CN109417854A - 陶瓷基板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一实施例提供在接合到陶瓷基材的金属层的外周形成倾斜突出部以增加接合强度的陶瓷基板及其制造方法。针对倾斜突出部，也可根据接合到陶瓷基材的金属层与相邻的其他金属层之间的间隔而在金属层的外周形成锥形突出部及多级突出部，并且可以在金属层的外周中如短边、顶点、角部的压力集中的外周形成与陶瓷基材具有设定角度范围以内的倾斜度的多级突出部，在剩余外周形成锥形突出部。该陶瓷基板及其制造方法具有如下的效果：与现有的微凹型陶瓷AMB基板相比能够增加金属层的面积并提高导电率、热电阻等电气特性的同时，维持与现有的微凹型陶瓷AMB基板同等或相对高的水平的耐龟裂型、耐分离性及接合强度，因此能够延长使用寿命的同时确保可靠性，并且也可以应用到微细图案中。

Description

陶瓷基板及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种陶瓷基板及其制造方法，更详细而言，涉及一种在急剧的温度变化下也牢固地维持陶瓷基材与金属膜之间的结合状态的陶瓷基板及其制造方法。
[相关申请的交叉引用]
本申请要求于2016年6月21日提交的韩国专利申请10-2016-0077297号、于2016年8月30日提交的韩国专利申请第10-2016-0111098号及于2016年10月15日提交的韩国专利申请第10-2016-0128623号的优先权的权益，这些韩国专利申请的全部内容作为本说明书的一部分来包含。
背景技术
陶瓷基板通过在陶瓷基材上一体附着如铜箔等的金属箔而构成。陶瓷基板通过AMB(Active Metal Brazing，活性金属钎焊)、DBC(Direct Bond Copper，直接覆铜)等制造工艺而生成，也可以根据制造工艺上的差异被划分为陶瓷AMB基板、陶瓷DBC基板等。
陶瓷AMB基板通过如下的AMB方式来制造：该AMB方式不会对陶瓷基材的表面执行金属化(或金属布线化)，而是对陶瓷基材的表面直接进行金属钎焊(Brazing)。
陶瓷AMB基板由于具有较高的散热特性及可靠性，因此被运用到如汽车、风力涡轮机、高压DC传送等的应用中。
现有的陶瓷AMB基板(以下，称为典型陶瓷AMB基板)通过如下的方式来制造：即，通过在陶瓷基材的表面上进行铜等金属的钎焊而形成金属层，并且在金属层的表面上配置掩模(例如，干膜(Dry Film))之后利用蚀刻液对金属层周围的规定部分进行蚀刻(Etching)。
此时，由于典型陶瓷AMB基板被形成为随着金属层的角部朝向下表面而朝向内侧方向倾斜的形态，因此具有在发生快速温度变化的情况下金属层内发生龟裂或者金属层从陶瓷基材分离的问题。
作为一例，如果执行用于检查陶瓷AMB基板特性的热冲击试验(试验条件：陶瓷基板的材质为氧化铝、ZTA(HPS)或AlN，1周期为约30分钟左右，在每一周期下温度从-50℃变化至150℃)，则在约100个周期左右发生内部龟裂及层分离。
由于陶瓷AMB基板主要作为电力相关基板来使用，因此要求长期使用寿命，为了推迟内部龟裂及层分离的发生，正在研究将具有高强度的Si3N4、SiC应用到陶瓷基板。
但是，存在虽然Si3N4、SiC具有高强度但因价格高而增加产品单价并降低产品竞争力的问题。
由此，开发了使用现有的陶瓷材质的同时沿金属层的角部形成多个微凹(Dimple或孔)的微凹型陶瓷AMB基板。
微凹型陶瓷AMB基板通过如下的方式来制造：即，通过在陶瓷基材的表面上进行铜等金属钎焊而形成金属层，并且在金属层的表面上配置形成有多个微凹的掩模之后利用蚀刻液对金属层周围的规定部分和孔部分进行蚀刻。
由此，微凹型陶瓷AMB基板能够通过沿金属层的周围形成多个微凹而在快速温度变化下也防止发生金属层的龟裂及层分离。
但是，微凹型陶瓷AMB基板具有随着形成多个微凹而减少金属层的面积并降低导电率、热电阻等电气特性的问题。即，陶瓷AMB基板的电气特性与金属层的面积成比例，微凹型陶瓷AMB基板随着在金属层上形成多个微凹而减小金属层的面积并减小电气特性。
此外，在为了防止微凹型陶瓷AMB基板的电气特性降低而只在金属层的一部分形成微凹的情况下，具有在未形成微凹的区域发生因快速温度变化产生的金属层内的龟裂或者金属层从陶瓷基材分离的问题。
此外，微凹型陶瓷AMB基板具有如下的问题：即，因微凹的面积占有率提高而电阻增加，并且因强度及陶瓷基材与金属层的接合强度降低，无法满足应用所要求的电气特性。
此外，微凹型陶瓷AMB基板由于微凹的面积占有率较高，因此具有无法应用到微细图案中的问题。
发明内容
技术问题
本发明是为了解决上述现有问题而提出的，其目的是提供一种通过在接合到陶瓷基材的金属层的外周形成倾斜突出部而增加接合强度的陶瓷基板及其制造方法。
此外，本发明的其他目的是通过按接合到陶瓷基材的金属层与相邻的其他金属层之间的间隔在金属层的外周形成锥形突出部及多级突出部而增加接合强度的陶瓷基板及其制造方法。
并且，本发明的又一目的是通过在接合到陶瓷基材的金属层的外周中的如短边、顶点、角部等的压力(stress)集中的外周形成与陶瓷基材具有设定角度范围以内的倾斜度的倾斜突出部而增加陶瓷基材与金属层之间的接合强度的陶瓷基板及其制造方法。
技术方案
为了实现上述目的，本发明的一实施例所涉及的陶瓷基板包括陶瓷基材和接合到陶瓷基材的至少一面上的金属层，在金属层的外周形成有倾斜突出部。
此时，由于金属层通过钎焊接合到陶瓷基材的一面上，或者进一步包括介于陶瓷基材与金属层之间且接合陶瓷基材及金属层的接合层，因此金属层能够接合到陶瓷基材。
倾斜突出部可以与金属层的外周连接，并且比与陶瓷基板正交的虚拟线更向陶瓷基材的外周方向突出。此时，倾斜突出部随着朝向陶瓷基材的方向而突出长度增加，并且可形成为朝向陶瓷基材的方向凹陷的形状。
倾斜突出部可被形成为朝向陶瓷基板的外周方向突出的长度比金属层的厚度短。
在倾斜突出部可形成有多个凹陷部，在凹陷部与其他凹陷部相接的部分形成有突出部。
为了实现上述目的，本发明的另一实施例所涉及的陶瓷基板可包括：陶瓷基材；以及金属层，接合到陶瓷基材的至少一面上，并且在该金属层的外周形成有由锥形突出部和多级突出部构成的倾斜突出部。形成有锥形突出部的金属层的外周与其他金属层之间的间隔可以比形成有多级突出部的金属层的外周与其他金属层之间的间隔窄。
此时，在金属层与其他金属层之间的间隔大于最大设定间隔的情况下，在金属层的与其他金属层相邻的外周可形成有多级突出部，在金属层与其他金属层之间的间隔小于最小设定间隔的情况下，在金属层的与其他金属层相邻的外周可形成有锥形突出部。
在金属层与其他金属层之间的间隔为最小设定间隔以上且最大设定间隔以下的情况下，在金属层的与其他金属层相邻的外周可形成有锥形突出部或多级突出部，在其他金属层上形成有锥形突出部的情况下，在金属层的与其他金属层相邻的外周可形成有多级突出部，在其他金属层上形成有多级突出部的情况下，在金属层的与其他金属层相邻的外周可形成有锥形突出部。
为了实现上述目的，本发明的又一实施例所涉及的陶瓷基板可包括：陶瓷基材；以及金属层，接合到陶瓷基材的至少一面上，并且形成有包括多级突出部的倾斜突出部，该多级突出部被形成在该金属层的外周中的压力集中的一部分区域。
多级突出部可形成在金属层的短边、角部及顶点中的至少一者上。此时，多级突出部可以与陶瓷基材具有27°以上且33°以下的倾斜度，倾斜度为通过连接多级突出部与陶瓷基材相接的点及形成于凹陷部之间的突出部的顶点而成的线和陶瓷基材的表面之间的角度。
另外，倾斜突出部可进一步包括形成于金属层的其他外周的锥形突出部。此时，锥形突出部可以与陶瓷基材具有27°以上且33°以下的倾斜度，倾斜度为通过连接锥形突出与金属层及陶瓷基材相接的两个点而成的线和陶瓷基材的表面之间的角度。此时，倾斜突出部也可以具有曲线形态的倾斜。
为了实现上述目的，本发明的实施例所涉及的陶瓷基板的制造方法包括以下步骤：准备陶瓷基材；在陶瓷基材的至少一面上形成金属层；在金属层的一面上形成掩模；以及通过对由掩模露出的金属层的一部分进行蚀刻而形成倾斜突出部。
形成倾斜突出部步骤可包括如下步骤：形成与金属层的外周连接且比与陶瓷基板正交的虚拟线更向陶瓷基材的外周方向突出的倾斜突出部。
在形成掩模步骤中使用彼此隔开的多个掩模，在形成倾斜突出部步骤中作为倾斜突出部形成具备锥形突出部及多级突出部的倾斜突出部，形成有锥形突出部的金属层的外周与其他金属层之间的间隔比形成有多级突出部的金属层的外周与其他金属层之间的间隔窄。
此时，形成倾斜突出部步骤可包括如下步骤：在金属层的外周中的压力集中的一部分区域形成多级突出部，形成多级突出部步骤包括如下步骤：在金属层的短边、角部及顶点中的至少一个上形成设置有多个凹陷部的多级突出部，形成多级突出部步骤包括如下步骤：形成与陶瓷基材具有27°以上且33°以下的倾斜度的多级突出部，倾斜度为通过连接多级突出部与陶瓷基材相接的点与形成于凹陷部之间的突出部的顶点而成的线和陶瓷基材的表面之间的角度。
有益效果
根据本发明，陶瓷基板及其制造方法具有如下的效果：即，与现有的微凹型陶瓷AMB基板相比能够增加金属层的面积并提高导电率、热电阻等电气特性的同时，实现与现有的微凹型陶瓷AMB基板同等水平的耐龟裂型及耐分离性。
此外，陶瓷基板及其制造方法具有如下的效果：即，由于与现有的微凹型陶瓷AMB基板相比其面积相对宽，因此能够在形成同等的电气特性的情况下实现相对高的耐龟裂性及耐分离性。
此外，陶瓷基板及其制造方法具有如下的效果：即，由于与现有的微凹型陶瓷AMB基板相比其面积相对宽，因此能够维持较强的强度及接合强度，并且还能够应用到微细图案中。
此外，陶瓷基板及其制造方法具有如下的效果：即，与现有的陶瓷AMB基板相比能够延长使用寿命的同时确保可靠性。
此外，陶瓷基板及其制造方法具有如下的效果：即，由于在形成倾斜突出部时调节掩模(即，干膜)的蚀刻形态，因此无需执行2～3次的附加蚀刻操作，能够削减后工序费用。
此外，陶瓷基板及其制造方法具有如下的效果：即，能够通过对金属层形成倾斜突出部以向金属层的外周(Edge)分散能量，从而提高AMB IGBT(insulated gate bipolarmode transistor，绝缘栅双极型晶体管)基板的长期可靠性。
附图说明
图1是用于说明本发明的一实施例所涉及的陶瓷基板的图。
图2至图10是用于说明图1的金属层的图。
图11及图12是用于说明本发明的第一实施例所涉及的陶瓷基板制造方法的图。
图13及图14是用于说明本发明的第二实施例所涉及的陶瓷基板制造方法的图。
图15及图16是用于说明本发明的第三实施例所涉及的陶瓷基板制造方法的图。
图17及图18是用于说明本发明的第四实施例所涉及的陶瓷基板制造方法的图。
图19及图20是用于说明图13、图15及图17的掩模形成步骤的图。
图21至图25是用于比较说明现有的微凹型陶瓷AMB基板与本发明的实施例所涉及的陶瓷基板的图。
具体实施方式
本发明的实施例所涉及的陶瓷基板包括陶瓷基材及接合到陶瓷基材的至少一面上的金属层，在金属层的外周形成有倾斜突出部。
实施例
下面，为了以本发明所属技术领域的技术人员能够容易实施本发明的技术思想的程度进行详细说明，参照附图对本发明的最优选实施例进行说明。首先，在对各图的结构要素添加附图标记时，应注意即便相同的结构要素表示在其他图上也尽可能使其具有相同的附图标记。此外，在本发明的说明中，对于认为是对相关公知结构或功能的具体说明可能会导致本发明要点不清楚的部分，省略了详细说明。
参照图1，本发明的实施例所涉及的陶瓷基板100包括陶瓷基材120及金属层140。
陶瓷基材120由ZTA(Zirconia Toughened Alumina，氧化锆增韧氧化铝)、氮化铝(AlN)、氧化铝(Al2O3)及氮化硅(SiN、Si3N4)中的一种陶瓷材质形成。陶瓷基材120也可以由包含ZTA、氮化铝、氧化铝及氮化硅中的一者以上的合成陶瓷材质形成。
例如，陶瓷基材120可形成为ZTA具有约9％或15％左右的组分比且氮化铝、氧化铝及氮化硅中的至少一者具有剩余组分比(约91％、85％左右)。
除此之外，陶瓷基材120也可以变形实施为能够在电力模块等中使用的陶瓷材料。
陶瓷基材120可形成为根据组分比具有约0.32mm至0.635mm左右的厚度。此时，为了强化陶瓷基材120与金属层140之间的接合力，也可以通过化学品或物理研磨而在陶瓷基材120的表面上形成微细突起部。
金属层140由金属薄膜构成。此时，金属层140可由铜箔形成。金属层140可由包含铜(Cu)粉末、银(Ag)粉末、铝(Al)粉末、镍(Ni)粉末、锡(Sn)粉末及铟(In)粉末中的任一者的金属薄膜或混合金属薄膜形成。金属层140也可以由如TiCu、NiTi、TiCu、NiNb、CuMo、TiAg等的混合金属薄膜形成。
金属层140被接合到陶瓷基材120的至少一面上。即，金属层140通过钎焊工序直接接合到陶瓷基材120的一面上。此时，金属层140也可以通过介于金属层140与陶瓷基板120之间的接合层接合到陶瓷基材120。
金属层140形成为具有比陶瓷基材120更窄的面积，并且以金属层140的外周与陶瓷基材120的外周隔开规定间隔的方式接合到陶瓷基材120的一面内侧。
在金属层140的外周可形成有倾斜突出部142、144。倾斜突出部142、144可包含锥形(Taper)突出部142及多级突出部144。因此，在金属层140的外周可连接形成有锥形(Taper)突出部142及多级突出部144中的至少一者。
如图2所示，在金属层140的外周形成有随着朝向下部而向陶瓷基材120的外周方向具有倾斜的倾斜突出部，更详细而言形成有锥形突出部142。
锥形突出部142形成为与金属层140的外周上部连接，并且比与陶瓷基材120正交的虚拟线A更向陶瓷基材120的外周方向突出。锥形突出部142可被形成为具有曲线形态的倾斜的形状且向陶瓷基材120的方向凹陷的形状。
此时，锥形突出部142可被形成为随着朝向陶瓷基材120的外周方向而突出长度增加，并且总体突出长度D2比金属层140的厚度D1短。更详细而言，锥形突出部142的突出长度具有金属层140的厚度D1的约1/2以下的长度D2。在此，优选锥形突出部142具有金属层140的厚度D1的约1/2以下的长度D2。
由于锥形突出部142与多级突出部144相比相对窄而接合强度较弱并向外周方向突出的面积较窄，因此即使在金属层140之间的间隔窄的情况下也能够维持接合强度。
如图3至图4所示，在金属层140上也可以形成有具有多个凹陷部146的倾斜突出部，更详细而言也可以形成有多级突出部144。多级突出部144通过形成多个凹陷部146而形成为具有多级的形状。多级突出部144被形成为与金属层140的外周上部连接，并且比与陶瓷基材120正交的虚拟线A更向陶瓷基材120的外周方向突出。
如图3所示，在金属层140上可形成有通过形成两个凹陷部146而构成为两级的多级突出部144。当然，如图4所示，在金属层140上也可以形成有通过形成三个凹陷部146而构成为三级的多级突出部144，并且也可以形成具有与附图例示的情况相比更多的凹陷部146的多级突出部144。此时，多级突出部144在凹陷部146与凹陷部146相接的部分可形成有尖锐形状的突出部。
此时，由于多级突出部144和陶瓷基材120接合的面积与锥形突出部142相比相对宽，因此能够维持较强的接合强度，并且向外周方向突出的面积较宽，因此在金属层140之间的间隔窄的情况下难以应用多级突出部144。
除此之外，如图5至图7所示，也可以根据金属层140与相邻的其他金属层140之间的间隔，在金属层140的与其他金属层140相邻的外周形成有彼此不同的形状的突出部(即，锥形突出部142、多级突出部144)。
参照图5，在金属层140a与其他金属层140b之间的间隔D大于最大设定间隔的情况下，在金属层140a和其他金属层140b的彼此相邻的外周可分别形成有多级突出部144。
参照图6，在金属层140a与其他金属层140b之间的间隔D小于最小设定间隔的情况下，在金属层140a和其他金属层140b的彼此相邻的外周可分别形成有锥形突出部142。
参照图7，在金属层140a与其他金属层140b之间的间隔D为最小设定间隔以上且最大设定间隔以下的情况下，在金属层140a与其他金属层140b的相邻的外周形成有锥形突出部142或多级突出部144。当金属层140a与其他金属层140b之间的间隔为最小设定间隔以上且最大设定间隔以下，且在其他金属层140b上形成有锥形突出部142时，在金属层140a上可形成有多级突出部144，当在其他金属层140b上形成有多级突出部144时，在金属层140a上可形成有锥形突出部142。
金属层140随着外周的厚度增加而与陶瓷基材120之间的接合压力增加。如果接合压力增加则在快速温度变化下金属层140有可能从陶瓷基材120分离。因此，为了防止金属层140从陶瓷基材120分离，需要维持接合强度的同时使接合压力最小化，因此如图8所示，通过在金属层140的外周中的压力集中的一部分区域形成与陶瓷基材120具有设定角度范围以内的倾斜度的多级突出部144，从而使厚度最小化。多级突出部144可形成在金属层140的短边、角部及顶点中的至少一者上。
在此，作为一例，倾斜度为通过连接多级突出部144与金属层140及陶瓷基材120相接的两个点而成的线和陶瓷基材120的表面之间的角度，更详细而言可以是通过连接多级突出部144与陶瓷基材120相接的点和形成于凹陷部146之间的突出部的顶点而成的线和陶瓷基材120的表面之间的角度。
此时，参照图9，为了使接合压力最小化，多级突出部144形成为与陶瓷基材120具有约33°以下的倾斜度(θ)。在此，如果倾斜度过低则因接合强度降低而多级突出部144有可能会从陶瓷基材120分离，因此为了使接合压力最小化，优选多级突出部144被形成为与陶瓷基材120具有约27°以上且33°以下的倾斜度(θ)。
另外，参照图9及图10，在金属层140的接合压力集中的外周的一部分区域148可形成有一个以上倾斜突出部。
即，由于接合压力集中在金属层140的如短边、顶点、角部等那样的一部分区域148，因此在金属层140的外周中的与短边、顶点、角部等相应的一部分可形成有厚度相对薄的多级突出部144，在其他剩余外周的一部分可进一步形成有锥形突出部142。
此时，锥形突出部142及多级突出部144可被形成为与陶瓷基材120具有设定角度范围(例如，大约27°以上且33°以下)以内的倾斜度。
在此，倾斜度可以是通过连接锥形突出部142与金属层140及陶瓷基材120相接的两个点而成的线和陶瓷基材120的表面之间的角度，或者可以是通过连接多级突出部144与陶瓷基材120相接的点和形成于凹陷部146之间的突出部的顶点而成的线和陶瓷基材120的表面之间的角度。
参照图11及图12，本发明的第一实施例所涉及的陶瓷基板制造方法包括：准备陶瓷基材120的步骤S110、形成金属层140的步骤S130、形成掩模160的步骤S150、形成倾斜突出部142的步骤S170及去除掩模160的步骤S190。
准备陶瓷基材120的步骤S110准备由ZTA、氮化铝、氧化铝及氮化硅中的一种陶瓷材质形成的陶瓷基材120。此时，准备陶瓷基材120的步骤S110也可以由包含ZTA、氮化铝、氧化铝及氮化硅中的一种以上的合成陶瓷材质形成。
例如，准备陶瓷基材120的步骤S110准备ZTA具有约9％或15％左右的组分比且氮化铝、氧化铝及氮化硅中的至少一者具有剩余组分比(约91％、85％左右)的陶瓷基材120。
准备陶瓷基材120的步骤S110准备根据组分比具有约0.32mm至0.635mm左右的厚度的陶瓷基材120。
此时，准备陶瓷基材120的步骤S110也可以为了强化陶瓷基材120与金属层140之间的接合力而在陶瓷基材120的表面上形成微细突起部。即，准备陶瓷基材120的步骤S110通过利用试剂的化学处理或利用研磨、喷砂等的物理处理以使陶瓷基材120的表面粗糙化而形成微细突起部。除此之外，也可以变形实施为使陶瓷基材120的表面粗糙化的任何例。
在形成金属层140的步骤S130中，在陶瓷基材120的至少一面上形成金属层140。此时，形成金属层140的步骤S130通过将金属薄膜接合到陶瓷基材120的至少一面而形成金属层140。形成金属层140的步骤S130以完全覆盖陶瓷基材120的至少一面的方式形成金属层140。
形成金属层140的步骤S130可通过钎焊工序在陶瓷基材120的一面上接合金属薄膜例如铜箔而形成金属层140，或者可通过使接合层介于陶瓷基材120与金属薄膜之间而形成金属层140。
形成金属层140的步骤S130可通过将包含铜(Cu)粉末、银(Ag)粉末、铝(Al)粉末、镍(Ni)粉末、锡(Sn)粉末及铟(In)粉末中的任一者的金属薄膜或混合金属薄膜接合到陶瓷基材120的一面而形成金属层140。
形成金属层140的步骤S130也可以通过将如TiCu、NiTi、TiCu、NiNb、CuMo、TiAg等的混合金属薄膜接合到陶瓷基材120的一面而形成金属层140。
形成掩模160的步骤S150在金属层140的一面上形成掩模160。此时，在形成掩模160的步骤S150中将具有比陶瓷基材120及金属层140的面积更窄的面积的掩模(160；例如干膜)配置在金属层140的一面上。形成掩模160的步骤S150通过彼此隔开配置金属层140的外周和掩模160的外周而使掩模160配置在金属层140的一面内侧。形成掩模160的步骤S150通过对配置的掩模160进行曝光并使之硬化而在金属层140的一面上形成掩模160。
形成倾斜突出部142的步骤S170通过对金属层140进行蚀刻而在外周形成倾斜突出部142。此时，形成倾斜突出部142的步骤S170通过利用蚀刻液(例如，氯化铁(FeCl3))对经由掩模160露出的金属层140的一部分(即，金属层140的外周部)进行蚀刻而形成随着朝向金属层140的下部而向陶瓷基材120的外周方向倾斜的倾斜突出部142。
形成倾斜突出部142的步骤S170在以与典型陶瓷AMB基板相同的浓度、时间及速度(程度)进行蚀刻的情况下被形成为金属层140的外周部向内侧倾斜的形态。
因此，优选形成倾斜突出部142的步骤S170利用浓度比制造典型陶瓷AMB基板时使用的蚀刻液更低的蚀刻液对金属层140的外周部进行蚀刻，或者缩短蚀刻时间，或者减慢蚀刻速度(程度)。
由此，假设在制造现有的典型陶瓷AMB基板时将蚀刻加工度设为100％，形成倾斜突出部142的步骤S170以约85％左右的蚀刻加工度形成倾斜突出部142。
当然，形成倾斜突出部142的步骤S170也可以以比制造典型陶瓷AMB基板时的蚀刻速度更慢的蚀刻速度对金属层140的外周部进行蚀刻，或者以比制造典型陶瓷AMB基板时的蚀刻时间更短的蚀刻时间对金属层140的外周部进行蚀刻。
形成倾斜突出部142的步骤S170形成具有曲线形态的倾斜的倾斜突出部142，该倾斜突出部142与金属层140的外周上部连接，并且以与陶瓷基板100正交的虚拟线为基准向陶瓷基材120的外周方向突出。
形成倾斜突出部142的步骤S170以具有金属层140的厚度的约1/2以下的长度的方式形成倾斜突出部142。
去除掩模160的步骤S190在金属层140上形成倾斜突出部142之后利用蚀刻液对配置在金属层140的一面上的掩模160进行蚀刻。由此，在蚀刻掩模160的步骤S190中通过去除掩模160而制作最终状态的陶瓷基板100。
参照图13及图14，本发明的第二实施例所涉及的陶瓷基板制造方法包括准备陶瓷基材120的步骤S210、形成金属层140的步骤S230、形成掩模160的步骤S250、形成倾斜突出部144的步骤S270及去除掩模160的步骤S290。在此，由于准备陶瓷基材120的步骤S210及形成金属层140的步骤S230与第一实施例所涉及的陶瓷基板100的制造方法的准备陶瓷基材120的步骤S110及形成金属层140的步骤S130相同，因此省略详细说明。
形成掩模160的步骤S250在金属层140的一面上形成多个掩模160。即，形成掩模160的步骤S250为了形成具有凹陷部146的倾斜突出部144而将两个以上的掩模160形成在金属层140的一面上。
作为一例，如图19所示，在形成掩模160的步骤S250中将具有比陶瓷基材120及金属层140的面积更窄的面积的第一掩模162及第二掩模164配置在金属层140的一面上。此时，第一掩模162被形成为具有规定面积的薄膜形态，第二掩模164被形成为在内部形成有供第一掩模162插入配置的插入孔并具有规定面积的薄膜形态。
作为另一例，如图20所示，在形成掩模160的步骤S250中将具有比陶瓷基材120及金属层140的面积更窄的面积的第一掩模162、第二掩模164及第三掩模166配置在金属层140的一面上。此时，第一掩模162被形成为具有规定面积的薄膜形态，第二掩模164在内部形成有供第一掩模162插入配置的第一插入孔且被形成为具有规定面积的薄膜形态。第三掩模166在内部形成有供第一掩模162及第二掩模164插入配置的第二插入孔且被形成为具有规定面积的薄膜形态。
此时，形成掩模160的步骤S250通过将配置于最外侧的掩模(160；例如第二掩模164或第三掩模166)配置为与金属层140的外周彼此隔开而使掩模160配置在金属层140的一面内侧。
形成掩模160的步骤S250通过对配置的掩模160进行曝光并使之硬化而在金属层140的一面上形成掩模(160；即第一掩模162、第二掩模164及第三掩模166)。
形成倾斜突出部142的步骤S270通过对金属层140进行蚀刻而在外周形成倾斜突出部144。此时，形成倾斜突出部144的步骤S270通过对经由掩模160露出的金属层140的一部分(即，金属层140的外周部与掩模160之间的隔开空间)进行蚀刻，形成随着朝向金属层140的下部而向陶瓷基材120的外周方向倾斜的倾斜突出部144。此时，形成倾斜突出部144的步骤S270形成具有一个以上的凹陷部146的倾斜突出部144。
作为一例，形成倾斜突出部144的步骤S270在由S250步骤形成第一掩模162及第二掩模164的情况下，利用蚀刻液对与形成于第一掩模162与第二掩模164之间的隔开空间相应的金属层140的一部分进行蚀刻，并且利用蚀刻液对与第二掩模164的两侧相应的金属层140的一部分进行蚀刻，从而在金属层140的外周形成具有两个凹陷部146的倾斜突出部144。
作为另一例，形成倾斜突出部144的步骤S270在由S250步骤形成第一掩模162至第三掩模166的情况下，利用蚀刻液对与形成于第一掩模162与第二掩模164之间的隔开空间及形成于第二掩模164与第三掩模166之间的隔开空间相应的金属层140的一部分进行蚀刻，并且利用蚀刻液对与第二掩模164及第三掩模166的两侧相应的金属层140的一部分进行蚀刻，从而在金属层140的外周形成具有三个凹陷部146的倾斜突出部144。
形成倾斜突出部144的步骤S270形成具有曲线形态的倾斜的倾斜突出部144，该倾斜突出部144与金属层140的外周上部连接且以与陶瓷基板100正交的虚拟线为基准向陶瓷基材120的外周方向突出。形成倾斜突出部144的步骤S270以具有金属层140的厚度的约1/2以下的长度的方式形成倾斜突出部144。
去除掩模160的步骤S290在对金属层140形成倾斜突出部144之后利用蚀刻液对配置于金属层140的一面上的掩模160进行蚀刻。由此，在蚀刻掩模160的步骤S290中去除掩模160并制作最终状态的陶瓷基板100。
参照图15及图16，本发明的第三实施例所涉及的陶瓷基板制造方法包括准备陶瓷基材120的步骤S310、形成金属层140的步骤S330、形成掩模160的步骤S350、形成倾斜突出部142、144的步骤S370及去除掩模160的步骤S390。在此，由于准备陶瓷基材120的步骤S310及形成金属层140的步骤S330与第一实施例所涉及的陶瓷基板100的制造方法的准备陶瓷基材120的步骤S110及形成金属层140的步骤S130相同，因此省略详细说明。
形成掩模160的步骤S350在金属层140的一面上形成多个掩模160。即，形成掩模160的步骤S350根据待形成于陶瓷基材120上的图案形状来配置多个掩模160。此时，通过彼此隔开配置金属层140的外周和掩模160的外周而使多个掩模160配置在金属层140的一面内侧。形成掩模160的步骤S350通过在对配置的多个掩模160进行曝光之后使之硬化而在金属层140的一面上形成多个掩模160。
在形成掩模160的步骤S350中将具有比陶瓷基材120及金属层140的面积更窄的面积的多个掩模(160；例如干膜)配置在金属层140的一面上。多个掩模160为了形成分别独立的金属层140而形成为规定形状，并且相互间隔开规定间隔配置。
此时，形成掩模160的步骤S350根据由掩模160形成的图案之间的间隔而在形成多级突出部144的部分配置与掩模160隔开规定间隔的子掩模162。在此，由于形成多个掩模160的步骤S350中的图19及图20所示的第一掩模162及第二掩模164的配置或第一掩模162、第二掩模164及第三掩模166的配置与上述形成掩模的步骤S250的说明相同，因此省略详细说明。
形成突出部的步骤S370通过对金属层140进行蚀刻而在外周形成锥形突出部142。即，形成突出部的步骤S370通过利用蚀刻液(例如，氯化铁(FeCl3))对由多个掩模160露出的金属层140的一部分进行蚀刻，从而形成随着朝向金属层140的下部而向陶瓷基材120的外周方向倾斜的锥形突出部142。
形成突出部的步骤S370在以与典型陶瓷AMB基板相同的浓度、时间、速度(程度)进行蚀刻的情况下被形成为金属层140的外周部向内侧倾斜的形态。
因此，优选在形成突出部的步骤S370中利用浓度比制造典型陶瓷AMB基板时使用的蚀刻液更低的蚀刻液对金属层140的外周部进行蚀刻，或者缩短蚀刻时间，或者减慢蚀刻速度(程度)。
由此，假设在制造现有的典型陶瓷AMB基板时将蚀刻加工度设为100％，形成突出部的步骤S370以约85％左右的蚀刻加工度形成锥形突出部142。
当然，形成突出部步骤S370也可以以比制造典型陶瓷AMB基板时的蚀刻速度更慢的蚀刻速度对金属层140的外周部进行蚀刻，或者也可以以比制造典型陶瓷AMB基板时的蚀刻时间更短的蚀刻时间对金属层140的外周部进行蚀刻。
形成突出部的步骤S370形成具有曲线形态的倾斜的锥形突出部142，该锥形突出部142与金属层140的外周上部连接且以与陶瓷基板100正交的虚拟线为基准向陶瓷基材120的外周方向突出。
形成突出部的步骤S370以具有金属层140的厚度的约1/2以下的长度的方式形成锥形突出部142。
与此同时，形成突出部的步骤S370形成具有一个以上的凹陷部的多级突出部144。即，形成突出部的步骤S370通过利用蚀刻液对与形成在掩模160与子掩模162之间的隔开空间相应的金属层140的一部分进行蚀刻，并且利用蚀刻液对与子掩模162的两侧相应的金属层140的一部分进行蚀刻，从而在金属层140的外周形成具有两个凹陷部的多级突出部144。
去除掩模160的步骤S390在对金属层140形成锥形突出部142及多级突出部144之后利用蚀刻液对配置于金属层140的一面上的掩模160进行蚀刻。由此，在蚀刻掩模160的步骤S390中去除掩模160并制作最终状态的陶瓷基板100。
参照图17及图18，本发明的第四实施例所涉及的陶瓷基板制造方法包括准备陶瓷基材120的步骤S410、形成金属层140的步骤S430、形成掩模160的步骤S450、形成倾斜突出部142、144的步骤S470及去除掩模160的步骤S490。在此，由于准备陶瓷基材120的步骤S410及形成金属层140的步骤S430与第一实施例所涉及的陶瓷基材100的制造方法的准备陶瓷基材120的步骤S110及形成金属层140的步骤S130相同，因此省略详细说明。
形成掩模160的步骤S450在金属层140的一面上形成掩模160。即，形成掩模160的步骤S450为了形成锥形突出部142而将具有比金属层140的面积更窄的面积的掩模(160；例如干膜)配置在金属层140的一面上。形成掩模160的步骤S450通过彼此隔开配置金属层140的外周和掩模160的外周而使掩模160配置在金属层140的一面内侧。
另外，形成掩模160的步骤S450也可以在金属层140的一面上形成多个掩模160。即，形成掩模160的步骤S450也可以为了形成多级突出部144而将两个以上的掩模160形成在金属层140的一面上。
形成掩模160的步骤S450通过对配置的掩模160进行曝光并使之硬化而在金属层140的一面上形成掩模160。此时，形成掩模160的步骤S450可以在金属层140的外周中的短边、顶点、角部等的一部分形成用于形成厚度相对薄的多级突出部144的掩模160，并且在剩余外周的一部分形成用于形成锥形突出部142的掩模160。在此，由于形成多个掩模160的步骤S450中的图19及图20所示的第一掩模162及第二掩模164的配置或第一掩模162、第二掩模164及第三掩模166的配置与上述形成掩模的步骤S250的说明相同，因此省略详细说明。
形成倾斜突出部142、144的步骤S470通过对金属层140进行蚀刻而在外周形成倾斜突出部142、144。此时，形成倾斜突出部142、144的步骤S470通过利用蚀刻液(例如，氯化铁(FeCl3))对由掩模160露出的金属层140的一部分(即，金属层140的外周部)进行蚀刻，从而形成随着朝向金属层140的下部向陶瓷基材120的外周方向倾斜的倾斜突出部142、144。
形成倾斜突出部142、144的步骤S470在金属层140的外部形成锥形突出部142及多级突出部144中的至少一者。即，形成倾斜突出部142、144的步骤S470形成具有曲线形态的倾斜的锥形突出部142或形成有多个凹陷部146的多级突出部142，该锥形突出部142或多级突出部142与金属层140的外周上部连接且以与陶瓷基板100正交的虚拟线为基准向陶瓷基材120的外周方向突出。
此时，形成倾斜突出部的步骤S470可以在接合压力集中的外周一部分形成多级突出部144，并且在剩余外周形成锥形突出部142。即，由于接合压力集中在金属层140的如短边、顶点、角部等那样的一部分区域148，因此形成倾斜突出部的步骤S470在金属层140的外周中的与短边、顶点、角部等相应的一部分形成厚度相对薄的多级突出部144。形成倾斜突出部的步骤S470在承受相对小的接合压力的剩余外周的一部分(例如，长边)形成锥形突出部142。
形成倾斜突出部的步骤S470在以与典型陶瓷AMB基板相同的浓度、时间、速度(程度)进行蚀刻的情况下被形成为金属层140的外周部向内侧呈圆形形态。
因此，优选形成倾斜突出部的步骤S470利用浓度比制造典型陶瓷AMB基板时使用的蚀刻液更低的蚀刻液对金属层140的外周部进行蚀刻，或者缩短蚀刻时间，或者减慢蚀刻速度(程度)。
由此，假设在制造现有的典型陶瓷AMB基板时将蚀刻加工度设为100％，形成倾斜突出部的步骤S470以约85％左右的蚀刻加工度形成倾斜突出部。
当然，形成倾斜突出部的步骤S470也可以以比制造典型陶瓷AMB基板时的蚀刻速度更慢的蚀刻速度对金属层140的外周部进行蚀刻，或者以比制造典型陶瓷AMB基板时的蚀刻时间更短的蚀刻时间对金属层140的外周部进行蚀刻。
在形成倾斜突出部的步骤S470中形成与陶瓷基材120具有设定角度范围以内的倾斜度的倾斜突出部。在此，倾斜度可以是通过连接锥形突出部142与金属层140及陶瓷基材120相接的两个点而成的线和陶瓷基材120的表面之间的角度，或者可以是通过连接多级突出部144与陶瓷基材120相接的点和形成于凹陷部166之间的突出部的顶点而成的线和陶瓷基材120的表面之间的角度。
金属层140的外周的厚度越增加则金属层140与陶瓷基材120之间的接合压力越增加。如果接合压力增加，则在快速温度变化下金属层140有可能从陶瓷基材120分离。
为了防止金属层140从陶瓷基材120分离，需要维持接合强度的同时使接合压力最小化，因此通过在金属层140的外周形成与陶瓷基材120具有设定角度范围以内的倾斜度的倾斜突出部142、144而使厚度最小化。
此时，倾斜突出部142、144为了使接合压力最小化而被形成为与陶瓷基材120具有约33°以下的倾斜度(θ)。在此，如果倾斜度过低则因接合强度下降而倾斜突出部142、144有可能从陶瓷基材120分离，因此优选倾斜突出部142、144为了使接合压力最小化而被形成为与陶瓷基材120具有约27°以上且33°以下的倾斜度(θ)。
去除掩模160的步骤S490在对金属层140形成倾斜突出部之后利用蚀刻液对配置于金属层140的一面上的掩模160进行蚀刻。由此，在蚀刻掩模160的步骤S490中去除掩模160并制作最终状态的陶瓷基板100。
为了测试这种陶瓷AMB基板的耐龟裂性及耐分离性，如图21所示，利用具有彼此不同的结构的第一陶瓷AMB基板至第四陶瓷AMB基板来进行热冲击试验。
第一陶瓷AMB基板应用ZTA的组分比为约9％左右且具有约0.32mm左右的厚度的陶瓷基材及由ETP(Electrolytic Tough Pitch Copper，电解韧铜)材质形成且具有约0.3mm左右的厚度的金属层，第二陶瓷AMB基板应用由氮化铝(AlN)构成且具有约0.64mm左右的厚度的陶瓷基材及由OFC(Oxygen Free Copper)材质形成且具有约0.3mm左右的厚度的金属层，第三陶瓷AMB基板应用由氧化铝(Al2O3)构成且具有约0.50mm左右的厚度的陶瓷基材及由OFC材质形成且具有约0.3mm左右的厚度的金属层，第四陶瓷AMB基板应用ZTA的组分比为约15％左右且具有约0.32mm左右的厚度的陶瓷基材及由OFC材质形成且具有约0.3mm左右的厚度的金属层。
参照图22至图25，将第一陶瓷AMB基板至第四陶瓷AMB基板的金属层形成为微凹型、锥形、1-台阶(Step)及2-台阶并执行热冲击试验，其结果可知直至600周期为止应用现有的微凹形态的情况和应用本发明的实施例所涉及的金属层的形态(即，锥形、1-台阶及2-台阶)的情况均未发生内部龟裂及层分离。在此，锥形是指形成有倾斜突出部的金属层，1-台阶是指在倾斜突出部形成有两个凹陷部的金属层，2-台阶是指在倾斜突出部形成有三个凹陷部的金属层。
由此，可知本发明的实施例所涉及的陶瓷基板具有与现有的微凹型陶瓷AMB基板同等水平的耐龟裂性及耐分离性。
但是，由于现有的微凹型陶瓷AMB基板为了防止内部龟裂及层分离而需要形成更多的微凹，因此减少金属层的面积并降低导电率、热电阻等电气特性。
与此相反地，本发明的实施例所涉及的陶瓷基板具有如下的效果：即，与现有的微凹型陶瓷AMB基板相比能够增加金属层的面积并提高导电率、热电阻等电气特性的同时，实现与现有的微凹型陶瓷AMB基板同等水平的耐龟裂性及耐分离性。
此外，在为了防止现有的微凹型陶瓷AMB基板的电气特性降低而只在金属层的一部分形成微凹的情况下，在未形成微凹的区域因快速温度变化而金属层内发生龟裂，或者金属层从陶瓷基材分离。
与此相反地，本发明的实施例所涉及的陶瓷基板具有如下的效果：由于与现有的微凹型陶瓷AMB基板相比其面积相对宽，因此能够在形成同等的电气特性的情况下实现相对高的耐龟裂性及耐分离性。
此外，微凹型陶瓷AMB基板的微凹面积占有率较高且电阻较高，并且强度及陶瓷基材与金属层的接合强度降低，微凹型陶瓷AMB基板无法应用到微细图案中。
与此相反地，本发明的实施例所涉及的陶瓷基板具有如下的效果：由于与现有的微凹型陶瓷AMB基板相比其面积相对宽，因此能够维持较强的强度及接合强度，并且还能够应用到微细图案中。
如上述，本发明的实施例所涉及的陶瓷基板及其制造方法具有与现有的陶瓷AMB基板相比能够延长使用寿命的同时确保可靠性的效果。
此外，本发明的实施例所涉及的陶瓷基板及其制造方法具有如下的效果：由于在形成倾斜突出部时调节掩模(即，干膜)的蚀刻形态，因此无需执行2～3次的附加蚀刻操作，能够削减后工序费用。
此外，本发明的实施例所涉及的陶瓷基板及其制造方法具有如下的效果：能够通过对金属层形成倾斜突出部以向金属层的外周(Edge)分散能量，从而提高AMB IGBT(insulated gate bipolar mode transistor)基板的长期可靠性。
此外，本发明的另一实施例所涉及的陶瓷基板及陶瓷基板制造方法能够通过在金属层的外周中的如短边、顶点、角部等那样的压力(stress)集中的外周形成与陶瓷基材具有规定角度范围以内的倾斜度的多级突出部，并且在金属层的剩余外周形成锥形突出部，从而维持接合强度的同时形成使接合压力最小化的厚度并防止金属层从陶瓷基材分离。
以上对本发明所涉及的优选实施例进行了说明，但本发明的权利范围并不限定于此，本领域技术人员利用由所附的权利要求书定义的本发明的基本概念进行的各种方式的变形及改良方式也属于本发明的权利范围内。因此，应理解为本发明所属技术领域的技术人员能够在不脱离本发明的权利要求书的范围内实施各种变形例及修该例。
工业适用性
本发明涉及一种陶瓷基板及其制造方法，可具有如下的效果：与现有的微凹型陶瓷AMB基板相比能够克服因金属层的面积减小导致的导电率或热电阻等电气特性下降这一点，并且与现有的陶瓷AMB基板相比能够延长使用寿命的同时确保可靠性。
本发明的一实施例所涉及的陶瓷基板能够作为稳定且电气特性优异的基板来使用，该基板为在汽车、风力涡轮机、高压长距离DC传送等各种产业领域中为了能量储存、移动及发电而使用的基材的基板。

Claims (25)

1.一种陶瓷基板，包括：
陶瓷基材；以及
接合到所述陶瓷基材的至少一面上的金属层，
其中，在所述金属层的外周形成有倾斜突出部。
2.根据权利要求1所述的陶瓷基板，其中，
所述金属层通过钎焊而接合到所述陶瓷基材的一面上。
3.根据权利要求1所述的陶瓷基板，还包括接合层，所述接合层置于所述陶瓷基材与所述金属层之间且接合所述陶瓷基材及所述金属层。
4.根据权利要求1所述的陶瓷基板，其中，
所述倾斜突出部与所述金属层的外周连接，并且比与所述陶瓷基板正交的虚拟线更向所述陶瓷基材的外周方向突出。
5.根据权利要求1所述的陶瓷基板，其中，
所述倾斜突出部随着朝向所述陶瓷基材的方向而突出长度增加。
6.根据权利要求1所述的陶瓷基板，其中，
所述倾斜突出部形成为朝向所述陶瓷基材的方向凹陷的形状。
7.根据权利要求1所述的陶瓷基板，其中，
所述倾斜突出部形成为朝向所述陶瓷基板的外周方向突出的长度比所述金属层的厚度短。
8.根据权利要求1所述的陶瓷基板，其中，
在所述倾斜突出部形成有多个凹陷部。
9.根据权利要求8所述的陶瓷基板，其中，
在所述倾斜突出部的凹陷部与凹陷部相接的部分形成有突出部。
10.根据权利要求1所述的陶瓷基板，其中，
所述倾斜突出部为锥形突出部及多级突出部，
形成有所述锥形突出部的所述金属层的外周与其他金属层之间的间隔比形成有所述多级突出部的所述金属层的外周与其他金属层之间的间隔更窄。
11.根据权利要求1所述的陶瓷基板，其中，
在所述金属层与其他金属层之间的间隔大于最大设定间隔的情况下，在所述金属层的与所述其他金属层相邻的外周形成有多级突出部。
12.根据权利要求1所述的陶瓷基板，其中，
在所述金属层与其他金属层之间的间隔小于最小设定间隔的情况下，在所述金属层的与所述其他金属层相邻的外周形成有锥形突出部。
13.根据权利要求1所述的陶瓷基板，其中，
在所述金属层与其他金属层之间的间隔为最小设定间隔以上且最大设定间隔以下的情况下，在所述金属层的与所述其他金属层相邻的外周形成有锥形突出部或多级突出部。
14.根据权利要求13所述的陶瓷基板，其中，
在所述其他金属层上形成锥形突出部的情况下，在所述金属层的与所述其他金属层相邻的外周形成多级突出部，
在所述其他金属层上形成多级突出部的情况下，在所述金属层的与所述其他金属层相邻的外周形成锥形突出部。
15.根据权利要求1所述的陶瓷基板，其中，
所述倾斜突出部包括形成于所述金属层的外周中的压力集中的一部分区域上的多级突出部。
16.根据权利要求15所述的陶瓷基板，其中，
所述多级突出部形成在所述金属层的短边、角部及顶点中的至少一者上。
17.根据权利要求15所述的陶瓷基板，其中，
所述多级突出部与所述陶瓷基材具有27°以上且33°以下的倾斜度，
所述倾斜度为通过连接所述多级突出部与所述陶瓷基材相接的点及形成于凹陷部之间的突出部的顶点而成的线和所述陶瓷基材的表面之间的角度。
18.根据权利要求15所述的陶瓷基板，其中，
所述倾斜突出部还包括形成于所述金属层的其他外周的锥形突出部。
19.根据权利要求18所述的陶瓷基板，其中，
所述锥形突出部与所述陶瓷基材具有27°以上且33°以下的倾斜度，
所述倾斜度为通过连接所述锥形突出部与所述金属层及所述陶瓷基材相接的两个点而成的线和所述陶瓷基材的表面之间的角度。
20.根据权利要求1所述的陶瓷基板，其中，
所述倾斜突出部具有曲线形态的倾斜。
21.一种陶瓷基板制造方法，包括以下步骤：
准备陶瓷基材；
在所述陶瓷基材的至少一面上形成金属层；
在所述金属层的一面上形成掩模；以及
对由所述掩模露出的所述金属层的一部分进行蚀刻以形成倾斜突出部。
22.根据权利要求21所述的陶瓷基板制造方法，其中，
形成所述倾斜突出部的步骤包括如下步骤：形成与所述金属层的外周连接且比与所述陶瓷基板正交的虚拟线更向所述陶瓷基材的外周方向突出的倾斜突出部。
23.根据权利要求21所述的陶瓷基板制造方法，其中，
形成所述倾斜突出部的步骤包括如下步骤：形成设置有多个凹陷部的倾斜突出部。
24.根据权利要求21所述的陶瓷基板制造方法，其中，
在形成所述掩模的步骤中使用彼此隔开的多个掩模，
在形成所述倾斜突出部的步骤中作为倾斜突出部形成具备锥形突出部及多级突出部的倾斜突出部FI17053PCK，
形成有所述锥形突出部的所述金属层的外周与其他金属层之间的间隔比形成有所述多级突出部的所述金属层的外周与其他金属层之间的间隔更窄。
25.根据权利要求21所述的陶瓷基板制造方法，其中，
形成所述倾斜突出部的步骤包括如下步骤：在所述金属层的外周中的压力集中的一部分区域形成多级突出部，
形成所述多级突出部的步骤包括如下步骤：形成与所述陶瓷基材具有27°以上且33°以下的倾斜度的多级突出部，
所述倾斜度为通过连接所述多级突出部与所述陶瓷基材相接的点与形成于凹陷部之间的突出部的顶点而成的线和所述陶瓷基材的表面之间的角度。
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