KR100310910B1

KR100310910B1 - Glass-Ceramic Green Tape Composition for Low Temperature Simultaneous Plastic Substrates

Info

Publication number: KR100310910B1
Application number: KR1019980061757A
Authority: KR
Inventors: 박성대; 문제도; 강현규; 박윤휘
Original assignee: 임효빈; 사단법인 고등기술연구원 연구조합
Priority date: 1998-12-30
Filing date: 1998-12-30
Publication date: 2002-02-28
Also published as: KR20000045206A

Abstract

본 발명은 금속상 저온 동시 소성 세라믹 기판의 제작에 사용되는 유리-세라믹 그린 테이프에 관한 것으로, 소성후 기판별 캠버 편차를 야기시키는 유약의 인쇄를 생략 가능하게 하여 그린 테이프의 조성만으로도 용이하게 캠버를 제어할 수 있게 하고 금속 베이스를 준비하는 과정을 간소화할 수 있도록 하는 금속 베이스와 직접 결합이 가능한 금속상 저온 동시 소성 세라믹 기판용 그린 테이프 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다. 본 발명에 따른 금속상 저온 동시 소성 세라믹 기판용 유리-세라믹 그린 테이프 조성물은 ZnO-MgO-B₂O₃-SiO₂-Al₂O₃로 이루어진 결정화 유리 60 내지 80 중량%; CaO-Al₂O₃-ZnO-B₂O₃로 이루어진 부분 결정화 유리 8 내지 20 중량%; 세라믹 충전제 3 내지 10 중량%; 착색제 0.1 내지 0.5 중량%; 가소제; 및 결합제 2 내지 7 중량%를 포함한다. 본 발명에 의하면, 금속상 저온 동시 소성 세라믹 기판용 유리-세라믹 그린 테이프 조성물은 소성후 세라믹과 금속의 직접 결합이 가능하여 LTCC-M 기판의 기판별 캠버 편차를 일으키는 유약층의 인쇄를 생략 가능하게 하므로 그린 테이프 조성만으로도 용이하게 캠버를 제어할 수 있으며, 이와 더불어 금속 베이스를 준비하는 공정을 간소화할 수 있다.The present invention relates to a glass-ceramic green tape used in the fabrication of a low-temperature, co-fired ceramic substrate, and to enable the camber to be easily formed only by the composition of the green tape. It is an object of the present invention to provide a green tape composition for a metal phase low temperature co-fired ceramic substrate that can be directly combined with a metal base to enable control and simplify the process of preparing a metal base. Glass-ceramic green tape composition for a low-temperature co-fired ceramic substrate according to the present invention comprises 60 to 80% by weight of crystallized glass composed of ZnO-MgO-B ₂ O ₃ -SiO ₂ -Al ₂ O ₃ ; 8-20% by weight of partially crystallized glass consisting of CaO-Al ₂ O ₃ -ZnO-B ₂ O ₃ ; 3 to 10 weight percent of ceramic filler; 0.1 to 0.5 wt% colorant; Plasticizers; And 2 to 7 weight percent binder. According to the present invention, the glass-ceramic green tape composition for the low-temperature co-fired ceramic substrate of the metal phase enables the direct bonding of the ceramic and the metal after firing, so that the printing of the glaze layer causing the camber variation for each substrate of the LTCC-M substrate can be omitted. Therefore, the camber can be easily controlled by only the green tape composition, and the process of preparing the metal base can be simplified.

Description

Glass-Ceramic Green Tape Compositions for Metallic Low Temperature Cofired Ceramic Substrates

본 발명은 금속상 저온 동시 소성 세라믹 기판에 관한 것으로, 특히, 금속상 저온 동시 소성 세라믹 기판의 제작에 사용되는 유리-세라믹 그린 테이프에 관한 것이다.The present invention relates to a metal phase low temperature cofired ceramic substrate, and more particularly, to a glass-ceramic green tape used in the fabrication of a metal phase low temperature cofired ceramic substrate.

세라믹 기판의 재료로는 알루미나(Al₂O₃), 베릴리아(BeO), 포스트라이트(forsterite), 스티어타이트(steatite), 및 뮬라이트(mulite)등이 알려져 있으며, 이들 종래의 세라믹 재료 중에서 특히 알루미나의 경우에는 기계적 특성이 우수하고 열전도도 및 접착성이 양호할 뿐만 아니라 인체에 해롭지 않다는 특성을 지님에 따라 여타의 재료들에 비하여 널리 사용되고 있다. 그런데 최근에 이르러 전자기기의 소형화, 경량화, 고밀도화 및 고신뢰성화의 추세에 따라 반도체는 고집적화, 다기능화, 고속화, 고출력화, 및 고신뢰성화가 필수적으로 요구되고 있으며, 이에 따라 종래의 알루미나 기판 재료에 비해 더욱 고 기능화된 세라믹 기판을 필요로 하고 있다. 이와 같이 종래의 알루미나를 능가하는 고 기능화된 세라믹 기판 재료로 사용되기 위해서는 특히 저온 소결성이 요구되고 있다. 세라믹 기판에 저온 소결성이 요구되는 이유로는 알루미나와 같이 소결 온도(1500∼1600℃)가 높은 경우 제조단가의 상승이 불가피하며 배선 재료와 함께 동시 소성할 때 도체 재료로 융점이 높은 W 및 Mo 등을 사용해야 하기 때문이다. 그리고 이같은 고융점 금속은 저항이 높기 때문에 배선 저항이 높아져 전기 신호의 전송 손실을 고려할 때 배선 패턴의 미세화에 한계가 있어 결국 집적회로의 고밀도화를 이룰 수 없게 된다. 따라서 세라믹 기판에서 배선이 고밀도화와 반도체의 고속화를 달성하기 위하여는 배선 재료에 저항이 낮은 금속을 사용하여야 한다. 이와 같은 측면에서 저항이 낮으므로 가격도 싼 구리를 들수 있는데 구리는 용융온도가 1050℃이기 때문에 구리를 배선 재료로 사용하기 위해서는 1000℃ 이하의 저온에서 기판 재료를 소결할 수 있어야 한다. 현재 이와 같은 종래 세라믹 기판 재료의 문제점을 해결하기 위하여 소결 온도가 낮은 유리와 기계적 특성이 우수한 알루미나를 혼합하여 저온 동시 소성 세라믹 기판에 대한 개발이 진행되고 있다. LTCC-M 기판은 표면-산화 금속과 유리-세라믹 그린 테이프의 적층제를 결합시키므로써 만들어진다.As a material of the ceramic substrate, alumina (Al ₂ O ₃ ), beryl (BeO), postlite (forsterite), steatite, and mulite are known. Among these conventional ceramic materials, alumina is particularly known. In the case of the excellent mechanical properties, good thermal conductivity and adhesion as well as having a property that is not harmful to the human body has been widely used compared to other materials. However, in recent years, according to the trend of miniaturization, light weight, high density, and high reliability of electronic devices, semiconductors are required to have high integration, multifunction, high speed, high output, and high reliability, and as a result, compared with conventional alumina substrate materials There is a need for more functionalized ceramic substrates. Thus, low temperature sintering is particularly required to be used as a highly functionalized ceramic substrate material that exceeds conventional alumina. The reason why low temperature sinterability is required for ceramic substrates is that in the case of high sintering temperature (1500-1600 ℃) like alumina, the manufacturing cost is inevitable. When co-fired with wiring material, W and Mo with high melting point are used. Because you have to use. In addition, since the high melting point metal has high resistance, the wiring resistance is high, and thus, the wiring pattern is limited when the transmission loss of the electrical signal is considered, and thus, the integrated circuit cannot be densified. Therefore, in order to achieve high density of wiring and high speed of semiconductor in a ceramic substrate, a low resistance metal should be used as the wiring material. In this respect, copper is cheap because of low resistance. Since copper has a melting temperature of 1050 ° C, in order to use copper as a wiring material, the substrate material must be sintered at a low temperature of 1000 ° C or lower. At present, in order to solve the problems of the conventional ceramic substrate material, a low temperature co-fired ceramic substrate is being developed by mixing a low sintering temperature and alumina having excellent mechanical properties. LTCC-M substrates are made by bonding a stack of surface-metal oxide and glass-ceramic green tape.

이하, 종래의 LTCC-M 기판용 유리-세라믹 그린 테이프 조성물을 이용한 LTCC-M 기판을 제작하는 공정을 첨부 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, a process of manufacturing an LTCC-M substrate using a glass-ceramic green tape composition for a conventional LTCC-M substrate will be described with reference to the accompanying drawings.

먼저, 종래의 LTCC-M 기판용 금속 베이스를 준비하는 과정을 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1에는 종래의 LTCC-M 기판용 금속 베이스를 준비하는 과정이 설명되어 있다.First, a process of preparing a metal base for a conventional LTCC-M substrate will be described with reference to FIG. 1. 1 illustrates a process of preparing a metal base for a conventional LTCC-M substrate.

금속판을 원하는 치수로 절삭하여 도 1(a)에 도시된 바와 같이 금속(102)을 준비한다. 그 후, 상기 금속(102)의 표면에 도금용 금속 Ni을 도금하여 도 1(b)에 도시된 바와 같이 금속 도금층(104)을 형성한다. 그후 상기 금속 도금층(104)을 산화하여 도 1(c)에 도시된 바와 같이 금속 산화물 NiO(106)을 형성한다.The metal plate is cut to the desired dimensions to prepare the metal 102 as shown in FIG. After that, the plating metal Ni is plated on the surface of the metal 102 to form the metal plating layer 104 as shown in FIG. The metal plating layer 104 is then oxidized to form metal oxide NiO 106 as shown in FIG. 1 (c).

그 후, 상기 금속 산화물(106)의 표면에 도 1(d) 및 도 1(e)에 도시된 바와 같이 유약을 인쇄하여 접합층(108)을 형성한다. 상기 금속 산화물(106)의 표면에 인쇄된 상기 접합층(108)을 도 1(f) 및 도 1(g)에 도시된 바와 같이 소성하여 소성유약층(110)을 형성한다. 그 후, 상기 금속 산화물(106)의 표면에 형성된 소성 유약층(110)에 도 1(h) 및 도 1(i)에 도시된 바와 같이 결합제 및 용제로 구성된 접착제(112)를 도포하고 용제를 건조시켜 금속 베이스(100)를 완성한다.Thereafter, a glaze is printed on the surface of the metal oxide 106 as shown in FIGS. 1 (d) and 1 (e) to form a bonding layer 108. The bonding layer 108 printed on the surface of the metal oxide 106 is fired as shown in FIGS. 1 (f) and 1 (g) to form a fired glaze layer 110. Thereafter, an adhesive 112 composed of a binder and a solvent is applied to the calcined glaze layer 110 formed on the surface of the metal oxide 106, as shown in FIGS. 1 (h) and 1 (i), and a solvent is applied. It is dried to complete the metal base 100.

종래의 LTCC-M 기판용 유리-세라믹 그린 테이프 조성물은 ZnO-MgO-B₂O₃-SiO₂-Al₂O₃로 이루어진 결정화 유리, Al₂O₃-PbO-SiO₂-ZnO로 이루어진 비정질 유리, 충전제, 착색제, 가소제, 및 결합제로 구성된다. 이하, 종래의 LTCC-M 기판용 유리-세라믹 그린 테이프 조성물을 이용한 그린 테이프를 준비하는 과정을 도 2(a)을 참조하여 설명한다. 도 2(a)에는 종래의 LTCC-M 기판용 그린 테이프를 도시한 도면으로 필름 위에 그린 테이프가 성형되어 있는 모습을 나타낸다.Conventional glass-ceramic green tape compositions for LTCC-M substrates are crystallized glass consisting of ZnO-MgO-B ₂ O ₃ -SiO ₂ -Al ₂ O ₃ , amorphous glass consisting of Al ₂ O ₃ -PbO-SiO ₂ -ZnO , Fillers, colorants, plasticizers, and binders. Hereinafter, a process of preparing a green tape using a glass-ceramic green tape composition for a conventional LTCC-M substrate will be described with reference to FIG. 2 (a). FIG. 2 (a) shows a conventional green tape for a LTCC-M substrate, in which a green tape is molded on a film.

ZnO-MgO-B₂O₃-SiO₂-Al₂O₃으로 이루어진 결정화 유리 150g, Al₂O₃-PbO-SiO₂-ZnO로 이루어진 비정질 유리 18.7g, 충전제로서 포스트라이트 19.5g 및 코디어라이트(cordierite) 2.9g, 착색제 Cr₂O₃0.5g을 예비 혼합한다. 분산제 및 용제로 구성된 분산 용액 39.1g; 결합제, 가소제, 용제로 구성된 수지 용액 32.7g을 상기 예비 혼합된 원료와 함께 1 ℓ의 알루미나 단지(도시안됨)에 넣고 85rpm에서 2시간 밀링한다. 이때 밀링 매체로서 지르코니아 볼 150㎖를 사용한다.150 g of crystallized glass consisting of ZnO-MgO-B ₂ O ₃ -SiO ₂ -Al ₂ O ₃ , 18.7 g of amorphous glass consisting of Al ₂ O ₃ -PbO-SiO ₂ -ZnO, 19.5 g of postlite as filler and cordierite (2.9 g of cordierite) and 0.5 g of colorant Cr ₂ O ₃ are premixed. 39.1 g of a dispersion solution consisting of a dispersant and a solvent; 32.7 g of a resin solution consisting of a binder, a plasticizer, and a solvent are put together in the 1 L alumina jar (not shown) together with the premixed raw material and milled at 85 rpm for 2 hours. At this time, 150 ml of zirconia balls are used as milling media.

밀링이 끝난 후, 인출된 슬러리 내의 기포를 제거하기 위해 탈포를 실시한다. 슬러리 표면에 스킨이 생기는 것을 방지하기 위해 교반기(도시안됨)를 고속으로 회전시키면서 진공에서 2-3분 유지한다. 캐스터(Caster)에 필름 및 블레이드(blade)를 세팅한 후 필름을 이동시키며 슬러리를 투입하여 도 2(a)에 도시된 바와 같은 그린 테이프(202)를 준비한다.After milling, defoaming is performed to remove bubbles in the withdrawn slurry. Rotate the stirrer (not shown) at high speed and hold for 2-3 minutes in vacuum to prevent skin formation on the slurry surface. After setting the film and the blade (blade) to the caster (Caster) to move the film and the slurry is prepared to prepare a green tape 202 as shown in Figure 2 (a).

이하, 상기 준비된 금속 베이스 및 그린 테이프를 기초로 하여 LTCC-M 기판을 제작하는 공정을 도 2(b) 내지 도 2(h)을 참조하여 설명한다. 도 2(b) 내지 도 2(h)에는 도 1(i) 및 도 2(a)에 각각 도시된 금속 베이스 및 그린 테이프를 기초로 하여 LTCC-M 기판을 제작하는 공정이 설명되어 있다.Hereinafter, a process of manufacturing the LTCC-M substrate based on the prepared metal base and the green tape will be described with reference to FIGS. 2 (b) to 2 (h). 2 (b) to 2 (h) illustrate a process of fabricating an LTCC-M substrate based on the metal base and green tape shown in FIGS. 1 (i) and 2 (a), respectively.

최종 모듈 내부에 다층 회로를 구성하려면 층간 회로를 연결할 수 있는 구멍이 필요한데, 이를 비어-흘(via-hole)이라 한다. 건조된 그린 테이프를 필름에서 분리한 후, 도 2(b)에 도시된 바와 같이 원하는 치수로 절단하고, 펀처(puncher)를 이용하여 도 2(c)에 도시된 바와 같이 원하는 위치에 비어-홀(204)을 형성한다. 그후 인쇄기를 이용하여 도전체 페이스트를 홀에 채운다. 다층 회로를 구성하기 위하여 그린 테이프에 회로패턴을 인쇄하는 공정이 필요하다. 각 층에 알맞는 회로를 스크린으로 만든 후 인쇄기를 이용하여 도 2(d)에 도시된 바와 같이 페이스트를 인쇄, 회로 패턴을 형성시킨다. 이때 도 2(e)에 도시된 바와 같이 원하는 수 만큼의 다수의 회로 패턴(208)을 갖는 그린 테이프(206)가 준비될 수 있다.To build a multilayer circuit inside the final module, you need holes to connect the interlayer circuits, which are called via-holes. After the dried green tape is separated from the film, it is cut into the desired dimensions as shown in Fig. 2 (b), and a punch-hole is used in the via-hole at the desired position as shown in Fig. 2 (c). 204 is formed. The conductor paste is then filled into the hole using a printing press. In order to construct a multilayer circuit, a process of printing a circuit pattern on a green tape is required. After the circuit suitable for each layer is made into a screen, a paste is printed and a circuit pattern is formed using a printing machine as shown in FIG. In this case, as shown in FIG. 2E, the green tape 206 having the desired number of circuit patterns 208 may be prepared.

상기 다수의 회로가 인쇄된 그린 테이프(206)를 건조시킨 후, 도 2(h)에 도시된 바와 같이 각각의 층을 이루는 그린 테이프(206)를 적층하여, 적층체(210), 즉 하나의 성형체로 만든다. 4" size의 경우 10∼15 톤의 압력으로 85-100℃에서4-5분 가압하여 그린 적층체(210)를 만든다.After drying the green tape 206 on which the plurality of circuits are printed, as shown in FIG. 2 (h), the green tape 206 constituting each layer is laminated, so that the laminate 210, that is, one Made into shaped bodies. In the case of 4 "size, the green laminated body 210 is made by pressing 4-5 minutes at 85-100 degreeC by the pressure of 10-15 tons.

상기 그린 적층체(210)를 상기 준비된 금속 베이스(100) 위에 놓고 다시 가압하여 도 2(h)에 도시된 바와 같이 금속 베이스 위에 적층체가 부착된 그린 압착체(212)를 성형한다. 금속 베이스(100)를 부착시키는 이유는 소성후 세라믹이 x-y 방향의 수축을 억제하기 위해서이다. 적층 시의 1/3의 압력으로 85∼100℃에서 2-3분 가압한다. 동시 적층된 그린 압착체(212)를 벨트 로를 사용하여 850∼900℃의 온도에서 소성한다. 소성이 끝나면 도 2(h)에 도시된 바와 같이 다수의 모듈이 형성되어 있는 LTCC-M 기판(200)이 완성된다. 소성후 상부 도체 및 오버글레이즈를 인쇄하는 등의 작업이 추가되며, 그밖에 표면 실장 부품의 접합, 베어(bare) IC 또는 플립-칩의 결합, 모듈 치수 절삭등의 공정을 거쳐 LTCC-M 모듈이 완성된다.The green laminate 210 is placed on the prepared metal base 100 and pressed again to form a green press body 212 having a laminate attached on the metal base as shown in FIG. The reason for attaching the metal base 100 is to suppress the shrinkage of the ceramic in the x-y direction after firing. It pressurizes for 2-3 minutes at 85-100 degreeC by the pressure of 1/3 at the time of lamination | stacking. The green laminated body 212 laminated at the same time is baked at the temperature of 850-900 degreeC using a belt furnace. After firing, the LTCC-M substrate 200 having a plurality of modules is completed as shown in FIG. 2 (h). After firing, additional tasks such as printing the upper conductor and overglaze are added.In addition, the LTCC-M module is completed through the joining of surface-mount components, the bonding of bare ICs or flip-chips, and the cutting of module dimensions. do.

종래의 방법에서는 결합의 매개체로서 유약이 필요한데 이는 페이스트 상태로 제작되어 스크린 인쇄 방법에 의해 금속 위에 인쇄된 후, 소성된다. 상기 소성된 유약 위에 접착제를 인쇄한 후, 그 위에 그린 테이프의 적층제를 가압하여 적층하고, 이를 동시 소성하여 LTCC-M 기판을 만든다. 따라서, 종래의 LTCC-M 기판의 제작 공정에 있어서, 그린 테이프와 금속 베이스를 연결해 주는 유약의 스크린 인쇄와 소성은 필수적이어서 제작 공정이 복잡하다. 그리고, 넓은 면적을 가지는 기판위에서의 유약 스크린 인쇄는 기판별 유약층 두께 편차에 의해 기판별 캠버 편차를 일으키며, 만일 기판 내부에서도 소성화된 유약의 위치별 두께 편차를 일으키게 되어 유약층 두께에 의해 조절되는 LTCC-M의 소성후 캠버(camber)를 제어하기가 매우 어렵다.In the conventional method, glaze is required as a medium for bonding, which is manufactured in a paste state, printed on a metal by a screen printing method, and then fired. After the adhesive is printed on the fired glaze, the laminating agent of the green tape is pressed and laminated thereon, and co-fired to make an LTCC-M substrate. Therefore, in the manufacturing process of the conventional LTCC-M substrate, screen printing and firing of the glaze connecting the green tape and the metal base is essential and the manufacturing process is complicated. In addition, glaze screen printing on a large-area substrate causes variation of the camber by substrate due to the variation of the thickness of the glaze layer of each substrate, and if the thickness of the glazed glaze is also generated by the position of the plasticized glaze even inside the substrate, it is controlled by the thickness of the glaze layer. It is very difficult to control the camber after firing of the LTCC-M.

이에 본 발명은 이와같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기판별로 균일한 두께를 갖기 어려운 유약층의 인쇄를 생략하여 그린 테이프 조성만으로 용이하게 캠버를 제어할 수 있게 하고, 이와 더불어 금속 베이스를 준비하는 과정을 간소화할 수 있도록 하는 금속 베이스와 직접 결합이 가능한 LTCC-M 기판용 그린 테이프 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to solve such a conventional problem, it is possible to easily control the camber by only the green tape composition by omitting the printing of the glaze layer difficult to have a uniform thickness for each substrate, and prepare a metal base It is an object of the present invention to provide a green tape composition for LTCC-M substrate that can be directly bonded to the metal base to simplify the process.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 ZnO-MgO-B₂O₃-SiO₂-Al₂O₃로 이루어진 결정화 유리 60 내지 80 중량%; CaO-Al₂O₃-ZnO-B₂O₃로 이루어진 부분 결정화 유리 8 내지 20 중량%; 세라믹 충전제 3 내지 10 중량%; 착색제 0.1 내지 0.5 중량%; 가소제; 및 결합제 2 내지 7 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속상 저온 동시 소성 세라믹 기판용 유리-세라믹 그린 테이프 조성물을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is 60 to 80% by weight of a crystallized glass consisting of ZnO-MgO-B ₂ O ₃ -SiO ₂ -Al ₂ O ₃ ; 8-20% by weight of partially crystallized glass consisting of CaO-Al ₂ O ₃ -ZnO-B ₂ O ₃ ; 3 to 10 weight percent of ceramic filler; 0.1 to 0.5 wt% colorant; Plasticizers; And it provides a glass-ceramic green tape composition for a metal phase low temperature co-fired ceramic substrate comprising a binder 2 to 7% by weight.

도 1은 종래의 금속상 저온 동시 소성 세라믹(low temperature cofired ceramic on metal: LTCC-M)용 금속 베이스를 준비하는 과정을 설명하기 위한 도면들.1 is a view for explaining a process of preparing a metal base for a conventional low temperature cofired ceramic on metal (LTCC-M).

도 2는 종래의 LTCC-M용 그린 테이프 및 금속 베이스를 기초로 하여 LTCC-M 기판을 제작하는 공정을 설명하기 위한 도면들.2 is a view for explaining a process of manufacturing a LTCC-M substrate based on a conventional green tape for LTCC-M and a metal base.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LTCC-M 기판용 금속 베이스를 준비하는 과정을 설명하기 위한 도면들.3 is a view for explaining the process of preparing a metal base for LTCC-M substrate according to a preferred embodiment of the present invention.

도 4은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LTCC-M 기판을 제작하는 공정을 설명하기 위한 도면들이다.4 is a view for explaining a process of manufacturing a LTCC-M substrate according to a preferred embodiment of the present invention.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>

300 : 금속 베이스 302 : 금속300: metal base 302: metal

304 : 금속 도금층 306 : 금속 산화물304: metal plating layer 306: metal oxide

310 : 접착제 400: LTCC-M 기판310: adhesive 400: LTCC-M substrate

402 : 그린 테이프 404 : 비어-홀402: green tape 404: beer-hole

406 : 회로패턴을 갖는 그린테이프 408: 회로 패턴406: green tape having a circuit pattern 408: circuit pattern

410: 그린 적층체 412 : 그린 압착체410: green laminate 412: green compact

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고로 하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 LTCC-M 기판용 유리-세라믹 그린 테이프 조성물은 ZnO-MgO-B₂O₃-SiO₂-Al₂O₃로 이루어진 결정화 유리; CaO-Al₂O₃-ZnO-B₂O₃로 이루어진 부분 결정화 유리; 충전제; 착색제; 가소제; 및 결합제를 포함한다.Glass-ceramic green tape composition for LTCC-M substrate according to the present invention is a crystallized glass consisting of ZnO-MgO-B ₂ O ₃ -SiO ₂ -Al ₂ O ₃ ; Partially crystallized glass composed of CaO-Al ₂ O ₃ -ZnO-B ₂ O ₃ ; Fillers; coloring agent; Plasticizers; And binders.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 유리-세라믹 그린 테이프 조성물은 ZnO-MgO-B₂O₃-SiO₂-Al₂O₃로 이루어진 결정화 유리 60 내지 80 중량%, CaO-Al₂O₃-ZnO-B₂O₃로 이루어진 부분 결정화 유리 8 내지 20 중량%, 세라믹 충전제 3 내지 10 중량%, 및 착색제 0.1 내지 0.5 중량%, 가소제, 및 결합제 2 내지 7 중량%로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 결정화 유리의 조성물은 ZnO 10 내지 40 중량%, MgO 10 내지 40 중량%, B₂O₃10 내지 25 중량%, SiO₂10 내지 40 중량%, 및 Al₂O₃3 내지 10 중량%를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 부분 결정화 유리의 조성물은 CaO 3 내지 10 중량%, Al₂O₃3 내지 10 중량%, ZnO 40 내지 60 중량%, 및 B₂O₃30 내지 50 중량%를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 세라믹 충전제는 포스테라이트, 코디어라이트, 알루미나, 지르콘, 산화 지르코늄, 및 Si₂O으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것이 바람직하다.According to a preferred embodiment of the present invention, the glass-ceramic green tape composition is 60 to 80% by weight of crystallized glass composed of ZnO-MgO-B ₂ O ₃ -SiO ₂ -Al ₂ O ₃ , CaO-Al ₂ O ₃ − Preference is given to 8 to 20% by weight of partially crystallized glass composed of ZnO-B ₂ O ₃ , 3 to 10% by weight of ceramic filler, and 0.1 to 0.5% by weight of colorant, plasticizer, and 2 to 7% by weight of binder. The composition of the crystallized glass comprises 10 to 40% by weight of ZnO, 10 to 40% by weight of MgO, 10 to 25% by weight of B ₂ O ₃ , 10 to 40% by weight of SiO ₂ , and 3 to 10% by weight of Al ₂ O _3. It is desirable to. The composition of the partially crystallized glass preferably comprises 3 to 10% by weight of CaO, 3 to 10% by weight of Al ₂ O ₃ , 40 to 60% by weight of ZnO, and 30 to 50% by weight of B ₂ O ₃ . The ceramic filler is preferably selected from the group consisting of forsterite, cordierite, alumina, zircon, zirconium oxide, and Si ₂ O.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LTCC-M 기판용 유리-세라믹 그린 테이프 조성물을 이용하여 LTCC-M 기판을 제작하는 공정을 첨부 도면을 참조하여 설명한다.Referring to the accompanying drawings, a process of manufacturing the LTCC-M substrate using the glass-ceramic green tape composition for the LTCC-M substrate according to a preferred embodiment of the present invention will be described.

먼저, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LTCC-M 기판용 금속 베이스를 준비하는 과정을 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LTCC-M 기판용 금속 베이스를 준비하는 과정이 설명되어 있다.First, a process of preparing a metal base for an LTCC-M substrate according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3. 3 illustrates a process of preparing a metal base for an LTCC-M substrate according to a preferred embodiment of the present invention.

금속판을 원하는 치수로 절삭하여 도 3(a)에 도시된 바와 같이 금속(302)을 준비한다. 상기 금속 재료의 예에는 Cu, Ni, Al, 스테인레스 강, 저탄소강, 인바아(Invar), 및 코바아(Kovar)가 있다. 그 후, 상기 금속(302)의 표면에 도금용 금속을 도금하여 도 3(b)에 도시된 바와 같이 금속 도금층(304)을 형성한다. 상기금속 도금층(304)의 재료의 예에는 Cu, Ni, 및 Cu/Ni가 있다. 그 후, 상기 금속 도금층(304)을 산화하여 도 3(c)에 도시된 바와 같이 금속 산화물(306)을 형성한다. 상기 금속 산화물(306)은 NiO 및 CuO을 포함한다. 그 후, 상기 금속 산화물(306)의 표면의 일부에 결합제 및 용제로 구성된 접착제(310)를 도포한 후, 도 3(d)와 도 3(e)에 도시된 바와 같이 용제를 건조시켜 금속 베이스(300)을 준비한다.The metal plate is cut to the desired dimensions to prepare the metal 302 as shown in FIG. 3 (a). Examples of such metal materials are Cu, Ni, Al, stainless steel, low carbon steel, Invar, and Kovar. Thereafter, a plating metal is plated on the surface of the metal 302 to form the metal plating layer 304 as shown in FIG. Examples of the material of the metal plating layer 304 are Cu, Ni, and Cu / Ni. Thereafter, the metal plating layer 304 is oxidized to form a metal oxide 306 as shown in FIG. 3 (c). The metal oxide 306 includes NiO and CuO. Thereafter, an adhesive 310 composed of a binder and a solvent is applied to a part of the surface of the metal oxide 306, and then the solvent is dried to dry the metal base as shown in FIGS. 3 (d) and 3 (e). Prepare 300.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 LTCC-M 기판용 그린 테이프를 준비하는 과정을 도 4(a)을 참조하여 설명한다. 도 4(a)에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 그린 테이프를 나타낸 도면으로 필름 위에 세라믹 그린 테이프가 성형되어 있는 모습을 나타내고 있다.A process of preparing a green tape for an LTCC-M substrate according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4 (a). Figure 4 (a) is a view showing a green tape according to a preferred embodiment of the present invention shows a state in which the ceramic green tape is molded on the film.

ZnO-MgO-B₂O₃-SiO₂-Al₂O₃으로 이루어진 결정화 유리 분말 150g, CaO-Al₂O₃-ZnO-B₂O₃으로 이루어진 부분 결정화 유리 분말 26.3g, 충전제로서 포스테라이트(forsterite) 10.1g, 착색제 Cr₂O₃0.5g를 예비 혼합하여 분말 혼합물을 생성한다. 상기 충전제는 결정화를 촉진하고 열팽창 계수를 조절한다. 열팽창 계수를 조절하기 위해 포스테라이트 외에도 코디어라이트, Si₂O등이 이용될 수 있다.150 g of crystallized glass powder composed of ZnO-MgO-B ₂ O ₃ -SiO ₂ -Al ₂ O ₃ , 26.3 g of partially crystallized glass powder composed of CaO-Al ₂ O ₃ -ZnO-B ₂ O ₃ , forsterite as a filler 10.1 g (forsterite) and 0.5 g of colorant Cr ₂ O ₃ are premixed to form a powder mixture. The filler promotes crystallization and adjusts the coefficient of thermal expansion. Cordierite, Si ₂ O, etc. may be used in addition to forsterite to adjust the coefficient of thermal expansion.

분산제 및 용제로 구성된 분산 용액 39.1g; 결합제, 가소제, 용제로 구성된 수지 용액 32.7g를 상기 예비 혼합된 원료와 함께 1 ℓ의 알루미나 단지(도시안됨)에 넣고 85rpm에서 2시간 밀링하여 슬러리를 생성한다. 이때 밀링 매체로서 지르코니아 볼 150㎖를 사용한다.39.1 g of a dispersion solution consisting of a dispersant and a solvent; 32.7 g of a resin solution consisting of a binder, a plasticizer, and a solvent were added together with the premixed raw materials in a 1 L alumina jar (not shown) and milled at 85 rpm for 2 hours to form a slurry. At this time, 150 ml of zirconia balls are used as milling media.

밀링이 끝난 후, 상기 생성된 슬러리 내의 기포를 제거하기 위해 탈포를 실시한다. 슬러리 표면에 스킨이 생기는 것을 방지하기 위해 교반기(도시안됨)를 고속으로 회전시키면서 진공에서 2-3분 유지하여 기포를 제거한다.After milling, defoaming is performed to remove bubbles in the resulting slurry. To prevent skin formation on the slurry surface, remove the bubbles by holding the stirrer (not shown) at high speed for 2-3 minutes under vacuum.

캐스터(Caster)에 필름 및 블레이드(blade)를 세팅한 후 필름을 이송시키면서 슬러리를 투입하여 도 4(a)에 도시된 바와 같이 그린 테이프(402)를 만든다.After the film and the blade (blade) is set on the caster (Caster) and the film is transferred while the slurry is added to make a green tape 402 as shown in Figure 4 (a).

상기 그린 테이프(402)를 기초로 하여 다수의 회로 패턴을 갖는 그린 테이프(406)를 준비하는 과정을 도 4(b) 내지 도 4(e)를 참조하여 설명한다. 도 4(b) 내지 도 4(e)에는 도 4(a)에 도시된 그린 테이프(402)를 기초로 하여 다수의 회로 패턴(408)을 갖는 그린 테이프(406)를 준비하는 과정이 설명되어 있다.A process of preparing the green tape 406 having a plurality of circuit patterns based on the green tape 402 will be described with reference to FIGS. 4B through 4E. 4 (b) to 4 (e) illustrate a process of preparing a green tape 406 having a plurality of circuit patterns 408 based on the green tape 402 shown in FIG. 4 (a). have.

최종 모듈 내부에 다층 회로를 구성하려면 층간 회로를 연결할 수 있는 구멍이 필요한데, 이를 비어-홀이라 한다. 건조된 그린 테이프를 필름에서 분리한 후, 도 4(b)에 도시된 바와 같이 원하는 치수로 절단하고, 펀처(puncher)를 이용하여 도 4(c)에 도시된 바와 같이 원하는 위치에 비어-홀(404)을 형성한다. 그 후 인쇄기를 이용하여 도전체 페이스트를 홀에 채운다. 다층 회로를 구성하기 위하여 그린테이프(402)에 회로패턴을 인쇄하는 공정이 필요하다. 각 층에 알맞는 회로를 스크린으로 만든 후 인쇄기를 이용하여 도 4(d)에 도시된 바와 같이 페이스트를 인쇄, 회로패턴을 형성시킨다. 이때 도 4(e)에 도시된 바와 같이 원하는 수 만큼의 다수의 회로 패턴을 갖는 그린 테이프(406)가 준비될 수 있다.To build a multilayer circuit inside a final module, you need holes to connect the interlayer circuits, which are called via-holes. After the dried green tape is separated from the film, it is cut into the desired dimensions as shown in Fig. 4 (b), and a punch-hole is used to place the via-hole in the desired position as shown in Fig. 4 (c). 404 is formed. Thereafter, the conductor paste is filled into the hole by using a printing machine. In order to construct a multilayer circuit, a process of printing a circuit pattern on the green tape 402 is required. After the circuit suitable for each layer is made into a screen, a paste is printed and a circuit pattern is formed using a printing machine as shown in FIG. In this case, as shown in FIG. 4E, a green tape 406 having a desired number of circuit patterns may be prepared.

상기 준비된 금속 베이스(300) 및 다수의 회로 패턴(408)을 갖는 그린 테이프(406)를 기초로 하여 금속상 저온 동시 소성 세라믹 기판을 제작하는 공정을 도4(f) 내지 도 4(h)를 참조하여 설명한다. 도 4(f) 내지 도 4(h)에는 도 3(d) 및 도 3(e) 그리고 도 4(f)에 각각 도시된 금속 베이스(300) 및 다수의 회로 패턴(408)을 갖는 그린 테이프를 기초로 하여 금속상 저온 동시 소성 세라믹 기판을 제작하는 공정이 설명되어 있다.4 (f) to 4 (h) illustrate a process of fabricating a low-temperature, co-fired ceramic substrate on the basis of the green tape 406 having the prepared metal base 300 and the plurality of circuit patterns 408. It demonstrates with reference. 4 (h) to 4 (h), a green tape having a metal base 300 and a plurality of circuit patterns 408 shown in FIGS. 3 (d), 3 (e) and 4 (f), respectively. A process for producing a metal phase low temperature cofired ceramic substrate is described.

상기 다수의 회로가 인쇄된 그린 테이프들(406)을 건조시킨 후, 도 4(f)에 도시된 바와 같이 각각의 층을 이루는 그린 테이프들(406)을 적층하여, 그린 적층체(410), 즉 하나의 성형체로 만든다. 4" 치수의 경우 10∼15 톤의 압력으로 85-100℃에서 4-5분 가압하여 적층체를 만든다.After drying the green tapes 406 on which the plurality of circuits are printed, as shown in FIG. 4 (f), the green tapes 406 forming the respective layers are laminated to form a green laminate 410, That is, it is made into one molded body. For 4 "dimensions, the laminate is pressurized at 85-100 ° C. for 4-5 minutes at a pressure of 10-15 tons.

적층된 그린 적층체(410)를 상기 준비된 금속 베이스(300) 위에 놓고 다시 가압하여 도 4(g)에 도시된 바와 같이 금속 베이스(300) 위에 그린 적층체가 부착된 그린 압착체(412)를 성형한다. 금속 베이스(300)를 부착시키는 이유는 소성후 저온 소성 세라믹의 x-y 방향의 수축을 억제하기 위해서이다. 적층 시의 1/3의 압력으로 85∼100℃에서 2-3분 가압한다.The laminated green laminate 410 is placed on the prepared metal base 300 and pressed again to form a green press body 412 having the green laminate attached on the metal base 300 as shown in FIG. 4 (g). do. The reason for attaching the metal base 300 is to suppress shrinkage in the x-y direction of the low-temperature calcined ceramic after firing. It pressurizes for 2-3 minutes at 85-100 degreeC by the pressure of 1/3 at the time of lamination | stacking.

상기 그린 압착체(412)를 벨트 로를 사용하여 850∼900℃의 온도에서 소성한다. 소성이 끝나면 도 4(h)에 도시된 바와 같이 다수의 모듈이 형성되어 있는 LTCC-M 기판(400)이 완성된다. 이때 세라믹은 두께 방향으로 40∼50%의 수축율을 나타낸다.The green compact 412 is fired at a temperature of 850 to 900 占 폚 using a belt furnace. After firing, the LTCC-M substrate 400 having a plurality of modules is completed as shown in FIG. 4 (h). At this time, the ceramic exhibits a shrinkage of 40 to 50% in the thickness direction.

소성후 상부 도체 및 오버글레이즈를 인쇄하는 등의 작업이 추가되며, 그밖에 표면 실장 부품의 접합, 베어 집적회로(IC) 또는 플립-칩의 결합, 모듈 치수 절삭등의 공정을 거쳐 LTCC-M 모듈이 완성된다.After firing, additional operations such as printing the upper conductor and overglaze are added.In addition, the LTCC-M module is processed through the joining of surface-mounted components, bare integrated circuit (IC) or flip-chip bonding, and module dimension cutting. Is completed.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 유약 페이스트의 주성분을 이루던 부분 결정화 유리를 이용하여 소성후 금속 베이스와의 직접적 결합이 가능한 그린 테이프를 준비할 수 있으며, 이를 이용하여 LTCC-M 기판을 제작한다.As described above, according to the present invention, it is possible to prepare a green tape which can be directly bonded to the metal base after firing using the partially crystallized glass which was the main component of the glaze paste, thereby manufacturing an LTCC-M substrate. .

본 발명에 의하면, LTCC-M 기판용 유리-세라믹 그린 테이프 조성물은 소성후 저온 소성 세라믹을 금속 베이스와 직접 결합할 수 있게 하여 기판별 캠버 편차 및 단일 기판내 위치별 유약측 두께 편차를 일으키던 유약 페이스트의 인쇄를 생략 가능하게 한다. 따라서 소성후 기판의 캠버를 그린 테이프의 조성만으로 용이하게 제어할 수 있으며, 이와 함께 금속 베이스를 준비하는 공정을 간소화할 수 있다.According to the present invention, the glass-ceramic green tape composition for LTCC-M substrates allows the low-temperature calcined ceramics to be directly bonded to the metal base after firing, causing glaze paste variation in substrate and glaze-side thickness variation in a single substrate. Print can be omitted. Therefore, the camber of the substrate after firing can be easily controlled only by the composition of the green tape, and the process of preparing the metal base can be simplified.

Claims

60 to 80% by weight of crystallized glass consisting of ZnO-MgO-B ₂ O ₃ -SiO ₂ -Al ₂ O ₃ ; 8-20% by weight of partially crystallized glass consisting of CaO-Al ₂ O ₃ -ZnO-B ₂ O ₃ ; 3 to 10 weight percent of ceramic filler; 0.1 to 0.5 wt% colorant; Plasticizers; And 2 to 7% by weight of a binder. 2. Glass-ceramic green tape composition for a low-temperature co-fired ceramic substrate.

According to claim 1, wherein the composition of the crystallized glass is ZnO 10 to 40% by weight, MgO 10 to 40% by weight, B ₂ O ₃ 10 to 25% by weight, SiO ₂ 10 to 40% by weight, and Al ₂ O ₃ 3 A glass-ceramic green tape composition for a metal phase low temperature co-fired ceramic substrate, comprising from 10 wt% to 10 wt%.

The composition of claim 1, wherein the composition of partially crystallized glass comprises 3 to 10 weight percent CaO, 3 to 10 weight percent Al ₂ O ₃ , 40 to 60 weight percent ZnO, and 30 to 50 weight percent B ₂ O _3. A glass-ceramic green tape composition for a metal phase low temperature co-fired ceramic substrate.

The glass-ceramic green tape of claim 1, wherein the filler is selected from the group consisting of forsterite, cordierite, alumina, zirconium, zirconium oxide, and SiO ₂ . Composition.