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세라믹

기초 이론

세라믹 패키지(Ceramic PKG)

알루미나 또는 지르코니아 같은 무기물을 고온 소성시켜 만든
물질로 센서, 고주파, 고출력 LED, 의료용, 국방용 전자 부품
등을 조립하는데 Case(케이스)로 사용되며, 장점으로는
내마모성 내열성, 전파 차폐성, 내 부식성 등이 있어 고 신뢰성
전자 부품에 사용된다.

세라믹 패키지 특징 및 장점

1. 일반적으로 높은 성능과 높은 신뢰성을 요구하는 애플리케이션에 사용.

2. 높은 경도와 탄성계수, 내 식성, 내 마모성, 상대적으로 낮은 열팽창 계수를 가짐.

3. 고주파 특성이 좋고 열에 강하며 각종 온도특성을 비교적 쉽게 구현.

4. 극성이 없으므로 기판장착에 유리.

5. 이동통신기기, 디지털 가전 등 세트제품의 디지털화, 고주파화 및 소형화에 따라 사용 확대

세라믹 물성 (Ceramic Material)

세라믹 물성
	Alumina		ALN	Polyimide (REF.)	Si (REF.)	GaAs (REF.)
	MDTB-900	MDTW-900	ALN	Polyimide (REF.)	Si (REF.)	GaAs (REF.)
T.C.E. [10^-6/K]	6.7 R.T. ^-400C	6.8 R.T. ^-400C	4.4 R.T. ^-400C	20-70 R.T. ^-300C	3.6 R.T. ^-400C	6.0 R.T. ^-400C
Thermal Conductivity [W/mk, R.T.]	17	17	170	0.2	125	54
Yung’s Modulus [GPa]	280	280	350	3	-	-
Bending Strength[MPa]	350	350	350	-	100	-
∂-Particle Count [Count/cm²-h]	0.1	0.1	0.1	-	-	-
Dielectric 1MHz R.T. Constant 10GHz R.T.	9.4 8.8	9.8 9.0	8.9 8.5	3.2 -	12.0 -	13.1 -
Dielectric 1MHz R.T. Loss 10GHz R.T.	5×10^-4 1×10^-3	4×10^-4 1×10^-3	3×10^-4 3×10^-3	6×10^-3 -	- -	- -
Volume Resistivity [Ωm]	10¹²	10¹²	10¹²	10¹²	10⁸	10^{-8 -} 10^-6
Breakdown Voltage [KV/mm]	15	15	15	300	-	-

적용분야

적용분야 (HTCC 응용제품 예)

적용분야 (HTCC 응용제품 예)
산업	용도	응용제품
	Package 용	Crystal/Oscillator/SAW packages, Ceramic/Metal package, Hybrid packages, Optical Package, Power dissipation package, Sensor packages, LED packages, Monolithic microwave hybrid technology
IT 전자	HTCC 대응	Amp housing, Custom pin grid array(PGA), High Frequency Feedthroughs, Leadless chip carriers(CLCC), Multichip module(MCM), Pad array carriers(BGA), Quad Flat packs(QFP), Quad No lead(QFN)
	Optoelectronics	CMOS, CCD, CLCC, Infrared, ultraviolet image sensor
	저항용	고데기(curling), 인두기(soldering iron), PTC, Bidet, Plasma reactor
자동차	전장	Power electronics PCB, LED lamp, Honeycomb, PTC heater, 이온발생기, Glow Plug, 등
반도체	설비용	Probe Card, ESC, Susceptor, Boat, Tube, Chuck 등
바이오	인체용	생체재료, 인공공재, 덴탈 부품

현재 및 향후 연구개발 방향

현재는 주로 HTCC(High Temperature Co-fired Ceramic) Al2O3(Alumina) 등을 주성분으로 내부 전극을 W 또는 Mo,
Mn계와 같은 고융점 금속을 내층 배선 및 층간 통전용(via)으로 사용하여 수소나 질소 또는 혼합형으로 환원분위기에서
약 1,500℃ 이상으로 소성해서 제조하여 요구하는 기계적, 전기적 특성을 갖는 전자부품, 센서 등의 절연형 세라믹 패키지
연구개발이다.

최근 들어 반도체, 이동통신과 LED 등의 시장이 크게 팽창함에 따라 LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic) 로는
구현할 수 없는 차별화된 적용분야인 고온성질, 내 화학성, 높은 열전도도, 기계적 강도 등이 요구되는 분야에서 HTCC의 용도가
확대되고 있는 추세이고 또한, 세라믹 전자부품의 소형화, 저가격화, 다기능화를 실현해 내는 수단으로 기판이나 3D 부품형태
등 여러 분야에서 LTCC 기술과 함께 상호 보완적으로 활용되고 있다.

따라서 향후 연구개발 방향은 고신뢰성 전자부품용 HTCC 세라믹 패키지 개발과 또 다른 응용분야인 국방용 전자, 적외선 센서,
우주항공 분야, 통신용 광전 하우징(optoelectronics housing), 의료용 multichip기기 등 고부가가치 산업의 패키지 개발을
연구 중에 있다. 이를 위해서 세라믹 기초 물성, 미세 적층 기술, 재료의 열 특성, 이종 material 접합기술, 도금 기술 등 기초
연구 분야가 수반되어야 한다.

제조공정

세라믹 패키지 제조 공정

혼합&밀링

슬러리 제조 공정

세라믹 파우더, 고분자 결합제, 분산제, 용매의 고른 혼합

성형성 확보를 위해 잘 분산된 슬러리 제조

슬러리 제조 순서

혼합공정 : 혼합장치를 이용하여 물리/화학적으로 균일한
슬러리 제조

분산공정 : 분산설비로 슬러리 내부 입자들의 반발력을 부여하여
잘 분산된 슬러리 제조

Tape Casting

성형 공정

성형 PET FILM 위에 균일한 세라믹 시트를 도포하는 공정

균일한 세라믹 세트 제조 필요조건

성형체의 정밀 제어 기술

최적의 성형속도

일정한 건조 조건

일정한 슬러리 공급 속도

Clean Room Processing

인쇄

세라믹 Sheet 위에 내부전극을 입히는 과정

내부 전극 패턴은 W-paste를 세라믹 Sheet 위에 도포

적층

인쇄된 개별 Sheet들을 정렬해서 반복적으로 쌓는 공정

절단

적층 된 Sheet를 Bar 상태에서 Blade를 이용하여 정해진
size로 절단하는 공정

소성 (Sintering)

공정

원하는 전기적, 기계적 특성을 갖는 세라믹 패키지로
만들기 위해 열처리 하는 공정

성형체는 1600℃ 이상의 고온에서 소결되며 온도와
시간의 Profile은 주의 깊게 관리되어야 함

단계

1단계 : 구형화 작업에서 사용된 유기물의 분해

2단계 : 입자들 사이의 빈 공간 즉 기공의 제거

3단계 : 치밀화와 입자 성장

브레이징(금속접합)

세라믹을 메탈라이즈한 다음에 용가재와 열(450°C 이상)을 가하여 금속(Kovar, 메탈 합금)과 접합하는 기술.

도금

공정

전기/화학적 반응을 통해 Ni-Au층을 형성하기 위한
공정 (전해도금, 무전해 도금)
- Ni도금 : 외부전극 보호 및 접합
- Au도금 : 솔더와의 접합

목표

SMT 공정에서 납땜 접합성 향상

전극의 부식 방지

Batch & Milling

De-airing

Tape Casting

Tape Casting

Via Hole Punching

Patten Printing

Patten Printing

Cutting

Co-firing

Plating

Inspection

Packing

연구개발

세라믹

세라믹 패키지(Ceramic PKG)

세라믹 패키지 특징 및 장점

세라믹 물성 (Ceramic Material)

적용분야 (HTCC 응용제품 예)

관련사진

현재 및 향후 연구개발 방향

세라믹 패키지 제조 공정

혼합&밀링

Tape Casting

Clean Room Processing

소성 (Sintering)

브레이징(금속접합)

도금