[논문]LTCC의 constrained sintering 특성에 미치는 알루미나 테잎의 공정변수영향

박성대; 조현민; 유명재; 이우성; 강남기

LTCC의 constrained sintering 특성에 미치는 알루미나 테잎의 공정변수영향
Effects of processing parameters of alumina tape on the constrained sintering characteristics of LTCC 원문보기

박성대 (전자부품연구원 고주파재료연구센터) , 조현민 (전자부품연구원 고주파재료연구센터) , 유명재 (전자부품연구원 고주파재료연구센터) , 이우성 (전자부품연구원 고주파재료연구센터) , 강남기 (전자부품연구원 고주파재료연구센터)

저온동시소성 세라믹으로 제작된 모듈을 고주파 대역에 적용할 경우 dimension의 오차는 모듈 특성의 오차를 유발시킨다. Constrained sintering 기술은 XY 방향의 수축을 억제시킴으로써 세라믹 소결체의 dimensional tolerance를 향상시키기 위하여 개발된 기술이다. LTCC의 소성온도에서는 수축하지 않는 비소성층을 LTCC 적층체의 위 아래에 함께 적층시킴으로써 XY 방향의 수축은 기계적으로 억제되며, 두께 방향으로만 수축이 일어난다. 본 연구에서는 LTCC 기판을 constrained sintering 방법으로 소성하고, 그 특성값을 일반적인 소성방법으로 제작하였을 때와 비교하였다. 알루미나 테잎의 제조조건 빛 적층조건을 변화시켜 이에 따른 면수축 제어 특성의 변화를 고찰하였다. 실험결과 알루미나 테잎의 고형분 용량과 부착층의 두께가 면수축 제어를 위하여 고려되어야할 주요 인자임을 확인할 수 있었다.

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문제 정의

본 실험에서 는 무수축 알루미나 테잎을 이용한 저온 소성 세라믹의 constrained sintering 기법에 대한 연구를 실시하였다. 알루미나는 소성온도가 1500℃ 이상으로, LTCC 소성온도에서 무 수축 층의 역할을 충분히 할 수 있고, 저가이며 사용이 용이하기 때문에 많은 관심의 대상이 되고 있다.

제안 방법

표 1은 실험에 사용된 알루미나 테잎의 조성배치표이다. 그린테잎 제조후 테잎의 특성을 분석하기 위하여 그린 밀도, bum-out 평가 등을 실시하였다. 제조된테잎의 건조후 두께는 약 150um였다.
채웠다. 그림 2는 수축율 평가를 위한 테스비아 패턴이 형성된 LTCC 그린테잎 4, 6, 8장을 각각 적층하고, 그림 3의 예와 같이 양면에 알루미나 테잎을 각각 2장씩 추가 적층하여 테스트 기판을 제작하였다. 비교를 위하여 알루미나 테잎을 부착하지 않은 적층체(LTCC 8장)도 함께 준비하였다.
무수축 알루미나 테잎을 이용한, 저온 동시 소성 세라믹의 constrained sintering에 대하여 실험하였다. LTCC의 소성온도에서 알루미나 테잎은 무 수축 층으로서의 역할을 충분히 보여주었으며, 수축율 제어특성은 그린테잎 내의 고형분 용량과 부착 층의 두께에 따라 달랐다.
그러나, 여러 공정 변수를 적용한 실험에 대한 결과 보고는 아직 미미한 편이다. 본 연구에서는 알루미나테잎의 제조조건과 LTCC 테잎과의 적층조건 등을 변수로 하여 수축율 제어 실험을 실시하였다.
하였다. 소성후 알루미나층을 세척하여 제거한 후 XY 좌표측정이 가능한 측정현미경을 이용하여 각각의 비아좌표를 측정하고, 이로부터 수축율을 계산하여 각 조건별로 비교하였다.
알루미나 분말의 양을 1kg으로 고정하고 결합제의 양을 바꿔가며 그린테잎을 제작하였다. 표 1은 실험에 사용된 알루미나 테잎의 조성배치표이다.

대상 데이터

본 연구를 위해 알루미나(Sumitomo ALM-43), LTCC 분말(DuPont 9599), 그린테잎 제조를 위한 분산제(KDT), 결합제(PVB), 가소제(DBP), 용매 (톨루엔/에탄올 혼합용매) 등이 사용되었다.
그림 2는 수축율 평가를 위한 테스비아 패턴이 형성된 LTCC 그린테잎 4, 6, 8장을 각각 적층하고, 그림 3의 예와 같이 양면에 알루미나 테잎을 각각 2장씩 추가 적층하여 테스트 기판을 제작하였다. 비교를 위하여 알루미나 테잎을 부착하지 않은 적층체(LTCC 8장)도 함께 준비하였다. 적층은 70℃ WIP에서 3000psi의 압력으로 10 분 동안 실시하였으며, 소성은 벨트로를 이용하여 850V:에서.

성능/효과

LTCC의 소성온도에서 알루미나 테잎은 무 수축 층으로서의 역할을 충분히 보여주었으며, 수축율 제어특성은 그린테잎 내의 고형분 용량과 부착 층의 두께에 따라 달랐다. Free sintering과 비교홍!] 보았을 때, 방향에 따라서는 수축율이 크게 달랐지만, 전체 체적수축율은 유사하였다.
소성후의 면방향 및 두께 방향의 수축율을 표 3에 정리하였다. 면수축이 커지면 두께수축은 작아지는 것이 자연스러운 현상이나, 본 실험에서는 그 경향성이 분명치 않았는데, 이는 면수죽율 차이가 너무 적어 두께 변화 정도가 측정 오차범위 안에 있는 것으로 판단하였다. 알루미나 테잎 적층수의 영향을 알아보기 위하여, LTCC 8장 적층체의 양면에 알루미나 테잎을 1장만 부착하여 소성한 기판과 비교한 결과 1장부착시 수죽율 0.
소성후 배치별 수축율 제어 특성을 조사한 결과 LTCC 층의 두께 변화는 큰 영향이 없었으며, 알루미나 테잎의 조성에서 고형분의 함량이 적어지면서 수축율이 증가하는 경향, 즉 수축율 제어가 약해지는 경향을 보였다. 소성후의 면방향 및 두께 방향의 수축율을 표 3에 정리하였다.
알루미나 부착 없이 자연스럽게 소성시킨 LTCC8층 적층체의 수축율을 평가한 결과 XY 방향 수축율 13.8%, 두께방향 수축율 24%를 나타내었다. 표 3의 배치1의 '결과인 0.
면수축이 커지면 두께수축은 작아지는 것이 자연스러운 현상이나, 본 실험에서는 그 경향성이 분명치 않았는데, 이는 면수죽율 차이가 너무 적어 두께 변화 정도가 측정 오차범위 안에 있는 것으로 판단하였다. 알루미나 테잎 적층수의 영향을 알아보기 위하여, LTCC 8장 적층체의 양면에 알루미나 테잎을 1장만 부착하여 소성한 기판과 비교한 결과 1장부착시 수죽율 0.19%로 수죽율이 커지는 것으로 확인되었다. 이는 무수축층이 얇을 경우 LTCC와의 계면에서 소성시 발생하는 in-plane stress> 이겨내기 어려워짐을 나타내는 것이다’

후속연구

이 기술의 양산화 기술이 확보되면 향후 적층 모듈 부품의 정밀도를 향상시키고, 수율을 높이는데 큰 기여를 할 것으로 예상된다.

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