KR101937961B1 - 평탄화 작업이 필요 없는 질화규소 기판 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 질화 처리용 지그 및 그 지그를 이용한 질화규소 기판 제조방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 질화규소분말 93mol%, 산화이트륨분말 2mol%, 산화마그네슘분말 5mol%를 혼합하여 혼합원료를 준비하는 혼합원료 준비단계(S100); 상기 혼합원료를 분무건조기를 이용하여 과립파우더로 제조 후 사각 고무몰드를 이용하여 냉간정수압으로 가압성형하여 덩어리 형태의 질화규소 소결체(10)를 성형하는 CIP성형단계(S200); 상기 질화규소 소결체(10)에 포함된 바인더를 제거하기 위해 상기 질화규소 소결체(10)를 탈지로에 넣어 질소 분위기에서 600˚C ~ 800˚C로 하여 탈지하는 탈지단계(S300); 상기 탈지된 질화규소 소결체(10)를 와이어(20)로 커팅하여 균일한 크기를 갖는 평탄화된 다수의 질화규소 시트체(30)를 얻는 커팅단계(S400); 상기 질화규소 시트체를 1900˚C, 10hr, 0.9Mpa로 하여 질소 분위기에서 소결하는 소결단계(S500); 로 이루어짐으로써, 질화규소 기판을 제조하는 본연의 목적을 그대로 유지함과 동시에 덩어리 형태를 한 번의 커팅공정을 통해 균일한 평탄화를 갖는 질화규소 시트체를 형성할 수가 있어, 별도의 평탄화 공정이 필요 없어 작업의 간소화를 통해 작업시간 단축과 작업자들의 편리성이 부여되고, 얇은 시트체를 일일이 성형하고 덩어리형태로 형성하여 커팅을 통해 대량으로 성형 가능하여 대량생산을 통한 기업의 매출 증대에 이바지할 수 있는 유용한 발명인 것이다.
Description
본 발명은 평탄화 작업이 필요 없는 질화규소 기판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 덩어리 형태의 질화규소 소결체를 성형한 후 균일한 두께 및 크기로 커팅하여 균일한 평탄도를 갖는 다수의 질화규소 시트체를 형성하게 되어 별도의 평탄도 작업을 하지 않도록 하여 작업시간 단축 및 대량생산이 가능한 평탄화 작업이 필요 없는 질화규소 기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
근래에는 각종 전자기기(반도체 디바이스 등)들이 고전력화가 됨에 따라 반도체 소자로부터 발생하는 열의 방열 기술이 매우 중요한 요소로 자리매김하고 있다.
그리 하여, 각종 전자기기(반도체 디바이스 등)에서 절연 부재로 사용되는 기판 등에 있어서 방열성이 우수한 방열 기판이 요구되고 있는 실정이다.
통상적으로 방열기판의 재료들로는, 금속, 세라믹 등이 사용되고 있으나, 금속은 세라믹에 비해 내산화성, 내수성, 내식성이 떨어지는 문제점을 갖고 있다. 도전성을 갖고 있어 절연을 필요로 하는 고밀도 실장 기판 등 높은 방열성이 요구되는 절연 기판으로 사용하기에는 적합하지 못하다.
한편, 세라믹은 금속에 비해 내산화성, 내수성, 내식성을 가지고 있어 알루미나, 질화알루미늄 등이 방열 기판의 재료로 사용되어 왔으나, 질화알루미늄은 강도, 파괴 인성 등 기계적 특성이 낮아 사용 용도가 매우 제한적이다 보니, 근래에는 질화규소 소결체를 이용하여 기판을 제조하고 있다.
우선 종래의 기술들을 살펴보면,
공개번호 제10-2009-0097118호(특)질화규소를 함유하고, 상기 질화규소 입자의 소정 격자면의 각각의 X선 회절선 강도의 비율로부터 결정되는, 두께 방향으로 수직인 면내에 있어서의 배향비율을 나타내는 배향도가, 표면에 있어서는 0.33 이하이고, 표면으로부터 기판 두께의 20% 이상 안쪽까지 연삭해서 얻어진 면에 있어서는 0.16 내지 0.33이며, 휨이 2.0㎛/㎜ 이하인 질화규소 기판과, 질화규소원료 분말에, 산화마그네슘을 3 내지 4중량%, 적어도 1종의 희토류원소의 산화물을 2 내지 5중량%의 비율로 배합하고, 씨트 성형체로 해서 소결한 후, 복수매 중첩한 상태에서 0.5 내지 6.0㎪의 하중을 인가하면서 1550 내지 1700℃로 열처리하는 질화규소 기판의 제조 방법에 관한 기술이다.
상기한 종래 기술의 전체적인 공정은 원료 조성, 태입캐스팅을 통한 성형, 소결, 열처리, 블라스트 가공공정으로 이루어져 있고, 통상의 닥터 블레이드법에 의해 소정 두께의 판에 씨트를 성형한 후, 소결단계에서 질화규소 기판으로 형성하고, 열처리 공정에서 하게 된다. 열처리 공정 시 다수의 질화규소 기판을 적층시켜서 상부에서 하중(압력)을 주어 기판의 휨 등을 억제하면서 평탄도를 잡을 수 있도록 하도록 하는 것을 중심적으로 기재 하고 있다.
하지만 상기 기술의 경우 약속된 두께 및 크기를 갖는 얇은 질화규소 시트를 일일이 성형한 후, 각각 성형된 다수의 질화규소 시트를 적층시켜 상부에서 압력을 주어 평탄화 작업을 통해 균일한 평탄도를 갖도록 하고 있으나, 실질적으로 압력을 주어 균일한 평탄도를 갖기는 어려운 기술이다.
또한, 질화규소 시트체를 성형함에 있어서 일일이 개별적으로 성형하여야 하는 번거로움에 따라 생산성이 매우 떨어질 수밖에 없어, 작업능률이 저하될 수밖에 없는 문제점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은, 질화규소 기판을 제조함에 있어, 덩어리형태의 질화규소 소결체를 형성한 후, 상기 질화규소 소결체를 다수의 와이어 커팅으로 한 번에 균일한 평탄도를 갖는 다수의 질화규소 시트체를 형성하여, 별도의 평탄도 작업을 하지 않아 작업의 간소화를 통해 대량생산 및 작업의 불량률을 억제할 수 있도록 하는 평탄화 작업이 필요 없는 질화규소 기판 및 그 제조방법을 제공함에 주안점을 두고 그 기술적 과제로 완성해낸 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서, 질화규소분말 93mol%, 산화이트륨분말 2mol%, 산화마그네슘분말 5mol%를 혼합하여 혼합원료를 준비하는 혼합원료 준비단계(S100); 상기 혼합원료를 분무건조기를 이용하여 과립파우더로 제조 후 사각 고무몰드를 이용하여 냉간정수압으로 가압성형하여 덩어리 형태의 질화규소 소결체(10)를 성형하는 CIP성형단계(S200); 상기 질화규소 소결체(10)에 포함된 바인더를 제거하기 위해 상기 질화규소 소결체(10)를 탈지로에 넣어 질소 분위기에서 600˚C ~ 800˚C로 하여 탈지하는 탈지단계(S300); 상기 탈지된 질화규소 소결체(10)를 다수의 와이어(20)로 커팅하여 균일한 크기를 갖는 평탄화된 다수의 질화규소 시트체(30)를 얻는 커팅단계(S400); 상기 질화규소 시트체를 1900˚C, 10hr, 0.9Mpa로 하여 질소 분위기에서 소결하는 소결단계(S500); 로 이루어지는 것을 기술적 특징으로 한다.
상기 커팅단계(S400)에서 상기 와이어는 실리콘, 사파이어, 다이아몬드 중 어느 하나의 재질로 구성되는 것을 기술적 특징으로 한다.
상기 CIP성형단계에서 질화규소 소결체를 성형하는 압력은 130Mpa ~ 200 Mpa인 것을 기술적 특징으로 한다.
상기 커팅단계(S400)에서 와이어 각각의 간격은 0.1mm~10mm 인 것을 기술적 특징으로 한다.
본 발명에 따른 평탄화 작업이 필요 없는 질화규소 기판 및 그 제조방법에 의하면, 질화규소 기판을 제조하는 본연의 목적을 그대로 유지함과 동시에 덩어리 형태를 한 번의 커팅공정을 통해 균일한 평탄화를 갖는 다수의 질화규소 시트체를 형성할 수가 있어, 별도의 평탄화 공정이 필요 없어 작업의 간소화를 통해 작업시간 단축과 작업자들의 편리성이 부여되고, 얇은 시트체를 일일이 성형하고 덩어리형태로 형성하여 커팅을 통해 대량으로 성형 가능하여 대량생산을 통한 기업의 매출 증대에 이바지할 수 있는 유용한 발명인 것이다.
도 1은 종래의 질화규소 시트체를 제조하는 방법을 나타내는 도면
도 2는 종래의 질화규소 시트체를 적층시켜 평단도 작업을 하는 것을 나타내는 도면
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내는 순서도
도 4는 본 발명의 CIP성형과 탈지단계의 바람직한 실시 예를 나타내는 도면
도 5는 본 발명의 커팅단계의 바람직한 실시 예를 나타내는 도면
도 6은 본 발명의 커팅단계 후 균일한 평탄도를 갖는 질화규소 시트체를 나타내는 도면
도 7은 본 발명의 제조방법을 통해 완성된 질화규소 시트체의 미세조직을 나타내는 도면
도 2는 종래의 질화규소 시트체를 적층시켜 평단도 작업을 하는 것을 나타내는 도면
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내는 순서도
도 4는 본 발명의 CIP성형과 탈지단계의 바람직한 실시 예를 나타내는 도면
도 5는 본 발명의 커팅단계의 바람직한 실시 예를 나타내는 도면
도 6은 본 발명의 커팅단계 후 균일한 평탄도를 갖는 질화규소 시트체를 나타내는 도면
도 7은 본 발명의 제조방법을 통해 완성된 질화규소 시트체의 미세조직을 나타내는 도면
종래에는 도 1에 도시된 바와 같이 일정 두께 및 크기로 질화규소 시트체를 형성한 후, 열처리 공정을 통해 각각의 시트체(1)를 적층시켜서 상기 질화규소 시트체(1)의 상부에서 하중(압력)을 주어 각각의 질화규소 시트체의 평탄화 공정을 수행하였지만, 적층된 질화규소 시트체(1)의 변형 등 하중(압력)에 따라 정확한 평탄화 작업이 이루어지지 않게 되는 문제점이 있다.
또한, 질화규소 시트체(1)를 성형함에 있어서, 일일이 얇은 두께로 성형하고 적층시킴에 있어 작업의 번거로움 및 공정이 많게 되어 작업시간이 늘어날 수밖에 없어 자연스레 생산성이 떨어질 수밖에 없고, 완성된 질화규소 기판의 평탄도는 각각 다를 수밖에 없는 문제점을 갖고 있다.
이에 본 발명은 질화규소 기판을 제조하되, 최초 덩어리 형태의 질화규소 소결체를 성형한 후 균일한 두께 및 크기로 커팅하여 균일한 평탄도를 갖는 다수의 질화규소 시트체를 형성하게 되어 별도의 평탄도 작업을 하지 않도록 하여 작업시간 단축 및 대량생산이 가능한 평탄화 작업이 필요 없는 질화규소 기판 및 그 제조방법을 제공한다.
이하, 첨부되는 도면과 관련하여 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 구성 및 작용에 대하여 도 3 내지 도 7을 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.
우선 본 발명을 설명하기에 앞서 그 구성을 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명은 혼합원료 준비단계(S100), CIP성형단계(S200), 탈지단계(S300), 커팅단계(S400), 소결단계(S500)로 이루어진다.
상기 혼합원료 준비단계(S100)는 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 가장 기초적인 단계로써, 질화규소(Si3N4)분말 93mol%, 산화이트륨(Y2O3)분말 2mol%, 산화마그네슘(MgO)분말 5mol%을 상호 혼합하여 혼합분말을 제조하게 된다. 여기서, 상기 혼합분말을 상호 혼합함에 있어서 혼합방법으로는 통상적으로 질화규소 시트체를 형성하기 위해 혼합하는 방법이 적용된다.
상기 CIP성형단계(S200)은 도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같이 상기 혼합원료를 분무건조기를 이용하여 과립파우더로 제조 후 사각 고무몰드를 이용하여 냉간정수압으로 가압성형하여 덩어리 형태의 질화규소 소결체(10)를 성형하는 하게 된다.
이때, 상기 질화규소 소결체(10)를 성형하기 위하여 그 압력으로는 130Mpa ~ 200 Mpa로 하여 성형하게 된다.
즉, 상기 CIP성형단계(S200)에서는 종래에 최종적으로 제조되는 기판의 두께 및 크기를 태입캐스팅 성형방법으로 일일이 개별적으로 성형하지 않고, 덩어리 형태로 질화규소 소결체(10)를 성형하게 된다.
상기 CIP성형단계(S200)에서는 덩어리 형태로 질화규소 소결체(10)를 성형함에 따라 하기될 커팅단계(S400)에서 와이어(20)를 이용하여 커팅할 수 있게 된다.
상기 탈지단계(S300)는 통상적으로 본 발명의 질화규소 소결체(10) 또는 종래의 질화규소 시트체(1)를 성형하게 되면, 혼합원료를 혼합할 시 바인더가 포함되기 마련인데, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 질화규소 소결체(10)에 포함된 바인더를 제거하기 위해 상기 질화규소 소결체(10)를 탈지로에 넣어 질소 분위기에서 600˚C ~ 800˚C로 하여 탈지하게, 상기 질화규소 소결체(10)에 포함된 바인더를 완전히 제거하게 되고, 상기 탈지로의 경우 통상의 탈지로를 사용한다.
상기 커팅단계(S400)는 상기 질화규소 소결체(10)를 제조하는 단계와 더불어 본 발명의 핵심 단계로써, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 탈지된 질화규소 소결체(10)를 다수의 와이어(20)로 커팅하여 균일한 크기를 갖는 평탄화된 다수의 질화규소 시트체(30)를 형성하게 된다.
종래의 경우 도 1에 도시된 바와 같이 제조하려는 기판의 두께 및 크기에 맞게 하나씩 질화규소 시트체(1)를 제조하게 되어, 서로 다른 평탄도를 갖는 다수의 질화규소 시트체(1)로 인하여 평탄도를 가질 수 있게 별도의 평탄도 작업을 수행하게 되어, 작업의 번거로움 및 작업시간이 많이 소요될 수밖에 없었다.
그러나 본 발명에서는 질화규소 시트체(30)의 두께 및 크기를 한정하지 않고, 덩어리 형태로 질화규소 소결체(10)를 성형한 후, 와이어(20)를 이용하여 최종적으로 완성하려는 질화규소 기판의 두께 및 크기에 맞춰 각각의 와이어(20)의 간격을 설정한 후, 한 번의 작업을 통해 다수의 질화규소 시트체(30)를 제조할 수 있게 되어, 작업의 번거로움 및 제조공정을 간소화시킬 수가 있어 대량생산 및 작업자들로 하여금 편리성을 부여할 수 있게 된다.
한편, 상기 커팅단계(S400)에서 사용되는 와이어(20)는 실리콘, 사파이어, 다이아몬드 중 어느 하나의 재질로 구성되어, 상기 와이어(20)가 고정된 상태에서 질화규소 소결체(10)를 하부로 이동시켜 개별적인 질화규소 시트체(30)를 형성할 수가 있고, 반대로, 상기 질화규소 소결체(10)를 고정시킨 상태에서 상기 와이어(20)를 상부에서 하부 또는 하부에서 상부로 이동시켜서 질화규소 소결체(10)를 형성할 수가 있으며 본 발명에서는, 상기 질화규소 소결체(10)를 고정시킨 상태에서 와이어(20)를 이동시켜서 커팅하는 것으로 도시하였다.
또한, 상기 커팅단계(S400)에서 와이어(20)와 와이어(20) 사이에 간격으로는 0.1mm~10mm 범위 내에서 선택적으로 가변시켜서 질화규소 기판의 사용목적 등에 따라서 다양하게 그 간격을 설정할 수가 있다.
상기 커팅단계(S400) 후에는 완성된 질화규소 시트체(30)를 소결을 위해 소결로에 넣은 후 1900˚C온도로 하고, 1~10hr 및 0.9Mpa로 압력을 설정하여 질소 분위기에서 소결하게 됨으로써, 최종적으로 질화규소 기판을 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 평탄화 작업이 필요 없는 질화규소 기판 및 그 제조방법에 의하면, 질화규소 기판을 제조하는 본연의 목적을 그대로 유지함과 동시에 덩어리 형태를 한 번의 커팅공정을 통해 균일한 평탄화를 갖는 다수의 질화규소 시트체를 형성할 수가 있어, 별도의 평탄화 공정이 필요 없어 작업의 간소화를 통해 작업시간 단축과 작업자들의 편리성이 부여되고, 얇은 시트체를 일일이 성형하고 덩어리형태로 형성하여 커팅을 통해 대량으로 성형 가능하여 대량생산을 통한 기업의 매출 증대에 이바지할 수 있는 유용한 발명인 것이다.
10 : 질화규소 소결체 20 : 와이어 30 : 질화규소 시트체
S100 : 혼합원료 준비단계 S200 : CIP 성형단계
S300 : 탈지단계 S400 : 커팅단계
S500 : 소결단계
S100 : 혼합원료 준비단계 S200 : CIP 성형단계
S300 : 탈지단계 S400 : 커팅단계
S500 : 소결단계
Claims (5)
- 질화규소분말 93mol%, 산화이트륨분말 2mol%, 산화마그네슘분말 5mol%를 혼합하여 혼합원료를 준비하는 혼합원료 준비단계(S100);
상기 혼합원료를 분무건조기를 이용하여 과립파우더로 제조 후 사각 고무몰드를 이용하여 냉간정수압으로 가압성형하여 덩어리 형태의 질화규소 소결체(10)를 성형하는 CIP성형단계(S200);
상기 질화규소 소결체(10)에 포함된 바인더를 제거하기 위해 상기 질화규소 소결체(10)를 탈지로에 넣어 질소 분위기에서 600˚C ~ 800˚C로 하여 탈지하는 탈지단계(S300);
상기 탈지된 질화규소 소결체(10)를 다수의 와이어(20)로 커팅하여 균일한 크기를 갖는 평탄화된 다수의 질화규소 시트체(30)를 얻는 커팅단계(S400);
상기 질화규소 시트체를 1900˚C, 10hr, 0.9Mpa로 하여 질소 분위기에서 소결하는 소결단계(S500); 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 평탄화 작업이 필요 없는 질화규소 기판 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 커팅단계(S400)에서 상기 와이어는 실리콘, 사파이어, 다이아몬드 중 어느 하나의 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 평탄화 작업이 필요 없는 질화규소 기판 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 CIP성형단계에서 질화규소 소결체를 성형하는 압력은 130Mpa ~ 200 Mpa인 것을 특징으로 하는 평탄화 작업이 필요 없는 질화규소 기판 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 커팅단계(S400)에서 와이어 각각의 간격은 0.1mm~10mm 인 것을 특징으로 하는 평탄화 작업이 필요 없는 질화규소 기판 제조방법.
- 삭제
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