KR101949694B1 - Heat sink plate - Google Patents

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KR101949694B1 KR1020170023576A KR20170023576A KR101949694B1 KR 101949694 B1 KR101949694 B1 KR 101949694B1 KR 1020170023576 A KR1020170023576 A KR 1020170023576A KR 20170023576 A KR20170023576 A KR 20170023576A KR 101949694 B1 KR101949694 B1 KR 101949694B1
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Abstract

본 발명은 화합물 반도체를 이용한 고출력 반도체 소자의 패키징용에 적합하게 사용될 수 있는 방열판재로, 알루미나와 같은 세라믹 소재와 접합하더라도 양호한 접합이 가능하도록 세라믹 소재와 동일하거나 유사한 열팽창계수를 가지면서, 동시에 고출력 소자에서 발생하는 다량의 열을 신속하게 외부로 배출할 수 있는 높은 열전도도를 얻을 수 있는 방열판재에 관한 것이다.
본 발명에 따른 방열판재는, 2종 이상의 물질이 적층된 구조를 가지고, 상기 방열판재의 두께방향으로, 제1층, 제2층, 제3층, 제4층 및 제5층이 순차적으로 적층된 구조를 가지고, 상기 제2층 및 제4층은 제1층 및 제5층에 비해 열팽창계수가 작은 물질로 이루어지고, 상기 제3층은 제1 물질층과 제2 물질층으로 이루어지고, 제2 물질층은 제1 물질층과 상이한 열팽창계수를 가지고, 상기 제1 물질층의 내부에, 소정 두께를 가지고 두께 방향으로 제2층 및 제4층에 접하도록 연장되게 형성되며, 소자가 접하는 면에, 상기 방열판재의 면 방향 중 길이가 짧은 방향(단축방향) 및 길이가 긴 방향(장축방향) 중 어느 일 방향을 따라, 상기 제1 물질층과 제2 물질층이 다수 개 교호로 반복되는 격벽 구조를 이루는 것을 특징으로 한다.
The present invention relates to a heat dissipation plate material which can be suitably used for packaging a high output semiconductor device using a compound semiconductor and which has a thermal expansion coefficient equal to or similar to that of a ceramic material so as to allow good bonding even when bonded to a ceramic material such as alumina, To a heat sink material capable of obtaining a high thermal conductivity capable of rapidly discharging a large amount of heat generated in the device to the outside.
The heat sink material according to the present invention has a structure in which two or more kinds of materials are stacked and a first layer, a second layer, a third layer, a fourth layer and a fifth layer are sequentially stacked in the thickness direction of the heat sink material Wherein the second layer and the fourth layer are made of a material having a thermal expansion coefficient smaller than that of the first layer and the fifth layer, the third layer is composed of a first material layer and a second material layer, The material layer has a thermal expansion coefficient different from that of the first material layer and is formed to extend in contact with the second layer and the fourth layer in the thickness direction with a predetermined thickness inside the first material layer, , A partition wall structure in which the first material layer and the second material layer are alternately repeated in a plurality of directions along any one of a direction in which the length of the heat dissipation plate material is short (short axis direction) and a direction in which the length is long .

Description

방열판재 {HEAT SINK PLATE}HEAT SINK PLATE

본 발명은 방열판재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화합물 반도체를 이용한 고출력 반도체 소자의 패키징용에 적합하게 사용될 수 있는 방열판재로, 알루미나(Al2O3)와 같은 세라믹 소재와 접합하더라도 양호한 접합이 가능하도록 세라믹 소재와 동일 내지 유사한 열팽창계수를 가지면서, 동시에 고출력 소자에서 발생하는 다량의 열을 신속하게 외부로 배출할 수 있는 높은 열전도도를 얻을 수 있는 방열판재에 관한 것이다.The present invention relates to a heat sink material, and more particularly, to a heat sink material which can be suitably used for packaging a high-output semiconductor device using a compound semiconductor. Even when bonded to a ceramic material such as alumina (Al 2 O 3 ) To a heat sink material having a thermal expansion coefficient that is the same as or similar to that of a ceramic material, and at the same time a high thermal conductivity capable of quickly discharging a large amount of heat generated in a high output device to the outside.

최근 정보통신 및 국방분야의 핵심기술로서 GaN형 화합물 반도체를 이용한 고출력 증폭소자가 주목을 받고 있다.Recently, high power amplification devices using GaN compound semiconductors have been attracting attention as key technologies in information communication and defense fields.

이러한 고출력 전자소자나 광소자에서는 일반 소자에 비해 많은 열이 발생하고 이와 같이 발생한 다량의 열을 효율적으로 배출할 수 있는 패키징 기술이 필요하다.In such high output electronic devices and optical devices, much heat is generated compared with general devices, and a packaging technique capable of efficiently discharging a large amount of generated heat is needed.

현재, GaN형 화합물 반도체를 활용한 고출력 반도체 소자에는, W/Cu의 2층 복합소재, Cu와 Mo의 2상(phase) 복합소재, Cu/Cu-Mo합금/Cu의 3층 복합소재(도 6 참조), Cu/Mo/Cu/Mo/Cu의 다층 복합소재(도 7 참조)와 같이 비교적 양호한 열전도도와 낮은 열팽창계수를 갖는 금속기 복합판재가 사용되고 있다.At present, a high output semiconductor device utilizing a GaN type compound semiconductor includes a two-layer composite material of W / Cu, a two-phase composite material of Cu and Mo, a three-layer composite material of Cu / Cu-Mo alloy / 6) and a multi-layer composite material of Cu / Mo / Cu / Mo / Cu (see FIG. 7), a metal-based composite plate having relatively good thermal conductivity and low thermal expansion coefficient is used.

그런데 이들 복합판재의 두께방향으로의 열전도도는 최대 250W/mK 정도이고, 실제로 그 이상의 높은 열전도도를 구현하지 못하므로, 수백 와트급 파워 트랜지스터와 같은 소자에는 적용하기 어려운 문제점이 있다.However, since the thermal conductivity of the composite sheet in the thickness direction is about 250 W / mK at maximum and it can not realize higher thermal conductivity than that, it is difficult to apply to a device such as a power transistor of several hundred watt class.

한편, 반도체 소자를 제조하는 공정에는 알루미나(Al2O3)와 같은 세라믹 소재와의 브레이징 접합 공정이 필수적이다.On the other hand, a brazing process with a ceramic material such as alumina (Al 2 O 3 ) is essential for the process of manufacturing a semiconductor device.

이와 같은 브레이징 접합 공정은 약 800℃ 이상의 고온에서 이루어지기 때문에, 상기 금속 복합체 기판과 세라믹 소재 간의 열팽창계수의 차이에 의해, 브레이징 접합 과정에서 휨이나 파손이 발생하며, 이와 같은 휨이나 파손은 소자의 불량을 유발한다. Since the brazing process is performed at a high temperature of about 800 ° C or more, the brazing or fracturing occurs in the brazing process due to the difference in thermal expansion coefficient between the metal composite substrate and the ceramic material. Causing a failure.

더욱이, 최근에는 높은 출력구현과 제조시 생산 효율성을 높이기 위하여 하나의 방열판재에 여러 개의 칩을 실장하여 패키지의 길이가 길어지고 있다. 이와 같이 패키지의 길이가 길어질 경우 사용되는 방열판재의 길이도 길어지게 되어 하나의 칩을 실장할 때 문제가 없던 방열판재와 반도체 소자 간의 열팽창계수의 차이도, 실장되는 반도체 소자의 수가 증가할 경우 열팽창에 따른 길이의 차이가 문제가 되므로, 여러 개의 칩을 실장하는데 사용되는 방열판재의 경우 세라믹소재의 열팽창계수의 유사성이 더욱 중요한 요소로 부각되고 있다.Furthermore, in recent years, in order to realize high output and increase production efficiency in manufacture, a plurality of chips are mounted on one heat sink material and the length of the package is getting longer. As the length of the package becomes longer, the length of the heat sink material becomes longer. As a result, the thermal expansion coefficient difference between the heat sink material and the semiconductor device, which is not problematic when mounting one chip, The similarity of the thermal expansion coefficient of the ceramic material becomes more important as a heat sink material used for mounting a plurality of chips.

대한민국 공개특허 제2015-0133312호Korea Patent Publication No. 2015-0133312

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 판재의 면 방향(특히, 장축방향)으로 9.0×10-6/K 이하의 낮은 열팽창계수를 가져, 세라믹 재료(특히 알루미나)와의 접합 시 열 변형량의 차이에 의한 휨이나 파손이 발생하지 않을 뿐 아니라, 판재의 두께 방향으로 270W/mK 이상의 높은 열전도도를 구현할 수 있어, 특히 수백 와트급 파워 트랜지스터와 같은 고출력 소자의 칩을 여러 개를 실장하는 용도에 적합하게 사용될 수 있는 방열판재를 제공하는 것을 과제로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the problems of the above-described conventional techniques, and has a low thermal expansion coefficient of 9.0 × 10 -6 / K or less in the plane direction (particularly, It is possible to realize a high thermal conductivity of 270 W / mK or more in the thickness direction of the plate material as well as no warping or breakage due to a difference in thermal deformation amount, and in particular, Which can be suitably used for applications in which a heat sink is used.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 2종 이상의 물질이 적층된 구조를 갖는 방열판재로, 상기 방열판재의 두께방향으로, 제1층, 제2층, 제3층, 제4층 및 제5층이 순차적으로 적층된 구조를 가지고, 상기 제2층 및 제4층은 제1층 및 제5층에 비해 열팽창계수가 작은 물질로 이루어지고, 상기 제3층은 제1 물질층과 제2 물질층으로 이루어지고, 제2 물질층은 제1 물질층과 상이한 열팽창계수를 가지고, 상기 제1 물질층의 내부에, 소정 두께를 가지고 두께 방향으로 제2층 및 제4층에 접하도록 연장되게 형성되며, 소자가 접하는 면에, 상기 방열판재의 면 방향 중 길이가 짧은 방향(단축방향) 및 길이가 긴 방향(장축방향) 중 어느 일 방향을 따라, 상기 제1 물질층과 제2 물질층이 다수 개 교호로 반복되는 격벽 구조를 이루는 방열 판재를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a heat sink material having a structure in which two or more kinds of materials are laminated, wherein a first layer, a second layer, a third layer, a fourth layer, Wherein the second layer and the fourth layer are made of a material having a coefficient of thermal expansion lower than that of the first layer and the fifth layer, and the third layer is formed of a first material layer and a second material layer Wherein the second material layer has a thermal expansion coefficient different from that of the first material layer and is formed so as to be in contact with the second and fourth layers in the thickness direction with a predetermined thickness inside the first material layer , A plurality of first material layers and a plurality of second material layers are formed on one surface of the heat dissipation plate material in a direction in which the length of the heat dissipation plate material is short (short axis direction) and a long direction The present invention provides a heat dissipating plate having an alternating barrier rib structure.

본 발명에 따른 방열 판재는 판재의 두께 방향으로의 열전도도가 270W/mK 이상, 바람직하게는 300W/mK 이상 구현될 수 있어, 고출력 소자용에 적합하게 사용될 수 있다.The heat radiating plate according to the present invention can have a thermal conductivity of 270 W / mK or more, preferably 300 W / mK or more in the thickness direction of the plate material, and can be suitably used for high output devices.

본 발명에 따른 방열 판재는 장축방향으로의 열팽창계수가 8.0×10-6/K ~ 9.0×10-6/K로 방열판재와 브레이징 접합되는 세라믹 물질로 이루어진 고출력 소자와의 열팽창계수의 차이가 크지 않아, 2 이상의 소자를 패키지하기 위해 브레이징 공정을 수행하는 과정에 휨이나 박리 또는 세라믹의 파손을 방지할 수 있다.Heat-radiating plate according to the present invention is the thermal expansion coefficient of the long axis 8.0 × 10 -6 / K ~ 9.0 × 10 -6 / difference in thermal expansion coefficient of the high-power element K consisting of a heat sink material and the brazing of ceramic material is larger It is possible to prevent warping or peeling or breakage of the ceramic in the process of performing the brazing process to package two or more devices.

도 1은 본 발명에 따른 방열 판재의 두께방향과 면 방향에 있어서 장축방향과 단축방향을 나타내는 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 방열 판재의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 방열 판재의 제조과정을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 제조한 방열 판재에 있어서, 도 1의 단축방향의 단면을 촬영한 이미지이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제조한 방열 판재에 있어서, 도 1의 장축방향의 단면을 촬영한 이미지이다.
도 6은 비교예 1로, Cu-CuMo합금-Cu 적층 구조(CuMo 합금층의 두께가 전체 두께의 80%임)를 갖는 방열판재의 단면도이다.
도 7은 비교예 2로, Cu-Mo-Cu-Mo-Cu 적층 구조(Mo층 두께가 전체 두께의 10.5%임)를 갖는 방열판재의 단면도이다.
FIG. 1 shows a longitudinal axis direction and a minor axis direction in a thickness direction and a plane direction of the heat radiation plate according to the present invention.
2 schematically shows the structure of a heat radiating plate according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic view illustrating a process of manufacturing a heat radiating plate according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an image of a heat radiating plate manufactured according to an embodiment of the present invention, taken along a section in the short axis direction of FIG. 1;
FIG. 5 is an image of a heat radiating plate manufactured according to an embodiment of the present invention, taken along a longitudinal section of FIG. 1; FIG.
6 is a cross-sectional view of a heat sink material having a Cu-CuMo alloy-Cu laminate structure (the thickness of the CuMo alloy layer is 80% of the total thickness) as Comparative Example 1;
7 is a cross-sectional view of a heat sink material having a Cu-Mo-Cu-Mo-Cu laminated structure (Mo layer thickness is 10.5% of the total thickness) as Comparative Example 2;

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나 다음에 예시하는 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the following embodiments of the present invention may be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the following embodiments. Embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art.

본 발명자는 판재의 면 방향(특히, 장축방향)으로 9.0×10-6/K 이하의 낮은 열팽창계수를 가질 뿐 아니라, 판재의 두께 방향으로 270W/mK 이상의 높은 열전도도를 구현할 수 있는 방열판재를 구현하기 위하여 연구한 결과, 다음과 같은 구조를 갖는 방열판재를 통해 상기한 장축방향 열팽창계수와 판재의 두께방향의 열전도도를 구현할 수 있음을 밝혀내고 본 발명에 이르게 되었다.The present inventors have found that a heat sink material having a low coefficient of thermal expansion of not more than 9.0 × 10 -6 / K in the plane direction (particularly, in the major axis direction) of the plate material and a high thermal conductivity of 270 W / mK or more in the thickness direction of the plate material The present inventors have found that the longitudinal thermal expansion coefficient and the thermal conductivity in the thickness direction of the sheet material can be realized through the heat sink material having the following structure,

도 1은, 본 발명에 따른 방열 판재의 구조와, 본 발명에서 규정하는 두께방향과 면 방향(장축 및 단축)을 나타내는 것이다.Fig. 1 shows the structure of the heat radiating plate according to the present invention and the thickness direction and the plane direction (long axis and short axis) defined in the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 방열판재는 판재의 두께방향으로, 제1층, 제2층, 제3층, 제4층 및 제5층이 순차적으로 적층된 구조를 가지고, 상기 제2층 및 제4층은 제1층 및 제5층에 비해 열팽창계수가 작은 물질로 이루어지고, 상기 제3층은 제1 물질층과 제2 물질층으로 이루어지고, 제2 물질층은 제1 물질층과 상이한 열팽창계수를 가지고, 상기 제1 물질층의 내부에, 소정 두께를 가지고 두께 방향으로 제2층 및 제4층에 접하도록 연장되게 형성되며, 상기 방열판재의 면 방향 중 길이가 짧은 방향(단축방향) 및 길이가 긴 방향(장축방향) 중 어느 일 방향을 따라, 격벽 구조를 이루도록 다수 개 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.As shown in FIG. 1, the heat sink material according to the present invention has a structure in which a first layer, a second layer, a third layer, a fourth layer and a fifth layer are sequentially laminated in the thickness direction of the plate material, The second layer and the fourth layer are made of a material having a coefficient of thermal expansion smaller than that of the first layer and the fifth layer, the third layer is composed of a first material layer and a second material layer, Wherein the first heat radiating plate member has a thermal expansion coefficient different from that of the material layer and is formed to extend in contact with the second and fourth layers in a thickness direction with a predetermined thickness inside the first material layer, (Short axis direction) and a long direction (long axis direction).

본 발명에 따른 방열판재에서는, 제1층 및 제5층에 비해 열전도도가 낮고 열팽창계수가 작은 물질로 이루어진 제2층과 제4층을 배치하고, 제3층 내부에 제3층에 비해 열전도도가 낮고 열팽창계수가 작은 제2 물질층을 수직으로 다수 개 배치한다.In the heat sink material according to the present invention, the second layer and the fourth layer made of a material having a lower thermal conductivity and a smaller thermal expansion coefficient than the first and fifth layers are disposed, and the thermal conductivity A plurality of second material layers having a low degree of thermal expansion and a small coefficient of thermal expansion are vertically arranged.

이를 통해, 방열판재의 장축방향의 열팽창계수를 낮게 유지함과 동시에, 제3층의 두께방향으로의 열전달이 열전도도가 상대적으로 양호한 층을 통해 진행되도록 함으로써, 두께방향의 높은 열전도도와 함께 면 방향(특히, 장축방향)의 열팽창계수를 세라믹 재료와 유사하게 맞출 수 있어, 장축 방향으로 2개 이상의 소자가 접합되더라도 열변형량의 차이를 최소화할 수 있어, 박리 또는 세라믹의 파손을 막을 수 있게 된다.This makes it possible to maintain the thermal expansion coefficient of the heat sink material in the major axis direction at a low level and to allow the heat transfer in the thickness direction of the third layer to proceed through the relatively good thermal conductivity layer, , Long axis direction) can be adjusted to be similar to that of the ceramic material, so that even if two or more elements are bonded in the major axis direction, the difference in thermal deformation amount can be minimized, and peeling or breakage of the ceramic can be prevented.

한편, 상기 물질층은, 바람직하게 면 방향 중 길이가 긴 방향(장축방향)의 길이를 가지고, 면 방향 중 길이가 짧은 방향(단축방향)을 따라 격벽 형태를 이룰 수 있다.On the other hand, the material layer preferably has a length in the direction of the longer length in the plane direction (the major axis direction) and can take the form of a partition along the direction (minor axis direction) in which the length is shorter in the plane direction.

상기 방열판재에 있어서, 상기 제1층과 제3층 및 제5층은 Cu를 포함하는 물질로 이루어질 수 있다. 판재의 두께방향의 열전도 특성을 고려할 때, 상기 제1층과 제3층 및 제5층은 Cu 함량이 99중량% 이상인 순 Cu로 이루어지는 것이 바람직하다.In the heat sink material, the first layer, the third layer and the fifth layer may be made of a material including Cu. The first layer, the third layer and the fifth layer are preferably made of pure Cu having a Cu content of 99 wt% or more, considering the thermal conductivity characteristics in the thickness direction of the plate material.

상기 방열판재에 있어서, 상기 제2층과 제4층은 Cu와 Mo를 포함하는 합금으로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 합금은 Cu 30~60중량%, Mo 40~70중량%를 포함하는 것이 바람직한데, 이는 Cu 함량이 30중량% 미만이면 열팽창계수가 7×10-6/K 이하로 너무 작아서 세라믹과 브레이징 접합시 세라믹 방향으로 휘는 현상이 발생하고, 60중량% 초과이면 열팽창계수가 9×10-6/K 이상으로 너무 커서 세라믹과 반대방향으로 휘는 현상이 발생하고, Mo 함량이 40중량% 미만이면 열팽창계수가 9×10-6/K 이상으로 너무 커서 세라믹과 반대방향으로 휘는 현상이 발생하고, 70중량% 초과이면 열팽창계수가 7×10-6/K 이하로 너무 작아서 브레이징 접합시 세라믹 방향으로 휘는 현상이 발생하기 때문이다.In the heat sink material, the second layer and the fourth layer may be made of an alloy including Cu and Mo. At this time, the alloy preferably contains 30 to 60 wt% of Cu and 40 to 70 wt% of Mo. If the Cu content is less than 30 wt%, the coefficient of thermal expansion is too small to be 7 x 10 -6 / K or less, A brazing phenomenon occurs in the ceramic direction at the time of brazing, and when it exceeds 60% by weight, the thermal expansion coefficient is too high to be greater than 9 × 10 -6 / K to warp in the direction opposite to the ceramic. If the Mo content is less than 40% The thermal expansion coefficient is greater than 9 × 10 -6 / K, which causes the ceramic to warp in a direction opposite to that of the ceramic. When it exceeds 70% by weight, the coefficient of thermal expansion is too small, less than 7 × 10 -6 / K, This is because a bending phenomenon occurs.

상기 방열판재의 두께방향에 있어서, 상기 제1층과 제5층의 두께는 전체 두께의 10% 미만일 경우 열팽창계수가 너무 낮아 휨이 발생할 수 있고, 30% 초과일 경우 열팽창계수가 너무 커서 반대방향으로의 휨이 발생할 수 있으므로, 10~30%인 것이 바람직하고, 제1층과 제5층은 실질적으로 동일한 두께를 가지는 것이 바람직하다.If the thickness of the first layer and the fifth layer is less than 10% of the total thickness in the thickness direction of the heat sink member, the thermal expansion coefficient may be too low to cause warping. If the thickness exceeds 30%, the thermal expansion coefficient is too large It is preferable that the thickness is 10 to 30%, and it is preferable that the first layer and the fifth layer have substantially the same thickness.

상기 방열판재의 두께방향에 있어서, 상기 제2층과 제4층의 두께는 전체 두께의 5% 미만일 경우 너무 얇아서 제품에서의 변형을 야기할 수 있으며, 20% 초과일 경우 제품의 수직방향 열전도를 급격히 떨어뜨리는 문제를 야기하므로, 5~20%인 것이 바람직하다.When the thickness of the second layer and the fourth layer is less than 5% of the total thickness in the thickness direction of the heat sink member, the thickness of the heat sink member is too thin to cause deformation of the product. If the thickness exceeds 20% It is preferably 5 to 20%.

상기 방열판재에 있어서, 상기 제2 물질층은, 장축방향의 열팽창계수를 조절하기 위한 것으로, Mo를 99중량% 이상 포함하는 순 Mo로 이루어질 수 있다.In the heat dissipation plate material, the second material layer may be made of pure Mo containing at least 99 wt% of Mo to adjust the coefficient of thermal expansion in the major axis direction.

상기 다수 개 형성된 제2 물질층의 부피의 합은, 제3층 전체 부피의 10% 미만일 경우 장축방향의 열팽창계수를 8~9×10-6/K 수준으로 유지하기 어렵고, 20% 초과일 경우 판재의 두께방향으로 열이 전도되는 면적이 줄어들어 열전도도를 270W/mK 이상으로 유지하기 어렵기 때문에, 10~20%인 것이 바람직하다.If the sum of the volumes of the plurality of formed second material layers is less than 10% of the total volume of the third layer, it is difficult to maintain the coefficient of thermal expansion in the major axis direction at 8 to 9 × 10 -6 / K, It is difficult to maintain the thermal conductivity at 270 W / mK or more because the area where the heat is conducted in the thickness direction of the plate material is reduced, so that it is preferably 10 to 20%.

상기 방열판재의 두께방향의 열전도도는 270W/mK이상, 바람직하게는 300W/mK 이상, 보다 바람직하게는 310W/mK 이상일 수 있다.The thermal conductivity of the heat sink member in the thickness direction may be 270 W / mK or more, preferably 300 W / mK or more, and more preferably 310 W / mK or more.

상기 방열판재의 장축방향의 열팽창계수는, 8.0~9.0×10-6/K 일 수 있다.The thermal expansion coefficient of the heat sink material in the major axis direction may be 8.0 to 9.0 x 10 < -6 > / K.

상기 방열판재는 장축방향의 열팽창계수가 고출력 반도체를 구성하는 물질의 열팽창계수와 유사하여, 고출력 반도체 소자를 2 이상 브레이징 접합 공정을 통해 실장할 수 있다.The heat dissipation plate material has a coefficient of thermal expansion in the major axis direction similar to a coefficient of thermal expansion of a material constituting the high output semiconductor, so that the high output semiconductor device can be mounted through two or more brazing processes.

[실시예][Example]

본 발명의 실시예에서는 다음과 공정을 통해, 도 2의 구조를 갖는 방열판재를 제조하였다.In the embodiment of the present invention, a heat sink material having the structure of FIG. 2 is manufactured through the following steps.

도 2의 구조를 갖는 방열판재는, 도 3에서의 Mo판재와 Cu로 구성된 중간층을 우선적으로 제조하며, 그 제조방법은 Mo판재와 Cu판재를 적층한 후 고온 통전가압방식으로 접합하고, 중간층으로 사용하기 적합한 두께인 제품 전체 두께의 40~70% 두께로 절단하는 제조공정을 수행한다.The heat sink material having the structure of FIG. 2 preferentially fabricates an intermediate layer composed of the Mo plate material and Cu in FIG. 3, and the manufacturing method thereof is to laminate the Mo plate material and the Cu plate material, A manufacturing process of cutting to a thickness of 40 to 70% of the total thickness of the product having a suitable thickness is carried out.

이후, 제1층과 5층인 Cu와 제2층과 4층인 Cu-Mo합금과 절단을 통하여 준비된 제3층을 순서대로 배치한 후 통전가압 접합을 통하여 일체화시키는 공정을 포함하여 제조된다.Thereafter, Cu and Mo, which are the first layer and the five layers, Cu-Mo alloy, which is the fourth layer and the fourth layer, and the third layer prepared through the cutting are arranged in order and then integrated through energization and pressure bonding.

먼저, 제1층과 제5층으로 적용된 Cu판재는 약 200㎛두께로 길이 100mm, 폭 100mm의 판재로 절단하여 준비하고, 제2층과 제4층으로 적용된 약 50㎛두께의 Cu-Mo판재(Cu 60중량% - Mo 40중량%)를 길이 100mm, 폭 100mm 판재로 절단하고 준비하였다.First, the Cu plate material applied as the first layer and the fifth layer is prepared by cutting a plate having a thickness of about 200 mu m, a length of 100 mm, and a width of 100 mm, and a Cu-Mo plate material having a thickness of about 50 mu m applied as the second and fourth layers (Cu 60% by weight - Mo 40% by weight) was cut into sheets of 100 mm long and 100 mm wide and prepared.

이어서, 제3층의 제조는 약 300㎛두께의 Cu판재와 약 50㎛두께의 Mo판재를 전체 두께가 50mm이상이 되도록 반복적으로 적층하고 통전가압소결 방식으로 40MPa압력과 950℃온도 조건으로 접합하여 준비한다. 접합된 벌크재는 멀티와이어 쏘우를 적용하여 소재의 적층방향과 수직인 방향으로 절단하여 약 700㎛두께의 판상 중간재를 준비하였다.Subsequently, the third layer was produced by repeatedly laminating a Cu plate material having a thickness of about 300 탆 and a Mo plate having a thickness of about 50 탆 so that the total thickness was not less than 50 mm and bonding them at a pressure of 40 MPa and a temperature of 950 캜 by electrification- Prepare. The bonded bulk material was cut in a direction perpendicular to the stacking direction of the material by applying a multi-wire saw to prepare a plate-shaped intermediate material having a thickness of about 700 μm.

이후, 준비된 제1층, 제2층, 제3층, 제4층, 제5층을 순서대로 적층하여 통전가압 접합방식을 통하여 접합을 진행하며, 진공에서 접합 온도는 950℃, 접합 압력은 40MPa로 접합하여, 도 2의 구조를 갖는 복합판재를 제조하였다.Thereafter, the first layer, the second layer, the third layer, the fourth layer, and the fifth layer prepared in this order are laminated in this order, and the bonding is progressed through the energized pressure bonding method. In vacuum, the bonding temperature is 950 ° C, To produce a composite plate having the structure shown in Fig.

도 4 및 도 5는 실제 제조한 복합판재의 정면 및 측면의 현미경 이미지를 나타낸 것으로, 도 2와 같은 형상으로 Cu-Mo 합금층 및 Mo 층이 Cu 층의 내부에 형성되어 있음이 확인된다.FIGS. 4 and 5 show microscope images of the front and side surfaces of the actually produced composite plate. It is confirmed that the Cu-Mo alloy layer and the Mo layer are formed in the Cu layer in the shape as shown in FIG.

이상과 같이, 본 발명의 실시예에서는 복합판재를 구성하는 각각의 판재를 적층한 후 통전가압하는 방법으로 형성하였으나, 금속을 분말소결법이나 다양한 증착법을 통해 만든 판재 등 다양한 형태의 판재를 적층하는 방법을 사용할 수도 있다.As described above, in the embodiment of the present invention, the respective plates constituting the composite plate are stacked and then energized and pressed. However, the present invention is not limited to the method of stacking various types of plate materials such as a plate made of powder by sintering method or various deposition methods May be used.

아래 표 1은 본 발명의 실시예와, 종래의 적층구조를 갖는 비교예 1 및 비교예 2에 따른 방열판재의 열전도도 및 열팽창계수를 나타낸 것이다.Table 1 below shows thermal conductivity and thermal expansion coefficient of the heat sink member according to the embodiment of the present invention and Comparative Example 1 and Comparative Example 2 having the conventional laminate structure.

비교예 1의 경우, 도 6에 도시된 Cu/Cu-Mo합금/Cu의 3층 적층구조를 가지며, 상, 하측에 배치된 Cu층의 두께는 전체 두께의 20%, Cu-Mo 합금층의 두께는 전체 두께의 80%이다.In the case of Comparative Example 1, the Cu / Cu-Mo alloy / Cu three-layered structure shown in Fig. 6 has a three-layer laminated structure, and the upper and lower Cu layers have a thickness of 20% The thickness is 80% of the total thickness.

비교예 2의 경우, 도 7에 도시된 Cu/Mo/Cu/Mo/Cu의 5층 적층구조를 가지며, 상,하측에 배치된 Cu층의 두께는 전체 두께의 약 40%, 가운데 배치된 Cu층의 두께는 전체 두께의 약 45%, Mo층의 두께는 전체 두께의 약 15%이다.In the case of Comparative Example 2, the five layers of the Cu / Mo / Cu / Mo / Cu laminated structure shown in FIG. 7 were formed, and the thickness of the upper and lower Cu layers was about 40% The thickness of the layer is about 45% of the total thickness, and the thickness of the Mo layer is about 15% of the total thickness.

면 방향(장축 방향)
열팽창계수
(×10-6/K)
Plane direction (long axis direction)
Coefficient of thermal expansion
(× 10 -6 / K)
판재의 두께 방향
열전도도
(W/mK)
Thickness direction of plate material
Thermal conductivity
(W / mK)
비교예 1Comparative Example 1 8.08.0 220220 비교예 2Comparative Example 2 7.07.0 230230 실시예Example 8.28.2 316316

표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 방열판재의 열팽창계수는 장축방향에 있어서, 8.2×10-6/K로 고출력 반도체 소자를 구성하는 세라믹 물질과의 열팽창계수와의 차이가 거의 없어 2 이상의 소자를 실장할 때 휨이나 박리의 문제가 발생하지 않을 뿐 아니라, 판재의 두께 방향의 열전도도가 316W/mK로 비교예 1 및 비교예 2에 비해 현저하게 향상되어, 고출력 반도체 소자에 적합하게 사용될 수 있을 정도의 열전도도를 나타낸다.As shown in Table 1, the coefficient of thermal expansion of the heat sink material according to the embodiment of the present invention is 8.2 × 10 -6 / K in the major axis direction, and is not different from the coefficient of thermal expansion of the ceramic material constituting the high- The problem of warping or peeling does not occur when two or more elements are mounted and the thermal conductivity in the thickness direction of the plate material is 316 W / mK, which is significantly improved as compared with Comparative Example 1 and Comparative Example 2, And the heat conductivity is such that it can be used for heat treatment.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 방열판재는, 판재의 두께방향의 열전도도를 향상시킴과 동시에, 면방향(장축방향)의 열팽창계수를 방열판재에 실장되는 반도체 소자와의 접합성을 저하시키지 않을 정도로 구현되었다.In other words, the heat sink material according to the embodiment of the present invention improves the thermal conductivity in the thickness direction of the plate material, and at the same time, the coefficient of thermal expansion in the plane direction (the long axis direction) does not decrease to such a degree that the bonding property with the semiconductor device It was implemented.

Claims (11)

2종 이상의 물질이 적층된 구조를 갖는 방열판재로,
상기 방열판재의 두께방향으로, 제1층, 제2층, 제3층, 제4층 및 제5층이 순차적으로 적층된 구조를 가지고,
상기 제2층 및 제4층은 제1층 및 제5층에 비해 열팽창계수가 작은 물질로 이루어지고,
상기 제3층은 제1 물질층과 제2 물질층으로 이루어지고,
제2 물질층은 제1 물질층과 상이한 열팽창계수를 가지고, 상기 제1 물질층의 내부에, 소정 두께를 가지고 두께 방향으로 제2층 및 제4층에 접하도록 연장되게 형성되며, 소자가 접하는 면에, 상기 방열판재의 면 방향 중 길이가 짧은 방향(단축방향) 및 길이가 긴 방향(장축방향) 중 어느 일 방향을 따라, 상기 제1 물질층과 제2 물질층이 다수 개 교호로 반복되는 격벽 구조를 이루는 방열 판재.
A heat sink material having a structure in which two or more materials are laminated,
The first layer, the second layer, the third layer, the fourth layer and the fifth layer are sequentially stacked in the thickness direction of the heat sink member,
Wherein the second layer and the fourth layer are made of a material having a smaller coefficient of thermal expansion than the first layer and the fifth layer,
Wherein the third layer comprises a first material layer and a second material layer,
The second material layer has a thermal expansion coefficient different from that of the first material layer and is formed to extend in contact with the second and fourth layers in the thickness direction with a predetermined thickness inside the first material layer, The first material layer and the second material layer are repeated in a plurality of alternating directions along any one of a direction in which the length direction of the heat dissipation plate material is short (short axis direction) and a long direction (long axis direction) A heat radiating plate having a partition wall structure.
제1항에 있어서,
상기 제1 물질층과 제2 물질층은, 단면에서 볼 때, 상기 단축방향을 따라 격벽 구조를 이루는, 방열판재.
The method according to claim 1,
Wherein the first material layer and the second material layer form a barrier rib structure along the minor axis when viewed in cross section.
제1항에 있어서,
상기 제1층과 제5층은 Cu를 포함하는 물질로 이루어진, 방열판재.
The method according to claim 1,
Wherein the first layer and the fifth layer are made of a material containing Cu.
제1항에 있어서,
상기 제2층과 제4층은 Cu와 Mo를 포함하는 합금으로 이루어진, 방열판재.
The method according to claim 1,
Wherein the second layer and the fourth layer are made of an alloy including Cu and Mo.
제1항에 있어서,
상기 제1 물질층은 Cu를 포함하는 물질로 이루어지고, 상기 제2 물질층은 Mo를 포함하는 물질로 이루어진, 방열판재.
The method according to claim 1,
Wherein the first material layer is made of a material containing Cu and the second material layer is made of a material containing Mo.
제1항에 있어서,
상기 방열판재의 두께방향에 있어서, 상기 제1층과 제5층의 두께는 전체 두께의 10~30%인, 방열판재.
The method according to claim 1,
Wherein the thickness of the first layer and the fifth layer in the thickness direction of the heat sink member is 10 to 30% of the total thickness.
제1항에 있어서,
상기 방열판재의 두께방향에 있어서, 상기 제2층과 제4층의 두께는 전체 두께의 5~20%인, 방열판재.
The method according to claim 1,
Wherein the thickness of the second layer and the fourth layer in the thickness direction of the heat sink member is 5 to 20% of the total thickness.
제1항에 있어서,
상기 제2 물질층의 부피는 제3층 전체 부피의 10~20%를 차지하는, 방열판재.
The method according to claim 1,
Wherein the volume of the second material layer comprises 10 to 20% of the total volume of the third layer.
제1항에 있어서,
상기 두께 방향의 열전도도는 270W/mK 이상인, 방열판재.
The method according to claim 1,
Wherein the heat conductivity in the thickness direction is 270 W / mK or more.
제1항에 있어서,
상기 방열판재의 면방향 중 상대적으로 길이가 긴 방향의 열팽창계수는, 7.0~9.0×10-6/K인, 방열판재.
The method according to claim 1,
And a coefficient of thermal expansion in a direction of a relatively long length in the plane direction of the heat sink material is 7.0 to 9.0 × 10 -6 / K.
제1항에 있어서,
상기 소자는 고출력 반도체 소자로 2 이상 병렬 패키지되는, 방열판재.
The method according to claim 1,
Wherein said element is packaged in parallel in two or more of high power semiconductor elements.
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