KR100659963B1 - 마이크로구조 모듈의 제조에 적절한 모듈층 연결 방법 및마이크로구조 모듈 - Google Patents

마이크로구조 모듈의 제조에 적절한 모듈층 연결 방법 및마이크로구조 모듈 Download PDF

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쿠르쯔올라프
헤르베르랄프
프리쯔볼프강
슈비켄딕카르스텐
링투나투스올리버
마드리크리스티안
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아토테크 도이칠란드 게엠베하
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Abstract

마이크로구조 구성품, 특히 마이크로-반응기, 마이크로-열교환기, 및 마이크로-혼합기를 제조하는 공지된 방법은, 구성품의 압력과 내부식성이 충분히 높고, 유체가 구성품으로부터 유출되거나 유체가 인접한 마이크로-채널로 누출되는 것에 대한 구성품의 기밀성이 충분히 높고, 그리고 마이크로-채널이 충분히 낮은 유동 저항성을 가지도록 충분히 보장하지 않는다. 추가로, 공지된 제조 방법은 마이크로구조 구성품이 다양하게 사용될 수 있도록 충분히 비용 절감적이지 않다. 상기 문제를 해결하기 위해서, 마이크로구조 구성품의 제조를 위해서, 알루미늄 및/또는 알루미늄 합금, 구리/구리 합금, 및/또는 고급 강으로 제조된 마이크로구조 구성품층의 연결(결합) 표면에 1 이상의 다기능 배리어 피복부가 도포되고, 1 이상의 배리어 피복부에는 1 이상의 연납땜/경납땜 피복부가 도포되며, 구성품층은 적층된 후, 열을 이용하여 연납땜/경납땜질된다.
마이크로구조 구성품

Description

마이크로구조 모듈의 제조에 적절한 모듈층 연결 방법 및 마이크로구조 모듈 {METHOD OF CONNECTING MODULE LAYERS SUITABLE FOR THE PRODUCTION OF MICROSTRUCTURE MODULES AND A MICROSTRUCTURE MODULE }
도 1 은 4 단계 (1a ~ 1d) 로 베이스 재료상에서의 부분 연납땜/경납땜 피복부의 금속간상 (intermetallic phases) 및 다기능 배리어 피복부의 형성을 도시한 개략도,
도 2a 는 마이크로구조 구성품을 가진 연납땜/경납땜 구조물의 횡단면도,
도 2b 는 마이크로구조 구성품을 가진 연납땜/경납땜 구조물의 평면도,
도 3 은 마이크로구조 구성품을 정렬 (register) 하기 위한 템플릿의 측단면도,
도 4 는 마이크로구조 구성품을 구비한 구성품 장착의 평면도,
도 5 는 제 1 실시형태에서 템플릿의 평면도,
도 6a 는 제 2 실시형태에서 템플릿의 평면도,
도 6b 는 도 6a 를 자세히 설명한 도면,
도 7 은 정렬 구멍을 가진 다중 패널의 평면도,
도 8a 는 연납땜/경납땜 다중 패널용 연납땜/경납땜 구조물을 도시한 횡단면도, 및
도 8b 는 도 7a 에 대응하는 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 설명 *
1 : 가압 기구 2 : 가압 쿠션
3 : 마이크로구조 구성품 4 : 정렬 핀
5 : 중간판 6 : 바닥판
7 : 템플릿 8 : 프레임
9 : 조절가능한 정렬 장치 10 : 고정 장치
11 : 스프링을 구비한 가압판 12 : 세트 나사부
13 : 정렬 나사부를 구비한 가압판 14 : 다중 패널
15 : 정렬 구멍 16 : 마이크로구조 시트
본 발명은, 마이크로구조 구성품을 제조하는데 적절하고 금속, 특히 알루미늄 및/또는 알루미늄 합금, 구리/구리 합금, 및/또는 고급 강을 포함하는 마이크로구조 구성품층을 연결(결합)하는 방법에 관한 것이며, 또한, 본 발명은, 서로 연결되는 마이크로구조 구성품 적층체를 포함하고 금속 및/또는 금속 합금, 특히 알루미늄 및/또는 알루미늄 합금, 구리 및/또는 구리 합금, 및/또는 고급 강을 포함하는 마이크로구조 구성품에 관한 것이다.
마이크로구조 구성품, 즉 마이크로 (μ)-반응기, μ-혼합기, 및 μ-열교환기는 화학 공정 기술과 연구 및 개발 프로젝트에 이미 사용되었다. 1 차 산업 공정은 이미 실현되었다. 예컨대, 스위스의 Clariant 사는 독일의 CPC 사와 공동으로 2 개의 상업용 아조 염료 (azo pigments) 를 제조하는 파일럿 시스템 (pilot system) 을 시공하여 연속 작동법을 시험하였다. 이 방법의 결과로 149% 이상의 색강도가 나타나고 예컨대 더 밝고 더 투명한 입자가 획득된다. (CHEmanager, 5/2002). PAMIR 연구 (PAMIR: Potential and Applicantios of Microreaction Technology - A Market Survey, Mainz Institute of Microengineering, GmbH and YOLE Developpement; 2002) 에서는 마이크로구조 기술에 대한 가능성 연구 및 마이크로반응 기술에 대한 현산업에의 적용에 대해서 제공하였다. 연구 및 개발 프로젝트에 대한 더 많은 정보를 위하여, 에흐펠드 (Ehrfeld) 등이 저술한 2000년, Wiley VCH 의 "마이크로반응기" 와, 1997 년 이후로 매년 개최되는 "마이크로반응 기술" 회의의 프로시딩 (1997 년부터 2002 년까지 IMRET 1 ~ 6) 을 참조하면 된다.
종래의 반응기 및 열교환기와 비교하면, 마이크로구조 구성품은 다음과 같은 우수한 장점을 특징으로 한다:
1. 거의 등온 방법
2. 높은 표면/부피 비율
3. 큰 등급으로 개선된 열전달, 즉, 연료 전지용, 자동차와 비행기내의 공조설비, 열발생이 많은 전자 구성품용 냉각기 등의 광범위한 적용을 위해서 매우 콤팩트한 고성능의 열교환기
4. 매우 콤팩트한 구성
5. 최고의 시스템 집적
6. 개선된 공정 제어
7. 높은 발열반응시에도 매우 높은 안전 수준
8. 개선된 친환경성
일반적으로, 마이크로구조 구성품은 미세한 구조를 특징으로 하는 얇은 금속 시트 적층체를 포함한다. 구조화된 시트를 연결함으로써 구성품은 매우 미세한 채널을 갖게 되고, 이로 인하여 단면은 통상적으로 1 ㎟ 미만이 된다. 시트는 건식 에칭법, 습식 화학적 딥 에칭, 또는 기계적 마이크로-다듬질을 사용하여 구조화될 수 있다.
통상적으로, 구조화된 시트는 커버판과 바닥판을 구비하고 하나의 콤팩트한 구성품으로 연결된다. 적절하게 설계될 때, 구성품은 최소 구성품 부피로 최대 열교환 또는 성능교환을 달성하고, 이로 인하여 구성품의 유동 상태는 조절가능하게 한정되며, 마이크로-채널내에서 거의 등온 상태가 유지될 수 있다.
시판되고 있는 μ-반응기, μ-열교환기, 및 μ-혼합기는 일반적으로 후술되는 제조 공학으로 인하여 고급 강으로 제조된다. 추가로, 마이크로구조 구성품은 상기 제조 공학으로 다양한 분야에 사용될 수 없다. 그 이유로서, 첫째로 대량의 연속 생산을 위해서 비용-효율적인 제조는 불가능하고 및/또는 대부분 전혀 달성되지 않을 수 있거나 고비용으로만 달성될 수 있기 때문이며, 두 번째로 제조 방법은 다음의 기술적 필요조건을 만족하는 성품을 유발해야되기 때문이다:
1. 마이크로-유동 채널사이와 외부에 대하여 기밀성;
2. 내압성/강도;
3. 사용되는 매체에 대하여 내부식성;
4. 내온성;
5. 기하학적으로 잘 형성된 자유 유체 채널, 즉 제조 공정으로부터의 간섭 잔류물이 없는 채널.
종래 기술에서, 금속 μ-반응기, μ-혼합기, 및 μ-열교환기를 제조하기 위해서 적재된 금속 필름을 연결하는데 열확산 용접만이 사용되었다. 개별 마이크로구조 필름으로 제조되어 연결되는 적층 시트는, 상호확산을 통하여 고온, 고압, 고진공 상태에서 서로 용접된다. 상기 방법의 장점은, 단일체, 즉 균일한 재료로 제조되는 구성품 코어가 생성된다는 것이다. 충분한 상호확산을 제공하기 위해서, 연결되는 구성품에 열확산 용접시, 표면 품질 (거칠기, 순도, 형상/평면성) 에 대한 매우 높은 필요조건을 만족해야 한다. 이로 인하여 재료 선택에 있어서 제한적이고 또한 값비싼 공정 조건과 재료 준비를 유발하게 된다. 이는, 양호한 진공상태에서 작업이 실시되더라도, 특히 알루미늄과 알루미늄 합금인 경우에 더 크게 되고, 그 이유는 알루미늄의 높은 산소 친화성으로 산화층을 형성하기 때문이다. 과거에는, 상기 문제는 제조시 높은 불합격율을 유발하기 때문에 상기 연결 방법은 산업용으로는 경제적이지 못하였다. 통상적으로 전자빔 용접에 의한, 연속 하우징 공정 (터미널을 포함하는 하우징과 반응기 본체 사이에 접착부를 형성하는 공정) 은 광범위하게 제한적이고, 그 이유로서, 구성품내에서 재료의 결합이 매우 어렵고 매우 높은 국부적 열 발생으로 반응기 본체상의 확산-용접 밀봉선내에서 누수를 유발할 수 있기 때문이다. 따라서, 열확산 용 접의 단점은 다음의 복잡한 제조 조건: 고진공, 바람직하게는 높은 연결 온도 (~ 1000℃), 긴 대기 시간과 처리 시간, 및 베이스 재료와 이 재료들의 결합물에 대한 제한을 갖는다는 것이다. 상기 제품의 최종 비용은 이 제품의 용도를 크게 한정한다. 따라서, 현재 상기 구성품의 가격은 몇 백만 ~ 몇 천만 유로 사이이다 (예컨대, Mainz Institue of Microengineering 의 가격 목록을 따름).
연납땜/경납땜 공정은 연결 피복부에 적층 필름 이외의 다른 금속이 포함되는 단점을 가진다. 하지만, 상기 방법은 비용적인 면에서 기본적인 장점을 제공한다. 연납땜/경납땜 방법이 마이크로구조 구성품용 연결 기술로서 여러 차례 제안되었지만, 과거에는, μ-구성품의 제조시 필요조건이 매우 엄격했기 때문에 μ-구성품을 산업적으로 제조하기 위해서 연납땜/경납땜 방법을 사용하는 것은 불가능하였다.
1. 연납땜/경납땜 재료가 용융 공정시 채널 안으로 들어가 채널이 막히는 일이 없어야 한다.
2. 플럭스 잔류물은 완성된 구성품에서 제거될 수 없거나 제거되기가 매우 어렵기 때문에, 항상 어떠한 플럭스도 없이 작업이 실시되어야 한다.
3. 연납땜/경납땜 피복부는 매우 얇고, 균질하며, 균일하게 분포되어야 하고, 또한 구조물의 소형 치수와 복잡성으로 인해 결함이 없어야 한다.
험프선 (ISBN 0-87170-462-5, The Materials Information Society, ASM International, 4 월(2001), "연납땜과 경납땜의 원리", Humptson, G.J., Jacobson, D.M.) 은 천이 액상 접착에 대하여 보다 자세히 설명하였다. 천이 액상 접착은, 접착되는 부분 사이에 1 이상의 연납땜/경납땜 피복부가 형성되어 이 접착부를 연납땜/경납땜 재료의 용융점 이상의 온도로 가열하는 확산 연납땜/경납땜 방법이다. 접착부는 연납땜/경납땜 금속과 베이스 재료의 금속간의 상호확산을 형성하기 위해서 장시간 가열된다. 또한, 2 개의 상이한 연납땜/경납땜 금속이나 합금이 사용된다면, 이 2 개의 금속이나 합금의 공융이 형성될 수 있다. 구리, 은, 또는 금이 대부분의 연납땜/경납땜 공정용 연납땜/경납땜 재료로서 사용된다고 가정하였다. 확산법에 사용되는 연납땜/경납땜 재료의 통상적인 실시예는 구리/주석 합금 시스템이다.
스위스 특허 제 690 029 A5 호에서는, 특히 연납땜/경납땜으로 사용될 수 있는, 기재상의 2 이상의 층으로 형성된 가용성 피복부를 개시하였다. 제조된 기재는 경납땜을 사용하는 와치 하우징부 (watch housing parts) 에서 기밀하고 유밀한 연결부용으로 유리하게 사용될 수 있다. 연납땜/경납땜 피복부를 제조하기 위해서, 2 개의 부분 피복부는 전해적으로 증착(deposit)된다. 경납땜 공정시, 피복부는 경납땜에 사용되는 온도에서 용융점, 즉 일반적으로 450℃ 이상 약 1000℃ 이하의 용융점을 가진 공융을 형성한다. 연납땜/경납땜 피복부를 위해서, 백금, 스테인레스강, 및 티타늄과 티타늄 비율이 높은 티타늄 합금을 경납땜하기 위해서 금과 니켈이 약 7:3 비율로 구성품으로서 사용된다. 경납땜용으로 사용될 수 있는 다른 금속 결합물은 예컨대 마그네슘과 구리, 및 구리와 은이다. 금/니켈 피복부가 스테인레스강에 사용되면, 금의 피복부가 우선 기재상에 증착되는 것이 바람직하다.
게다가, 유럽 특허 제 0 212 878 A1 호에서는, 열매체용 유동 채널이 강판으로 형성되는 열교환기를 제조하는 방법을 개시하였다. 강판은 확산 접착을 사용하여 서로 접착된다.
전술한 바와 같이, 현재 시장 판매되는 마이크로구조는 제조 제약으로 인해 고급 강으로 대부분 제조된다. 하지만, 마이크로구조 구성품을 제조하려는 특별한 도전으로는, 특히 연결부에 알루미늄/알루미늄 합금을 사용하는 것이다. 과거에는, 전술한 기술 필요조건을 만족하는 마이크로구조 구성품은 알루미늄 재료로 제조될 수 없었다. 이러한 이유로, 상기 문제점은 상기 관점에서 보다 자세히 설명되어야 한다.
알루미늄의 저밀도 (2.7 g/cm3) 와 알루미늄의 유리한 강도 특성은 최적의 형상, 경량화 구성, 및 이에 따른 실질적인 무게의 절감을 가능하게 한다. 구성품의 질량 감소는 차량 설계와 항공우주공학에 적용하는데 있어 매우 중요하다. 큰 강도와 경량화 외에도, 알루미늄은 큰 양전기성을 가지므로 대기 산소에 대한 친화력이 크다. 쉽게 부식되는 강과는 반대로, 알루미늄은 얇은 응집성 산화 피복부의 형성으로 공기에 대한 저항성을 갖고, 이로 인해 산소의 침투를 방지하며 산소에 의한 부식도 방지된다.
자세하게는, 알루미늄의 고내부식성의 원인이 되는 상기 보호 피복부때문에, 마이크로구조 구성품의 제조시 알루미늄 층이나 일부분이 성공적으로 접착되지 못하고, 또한 높은 불합격율이 유발되므로 보호 피복부는 연결 공정 전에 완전 히 제거되어야 한다. 이러한 목적을 위해, 통상적으로 약 570℃ 의 온도에서 용융되고 Al 산화 피복부를 용해시키는 플럭스가 예컨대 경납땜시 사용된다. 환경 오염, 부식, 플럭스와 예컨대 베이스 재료의 합금 성분과의 불필요한 반응, 및 이와 관련된 추가적인 비용 등과 같이, 플럭스와 관련된 실질적인 단점이 있기 때문에, 가능한 플럭스의 사용은 피해야만 한다. 추가적으로, 플럭스가 첨가될 때, 연결 공정시 플럭스의 불완전한 유출로 인해 빌드업 (build-ups) 이 형성될 수 있으며 이 때문에 부식 가능성이 급격하게 상승하기 때문에, 큰 표면적은 종종 부적절하게 서로 접착될 수 있다. 이러한 이유로, 플럭스를 사용하지 않고 연결이 실시될 수 있는 다른 방법이 개발되었다. 하지만, 과거에는, 상기 방법은 마이크로구조 구성품을 성공적으로 제조하는데 사용될 수 없었다.
현재에는, 알루미늄 재료의 중요성이 커졌기 때문에, 알루미늄/알루미늄 합금으로 제조된 마이크로구조 구성품을 연결하는 것과 관련된 문제점을 해결하기 위해서 집중적인 연구가 진행중이다.
일반적으로, 연납땜/경납땜은 진공 또는 불활성 가스 분위기 하에서 열적 연결 방법으로서 상업적으로 이미 사용되었다. 하지만, 마이크로구조를 연납땜/경납땜질할 때 사용되는 필름이나 접착제가 마이크로-채널을 쉽게 차단시키기 때문에, 이 방법은 마이크로구조 구성품용 연결 방법으로서 적절하지 않다. 게다가, 일반적으로 연납땜/경납땜시 사용되는 플럭스를 추가함으로써, 마이크로-채널의 연납땜/경납땜 틈내에 플럭스가 축적되기 때문에 연결부의 부식을 유발할 수 있다. 추가로, 플럭스는 비환경친화적이고, 폐수와 배출된 공기를 정화하는 복잡하고 값비싼 단계를 거치지 않고서는 이 플럭스의 비환경친화적인 영향을 최소화할 수 없다. 또한, 플럭스와 합금 첨가제간의 불필요한 반응이 유발되어, 연결되는 부분 사이의 소망하는 접착부에 소망하는 특성이 제공되지 않는다. 추가로, 촉매-피복된 마이크로반응기를 제조할 때, 플럭스를 사용함으로써 사용된 촉매의 비활성을 유발한다.
알루미늄 및/또는 알루미늄 합금을 연결하기 위해서, 예컨대, 미국 특허 제 2002/0012811 A1 호에서는, 연결되는 표면상의 재료가 우선 전처리된 후 창연을 함유한 니켈을 포함하는 금속 피복부가 전처리 표면에 전해적으로 사용되는 것에 대해서 개시하였다. 연결 공정은 플럭스 없이 실시될 수 있다. 니켈/창연-피복된 알루미늄 재료는 열교환기를 제조하는데 사용될 수 있다.
스테펜, 에이치. 디., 제이., 모우왈드, 케이. 의 "강/경금속 구성품을 연납땜/경납땜 할 때 이온판 확산 배리어와 연납땜/경납땜 시스템의 사용" (DVS, 166, 94-98 (1995)) 에서는, 플럭스를 사용하지 않는 연납땜/경납땜에 공융 알루미늄 베이스 연납땜/경납땜을 사용할 수 있다. 알루미늄 베이스 연납땜/경납땜을 사용하기 전에, 접착제로서의 티타늄 피복부와, 확산 배리어로서 작용하는 습윤성 표면으로서의 니켈 피복부는 TiNi 이온 도금에 의해 사용된다.
1990 년, Verlag Technik GmbH Berlin, 연납땜/경납땜 기술의 핸드북에서 페트루닌, 아이. 이이. 의 "접촉 반응 연납땜/경납땜" 에서는, 알루미늄과 알루미늄 합금을 연납땜/경납땜하는 기법에 대해서 개시하였다. 이에 따르면, 알루미늄은, 표면 보호 피복부를 사용하지 않는 접촉 반응 방법을 사용하여, 주입 기 체 대기 상태에서 플럭스 없이 연납땜/경납땜될 수 있다. 실리콘, 구리, 또는 은은 연납땜/경납땜 재료로 사용될 수 있고 또한 증기-증착 또는 스크린 인쇄법으로 전해적으로 알루미늄 표면에 사용된다. 알루미늄, 구리, 니켈, 은, 아연 등으로 제조된 피복부와 같은 표면 보호 피복부는 플럭스를 사용하지 않고 사용될 수 있다. 또한, 피복부는 전해적으로 또는 화학 작용으로 형성될 수 있다.
독일 특허 제 197 08 472 A1 호에서는, 개별 평면에 유체 채널이 형성된 화학 마이크로반응기용 제조 방법에 대해서 개시하였다. 개별적으로 제조된 평면은 적층체로 수집된 후 연납땜/경납땜 등으로 서로 단단히 연결된다. 개별 기재는 금속/금속 합금을 포함할 수 있다. 개별층을 연결하기 위해서, 인용된 일 방법으로는 은을 함유한 연납땜/경납땜을 사용하는 경납땜 방법이고, 인용된 다른 방법으로는 우선 주석 피복부가 증착된 후 창연 피복부가 그 위에 증착되는 방법이다. 이 경우에 있어서, 낮은 가용성 공융 혼합물은 피복부가 가열될 때 중간상에서 형성되고, 또한 템퍼링에 의해 고 용융점을 갖는 접착부가 형성된다.
Trans. IMP, 2000 78(6) 의 243 쪽 - 246 쪽에 기재되고, 블록킹, 씨., 제이콥슨, 디., 및 베네트, 지이. 가 저술한 "광화학 기계가공, 전기도금, 및 확산 경납땜을 사용하는 열교환 부재의 층 제조" 에 따라서, 스터링 모터용 열교환기를 제조하기 위해서, 화학적 에칭을 사용하여 유체 유동 채널을 형성하는데 구리 시트를 사용한다. 시트는 확산 경납땜 방법을 사용하여 서로 연결된다. 주석은 구리 시트상에 전해적으로 증착되고, 이 시트는 열로써 서로 경납땜질된 다.
DVS (1991) 의 22 쪽 - 24 쪽에 기재되고, 바텔스, 에프., 무스킥, 티., 거스트, 더블유., 가 저술한 "금속간상으로부터 내열성 마이크로-접착에 대한 연구" 에서는, 그 구성품이 매우 상이한 용융점을 갖는 2진 시스템의 금속간상이 형성되는 경납땜 방법에 대하여 개시하였다. 실시예로는 Cu(Sn), Pt(Sn), Ni(Sn), 및 Ni(In) 2진 시스템이다. 이 문헌에서는 Cu(Sn) 시스템에 대해서 보다 자세히 설명하였다.
따라서, 현재까지 연결 방법 분야에서 실시된 다양한 작업에도 불구하고, 마이크로구조 구성품을 제조하기 위한 전술한 필요조건을 만족하지 못하였고, 또한 마이크로구조 구성품이 많은 분야에서 유망한 부품으로서 이미 논의 및 제조되었지만 상기 필요조건을 성공적으로 만족시키지 못하고 있음에 주목해야 한다.
상기 구성품을 개별적으로 적용하기 위한 실질적인 필요성에도 불구하고, 현재까지, 경제적으로 대량으로 마이크로구조 구성품을 제조할 수 없었다. 하나의 이유로는, 과거에는, 개별 구성품층을 접착하기 위한 이용가능한 연결 기법이 충분한 성공률로 마이크로구조 구성품을 제조하는데 적절하지 않기 때문이다. 문제점은 전술한 필요조건이 만족되지 않을 수 있다는 것이다. 예컨대, 추가적인 조치가 없으면, 마이크로-유동 채널 사이에서 또한 환경 (예컨대, He 누출 시험 : 1·10-8 mbar·L/s) 으로의 충분한 기밀성과 유밀성을 가진 충분한 내압성을 획득할 수 없고, 동시에 마이크로-채널에서 연납땜/경납땜 재료 등의 연결제가 완전히 제거되어 이 마이크로-채널이 막히지 않게 되는 것을 보장할 수 없다.
본 발명이 기초로 하는 문제점은, 마이크로구조 구성품을 제조하는 공지된 방법이, 구성품의 내압성과 내부식성을 매우 충분하게 보장하지 못하고, 구성품을 나오는 유체나 인접한 마이크로-채널로 쏟아지는 유체에 대항하는 구성품의 기밀성이 매우 충분하게 보장되지 못하며, 마이크로-채널이 충분히 낮은 유동 저항성을 가지지 못한다는 것이다. 추가로, 공지된 제조 방법은 마이크로-구조 구성품이 다양하게 적용될 수 있도록 충분히 비용-절감적이지 않다.
전술한 문제점은 청구항 제 1 항에 따른 방법과 청구항 제 26 항에 따른 마이크로구조 구성품에 의해 해결된다. 본 발명의 바람직한 실시형태는 종속항에서 제공된다.
본 발명의 목적을 위해서, 마이크로구조 구성품은, 마이크로구조의 개별층을 포함하고 화학반응, 열교환, 물품의 냉각이나 가열, 또는 이들의 결합 사용하기에 적절한 모든 구성품을 포함한다. 마이크로구조 구성품은 일반적으로 기밀하고 유밀하게 서로 연결되는 다수의 구성품층을 포함하고, 이로 인해 구성품내에 유체용 마이크로-채널, 특히 유체용 유동 채널과 다른 중공 공간이 형성되고, 이 마이크로-채널은 구성품의 기능에 대한 책임이 있다.
명세서와 청구항에서 연납땜/경납땜 방법이 참조되었을 때, 이 방법은 다른 재료를 추가하여 연결 부분들이 접착되는 방법임을 이해해야 하고, 이로 인해 재료는 적어도 초기에 가요성 형태로 연결 밀봉선에 존재하게 된다. 경납땜과 연 납땜 방법은 다음과 같이 차별화된다. 경납땜시 적어도 초기에 450℃ 를 초과하는 용융점을 가진 재료가 사용된다. 연납땜시, 이 용융점은 적어도 부분적으로 450℃ 를 초과하지 않는다.
명세서와 청구항에서 높은 용융점 재료 피복부가 언급될 때, 이는 450℃ 를 초과하는 용융점을 가진 재료임을 이해해야 한다. 이후에 낮은 용융점 재료 피복부가 언급될 때, 이는 450℃ 를 초과하지 않는 용융점을 가진 재료임을 이해해야 한다.
청구된 방법은 연납땜/경납땜을 사용하여 마이크로구조 구성품용 마이크로구조의 구성품층을 서로 연결한다. 신규한 마이크로구조 구성품을 제조하기 위해서, 연결 표면상의 마이크로구조의 구성품층에는, 우선 1 이상의 다기능의 배리어 피복부가 제공된 후, 상기 1 이상의 배리어 피복부상의 연납땜/경납땜 피복부가 제공되며, 그 후 상기 방식으로 형성된 구성품층은 적재되어 열을 사용하여 서로 연납땜/경납땜질된다.
이로 인하여, 마이크로구조 구성품은, 서로 연결된 마이크로구조 구성품층의 적층체를 포함하고, 금속과 금속 합금을 포함하는 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하며, 또한 개별 구성품층 사이에 1 이상의 다기능 배리어 피복부와 하나의 연납땜/경납땜 피복부를 가지게 된다. 따라서, 본 발명은, 특히 개별 구성품층의 연결 표면상에 1 이상의 다기능 배리어 피복부와 그에 사용되는 연납땜/경납땜 피복부를 가진 구성품층으로 제조된 마이크로구조 구성품용 연결 방법을 바탕으로 한다.
공지된 연결 기법을 사용할 때, 연결 접착부는 특히 마이크로구조 구성품이 높은 작동압력 상태에 있을 때 충분히 강하지 않다. 특히, 구성품내에서 처리되는 유체는, 구성품내의 작동 압력이 비교적 높을 때 구성품을 나온다는 것을 관찰하였다. 많은 경우에 있어서, 상이한 유동 회로 사이의 적절한 밀봉을 달성할 수 없기 때문에, 유체가 구성품내의 하나의 유동 회로에서 다른 유동 회로로 쏟아지는 것이 밝혀졌다. 항상 상기 원인을 결정할 수 없었다. 일 가능한 원인으로는, 마이크로구조 구성품의 높은 집적도로 인하여 마이크로-채널이 매우 작은 공간에 수용되기 때문에 마이크로구조 구성품내의 연결 표면이 매우 작기 때문일 수 있다. 따라서, 적절한 크기의 연결 표면이 개별 마이크로-채널 사이에서 이용가능하도록 유동 채널의 구성을 변화시키는 것이 상기 결함을 제거하기 위한 확실한 방법일 수 있다. 하지만, 소망하는 방식으로 구성의 변화는 마이크로구조 구성품의 집적도 필요조건에 의해서 매우 제한되기 때문에, 상기 적절한 방법은 문제점을 유발하게 된다.
강이나 구리 시트를 포함하는 마이크로구조 구성품의 매우 세심한 확산 접착법은 상기 한계를 가진 문제점을 해결하였다 (이후에 설명됨). 하지만, 높은 표면 품질을 가진 매우 평평한 강이나 구리 시트만이 시트의 기밀하고 유밀한 접착에 적절하고, 반면 상이한 특히 낮은 표면 품질을 가진 시트를 사용할 때 이 연결 방법은 소망하는 시트의 기밀하고 유밀한 접착을 형성하지 못한다는 다른 문제점이 있다. 추가로, 특히 알루미늄 시트와 알루미늄 합금으로 제조된 시트는, 높은 내부 압력의 작용시, 마이크로구조 구성품을 기밀하고 유밀하게 할 때 전혀 적 절하지 않다.
전술한 문제점은, 우선 다기능 배리어 피복부와 연납땜/경납땜 피복부로부터 형성된 피복 구조물을 생성함으로써 해결된다.
다기능 배리어 피복부는 연납땜/경납땜 피복부내의 요소들이 금속 베이스 재료로부터 확산하는 것을 방지하고, 또한 금속 베이스 재료의 요소들이 연납땜/경납땜 피복부로 확산하는 것을 방지한다. 특히, 이는 연납땜/경납땜시 어떠한 종류의 금속의 가용성 상의 소모를 방지하여 연납땜/경납땜 피복부와 베이스 재료간의 소망하지 않는 상호작용을 방지한다. 추가로, 상호확산으로 베이스 재료 및/또는 연납땜/경납땜 피복부내에 취성상이 형성되는 것이 방지된다. 또한, 가용성 연납땜/경납땜 피복부는 연납땜/경납땜 구성성분이 베이스 재료로 확산하여 소모되는 것이 방지되어, 연납땜/경납땜 재료와 베이스 재료사이의 단단한 접착을 방지한다. 더욱이, 이는 연결 부분들이 플럭스를 사용하지 않고 연납땜/경납땜될 수 있을 때 달성된다. 즉, 배리어 피복부도 베이스 재료의 산화를 방지한다.
신규한 연결 방법은 재료를 보호하는 상태에서 마이크로구조 구성품층과 마이크로구조 구성품을 제조하기 위한 것이다. 구리 및/또는 구리 합금 및 고급 강 외에도, 마이크로구조 구성품용으로 비용절감적인 재료로서 알루미늄과 알루미늄 합금을 경제적으로 사용할 수 있다. 알루미늄과 알루미늄 합금의 경우에 있어서, 신규한 연결 방법으로, 마이크로구조 구성품을 제조할 수 있고, 다른 금속과 금속 합금을 사용할 때에도 저온 공정의 모든 장점을 제공한다. 이는, 에너지 비용을 절감하여 공정 비용을 낮출 수 있고 환경친화적이다. 게다가, 고온의 오븐용 값비싼 고온의 재료를 사용할 필요가 없어서, 제조 공정용 기구를 위한 초기의 투자 지출액이 낮아지게 된다. 더욱이, 낮은 연결 온도에서의 보호 공정은, 밀봉, 강도, 및 특히 부식 안정성에 있어서 엄격한 기술 품질 필요조건을 만족하면서 구성품의 성형 안정성을 증가시킨다.
신규한 연결 방법은 전술한 문제점, 즉 알루미늄 재료들상에 특히 이 재료들을 연결하는 재료상에 산화 피복부를 형성하여, 제품과 제조 방법 특히 연결 방법에 대한 기술적 필요조건뿐만 아니라 산업적으로 비용 절감적인 생산에 대한 옵션을 제공하기 위한 필요성을 만족하지 않는 문제점을 해결한다. 본 발명은 미래에 마이크로구조 구성품을 폭넓게 적용할 수 있는 영역을 발견할 수 있는 유일한 방법이다.
다기능 배리어 피복부는, 특히 몰리브덴, 망간, 크롬, 팔라듐, 철, 니켈, 및 철과 니켈을 포함하는 그룹으로부터 선택된 1 이상의 금속의 인 함유 합금을 포함하는 그룹으로부터 선택된 1 이상의 금속으로 형성된다. 납땜 온도가 너무 높게 선택되지 않으면, 실질적으로 배리어 피복부의 성분이 베이스 재료로 또는 베이스 재료의 외부로 상호확산되지 않는다.
다기능 배리어 피복부는 특히 대략 1 - 10 ㎛ 의 두께를 가진다. 베이스 재료가 충분한 두께로 증착되면, 베이스 부재의 불균일성은 다기능 배리어 피복부를 통하여 보상될 수 있다. 따라서, 이 경우에 있어서 배리어 피복부는 그 위에 증착되는 연납땜/경납땜 피복부를 위한 균질한 베이스가 된다. 게다가, 배 리어 피복부는 베이스 재료와 연납땜/경납땜 피복부 사이에 접착성을 제공한다. 배리어 피복부는 열이 부가될 때 베이스 재료에 단단한 접착부를 형성한다. 이는 마이크로구조 구성품의 강도와 충분한 압력 안정성을 위한 기초를 형성한다.
다기능 배리어 피복부는 특히 전착 방법으로 형성될 수 있다. 예컨대 배리어 피복부를 증착시키기 위한 전착 방법으로서는, 전해질의 외부 무전해 (external electroless) 또는 침탄 금속 (cementative metal) 의 증착 방법이 바람직하다. 외부 무전해 금속 증착 방법은 전류의 외부 효과없이 금속이 증착되는 방법으로 이해되어야 한다. 침탄 방법은, 예컨대 금속 증착용 감소제를 함유한 증착 배스 (bath) 로부터 금속이 증착되는 방법으로 이해되어야 한다. 침탄 방법은, 예컨대 금속용 감소제를 함유하지 않는 증착 배스로부터 금속이 증착되는 방법으로 이해되어야 하고, 이로 인하여 금속은 베이스 재료의 표면과의 전하 (charge) 교환에 의해 증착된다. 따라서, 이 경우에 있어서, 베이스 재료는 용해되는 반면, 금속은 증착된다. 전착 방법을 사용할 때, 증착된 금속의 피복 두께와 증착된 재료의 품질이 비교적 간단하게 좁은 한계내에서 유지되기 때문에, 마이크로구조 구성품의 마이크로-채널은 배리어 피복부내의 재료에 의해 막혀질 수 있다.
연납땜/경납땜 방법은 확산 연납땜/경납땜 방법 (SDL) 인 것이 바람직하다. 이 방법은 연납땜/경납땜 재료의 다수의 성분이 상호확산되어 금속간상을 형성하게 되는 연납땜/경납땜 방법으로 이해되어야 한다. 연납땜/경납땜 재료로 단지 하나의 순수 금속이 사용된다면, 이 금속은 2 개의 연결 부분 중 하나로 확산될 수 있다. 또한 금속간상이 형성될 수 있다.
예컨대, 확산 연납땜/경납땜 방법중 부분적인 연납땜/경납땜 피복부의 조성물과 두께는 연결 공정시 초기 공융 용융이 형성되도록 서로 조정될 수 있다. 따라서, 우선 매우 낮은 용융 온도가 획득된다. 다양한 연납땜/경납땜 피복부간의 연납땜/경납땜 재료의 성분들의 상호확산을 통하여, 연납땜/경납땜 공정시 용융점은 보다 더 높은 온도로 점차적으로 이동한다. 즉, 연결 접착부를 템퍼링 (tempering) 함으로써, 확산 연납땜/경납땜시, 단단한 연납땜/경납땜 접착부는 점차적으로, 연납땜/경납땜 피복부가 용융되기 시작할 때의 용융점보다 실질적으로 높은 용융점을 가지게 된다. 1 이상의 부분 연납땜/경납땜 피복부, 특히 2 개의 부분 연납땜/경납땜 피복부를 포함하는 연납땜/경납땜 피복부가 생성될 때 특히 유리하다. 이 경우에 있어서, 다기능 배리어 피복부는, 베이스 재료로부터 연결 밀봉선으로의 또한 이 연결 밀봉선에서 베이스 재료로의 확산을 방지하기 위해서, 연결되는 각각의 표면에 사용될 수 있다. 고온-용융 연납땜/경납땜 재료는 다양한 부분 연납땜/경납땜 피복부의 성분이 서로 확산됨으로써 획득된다. 다르게는, 연납땜/경납땜 피복부는 다수의 금속의 연결 증착에 의해서 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 있어서, 하나의 부분 연납땜/경납땜 피복부를 위해서 고온-용융 부분 연납땜/경납땜 피복부가 제공되고, 다른 부분 연납땜/경납땜 피복부를 위해서 저온-용융 부분 연납땜/경납땜 피복부가 제공되며, 이로 인하여 특히 고온-용융 부분 연납땜/경납땜 피복부가 먼저 증착되고 그 후에 저온-용융 부분 연납땜/경납땜 피복부가 증착된다. 상기 실시형태는 특히 연납땜/경납땜된 접착부의 강도를 증가시킨다. 연납땜/경납땜된 접착부의 재용융 온도는 부분 연납땜/경납땜 피복부의 조성물의 선택에 의해 계획적으로 영향을 받을 수 있다. 따라서, 예컨대 과도한 고온-용융 연납땜/경납땜 구성품을 사용하여, 매우 과도한 더 고온의 용융 연납땜/경납땜 구성품과 혼합된 결정 및/또는 금속간상을 형성함으로써, 재용융 온도는 의도적으로 상승하게 된다. 마이크로구조 구성품에 매우 중요한 압력 안정성 (터짐 압력) 은, 연납땜/경납땜 피복부가 전술한 부분 연납땜/경납땜 피복부를 포함할 때 특히 높다. 2 개의 부분 연납땜/경납땜 피복부의 성분은, 필요하지 않다면, 소망하는 금속간상의 화학양론적으로 서로 결합되는 것이 바람직하다. 소망하는 혼합된 결정을 형성하는 경우에 있어서, 이에 대응하여 저온-용융 구성품의 품질은 최소화된다. 2 개의 성분이 공융 용융을 형성할 수 있도록 2 개의 부분 연납땜/경납땜 피복부의 성분이 선택된다면, 연납땜/경납땜 온도가 공융 금속간상의 용융 온도보다 높을 때, 연납땜/경납땜 온도는 각각의 개별 연납땜/경납땜 성분의 용융 온도 이하로 설정될 수 있다. 부분 연납땜/경납땜 피복부의 조성물이 공융 용융에 대응하지 못하면, 이 온도는 저온-용융 부분 연납땜/경납땜 피복부의 용융 온도 이상으로 선택되는 것이 바람직하다. 압력 안정성과 강도에 있어서 구성품의 필요조건이 매우 엄격하지 않다면, 단축된 연납땜/경납땜 공정 다음에 실시되는 템퍼링 단계 (연속 온도 처리) 때문에, 전술한 두 가지 경우에 있어서 공정 시간이 단축될 수 있다. 이 결과, 추가적인 압력 없이, 어떤 적용에는 충분할 수 있는 구성품의 개선된 압력 안정성과 강도가 얻어진다. 가압 기구의 이용가능한 온도 범위가 한정된다면, 가압 공정은 더 낮은 온도에서도 실시될 수 있다. 또한, 가압 기구없이 더 높은 온도에서의 연속 템퍼링은 구성품의 강도를 더 증가시킨다 (실시예 2c 와 2e 참조). 단축된 연납땜/경납땜 공정 후에 템퍼링 단계시 템퍼링 시간과 온도에 따라 혼합된 결정체의 형성 및/또는 상 형성 및/또는 상호확산이 계속 진행된다. 냉각 프레스를 사용하여 냉각을 비활성화 또는 활성화시킬 수 있다.
따라서, 전체 작업은 매우 낮은 연납땜/경납땜 온도에서 실시될 수 있다. 특히, 개별 구성품층은 매우 가벼운 처리 (mild treatment) 로 달성되어서, 열하중에 의해 베이스 플레이트와 커버 플레이트를 포함하는 개별층의 변형은 실질적으로 불가능하다. 템퍼링 공정 (연납땜/경납땜 공정) 은 일정한 온도에서 (등온적으로) 실시되는 것이 바람직하다. 추가로, 템퍼링 공정시 연결 부분의 균질하고 친밀한 접착부를 획득하기 위해서 연결 부분상에 균일한 압력이 가해질 수 있다. 연납땜/경납땜질되는 구성품은, 연납땜/경납땜시 베이스 재료 또는 연납땜/경납땜 피복부상에 어떠한 산화 피복부가 형성되지 않도록, 진공상태 또는 불활성 가스 분위기 (예컨대 아르곤, 질소) 에서 연납땜/경납땜질되는 것이 바람직하다.
구성품층은 특히 열과 압력을 동시에 가함으로써 서로 접착된다. 연납땜/경납땜 재료가 용융될 때 가용성 상을 형성하고 등온 템퍼링을 사용함으로써, 매우 내부식성이 있고, 매우 강한 균질한 연결 밀봉선이 생성될 수 있다.
고온-용융 및 저온-용융 부분 연납땜/경납땜 피복부는, 예컨대 국부적으로 두 번째 구성품층에 및/또는 각각에 상이하게 연속적으로 일측 또는 양측에 사용될 수 있으며 또는 전체 표면에 걸쳐서 사용될 수 있다. 바람직하게는, 고온-용융 부분 연납땜/경납땜 피복부가 우선 사용된 후, 저온-용융 부분 연납땜/경납땜 피복부가 사용된다. 연납땜/경납땜 피복부가 1 이상의 고온-용융 및 하나의 저온-용융 부분 연납땜/경납땜 피복부를 포함한다면, 고온-용융 부분 연납땜/경납땜 피복부는 바람직하게는 니켈, 은, 금, 및 구리를 포함하는 그룹으로부터 선택된 1 이상의 금속을 포함한다. 이 경우에 있어서, 저온-용융 부분 연납땜/경납땜 피복부는, 바람직하게는 주석, 인듐, 및 창연을 포함하는 그룹으로부터 선택된 1 이상의 금속을 포함할 수 있다.
따라서, 2 개의 부분 연납땜/경납땜 피복부를 포함하는 연납땜/경납땜 피복부를 용융시킴으로서, 예컨대 한편으로는 금, 은, 니켈, 및/또는 구리, 다른 한편으로는 주석 및/또는 인듐 및/또는 창연을 포함하는 금속간상이 형성된다. 고온-용융 및 저온-용융 부분 연납땜/경납땜 피복부의 금속이 템퍼링시 충분히 오랫동안 상호확산되자마자, 특히 연납땜/경납땜 온도보다 확실하게 높은 용융 온도를 가지고 매우 강한 연납땜/경납땜질된 접착부를 형성하게 된다.
연납땜/경납땜 피복부의 두께는 대략 1 - 20 ㎛ 인 것이 바람직하다. 또한, 연납땜/경납땜 피복부는 전착 방법을 사용하여 생성되는 것이 바람직하다. 증착된 연납땜/경납땜 재료의 피복 두께와 증착된 재료의 양을 신중히 제어함으로써, 연납땜/경납땜이 개별 구성품층의 매우 미세한 마이크로-채널로 스며들지 않 고 이 마이크로-채널을 막지 않음을 보장한다. 따라서, 낮은 유동 저항성을 가진 마이크로구조 구성품의 보증된 제품은 본원의 방법으로 획득가능하다. 연납땜/경납땜 피복부 또는 부분 연납땜/경납땜 피복부의 전착 형성을 위한 전위 교환의 경우에 있어서, 특히 연납땜/경납땜 피복부가 증착되는 배리어 피복부와 함께 전위 교환이 발생되는 것이 바람직하다. 하지만, 배리어 피복부가 비교적 얇다면, 배리어 피복부가 구멍을 구비하여, 베이스 재료 표면과의 적어도 부분적으로 전위 교환이 발생할 수 있다.
연납땜/경납땜 피복부 및/또는 다기능 배리어층은 구성품층의 연결 표면상에만 증착되거나 구성품층내의 마이크로-채널의 벽상에 증착될 수 있다. 후자의 경우에 있어서, 연납땜/경납땜 재료가 용융될 때 형성되는 금속간상의 조성물은 이 상들이 마이크로-채널내에서 내부식성을 가지도록 선택될 수 있다.
마이크로구조 시트는 우선 다기능 배리어 피복부로 피복된 후 연납땜/경납땜 피복부로 피복될 수 있다. 베이스 재료 표면이 부식된 후 플럭스를 사용하지 않고 이 베이스 재료 표면이 경납땜될 수 없음을 걱정하지 않고, 피복된 시트는 장기간 저장될 수 있다. 따라서 연납땜/경납땜시 플럭스가 불필요하다. 연납땜/경납땜 및 특히 다기능 배리어 피복부는 베이스 금속 표면이 녹스는 것을 방지하여, 연납땜/경납땜이 장기간 유지된다. 연납땜/경납땜 피복부는 국부 및/또는 전체 표면의 전해 또는 무전해 금속 증착에 의해 다수층의 상이한 조성물로부터 형성되는 것이 바람직하다. 최종적으로, 마이크로구조 및 연납땜/경납땜 피복된 구성품 시트는 적층체를 형성하도록 서로 차곡차곡 쌓이게 된다. 연납땜/경납땜 재료는 베이스 재료와 직접 접촉하지 않고 구성품 시트 사이에 위치되어서 배리어 피복부에 의해 물리적으로 한정된다 ("차단된다"). 적층체상에 열을 가하면서 균일한 압력을 가함으로써, 연납땜/경납땜 재료는 용융되어, 소망하는 고체 밀착성, 기밀성 및 유밀성의 연납땜/경납땜 접착부가 형성된다.
다기능 배리어 피복부 및 연납땜/경납땜 피복부를 형성하기 전에, 베이스 재료는 우선 적절한 방식으로 화학적으로 전처리된다. 예컨대, 베이스 재료에서 탈지되고 표면 산화물이 제거된다. 예컨대, 고알칼리성의 수산화아연 용액을 대부분 포함하는 아연 매염제 (mordant) 를 사용할 수 있다. 그 후, 배리어 피복부는 전술한 바와 같은 방식으로 사용된다. 고급 금속이 다기능 배리어 피복부상에 연납땜/경납땜 피복부의 고온-용융 구성품으로서 증착된다면, 고급 금속의 얇은 피복부는 착화제를 함유한 용액으로부터 증착되어야 하고, 특히 바람직하게는 고급 금속의 얇은 피복부는, 이 피복부의 접착성을 개선하고 매염제의 증착 (침탄 증착) 을 방지하기 위해서 연납땜/경납땜 구성품으로서 증착될 것이다. 그 후, 연납땜/경납땜 피복부는 전술한 바와 같이 증착된다. 바람직하게는, 우선, 예컨대 구리, 금, 니켈 및/또는 은과 같은 고온-용융 연납땜/경납땜 구성품이 사용된 후, 예컨대 주석 및/또는 인듐 및/또는 창연과 같은 저온-용융 연납땜/경납땜 구성품이 사용된다.
본 발명의 방법 중 바람직한 일실시형태에 있어서, 사진석판술 공정 단계, 마이크로구조를 생성하기 위한 화학적 에칭단계, 및 시트 적층체 및/또는 시트와 필요하다면 유체용 커넥터를 유입 회귀시키는 비구조적 폐쇄 시트를 연결하기 위한 전술한 기능적 피복부의 전기 증착시킨 단계 후에, 예컨대 다중층 PC 보오드의 제조에 이미 사용되는 진공 적층 시스템 (적층 프레스, 예컨대 RMV 125, Maschinenfabrik Lauffer GmbH & co. KG 사로부터 구입가능한 RMV 125) 과 개별 패널이나 다중 패널에서의 비구조적 폐쇄 시트가 사용된다. 따라서, 대량 생산될 수 있는 구조를 가진 μ-냉각기, μ-열교환기, 및 μ-반응기의 제조는, 비용 절감적이고 대량 생산가능한 검증된 방법을 사용하여 실시될 수 있다.
통상적인 적층 시스템용 가압 기구는 일반적으로 금속, 세라믹, 흑연, 및 복합재를 포함하는 그룹으로부터 선택된 하나의 재료로 형성된 2 개의 판, 층, 또는 필름을 포함한다. 금속판 및/또는 세라믹판 및/또는 흑연판이 특히 사용되고, 이로 인하여 하나는 바닥판을 형성하고 다른 하나는 가압 장치용 상부 폐쇄부를 형성한다. 2 개의 가압판은, 압력을 가하기 위한 평면 가압표면을 보장하기 위해서, 요크 형성은 무시할 수 있어야 한다는 필요조건을 반드시 만족해야 한다.
대략 1 - 10 mm, 바람직하게는 2 - 4 mm 두께의 세라믹 플리스 (fleece) 로서의 고내온성 세라믹 섬유는 바닥판상에 위치되어 가압 쿠션으로서 사용되는 것이 바람직하다. 이 세라믹 섬유는 구성품들간의 높이 차이를 보상하고 균일한 압력 분포를 제공한다. 그 후, 바람직하게는 흑연, 세라믹, 강, 또는 복합재로 형성되고, 1 - 30 mm, 바람직하게는 10 - 20 mm 의 두께를 가지며, 충분한 굴곡 강도, 압력 안정성, 및 열전도성을 가지는 중간판은, 세라믹 섬유 제지상에 위치되어 이 세라믹 섬유 제지가 금속 구성품에 접착하는 것을 방지한다. 구성품층은 개별적으로 또는 바람직하게는 다중 패널식으로 중간판상에 적재된다. 다중 구성품의 필름이 개별적으로 또는 다중 패널식으로 적재되어 동시에 연결된다면, 이 필름들은 예컨대 흑연 중간층에 의해 서로 분리된다.
개별 적층체를 연결하는 경우에 있어서, 특정한 정렬 장치 (registration apparatus), 정렬 핀 (registration pins), 또는 템플릿 (templates) 을 사용하여 개별 필름의 오프셋을 최소화한다. 정렬 장치, 정렬 핀, 또는 템플릿은, 흑연, 세라믹, 및 금속을 포함하는 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하고, 이 재료의 표면은 적절한 보호 피복부, 바람직하게는 보호 세라믹 피복부로 피복된다. 정렬 장치, 정렬 핀, 또는 템플릿의 높이는 필름 적층체의 높이보다 낮아야 한다. 하지만, 양측상의 정렬 장점을 제공할 수 있는 (후술됨) 베이스판과 커버판내의 대응 함몰부를 제공할 수 있다. 다중 패널을 사용할 때, 바람직하게는 금속 또는 비금속 정렬 핀이 사용될 수 있다. 이 목적을 위해서, 정렬 핀이 삽입될 수 있는 대응 리세스는 구조화 공정시 패널의 가장자리 영역에 제공되어서, 최소한의 공차를 가진 구성품내의 낮은 오프셋이 보장될 수 있다. 또한, 정렬 핀의 높이는 전체 구성품의 높이보다 낮은 것이 바람직하다. 하지만, 패널은, 자동 정렬을 용이하게 해주는 구조적 특징부를 바람직하게는 구성품층의 가장자리 영역에서 가질 수도 있는데, 예컨대 개별층이 적재될 때 오프셋되는 것을 방지하는 펀치되거나, 에칭되거나, 또는 스탬핑된 함몰부를 가질 수 있다. 연납땜/경납땜 공정 후, 구성품층은 예컨대 절단, 밀링, 펀칭, 레이저 가공에 의해 다중 패널로부터 분리된다. 상부 가압판에 폐쇄부를 형성하는 흑연 플랫터와 세라믹 섬유 제지는 정렬 장치내에 적재된 필름상이나 패널상에 위치된다.
그 후, 연납땜/경납땜으로 피복된 및/또는 마이크로구조 구성품층의 적층체 (시트나 다중 패널) 는 진공상태 또는 불활성가스 공기상태에서 열과 압력을 사용하여 연결된다. 연납땜/경납땜 공정의 바람직한 조건은, 100 - 600℃ 의 연납땜/경납땜 온도와 적층체가 적어도 0.1 MPa, 특히 적어도 0.5 MPa 로 가압되는 압력이다. 연납땜/경납땜 공정의 추가적인 중요한 파라미터는 연결 장치의 압력, 가열속도, 온도 유지 시간 (템퍼링 시간), 및 냉각 시간이다. 가열속도, 온도 유지 주기, 냉각 시간, 및 개별 부분 연납땜/경납땜 피복부의 두께와 압력은 특히 연납땜/경납땜 밀봉선내의 금속간상 형성을 제어하여 조절될 수 있다. 더 긴 가열 및 냉각 단계와 더 긴 템퍼링 시간은 부분 연납땜/경납땜 피복부내의 성분이 서로 확산되도록 한다. 다른 한편으로는, 선택된 템퍼링 시간은 연납땜/경납땜 밀봉선내에 형성된 금속간상의 양과 유형을 제어하는데 사용될 수 있다. 금속간상의 유형은 일반적으로 특히 연납땜/경납땜 피복부내의 금속 유형을 따른다. 본 발명의 바람직한 일실시형태에 있어서, 구성품층은 급속 가열 방법과 급속 냉각 방법을 포함하는 그룹으로부터 선택된 1 이상의 급속 방법을 사용하여 서로 연결된다. 급속 가열 및 냉각 방법은 약 5 도/분 이상의 속도를 가지는 방법으로 이해되어야 한다.
개별 시트를 서로 균일하게 전체 표면을 접착하기 위해서, 온도의 함수로서 최소 압력이 가해지고, 연납땜/경납땜 피복부 또는 부분 연납땜/경납땜 피복부의 피복 두께는 연결되는 적층체상에 균일하게 분포되어야 한다. 연결되는 표면의 접촉을 개선하여 상호확산과 금속간상의 형성을 가속화시키는 것 외에도, 취성상 형성과 분포는 압력에 의해 바람직하게 영향을 받을 수 있고 또는 완전히 방지될 수 있다. 취성상을 분포시키거나 방지하는 것은 이후의 강도와 내부식성에 있어서 중요하다. 연납땜/경납땜 공정시 0.1 MPa 이하의 압력은 부적절한 강도와 압력 안정성을 유발한다.
연납땜/경납땜 피복부의 조성물에 따라서, 연납땜/경납땜 온도는 100 - 600℃ 의 범위에 있다. 가열속도는 베이스 재료와의 충분한 접착을 위해서 배리어 피복부가 반응할 수 있도록 선택되어야 한다. 다른 한편으로는, 가열시 연납땜/경납땜 구성품이 다른 구성품으로의 상호확산은, 접착부가 충분한 강도를 가지지 않게 하는 가용성 상의 소모를 유발하지 말아야 한다.
도 1 은 4 단계 (1a ~ 1d) 로 베이스 재료상에서의 부분 연납땜/경납땜 피복부의 금속간상 및 다기능 배리어 피복부의 형성을 도시한 개략도이다.
실시예 1 :
0.3 mm 두께의 AlMg3 시트에는 유동 채널이 제공되고, 이 유동 채널의 패턴은 사진석판술에 의해 시트상에 표시되며, 이 채널은 딥 에칭으로 형성된다.
기능적 피복부가 유동 채널의 벽에 사용되기 전에, 시트는 세척되고 전처리된다. 이를 위하여, 커버 시트와 바닥 시트를 포함하는 시트들은,
1. 탈지되고 (알칼리성 용액을 함유하는 침윤제 ; Uniclean
Figure 112003014711078-pat00001
155, 3wt.%, Atotech Deutschland GmbH)
1a. 세정
2. 산세척 (산세척: AlumEtchS
Figure 112003014711078-pat00002
, Atotech Deutschland GmbH)
2a. 세정
3. 아연 매염제로 처리 (수산화아연의 고알칼리성 용액; AlumSeal650
Figure 112003014711078-pat00003
, Atotech Deutschland GmbH)
3a. 세정 단계로 처리된다.
전처리 단계 2, 2a, 3, 및 3a 는 연속적으로 두 번 실시된다.
아연산염 피복부가 균일하게 형성된 후, 배리어 피복부와 연납땜/경납땜 피복부가 증착된다. 이를 위하여, 우선 :
4. 니켈 증착 (전해적으로 또는 무전해적으로), 두께 5㎛ (Atotech Deutschland GmbH 사로부터 구입가능한 술파민산 니켈 배스)
4a. 세정 단계로 처리된다.
니켈 피복부는 다기능 배리어 피복부로서 작용한다. 그 후, 은으로 된 얇은 피복부는 은 합성물을 포함하는 전해질로부터 배리어 피복부상에 증착된다. 이를 위해,
5. 전처리 은 (pre-silver) 증착 (전해적으로), 두께 < 1 ㎛ (은 Trisalyt
Figure 112003014711078-pat00004
, Atotech Deutschland GmbH)
5a. 세정 단계로 처리된다.
그 후, 연납땜/경납땜 피복부가 형성된다. 이를 위해, 우선
6. 은 증착 (전해적으로), 두께 7 ㎛ (AgO-56
Figure 112003014711078-pat00005
, Atotech Deutschland GmbH)
6a. 세정 단계로 처리된다.
은은 고온-용융 부분 연납땜/경납땜 피복부로서 작용한다. 그 후, 저온-용융 부분 연납땜/경납땜 피복부가 증착된다. 이를 위해:
7. 주석 증착 (전해적으로), 두께 2.5 ㎛ (Sulfotech TM, Atotech Deutschland GmbH)
7a. 세정
7b. 건조 단계로 처리된다.
시트는 탈이온수로 각각 세정된다. 피복된 시트는 개별적으로 또는 바람직하게는 다중 패널로 층류 프레스 (laminar press) 내에서 적재된다. 330℃ 의 납땜 온도는 7 K/min 의 가열속도에서 설정된다. 납땜 온도에 도달한 후, 납땜 온도는 30 분 동안 유지된다. 30 분 후에는, 적층체는 비활성적으로 냉각된다. 냉각 단계는 90 분 동안 지속된다. 전체 납땜 공정시 적층체상에 4.5 MPa 의 압력이 가해진다.
도 1 의 1a 에 도시된 바와 같이, Ni 로 제조된 배리어 피복부는 알루미늄 베이스 재료상에 형성되고, 그 위에는 각각 은으로 제조된 고온-용융 부분 연납땜/경납땜 피복부가 형성되며, 최종적으로 그 위에는 각각 주석으로 제조된 저온-용융 부분 연납땜/경납땜 피복부가 형성된다. 도 1 의 1b 에서는 연납땜/경납땜 공정이 시작되기 전 적층체의 형태를 도시하였다. 개별 피복부가 여전히 존재한다. 부분 연납땜/경납땜 피복부의 상호확산의 진행이 도 1 의 1c 에 도시되어 있다. 배리어 피복부가 알루미늄 기재 재료상에 완전히 존재할 시, 중앙 금속간 AgxSny 상이 형성되면서, 부분 연납땜/경납땜 피복부의 부분 상호확산이 이미 시작된다. 고온-용융 부분 연납땜/경납땜 피복부의 일부분과, 저온-용융 부분 연납땜/경납땜 피복부의 일부분이 여전히 존재한다. 도 1 의 1d 에서는 납땜 공정이 실시된 후 상호확산의 결과를 도시하였다. 2 개의 부분 연납땜/경납땜 피복부는 확산으로 완전히 사라졌다.
개별 피복부의 화학양론적 조성물은, SEM/EDX (scanning electron microscope/energy-dispersive Xray) 로 결정되고, 주로 금속간상 Ag5Sn (ζ상) 에 대응된다.
실시예 2 :
0.3 mm 두께의 Cu 시트에는 유동 채널이 제공되고, 이 유동 채널의 패턴은 사진석판술에 의해 시트상에 표시되며, 이 채널은 딥 에칭으로 형성된다. 기능적 피복부가 유동 채널의 벽에 사용되기 전에, 시트는 세척되고 전처리된다. 이를 위하여, 커버 시트와 바닥 시트를 포함하는 시트들은,
1. 탈지되고 (알칼리성 용액을 함유하는 침윤제 ; Uniclean
Figure 112003014711078-pat00006
155, 3wt.%, Atotech Deutschland GmbH)
1a. 세정
2. 산세척 (산성, Uniclean
Figure 112003014711078-pat00007
675, Atotech Deutschland GmbH)
2a. 세정
3. 전해적으로 탈지 (알칼리성 Uniclean
Figure 112003014711078-pat00008
279, Atotech Deutschland GmbH)
3a. 세정
4. 마이크로-에칭 (산세척, 산성, Uniclean
Figure 112003014711078-pat00009
697, Atotech Deutschland GmbH)
4a. 세정 단계로 처리된다.
그 후, 배리어 피복부와 연납땜/경납땜 피복부가 증착된다. 이를 위하여, 우선,
5. 니켈 증착 (전해적으로 또는 무전해적으로), 두께 5 ㎛ (Atotech Deutschland GmbH 사로부터 구입가능한 술파민산 니켈 배스)
5a. 세정 단계로 처리된다.
니켈 피복부는 다기능 배리어 피복부로서 작용한다. 그 후, 은으로 된 얇은 피복부는 은 합성물을 포함하는 전해질로부터 배리어 피복부상에 증착된다. 이를 위해,
6. 전처리 은 증착 (전해적으로), 두께 < 1 ㎛ (은 Trisalyt
Figure 112003014711078-pat00010
, Atotech Deutschland GmbH)
6a. 세정 단계로 처리된다.
그 후, 연납땜/경납땜 피복부가 형성된다. 이를 위해, 우선
7. 은 증착 (전해적으로), 두께 10 ㎛ (AgO-56
Figure 112003014711078-pat00011
, Atotech Deutschland GmbH)
7a. 세정 단계로 처리된다.
은은 고온-용융 부분 연납땜/경납땜 피복부로서 작용한다. 그 후, 저온-용융 부분 연납땜/경납땜 피복부가 증착된다. 이를 위해:
8. 주석 증착 (전해적으로), 두께 3 ㎛ (Sulfotech TM, Atotech Deutschland GmbH)
8a. 세정
8b. 건조 단계로 처리된다.
시트는 각각 탈이온수로 세정된다.
피복된 시트는 개별적으로 또는 바람직하게는 다중 패널로 층류 프레스내에서 적재된다. 동일한 구조를 가졌지만 상이한 품질을 가진 구성품을 제조하기 위한 이후의 일련의 시험이 실시된다:
a. 250℃ 의 납땜 온도는 7 K/min 의 가열속도에서 설정되고, 납땜 온도에 도달한 후 유지 시간 없이 냉각이 시작된다. 적층체는 비활성적으로 냉각된다. 냉각 단계는 60 분 동안 지속된다. 전체 납땜 공정시 적층체상에 4.5 MPa 의 압력이 가해진다. 구성품은 낮은 품질과 매우 높은 불합격율 (80%) 을 가진 압력 안정성을 나타낸다. 1 mm 의 바닥판 두께를 가진 이 실시예에 사용된 구성에서 구성품은 0 ~ 2 bar 범위의 내부압력에서 누출된다. 연납땜/경납땜 밀봉선의 조성은, SEM/EDX 로 결정되고, 고온-용융 및 저온-용융 부분 연납땜/경납땜 피복부가 그 원래 형태로 존재됨을 나타내었다.
b. 250℃ 의 납땜 온도는 7 K/min 의 가열속도에서 설정된다. 납땜 온도에 도달한 후, 납땜 온도는 30 분 동안 유지된다. 적층체는 비활성적으로 냉각된다. 냉각 단계는 60 분 동안 지속된다. 전체 납땜 공정시 적층체상에 4.5 MPa 의 압력이 가해진다. 실험 a 와 동일한 구성을 가지고 1 mm 의 바닥판 두께를 가진 구성품은 10 ~ 15 bar 범위의 내부압력에서 누출된다. 연납땜/경납땜 밀봉선의 조성은, SEM/EDX 로 결정되고, 고온-용융 및 저온-용융 부분 연납땜/경납땜 피복부 외에도, 조성물 Ag3Sn 상 (ε상) 이 형성됨을 나타내었다.
c. 실험 a 에 따라서 연결된 구성품은 이 구성품에 압력을 가하지 않고 330℃ 의 온도에서 30 분 동안 오븐에서 열적으로 후처리된다. 연속 파열 시험 (burst test) 에서, 구성품은 약 30 bar 의 내부압력에서 누출된다. 연납땜/경납땜 밀봉선의 조성은, SEM/EDX 로 결정되고, 고온-용융 및 저온-용융 부분 연납땜/경납땜 피복부 외에도, 조성물 Ag3Sn 상 (ε상) 과 조성물 Ag5Sn 상 (ζ상) 이 형성됨을 나타내었다.
d. 330℃ 의 납땜 온도는 7 K/min 의 가열속도에서 설정되고, 납땜 온도에 도달한 후 유지 시간 없이 냉각이 시작된다. 적층체는 비활성적으로 냉각된다. 냉각 단계는 90 분 동안 지속된다. 전체 납땜 공정시 적층체상에 4.5 MPa 의 압력이 가해진다. 실험 a 와 동일한 구성이며 1 mm 의 바닥판 두께를 가진 구성품은 연속 파열 시험에서 5 ~ 10 bar 범위의 내부압력에서 누출된다. 연납땜/경납땜 밀봉선의 조성은, SEM/EDX 로 결정되고, 고온-용융 및 저온-용융 부분 연납땜/경납땜 피복부 외에도, 조성물 Ag3Sn 상 (ε상) 이 형성됨을 나타내었다.
e. 실험 c 에 따라서 연결된 구성품은 이 구성품에 압력을 가하지 않고 330℃ 의 온도에서 30 분 동안 오븐에서 후처리된다. 연속 파열 시험에서, 구성품은 약 35 ~ 40 bar 범위의 내부압력에서 누출된다. 연납땜/경납땜 밀봉선의 조성은 SEM/EDX 로 결정된다. 분석에서는, 고온-용융 및 저온-용융 부분 연납땜/경납땜 피복부 외에도, 조성물 Ag3Sn 상 (ε상) 과 조성물 Ag5Sn 상 (ζ상) 이 형성됨을 나타내었다.
f. 실험 c 에 따라서 연결된 구성품은 330℃ 의 온도에서 30 분 동안 오븐에서 열적으로 후처리되고, 전체 템퍼링 기간동안 구성품상에 4.5 MPa 의 압력이 가해진다. 연속 파열 시험에서, 구성품은 60 의 내부압력에서 누출되지 않았다. 연납땜/경납땜 밀봉선의 조성은 SEM/EDX 로 결정된다. 분석에서는, 조성물 Ag3Sn 상 (ε상) 과 주로 조성물 Ag5Sn 상 (ζ상) 이 형성됨을 나타내었다.
상기 결과에서는, 연납땜/경납땜 온도간의 정성(定性) 연결, 연납땜/경납땜 시간, 및 마이크로구조 구성품의 내파열성에 관한 압력을 나타내었다. 파열 압력의 절대값은 선택된 구성과 바닥판의 두께에 매우 의존하고, 따라서 이 절대값은 동일한 조건에서 동일한 구성의 구성품들 사이에서 비교될 수 있다. 하지만, 전반적으로, 상기 실험들은, 예컨대 330℃ 의 온도에서 처리 시간이 실질적으로 단축될 수 있고 추가 압력없이 연속 템퍼링 단계에 의해서 내파열성이 실질 적으로 증가될 수 있음을 나타내었다.
상기 실시예에서, 내파열성의 증가는, 은이 보다 많은 금속간상의 형성 및 혼합 결정체와 직접 관련있다. 은 피복부 두께, 유지 시간, 처리 온도(들), 및 압력을 증가시킴으로써 내파열성이 더 증가될 수 있다.
본원에 설명된 방법은 공정 비용의 함수로서 제품 특성을 의도적으로 획득하는데 사용될 수 있다.
본 발명은 이후에 보다 자세히 설명될 것이다.
도 2a 는 마이크로구조 구성품 (3) 을 가진 연납땜/경납땜 구조물의 횡단면도이다. 마이크로구조 구성품 (3) 은 바닥판 (6) 내에 장착된 정렬 핀 (4) 을 통하여 정렬된다. 가압 기구 (1) 를 통하여 압력이 가해지고, 가압 쿠션 (2) 은 개별 마이크로구조 구성품 (3) 간의 높이를 보상하여 압력을 균일하게 분포시킬 수 있다. 도 2b 는 연납땜/경납땜 구조물의 평면도이다. 정렬 핀 (4) 이 바닥판 (6) 상에 장착됨을 알 수 있다. 마이크로구조 구성품은 도면부호 "3" 으로 도시되었다.
도 3 은 마이크로구조 구성품 (3) 을 정렬하기 위한 템플릿 (7) 의 단면 측면도이다. 마이크로구조 구성품 (3) 은 중간판 (5) 에 의해 템플릿 (7) 내에서 서로 분리된다. 가압 기구 (1) 를 통하여 압력이 가해지고, 가압 쿠션 (2) 은 개별 마이크로구조 구성품 (3) 간의 높이를 보상하여 압력을 균일하게 분포시킬 수 있다.
도 4 는 마이크로구조 구성품 (3) 을 구비한 구성품 장착의 평면도이다. 마이크로구조 구성품 (3) 은 고정 장치 (10) 를 통하여 이동되는 변위가능한 정렬 장치 (9) 를 통하여 정렬된다. 프레임 (8) 은 정렬 장치 (9) 를 안내하고 고정 장치 (10) 의 힘을 흡수한다. 화살표는 정렬을 위한 정렬 장치 (9) 와 고정 장치 (10) 에 의해서 마이크로구조 구성품 (3) 상에 가해질 수 있는 인장력의 방향을 나타낸다.
도 5 는 템플릿 (7) 의 평면도이다. 마이크로구조 구성품 (3) 은 스프링 (11) 을 구비한 측면 가압판을 통하여 정렬된다. 마이크로구조 구성품 (3) 은 2 개의 측면상의 템플릿 (7) 내에서 템플릿 벽으로 밀어진다.
도 6a 는 템플릿 (7) 의 평면도이다. 마이크로구조 구성품 (3) 은 한 세트 나사부 (12) 를 통하여 이동되는 정렬 나사부 (13) 를 구비한 가압판에 의해 정렬된다. 마이크로구조 구성품 (3) 은 2 개의 측면상의 템플릿 (7) 내에서 템플릿 벽으로 밀어진다. 도 6b 는 설정 장치의 확대도이다. 세트 나사부 (12) (회전 방향은 밀폐된 화살표로 도시됨) 를 구비한 정렬 나사부 (13) 를 보다 자세히 설명될 것이다. 설명된 마이크로구조 구성품 (3) 은 개별 구성품층들을 서로 일렬로 정렬하기 위해서 템플릿 (7) 의 맞은편 벽에 대항하여 개방 화살표 방향으로 가압된다.
도 7 은 정렬 구멍 (15) 을 구비한 다중 패널 (14) 의 평면도이고, 다중 패널 (14) 은 마이크로구조 구성품을 제조하는데 사용되는 다수의 마이크로구조 시트 (16) 를 포함한다. 이 경우에 있어서, 마이크로구조 구성품 (16) 은 연납땜/경납땜 후 분리된다.
도 8a 는 연납땜/경납땜 다중 패널 (14) 용 연납땜/경납땜 구조물의 측단면도이다. 다중 패널 (14) 은 중간판 (5) 에 연결된 외부에 부착된 정렬 핀 (4) 을 사용하여 정렬된다. 연결 압력은 가압 기구 (1) 를 통하여 주어진다. 가압 쿠션 (2) 은 균일한 압력 분포를 보장해준다. 도 8b 는 도 8a 에 대응하는 도면이다. 다중 패널 (14) 은 도 7 에 도시된 다중 패널 (14) 내의 정렬 구멍 (15) 을 통하여 삽입된 정렬 핀 (4) 에 의해 정렬된다.
첨부된 청구항에서 한정된 본 발명의 관점을 벗어나지 않는 한, 실시예와 도면으로 설명된 부분은 기술적인 수단에 의해 다양하게 변형 또는 대체될 수 있음을 이해되어야 한다.
다기능 배리어 피복부는 연납땜/경납땜 피복부내의 요소들이 금속 베이스 재료로부터 확산하는 것을 방지하고, 또한 금속 베이스 재료의 요소들이 연납땜/경납땜 피복부로 확산하는 것을 방지한다. 특히, 이는 연납땜/경납땜시 어떠한 종류의 금속의 가용성 상의 소모를 방지하여 연납땜/경납땜 피복부와 베이스 재료간의 소망하지 않는 상호작용을 방지한다. 추가로, 상호확산으로 베이스 재료 및/또는 연납땜/경납땜 피복부내에 취성상이 형성되는 것이 방지된다. 또한, 가용성 연납땜/경납땜 피복부는 연납땜/경납땜 구성성분이 베이스 재료로 확산하여 소모되는 것이 방지되어, 연납땜/경납땜 재료와 베이스 재료사이의 단단한 접착을 방지한다. 더욱이, 이는 연결 부분들이 플럭스를 사용하지 않고 연납땜/경납땜될 수 있을 때 달성된다. 즉, 배리어 피복부도 베이스 재료의 산화를 방지한다.
신규한 연결 방법으로, 마이크로구조 구성품을 제조할 수 있고, 다른 금속과 금속 합금을 사용할 때에도 저온 공정의 모든 장점을 제공한다. 이는, 에너지 비용을 절감하여 공정 비용을 낮출 수 있고 환경친화적이다. 게다가, 고온의 오븐용 값비싼 고온의 재료를 사용할 필요가 없어서, 제조 공정용 기구를 위한 초기의 투자 지출액이 낮아지게 된다. 더욱이, 낮은 연결 온도에서의 보호 공정은, 밀봉, 강도, 및 특히 부식 안정성에 있어서 엄격한 기술 품질 필요조건을 만족하면서 구성품의 성형 안정성을 증가시킨다.

Claims (33)

  1. 마이크로구조 구성품을 제조하는데 적절하고, 금속과 금속 합금을 포함하는 그룹으로부터 선택된 물질을 포함하는 마이크로구조 구성품층을 연결하는 방법으로서, 상기 구성품층의 연결 표면에는 1 이상의 다기능 배리어 피복부가 도포되고, 상기 1 이상의 배리어 피복부에는 1 이상의 연납땜/경납땜 피복부가 도포되며, 구성품층은, 적층된 후, 열을 이용하여 서로 연납땜/경납땜질되고, 상기 1 이상의 다기능 배리어 피복부는 몰리브덴, 망간, 크롬, 팔라듐, 철, 니켈, 및 철과 니켈을 포함하는 그룹으로부터 선택된 1 이상의 금속의 인 함유 합금을 포함하는 그룹으로부터 선택된 1 이상의 금속을 포함하는 마이크로구조 구성품층을 연결하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 물질은 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금, 및 고급 강을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 마이크로구조 구성품층을 연결하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 연납땜/경납땜 방법은 확산 연납땜/경납땜 방법인 것을 특징으로 하는 마이크로구조 구성품층을 연결하는 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 연납땜/경납땜 방법은 플럭스 없이 실시되는 것을 특징으로 하는 마이크로구조 구성품층을 연결하는 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 피복부를 형성하기 위해서 1 이상의 부분 연납땜/경납땜 피복부가 도포되는 것을 특징으로 하는 마이크로구조 구성품층을 연결하는 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 피복부를 형성하기 위해서 2 개의 부분 연납땜/경납땜 피복부가 도포되는 것을 특징으로 하는 마이크로구조 구성품층을 연결하는 방법.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 부분 연납땜/경납땜 피복부는 1 이상의 고온-용융 및 1 이상의 저온-용융 부분 연납땜/경납땜 피복부인 것을 특징으로 하는 마이크로구조 구성품층을 연결하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 1 이상의 고온-용융 부분 연납땜/경납땜 피복부는 은, 금, 니켈, 및 구리를 포함하는 그룹으로부터 선택된 1 이상의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로구조 구성품층을 연결하는 방법.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 1 이상의 저온-용융 부분 연납땜/경납땜 피복부는 주석, 인듐, 및 창연을 포함하는 그룹으로부터 선택된 1 이상의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로구조 구성품층을 연결하는 방법.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 1 이상의 고온-용융 부분 연납땜/경납땜 피복부는 상기 구성품층상에 증착된 후, 1 이상의 저온-용융 부분 연납땜/경납땜 피복부가 상기 구성품층상에 증착되는 것을 특징으로 하는 마이크로구조 구성품층을 연결하는 방법.
  11. 삭제
  12. 제 5 항에 있어서, 상기 부분 연납땜/경납땜 피복부의 조성물과 두께는 연납땜/경납땜시 초기 공융 용융이 형성되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 마이크로구조 구성품층을 연결하는 방법.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 구성품층은 등온적 연납땜/경납땜에 의해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 마이크로구조 구성품층을 연결하는 방법.
  14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 구성품층은 열과 압력을 동시에 가함으로써 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 마이크로구조 구성품층을 연결하는 방법.
  15. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 구성품층은 가열 및 냉각을 포함하는 그룹으로부터 선택된 1 이상의 급속 방법으로 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 마이크로구조 구성품층을 연결하는 방법.
  16. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 연납땜/경납땜은 100 ~ 600℃ 범위의 온도와, 적층체가 적어도 0.1 MPa 로 가압되는 압력에서 실시되고, 유지 시간은 0 ~ 60 분이며, 온도 처리는 0 ~ 60 분 동안의 템퍼링 시간으로 실시되는 것을 특징으로 하는 마이크로구조 구성품층을 연결하는 방법.
  17. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 다기능 배리어 피복부, 연납땜/경납땜 피복부를 포함하는 그룹으로부터 선택된 1 이상의 피복부는 전착 방법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로구조 구성품층을 연결하는 방법.
  18. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 구성품층은 다중 패널로 연납땜/경납땜질되는 것을 특징으로 하는 마이크로구조 구성품층을 연결하는 방법.
  19. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 구성품층은 PC 보오드 적층 프레스에서 연납땜/경납땜질되는 것을 특징으로 하는 마이크로구조 구성품층을 연결하는 방법.
  20. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 추가로, 연납땜/경납땜시, 금속, 세라믹, 흑연, 및 복합재를 포함하는 그룹으로부터 선택된 재료로 제조된 재료판이나 재료층 또는 재료막인 가압 기구가 사용되는 것을 특징으로 하는 마이크로구조 구성품층을 연결하는 방법.
  21. 제 20 항에 있어서, 추가로, 연납땜/경납땜시, 세라믹 플리스인 가압 쿠션이 사용되는 것을 특징으로 하는 마이크로구조 구성품층을 연결하는 방법.
  22. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 추가로, 연납땜/경납땜시, 정렬 장치, 정렬 핀, 또는 템플릿이 정렬용으로 사용되는 것을 특징으로 하는 마이크로구조 구성품층을 연결하는 방법.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 정렬 장치, 정렬 핀, 또는 템플릿은 흑연, 세라믹, 및 금속을 포함하는 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로구조 구성품층을 연결하는 방법.
  24. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 구성품층은 구조적 특징부를 포함하고, 상기 구조적 특징부가, 추가로, 연납땜/경납땜시, 자동-정렬용으로 사용되는 것을 특징으로 하는 마이크로구조 구성품층을 연결하는 방법.
  25. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 구성품층은 연납땜/경납땜 공정 후 절단, 밀링, 펀칭, 또는 레이저 가공으로 분리되는 것을 특징으로 하는 마이크로구조 구성품층을 연결하는 방법.
  26. 서로 연결되는 마이크로구조 구성품층의 적층체를 포함하고, 금속과 금속 합금을 포함하는 그룹으로부터 선택된 물질을 포함하는 제 1 항의 제조방법에 따라 제조된 마이크로구조 구성품으로서, 상기 구성품은 개별 구성품층들 사이에서 1 이상의 다기능 배리어 피복부와, 하나의 연납땜/경납땜 피복부를 구비하고, 상기 1 이상의 다기능 배리어 피복부는, 몰리브덴, 망간, 철, 니켈, 및 철과 니켈을 포함하는 그룹으로부터 선택된 1 이상의 금속의 인 함유 합금을 포함하는 그룹으로부터 선택된 1 이상의 금속을 포함하는 마이크로구조 구성품.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 물질은 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금, 및 고급 강을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 마이크로구조 구성품.
  28. 제 26 항 또는 제 27 항에 있어서, 상기 구성품층은 확산 연납땜/경납땜 방법으로 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 마이크로구조 구성품.
  29. 제 26 항 또는 제 27 항에 있어서, 상기 연납땜/경납땜 피복부는 1 이상의 고온-용융 금속과 1 이상의 저온-용융 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로구조 구성품.
  30. 제 29 항에 있어서, 상기 1 이상의 고온-용융 금속은 금, 은, 니켈, 및 구리를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 마이크로구조 구성품.
  31. 제 29 항에 있어서, 상기 1 이상의 저온-용융 금속은 주석, 인듐, 및 창연을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 마이크로구조 구성품.
  32. 삭제
  33. 제 26 항 또는 제 27 항에 있어서, 상기 구성품층은 다중 패널로 연납땜/경납땜질되는 것을 특징으로 하는 마이크로구조 구성품.
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