KR101580464B1 - 다층 세라믹 기판의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판의 제조 방법은 각각 다수 매의 미소결 세라믹 그린 시트를 가압하여 제1 및 제2 미소결 시트스택을 개별 형성하는 1차 가압단계와, 제2 미소결 시트스택에 홀(hole)을 형성하는 단계와, 제1 미소결 시트스택 상에 홀이 형성된 제2 미소결 시트스택을 배치하여 예비 제3 미소결 시트스택을 형성하는 단계와, 예비 제3 미소결 시트스택의 상면 및 하면에 각각 실링용 제1 박막 필름 및 제2 박막 필름을 배치하는 단계와, 제1 및 제2 박막 필름과 예비 제3 미소결 시트스택을 가압하여 제3 미소결 시트스택을 형성하는 2차 가압 단계, 그리고 제3 미소결 시트스택을 소결하는 단계를 포함한다. 따라서 캐비티의 형상에 구애받지 않고 평판형 몰드를 통해 다수 매의 세라믹 그린 시트를 적층할 수 있어 제조 공정을 간소화하고 안정적으로 수행할 수 있다.

Description

다층 세라믹 기판의 제조 방법{Method of manufacturing multi layer ceramic substrates}

본 발명은 다층 세라믹 기판의 제조 방법에 관한 것으로, 세라믹 정전척, 세라믹 히터 등에 적용될 수 있는 캐비티(cavity)를 갖는 다층 세라믹 기판의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 다층 세라믹 기판(multi layer ceramic substrate)은 뛰어난 내 플라즈마성, 내 산화성, 내 화학성 및 내 절연성이 우수하여 금속재료가 갖는 물리적, 화학적 취약성을 보완하여 전자산업 분야에서 광범위하게 사용되고 있으며, 특히 반도체 제조 부품 관련 분야에서 활발하게 사용되고 있다. 예를 들어, 다층 세라믹 기판은 반도체 제조 공정 상에서 실리콘웨이퍼를 정전 흡착하여 파지하기 위한 정전척(Electrostatic Chuck), 또는 웨이퍼를 고온 처리하기 위한 세라믹 히터(Ceramic Heater) 등에 사용될 수 있다.

다층 세라믹 기판의 제조 방법은 다수 매의 미소결 세라믹 그린 시트(ceramic green sheet)를 적층한 후 가압하여 고정시키고, 이를 소결 온도로 소결하여 제조될 수 있다. 여기서, 정전척 또는 세라믹 히터의 경우 미소결 세라믹 그린 시트 사이에 정전기력 형성 또는 발열을 위한 전극층(또는 전극 패턴)이 개재되며, 도선 연결을 위해 전극층이 노출되도록 캐비티(cavity)를 형성하게 된다.

도 1은 종래 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판의 제조 방법을 나타내는 개략적인 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래 캐비티(3)를 갖는 다층 세라믹 기판은 미소결 세라믹 그린 시트(1)들 상에 전극층(8)을 형성하고, 상기 전극층 상에 캐비티용 홀(2,hole)을 갖는 미소결 세라믹 그린 시트(1)들을 적층한 후, 가압하여 미소결 세라믹 그린 시트(1)들이 고정된 시트 스택을 형성하고, 시트 스택(4)을 소결 온도로 소결하여 제조된다.

여기서, 세라믹 그린 시트(1)들의 가압은 일반적으로 상호 평행 배치된 평판형 몰드(5,6)로 이루어 질 수 있다. 따라서 캐비티(3)의 바닥면은 가압되지 않는 문제점이 있다. 즉, 캐비티(3)에 의해 노출되는 전극층(8) 영역이 가압되지 않아 세라믹 그린 시트(1)가 분리되거나, 캐비티(3) 바닥면의 전극층(8) 및 세라믹 그린 시트(1)가 변형된다.

이를 개선하기 위해 캐비티(3)에 대응하는 돌출부를 갖는 몰드를 사용하는 방안이 제안되었다. 하지만, 캐비티의 배치 구조나 형상에 따라 전용 몰드를 제작하고, 얼라인 해야 되는 불편함으로 캐비티에 따른 즉각적인 대응이 어렵다는 문제점이 있다. 또한, 돌출부의 형상이 정확하지 않는 경우 가해지는 압력이 부족하여 적층되지 않거나, 가해지는 압력이 강하여 전극층을 손상시키는 문제점이 있다.

또 다른 개선 방안으로 다수 매의 미소결 세라믹 그린 시트를 적층하여 가압 한 후, 캐비티 영역을 컷(cut) 하여 제거함으로써 캐비티를 형성하는 방법이 제안되었다. 하지만, 컷 방식은 컷의 정밀도에 따라 캐비티 영역의 전극층 또는 시트에 영향을 줄 수 있는 문제점이 있다.

따라서, 간편하면서 효과적인 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판의 제조 방법이 요구되고 있다.

따라서 본 발명의 실시예를 통해 해결하고자 하는 일 과제는 캐비티의 형상에 구애받지 않고 평행 배치된 한 쌍의 평판형 몰드를 이용하여 간단하고 안정적으로 제조할 수 있는 다층 세라믹 기판의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 본 발명의 일 과제를 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판의 제조 방법은 각각 다수 매의 미소결 세라믹 그린 시트를 가압하여 제1 미소결 시트스택 및 제2 미소결 시트스택을 개별 형성하는 1차 가압 단계를 수행한다. 상기 제2 미소결 시트스택에 홀(hole)을 형성한다. 상기 제1 미소결 시트스택 상에 상기 홀이 형성된 제2 미소결 시트스택을 배치하여 예비 제3 미소결 시트스택을 형성한다. 상기 예비 제3 미소결 시트스택의 상면 및 하면에 각각 실링용 제1 박막 필름 및 제2 박막 필름을 배치한다. 상기 제1 박막 필름 및 상기 예비 제3 미소결 시트스택을 가압하여 제3 미소결 시트스택을 형성하는 2차 가압 단계를 수행한다. 상기 제3 미소결 시트스택을 소결한다.

여기서, 일 실시예에 따른 다층 세라믹 기판의 제조 방법에서 상기 제1 및 제2 박막 필름은 상기 홀의 내주면과 상기 제1 미소결 시트스택에 의해 형성되는 캐비티의 공압 유지를 위하여 수지 재질로 이루어질 수 있다. 특히, 상기 제1 및 제2 박막 필름은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지(polyethylen terephthalate: PET) 재질로 이루어지고, 적어도 상기 제1 및 제2 미소결 시트스택에 접하는 일 표 면이 실리콘(Si)으로 코팅될 수 있다.

다른 실시예에 따른 다층 세라믹 기판의 제조 방법에서 상기 1차 가압 단계의 압력은 상기 2차 가압 단계의 압력보다 낮은 압력으로 진행될 수 있다. 특히, 상기 1차 가압 단계의 압력은 1Mpa 내지 2Mpa 이고, 상기 2차 가압 단계의 압력은 3Mpa 내지 3.5Mpa인 것을 특징으로 한다.

또 다른 실시예에 따른 다층 세라믹 기판의 제조 방법에서 상기 1차 가압 단계의 가압 시간은 상기 2차 가압 단계의 가압 시간보다 짧을 수 있다. 특히, 상기 1차 가압 단계는 85s 내지 95s 동안 가압하고, 상기 2차 가압 단계는 595s 내지 605s 동안 가압하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또 다른 실시예에 따른 다층 세라믹 기판의 제조 방법에서 상기 1차 및 2차 가압 단계 각각은 평행 배치된 한 쌍의 평판형 몰드를 이용하여 수행될 수 있다.

또 다른 실시예에 따른 다층 세라믹 기판의 제조 방법에서 상기 1차 및 2차 가압 단계의 가압 공정 온도는 65℃ 내지 100℃ 일 수 있다.

또 다른 실시예에 따른 다층 세라믹 기판의 제조 방법에서 상기 제1 미소결 시트스택과 상기 제2 미소결 시트스택 사이에 전극층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판의 제조 방법에 의하면 다수 매의 세라믹 그린 시트에 대한 가압을 통해 미소결 시트스택을 형성하는 적층 단계에서 캐비티를 실링하는 박막 필름에 의해 캐비티는 공압을 형 성하고, 캐비티에 공압이 형성된 상태에서 압력이 가해지면 공압으로 인해 캐비티의 바닥면에도 압력이 가해져 적층이 이루어진다. 따라서, 가압용 몰드가 캐비티의 바닥면에 직접 접촉하지 않더라도 안정적인 적층이 가능하게 되므로, 평판형 몰드를 이용한 안정적인 적층이 가능해진다.

즉, 캐비티의 형상에 구애받지 않고, 평판형 몰드를 이용하여 다양한 형상의 캐비티를 갖는 미소결 시트스택을 제작할 수 있다. 따라서, 캐비티의 형상에 따른 전용 몰드를 제작하지 않아도 되며, 전용 몰드의 얼라인에 소요되는 시간 및 비용을 절감할 수 있다. 또한, 평판형 몰드만으로 캐비티의 다양한 형상에 대응할 수 있으므로 제조 설비의 호환성이 향상되며, 공정을 간소화 할 수 있다. 또한, 몰드와 전극층이 직접 접촉하지 않게 되므로 전극층의 손상 및 오염을 방지할 수 있으며, 캐비티의 형성함에 있어서 몰드에 제약을 받지 않게 되므로 설계의 용이성이 확보될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판의 제조 방법에 따르면 적층 단계가 1차 가압 및 2차 가압으로 2번에 걸쳐 진행되며, 특히 1차 가압 단계는 2차 가압 단계와 비교하여 압력의 강도 및 가압 시간이 상대적으로 낮은 수준으로 진행함에 따라서 보다 효율적이고, 안정적인 적층이 가능해진다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판의 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

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 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

실시예

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판의 제조 방법의 개략적인 공정 흐름도이고, 도 3a 내지 도 3g는 도 2의 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 공정도들이다.

도 2, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판의 제조 방법은 먼저 각각 다수 매의 미소결 세라믹 그린 시트(11, ceramic green sheet)를 가압하는 1차 가압 단계를 통해서 제1 미소결 시트스택(12) 및 제2 미소결 시트스택(14)을 개별 형성한다(S110).

상기 미소결 세라믹 시트(11)의 제조 과정은 먼저, 세라믹 분말(ceramic powder), 세라믹 분말을 고르게 분산시키기 위한 분산제(dispersant) 및 용제(solvent)를 혼합하여 1차 세라믹 혼합물(ceramic mixture)을 제조한다. 다음 1차 세라믹 혼합물에 접착성을 갖는 바인더(binder) 및 가소제(plasticizer)를 2차 혼합(또는 교반)하여 2차 세라믹 혼합물을 제조한다. 2차 세라믹 혼합물에는 혼합 도중 공기가 유입되어 다량의 기포를 포함할 수 있다. 기포가 포함된 2차 세라믹 혼합물을 시트 형상으로 형성할 경우, 미소결 세라믹 그린 시트(11)의 표면에는 기포에 의한 리세스(recess)가 형성될 수 있고, 미소결 세라믹 그린 시트(11)의 내부 에는 기포에 의한 보이드(void)가 형성될 수 있다. 따라서 2차 세라믹 혼합물이 형성된 후 2차 세라믹 혼합물에 포함된 기포를 제거하는 과정을 거친다. 기포가 제거된 2차 세라믹 혼합물은 다양한 방법에 의하여 박판 형태로 가공되어 미소결 세라믹 그린 시트(11)가 제조된다. 예컨대 미소결 세라믹 그린 시트(11)는 2차 세라믹 혼합물을 닥터 블레이드법(doctor blade)을 이용하여 시트로 형성한 후, 건조되어 제조될 수 있다.

상기와 같이 제조된 다수 매의 미소결 세라믹 그린 시트(11)를 평행 배치된 한 쌍의 평판형 몰드(32, 34), 즉 가압용 제1 몰드(32)와 가압용 제2 몰드(34)를 이용하여 가압하는 1차 가압 단계를 수행한다. 이러한 1차 가압 단계를 통해서 다수 매의 미소결 세라믹 그린 시트(11)를 적층시킨 제1 미소결 시트스택(12)이 형성된다. 동일한 방법으로 다수 매의 미소결 세라믹 그린 시트(11)를 한 쌍의 평판형 몰드(32, 34)를 통해 가압하여 제2 미소결 시트스택(24)을 형성한다. 다수 매의 미소결 세라믹 그린 시트(11)를 가압하여 적층하는 과정은 예컨대 다수 매의 미소결 세라믹 그린 시트(11)를 접착하여 고정하는 것을 의미한다. 여기서, 제1 미소결 시트스택(12)과 제2 미소결 시트스택(24)의 제조 과정은 실질적으로 동일하다. 또한, 제1 및 제2 미소결 시트스택(12, 14)의 제조 과정이 실질적으로 동일함에도 불구하고 서로 구분하는 것은 제2 미소결 시트스택(14)이 이하의 단계에서 캐비티(24) 형성층으로 기능하기 때문이다. 따라서, 제1 및 제2 미소결 시트스택(12, 14)은 서로 개별 형성되는 구성이면 충분하며, 서로 동일 시점에 제조되는 것을 의미하지는 않는다. 즉, 제1 미소결 시트스택(12)과 제2 미소결 시트스택(14)의 제조 순서는 변 경될 수 있다. 상기와 같은 이유로 도 2에 도시한 공정 흐름도에서 제1 및 제2 미소결 시트스택(12, 14)을 제조하는 단계 번호를 동일하게 부여하였다.

한편, 정전척 또는 세라믹 히터에 사용될 다층 세라믹 기판에는 전극층(18)이 포함된다. 전극층(18)은 정전기력 형성 또는 발열을 위해 구성되며, 통상 다층 세라믹 기판의 내부에 매립된 구조로 형성된다. 따라서, 이후의 단계에서 제1 미소결 시트스택(12)과 제2 미소결 시트스택(12, 14) 사이에 전극층(18)이 개재되도록 구성한다. 예를 들어, 전극층(18)은 1차 가압 단계에서 제1 미소결 시트스택(12)과 함께 형성될 수 있다. 즉, 1차 가압 단계에서 다수 매의 미소결 그린 시트(11)의 최하단(또는 최상단)에 전극층(18)을 배치하고, 다수 매의 미소결 그린 시트(11)와 전극층(18)을 함께 가압하여 형성될 수 있다. 이 때, 전극층(18)은 제2 몰드(34, 혹은 제1 몰드(32))와 직접 접촉하게 되므로 손상 및 오염될 수 있다. 따라서, 도시하진 않았지만 전극층(18)과 제2 몰드(34) 사이에 전극층(18)을 보호하기 위한 보호 필름을 배치할 수 있다. 보호 필름은 다양한 종류가 사용될 수 있다. 예를 들어, 수지 재질이 사용될 수 있고, 또는 상기 제1 및 제2 박막 필름(42, 44)과 동일한 필름이 사용될 수도 있다. 보호 필름의 종류는 제한적이지 않으며 가압 과정에서 전극층(18)을 보호할 수 있으면 충분하다. 이처럼, 전극층(18)은 제2 미소결 시트스택(14)과 접하게 될 제1 미소결 시트스택(12)의 접합면에 형성될 수 있다. 이와 달리, 전극층(18)은 시트 형태로 제조한 뒤, 제1 및 제2 미소결 시트스택(12, 14)을 적층하는 2차 가압 단계에서 설치될 수도 있다.

도 2 및 도 3c를 참조하면, 1차 가압 단계를 통해 제2 미소결 시트스택(14) 을 제조한 후 제2 미소결 시트스택(14)에는 캐비티용 홀(22, hole)을 형성한다(S120).

상기 홀(22)은 다양한 방법으로 형성될 수 있다. 일반적으로 홀(22)은 펀칭(punching) 공정을 이용하여 형성될 수 있고, 또는 드릴이 장착된 드릴 장치를 이용하여 형성될 수 있다. 또는 레이저빔을 방출하는 레이저빔 발생장치를 이용하여 형성될 수도 있다. 홀(22)은 제2 미소결 시트스택(24)을 관통하게 형성된다. 홀(22)의 형성 방법은 설정된 형상을 갖도록 홀(22)을 형성할 수 있는 방법이면 충분하다.

도 2 및 도 3d를 참조하면, 전극층(18)이 구비된 제1 미소결 시트스택(12)의 상부에 홀(22)이 형성된 제2 미소결 시트스택(14)을 배치하여 예비 제3 미소결 시트스택(16)을 형성한다(S130). 다음 예비 제3 미소결 시트스택(16)의 상면에 상기 홀(22)의 상단 개구부를 덮도록 제1 박막 필름(42)을, 예비 제3 미소결 시트스택(16)의 하면에 제2 박막 필름(44)을 각각 배치한다(S130).

여기서, 제1 및 제2 미소결 시트스택(12, 14)의 배치는 전극층(18)이 제1 미소결 시트스택(12)과 제2 미소결 시트스택(14) 사이에 개재되도록 배치한다. 즉, 전극층(18)이 상부에 위치하도록 놓여진 제1 미소결 시트스택(12) 상에 홀(22)이 형성된 제2 미소결 시트스택(14)을 배치한다. 따라서, 예비 제3 미소결 시트스택(16)은 홀(22)의 내주면과 제1 미소결 시트스택(12)에 의해 형성되는 캐비티(24)를 갖게 된다. 또한, 전극층(18)이 제1 미소결 시트스택(12)과 제2 미소결 시트스택(14) 사이에 개재됨으로써, 캐비티(24)에 대응하여 전극층(18)이 노출된다. 다시 말해서, 캐비티(24)의 바닥면은 전극층(18)에 의해 형성되는 구조가 된다.

예비 제3 미소결 시트스택(16)이 형성한 후, 예비 제3 미소결 시트스택(16)의 상면 및 하면에 각각 실링(sealing)용 제1 박막 필름(42) 및 제2 박막 필름(42, 44)을 배치한다. 즉, 상부에 위치한 제2 미소결 시트스택(14)의 상면에 실링용 제1 박막 필름(42)을 배치하고, 제1 세라믹 시트스택(12)의 하면에 실링용 제2 박막 필름(44)을 배치한다. 제1 및 제2 박막 필름(42, 44)은 추후 진행될 예비 제3 미소결 시트스택(16)의 2차 가압 단계에서 캐비티(24)에 공압을 형성하기 위하여 구비된다. 특히, 제1 박막 필름(42)은 캐비티(24)의 상단 개구부를 덮도록 배치되어, 캐비티(24)의 개구부를 밀폐시켜 공압을 유지하게 된다. 따라서, 제1 및 제2 박막 필름(42, 44)은 실링용 재질, 즉 공압 유지를 위하여 공기를 일정 수준 이상 차단할 수 있는 재질로 형성된다. 따라서, 제1 및 제2 박막 필름(42, 44)은 공기 차단을 통하여 실링 가능한 수지(resin) 계열 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 박막 필름(42, 44)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지(polyethylen terephthalate: PET) 재질의 필름으로 이루어질 수 있다. 더불어, 이후의 단계에서 제1 및 제2 박막 필름(42, 44)의 분리가 용이해지도록 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지(PET) 재질의 필름 표면에 실리콘(Si)을 코팅처리 할 수 있다. 실리콘(Si) 코팅은 적어도 제1 미소결 시트스택(12) 또는 제2 미소결 시트스택(14)에 접하는 일 표면에 대해서만 이루어질 수 있으며, 또는 제1 및 제2 박막 필름(42, 44)의 표면 전체에 대하여 이루어질 수 있다. 한편, 제1 및 제2 박막 필름(42, 44)은 수지 계열 재질로 한정되지 않고 다양한 재질로 형성될 수 있다. 제1 및 제2 박막 필 름(42, 44)은 캐비티(24)에 공압 형성을 위해서 공기 차단(예컨대 실링)이 가능하며, 이후의 가압 단계에 내성을 갖는 재질이면 충분하다.

또한, 제1 및 제2 박막 필름(42, 44)은 예비 제3 미소결 시트스택(16)을 구속하는 기능을 가질 수도 있다. 이를 위해, 제1 및 제2 박막 필름(42, 44)은 예비 제3 미소결 시트스택(16)의 표면에 접착되도록 구성될 수 있다. 제1 및 제2 박막 필름(42, 44)에 의한 예비 제3 미소결 시트스택(16)의 구속을 통해서 이후 2차 가압 단계에서 제1 및 제2 미소결 시트스택(12, 14) 혹은 미소결 세라믹 그린 시트(11)의 변형을 억제할 수 있다.

도 2 및 도 3e를 참조하면, 제1 및 제2 박막 필름(42, 44)과, 예비 제3 미소결 시트스택(16)을 가압하여 제3 미소결 시트스택(16)을 형성한다(S150). 즉, 제1 및 제2 박막 필름(42, 44)이 설치된 예비 제3 미소결 시트스택(16)에 대해서 평행 배치된 한 쌍의 평판형 몰드(32, 34)를 이용하여 가압하는 2차 가압 단계를 수행한다. 여기서, 2차 가압 단계에 이용되는 한 쌍의 평판형 몰드(32, 34)는 가압용 몰드로서, 앞서 1차 가압 단계에서 이용되는 몰드와 실질적으로 유사하다. 따라서 동일한 도면부호를 사용하였다. 예비 제3 미소결 시트스택(16)은 2차 가압을 통해서 제1 미소결 시트스택(12)과 제2 미소결 시트스택(14)이 접착되어 적층된다.

예비 제3 미소결 시트스택(16)을 가압하는 2차 가압 단계에서 이용되는 한 쌍의 가압용 몰드(32, 34)는 평판형 구조를 갖는다. 따라서, 2차 가압 과정에서 캐비티(24)의 바닥면은 제1 몰드(32)와 직접 접촉하지 않게 된다. 하지만, 본 실시예에서는 설명한 바와 같이 예비 제3 미소결 시트스택(16)의 상면 및 하면에 각각 제 1 및 제2 박막 필름(42, 44)을 배치함으로써, 캐비티(24)는 제1 및 제2 박막 필름(42, 44)에 의해 실링되어 공압이 형성된다. 특히, 제1 박막 필름(42)은 캐비티(24)의 상단 개구를 밀폐하여 캐비티(24)에 공압이 형성된다. 한편, 제2 박막 필름(44)은 캐비티(24)를 직접적으로 실링하지는 않는다. 하지만, 미소결 세라믹 그린 시트(11)는 특성상 실링(예컨대 공기 차단) 능력이 좋지 않으며, 그로 인해서 가압시에 캐비티(24) 내의 공기가 제1 미소결 시트스택(12)을 통해 하부로 미세하게 흐를 수 있다. 제1 미소결 시트스택(12)을 통한 공기의 미세 흐름은 캐비티(24)의 공압을 저하시킬 수 있다. 따라서, 제2 박막 필름(44)은 제1 미소결 시트스택(12)의 하면을 실링하는 역할을 하며, 이를 통해서 캐비티(24)에 공압이 형성될 수 있도록 기능한다.

이처럼, 제1 및 제2 박막 필름(42, 44)에 의해 캐비티(24)에 공압이 형성되며, 캐비티(24)의 공압은 캐비티(24) 상부에서 제1 몰드(32)로부터 제1 박막 필름(42)에 가해지는 압력에 반발하여 캐비티(24)의 바닥면(예컨대 전극층(18))에 압력을 가하게 된다. 결과적으로, 캐비티(24)의 바닥면은 제1 몰드(32)와 직접 접촉하지 않지만 제1 몰드(32)로부터 가해지는 압력이 캐비티(24)의 공압을 통해 전달됨으로써, 바닥면에 압력이 가해져 안정적으로 적층이 이루어진다.

앞서 설명에서 예비 제3 미소결 시트스택(16)을 형성하고, 예비 제3 미소결 시트스택(16)의 상,하면에 제1 및 제2 박막 필름(42, 44)을 배치한 후, 가압하는 과정으로 구분하여 설명하였다. 하지만 상기와 같은 제조 단계의 구분은 제1 및 제2 박막 필름(42, 44)의 구성 및 효과를 설명하기 위한 구분일 뿐 한정적이지 않다. 즉, 상기의 제조 단계는 예를 들어 제2 몰드(34) 상에 제2 박막 필름(44), 제1 미소결 시트스택(12), 홀(22)이 형성된 제2 미소결 시트스택(14) 및 제1 박막 필름(42)을 순차적으로 배치하고, 제1 박막 필름(42)의 상부에서 제1 몰드(32)를 통해 가압하는 단계로 구성될 수도 있다. 즉, 본 실시예에서 예비 제3 미소결 시트스택(16)의 형성 단계와, 제1 및 제2 박막 필름(42, 44)의 배치 단계 및 2차 가압 단계에 대한 설명은 제1 및 제2 미소결 시트스택(12, 14)과 제1 및 제2 박막 필름(42, 44)의 배치 순서에 대하여 한정하고자 하는 설명일 뿐이며, 그 적용은 자유로이 변경 가능하다.

도 2 및 도 3f를 참조하면, 2차 가압 단계를 거쳐 제3 미소결 시트스택(16)이 형성되면, 제3 미소결 시트스택(16)으로부터 제1 및 제2 박막 필름(42, 44)을 제거한다(S160). 제3 미소결 시트스택(16)은 다층 세라믹 기판(10)을 형성하기 위한 예비 다층 세라믹 기판(10)으로 다수 매의 세라믹 그린 시트(11) 상에 전극층(18)이 설치되고, 전극층(18) 상에 캐비티용 홀(18)이 형성된 다수 매의 세라믹 그린 시트(11)가 적층된 구조를 갖는다.

도 2 및 도 3g를 참조하면, 다음으로 제1 및 제2 박막 필름(42, 44)이 제거된 제3 미소결 시트스택(16)을 소결 온도로 소결 한다(S170). 즉, 제3 미소결 시트스택(16)을 소결 온도로 소결함으로써, 다층 세라믹 기판(10)이 형성된다. 따라서, 제3 미소결 시트스택(16)은 예비 다층 세라믹 기판(10)을 의미한다.

제3 미소결 시트스택(16)에 대한 소결 단계는 미소결 세라믹 그린 시트(11) 에 사용된 세라믹의 종류에 따라 다를 수 있다. 예를 들어, 알루미나(Al₂O₃)의 경우 약 1600℃ 내지 1650℃의 온도로, Wet 수소(H₂) 분위기에서 소결이 이루어 질 수 있다. 질화알루미늄(AlN)의 경우 약 1750℃ 내지 1850℃의 온도로 질소(N₂) 가스 분위기에서 소결이 이루어 질 수 있다.

한편, 제3 미소결 시트스택(16)에 대한 소결 단계에서는 소결 공정 중에 발생하는 미소결 세라믹 그린 시트(11)의 변형을 억제하기 위하여, 미소결 세라믹 그린 시트(11)보다 높은 소결 온도를 갖는 변형 억제용 세라믹 시트(미도시)를 제3 미소결 시트스택(16)의 상면 및 하면에 각각 배치할 수도 있다.

이와 같이, 본 실시예에서 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판(10)은 각각 다수 매의 세라믹 그린 시트(11)를 가압하는 1차 가압 단계를 통해 제1 및 제2 미소결 시트스택(12, 14)을 개별 형성한다. 다음 제2 미소결 시트스택(14)에 캐비티용 홀(22)을 형성한 후, 제1 및 제2 미소결 시트스택(12, 14)을 가압하는 2차 가압 단계를 통해 제3 미소결 시트스택(16)을 형성한다. 이렇게 형성된 제3 미소결 시트스택(16)을 소결 온도로 소결하여 다층 세라믹 기판(10)이 제조된다.

여기서, 1차 가압 단계 및 2차 가압 단계에서 동일한 수준의 압력으로 가압하는 경우 그린 시트가 완전히 적층(접착)되지 않게 되어 처짐 현상이 발생할 수 있다. 따라서, 본 실시예에서 1차 가압 단계는 2차 가압 단계보다 낮은 압력으로 수행한다. 여기서, 2차 가압 단계는 종래 일반적인 적층 단계의 압력과 비슷한 조건을 갖는 것이 바람직하다.

예를 들어, 1차 가압 단계는 2Mpa 이하의 압력으로 가압하고, 2차 가압 단계는 3.5Mpa 이하의 압력으로 가압할 수 있다. 보다 안정적인 적층을 위해서 1차 가압 단계는 1Mpa 내지 2Mpa의 압력으로 수행하고, 2차 가압 단계는 1차 가압 단계보다 높은 3Mpa 내지 3.5Mpa의 압력으로 수행하는 것이 바람직하다.

1차 가압 단계에서 1Mpa 보다 낮은 압력으로 가압하는 경우 적층(고정)이 완전히 이루어지지 않게 되어 2차 가압 단계에서 제1 미소결 시트스택(12)에 변형이 발생하므로 바람직하지 못하다. 예를 들어, 캐비티(24)에 의해 노출되는 제1 미소결 시트스택(12) 부분이 볼록해지는 변형이 발생할 수 있다. 또한, 1차 가압 단계에서 2Mpa 보다 높은 압력으로 가압하는 경우에 2차 가압 단계에서 제1 미소결 시트스택(12)과 제2 미소결 시트스택(14)이 서로 완전히 적층(고정)되지 않게 되므로 바람직하지 못하다. 또한, 2차 가압 단계에서 3Mpa 보다 낮은 압력으로 가압하는 경우 제1 미소결 시트스택(12)과 제2 미소결 시트스택(14)이 서로 완전히 적층(고정)되지 않으므로 바람직하지 못하다. 또한, 2차 가압 단계에서 3.5Mpa 보다 높은 압력으로 가압하는 경우 제1 미소결 시트스택(12)에 변형이 발생하므로 바람직하지 못하다. 예를 들어, 캐비티(24)에 의해 노출되는 제1 미소결 시트스택(12) 부분이 볼록해지는 변형이 발생할 수 있다.

미소결 세라믹 그린 시트(11)들의 적층 상태는 1차 가압 단계 및 2차 가압 단계의 가압 시간(압력 인가시간)에 의해서도 영향을 받는다. 따라서 1차 가압 단계에서는 85s 내지 95s의 시간 범위로 가압하고, 2차 가압 단계에서는 595s 내지 605s의 시간 범위로 가압한다. 일 예로, 1차 가압 단계에서는90s 동안 가압하고, 2 차 적층 단계에서는 600s 동안 가압하는 것이 바람직하다. 1차 및 2차 가압 단계의 가압 시간이 다른 경우 앞서 압력에 따른 불량과 크게 다르지 아니하다.

한편, 1차 및 2차 가압 단계에서의 적층 온도 범위는 65℃ 내지 100℃를 갖는 것이 바람직하다. 65℃ 미만의 적층 온도에서 적층을 진행하면, 미소결 세라믹 그린 시트(11)들을 적층시키는 주된 인자인 바인더가 제대로 기능하지 못하여 완전히 적층이 이루어지지 않게 되므로 바람직하지 못하다. 또한, 100℃ 이상의 적층 온도에서 적층을 진행하면, 미소결 세라믹 그린 시트(11)에 포함되어 있는 유기물(바인더 및 가소제)이 산화되기 시작하여 적층을 방해하게 되므로 바람직하지 못하다.

이와 같이, 다수 매의 미소결 세라믹 그린 시트(11)에 대한 가압 단계를 통해서 제3 미소결 시트스택(16)을 형성함에 있어서, 1차 및 2차 가압 단계로 구분하여 진행함으로써, 1차 가압 단계를 통해 형성된 제2 미소결 시트스택(14)에 대해 캐비티용 홀(22)을 형성하므로 캐비티용 홀(22)을 용이하게 형성할 수 있게 된다. 또한, 1차 가압 단계를 2차 가압 단계보다 낮은 압력 및 짧은 가압 시간을 적용함으로써, 미소결 세라믹 그린 시트(11)들 사이의 적층 불량을 개선할 수 있다.

상기와 같이 본 발명에 따른 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판의 제조 방법은 세라믹 적층물의 상면 및 하면에 각각 설치되는 실링용 박막 필름을 통해 캐비티를 실링하여 공압을 형성하고, 캐비티에 공압이 형성된 상태에서 가압이 이루어진다. 따라서 캐비티에 형성된 공압에 의해서 몰드의 가압에 반발하여 캐비티의 바닥면에 압력이 가해지게 됨으로써, 몰드와 비접촉 상태에서도 캐비티의 바닥면에 대해 안정적인 적층(예컨대 접착)이 이루어진다. 따라서 본 발명의 다층 세라믹 기판의 제조 방법은 평판형 몰드를 이용하여 다양한 캐비티 형상의 다층 세라믹 기판을 제조하기 위하여 이용될 수 있다.

또한, 1차 가압을 통해 고정된 미소결 그린시트에 캐비티용 홀을 형성한 후, 2차 가압을 통해 캐비티를 갖는 예비 세라믹 시트를 형성함으로써, 원하는 형상의 캐비티를 용이하게 형성할 수 있으며, 적층 과정이 간소화되고 안정적으로 이루어 질 수 있다. 따라서 본 발명의 다층 세라믹 기판의 제조 방법은 공정 간소화 및 비용 절감을 위하여 바람직하게 이용될 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 종래 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판의 제조 방법을 나타내는 개략적인 도면이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판의 제조 방법의 개략적인 공정 흐름도이다.

3a 내지 도 3g는 도 2의 캐비티를 갖는 다층 세라믹 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 공정도들이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

11: 미소결 세라믹 그린 시트 12: 제1 미소결 시트스택

14: 제2 미소결 시트스택 16: 제3 미소결 시트스택

18: 전극층 22: 캐비티용 홀

24: 캐비티 32: 제1 몰드

34: 제2 몰드 42: 제1 박막 필름

44: 제2 박막 필름

Claims (10)

1. 캐비티(cavity)를 갖는 다층 세라믹 기판의 제조 방법에 있어서,

   각각 다수 매의 미소결 세라믹 그린 시트를 가압하여 제1 미소결 시트스택 및 제2 미소결 시트스택을 개별 형성하는 1차 가압 단계;

   상기 제2 미소결 시트스택에 홀(hole)을 형성하는 단계;

   상기 제1 미소결 시트스택 상에 상기 홀이 형성된 제2 미소결 시트스택을 배치하여 예비 제3 미소결 시트스택을 형성하는 단계;

   상기 예비 제3 미소결 시트스택의 상면 및 하면에 각각 실링(sealing)용 제1 박막 필름 및 제2 박막 필름을 배치하되, 상기 캐비티의 개구부를 밀폐시켜 공압을 유지하도록 상기 제1 박막 필름을 상기 케비티의 상단 개구부를 덮도록 배치시키는 단계;

   상기 제1 및 제2 박막 필름 및 상기 예비 제3 미소결 시트스택을 가압하여 제3 미소결 시트스택을 형성하는 2차 가압을 수행하되, 상기 2차 가압시 상기 제1 박막 필름에 의해 상기 캐비티의 상단 개구부가 덮힘으로써 상기 캐비티에는 공압이 유지되는 단계; 및

   상기 제3 미소결 시트스택을 소결하는 단계를 포함하고,

   상기 미소결 세라믹 그린 시트 사이에서의 적층 불량을 개선하도록 상기 2차 가압 단계의 압력은 상기 1차 가압 단계의 압력보다 높은 압력으로 진행되고, 상기 2차 가압 단계의 가압 시간은 상기 1차 가압 단계의 가압 시간보다 긴 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 박막 필름은 상기 홀의 내주면과 상기 제1 미소결 시트스택에 의해 형성되는 캐비티의 공압 유지를 위하여 수지 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 박막 필름은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지(polyethylen terephthalate: PET) 재질로 이루어지고, 적어도 상기 제1 및 제2 미소결 시트스택에 접하는 일 표면이 실리콘(Si)으로 코팅된 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 1차 가압 단계의 압력은 1Mpa 내지 2Mpa 이고, 상기 2차 가압 단계의 압력은 3Mpa 내지 3.5Mpa인 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
6. 삭제
7. 제1항에 있어서, 상기 1차 가압 단계는 85s 내지 95s 동안 가압하고, 상기 2차 가압 단계는 595s 내지 605s 동안 가압하는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 1차 및 2차 가압 단계 각각은 평행 배치된 한 쌍의 평판형 몰드를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방 법.
9. 제1항에 있어서, 상기 1차 및 2차 가압 단계의 가압 공정 온도는 65℃ 내지 100℃인 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 제1 미소결 시트스택과 상기 제2 미소결 시트스택 사이에 전극층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 세라믹 기판의 제조 방법.

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