KR101307141B1 - Fabrication method of clad metal with high conductivity - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수직 방향으로의 고방열 특징을 갖는 클래드 메탈 제조방식에 관한 것으로 상하부 금속층과 망사 또는 타공판 형상을 갖는 중간 금속 모재층과의 기계적, 전기적 특성 향상을 위해 도금된 중간 모재층을 사용하여 클래드 메탈을 제조하는 것을 특징으로 한다. 클래드 메탈 제조에서 상하부 금속층과 중간 모재층의 결합력 및 계면에서의 불순물 제거는 클래드 메탈의 전기적, 기계적 특성 향상에 매우 중요하다. 특히 본 발명에서 구현하고자 하는 수직 고방열 특성의 경우 망사 또는 타공판 형상을 가진 중간 모재층의 경우 기존 판상형 모재층과는 달리 금속 표면의 산화막 제거가 용이하지 않아 클래드 메탈 제조 후 계면 결함의 원인이 될 수 있다. 본 발명에서는 이러한 단점을 극복하기 위해서 망사 또는 타공형 중간 모재층에 상하부 금속과 같은 계열의 금속층을 도금함으로써 클래드 메탈 제조 공정 후 계면의 결합력 향상과 망사 형태의 중간 모재층에서 발생하기 쉬운 결함을 억제할 수 있다. 또한 도금된 금속층의 경우 중간 모재층의 표면에 산화막 생성을 억제하여 클래드 메탈 제조 공정 중 사용되는 산화막 제거 공정을 최소화할 수 있는 장점이 있다. 특히 Cu 또는 Cu 합금을 도금한 망사형 중간 모재층을 적용한 클래드 메탈 구조에서는 상하부 금속층과 같은 Cu계 금속층 이므로 결합력뿐만 아니라 높은 열전도율의 특성까지 유지할 수 있어, 종래의 클래드 메탈에서 확보하기 어려운 수직방향의 고 열전도도 특성을 구현할 수 있다. 이러한 본 발명을 계기로 그동안 수직 고방열 특성을 가진 고강도의 클래드 메탈 부재로 인한 광전소자 및 통신소자 제작의 어려움을 극복하고 우수한 고효율의 소자 제작이 가능하게 될 것으로 기대된다.The present invention relates to a clad metal manufacturing method having a high heat dissipation in the vertical direction, and to the cladding using an intermediate base layer plated to improve the mechanical and electrical properties of the upper and lower metal layers and the intermediate metal base layer having a mesh or perforated plate shape It is characterized by producing a metal. In the clad metal manufacturing, the bonding force between the upper and lower metal layers and the intermediate base material layer and the removal of impurities at the interface are very important for improving the electrical and mechanical properties of the clad metal. In particular, in the case of the vertical heat dissipation characteristics to be implemented in the present invention, the intermediate base material layer having a mesh or perforated plate shape, unlike the existing plate-like base material layer, is not easy to remove the oxide film on the metal surface, which may cause interface defects after the clad metal production. Can be. In the present invention, in order to overcome this disadvantage, by plating a metal layer of the series such as the upper and lower metals on the mesh or perforated intermediate base material layer to improve the bonding strength of the interface after the clad metal manufacturing process and suppress the defects that are likely to occur in the mesh base intermediate layer can do. In addition, the plated metal layer has an advantage of minimizing the oxide film removal process used during the clad metal manufacturing process by suppressing the formation of an oxide film on the surface of the intermediate base material layer. Particularly, in the clad metal structure using the mesh-type intermediate base material layer plated with Cu or Cu alloy, the Cu-based metal layer like the upper and lower metal layers can maintain not only bonding strength but also high thermal conductivity characteristics, which is difficult to secure in conventional clad metal. High thermal conductivity characteristics can be achieved. The present invention is expected to be able to overcome the difficulties of the optoelectronic device and communication device due to the high strength clad metal member having vertical high heat dissipation characteristics and to produce a highly efficient device.

Description

고열전도 클래드 메탈 제조방법 {Fabrication method of clad metal with high conductivity}Fabrication method of clad metal with high conductivity

반도체 소자나 광소자 등과 같은 다양한 광전소자를 패키지하거나 모듈과 같은 제품을 제작하기 위해서는 리드프레임이나 PCB(Printed Circuit Board)를 이용하게 된다. 최근 광전자소자가 소형화되고 다양한 기능이 탑재되고 이에 따른 구동 속도를 향상 시켜야 하므로 소자를 패키지 할 때 사용되는 리드프레임과 PCB의 사양 또한 증가하고 있다. In order to package various optoelectronic devices such as semiconductor devices or optical devices or to manufacture products such as modules, a lead frame or a printed circuit board (PCB) is used. Recently, as optoelectronic devices have been miniaturized, various functions have been loaded, and driving speeds have to be improved, specifications of leadframes and PCBs used when packaging devices are also increasing.

리드프레임은 반도체 패키지의 주요부품으로서, 반도체 칩과 외부회로를 연결시켜 주는 (lead) 역할과 반도체 패키지를 전자회로 기판에 고정시켜주는 버팀대(frame) 역할을 하며 동시에 칩(chip)과 외부 회로와의 접속, 방열, 외부환경으로부터 보호하는 기능을 수행하는 금속기판을 말한다. 현재 반도체 패키지의 소형화, 고밀도화, 고신뢰성, 비용 절감 및 다중칩용 재료가 요구되고 있고, 반도체의 처리속도의 고속화에 따라 그 역할의 중요성이 매우 증가하여 그에 적합한 고성능 리드프레임 재료 개발이 이루어지고 있다. The lead frame is a main component of the semiconductor package, and serves as a lead that connects the semiconductor chip and the external circuit and a frame that fixes the semiconductor package to the electronic circuit board. Refers to a metal substrate that performs the function of connection, heat dissipation and protection from external environment. At present, there is a demand for miniaturization, high density, high reliability, cost reduction, and multi-chip materials for semiconductor packages. As the processing speed of semiconductors increases, the importance of the role is greatly increased, and high-performance leadframe materials are being developed.

LED와 같은 광소자의 경우에도 효율 향상과 더불어 고전류가 인가되는 고출력 LED는 구동 중에 많은 양의 열을 발산하고 있다. 열은 LED의 효율을 감소시키고 수명을 단축시키는 주요 원인으로 알려져 있다. 따라서 고방열 특성을 가지는 리드프레임의 개발은 LED의 특성 향상과 직접적인 영향을 미치는 매우 중요한 사항이다. In the case of optical devices such as LEDs, high-power LEDs, which have high efficiency and high current, emit a large amount of heat during driving. Heat is known to be a major factor in reducing the efficiency and shortening the lifetime of LEDs. Therefore, development of a lead frame having high heat dissipation is a very important issue that directly affects LED characteristics.

대개 리드프레임의 경우 인장 강도는 40-70kgf/mm2 수준이며, 연신율은 수에서 십 수 %이며, 전기전도도는 60-65%ACS, 열전도도는 300W/mK 이상을 요구하고 있다. 그러나 강도와 열전도도 및 전기전도도는 상호 대비되는 특성을 가지고 있어 강도와 전도도를 동시에 향상시키는 제조법은 매우 한정적이다. 현재까지 이러한 요구를 만족하기 위해서 여러 종류의 리드프레임 재료가 사용되고 있으며 그 대표적인 소재로 Cu-Fe-P계, Cu-Ni-Si계, 42 alloy(42% NiFe)계 등이 있다. Typically, leadframes have a tensile strength of 40-70kgf / mm2, elongation of tens to ten percent, electrical conductivity of 60-65% ACS, and thermal conductivity of 300W / mK or higher. However, strength, thermal conductivity, and electrical conductivity have characteristics that contrast with each other, so a method of improving strength and conductivity at the same time is very limited. Various kinds of leadframe materials are used to satisfy such demands up to now, and representative materials include Cu-Fe-P, Cu-Ni-Si, and 42 alloy (42% NiFe).

2000년대 이후로 기존의 합금을 이용한 리드프레임 개발 방식과는 다른 새로운 접근 방식으로 리드프레임을 제작하는 기술 개발이 진행되고 있다. 그 방식이 클래드 메탈 판 제조 방식이다. 본 방식은 강도가 좋은 금속 모재층을 중간층으로 하여 모재층의 상하 또는 한쪽에 전도도가 좋은 금속층을 압연 방식을 통하여 접합하는 것이다. 이러한 구조는 기존의 단일층으로 강도와 전도도를 동시에 향상시키기 어렵다는 단점을 극복하기 위해서 중간의 모재층에서 강도를 향상시키고 상부 도는 하부층에서 구리 또는 구리합금을 사용하여 전도도를 증가시키는 방식이다. 그 결과 기존에 비해서 강도와 전도도가 동시에 향상되는 효과를 가져왔다. Since the 2000s, technology for manufacturing leadframes has been developed using a new approach different from that of leadframes using alloys. The method is a clad metal plate manufacturing method. This method joins a metal layer with good conductivity to the upper and lower sides or one side of a base material layer through a rolling method, using the metal base material layer of high strength as an intermediate | middle layer. In order to overcome the disadvantage that it is difficult to improve strength and conductivity at the same time with the conventional single layer, the structure improves the strength in the middle base material layer and increases the conductivity by using copper or copper alloy in the upper or lower layer. As a result, the strength and conductivity were simultaneously improved.

그러나 클래드 메탈의 경우 강도에서는 우수한 성과를 유지할 수 있었으나 전도도 측면에서는 최근 한계를 보이고 있다. 이는 기존의 클래드 메탈에서 측정되는 전도도가 모두 수평 방향에 대한 전도도이기 때문이다. 즉 클래드 메탈의 상부 또는 하부층의 금속은 높은 열전도도나 전기전도도를 구현하기 위해서 구리 또는 구리합금으로 되어 있기 때문이다. 이는 표 1에 나타낸 현재 생산되고 있는 클래드 메탈의 특성을 보면 잘 알 수 있다. 실제 리드프레임은 표1에서 보는 것과 같이 수직 방향의 전도도가 모재층의 특성에 크게 영향을 받아 수평 방향에 비해 현저히 떨어지는 것을 알 수 있다. 그러나 수직방향의 경우 중간 모재층은 구리 또는 구리 합금보다 열전도도가 떨어지므로 열전도도를 감소시키는 원인이 된다. 특히 SUS를 중간 모재층으로 사용하는 경우는 수평방향에 비해 수직방향의 열전도도가 크게 감소한다. (표1 참조)However, clad metal has been able to maintain excellent performance in strength, but has recently shown limitations in terms of conductivity. This is because the conductivity measured in the conventional clad metal is all the conductivity in the horizontal direction. That is because the metal of the upper or lower layer of the clad metal is made of copper or copper alloy to realize high thermal conductivity or electrical conductivity. This can be seen from the properties of the currently produced clad metal shown in Table 1. As shown in Table 1, the actual lead frame has a significantly lower conductivity than the horizontal direction because the conductivity in the vertical direction is greatly influenced by the characteristics of the base material layer. However, in the vertical direction, the intermediate base layer has a lower thermal conductivity than copper or a copper alloy, which causes a decrease in thermal conductivity. In particular, in the case of using SUS as the intermediate base material layer, the thermal conductivity in the vertical direction is greatly reduced compared to the horizontal direction. (See Table 1)

현재 클래드 메탈을 제조하고 있는 제조사의 제품들에 대한 특성을 살펴보면 다음과 같다. 히타치 전선의 경우 Cu:Fe-36%Ni:Cu 구조로 클래드 메탈을 제작하고 있다. 각 층의 두께비를 1:8:1에서 1:1:1까지 또는 2:1:2 등으로 다양하게 변화시켜 여러종류의 클래드 메탈을 생산하고 있다. 이러한 클래드 메탈의 경우 표1에서 보는 것과 같이 판의 수평 방향에 대한 열전도도는 87에서 315 W/mK까지 변화시킬 수 있다. 즉 수평 방향의 열전도도를 향상시키기 위해서는 Cu의 두께비를 증가시키면 된다. 그러나 수직 방향에 대한 열전도도는 약 14~50 W/mK 정도로 조성에 관계없이 거의 모든 제품에서 낮게 나타내고 있다. 비록 인장강도가 1:8:1에서 686 N/mm2까지 증가할지라도 방열특성에서 떨어지는 소재는 실제 사용에서 많은 제약을 받아 응용성이 매우 제한적인 단점이 있다.The characteristics of the products of manufacturers who manufacture clad metal are as follows. In the case of Hitachi Cable, clad metal is manufactured with Cu: Fe-36% Ni: Cu structure. Various types of clad metals are produced by varying the thickness ratio of each layer from 1: 8: 1 to 1: 1: 1 or 2: 1: 2. In the case of such a clad metal, as shown in Table 1, the thermal conductivity in the horizontal direction of the plate can vary from 87 to 315 W / mK. In other words, in order to improve the thermal conductivity in the horizontal direction, the thickness ratio of Cu may be increased. However, the thermal conductivity in the vertical direction is about 14 to 50 W / mK, which is low in almost all products regardless of composition. Although the tensile strength is increased from 1: 8: 1 to 686 N / mm 2 , the material that is inferior in heat dissipation characteristics is very limited in practical use and thus has a very limited applicability.

Neomax materials사의 경우에도 Cu:KV-6: Cu 구조나 Cu:KV-25:Cu 구조의 경우 KV-6라는 ASTM Alloy F15라는 합금을 사용하여 클래드 메탈을 제조하거나, 300도에서 매우 낮은 열팽창계수를 가지는 새로운 Neomax materials사 합금 KV-25를 사용하여 클래드 메탈을 제조하고 있다. 이 경우에도 표1에서 보는 것과 같이 수평 방향에 대한 열전도도는 160~260 W/mK까지 구조에 따라서 향상시킬 수 있으나 수직 방향에 대한 열전도도는 히타치전선과 유사하게 20~40 W/mK정도로 매우 낮은 값을 나타내고 있다.In the case of Neomax materials, the clad metal is manufactured using the alloy of ASTM Alloy F15 called KV-6 in the case of Cu: KV-6: Cu structure or Cu: KV-25: Cu structure, or at very low thermal expansion coefficient at 300 degrees. Eggplant is making clad metal using the new Neomax materials alloy KV-25. In this case, as shown in Table 1, the thermal conductivity in the horizontal direction can be improved depending on the structure from 160 to 260 W / mK, but the thermal conductivity in the vertical direction is very similar to that of Hitachi wire at 20 to 40 W / mK. The value is low.

이러한 클래드 메탈의 수직방향 열전도도 향상은 여러 가지 방법이 제시되고 있으나 단순히 중간 모재층의 교환으로 해결될 수 있는 것은 아니다. 중간 모재층과 상하부 금속층을 고정시킨 후 압연 방식을 통하여 클래드 메탈을 제작하는 과정에서도 계면의 불순물에 의해서 크랙이 발생되는 경우도 있다. 따라서 우수한 클래드 메탈을 제작하기 위해서는 중간 모재층의 구조 뿐만 아니라 가공방법까지 고려한 기술 개발이 필요하다.The improvement of the vertical thermal conductivity of the clad metal has been proposed in various ways, but can not be solved by simply changing the intermediate base layer. In the process of manufacturing the clad metal through the rolling method after fixing the intermediate base material layer and the upper and lower metal layers, cracks may be generated by impurities at the interface. Therefore, in order to manufacture excellent clad metal, it is necessary to develop a technology considering not only the structure of the intermediate base material layer but also the processing method.

이상에서 상술한 바와 같이 우수한 열전도도를 가지는 클래드 메탈 제조 기술 개발은 광소자 개발 방향에 맞추어 소자의 특성과 신뢰성에 지대한 영향을 미치기 때문에 기존 제조 기술을 뛰어 넘는 혁신적인 기술 개발을 통한 차세대 클래드 메탈 기술 개발이 지속적으로 이루어져야 한다.As described above, the development of clad metal manufacturing technology having excellent thermal conductivity has a great influence on the characteristics and reliability of devices in accordance with the direction of optical device development, and thus, the development of next generation clad metal technology through the development of innovative technologies beyond the existing manufacturing technology. This must be done continuously.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적인 과제는 이미 알려진 바와 같이 반도체 기반 전자소자와 광소자의 특성을 우수하고 안정적으로 구현할 수 있는 고강도 고방열 클래드 메탈을 제조하는 것이다. 특히 강도의 경우 인장강도가 600N/mm2 이상인 고강도 특성과 Cu 또는 Cu합금과 유사수준인 300 W/mK 이상의 열전도도를 구현 할 수 있는 수준의 성능을 갖춘 클래드 메탈을 제조할 수 있는 기술적인 해결책을 제시하고 제작하는 것이다. 이러한 클래드 메탈의 제조에서 가장 큰 기술적인 장애인 중간 모재층의 구조 및 제조 방법에 대한 기술적인 해결책을 제시하는 것이 본 발명에서 이루고자 하는 기술적인 과제이다. 이와 더불어 반도체나 LED 등과 같은 광전소자에 적용하여 소자의 신뢰성을 확보할 수 있는 고성능의 리드프레임용 클래드 메탈을 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved in the present invention is to manufacture a high-strength high heat-resistant clad metal that can realize the characteristics of the semiconductor-based electronic device and optical device excellent and stable as already known. In particular, in the case of strength, a technical solution capable of producing clad metal with high strength properties of 600N / mm 2 or more and high performance of thermal conductivity of 300 W / mK or more similar to that of Cu or Cu alloys. To present and produce. It is a technical problem to be achieved in the present invention to propose a technical solution for the structure and manufacturing method of the largest technically disabled intermediate base material layer in the production of such clad metal. In addition, the present invention provides a method for manufacturing a high performance lead frame clad metal that can be applied to a photoelectric device such as a semiconductor or LED to secure the reliability of the device.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명인 고방열 클래드 메탈 제조방법은, 망사 형태 또는 타공판 형태를 가진 중간 모재층을 제조하는 단계와 중간 모재층에 높은 전도도의 금속을 도금하는 단계와 제작된 모재층의 상부와 하부에 높은 전도도의 방열 특성을 가지는 금속판을 접합시키는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다. The high heat-resistant clad metal manufacturing method of the present invention for achieving the above technical problem, the step of producing an intermediate base material layer having a mesh form or a perforated plate form and the step of plating a metal of high conductivity on the intermediate base material layer and the produced base material layer Bonding a metal plate having a high heat dissipation characteristics of the upper and lower portions.

모든 방향으로 우수한 강도와 열전도도를 가진 클래드 메탈을 제작하기 위해서는 기본적으로 중간 모재층으로 우수한 강도를 가지는 금속층을 사용해야 한다. 이러한 중간 모재층은 상하부 금속층과는 다른 전도도와 강도를 가지고 있기 위해서 여러 가지 구조적, 화학적 차이를 나타내게 된다. 현재 대표적인 중간 모재층으로는 강도가 우수한 SUS 계열 재질이 사용되고 있다.In order to fabricate a clad metal having excellent strength and thermal conductivity in all directions, a metal layer having excellent strength as an intermediate base material layer should be basically used. The intermediate base material layer exhibits various structural and chemical differences in order to have different conductivity and strength from the upper and lower metal layers. Currently, SUS-based materials having excellent strength are used as representative intermediate base layers.

그러나 SUS 중간 모재층은 강도는 우수할지 모르나 열전도도가 상하부 금속층인 구리에 비해서 현저히 떨어지는 단점이 있다. 이러한 단점을 해결하기 위해 제시되는 구조가 망사형태나 타공판 형태의 SUS 중간 모재층이다. 특히 망사 형태의 중간 모재층은 일정 수준 이상의 강도를 유지하면서 상하부 구리 금속층이 압연 과정에서 직접 결합할 수 있는 구조이기 때문에 수직방향의 열전도율을 구리 합금과 거의 동등하게 유지할 수 있는 장점이 있다. 그러나 클래드 메탈 제조과정에서 필수적인 중간 모재층의 산화막 제거 공정이 상기와 같은 중간 모재층 구조에서는 한계가 있다. 특히 망사형태의 중간 모재층의 경우 산화막 제거 공정에서 사용되는 wire brush 공정을 적용할 수 없는 단점이 있다. However, the SUS intermediate base material layer may have excellent strength, but has a disadvantage in that the thermal conductivity is significantly lower than that of copper, which is the upper and lower metal layers. The proposed structure to solve this disadvantage is the SUS intermediate base material layer in the form of a mesh or perforated plate. In particular, the mesh-like intermediate base material layer has the advantage of maintaining the thermal conductivity in the vertical direction almost the same as the copper alloy because the upper and lower copper metal layer can be bonded directly in the rolling process while maintaining a certain level or more strength. However, the oxide film removal process of the intermediate base material layer, which is essential in the clad metal manufacturing process, has a limitation in the intermediate base material layer structure as described above. In particular, in the case of the mesh-type intermediate base material layer, there is a disadvantage in that the wire brush process used in the oxide film removing process cannot be applied.

클래드 메탈 제조에서 중간 모재층의 산화막은 상하부 금속층과의 결합력을 떨어뜨리는 주요 원인이며, 계면에서 발생된 산화물은 열전도를 방해하는 역할을 하고 있다. 따라서 중간 모재층과 상하부 구리 금속층 사이의 산화막 제거는 우수한 특성의 클래드 메탈 제조에서 필수적인 과정이다. In the clad metal manufacturing, the oxide film of the intermediate base material layer is a major cause of lowering the bonding strength with the upper and lower metal layers, and the oxides generated at the interface interfere with thermal conduction. Therefore, oxide film removal between the intermediate base material layer and the upper and lower copper metal layers is an essential process in the production of clad metal of excellent properties.

본 발명은 망사 또는 타공판 형태로 제작되는 중간 금속상의 경우에 산화막 제거가 용이하지 않는 단점을 해결하기 위해서 망사 또는 타공판 형태의 중간 금속층에 산화막을 억제하며, 계면의 불순물의 발생을 효과적으로 차단할 수 있는 클래드 메탈 제조 기술이다. In order to solve the disadvantage that the oxide film is not easily removed in the case of the intermediate metal phase manufactured in the form of a mesh or perforated plate, the cladding can suppress an oxide film on the intermediate metal layer of the mesh or perforated plate and effectively block the generation of impurities at the interface. Metal manufacturing technology.

상술한 바와 같은 일반적인 클래드 메탈의 경우 고강도의 특성을 가지면서 수평 방향으로의 열전도도는 높게 유지할 수 있으나 수직방향에 대한 열전도도는 중간 모재층의 특성으로 인해서 제한될 수 있는 구조적인 단점을 가지고 있다. 본 발명에서는 이러한 단점을 개선하기 위해서 중간 모재층의 형태를 망사 형태 또는 타공판 형태로 개선하고, 중간 모재층의 표면을 열전도도가 우수한 금속으로 도금함으로써 기존의 산화막 제거 공정을 별도로 적용하지 않고, 망사 형태의 모재층 계면에 불순물의 발생을 억제하여 상부층의 높은 열전도도를 하부 금속층까지 연결시킬 수 있었다. In the case of the general clad metal as described above, the thermal conductivity in the horizontal direction can be maintained while having high strength, but the thermal conductivity in the vertical direction has a structural disadvantage that can be limited due to the characteristics of the intermediate base layer. . In the present invention, in order to improve such a disadvantage, the shape of the intermediate base material layer is improved to the form of a mesh or perforated plate, and the surface of the intermediate base material layer is plated with a metal having excellent thermal conductivity, so that the existing oxide film removing process is not applied separately. By suppressing the generation of impurities at the interface of the base material layer of the form, it was possible to connect the high thermal conductivity of the upper layer to the lower metal layer.

이러한 수직 방향의 높은 열전도도 특성은 광전 소자가 고집적화 되고, 고출력화 되면서 발생하게 되는 열을 효과적으로 발산할 수 있는 방법을 제공할 수 있다. 특히 LED의 경우 우수한 강도 특성 외에 고전류를 사용함으로써 발생하는 많은 양의 열은 소자의 소명과 광출력을 감소시키는 주요원인으로 제시되고 있다. 따라서 고방열 특성은 리드프레임 수재가 반드시 갖추어야 할 조건이다. Such high thermal conductivity in the vertical direction may provide a method for effectively dissipating heat generated when the photoelectric device is highly integrated and high output. In particular, in the case of LED, a large amount of heat generated by using a high current in addition to excellent strength characteristics has been suggested as a major cause of reducing the device's light emission and light output. Therefore, high heat dissipation is a condition that leadframe materials must have.

반도체 소자와 같은 전자소자나 LED 및 LD와 같은 광소자의 개발과 특성 향상 및 신뢰성 확보를 통한 응용범위 확대에 본 발명의 수직 방향에 대한 고열전도도 특성을 가진 클래드 메탈은 향후 제품 개발과 특성 향상에 크게 기여할 것으로 예상된다. Development of electronic devices such as semiconductor devices, optical devices such as LEDs and LDs, and the expansion of application ranges through improved characteristics and securing reliability, the clad metal having high thermal conductivity in the vertical direction of the present invention greatly improves future product development and characteristics. It is expected to contribute.

본 발명은 상기 실시예들에만 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.
The present invention is not limited to the above embodiments, and it is apparent that many modifications are possible by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention.

표 1은 현재 생산중인 다양한 클래드 메탈의 다양한 물성을 나타낸 표;
도1은 현재 생산되고 있는 클래드 메탈의 제조 방식과 각 층의 구성 및 단면도;
도 2는 중간 모재층으로 망사구조를 적용한 클래드 메탈의 각층의 구성도 (가)와 압연 전 단면도 (나) 및 압연 후 단면도 (다);
도 3은 본 발명에 의해서 제작된 망사 형태 또는 타공판 형태의 모재층에 도금방식을 사용하여 압연한 클래드 메탈 각 층의 구성과 압연 전 단면도 (가) 및 압연 후 단면도 (나);
도 4는 본 발명에 의해서 제작된 도금된 망사형 중간 모재층 단면도 (가)와 실제 도금된 SUS 망사형 중간 모재층의 광학현미경 측정 결과 (나);Table 1 shows various physical properties of various clad metals currently produced;
1 is a production method of clad metal currently produced, and a configuration and a cross-sectional view of each layer;
2 is a structural diagram (a) and a cross-sectional view before rolling (b) and a cross-sectional view after rolling (c) of each layer of the clad metal to which a mesh structure is applied as an intermediate base material layer;
Figure 3 is a configuration of each layer of the clad metal rolled by using a plating method in the mesh form or perforated plate-shaped base material layer produced by the present invention and the cross-sectional view before rolling (A) and the cross-section after rolling (B);
4 is a cross-sectional view of the plated mesh intermediate material layer (A) and the optical microscope measurement results of the actual plated SUS mesh intermediate material layer (b) fabricated by the present invention;

본 발명에서는 중간 모재층을 망사 형태나 타공판 형태로 제작하여 표면층을 도금함으로써 클래드 메탈을 제작하고자 한다. 이러한 구조의 경우 상부의 구리 또는 구리합금의 일정 부분이 하부의 구리 또는 구리합금과 직접 접합되도록 구성할 수 있다. 또한, SUS 계열의 중간 모재층의 표면에 생기는 산화막 제거를 위한 wire brush 같은 산화막 제거 공정을 진행하지 않아도 되어 공정 단가를 감소시킬 수 있음과 동시에, 모재층 표면이 상하부 층의 금속과 같은 물질로 형성되어 결합력을 향상시킬 수 있다. 이 경우에 상하부가 서로 직접 연결되어 있어 상부의 높은 열전도율이 하부층까지 연속해서 이어지는 특징을 가질 수 있다. 특히 중간 모재층의 표면을 구리와 같이 전도도가 우수한 금속을 도금함으로써 상하부 금속판과 동일한 금속으로 압연과정에서 결합력을 향상시킬 수 이싸는 것이 본 발명의 핵심이다. 상하부 금속과 동일한 금속 도금은 상부의 우수한 열전도 특성을 하부층 금속층으로 효과적으로 전달해줄 수 있다. In the present invention, to prepare a clad metal by plating the surface layer by manufacturing the intermediate base material layer in the form of a mesh or perforated plate. In the case of this structure, a portion of the upper copper or copper alloy may be configured to directly bond with the lower copper or copper alloy. In addition, the process cost can be reduced by not removing the oxide film such as a wire brush for removing the oxide film formed on the surface of the SUS-based intermediate base material layer, and the surface of the base material layer is formed of the same material as the metal of the upper and lower layers. Can improve the bonding force. In this case, the upper and lower parts may be directly connected to each other, so that the high thermal conductivity of the upper part may be continuously continued to the lower layer. In particular, it is the core of the present invention that the surface of the intermediate base material layer can improve the bonding strength during the rolling process with the same metal as the upper and lower metal plates by plating a metal having excellent conductivity such as copper. The same metal plating as the top and bottom metals can effectively transfer the good thermal conductivity of the top to the bottom metal layer.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명이 이들 실시예에 국한되는 것은 아니다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to these examples.

도1은 클래드 메탈을 제조하는 일반적인 압연 공정을 보여주고 있다. 그림에서 보는 것과 같이 상부와 하부에 고열전도의 금속판과 중간에 모재층을 압연 공정을 통해서 압착 결합시켜 클래드 메탈을 제작한다. 이 과정에서 중간 모재층(21)은 상부 금속층(12)와 하부 금속층(11)을 구조적으로 분리하게 된다. 이 경우에 만약 중간 모재층이 상하부 금속층에 비해서 낮은 열전도율을 가지고 있다면 상부 금속층(12)의 높은 열전도도 특성이 하부 금속층(11)으로 전달되지 못한다. 이러한 구조는 우수한 강도를 유지할 수 있고, 수평 방향으로의 열전달은 효과적으로 이루어질 수 있으나 수직방향으로는 중간 모재층으로 인해서 낮은 열전도도를 나타낸다. 따라서 도 1의 구조에서는 수직방향에 대한 열전도율은 한계가 있다.1 shows a general rolling process for producing clad metal. As shown in the figure, a high-temperature conductive metal plate on the top and bottom and a base material layer in the middle are press-bonded to produce a clad metal. In this process, the intermediate base material layer 21 structurally separates the upper metal layer 12 and the lower metal layer 11. In this case, if the intermediate base material layer has a lower thermal conductivity than the upper and lower metal layers, the high thermal conductivity of the upper metal layer 12 may not be transferred to the lower metal layer 11. Such a structure can maintain excellent strength, and heat transfer in the horizontal direction can be effectively performed, but exhibits low thermal conductivity due to the intermediate base material layer in the vertical direction. Therefore, in the structure of FIG. 1, the thermal conductivity in the vertical direction is limited.

도 2는 수직방향에 대한 열전도도 향상을 위해서 중간 모재층으로 망사형태 구조(31)을 적용한 클래드 메탈 구조도이다. 그림에서 보는 것과 같이 클래드 메탈의 상부 금속층과 하부금속층이 망상 형태의 중간 모재층을 사이에 두고 직접 연결되어 있어 수직방향으로의 열전도도를 향상시킬 수 있다. 그러나 도 2의 (나)와 (다)에서 보는 것처럼 망사형 중간 모재층의 경우에는 망사구조로 인해서 상하부 금속층의 구리가 망사의 와이어 경계면까지 균일하게 클래드 메탈로 제작되지는 못하고 일부 영역에서 void와 같은 결함이 발생할 것으로 예상된다. 실제 제작과정에서도 와이어가 압연과정에서 절단되거나 구리층이 충분히 침투하지 못하는 단점이 발견되기도 하였다. 2 is a clad metal structure diagram in which a mesh-type structure 31 is applied as an intermediate base material layer to improve thermal conductivity in a vertical direction. As shown in the figure, the upper metal layer and the lower metal layer of the clad metal are directly connected with the intermediate base material layer in the form of a network, thereby improving the thermal conductivity in the vertical direction. However, as shown in (b) and (c) of FIG. 2, in the case of the mesh-type intermediate base layer, the copper structure of the upper and lower metal layers is not uniformly made of the clad metal to the wire interface of the mesh due to the mesh structure. The same defect is expected to occur. Even in the actual manufacturing process, the wire was cut during the rolling process or the copper layer could not be sufficiently penetrated.

도 3은 본 발명에 의해서 제작할 수 있는 고방열 특성을 가지는 클래드 메탈의 구조를 나타내고 있다. 도 3의 (가)에서 보는 것처럼 중간 모재층(31)이 망사 형태로 되어 있으며, 그 표면에 전도도가 좋은 금속으로 도금한 도금층(32)을 형성하였다. 이와 같은 구조로 압연된 클래드 메탈은 도 3의 (나)에서 보는 것과 같이 상부 금속층(12)과 하부 금속층(11)이 망사틈 사이로 서로 결합되어 있는 것을 알 수 있다. 이와 같은 구조는 상부의 높은 열전도율이 하부 금속층까지 이어질 수 있어 수직방향에 대한 높은 열전도도를 유지하는데 매우 효과적이라는 것을 알 수 있다. 또한 클래드 금속을 제작하는 과정에서 SUS 표면에 생기는 산화막 제거를 위한 공정이 생략되므로, 공정단가가 감소하며, 망사 구조의 중간 모재층의 표면과 상하부 금속층 사이에서 압연되어 상하부의 금속층을 서로 응집시키는 역할을 할 수 있기 때문에 클래드 메탈에서 요구하는 우수한 강도 특성을 만족시키는 것과 동시에 금속판 사이의 결합력까지 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 또한 중간 모재층의 모양에 따라서 상부와 하부층의 직접 만나는 결합 면적을 조절할 수 있다. 망사 구조의 경우 금속선의 굵기가 가늘고 선사이의 공간이 넓으면 상하부 금속층의 결합 면적이 증가하여 열전도도를 향상시킬 수 있다.3 shows a structure of a clad metal having high heat dissipation characteristics that can be produced by the present invention. As shown in FIG. 3A, the intermediate base material layer 31 has a mesh shape, and a plating layer 32 plated with a metal having good conductivity is formed on the surface thereof. Clad metal rolled in such a structure can be seen that the upper metal layer 12 and the lower metal layer 11 are bonded to each other between the mesh gaps, as shown in (b) of FIG. It can be seen that such a structure is very effective in maintaining high thermal conductivity in the vertical direction because the high thermal conductivity of the upper portion can be extended to the lower metal layer. In addition, since the process for removing the oxide film generated on the surface of the SUS during the manufacturing of the clad metal is omitted, the process cost is reduced, and the upper and lower metal layers are rolled between the surface of the intermediate matrix layer of the mesh structure and the upper and lower metal layers to aggregate. Since it is possible to satisfy the excellent strength characteristics required by the clad metal and at the same time has the advantage of improving the bonding force between the metal plate. In addition, according to the shape of the intermediate base material layer it can be adjusted the bonding area of the upper and lower layers directly meet. In the case of the mesh structure, when the thickness of the metal wire is thin and the space of the entrail is wide, the bonding area of the upper and lower metal layers can be increased to improve thermal conductivity.

도 4의 (가)는 도금된 중간 모재층 구조도이며, 도 4의 (나)는 실제 SUS 재질의 망사구조를 도금한 후 측정된 광학현미경 이미지이다. 다양한 크기의 망사 구조를 다양한 두께로 도금할 수 있다는 것을 보여주고 있다.Figure 4 (a) is a structure of the plated intermediate base material layer, Figure 4 (b) is an optical microscope image measured after plating the actual SUS mesh structure. It is shown that mesh structures of different sizes can be plated in different thicknesses.

Figure 112011081690538-pat00001
Figure 112011081690538-pat00001

11 : 하부 금속판
12 : 상부 금속판
21 : 중간 모재층
31 : 중간 모재층
32 : 중간 모재도금층11: bottom metal plate
12: upper metal plate
21: middle base material layer
31: middle base material layer
32: intermediate substrate plating layer

Claims (16)

상부 금속층, 하부 금속층, 및 상기 상부 금속층과 상기 하부 금속층 사이에 위치한 중간 모재층으로 이루어진 클래드 메탈 제조 방법에서,
상기 중간 모재층을 이종 또는 동종 금속으로 도금하며,
상기 중간 모재층은 망사 형태인 것을 특징으로 하는 클래드 메탈 제조 방법.In the clad metal manufacturing method consisting of an upper metal layer, a lower metal layer, and an intermediate base material layer located between the upper metal layer and the lower metal layer,
The intermediate base material layer is plated with a heterogeneous or homogeneous metal,
The intermediate base material layer is a clad metal manufacturing method, characterized in that the mesh form. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 중간 모재층은 원형 또는 각형 구멍을 가진 타공판 형태인 것을 특징으로 하는 클래드 메탈 제조 방법.The method of claim 1,
The intermediate base material layer is a clad metal manufacturing method, characterized in that the perforated plate shape having a circular or rectangular hole. 제1항에 있어서,
상기 중간 모재층은 스테인레스 또는 스테인레스 계열 금속인 것을 특징으로 하는 클래드 메탈 제조 방법.The method of claim 1,
The intermediate base material layer is a clad metal manufacturing method, characterized in that the stainless or stainless-based metal. 제1항에 있어서,
상기 중간 모재층은 Fe 또는 Fe 합금인 것을 특징으로 하는 클래드 메탈 제조 방법.The method of claim 1,
The intermediate base material layer is a clad metal manufacturing method, characterized in that Fe or Fe alloy. 제1항에 있어서,
상기 상부 금속층 및 하부 금속층은 구리(Cu) 또는 구리 합금인 것을 특징으로 하는 클래드 메탈 제조 방법.The method of claim 1,
The upper metal layer and the lower metal layer is a clad metal manufacturing method, characterized in that the copper (Cu) or copper alloy. 제1항에 있어서,
상기 상부 금속층 및 하부 금속층은 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금인 것을 특징으로 하는 클래드 메탈 제조 방법.The method of claim 1,
The upper metal layer and the lower metal layer is a clad metal manufacturing method, characterized in that the aluminum (Al) or aluminum alloy. 제1항에 있어서,
상기 상부 금속층과 상기 하부 금속층과 상기 중간 금속층은 압연공정을 통해서 제조하는 것을 특징으로 하는 클래드 메탈 제조 방법.The method of claim 1,
The upper metal layer, the lower metal layer and the intermediate metal layer is a clad metal manufacturing method, characterized in that the manufacturing through the rolling process. 제1항에 있어서,
상기 중간 모재층은 Al, Al 합금, Mg, Mg 합금, Ti, Ti 합금, Ni, Ni 합금 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 클래드 메탈 제조 방법.The method of claim 1,
The intermediate base material layer is Al, Al alloys, Mg, Mg alloys, Ti, Ti alloys, Ni, Ni, Ni clad metal manufacturing method, characterized in that at least one selected from the alloy. 제1항에 있어서,
상기 중간 모재층은 W, W 합금, Mo, Mo 합금, Cr, Cr 합금, Ta, Ta 합금, Mn, Mn 합금 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 클래드 메탈 제조 방법.
The method of claim 1,
The intermediate base material layer is a clad metal manufacturing method, characterized in that at least one selected from W, W alloy, Mo, Mo alloy, Cr, Cr alloy, Ta, Ta alloy, Mn, Mn alloy.
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