(57)【要約】【課題】本発明は、セラミック基板焼成装置及びこれを利用したセラミック基板焼成方法に関する。【解決手段】本発明によると、セラミック基板を装着するための焼成セッターと、上記セラミック基板の上部に位置する焼成加圧板と、上記焼成加圧板と上記セラミック基板との間に一定間隔を置くように上記焼成セッターと上記焼成加圧板との間に配置され、上記セラミック基板より焼成時の厚さ収縮率が大きいセラミック支柱と、を含むセラミック基板焼成装置が提供される。本発明によると、セラミック基板より収縮率が大きいセラミック支柱と焼成加圧板を用いて大型セラミック基板を加圧焼成することにより、反りを生じさせることなく焼成することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基板を装着するための焼成セッターと、
前記セラミック基板の上部に位置する焼成加圧板と、
前記焼成加圧板と前記セラミック基板との間に一定間隔を置くように前記焼成セッターと前記焼成加圧板との間に配置され、前記セラミック基板より焼成時の厚さ収縮率が大きいセラミック支柱と、
を含むセラミック基板焼成装置。
【請求項２】
前記セラミック支柱は、か焼工程段階では前記セラミック基板の厚さより高い高さを有し、焼成工程段階では前記セラミック基板の厚さより低い高さを有する請求項１に記載のセラミック基板焼成装置。
【請求項３】
前記セラミック基板は、か焼工程段階では前記焼成加圧板と互いに離隔され、焼成工程段階では前記焼成加圧板と接する請求項１に記載のセラミック基板焼成装置。
【請求項４】
前記か焼工程段階は５００℃未満の温度範囲で行われる請求項２または３に記載のセラミック基板焼成装置。
【請求項５】
前記焼成工程段階は５００℃以上の温度範囲で行われる請求項２または３に記載のセラミック基板焼成装置。
【請求項６】
前記セラミック支柱は前記セラミック基板と同一の材質である請求項１に記載のセラミック基板焼成装置。
【請求項７】
前記セラミック支柱は前記セラミック基板より融点が低い材質である請求項１に記載のセラミック基板焼成装置。
【請求項８】
前記焼成加圧板は前記焼成セッターと同一の材質である請求項１に記載のセラミック基板焼成装置。
【請求項９】
前記焼成加圧板は前記焼成セッターより密度が高い材質である請求項１に記載のセラミック基板焼成装置。
【請求項１０】
前記セラミック支柱は前記焼成セッターの各辺に沿って夫々位置する請求項１に記載のセラミック基板焼成装置。
【請求項１１】
前記セラミック支柱は前記焼成セッターの各角部に夫々位置する請求項１に記載のセラミック基板焼成装置。
【請求項１２】
前記セラミック支柱は前記焼成セッターの対向する辺に夫々位置し、二つ以上のセラミック基板の間に夫々一つがさらに位置する請求項１に記載のセラミック基板焼成装置。
【請求項１３】
焼成セッターと、セラミック基板と、焼成加圧板とを設ける段階と、
前記セラミック基板より焼成時の厚さ収縮率が大きいセラミック支柱を設ける段階と、
前記焼成セッターの上部に前記セラミック基板を位置させる段階と、
前記焼成加圧板と前記セラミック基板との間に一定間隔を置くように、前記焼成セッター上に前記セラミック支柱と前記焼成加圧板とを配置する段階と、
を含むセラミック基板焼成方法。
【請求項１４】
前記セラミック支柱は、か焼工程段階では前記セラミック基板の厚さより高い高さを有し、焼成工程段階では前記セラミック基板の厚さより低い高さを有する請求項１３に記載のセラミック基板焼成方法。
【請求項１５】
前記セラミック基板は、か焼工程段階では前記焼成加圧板と互いに離隔され、焼成工程段階では前記焼成加圧板と接する請求項１３に記載のセラミック基板焼成方法。
【請求項１６】
前記か焼工程段階は５００℃未満の温度範囲で行われる請求項１４または１５に記載のセラミック基板焼成方法。
【請求項１７】
前記焼成工程段階は５００℃以上の温度範囲で行われる請求項１４または１５に記載のセラミック基板焼成方法。
【請求項１８】
前記セラミック支柱は前記セラミック基板と同一の材質である請求項１３に記載のセラミック基板焼成方法。
【請求項１９】
前記セラミック支柱は前記セラミック基板より融点が低い材質である請求項１３に記載のセラミック基板焼成方法。
【請求項２０】
前記焼成加圧板は前記焼成セッターと同一の材質である請求項１３に記載のセラミック基板焼成方法。
【請求項２１】
前記焼成加圧板は前記焼成セッターより密度が高い材質である請求項１３に記載のセラミック基板焼成方法。
【請求項２２】
前記セラミック支柱は前記焼成セッターの各辺に沿って夫々位置する請求項１３に記載のセラミック基板焼成方法。
【請求項２３】
前記セラミック支柱は前記焼成セッターの各角部に夫々位置する請求項１３に記載のセラミック基板焼成方法。
【請求項２４】
前記セラミック支柱は前記焼成セッターの対向する辺に夫々位置し、二つ以上のセラミック基板の間に夫々一つがさらに位置する請求項１３に記載のセラミック基板焼成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック基板焼成装置及びこれを利用したセラミック基板焼成方法に関し、より詳細には、反りを生じさせることなく、大型セラミック基板を焼成することができるセラミック基板焼成装置及びこれを利用したセラミック基板焼成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、電子部品領域における小型化の傾向が次第に強化、持続するにつれて電子部品の精密化、微細パターン化及び薄膜化を通じた小型モジュール及び基板が開発されている。
【０００３】
しかし、通常用いられている印刷回路基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ｂｏａｒｄ、ＰＣＢ）を小型化された電子部品に利用する場合、サイズの小型化、高周波領域での信号損失及び高温高湿時の信頼性低下のような欠点が発生した。
【０００４】
このような欠点を克服するために、ＰＣＢ基板ではなく、セラミック及びガラスを利用した基板が用いられている。
【０００５】
セラミック−ガラスを利用した多層セラミック基板は、３次元構造の回路具現及びキャビティ（ｃａｖｉｔｙ）の形成が可能であるため、高い設計柔軟性を有し、多様な機能の素子を内蔵することができる。
【０００６】
また、犠牲拘束層などを用いて平面方向の無収縮焼成が可能であるという長所を有し、寸法精度が向上された大面積基板などへ応用が拡大され、品質及び生産効率を高めようとする研究が続けられている。
【０００７】
しかし、大面積基板は焼成時に基板の不均一収縮によって基板が変形しやすく、基板の変形は収率の低下に繋がるため、反りを生じさせることなく大面積の基板を焼成することができる方法が求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、反りを生じさせることなく、大型セラミック基板を焼成することができるセラミック基板焼成装置及びこれを利用したセラミック基板焼成方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施形態によると、セラミック基板を装着するための焼成セッターと、上記セラミック基板の上部に位置する焼成加圧板と、上記焼成加圧板と上記セラミック基板との間に一定間隔を置くように上記焼成セッターと上記焼成加圧板との間に配置され、上記セラミック基板より焼成時の厚さ収縮率が大きいセラミック支柱と、を含むセラミック基板焼成装置が提供される。
【００１０】
上記セラミック支柱は、か焼工程段階では上記セラミック基板の厚さより高い高さを有し、焼成工程段階では上記セラミック基板の厚さより低い高さを有することを特徴とする。
【００１１】
また、上記セラミック基板は、か焼工程段階では上記焼成加圧板と互いに離隔され、焼成工程段階では上記焼成加圧板と接することを特徴とする。
【００１２】
上記か焼工程段階は５００℃未満の温度範囲で行われることができる。
【００１３】
上記焼成工程段階は５００℃以上の温度範囲で行われることができる。
【００１４】
上記セラミック支柱は上記セラミック基板と同一の材質であることができる。
【００１５】
また、セラミック支柱は上記セラミック基板より融点が低い材質であることができる。
【００１６】
上記焼成加圧板は上記焼成セッターと同一の材質であることができる。
【００１７】
また、上記焼成加圧板は上記焼成セッターより密度が高い材質であることができる。
【００１８】
上記セラミック支柱は、上記焼成セッターの各辺に沿って夫々位置することができ、各角部に夫々位置することができ、上記焼成セッターの対向する辺に夫々位置し、二つ以上のセラミック基板の間に夫々一つがさらに位置することができる。
【００１９】
一方、本発明の他の実施形態によると、焼成セッターと、セラミック基板と、焼成加圧板とを設ける段階と、上記セラミック基板より焼成時の厚さ収縮率が大きいセラミック支柱を設ける段階と、上記焼成セッターの上部に上記セラミック基板を位置させる段階と、上記焼成加圧板と上記セラミック基板との間に一定間隔を置くように、上記焼成セッター上に上記セラミック支柱と上記焼成加圧板とを配置する段階と、を含むセラミック基板焼成方法が提供される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によると、セラミック基板より収縮率が大きいセラミック支柱と焼成加圧板を用いて大型セラミック基板を加圧焼成することにより、反りを生じさせることなく焼成することができる。
【００２１】
特に、本発明によると、焼成前にはセラミック支柱がセラミック基板より厚いため、か焼時に脱バインダ通路を確保し、焼成時にはセラミック支柱の収縮率がセラミック基板より大きいため、焼成加圧板がセラミック基板を加圧することにより、反りを生じることなくセラミック基板が焼成される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態によるセラミック基板焼成用装置を概略的に示す斜視図である。
【図２ａ】本発明の他の実施形態によるセラミック基板焼成工程のうち、か焼工程を示す断面図である。
【図２ｂ】本発明の他の実施形態によるセラミック基板焼成工程のうち、焼成工程を示す断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態によるセラミック基板焼成工程のフローチャートである。
【図４】セラミック基板とセラミック支柱の温度毎の厚さ収縮率を示すグラフである。
【図５ａ】本発明の一実施形態によるセラミック基板焼成用装置の配置図である。
【図５ｂ】本発明の一実施形態によるセラミック基板焼成用装置の配置図である。
【図５ｃ】本発明の一実施形態によるセラミック基板焼成用装置の配置図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の実施形態は様々な他の形態に変形することができ、本発明の範囲は以下に説明する実施形態に限定されるものではない。また、本発明の実施形態は当業界で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。従って、図面における要素の形状及び大きさ等はより明確な説明のために誇張されることがあり、図面上において同一の符号で表される要素は同一の要素である。
【００２４】
以下、添付された図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。
【００２５】
図１は本発明の一実施形態によるセラミック基板焼成用装置を概略的に示す斜視図である。
【００２６】
本発明の一実施形態によると、セラミック基板２を装着するための焼成セッター１と、上記セラミック基板２の上部に位置する焼成加圧板３と、上記焼成加圧板３と上記セラミック基板２との間に一定間隔を置くように上記焼成セッター１と上記焼成加圧板３との間に配置され、上記セラミック基板２より焼成時の厚さ収縮率が大きいセラミック支柱４と、を含むセラミック基板焼成用装置１０が提供される。
【００２７】
従来のセラミック−ガラスを利用した大面積多層セラミック基板は、焼成時に基板の不均一収縮によって基板が変形しやすいという問題点があった。
【００２８】
これを改善するために、従来は、多層セラミック基板を表裏面を貫通する貫通孔が多数個形成されている多孔質セラミック焼成体の間に挟んで焼成する方法が用いられていた。
【００２９】
しかし、上記の方法で多層セラミック基板を焼成する場合、貫通孔の形成にも関わらずセラミック基板の表面を覆っている領域が１５〜７０％程度存在するため、脱バインダを妨害するようになり、これはセラミック基板の厚さが増加するほどさらに悪化する。
【００３０】
本発明の一実施形態によるセラミック基板焼成用装置１０は、上記の問題点を解決するために、焼成セッター１、焼成加圧板３及びセラミック基板２より収縮率が大きいセラミック支柱４を含む。
【００３１】
セラミック基板２とセラミック支柱４は同一の材質であってもよく、収縮率をより大きくするために、セラミック支柱４が上記セラミック基板２より融点が低い材質であってもよい。
【００３２】
また、本発明の一実施形態によると、セラミック支柱４は未焼結焼成支柱であり、焼成前のか焼工程でセラミック基板２から脱バインダ通路を確保するために、セラミック基板２より厚さが厚く（Ｚ軸方向高さがより高く）製作される。
【００３３】
図４はセラミック基板とセラミック支柱の温度毎の厚さ収縮率を示すグラフである。
【００３４】
図４を参照すると、セラミック基板２とセラミック支柱４は両方ともか焼完了区間である５００℃以前には収縮挙動を示さない。
【００３５】
従って、未焼結状態のセラミック支柱４がセラミック基板２より厚さが厚い状態で焼成加圧板３を支持しているため、セラミック基板２と焼成加圧板３が接触せず、脱バインダ通路が確保された状態でか焼工程が進行される。
【００３６】
上記か焼工程が完了した後、７００℃付近で焼結収縮挙動が始まる。
【００３７】
本発明の一実施形態によるセラミック基板焼成用装置１０では、セラミック支柱４のＺ軸収縮率がセラミック基板２のＺ軸収縮率より大きいため、焼結収縮時のセラミック支柱４の厚さ減少量はセラミック基板２の厚さ減少量より遥かに大きい。
【００３８】
従って、焼成前にはセラミック基板２より特定サイズだけ厚かったセラミック支柱４が焼成後にはセラミック基板２の厚さと同一であるかまたはより薄くなる。
【００３９】
これにより、焼成前にはセラミック基板２と接触しなかった焼成加圧板３が焼成過程でセラミック基板２と接触し、加圧した状態で焼成が進行される。
【００４０】
即ち、５００℃未満の温度範囲では上記セラミック支柱４の厚さが上記セラミック基板２の厚さより大きいが、５００℃以上の温度範囲では上記セラミック支柱４の厚さが上記セラミック基板２の厚さと同一であるかまたは小さくなる。
【００４１】
従って、５００℃未満の温度範囲では上記セラミック基板２と上記焼成加圧板３が互いに離隔されてか焼工程で脱バインダ通路を確保し、５００℃以上の温度範囲では上記セラミック基板２と上記焼成加圧板３が互いに接するようになり、加圧焼成が可能となる。
【００４２】
上記焼成加圧板３は上記焼成セッター１と同一の材質であることができ、加圧によるセラミック基板２の平坦化効果を高めるために、上記焼成セッター１より密度が高い材質であることができる。
【００４３】
図２ａは本発明の他の実施形態によるセラミック基板焼成工程のうち、か焼工程を示す断面図である。
【００４４】
図２ｂは本発明の他の実施形態によるセラミック基板焼成工程のうち、焼成工程を示す断面図である。
【００４５】
図３は本発明の他の実施形態によるセラミック基板焼成工程のフローチャートである。
【００４６】
図２ａ、図２ｂ及び図３を参照すると、本発明の他の実施形態によると、焼成セッター１、セラミック基板２と焼成加圧板３とを設ける段階（Ｓ１）と、上記セラミック基板２より焼成時の厚さ収縮率が大きいセラミック支柱４を設ける段階（Ｓ２）と、上記焼成セッター１の上部に上記セラミック基板２を位置させる段階（Ｓ３）と、上記焼成加圧板３と上記セラミック基板２との間に一定間隔を置くように、上記焼成セッター１と上記焼成加圧板３との間に上記セラミック支柱４を配置させる段階（Ｓ４）と、上記焼成加圧板３をセラミック支柱４の上部に位置させる段階（Ｓ５）と、を含むセラミック基板焼成方法が提供される。
【００４７】
本発明の他の実施形態によるセラミック基板焼成方法は、まず焼成セッター１、セラミック基板２と焼成加圧板３とを設ける（Ｓ１）。
【００４８】
セラミック基板２は面積が広くて厚い大型低温同時焼成用セラミック基板であり、焼成セッター１と焼成加圧板３は同一の材質であってもよく、加圧によるセラミック基板２の平坦化効果を高めるために、上記焼成セッター１より密度が高い材質であってもよい。
【００４９】
次に、セラミック基板２より焼成時の厚さ収縮率が大きいセラミック支柱４を設ける（Ｓ２）。
【００５０】
セラミック基板２とセラミック支柱４は同一の材質であってもよく、厚さ収縮率をより大きくするために、セラミック支柱４が上記セラミック基板２より融点が低い材質であってもよい。
【００５１】
また、セラミック支柱４は未焼結焼成支柱であり、焼成前のか焼工程でセラミック基板２から脱バインダ通路を確保するために、セラミック基板２より厚さが厚く（Ｚ軸方向高さがより高く）準備される。
【００５２】
次に、上記焼成セッター１の上部に上記セラミック基板２を位置させる（Ｓ３）。
【００５３】
上記焼成セッター１の上部に上記セラミック基板２を位置させる段階は、通常のセラミック基板の焼成工程と同一である。
【００５４】
次に、上記焼成加圧板３と上記セラミック基板２との間に一定間隔を置くように、上記焼成セッター１と上記焼成加圧板３との間に上記セラミック支柱４を配置させ（Ｓ４）、上記焼成加圧板３をセラミック支柱４の上部に位置させる（Ｓ５）。
【００５５】
これにより、焼成セッター１の上部に位置するセラミック基板２は、その周りに位置するセラミック支柱４によって焼成加圧板３が支持されるため、焼成加圧板３と一定間隔で離隔される。
【００５６】
上述した配置状態で、か焼工程と焼成工程が進行される（Ｓ６）。
【００５７】
か焼工程の間には、セラミック基板２より厚さが厚いセラミック支柱４が焼成加圧板３を支持しており、セラミック基板２とセラミック支柱４は両方ともか焼完了区間である５００℃以前では収縮挙動を示さないため、セラミック基板２の脱バインダ通路を十分に確保するようになる。
【００５８】
上記か焼工程が完了した後、７００℃付近でセラミック基板２とセラミック支柱４の焼結収縮挙動が始まる。
【００５９】
セラミック支柱４の収縮率がセラミック基板２の収縮率より大きいため、焼結収縮時のセラミック支柱４の厚さ減少量はセラミック基板２の厚さ減少量より遥かに大きくなる。
【００６０】
従って、上記か焼工程中に離隔されていたセラミック基板２と焼成加圧板３は、上記焼成加圧板３を支持していたセラミック支柱４の厚さがセラミック基板２の厚さより遥かに大きく減少することにより、セラミック基板２の厚さと同一であるかまたはより低くなるため、互いに接触するようになる。
【００６１】
上述のように焼成加圧板３がセラミック基板２を加圧しながら焼成が進行されるため、セラミック基板が反りを生じることなく焼成される。
【００６２】
以下、比較例及び実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれによって制限されない。
【００６３】
下記表１は本発明の適用結果を比較するための実験の組み合わせ及びその結果を示している。
【００６４】
実験１では横×縦×厚さが２５０ｍｍ×２５０ｍｍ×２ｍｍであるセラミック基板を使用し、実験２では横×縦×厚さが２５０ｍｍ×２５０ｍｍ×１０ｍｍであるセラミック基板を使用した。
【００６５】
比較例１は基板平坦化のための焼成加圧板を使用しない場合であり、比較例２は焼成加圧板は使用してセラミック支柱を使用せず、焼成前から焼成加圧板がセラミック基板の上部を加圧するようにした場合である。
【００６６】
実施例１は焼成加圧板を使用し、本発明のグリーンセラミック支柱を使用した場合である。
【００６７】
実施例１において、実験１の焼成後のセラミック基板厚さは１．７ｍｍ、実験２の焼成後のセラミック基板厚さは８．４３ｍｍであった。
【００６８】
【表１】
2012096980.tif 000003
【００６９】
実験１における比較例１の結果を参照すると、セラミック基板の上部に焼成加圧板を使用しないため、基板の残炭量は少なかったが、基板反りの程度が激しく、大型基板の品質が低下した。
【００７０】
実験１における比較例２は、セラミック基板の焼成前から焼成加圧板が上部を加圧したため、焼成後の基板反りの程度は低かったが、脱バインダ通路が不十分であったため残炭量が多かった。
【００７１】
これに対し、実験１における実施例１は、セラミック支柱がか焼完了後まで焼成加圧板をセラミック基板から離隔させて脱バインダ通路を提供することにより、最終セラミック基板の残炭量は少なかった。
【００７２】
また、焼結収縮区間では、セラミック支柱の厚さ収縮により焼成加圧板がセラミック基板を加圧するため、最終セラミックの基板反りの程度も低く、基板残炭量と基板反りの程度が両方とも改善された結果を示した。
【００７３】
実験２でもグリーンセラミック支柱の使用によって同一の効果が得られた。
【００７４】
特に、基板の厚さがより厚いほどセラミック支柱の厚さも厚くなり、セラミック支柱とセラミック基板の間隔が大きくなることができるため、脱バインダ通路がより容易に確保され、これによる残炭量の減少効果も増加した。
【００７５】
従って、本発明のセラミック支柱による脱バインダ通路の確保及び基板平坦化の効果はセラミック基板が厚いほどより効果的である。
【００７６】
図５ａから図５ｃは本発明の一実施形態によるセラミック基板焼成用装置の配置図である。
【００７７】
セラミック支柱４の横×縦×厚さ及びその配置方法は、焼成セッター１とセラミック基板２のサイズに応じて自由に変更することができ、例えば、図５ａから図５ｃに示すように変更できる。
【００７８】
図５ａに図示されたように、セラミック支柱４は焼成セッター１の各辺に沿って夫々位置してもよく、図５ｂに図示されたように、焼成セッター１の各角部に夫々位置してもよい。
【００７９】
また、図５ｃに図示されたように、セラミック支柱４は焼成セッター１の対向する辺に夫々位置してもよく、二つ以上のセラミック基板２の間に夫々一つがさらに位置してもよい。
【００８０】
本発明は上述の実施形態及び添付の図面により限定されず、添付の請求範囲により限定される。従って、請求範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内で様々な形態の置換、変形及び変更が可能であり、これもまた本発明の範囲に属するといえる。
【符号の説明】
【００８１】
１  焼成セッター
２  セラミック基板
３  焼成加圧板
４  セラミック支柱
１０  セラミック基板焼成用装置
【図１】
2012096980.tif 000004
【図２ａ】
2012096980.tif 000005
【図２ｂ】
2012096980.tif 000006
【図３】
2012096980.tif 000007
【図４】
2012096980.tif 000008
【図５ａ】
2012096980.tif 000009
【図５ｂ】
2012096980.tif 000010
【図５ｃ】
2012096980.tif 000011