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문제 정의
- 본 연구에서는 LTCC 조성으로 비교적 우수한 기계적 강도 특성을 지닌 것으로 알려져 있는 NEG사의 MLS-22 파우더를 이용하여 그린시트를 제조하였다. 슬러리 제조 시 PVB와 유리전이온도가 다른 아크릴계 바인더를 적용하여 측정 온도 변화에 따른 시트의 물리적 특성을 관찰하여 적층 공정 변수에 미치는 상호관계를 고찰하고자 하였다.
제안 방법
- NEG사의 MLS-22 LTCC 상용 파우더를 이용하여 그린시트를 제작할 경우 PVB와 Tg가 서로 다른 아크릴계 바인더를 적용한 그린시트를 제작한 후 온도 변화에 따른 그린시트 물성을 측정하였다. 높은 Tg를 가진 PVB를 적용하였을 경우에는 온도 변화에 따른 그린시트의 연신율은 큰 변화가 없었으나, 상대적으로 Tg가 낮은 아크릴계 바인더를 적용하였을 경우에는 연신율 변화폭이 컸으며 특히 바인더의 Tg 부근에서 급격히 감소하는 경향을 나타내었다.
- 또한 그린시트의 압착강도를 측정하기 위해 그림 1과 같이 시편을 준비하여 수동 적층기를 사용하여 시트 두 장의 한쪽 부분을 약 50 ㎏/㎠의 압력을 가하여 60℃에서 30초 간 압착하였다. 압착하지 않은 시트 부분의 양끝을 UTM 장비에 고정한 후 두 시트가 떨어질 때의 최대 인장강도를 측정하였다.
- 슬러리 제조를 위해 MLS-22 분말 500 g에 대하여 분산제를 0.4 wt%, 용매, 지르코니아 볼을 jar에 넣은 후 24시간 동안 1차 밀링하여 분산하였다. 분산된 슬러리에 바인더와 가소제를 일정 비율로 혼합하여 24시간 2차 밀링하였다.
- 또한 그린시트의 압착강도를 측정하기 위해 그림 1과 같이 시편을 준비하여 수동 적층기를 사용하여 시트 두 장의 한쪽 부분을 약 50 ㎏/㎠의 압력을 가하여 60℃에서 30초 간 압착하였다. 압착하지 않은 시트 부분의 양끝을 UTM 장비에 고정한 후 두 시트가 떨어질 때의 최대 인장강도를 측정하였다.
- 슬러리를 20 rpm으로 24시간 에이징한 후 Tape Caster를 사용하여 두께 40 ㎛의 균일한 그린시트를 제조하였다. 이렇게 제작된 그린 시트의 기계적 특성인 연신율과 인장강도를 측정하기 위해 JISK-6251 규격에 따른 표준시편을 준비한 후 복합만능시험기 (UTM: 55441, Instron, U.S.A)를 이용하여 측정하였으며, 각 조건에서 시편을 5개 씩 측정하여 평균값을 적용하였다.
대상 데이터
- 그린시트 제조를 위해 사용한 원료는 단말기용 FEM (front end module) 및 ASM (antenna switch module) 소재로 널리 사용되고 있는 LTCC용 상용분말인 일본 NEG사의 MLS-22를 주원료로 사용하였으며, 이 파우더의 주요 사양은 표 1에 나타내었다. 슬러리 제조를 위해 용매로는 건조 과정에서 공비조성을 [6] 이룰 수 있도록 톨루엔 (extra pure, Daejung, Korea) 60 vol%와 에탄올 (extra pure, Daejung, Korea) 40 vol%를 혼합하여 사용하였다.
- 본 연구에서는 LTCC 조성으로 비교적 우수한 기계적 강도 특성을 지닌 것으로 알려져 있는 NEG사의 MLS-22 파우더를 이용하여 그린시트를 제조하였다. 슬러리 제조 시 PVB와 유리전이온도가 다른 아크릴계 바인더를 적용하여 측정 온도 변화에 따른 시트의 물리적 특성을 관찰하여 적층 공정 변수에 미치는 상호관계를 고찰하고자 하였다.
- 그린시트 제조를 위해 사용한 원료는 단말기용 FEM (front end module) 및 ASM (antenna switch module) 소재로 널리 사용되고 있는 LTCC용 상용분말인 일본 NEG사의 MLS-22를 주원료로 사용하였으며, 이 파우더의 주요 사양은 표 1에 나타내었다. 슬러리 제조를 위해 용매로는 건조 과정에서 공비조성을 [6] 이룰 수 있도록 톨루엔 (extra pure, Daejung, Korea) 60 vol%와 에탄올 (extra pure, Daejung, Korea) 40 vol%를 혼합하여 사용하였다. 표 2에서 나타낸 바와 같이 Tg가 서로 다른 아크릴계와 Tg가 67℃인 PVB를 사용하였으며, 분산제는 BYK-111, 가소제는 DBP (Dibutyl Phthalate)를 사용하였다.
- 슬러리 제조를 위해 용매로는 건조 과정에서 공비조성을 [6] 이룰 수 있도록 톨루엔 (extra pure, Daejung, Korea) 60 vol%와 에탄올 (extra pure, Daejung, Korea) 40 vol%를 혼합하여 사용하였다. 표 2에서 나타낸 바와 같이 Tg가 서로 다른 아크릴계와 Tg가 67℃인 PVB를 사용하였으며, 분산제는 BYK-111, 가소제는 DBP (Dibutyl Phthalate)를 사용하였다.
성능/효과
- 4 그린시트 표면에서 윗면과 아랫면의 미세구조를 나타내었다. A60과 PVB를 각각 적용한 그린시트의 미세구조에서 큰 차이는 없었으며, 그린시트 윗면에 비해 아랫면에 유기물 함량이 많은 것을 확인할 수 있었다. 이러한 현상은 볼밀로 슬러리를 제조하였을 경우 그린시트 제조과정에서 시트 아랫면 쪽으로 유기물이 가라앉아 나타나는 현상으로 알려져 있다.
- 높은 Tg를 가진 PVB를 적용하였을 경우에는 온도 변화에 따른 그린시트의 연신율은 큰 변화가 없었으나, 상대적으로 Tg가 낮은 아크릴계 바인더를 적용하였을 경우에는 연신율 변화폭이 컸으며 특히 바인더의 Tg 부근에서 급격히 감소하는 경향을 나타내었다. P/B 비율을 증가하였을 경우 아크릴계 바인더에서 가소제 비율이 증가하게 되면 Tg를 낮추는 효과를 나타내어 온도 변화에 따라 그린시트의 연신율 변동폭이 크게 나타났다. 위 결과로부터 바인더의 Tg 및 P/B 비율에 따라 적층공정 시 압착 기판의 가열 온도 최적화가 필요한 것을 알 수 있었다.
- 그린시트의 물성은 슬러리 제조 시 바인더 함량을 변화하였을 경우보다 P/B 비율을 변화시켰을 때 훨씬 크게 변화하므로 P/B 비율은 그린시트 물성 제어를 위해 유용한 수단이다 [7]. P/B 비율이 높아질수록 연신율은 증가하였으며, 인장강도는 감소하는 경향을 나타내었다. 또한 Tg가 상대적으로 낮은 A60 바인더를 첨가하였을 때 PVB와 비교하여 연신율 값의 증가폭은 훨씬 높았으며, P/B 비율이 0.
- NEG사의 MLS-22 LTCC 상용 파우더를 이용하여 그린시트를 제작할 경우 PVB와 Tg가 서로 다른 아크릴계 바인더를 적용한 그린시트를 제작한 후 온도 변화에 따른 그린시트 물성을 측정하였다. 높은 Tg를 가진 PVB를 적용하였을 경우에는 온도 변화에 따른 그린시트의 연신율은 큰 변화가 없었으나, 상대적으로 Tg가 낮은 아크릴계 바인더를 적용하였을 경우에는 연신율 변화폭이 컸으며 특히 바인더의 Tg 부근에서 급격히 감소하는 경향을 나타내었다. P/B 비율을 증가하였을 경우 아크릴계 바인더에서 가소제 비율이 증가하게 되면 Tg를 낮추는 효과를 나타내어 온도 변화에 따라 그린시트의 연신율 변동폭이 크게 나타났다.
- P/B 비율이 높아질수록 연신율은 증가하였으며, 인장강도는 감소하는 경향을 나타내었다. 또한 Tg가 상대적으로 낮은 A60 바인더를 첨가하였을 때 PVB와 비교하여 연신율 값의 증가폭은 훨씬 높았으며, P/B 비율이 0.3일 때 A60과 PVB 바인더를 적용한 그린시트의 연신율 특성은 30% 이상 A60 연신율이 높은 값을 나타내었다. 가소제는 Tg를 낮추어 유동특성, 유연성, 탄성, 접착성, 가공성 등을 부여하는 역할을 한다.
- PVB의 경우 인장강도가 아크릴계 바인더 보다 높은 값을 나타내었다. 아크릴계 바인더 인장강도는 온도 변화에 따라 거의 변화가 없었지만 PVB 바인더의 경우는 온도가 증가함에 따라 급격하게 감소하는 경향을 나타내었다. 인장강도는 높을수록 시트의 변형율이 적은 장점이 있으며 일반적으로 연신율과는 반비례하는 경향을 나타낸다.
후속연구
- P/B 비율을 증가하였을 경우 아크릴계 바인더에서 가소제 비율이 증가하게 되면 Tg를 낮추는 효과를 나타내어 온도 변화에 따라 그린시트의 연신율 변동폭이 크게 나타났다. 위 결과로부터 바인더의 Tg 및 P/B 비율에 따라 적층공정 시 압착 기판의 가열 온도 최적화가 필요한 것을 알 수 있었다.
- 그러나 Tg가 낮은 아크릴계 바인더를 사용할 경우에는 60～70℃에서 시트들을 압착하게 되면 연신율 증가로 인해 align이 틀어지게 되어 시트 층 간의 회로패턴 및 비아 홀 정밀도 확보가 어렵게 된다. 위 결과로부터 바인더의 Tg에 따라 적층공정 시 압착기판의 가열 온도에 대한 최적화가 필요한 것을 알 수 있다.
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