KR101890396B1 - Manufacturing method of tungsten-copper clad alloy and clad alloy using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 텅스텐-구리 클래드 합금의 제조방법은 a) 평균입경 10 ㎛ 이하(0 제외)인 텅스텐 금속분말을 가압하여 텅스텐 성형체를 제조하는 단계; b) 상기 텅스텐 성형체에 구리를 용침시켜 텅스텐-구리 합금을 제조하는 단계; 및 c) 상기 텅스텐-구리 합금의 적어도 일면에 무산소동을 마련하고 핫프레싱하여, 상기 텅스텐-구리 합금과 상기 무산소동을 확산접합하는 단계를 포함한다. A method of manufacturing a tungsten-copper clad alloy according to the present invention comprises the steps of: a) pressing a tungsten metal powder having an average particle size of 10 μm or less (excluding 0) to produce a tungsten compact; b) impregnating the tungsten compact with copper to produce a tungsten-copper alloy; And c) hot-pressing an oxygen free copper on at least one side of the tungsten-copper alloy to diffusion bond the tungsten-copper alloy and the oxygen free copper.

Description

텅스텐-구리 클래드 합금의 제조방법 및 이를 이용한 클래드 합금{Manufacturing method of tungsten-copper clad alloy and clad alloy using the same}Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a tungsten-copper clad alloy and a clad alloy using the tungsten-copper clad alloy,

본 발명은 텅스텐-구리 클래드 합금의 제조방법 및 이를 이용한 클래드 합금에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a tungsten-copper clad alloy and a clad alloy using the same.

일반적으로 금속은 자유전자에 의한 금속결합을 하고 있다. 원자 간에 작용하는 힘과 원자거리와의 관계를 설명하면, 2 개의 원자가 아주 멀리 떨어져 존재할 때는 이 두 원자에 작용하는 상호인력은 거의 0 에 가깝지만, 접근함에 따라서 인력도 크게 작용하고 금속 결정 중의 평균 원자간 거리 1.5 배가 되는 곳에서 최대가 된다. 더욱 원자가 상호 접근하면 인력과 척력의 크기가 같게 되고 에너지적으로 안정하게 된다.Generally, metals are metal bonded by free electrons. The relationship between the force acting on atoms and the distance of atoms is explained as follows. When two atoms are very far apart, mutual attraction acting on these two atoms is close to zero, And becomes maximum at a distance of 1.5 times the inter-track distance. As the atoms approach each other, the attraction and repulsion become equal in size and become energetically stable.

확산접합은 이러한 원리를 이용하는 것으로, 가열 가압의 수단을 이용하여 고체 상태에서 양원자를 인력권 내에 접근시켜 양자를 금속결합시키는 것이다. 실제로는 이 상태를 달성하기 위해서는 금속표면이 완전 청결하고 평활하여야만 된다Diffusion bonding utilizes this principle, in which the two elements are brought into a manpower zone in a solid state by means of heating and pressing so that they are metal-bonded. In practice, to achieve this state, the metal surface must be completely clean and smooth

일반적인 확산접합 과정은 다음의 3 과정으로 대별될 수 있다. The general diffusion bonding process can be divided into the following three processes.

(1)고온크립 변형과정: 가열과 가압에 의해 고온 크립변형과 유사한 소성변형이 생겨 각종의 면피막이 파괴되고, 국부적으로 순수한 표면이 나타난다. 이 현상은 시간이 증가함에 따라 순수금속에 접촉하고 있는 면적이 증가하여 간다. 동시에 모재 상호간에 확산이동이 일어난다.(1) High-temperature creep deformation process: By heating and pressing, plastic deformation similar to high-temperature creep deformation occurs, various kinds of surface coatings are destroyed, and a local pure surface appears. This phenomenon is accompanied by an increase in the area in contact with the pure metal as the time increases. At the same time, diffusion movement occurs between the parent materials.

(2)입계이동 및 보이드의 소멸과정: 미접촉부는 가늘고 길게 잔존하던 보이드는 계면에너지, 즉 표면장력을 감소하기 위해 구상화 한다. 더욱 접합이 진행됨에 따라서 입계확산에 의해 보이드는 점점 소실하고, 선상의 입계가 에너지를 보다 안정 상태로 가기 위해 입계가 이동한다. (2) Grain migration and disappearance process of voids: The voids that are not elongated and remain in the non-contact area are spheroidized to reduce the interfacial energy, that is, the surface tension. As the bonding progresses, the voids gradually disappear due to the intergranular diffusion, and the grain boundary shifts to shift the energy of the line-shaped grain to a more stable state.

(3)고체확산에 의한 보이드의 소실과정: 입계가 이동하고, 체확산에 의해 보이드가 거의 소실한다. 이 과정에서는 결정립의 성장이나 재결정현상이 생기는 경우가 많다. 각종 산화피막이나 표면피막은 일반적으로 고용하든가 미세화되고 모재에 분산한다. (3) Disappearance process of voids by solid diffusion: Grain shifts and voids are almost lost by shedding. In this process, grain growth or recrystallization often occurs. Various oxide coatings and surface coatings are generally employed or finely dispersed in the base material.

그러나 일반적인 확산접합과는 달리, 이종금속간의 확산접합은 접합계면 또는 입계면 근처에서 금속간화합물(또는 석출물)이 형성되는 경우가 많아 접합과정이 복잡하다. However, unlike ordinary diffusion bonding, interdiffusion bonding between dissimilar metals is complicated because intermetallic compound (or precipitate) is formed near the bonding interface or grain boundary.

여기서, 이종금속의 예로는 W-Cu, Mo-Cu, Cu/Mo/Cu(CMC)가 있다. Cu는 열전도성에는 우수하지만, 반도체 소자 기재인 Si(실리콘), GaAs(갈륨비소), Al2O3(알루미나)와의 열팽창 계수의 차이가 크다. 그러므로 Cu는 방열량이 적은 소형 IC로 게다가 저융점의 솔더 등의 연납땜으로 그 사용이 제한적이다. Here, examples of dissimilar metals include W-Cu, Mo-Cu, and Cu / Mo / Cu (CMC). Cu is excellent in thermal conductivity, but has a large difference in thermal expansion coefficient from Si (silicon), GaAs (gallium arsenide), and Al 2 O 3 (alumina), which are semiconductor element substrates. Therefore, Cu is a small IC with low heat dissipation and its use is limited by soft soldering such as low melting point solder.

또한, W나 Mo는 반도체 소자의 Si에 열팽창 계수가 가깝지만 열전도성에 있어서 그만큼 우수하지 않다. 그러므로 이 W나 Mo는 Si를 탑재한 기판으로서 넓은 방열면을 형성할 수 있는 대형 IC용으로서만 이용된다.W and Mo are close to the thermal expansion coefficient of Si of the semiconductor element, but are not as excellent in thermal conductivity. Therefore, this W or Mo is used only for a large-sized IC which can form a wide heat-releasing surface as a substrate on which Si is mounted.

따라서, 이들 단일 금속 재료의 각각의 장점을 이용한 복합재로서 W-Cu, Mo-Cu 복합 합금 및 클래드 타입의 C.M.C. 개발되고 중형 또는 대형 IC용으로 이용되고 있다.Thus, W-Cu, Mo-Cu composite alloys and clad type CMCs as composites utilizing the advantages of each of these single metal materials. And is being used for medium or large ICs.

이들 중에서도 W, Mo 및 이들을 다량으로 포함한 W-Cu나 Mo-Cu는 고중량이며 경량화의 요구에는 적합하지 않는다. 또한 이들에는 강성이 있기 때문에, 소성가공이 어렵다.Among these, W, Mo, and W-Cu or Mo-Cu containing a large amount of W, Cu, and Mo are high in weight and are not suitable for demanding reduction in weight. Also, since they have rigidity, plastic working is difficult.

한편, Cu 및 CMC는 Cu의 연성에 의해 소성가공이 가능하다. Cu는 위에서 설명한 바와 같이 반도체 소자 및 세라믹과의 열팽창 계수의 차이가 크기 때문에 결합 시 및 작동시의 열응력의 영향에 의해 상대재와의 접합 계면에 결함을 일으켜 쉽고 또한 상대재 기판 자체에도 변형, 크랙 등의 손상이 발생해 쉽다.On the other hand, Cu and CMC can be plastic-worked by the ductility of Cu. As described above, Cu has a large difference in thermal expansion coefficient from that of a semiconductor device and a ceramic. Therefore, it is easy to cause defects at the bonding interface with the counter material due to the influence of thermal stress during bonding and operation, It is easy to cause damage such as cracks.

또한, 이러한 금속간화합물로 인해 핫프레싱 과정에서 응력 집중원으로 작용하여 보이드(voids)의 발생장소가 되고, 이러한 보이드는 결국 크랙으로 성장하여 입계 파괴를 일으키게 된다. In addition, due to such an intermetallic compound, voids are generated as a stress concentration source in the hot pressing process, and these voids eventually grow into cracks and cause grain boundary fracture.

한국등록특허 제10-1612346호Korean Patent No. 10-1612346

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 이종금속간 확산접합시 계면의 부정합성을 해결하여 기계적 강도와 열전도도가 우수한 텅스텐-구리 클래드 합금의 제조방법을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a tungsten-copper clad alloy having excellent mechanical strength and thermal conductivity by solving the unfavorable synthesis of an interface during dissimilar metal interdiffusion bonding.

또한 본 발명은 텅스텐-구리 클래드 합금의 제조방법을 이용한 클래드 합금을 제공함에 있다.The present invention also provides a clad alloy using the method for producing a tungsten-copper clad alloy.

또한 본 발명은 클래드 합금을 이용한 히트싱크를 제공함에 있다.The present invention also provides a heat sink using a clad alloy.

한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.On the other hand, other unspecified purposes of the present invention will be further considered within the scope of the following detailed description and easily deduced from the effects thereof.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐-구리 클래드 합금의 제조방법은 a) 평균입경 10 ㎛ 이하(0 제외)인 텅스텐 금속분말을 가압하여 텅스텐 성형체를 제조하는 단계; b) 상기 텅스텐 성형체에 구리를 용침시켜 텅스텐-구리 합금을 제조하는 단계; 및 c) 상기 텅스텐-구리 합금의 적어도 일면에 무산소동을 마련하고 핫프레싱하여, 상기 텅스텐-구리 합금과 상기 무산소동을 확산접합하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a tungsten-copper clad alloy, comprising: a) preparing a tungsten compact by pressurizing a tungsten metal powder having an average particle size of 10 μm or less (excluding 0); b) impregnating the tungsten compact with copper to produce a tungsten-copper alloy; And c) hot-pressing an oxygen free copper on at least one side of the tungsten-copper alloy to diffusion bond the tungsten-copper alloy and the oxygen free copper.

본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐-구리 클래드 합금의 제조방법에 있어, 상기 a) 단계시, 상기 텅스텐 금속분말을 1 내지 30 Ton/㎠ 로 가압할 수 있다.In the method for manufacturing a tungsten-copper clad alloy according to an embodiment of the present invention, the tungsten metal powder may be pressurized at 1 to 30 Ton / cm 2 in step a).

본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐-구리 클래드 합금의 제조방법에 있어, 상기 b) 단계시, 상기 구리를 환원성 분위기에서 1100 내지 1600 ℃ 로 용침시킬 수 있다.  In the method for manufacturing a tungsten-copper clad alloy according to an embodiment of the present invention, in the step b), the copper may be infiltrated at 1100 to 1600 캜 in a reducing atmosphere.

본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐-구리 클래드 합금의 제조방법에 있어, 상기 c) 단계시, 상기 핫프레싱은 구리의 용융점 보다 낮은 온도에서 수행할 수 있다.In the method of manufacturing a tungsten-copper clad alloy according to an embodiment of the present invention, in the step c), the hot pressing may be performed at a temperature lower than the melting point of copper.

본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐-구리 클래드 합금의 제조방법에 있어, 상기 핫프레싱은 850 내지 1050 ℃ 에서 수행할 수 있다. In the method of manufacturing a tungsten-copper clad alloy according to an embodiment of the present invention, the hot pressing may be performed at 850 to 1050 ° C.

본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐-구리 클래드 합금의 제조방법에 있어, 상기 c) 단계시, 상기 핫프레싱은 1 내지 100 Ton/㎠ 로 가압할 수 있다. In the method of manufacturing a tungsten-copper clad alloy according to an embodiment of the present invention, in the step c), the hot pressing may be performed at a pressure of 1 to 100 Ton / cm 2.

본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐-구리 클래드 합금의 제조방법에 있어, 상기 텅스텐-구리 합금은 5 내지 30 중량%의 구리를 함유할 수 있다. In the method of manufacturing a tungsten-copper clad alloy according to an embodiment of the present invention, the tungsten-copper alloy may contain 5 to 30% by weight of copper.

본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐-구리 클래드 합금의 제조방법에 있어, 상기 텅스텐 금속분말은 평균 입경이 서로 다른 바이모달 분포의 텅스텐 금속입자를 포함할 수 있다.In the method of manufacturing a tungsten-copper clad alloy according to an embodiment of the present invention, the tungsten metal powder may include bimodal tungsten metal particles having different average particle diameters.

본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐-구리 클래드 합금의 제조방법에 있어, 상기 텅스텐 금속입자는 하기 관계식 1 내지 3을 만족할 수 있다:In the method for manufacturing a tungsten-copper clad alloy according to an embodiment of the present invention, the tungsten metal particles may satisfy the following relational expressions 1 to 3:

[관계식 1][Relation 1]

1.5 ㎛ ≤ D1 ≤ 3.5 ㎛1.5 占 퐉? D1? 3.5 占 퐉

[관계식 2][Relation 2]

4.0 ㎛ ≤ D2 ≤ 6.0 ㎛4.0 占 퐉? D2? 6.0 占 퐉

[관계식 3][Relation 3]

0.5 ≤ h1/h2 ≤ 1.50.5? H1 / h2? 1.5

(상기 관계식 1 내지 3에서, D1은 텅스텐 금속분말의 크기 분포에서, 피크의 중심 크기를 기준으로, 가장 작은 중심 크기를 갖는 제1피크의 중심 크기이며, D2는 동일 크기 분포에서, 피크의 중심 크기를 기준으로, 가장 큰 중심 크기를 갖는 제2피크의 중심 크기이고, h1은 상기 제1피크의 중심 높이이며, h2는 상기 제2피크의 중심 높이이다.)(In the above relational expressions 1 to 3, D1 is the center size of the first peak having the smallest center size, with respect to the center size of the peak in the size distribution of the tungsten metal powder, D2 is the center size of the peak, H1 is the center height of the first peak, and h2 is the center height of the second peak.

또한, 본 발명은 상술한 제조방법으로 형성되는 클래드 합금을 포함한다. The present invention also includes a clad alloy formed by the above-described production method.

본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐-구리 클래드 합금은 텅스텐-구리 합금으로 이루어진 제1층; 및 상기 제1층의 일면 또는 양면에 형성되는 무산소동으로 이루어진 제2층을 포함한다.A tungsten-copper clad alloy according to an embodiment of the present invention includes a first layer made of a tungsten-copper alloy; And a second layer of oxygen-free copper formed on one or both sides of the first layer.

본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐-구리 클래드 합금에 있어, 상기 클래드 합금은 하기 관계식 4를 만족할 수 있다:In the tungsten-copper clad alloy according to an embodiment of the present invention, the clad alloy may satisfy the following relationship:

[관계식 4][Relation 4]

1.1 ≤ T1/T2 ≤ 2.11.1? T1 / T2? 2.1

(상기 관계식 4에서, T1은 상기 텅스텐-구리 합금으로 이루어진 제1층의 두께이며, T2는 상기 무산소동으로 이루어진 제2층의 두께이다.) (In the above relational expression 4, T1 is the thickness of the first layer made of the tungsten-copper alloy, and T2 is the thickness of the second layer made of the oxygen-free copper.)

또한, 본 발명은 상술한 클래드 합금을 포함하는 히트싱크를 포함한다.The present invention also includes a heat sink including the above-described clad alloy.

본 발명에 따른 텅스텐-구리 클래드 합금의 제조방법은 열전도도와 같은 열특성이 보장되는 동시에 제조 공정 중에 발생되는 물리적 변형을 방지할 수 있고 반도체 패키지의 칩 실장 표면을 보장할 수 있는 텅스텐-구리 클래드 합금을 제공할 수 있다. A method of manufacturing a tungsten-copper clad alloy according to the present invention is a method of manufacturing a tungsten-copper clad alloy capable of ensuring thermal characteristics such as thermal conductivity, preventing physical deformation occurring during a manufacturing process, Can be provided.

본 발명에 따른 텅스텐-구리 클래드 합금의 제조방법은, 기존의 단일 텅스텐-구리 합금을 반도체 패키지에 적용했을 경우 발생하는 칩 실장 표면의 미도금 및 도금박리의 문제를 해결함으로써 우수한 도금성을 부여할 수 있다. The method of manufacturing a tungsten-copper clad alloy according to the present invention solves the problem of plating and peeling off of a chip mounting surface which occurs when a conventional single tungsten-copper alloy is applied to a semiconductor package, .

한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.On the other hand, even if the effects are not explicitly mentioned here, the effect described in the following specification, which is expected by the technical features of the present invention, and its potential effects are treated as described in the specification of the present invention.

도 1은 확산접합을 이용하여 제조된 CMC 합금의 SEM 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐-구리 클래드 합금의 제조방법을 나타내는 공정 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 텅스텐-구리 합금의 단면 SEM 사진 및 EDS 성분 분석 결과를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 텅스텐-구리 합금의 단면 SEM 사진 및 EDS 성분 분석 결과를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예 3에 따른 텅스텐-구리 합금의 단면 SEM 사진 및 EDS 성분 분석 결과를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예 2에서 제조된 텅스텐-구리 클래드 합금의 단면을 관찰한 SEM 사진이다.
1 is a SEM photograph of a CMC alloy manufactured using diffusion bonding.
FIG. 2 is a process flow chart showing a method of manufacturing a tungsten-copper clad alloy according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional SEM photograph of the tungsten-copper alloy according to Example 1 of the present invention and the analysis result of the EDS component.
Fig. 4 shows SEM photographs and EDS component analysis results of the tungsten-copper alloy according to Example 2 of the present invention.
5 shows SEM photographs and EDS component analysis results of a tungsten-copper alloy according to Example 3 of the present invention.
6 is a SEM photograph of a section of the tungsten-copper clad alloy produced in Example 2 of the present invention.

이하 본 발명에 관하여 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예 및 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 또한, 본 발명의 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. The following embodiments and drawings are provided by way of example so that those skilled in the art can fully understand the spirit of the present invention. In addition, unless otherwise defined in the technical and scientific terms used herein, unless otherwise defined, the meaning of what is commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs is as follows, A description of known functions and configurations that may unnecessarily obscure the gist of the present invention will be omitted.

본 명세서에서 사용되는 용어 "합금"이란 미시적인 레벨로 2종 이상의 금속을 혼합 한 것을 의미할 수 있다. 예컨대, 합금의 조직으로서는 고용체, 금속간 화합물 혹은 이들이 공존하는 것이 포함될 수 있다.As used herein, the term "alloy" may refer to a mixture of two or more metals at a microscopic level. For example, the structure of the alloy may include a solid solution, an intermetallic compound, or a mixture thereof.

반도체 패키지에 적용되는 히트싱크는 기판들을 브레이징(brazing), 확산접합(diffusion bonding) 등에 의해 접착되어 제조되며, 히트싱크의 예로 CMC(Cu-Mo-Cu), CPC(Cu-MoCu-Cu), S-CMC(슈퍼 CMC) 등을 들 수 있다. The heat sink applied to the semiconductor package is manufactured by bonding substrates by brazing, diffusion bonding, etc., and examples of the heat sink include CMC (Cu-Mo-Cu), CPC (Cu-MoCu- S-CMC (Super CMC), and the like.

도 1은 확산접합을 이용하여 제조된 CMC 합금의 SEM 사진이다. 도 1을 참조하면, 확산접합 후에 CMC 합금(3)은 Cu층(1)과 Mo층(2) 사이에 박리(delamination), 크랙(crack) 등을 포함할 수 있다. 이러한 박리, 크랙와 같은 계면의 결함은 열전도도와 기계적 강도를 저하시키는 요인이 된다. 1 is a SEM photograph of a CMC alloy manufactured using diffusion bonding. Referring to FIG. 1, after the diffusion bonding, the CMC alloy 3 may include delamination, crack, etc. between the Cu layer 1 and the Mo layer 2. Defects at interfaces such as peeling and cracks are a factor for lowering thermal conductivity and mechanical strength.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 출원인은 텅스텐-구리 히트싱크에 구리를 확산접합하여 제조하는 경우 열전도도와 같은 열특성이 보장되는 동시에 제조 공정중에 발생되는 물리적 변형을 방지할 수 있고 반도체 패키지의 칩 실장 표면을 보장할 수 있는 텅스텐-구리 클래드 합금의 제조방법을 개발하였다. In order to solve such a problem, the applicant of the present invention has found that, when copper is manufactured by diffusion bonding of copper to a tungsten-copper heat sink, thermal characteristics such as thermal conductivity are assured, physical deformation occurring during the manufacturing process can be prevented, Copper clad alloy which can provide a high surface hardness.

또한, 특이하게도 본 발명에서는 텅스텐 금속분말의 평균입경이 10 ㎛ 이하이고, 상기 텅스텐 금속분말이 평균입경이 서로 다른 바이모달 분포를 가지는 경우, 본 발명이 목적으로 하는 충분한 열전도도와 기계적 강도를 보여주는 것을 알게 되어 본 발명을 완성하였다. 본 발명에서는 별도로 비교하지는 않지만 상기 텅스텐 금속분말의 평균입경이 10 ㎛ 초과인 경우에는 여전히 계면에서 결함이 발생하여 열전도도와 기계적 강도가 현저하게 저하됨을 관찰하였다. In particular, in the present invention, when the average particle diameter of the tungsten metal powder is 10 μm or less and the tungsten metal powder has a bimodal distribution with different average particle diameters, it exhibits sufficient thermal conductivity and mechanical strength for the purpose of the present invention The present invention has been completed. In the present invention, it is observed that when the average particle size of the tungsten metal powder is more than 10 탆, defects are still generated at the interface, and thermal conductivity and mechanical strength are remarkably lowered.

이와 같은 문제점을 해결하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐-구리 클래드 합금의 제조방법은 a) 평균입경 10 ㎛ 이하(0 제외)인 텅스텐 금속분말을 가압하여 텅스텐 성형체를 제조하는 단계; b) 상기 텅스텐 성형체에 구리를 용침시켜 텅스텐-구리 합금을 제조하는 단계; 및 c) 상기 텅스텐-구리 합금의 적어도 일면에 무산소동을 마련하고 핫프레싱하여, 상기 텅스텐-구리 합금과 상기 무산소동을 확산접합하는 단계를 포함한다. In order to solve the above problems, a method of manufacturing a tungsten-copper clad alloy according to an embodiment of the present invention includes the steps of: a) pressing a tungsten metal powder having an average particle size of 10 μm or less (excluding 0) to produce a tungsten compact; b) impregnating the tungsten compact with copper to produce a tungsten-copper alloy; And c) hot-pressing an oxygen free copper on at least one side of the tungsten-copper alloy to diffusion bond the tungsten-copper alloy and the oxygen free copper.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐-구리 클래드 합금의 제조방법을 나타내는 공정 순서도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 텅스텐-구리 클래드 합금의 제조방법은 텅스텐 성형체 제조단계(S100), 구리 용침단계(S200), 및 텅스텐 구리와 무산소동의 확산접합 단계(S300)을 포함할 수 있다.FIG. 2 is a process flow chart showing a method of manufacturing a tungsten-copper clad alloy according to an embodiment of the present invention. 2, the method for manufacturing a tungsten-copper clad alloy according to the present invention includes a step (S100) of forming a tungsten compact, a copper infiltration step (S200), and a diffusion bonding step (S300) of tungsten copper and oxygen- can do.

상기 텅스텐 성형체 제조단계(S100)는 텅스텐 금속분말과 바인더를 혼합하고, 혼합된 혼합물을 몰더에 넣고 가압하여 텅스텐 성형체를 제조하는 단계를 의미할 수 있다. The step (S100) of producing a tungsten compact may mean mixing the tungsten metal powder and the binder, and putting the mixed mixture into the molder to produce a tungsten compact.

본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐-구리 클래드 합금의 제조방법에 있어, 상기 바인더는 열경화성 수지, 열가소성 수지, 및 광경화성 수지 중에서 적어도 하나 이상 선택되는 것일 수 있다. In the method of manufacturing a tungsten-copper clad alloy according to an embodiment of the present invention, the binder may be selected from at least one or more of a thermosetting resin, a thermoplastic resin, and a photocurable resin.

구체적이고 비한정적인 일 예로, 상기 열경화성 수지는 폴리아미드, 폴리에테르, 폴리이미드, 폴리술폰, 에폭시 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 페놀 수지 등 일 수 있다. As a specific and non-limiting example, the thermosetting resin may be a polyamide, a polyether, a polyimide, a polysulfone, an epoxy resin, an unsaturated polyester resin, a phenol resin, or the like.

구체적이고 비한정적인 다른 일 예로, 상기 열가소성 수지는 나일론 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리아미드 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리아릴레이트 수지, 시클로폴리올레핀 수지 등 일 수 있다. As another specific and non-limiting example, the thermoplastic resin may be a nylon resin, a polyethylene resin, a polyamide resin, a polyester resin, a polycarbonate resin, a polyarylate resin, a cycloolefin resin or the like.

구체적이고 비한정적인 또 다른 일 예로, 상기 광경화성 수지는 라디칼 경화계 수지(아크릴계 모노머나 폴리에스테르아크릴레이트, 우레탄아크릴레이트, 에폭시아크릴레이트 등의 아크릴계 올리고머, 불포화 폴리에스테르, 엔티올계의 중합체), 양이온 경화계 수지(에폭시 수지, 옥세탄 수지, 비닐에테르계 수지) 등 일 수 있다.As a specific and non-limiting example, the photo-curable resin may be a radical curable resin (an acrylic oligomer, an unsaturated polyester, an ester polymer such as an acrylic monomer, a polyester acrylate, a urethane acrylate, or an epoxy acrylate) Cationic curing resin (epoxy resin, oxetane resin, vinyl ether resin), and the like.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐-구리 클래드 합금의 제조방법에 있어, 상기 바인더는 상기 텅스텐 금속분말 100 중량부 대비 약 0.1 내지 10 중량부일 수 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되지는 않는다. 상기 바인더의 중량 범주를 만족하는 경우, 본 발명에 따른 텅스텐 성형체의 형상 유지능이 향상될 수 있으며, 구리 용침단계(S200) 시 구리가 상기 텅스텐 성형체에 일정 함량으로 형성될 수 있다.Meanwhile, in the method for manufacturing a tungsten-copper clad alloy according to an embodiment of the present invention, the binder may be about 0.1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the tungsten metal powder, but the present invention is not limited thereto . When the weight range of the binder is satisfied, the shape-retaining ability of the tungsten mold according to the present invention can be improved. Copper can be formed in the tungsten mold at a predetermined amount during the copper infiltration step (S200).

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐-구리 클래드 합금의 제조방법에 있어, 상기 텅스텐 금속분말은 평균 입경이 10 ㎛ 이하이고 서로 다른 바이모달 분포를 나타낼 수 있다. 상기 텅스텐 금속분말의 평균입경이 10 ㎛ 초과인 경우에는, 구리 용침단계(S200) 시 텅스텐-구리 합금의 소결능이 저하될 수 있으며, 후술할 확산접합시 계면에 크랙, 박리(delamination) 등과 같은 결함이 생성될 수 있고, 이에 따라 본 발명이 목적으로 하는 열전도도와 기계적 강도의 상승을 기대하기 어렵다. Further, in the method for manufacturing a tungsten-copper clad alloy according to an embodiment of the present invention, the tungsten metal powder may have a bimodal distribution with an average particle diameter of 10 μm or less and different from each other. If the average particle size of the tungsten metal powder is more than 10 탆, the sintering ability of the tungsten-copper alloy may be deteriorated during the copper infiltration step (S200), and defects such as cracks and delamination It is difficult to expect an increase in the thermal conductivity and the mechanical strength of the present invention.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐-구리 클래드 합금의 제조방법에 있어, 텅스텐-구리 클래드 합금의 열전도도와 기계적 강도를 더 향상시키기 위하여, 상기 텅스텐 금속분말은 하기 관계식 1 내지 3을 만족할 수 있다: Further, in the method of manufacturing a tungsten-copper clad alloy according to an embodiment of the present invention, in order to further improve the thermal conductivity and mechanical strength of the tungsten-copper clad alloy, the tungsten metal powder satisfies the following relational formulas 1 to 3 have:

[관계식 1][Relation 1]

1.5 ㎛ ≤ D1 ≤ 3.5 ㎛1.5 占 퐉? D1? 3.5 占 퐉

[관계식 2][Relation 2]

4.0 ㎛ ≤ D2 ≤ 6.0 ㎛4.0 占 퐉? D2? 6.0 占 퐉

[관계식 3][Relation 3]

0.5 ≤ h1/h2 ≤ 1.50.5? H1 / h2? 1.5

(상기 관계식 1 내지 3에서, D1은 텅스텐 금속분말의 크기 분포에서, 피크의 중심 크기를 기준으로, 가장 작은 중심 크기를 갖는 제1피크의 중심 크기이며, D2는 동일 크기 분포에서, 피크의 중심 크기를 기준으로, 가장 큰 중심 크기를 갖는 제2피크의 중심 크기이고, h1은 상기 제1피크의 중심 높이이며, h2는 상기 제2피크의 중심 높이이다.)(In the above relational expressions 1 to 3, D1 is the center size of the first peak having the smallest center size, with respect to the center size of the peak in the size distribution of the tungsten metal powder, D2 is the center size of the peak, H1 is the center height of the first peak, and h2 is the center height of the second peak.

본 발명의 일 구체예에 있어, 상기 텅스텐 금속분말의 크기 분포는 동적광산란법(Dynamic Light Scattering: DLS)을 이용하여 측정된 것일 수 있다. 상세하게, 상기 텅스텐 금속분말의 크기 분포는 25의 온도 및 0.01 내지 0.1 중량% 농도의 샘플의 조건으로 측정된 것일 수 있다. 또한 상기 텅스텐 금속분말의 크기 분포는 입자의 직경 및 해당 직경을 갖는 입자의 수로 도시되는 크기 분포일 수 있다. 한편, 적어도 바이모달 이상의 크기 분포는 텅스텐 분말의 크기 분포 상 적어도 둘 이상의 피크가 존재함을 의미할 수 있다. 이때, 피크의 중심에 해당하는 크기(입자 직경)가 중심 크기이며, 가장 작은 중심 크기를 갖는 제1피크에 속하는 입자들은 제1입자로, 가장 큰 중심 크기를 갖는 제2피크에 속하는 입자들은 제2입자로 통칭한다.In one embodiment of the present invention, the size distribution of the tungsten metal powder may be measured using Dynamic Light Scattering (DLS). In detail, the size distribution of the tungsten metal powder may be measured under conditions of a temperature of 25 and a sample concentration of 0.01 to 0.1 wt%. The size distribution of the tungsten metal powder may be a size distribution shown by the diameter of the particles and the number of particles having the diameter. On the other hand, a size distribution of at least bimodal may mean that at least two peaks exist in the size distribution of the tungsten powder. At this time, the particles (particle diameter) corresponding to the center of the peak are the center sizes, the particles belonging to the first peak having the smallest center size are the first particles, and the particles belonging to the second peak having the largest center size 2 particles.

이와 같이, 본 발명에 따른 텅스텐 금속분말은 바이모달 분포를 가지거나 상기 관계식 1 내지 3을 만족함으로써, 구리 용침단계(S200) 시 구리가 상술한 텅스텐 성형체 내부로 용침되어 균일한 텅스텐-구리 합금을 형성시킬 수 있으며, 또한 텅스텐-구리 합금의 내부 또는 표면에 크랙(crack)이나 보이드(void)와 같은 결함의 발생을 방지할 수 있다. As described above, the tungsten metal powder according to the present invention has a bimodal distribution or satisfies the relational expressions 1 to 3, so that the copper is infiltrated into the above-mentioned tungsten formed body during the copper infiltration step S200 to form a uniform tungsten- And it is also possible to prevent the occurrence of defects such as cracks and voids on the inside or the surface of the tungsten-copper alloy.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐-구리 클래드 합금의 제조방법에 있어, 상기 텅스텐 성형체 제조단계(S100) 시, 상기 텅스텐 금속분말을 1 내지 30 Ton/㎠ 로 가압하여 수행할 수 있다. In the method of manufacturing a tungsten-copper clad alloy according to an embodiment of the present invention, the tungsten metal powder may be pressurized at 1 to 30 Ton / cm < 2 > during the step (S100) of manufacturing the tungsten compact.

이에 따라, 본 발명의 일 구체예에 따른 상기 텅스텐 성형체는 하기 관계식 5를 만족할 수 있다:Accordingly, the tungsten formed body according to one embodiment of the present invention can satisfy the following relationship:

[관계식 5][Equation 5]

0.70 ≤ d/d0 ≤ 0.950.70? D / d? 0? 0.95

[상기 관계식 5에서 d는 상기 텅스텐 성형체의 겉보기밀도, d0는 상기 텅스텐 성형체의 이론밀도이다.][In the above-mentioned relational expression 5, d is the apparent density of the tungsten compact, and d0 is the theoretical density of the tungsten compact.]

상기 관계식 5를 만족하는 경우, 본 발명에 따른 텅스텐 성형체의 형상 유지능이 향상될 수 있으며, 구리 용침단계(S200) 시 구리가 상기 텅스텐 성형체에 일정 함량으로 용침되어, 구리가 텅스텐-구리 합금재의 내부 및 표면에 균일하게 형성될 수 있다. 또한 이러한 텅스텐-구리 합금재는 구리 금속재와의 확산접합을 가능하게 한다. When the relationship (5) is satisfied, the shape-retaining ability of the tungsten formed body according to the present invention can be improved. Copper is infiltrated into the tungsten formed body at a certain amount during the copper infiltration step (S200) And can be uniformly formed on the surface. These tungsten-copper alloys also enable diffusion bonding with copper metal.

한편, 상술한 텅스텐 성형체 제조단계(S100)는 텅스텐 분말과 바인더의 혼합공정, 건조공정, 선별공정, 성형공정 등을 포함할 수 있다. 다만, 이러한 공정들은 이 분야에서 통상적으로 사용되는 방법이면 충분하므로 이에 대한 구체적인 구성의 설명은 생략한다.Meanwhile, the above-described tungsten compact forming step (S100) may include a mixing step of a tungsten powder and a binder, a drying step, a sorting step, a molding step, and the like. However, such a process is generally sufficient for a method commonly used in this field, so a detailed description of the structure is omitted.

다음으로 구리 용침단계(S200)에 대하여 설명한다. 구리 용침단계(S200)는 상술한 텅스텐 성형체 제조단계(S100)의 텅스텐 성형체와 구리를 이용하여 텅스텐-구리 합금재를 제조하는 단계를 의미할 수 있다. Next, the copper infiltration step S200 will be described. The copper-impregnating step (S200) may refer to a step of manufacturing a tungsten-copper alloy material by using the tungsten formed body and copper in the above-described tungsten compact forming step (S100).

상세하게, 상기 구리 용침단계(S200)는 용침시 용융 상태의 구리가 상술한 텅스텐 성형체 내부로 용침되도록, 상기 텅스텐 성형체의 일측 또는 양측에 구리를 마련하는 제1단계; 및 용융상태의 구리가 상기 텅스텐 성형체로 용침되도록 가열하는 제2단계를 포함할 수 있다. In detail, the copper infiltration step (S200) includes the steps of: preparing copper on one side or both sides of the tungsten compact so that molten copper in the melted state is infiltrated into the tungsten compact; And a second step of heating the molten copper to infiltrate into the tungsten compact.

본 발명의 일 구체예에 있어, 상기 제1단계 시 상기 구리는 순도가 99% 이상일 수 있으며, 또한 본 발명은 구리로 된 판형상의 부재를 이용할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the copper in the first step may have a purity of 99% or more, and the present invention may use a plate-shaped member made of copper.

또한 본 발명의 다른 일 구체예에 있어, 상기 제2단계는 상기 제1단계를 마친 텅스텐 성형체 및 구리를 환원성 분위기에서 가열하는 것일 수 있다. 본 발명을 서술함에 있어, 용어 "환원성 분위기"는 금속 화합물에 존재하는 산화물이 환원성 가스와 반응하여 제거되거나 다른 물질로 변환되는 환경을 의미할 수 있으며, 일 예로 환원성 가스는 수소 또는 암모니아를 함유할 수 있다. In another embodiment of the present invention, the second step may be a step of heating the tungsten formed body and the copper after the first step in a reducing atmosphere. In describing the present invention, the term "reducing atmosphere" may refer to an environment in which an oxide present in a metal compound is removed by reaction with a reducing gas or converted into another material. For example, the reducing gas may contain hydrogen or ammonia .

또한, 상기 제2단계는 구리의 용융점 보다 높은 온도에서 수행될 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 있어, 상기 제2단계 시 가열온도는 1100 내지 1600 ℃일 수 있다. 상기 가열온도의 범주를 만족하는 경우, 본 발명은 구리 또는 텅스텐 표면에 잔존하는 산화물을 제거할 수 있으며, 텅스텐-구리 함금재 내부 및 표면에 구리가 균일하게 형성될 수 있다. 한편, 상기 제2단계 시 가열온도는 1200 내지 1500 ℃인 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 1400 내지 1500 ℃인 것이 본 발명의 목적 달성에 좋으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. In addition, the second step may be performed at a temperature higher than the melting point of copper. In one embodiment of the present invention, the heating temperature in the second step may be 1100 to 1600 ° C. When the heating temperature is satisfied, the present invention can remove oxides remaining on the copper or tungsten surface, and copper can be uniformly formed in the tungsten-copper-containing gold material and on the surface thereof. Meanwhile, the heating temperature in the second step is preferably 1200 to 1500 ° C, and more preferably 1400 to 1500 ° C to achieve the object of the present invention, but the present invention is not limited thereto.

한편, 본 발명의 구체적이고 비한정적인 일 예로서, 상기 구리 용침단계(S200) 시 유지시간은 1 내지 20 시간 일 수 있다. Meanwhile, as a specific and non-limiting example of the present invention, the holding time in the copper infiltration step (S200) may be 1 to 20 hours.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 텅스텐-구리 클래드 합금의 제조방법에 있어, 상기 제2단계를 통해 제조된 텅스텐-구리 합금재는 구리가 5 내지 30 중량% 함유될 수 있다. 구리 함유량이 5 중량% 미만에서는 후술할 구리 금속재와의 확산접합시 계면에 박리(delamination)와 같은 결함이 생성될 수 있고, 이에 따라 기계적 강도와 연성이 열위되며, 열전도도 특성이 급격하게 저하될 수 있다. 또한 구리 함유량이 30 중량% 초과에서는 외부의 충격으로부터 변형되기 쉬워 형상유지능이 저하되며, 구리 함량 증가에 따른 열전도도의 상승을 기대하기 어렵다. Meanwhile, in the method for manufacturing a tungsten-copper clad alloy according to an embodiment of the present invention, the tungsten-copper alloy material produced through the second step may contain 5 to 30% by weight of copper. If the copper content is less than 5% by weight, defects such as delamination may be generated at the interface at the time of diffusion bonding with a copper metal material to be described later, whereby the mechanical strength and ductility are weakened, and the thermal conductivity property is rapidly deteriorated . On the other hand, when the content of copper exceeds 30% by weight, it is likely to be deformed from an external impact, so that the shape-retaining ability is lowered, and it is difficult to expect an increase in thermal conductivity with an increase in copper content.

한편, 본 발명은 상술한 구리 용침단계(S200)와 텅스텐-구리와 무산소동의 확산접합 단계 사이에, 텅스텐-구리 합금을 불활성 분위기에서 냉각하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 불활성 분위기는 질소 또는 아르곤를 함유한 환경(atomosphere)일 수 있다. Meanwhile, the present invention may further include a step of cooling the tungsten-copper alloy in an inert atmosphere between the copper infiltration step (S200) described above and the diffusion bonding step between tungsten-copper and oxygen-free copper. The inert atmosphere may be an atomosphere containing nitrogen or argon.

또한, 본 발명의 또 다른 일 구체예에 있어, 상술한 구리 용침단계(S200)는 벨트를 이용한 연속식 열처리 장치를 이용하여, 상기 용침단계를 수행할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 텅스텐-구리 함금재는 순도가 향상될 수 있으며, 또한 공정의 효율성이 증대될 수 있다. Further, in another embodiment of the present invention, the copper infiltration step (S200) described above can perform the infiltration step using a continuous heat treatment apparatus using a belt. Accordingly, the purity of the tungsten-copper alloy according to the present invention can be improved and the efficiency of the process can be increased.

다음으로, 텅스텐-구리와 구리의 확산접합 단계(S300)에 대하여 설명한다. 텅스텐-구리와 구리의 확산접합 단계(S300)는 상술한 구리 용침단계(S200)에서 제조된 텅스텐-구리 합금의 일면 또는 양면에 무산소동(O.F.H.C Oxygen-Free High-Conductivity Copper) 판재를 마련한 후 핫프레싱(hot-pressing)하여, 상기 텅스텐-구리 합금과 상기 무산소동이 고상 확산접합되는 단계를 의미할 수 있다. Next, the diffusion bonding step (S300) of tungsten-copper and copper will be described. The diffusion bonding step (S300) of tungsten-copper and copper is performed by providing an OFHC oxygen-free high-conductivity copper plate on one side or both sides of the tungsten-copper alloy produced in the copper infiltration step S200 Hot-pressing, and the solid-phase diffusion bonding of the tungsten-copper alloy and the oxygen-free copper may be performed.

상세하게, 상기 텅스텐-구리와 무산소동의 확산접합 단계(S300) 시, 상기 무산소동(OFHC: Oxygen-Free High-Conductivity Copper)은 그 순도가 99.9% 이상일 수 있다. 바람직한 일 예로, 상기 무산소동의 순도는 99.99% 이상일 수 있다. 상기 무산소동의 순도가 99.9% 이상 또는 99.99% 이상인 경우, 본 발명에 따른 텅스텐-구리 클래드 합금은 보다 높은 열전도도를 나타낼 수 있으며, 상기 텅스텐-구리 합금으로 된 층과 상기 무산소동으로 된 층 사이에 크랙(crack), 박리(delamination)과 같은 결함의 생성을 방지할 수 있다.Specifically, the oxygen-free high-conductivity copper (OFHC) may have a purity of 99.9% or more at the diffusion bonding step S300 of the tungsten-copper and oxygen-free copper. As a preferred example, the purity of oxygen-free copper may be 99.99% or more. When the purity of the oxygen-free copper is 99.9% or more or 99.99% or more, the tungsten-copper clad alloy according to the present invention can exhibit a higher thermal conductivity, and the tungsten-copper alloy layer and the oxygen- It is possible to prevent generation of defects such as cracks and delamination.

한편, 상기 핫프레싱은 상기 구리의 용융점(m.p.: 약 1084 ℃) 보다 낮은 온도에서 수행될 수 있다. 본 발명의 일 구체예에 있어, 상기 핫프레싱은 850 내지 1050 ℃에서 수행될 수 있으며, 바람직하게는 920 내지 1020 ℃에서 수행될 수 있다. 상기 핫프레싱의 온도가 850 ℃ 미만인 경우에는, 텅스텐 원자와 구리 원자가 충분히 확산되지 않고, 고상 확산에 의한 접합이 곤란해진다. 또한, 상기 핫프레싱의 온도가 1050 ℃ 를 초과하는 경우에는, 상기 텅스텐-구리 합금과 상기 무산소동 사이에 액상이 형성되어 텅스텐과 구리의 화합물이 다량으로 생성되기 때문에, 상기 텅스텐-구리 합금과 상기 무산소동 상호간 접합 접합이 저해되며, 접합 신뢰성 도한 저하된다. On the other hand, the hot pressing may be performed at a temperature lower than the melting point (m.p .: about 1084 ° C) of the copper. In one embodiment of the present invention, the hot pressing may be performed at 850 to 1050 캜, preferably at 920 to 1020 캜. When the temperature of the hot pressing is less than 850 占 폚, tungsten atoms and copper atoms do not sufficiently diffuse, and bonding due to solid-phase diffusion becomes difficult. Further, when the temperature of the hot pressing exceeds 1050 DEG C, a liquid phase is formed between the tungsten-copper alloy and the oxygen-free copper to generate a large amount of tungsten-copper compound. Therefore, The oxygen-free copper bonding is inhibited, and the bonding reliability is lowered.

이에 따라, 상기 핫프레싱은 구리의 용융점 보다 낮은 온도에서 수행하거나 상기 온도 범주에서 수행하는 경우, 본 발명에 따른 텅스텐-구리 클래드 합금은 상기 텅스텐-구리 합금과 상기 무산소동이 고상 확산접합되어 있어, 텅스텐-구리 합금으로 된 층과 무산소동으로 된 층의 접합부에 크랙과 같은 간극이 생기기 어렵고, 접합부의 열전도성을 양호하게 하고, 열저항을 작게 할 수 있다.Accordingly, when the hot-pressing is performed at a temperature lower than the melting point of copper or is performed in the temperature range, the tungsten-copper clad alloy according to the present invention has a structure in which the tungsten-copper alloy and the oxygen- - Crack-like gaps are unlikely to occur at the junction of the copper alloy layer and the oxygen-free copper layer, the thermal conductivity of the junction can be improved, and the thermal resistance can be reduced.

또한, 상기 텅스텐-구리 합금의 적어도 일면에 열전도성과 전기전도성이 우수한 구리 또는 구리 합금이 형성되기 때문에, 반도체 소자로부터의 열을 외부로 방출하는 것이 용이하며, 반도체 패키지로 텅스텐-구리 클래드 합금을 이용하여 도금하는 경우 그 도금성을 향상시킬 수 있다. Further, since copper or a copper alloy having excellent thermal conductivity and excellent electrical conductivity is formed on at least one surface of the tungsten-copper alloy, it is easy to discharge heat from the semiconductor element to the outside, and a tungsten-copper clad alloy The plating ability can be improved.

본 발명의 구체적이고 비한정적인 일 예로서, 상기 텅스텐-구리와 무산소동의 확산접합 단계(S300) 시 유지시간은 1 내지 20 시간 일 수 있다. As a specific and non-limiting example of the present invention, the holding time in the diffusion bonding step S300 of the tungsten-copper and oxygen-free copper may be 1 to 20 hours.

또한, 본 발명의 구체적이고 비한정적인 다른 일 예로서, 상기 텅스텐-구리와 무산소동의 확산접합 단계(S300) 시 아대기 상태의 진공분위기에서 핫프레싱하여 확산접합을 수행할 수 있다. Further, as another specific and non-limiting example of the present invention, diffusion bonding may be performed by hot pressing in a vacuum atmosphere in a standby state during the diffusion bonding step (S300) of the tungsten-copper and oxygen-free copper.

이때, 상기 핫프레싱은 상기 텅스텐-구리 합금 일면 또는 양면에 위치된 무산소동 판재를 1 내지 100 Ton/㎠로 가압하여 수행할 수 있다. 상기 텅스텐-구리 합금과 상기 무산소동에 부하되는 하중이 1 Ton/㎠ 미만인 경우에는, 상기 텅스텐-구리 합금과 상기 무산소동을 충분히 접합시키는 거이 곤란해지고, 상기 텅스텐-구리 합금과 상기 무산소동 사이에 간극이 생기는 경우가 있다. 또한, 100 Ton/㎠ 를 초과하는 경우에는, 부하되는 하중이 지나치게 높아 본 발명의 텅스텐-구리 클래드 합금 내부에 균열이 발생하는 경우가 있다. At this time, the hot pressing may be performed by pressurizing the oxygen free copper plate located on one side or both sides of the tungsten-copper alloy at 1 to 100 Ton / cm < 2 >. When the load applied to the tungsten-copper alloy and the oxygen-free copper is less than 1 Ton / cm 2, it becomes difficult to sufficiently bond the tungsten-copper alloy and the oxygen-free copper, A gap may be generated. On the other hand, if it exceeds 100 Ton / cm 2, the load to be loaded is excessively high, so that cracks may be generated inside the tungsten-copper clad alloy of the present invention.

종합하면, 본 발명에 따른 텅스텐-구리 클래드 합금의 제조방법은 상술한 텅스텐 성형체 제조단계(S100), 구리 용침단계(S200), 및 텅스텐-구리와 무산소동의 확산접합 단계(S300)를 포함함으로써, 열전도 특성이 우수하며, 제조공정 중에 발생되는 기계적 변형을 방지할 수 있다. In summary, the method for producing a tungsten-copper clad alloy according to the present invention includes the step (S100) of producing a tungsten compact, the copper infiltration step (S200), and the diffusion bonding step (S300) of copper- The heat conduction characteristics are excellent, and the mechanical deformation that occurs during the manufacturing process can be prevented.

또한 본 발명은 상술한 텅스텐-구리 클래드 합금의 제조방법으로 형성된 클래드 합금을 포함한다. The present invention also includes a clad alloy formed by the above-described method for producing a tungsten-copper clad alloy.

본 발명에 따른 클래드 합금은 상술한 텅스텐-구리 합금으로 이루어진 제1층; 및 상기 제1층의 일면 또는 양면에 형성되는 무산소동으로 이루어진 제2층을 포함한다. The clad alloy according to the present invention comprises a first layer made of the above-mentioned tungsten-copper alloy; And a second layer of oxygen-free copper formed on one or both sides of the first layer.

상술한 본 발명의 텡스텐-구리 클래드 합금을 사용하여 히트싱크로 제조하기 위해서는, 이 클래드 합금을 목적하는 형상으로 성형할 필요가 있다. 상기 제1층의 재료로서 사용되는 텅스텐은 단단하고 가공이 곤란한 재료임을 알 수 있다. 이 때문에, 예컨대 용이하게 성형을 행하는 방법으로서 알려진 프레스 펀칭법은 적용하기 어렵다. 따라서, 이들이 적층된 클래드 합금에 있어서는 상술한 제2층의 두께가 제1층에 비해 상대적으로 작을수록 가공이 용이해질 수 있다. In order to produce a heat sink using the tungsten-copper clad alloy of the present invention, it is necessary to mold the clad alloy into a desired shape. It can be seen that tungsten used as the material of the first layer is hard and difficult to process. For this reason, it is difficult to apply the press-punching method known as a method of easily performing molding, for example. Accordingly, in the clad alloy in which these layers are laminated, the processing can be facilitated as the thickness of the second layer is smaller than that of the first layer.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 클래드 합금은 하기 관계식 4를 만족할 수 있다:Accordingly, the clad alloy according to one embodiment of the present invention can satisfy the following relational expression 4:

[관계식 4][Relation 4]

1.1 ≤ T1/T2 ≤ 2.11.1? T1 / T2? 2.1

(상기 관계식 4에서, T1은 상기 텅스텐-구리 합금으로 이루어진 제1층의 두께이며, T2는 상기 무산소동으로 이루어진 제2층의 두께이다.) (In the above relational expression 4, T1 is the thickness of the first layer made of the tungsten-copper alloy, and T2 is the thickness of the second layer made of the oxygen-free copper.)

본 발명에 따른 클래드 합금은 보다 향상된 열전도도와 기계적 강도의 확보 측면에서, 상기 T1/T2는 1.3 내지 1.9 인 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 1.45 내지 1.75일 수 있다. The clad alloy according to the present invention preferably has a T1 / T2 of 1.3 to 1.9, more preferably 1.45 to 1.75, in view of further improved thermal conductivity and mechanical strength.

한편, 상기 관계식 3을 만족하는 본 발명의 일 실시예에 따른 클래드 합금은 열전도도가 수직방향으로 150 내지 250 W/m·K 인 특성을 가질 수 있다. Meanwhile, the clad alloy according to one embodiment of the present invention satisfying the relational expression 3 may have a thermal conductivity of 150 to 250 W / m · K in the vertical direction.

또한 본 발명은 상술한 클래드 합금를 포함하는 히트싱크를 포함한다.The present invention also includes a heat sink including the above-described clad alloy.

이하 본 발명의 구체적인 설명을 위하여 하기의 실시예를 들어 상세하게 설명하겠으나, 본 발명이 다음 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

실시예 1Example 1

텅스텐 tungsten 성형체Shaped body 제조 Produce

평균입경 2.3 ㎛인 제1 텅스텐 분말 500g, 평균입경 4.7 ㎛인 제2 텅스텐 분말 500g, 및 변성 폴리에티렌글라이콜(한국산노프코㈜ HS-BD-25) 4g을 알코올 용매에 투입한 후, 이를 회전형 증발기(rotary evaporator)에 투입하여 혼합 및 가열하면서 용매를 제거하였다. 이후 용매가 제거된 혼합 분말은 120 ℃로 유지된 건조기에서 건조되었다. 건조된 분말은 200 메쉬(mesh)로 입도 선별한 다음 프레스 성형 장치를 이용하여 텅스텐 성형체를 제조하였다. 이때 성형 압력은 17.5 Ton/㎠ 이었다.500 g of a first tungsten powder having an average particle diameter of 2.3 탆, 500 g of a second tungsten powder having an average particle diameter of 4.7 탆, and 4 g of a modified polyetylene glycol (HS-BD-25 available from Kobunshi Kogyo Co., Ltd.) This was put into a rotary evaporator, and the solvent was removed by mixing and heating. Then, the solvent-removed mixed powder was dried in a dryer maintained at 120 ° C. The dried powder was screened by 200 mesh, and then a tungsten compact was produced by using a press molding machine. At this time, the molding pressure was 17.5 Ton / cm 2.

텅스텐-구리 합금 제조(Manufacture of tungsten-copper alloy ( Cu10%WCu10% W ))

다음으로 상기 텅스텐 성형체 상에 구리 시트를 놓고, 이를 수소분위기의 열처리로로 장입하여 약 10 중량%의 구리가 용침된 텅스텐-구리 합금을 제조하였다. 이때, 용침 온도는 1430 ℃이었으며, 공정 유지시간은 7시간 이었다. 이후 용침된 텅스텐-구리 합금을 질소분위기에서 냉각하였다. Next, a copper sheet was placed on the tungsten formed body and charged into a heat treatment furnace in a hydrogen atmosphere to prepare a tungsten-copper alloy having about 10% by weight of copper impregnated therein. At this time, the infiltration temperature was 1430 DEG C and the process holding time was 7 hours. The infused tungsten-copper alloy was then cooled in a nitrogen atmosphere.

텅스텐-구리 Tungsten-copper 클래드Clad 합금 제조(구리/텅스텐-구리/구리) Alloy manufacturing (copper / tungsten-copper / copper)

냉각된 상기 텅스텐-구리 합금은 그 상부 및 하부에 무산소동(OFHC) 시트을 위치시킨 후 핫프레싱 장치(Hot Press)를 이용하여 진공에서 확산접합하여 최종 텅스텐-구리 클래드 합금을 제조하였다. 확산접합시 온도는 970℃ 이었고, 공정 유지시간은 6시간이며, 핫프레싱 압력은 19 Ton/㎠으로 유지하였다. The cooled tungsten-copper alloy was placed in an upper portion and a lower portion of an oxygen free copper (OFHC) sheet, followed by diffusion bonding in vacuum using a hot press to produce a final tungsten-copper clad alloy. The diffusion bonding temperature was 970 ℃, the process holding time was 6 hours, and the hot pressing pressure was maintained at 19 Ton / ㎠.

실시예 2Example 2

텅스텐 성형체 제조시, 성형 압력을 12.2 Ton/㎠으로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 실시예 2에 따라 약 15 중량%의 구리가 용침된 텅스텐-구리 합금이 제조되었다. The procedure of Example 1 was repeated except that the molding pressure was changed to 12.2 Ton / cm < 2 > A tungsten-copper alloy having about 15% by weight of copper infiltrated according to Example 2 was prepared.

실시예 3Example 3

텅스텐 성형체 제조시, 성형 압력을 8.7 Ton/㎠으로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 실시예 3에 따라 약 20 중량%의 구리가 용침된 텅스텐-구리 합금이 제조되었다. The same procedure as in Example 1 was carried out except that the molding pressure was set to 8.7 Ton / cm < 2 > A tungsten-copper alloy having about 20% by weight of copper infiltrated according to Example 3 was prepared.

실시예 4Example 4

텅스텐 성형체 제조시, 모노모달 분포를 가지도록 평균입경 4.7 ㎛인 제2 텅스텐 분말 500 g을 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 실시하였다. The procedure of Example 2 was repeated except that 500 g of a second tungsten powder having an average particle diameter of 4.7 탆 was used so as to have a monododal distribution in the production of the tungsten compact.

비교예 1Comparative Example 1

실시예 2와 동일하게 실시하되, 텅스텐-구리 합금 제조(Cu15%W)까지만 수행하여, 단일 텅스텐-구리 합금을 제조하였다.A single tungsten-copper alloy was produced in the same manner as in Example 2 except that the preparation was performed only up to the tungsten-copper alloy production (Cu15% W).

비교예 2Comparative Example 2

실시예 3과 동일하게 실시하되, 텅스텐-구리 합금 제조(Cu20%W)까지만 수행하여, 단일 텅스텐-구리 합금을 제조하였다.A single tungsten-copper alloy was produced in the same manner as in Example 3 except that the preparation of tungsten-copper alloy (Cu 20% W) was performed.

비교예 3Comparative Example 3

실시예 2와 동일하게 실시하되, 모노모달 분포를 가지며 평균입경 15 ㎛인 텅스텐 분말을 사용하여, 텅스텐 성형체를 제조하였다. A tungsten compact was produced in the same manner as in Example 2 except that tungsten powder having a monodomal distribution and an average particle diameter of 15 탆 was used.

측정예 1Measurement example 1

상기 실시예 1 내지 3에서 제조된 텅스텐-구리 클래드 합금의 단면을 관찰한 SEM 사진과 성분을 도 3 내지 도 5에 나타내었다. 상세하게, 도 3은 상기 실시예 1에 따른 텅스텐-구리 합금의 단면 SEM 사진 및 EDS 성분 분석 결과를 나타내며, 도 4는 상기 실시예 2에 따른 텅스텐-구리 합금의 단면 SEM 사진 및 EDS 성분 분석 결과를 나타내며, 도 5는 상기 실시예 3에 따른 텅스텐-구리 합금의 단면 SEM 사진 및 EDS 성분 분석 결과를 나타낸다. SEM photographs and components of the tungsten-copper clad alloy prepared in Examples 1 to 3 are shown in FIGS. 3 to 5. FIG. FIG. 3 is a cross-sectional SEM photograph of the tungsten-copper alloy according to Example 1 and an analysis result of the EDS component. FIG. 4 is a cross-sectional SEM photograph of the tungsten- FIG. 5 is a cross-sectional SEM photograph of the tungsten-copper alloy according to the third embodiment and the analysis result of the EDS component.

도 3 내지 도 5의 SEM 사진을 참조하면, 상술한 텅스텐 성형체 내부에 구리가 균일하게 용침되어 텅스텐-구리 합금이 제조된 것을 확인할 수 있으며, 또한 보이드와 같은 결함이 전무함을 알 수 있다.Referring to the SEM photographs of FIGS. 3 to 5, it can be seen that copper is uniformly infiltrated into the tungsten formed body to produce a tungsten-copper alloy, and voids such as voids are not present.

한편, 도 3 내지 도 5의 EDS 성분 분석 결과를 참조하면, 상술한 실시예 1 내지 3에서 제시된 구리 용침량 보다 약간 높게 나타났다. 즉, 상기 텅스텐과 구리의 질량비는 대략 80:15 ~ 65:29 임을 알 수 있다. On the other hand, referring to the analysis results of the EDS component in FIGS. 3 to 5, it was slightly higher than the sedimentation amount for copper as shown in Examples 1 to 3 described above. That is, the mass ratio of the tungsten and copper is about 80:15 to 65:29.

도 6은 상기 실시예 2에서 제조된 텅스텐-구리 클래드 합금의 단면을 관찰한 SEM 사진이다. 도 6(a)는 텅스텐-구리 합금으로 이루어진 제1층(100)과 상기 제1층(100) 상부에 형성된 무산소동으로 이루어진 제2층(200)을 나타내며, 도 6(b)는 텅스텐-구리 합금으로 이루어진 제1층(100)과 상기 제1층(100) 하부에 형성된 무산소동으로 이루어진 제2층(201)을 나타낸다.6 is a SEM photograph of a section of the tungsten-copper clad alloy produced in Example 2. FIG. 6 (a) shows a first layer 100 made of a tungsten-copper alloy and a second layer 200 made of anoxic copper formed on the first layer 100. FIG. 6 (b) shows a tungsten- A first layer 100 made of a copper alloy and a second layer 201 made of oxygen-free copper formed under the first layer 100.

도 6(a) 및 도 6(b)를 참조하면, 상기 텅스텐-구리 합금으로 이루어진 제1층(100)과 무산소동으로 이루어진 제2층(200 또는 201) 사이에 약 1 내지 50 ㎛의 확산접합층이 형성된 것을 알 수 있으며, 확산접합층은 텅스텐 원자와 구리 원자가 고상 확산접합되어 형성된 것으로 판단된다. 또한 상술한 도 1에 제시된 기존의 CMC 합금(3)에서 발생된 크랙, 박리(delamination) 등과 같은 결함이 생성되지 않았음을 확인하였다. Referring to FIGS. 6A and 6B, a diffusion of about 1 to 50 μm is formed between the first layer 100 made of the tungsten-copper alloy and the second layer 200 or 201 made of oxygen-free copper. It can be seen that the bonding layer is formed, and the diffusion bonding layer is formed by solid phase diffusion bonding of tungsten atoms and copper atoms. Also, it was confirmed that defects such as cracks and delamination generated in the conventional CMC alloy 3 shown in FIG. 1 were not generated.

측정예 2Measurement example 2

실시예 1 내지 3에서 제조된 텅스텐-구리 클래드 합금의 열전도도 및 열팽창계수를 하기 표 1 및 표 2에 각각 수록하였다.The thermal conductivity and thermal expansion coefficient of the tungsten-copper clad alloy prepared in Examples 1 to 3 are shown in Tables 1 and 2, respectively.

[표 1][Table 1]

Figure 112017007655476-pat00001
Figure 112017007655476-pat00001

[표 2][Table 2]

Figure 112017007655476-pat00002
Figure 112017007655476-pat00002

표 1 및 표 2에 수록된 바와 같이, 본 발명에 따른 텅스텐-구리 클래드 합금의 열전도도는 두께방향(수직방향)으로 180 내지 200 W/mK 의 열전도도를 나타냄을 알 수 있고, 본 발명에 따른 텅스텐-구리 클래드 합금의 열팽창 계수는 8 내지 10 ppm/K 임을 알 수 있다. As shown in Table 1 and Table 2, the thermal conductivity of the tungsten-copper clad alloy according to the present invention shows a thermal conductivity of 180 to 200 W / mK in the thickness direction (vertical direction) The thermal expansion coefficient of the tungsten-copper clad alloy is 8 to 10 ppm / K.

측정예 3Measurement example 3

상기 실시예 1 내지 4, 비교예 3에서 제조된 텅스텐-구리 클래드 합금의 단면을 SEM 통하여 확인하고, 하기 표 3에 텅스텐-구리 클래드 합금의 제품 제작 수량과 결함이 없는 결함 PASS 수량을 수록하였다. 그 결과, 비교예 3에 따른 텅스텐-구리 클래드 합금은 기존의 CMC 합금에서 발생된 크랙의 크기 보다는 작지만, 여전히 미세한 균열이 존재함을 확인하였다. Sections of the tungsten-copper clad alloy prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Example 3 were confirmed by SEM. In Table 3, the product quantities of the tungsten-copper clad alloy and defective PASS quantities without defects were recorded. As a result, it was confirmed that the tungsten-copper clad alloy according to Comparative Example 3 is smaller than the crack size generated in the conventional CMC alloy, but still has minute cracks.

[표 3] [Table 3]

Figure 112017007655476-pat00003
Figure 112017007655476-pat00003

이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Those skilled in the art will recognize that many modifications and variations are possible in light of the above teachings.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .

100: 제1층, 200,201: 제2층100: first layer, 200, 201: second layer

Claims (12)

a) 바이모달 분포를 가지고 평균입경 10 ㎛ 이하(0 제외)인 텅스텐 금속분말을 가압하여 텅스텐 성형체를 제조하는 단계;
b) 상기 텅스텐 성형체에 구리를 용침시켜 10 내지 20 중량%의 구리를 함유하는 텅스텐-구리 합금을 제조하는 단계; 및
c) 상기 텅스텐-구리 합금의 적어도 일면에 무산소동을 마련하고 핫프레싱하여, 상기 텅스텐-구리 합금과 상기 무산소동을 확산접합하는 단계를 포함하며,
상기 텅스텐 금속분말은 하기 관계식 1 내지 3을 만족함으로써, 상기 텅스텐-구리 합금과 상기 무산소동이 확산접합된 텅스텐-구리 클래드 합금에서 상기 텅스텐-구리 합금의 내부 또는 표면 결함 발생을 방지하는, 텅스텐-구리 클래드 합금의 제조방법:
[관계식 1]
1.5 ㎛ ≤ D1 ≤ 3.5 ㎛
[관계식 2]
4.0 ㎛ ≤ D2 ≤ 6.0 ㎛
[관계식 3]
0.5 ≤ h1/h2 ≤ 1.5
(상기 관계식 1 내지 3에서, D1은 텅스텐 금속분말의 크기 분포에서, 피크의 중심 크기를 기준으로, 가장 작은 중심 크기를 갖는 제1피크의 중심 크기이며, D2는 동일 크기 분포에서, 피크의 중심 크기를 기준으로, 가장 큰 중심 크기를 갖는 제2피크의 중심 크기이고, h1은 상기 제1피크의 중심 높이이며, h2는 상기 제2피크의 중심 높이이다.)
a) preparing a tungsten compact by pressing a tungsten metal powder having a bimodal distribution and having an average particle diameter of 10 占 퐉 or less (excluding 0);
b) impregnating the tungsten mold with copper to produce a tungsten-copper alloy containing 10 to 20% by weight of copper; And
c) providing oxygen-free copper on at least one surface of the tungsten-copper alloy and subjecting the tungsten-copper alloy and the oxygen-free copper to diffusion bonding by hot pressing,
Wherein the tungsten metal powder satisfies the following relational expressions (1) to (3), the tungsten-copper alloy having a tungsten-copper alloy which prevents diffusion of the tungsten-copper alloy into the tungsten- Method of producing clad alloy:
[Relation 1]
1.5 占 퐉? D1? 3.5 占 퐉
[Relation 2]
4.0 占 퐉? D2? 6.0 占 퐉
[Relation 3]
0.5? H1 / h2? 1.5
(In the above relational expressions 1 to 3, D1 is the center size of the first peak having the smallest center size, with respect to the center size of the peak in the size distribution of the tungsten metal powder, D2 is the center size of the peak, H1 is the center height of the first peak, and h2 is the center height of the second peak.
제 1항에 있어서,
상기 a) 단계시, 상기 텅스텐 금속분말을 1 내지 30 Ton/㎠ 로 가압하는 텅스텐-구리 클래드 합금의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the tungsten metal powder is pressurized at 1 to 30 Ton / cm < 2 > during the step a).
제 1항에 있어서,
상기 b) 단계시, 상기 구리를 환원성 분위기에서 1100 내지 1600 ℃ 로 용침시키는 텅스텐-구리 클래드 합금의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the copper is infiltrated in a reducing atmosphere at 1100 to 1600 占 폚 in the step b).
제 1항에 있어서,
상기 c) 단계시, 상기 핫프레싱은 구리의 용융점 보다 낮은 온도에서 수행하는 텅스텐-구리 클래드 합금의 제조방법.
The method according to claim 1,
In the step c), the hot pressing is performed at a temperature lower than the melting point of copper.
제 4항에 있어서,
상기 핫프레싱은 850 내지 1050 ℃ 에서 수행하는 텅스텐-구리 클래드 합금의 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the hot pressing is performed at 850 to 1050 占 폚.
제 1항에 있어서,
상기 c) 단계시, 상기 핫프레싱은 1 내지 100 Ton/㎠ 로 가압하는 텅스텐-구리 클래드 합금의 제조방법.
The method according to claim 1,
In the step c), the hot pressing is performed at a pressure of 1 to 100 Ton / cm < 2 >.
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