one LTCC substrate 20 is formed. In the second embodiment shown in FIG. 3, it is disclosed that two LTCC substrates 20 are formed. The number of stacked substrates 20 may be further increased, and a plurality of LTCC substrates 20 may be stacked on the ceramic substrate 10.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 다층 기판을 도시한 도면이다.4 is a diagram illustrating a multilayer substrate according to a third embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 참조하면, 세라믹 기판(10)의 상측에 유리-세라믹 재질로 형성된 LTCC 기판들(20)이 형성된다.Referring to FIG. 4, LTCC substrates 20 formed of glass-ceramic material are formed on the ceramic substrate 10.
상기 LTCC 기판(20)들의 상측면 및 하측면 중 적어도 어느 하나에는 소정의 회로 패턴으로 형성된 도전막(51)이 형성되고, 상기 LTCC 기판(20)을 관통하는 도전 비아(52)가 형성된다.A conductive film 51 formed in a predetermined circuit pattern is formed on at least one of upper and lower surfaces of the LTCC substrates 20, and conductive vias 52 penetrating the LTCC substrate 20 are formed.
상기 세라믹 기판(10)에는 도전 비아(12)가 형성될 수도 있으며, 상기 세라믹 기판(10)의 하측에는 회로 패턴으로 형성된 도전막(13)이 형성될 수도 있다. 또한, 상기 세라믹 기판(10)의 열 방출 효과를 극대화하기 위한 서멀 비아(Thermal Via)(11)가 형성될 수도 있다.A conductive via 12 may be formed in the ceramic substrate 10, and a conductive film 13 formed in a circuit pattern may be formed below the ceramic substrate 10. In addition, a thermal via 11 may be formed to maximize the heat dissipation effect of the ceramic substrate 10.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 다층 기판을 도시한 도면이다.5 is a diagram illustrating a multilayer substrate according to a fourth embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 세라믹 기판(10)의 상측에 유리-세라믹 재질로 형성된 LTCC 기판들(20)이 형성된다.Referring to FIG. 5, LTCC substrates 20 formed of glass-ceramic material are formed on the ceramic substrate 10.
상기 LTCC 기판(20)의 상측면 및 하측면 중 적어도 어느 하나에는 소정의 회로 패턴으로 형성된 도전막(51)이 형성되고, 상기 LTCC 기판(20)을 관통하는 도전 비아(52)가 형성된다.A conductive film 51 formed in a predetermined circuit pattern is formed on at least one of an upper side surface and a lower side surface of the LTCC substrate 20, and a conductive via 52 penetrating the LTCC substrate 20 is formed.
상기 LTCC 기판들(20) 중 적어도 일부는 적어도 일부분이 제거되어 캐비티(cavity)(60)를 형성할 수도 있다. 상기 캐비티(60)에는 저항, 커패시터, 인덕터와 같은 수동 소자나 칩 등이 실장될 수도 있다.At least some of the LTCC substrates 20 may be at least partially removed to form a cavity 60. Passive elements such as resistors, capacitors, and inductors or chips may be mounted in the cavity 60.
도 2 내지 도 5에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 다층 기판은 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 본 발명이 도면에 도시된 구조에 한정되는 것 은 아니다.As described with reference to FIGS. 2 to 5, the multilayer substrate according to the embodiment of the present invention may be formed in various forms, and the present invention is not limited to the structure shown in the drawings.
이하에서는 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 다층 기판 및 그 제조방법에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, a multilayer substrate and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 5.
세라믹 기판 준비Ceramic Substrate Preparation
본 발명의 실시예에 따른 다층 기판은 연 전도율이 좋은 세라믹 기판(10)을 메인 기판으로 하여 상기 세라믹 기판(10)의 상측에 LTCC 기판(20)을 적층한다.In the multilayer substrate according to the embodiment of the present invention, the LTCC substrate 20 is stacked on the ceramic substrate 10 with the ceramic substrate 10 having a good annual conductivity as a main substrate.
상기 세라믹 기판(10)으로 알루미나(Al2O3), AlN, Si3N4, SiC 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있으며, 실시예에서는 알루미나(Al2O3) 또는 AlN이 사용된 것이 설명된다. 상기 알루미나 기판은 열 전도율이 매우 좋다.At least one of alumina (Al 2 O 3 ), AlN, Si 3 N 4 , and SiC may be used as the ceramic substrate 10. In an embodiment, alumina (Al 2 O 3 ) may be used. Or that AlN is used. The alumina substrate has a very good thermal conductivity.
본 발명의 실시예에 따른 다층 기판에서 상기 세라믹 기판(10)은 미리 소결 공정을 거쳐 소결되고, 상기 LTCC 기판(20)은 상기 세라믹 기판(10)과 합착 후 소결된다. 상기 세라믹 기판(10)은 상기 LTCC 기판(20)보다 소결 온도가 높기 때문에 상기 LTCC 기판(20)과 별도로 소결 공정을 거친다.In the multilayer substrate according to the embodiment of the present invention, the ceramic substrate 10 is sintered through a sintering process in advance, and the LTCC substrate 20 is sintered after bonding with the ceramic substrate 10. Since the ceramic substrate 10 has a higher sintering temperature than the LTCC substrate 20, the ceramic substrate 10 undergoes a sintering process separately from the LTCC substrate 20.
세라믹 기판(10)의 실시예로서, 상기 알루미나 기판은 캐스팅(Casting) 방법에 의해 제조되거나, 프레스(Press) 방법에 의해 제조될 수 있다.As an embodiment of the ceramic substrate 10, the alumina substrate may be manufactured by a casting method or may be manufactured by a press method.
캐스팅 방법Casting method
알루미나 분말 91~99 중량%에 소결조제(flux)로서 벤토나이트 또는 활석을 1~9 중량%로 혼합하여 원료 세라믹 파우더를 준비한다. 상기 혼합 세라믹 파우더에 대해 2~10 중량%의 유기 결합제와 0.2~2 중량%의 가소제를 혼합하고 이를 20~60 중량%의 유기 솔벤트에 녹여 24시간 동안 에이징(Aging)을 실시한 후, 상기 세라믹 파우더와 혼합한다. 이때, 필요에 따라 분산제를 0.1~2 중량% 첨가할 수도 있고, 상기 분산제는 Polyisobutylene, linoteic acid, aliphatic hydrocarbons, Manhaden Fish oil 중 적어도 어느 하나가 사용될 수도 있다.91 to 99% by weight of alumina powder is mixed with bentonite or talc as 1 to 9% by weight as a sintering aid (flux) to prepare a raw ceramic powder. 2 to 10% by weight of an organic binder and 0.2 to 2% by weight of a plasticizer are mixed with the mixed ceramic powder, dissolved in 20 to 60% by weight of organic solvent, and aged for 24 hours. Mix with In this case, 0.1 to 2% by weight of a dispersant may be added as needed, and the dispersant may be at least one of Polyisobutylene, linoteic acid, aliphatic hydrocarbons, and Manhaden Fish oil.
혼합 방법은 볼밀(Ball mill) 또는 바스켓 밀(Basket mill)과 같은 믹싱(mixing) 방법을 사용한다.The mixing method uses a mixing method such as a ball mill or a basket mill.
믹싱이 완료된 슬러리(Slurry)는 탈포와 에이징을 거쳐 테입 케스팅(Tape casting)하여 10~1000㎛ 두께의 시트로 준비한다. 이때, 점도는 50~1200cps 정도가 적당하다.The mixed slurry is tape-casted through defoaming and aging to prepare a sheet having a thickness of 10 to 1000 μm. At this time, the viscosity is suitable about 50 ~ 1200cps.
이후, 상기 시트를 환원 분위기에서 1400~1600℃의 온도로 30분~2시간 소결하여 알루미나 기판을 제조한다.Thereafter, the sheet is sintered at a temperature of 1400 to 1600 ° C. for 30 minutes to 2 hours in a reducing atmosphere to prepare an alumina substrate.
(실시예)(Example)
알루미나 분말 1840g과 소결조제로써 벤토나이트 또는 활석 160g을 혼합한 세라믹 분말 2000g을 준비하고, 유기 결합제로써 PVB(폴리비닐부티랄) 50g, 가소제로써 BBP(부틸벤질프탈레이트) 18g을 유기 솔벤트로써 에탄올 256g 및 톨루엔 544g을 넣어, 이를 상기 세라믹 분말과 함께 직경 20mm의 알루미나 볼 2.5kg과 함께 용적 5l의 알루미나 볼밀에서 24시간 혼합하여 슬러리 점도를 70cps로 만들었다.2000 g of ceramic powder containing 1840 g of alumina powder and 160 g of bentonite or talc as a sintering aid were prepared, 50 g of PVB (polyvinyl butyral) as an organic binder, 18 g of BBP (butylbenzylphthalate) as a plasticizer, 256 g of ethanol as an organic solvent, and toluene 544 g was added, which was mixed with the ceramic powder with 2.5 kg of alumina balls having a diameter of 20 mm in a volume 5 l alumina ball mill for 24 hours to obtain a slurry viscosity of 70 cps.
다음, 상기 PVB 150g, BBP 72g을 가하여 다시 24시간 볼밀로 혼합하여 제조된 슬러리를 탈포 공정, 숙성 공정을 거쳐 테이프 캐시팅 성형법에 의해 두께 0.6mm를 갖는 시트로 성형하였다.Next, 150 g of PVB and 72 g of BBP were added thereto, and the slurry prepared by mixing by ball milling again for 24 hours was formed into a sheet having a thickness of 0.6 mm by defoaming and aging.
상기 제조된 시트를 40×40mm의 크기로 절단한 후, 환원 분위기에서 1550℃의 온도로 1시간 동안 열처리를 실시하여 알루미나 기판을 제조하였다.The prepared sheet was cut to a size of 40 × 40 mm, and then heat treated at a temperature of 1550 ° C. for 1 hour in a reducing atmosphere to prepare an alumina substrate.
프레스 방법Press method
알루미나 분말 91~99 중량%에 소결조제(flux)로서 벤토나이트 또는 활석을 1~9 중량%로 혼합하여 원료 세라믹 파우더를 준비한다. 상기 세라믹 파우더는 건식 혼합 방법인 V-mixer를 사용하거나, 습식 혼합 방법으로 유기 솔벤트 또는 증류수 20~60 중량%와 분산제 0.1~2 중량%를 혼합하여 24시간 가량 100~150℃의 온도에서 충분히 건조되도록 하여 준비된다. 상기 혼합 파우더에 유기 결합제를 0.5~3중량% 정도 혼합하고 금형 프레스를 이용하여 1~15ton의 압력으로 성형하여 환원 분위기에서 1400~1600℃의 온도로 30분~2시간 소결하여 알루미나 기판을 제조한다.91 to 99% by weight of alumina powder is mixed with bentonite or talc as 1 to 9% by weight as a sintering aid (flux) to prepare a raw ceramic powder. The ceramic powder is sufficiently dried at a temperature of 100 to 150 ° C. for 24 hours by using a dry mixing method V-mixer or by mixing 20 to 60 wt% of organic solvent or distilled water and 0.1 to 2 wt% of a dispersant by a wet mixing method. It is prepared as possible. 0.5 to 3% by weight of an organic binder is mixed with the mixed powder, and is molded at a pressure of 1 to 15 tons using a mold press, and sintered at a temperature of 1400 to 1600 ° C. for 30 minutes to 2 hours in a reducing atmosphere to prepare an alumina substrate. .
(실시예)(Example)
알루미나 분말 1840g과 소결조제로써 벤토나이트 또는 활석 160g을 혼합한 세라믹 분말 2000g을 준비하고, 유기 결합제로써 PVA(폴리비닐아세테이트) 20g을 첨가하여 혼합한다. 상기 혼합 분말을 성형 프레스에 넣어 5ton의 압력을 1초 동안 가해 시트로 성형하고 이를 환원 분위기에서 1550℃의 온도로 1시간 동안 열처리를 실시하여 알루미나 기판을 제조하였다.2000 g of a ceramic powder containing 1840 g of alumina powder and 160 g of bentonite or talc as a sintering aid are prepared, and 20 g of PVA (polyvinylacetate) is added and mixed as an organic binder. The mixed powder was put into a molding press, and a pressure of 5 tons was applied for 1 second to form a sheet, which was heat-treated at a temperature of 1550 ° C. for 1 hour in a reducing atmosphere to prepare an alumina substrate.
상기 알루미나 기판은 27w/m.k의 열 전도율을 가진다.The alumina substrate has a thermal conductivity of 27w / m.k.
세라믹 기판(10)의 다른 실시예로서, 상기 AlN 기판이 사용될 수 있다.As another embodiment of the ceramic substrate 10, the AlN substrate may be used.
상기 AlN 기판은 질화알루미늄 분말을 주성분으로 하여 소결조제로써 CaO 2 중량% 이하 또는 Y2O3 8 중량% 이하를 혼합하여 질소 분위기에서 1900℃의 온도로 8시간 동안 열처리를 실시하여 AlN 기판을 제조한다. 상기 AlN 기판의 밀도는 3.262g/㎤이고 열 전도율은 200~250w/m.k가 된다.The AlN substrate is made of aluminum nitride powder, which is mixed with CaO 2 wt% or less or Y 2 O 3 8 wt% or less as a sintering aid and heat treated at a temperature of 1900 ° C. under nitrogen atmosphere for 8 hours to manufacture AlN substrate. do. The AlN substrate has a density of 3.262 g / cm 3 and a thermal conductivity of 200 to 250 w / mk.
한편, 상기 세라믹 기판(10)은 도 4에 도시된 바와 같이, 도전 비아(12)가 형성될 수도 있으며, 회로 패턴으로 형성된 도전막(13)이 형성될 수도 있다. 또한, 상기 세라믹 기판(10)의 열 방출 효과를 극대화하기 위한 서멀 비아(Thermal Via)(11)가 형성될 수도 있다.Meanwhile, as illustrated in FIG. 4, the conductive substrate 12 may be formed on the ceramic substrate 10, or the conductive layer 13 formed in a circuit pattern may be formed. In addition, a thermal via 11 may be formed to maximize the heat dissipation effect of the ceramic substrate 10.
상기 도전 비아(12), 서멀 비아(11)는 레이저 드릴링 방법을 사용하여 홀을 형성하고 여기에 Ag, Ag-Pd, Pd, Pt, Cu, Ni 중 적어도 어느 하나의 도전체를 필링(filling)하여 형성할 수 있으며, 상기 도전막(13)을 상기 도전체를 스크린 인쇄법을 이용하여 형성할 수도 있다.The conductive via 12 and the thermal via 11 form a hole by using a laser drilling method, and filling at least one conductor of Ag, Ag-Pd, Pd, Pt, Cu, and Ni therein. The conductive film 13 may be formed by screen printing.
그린 시트의 준비(LTCC 기판의 준비)Preparation of green sheet (preparation of LTCC board)
상기 LTCC 기판(20)을 형성하기 위한 그린 시트는 유리-세라믹 재질을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 그린 시트는 SiO2-CaO-Al2O3계 유리, SiO2-MgO-Al2O3계 유리, SiO2-B2O3-CaO-R2O계 유리(여기서, R은 Li, Na, K 중 적어도 어느 하나) 중 적어도 어느 하나가 포함되어 형성될 수도 있다. 실시예에서는 SiO2-CaO-Al2O3계 유리가 사용된 것이 개시되어 있으며, SiO2-CaO-Al2O3계 유리로 형성된 LTCC 기판(20)은 상기 세라믹 기판(10)과 열팽창 계수가 유사하기 때문에, 상기 세라믹 기판(10)과 LTCC 기판(20)의 결합 상태에서의 휨 현상(warpage)을 방지할 수 있는 장점을 가진다.The green sheet for forming the LTCC substrate 20 may be formed using a glass-ceramic material. For example, the green sheet may be SiO 2 -CaO-Al 2 O 3 -based glass, SiO 2 -MgO-Al 2 O 3 -based glass, SiO 2 -B 2 O 3 -CaO-R 2 O-based glass (here, R may include at least one of Li, Na, and K). The embodiment discloses that SiO 2 -CaO-Al 2 O 3 -based glass is used, and the LTCC substrate 20 formed of SiO 2 -CaO-Al 2 O 3 -based glass has a coefficient of thermal expansion with the ceramic substrate 10. Since is similar, the warpage phenomenon in the bonding state of the ceramic substrate 10 and the LTCC substrate 20 has an advantage that can be prevented.
또한, 상기 그린 시트는 필러(Filler)로써, Al2O3, BaTiO3, TiO2, SiO2, ZrO2, ZrSiO4가 50중량% 이하로 포함될 수도 있다.In addition, the green sheet is a filler (Filler), Al 2 O 3 , BaTiO 3 , TiO 2 , SiO 2 , ZrO 2 , ZrSiO 4 may be included in less than 50% by weight.
상기 그린 시트의 제조는 슬러리 제조가 선행된다. 유리-세라믹 혼합 파우더(예를 들어, SiO2-CaO-Al2O3계 유리 파우더 50~100 중량%와 Al2O3 파우더 0~50 중량%가 혼합된 혼합 파우더) 30~80 중량%에 분산제 0.1~3 중량% 첨가하여, 톨루엔, 이소프로필알콜, 에탄올, MEK(메틸에틸케톤) 중 적어도 어느 하나를 솔벤트로 하여 3~50 중량%을 혼합한다. 그리고 볼밀과 같은 혼합 및 분쇄 장비를 사용하여 30분~4시간 분산시키고, PVB계, 아크릴레이트, 메타아크릴레이트 중 적어도 어느 하나의 바인더 3~20 중량%와 Phthalate계 가소제 0.5~3%를 추가하여1~24시간 혼합 및 분쇄한다. 최종 고형분의 입도는 0.5~8㎛가 적당하다. 이렇게 제조된 슬러리는 닥터 브레이드를 이용한 테이프 캐스팅 방법으로 캐스팅하여 그린 시트로 준비한다. 그린 시트의 두께는 10~300㎛ 까지 다양하게 선택될 수 있다.Production of the green sheet is preceded by slurry production. 30-80% by weight of glass-ceramic mixed powder (for example, 50-100% by weight of SiO 2 -CaO-Al 2 O 3 based glass powder and 0-50% by weight of Al 2 O 3 powder mixed) 0.1-3 weight% of a dispersing agent is added, and 3-50 weight% is mixed using at least any one of toluene, isopropyl alcohol, ethanol, and MEK (methyl ethyl ketone) as a solvent. And using a mixing and grinding equipment such as a ball mill 30 minutes to 4 hours to disperse, 3 to 20% by weight of the binder of at least one of PVB-based, acrylate, methacrylate and 0.5 to 3% of Phthalate-based plasticizer Mix and grind for 1 to 24 hours. The particle size of the final solid is preferably 0.5 to 8 µm. The slurry thus prepared is cast by a tape casting method using a doctor blade to prepare a green sheet. The thickness of the green sheet may be variously selected from 10 to 300㎛.
상기 그린 시트에 Ag, Ag-Pd, Pd, Pt, Cu, Ni 중 적어도 어느 하나의 도전체를 이용하여 스크린 인쇄법을 통해 도전막(51)의 형성을 위한 회로 패턴을 형성한다. 또한, 도전 비아(52) 형성을 위해 비아를 형성시키고 상기 도전체를 필링(filling)한다. 본 발명의 실시예에서는 Ag를 사용하여 도전막(51) 및 도전 비 아(52)를 형성하였다.A circuit pattern for forming the conductive film 51 is formed on the green sheet by screen printing using at least one of Ag, Ag-Pd, Pd, Pt, Cu, and Ni. In addition, vias are formed to form the conductive vias 52 and the conductors are filled. In the embodiment of the present invention, the conductive film 51 and the conductive via 52 are formed using Ag.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 그린 시트에 캐비티(60) 형성을 위한 메커니컬 펀칭(mechanical punching) 공정이 사용되어 윈도우(window)를 형성할 수도 있다.In addition, as shown in FIG. 5, a mechanical punching process for forming the cavity 60 may be used in the green sheet to form a window.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 적어도 둘 이상의 복수의 그린 시트는 합착될 수도 있다.As shown in Figures 3 to 5, at least two or more of the plurality of green sheets may be bonded.
그린 시트들의 적층은 25~90℃의 온도(예를 들어, 70℃)에서 25kgf/㎠의 압력을 가해 상기 그린 시트들이 서로 접합되도록 할 수 있다. The stacking of the green sheets may be applied at a pressure of 25 kgf / cm 2 at a temperature of 25 ° C. to 90 ° C. (eg, 70 ° C.) so that the green sheets are bonded to each other.
세라믹 기판과 그린 시트의 합착Bonding of Ceramic Substrate and Green Sheet
상기 세라믹 기판(10) 상에 상기 그린시트들을 5~100kgf/㎠의 압력으로 적층한 후, 20~400kgf/㎠ 압력을 가해 상기 세라믹 기판(10)과 그린시트들이 서로 접합되도록 할 수 있다. 예를 들어, 상기 세라믹 기판(10)과 그린 시트들이 접합되도록 하는 압력은 220kgf/㎠가 가해질 수도 있다.After the green sheets are stacked on the ceramic substrate 10 at a pressure of 5 to 100 kgf / cm 2, the ceramic substrate 10 and the green sheets may be bonded to each other by applying a pressure of 20 to 400 kgf / cm 2. For example, the pressure to allow the ceramic substrate 10 and the green sheets to be bonded may be 220 kgf / cm 2.
그린 시트 소성Green sheet firing
상기 그린 시트들이 적층된 상기 세라믹 기판(10)을 700~1000℃의 온도에서 5분~2시간 소성한다. 예를 들어, 탈지를 위해 450℃의 온도에서 30분 유지한 후, 분당 10℃의 온도를 승온하여 870℃의 온도에서 20분 동안 소성할 수 있다. 그리고, 상온으로 냉각시켜 상기 LTCC 기판(20)의 제조 공정이 완료된다. 한편, 다층 기판의 분리를 용이하게 하기 위해 소성 전 상기 그린 시트들을 일부 커팅하는 공정이 포함될 수도 있다.The ceramic substrate 10 on which the green sheets are stacked is fired at a temperature of 700 to 1000 ° C. for 5 minutes to 2 hours. For example, after degreasing at a temperature of 450 ° C. for 30 minutes for degreasing, the temperature may be raised at a temperature of 10 ° C. per minute and calcined at a temperature of 870 ° C. for 20 minutes. Then, cooling to room temperature completes the manufacturing process of the LTCC substrate 20. On the other hand, in order to facilitate the separation of the multi-layer substrate may be included a step of cutting the green sheet part before firing.
실시예에 따른 다층 기판의 제조 공정에서, 상기 그린 시트들은 이미 소성이 완료된 상기 세라믹 기판(10)에 압착된 상태에서 소성된다. In the manufacturing process of the multilayer substrate according to the embodiment, the green sheets are fired in a state in which the green sheets are pressed onto the ceramic substrate 10 which has already been fired.
따라서, 상기 그린 시트들이 상기 세라믹 기판(10)에 의해 고착되고, 상기 세라믹 기판(10)은 그린 시트의 소성 과정에서 수축되지 않으므로, 소성 과정에서 상기 그린 시트들이 수평 방향으로 수축되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 소결이 완료된 상기 다층 기판은 가로 수축에 의한 휨이나 왜곡이 억제된다.Therefore, since the green sheets are fixed by the ceramic substrate 10 and the ceramic substrate 10 is not contracted during the firing process of the green sheet, the green sheets may be suppressed from shrinking in the horizontal direction during the firing process. have. Therefore, the multilayer substrate, which has been sintered, is suppressed from warping or distortion due to lateral shrinkage.
한편, 실시예에 따른 다층 기판은 LTCC 기판(20)의 하측에 열 전도율이 우수한 세라믹 기판(10)이 형성되어 있으므로, 발생된 열을 외부로 용이하게 방출할 수 있다.On the other hand, in the multilayer substrate according to the embodiment, since the ceramic substrate 10 having excellent thermal conductivity is formed under the LTCC substrate 20, the generated heat can be easily discharged to the outside.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Although the above description has been made based on the embodiments, these are merely examples and are not intended to limit the present invention. Those skilled in the art to which the present invention pertains may not have been exemplified above without departing from the essential characteristics of the present embodiments. It will be appreciated that many variations and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiment can be modified. And differences relating to such modifications and applications will have to be construed as being included in the scope of the invention defined in the appended claims.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다층 기판의 제조방법을 설명하는 흐름도.1 is a flow chart illustrating a method of manufacturing a multilayer substrate according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 다층 기판을 도시한 도면.2 shows a multilayer substrate according to a first embodiment of the invention;
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다층 기판을 도시한 도면.3 shows a multilayer substrate according to a first embodiment of the invention;
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 다층 기판을 도시한 도면.4 shows a multilayer substrate according to a first embodiment of the invention;
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 다층 기판을 도시한 도면. 5 shows a multilayer substrate according to a first embodiment of the present invention;
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