KR102252979B1 - Terminal connecting method of ceramic heater for semiconductor - Google Patents

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박정웅
김지태
조대현
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신성전자정밀 주식회사
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Abstract

The present invention relates to a terminal bonding method of a ceramic heater for a semiconductor with high reliability. More specifically, the terminal bonding method of the ceramic heater for the semiconductor with high reliability comprises: a step of preparing a substrate (10) with a heat generator circuit (20); a step of mounting a terminal (40) on the prepared substrate (10) along with a filler metal (30); and a step of inputting the substrate (10) with the terminal (40) mounted into a brazing furnace and brazing the substrate (10) at a temperature of 600-700℃, thereby bonding the terminal (40). The filler metal (30) includes aluminum. In addition, according to the present invention, the jig (100) is mounted before brazing and includes: a jig mainframe (110); one or more terminal insertion holes (120) formed on the jig mainframe (110); a load member (130) settled on an upper surface of the jig mainframe (100) at a position corresponding to the terminal insertion hole (120); one or more penetrating holes (140) formed on a part without the terminal insertion hole (120) of the jig mainframe (110); and one or more parting members (151) protruding from a lower surface on an edge of the jig mainframe (110) to, when mounted on the substrate (10), part the jig mainframe (110) from the substrate (10) and form a space unit (S) between the jig mainframe (110) and the substrate (10). According to the present invention, the terminal has an excellent bonding strength, and there is no growth and void of compounds between metals due to deterioration. In addition, the wettability is superior, so the present invention has high reliability.

Description

고신뢰성을 갖는 반도체용 세라믹 히터의 단자 접합방법{Terminal connecting method of ceramic heater for semiconductor}Terminal connecting method of ceramic heater for semiconductor with high reliability {Terminal connecting method of ceramic heater for semiconductor}

본 발명은 고신뢰성을 갖는 반도체용 세라믹 히터의 단자 접합방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 알루미늄을 포함하는 용가재를 이용하여 단자를 저온에서 브레이징함으로써, 접합 강도가 우수하고, 발열체 회로 및 절연막의 손상이 없고, 열화로 인한 금속간 화합물의 성장과 보이드(void)의 발생이 없으며, 젖음성이 우수한 고신뢰성을 갖는 반도체용 세라믹 히터의 단자 접합방법에 관한 것이다. The present invention relates to a terminal bonding method of a ceramic heater for semiconductors having high reliability, and more particularly, by brazing the terminal at a low temperature using a filler material containing aluminum, the bonding strength is excellent, and the heating element circuit and the insulating film are damaged. There is no growth of intermetallic compounds due to deterioration and no voids, and the present invention relates to a terminal bonding method of a ceramic heater for semiconductors having high reliability with excellent wettability.

반도체용 세라믹 히터는 일반적으로, 도 1과 같이 세라믹 기판(10), 상기 세라믹 기판 상에 형성되는 발열체 회로(20), 상기 발열체 회로(20)에 접합되는 단자(40) 및 상기 발열체 회로(20) 상의 단자(40)가 접합되는 부분을 제외한 나머지 부분에 형성되는 절연막(50)으로 구성된다. 그리고 상기 발열체 회로(20)와 단자(40)는 용가재(30)에 의해 접합된다.In general, ceramic heaters for semiconductors include a ceramic substrate 10, a heating element circuit 20 formed on the ceramic substrate, a terminal 40 bonded to the heating element circuit 20, and the heating element circuit 20 as shown in FIG. 1. ) Is composed of an insulating film 50 formed on the remaining portions except for the portion to which the terminal 40 is bonded. In addition, the heating element circuit 20 and the terminal 40 are joined by a filler material 30.

이러한 반도체용 세라믹 히터는 온도의 안정성을 유지하며, 균일하게 열을 전달해야 하기 때문에 발열체 회로(20)나 전원 공급부 등의 품질 유지가 매우 중요한 요소이다. 특히 반도체용 세라믹 히터의 고장 유형은 전원 꺼짐, 히트 싱크(Heat sink)의 구동불량이나 고장 원인이 파악되지 않은 고장 유형 등이 있지만, 그 중에서 전원 공급 단자의 단선 고장이 가장 많은 부분을 차지하고 있는바, 상기 발열체 회로(20)가 형성된 세라믹 기판(10)과 상기 단자(40)를 고신뢰성을 갖도록 접합하는 것이 중요하다. Since such a ceramic heater for semiconductors maintains temperature stability and needs to transfer heat uniformly, maintaining the quality of the heating element circuit 20 or the power supply unit is a very important factor. In particular, failure types of ceramic heaters for semiconductors include power off, poor operation of the heat sink, or failure types for which the cause of the failure is not known, but among them, disconnection of the power supply terminal occupies the most part. , It is important to bond the ceramic substrate 10 on which the heating element circuit 20 is formed and the terminal 40 to have high reliability.

현재 단자(40)를 상기 발열체 회로(20)가 형성된 세라믹 기판(10) 상에 접합하기 위한 방법으로, 솔더링(soldering) 방식이 이용되고 있다. 그리고 용가재(30)로는 Sn-Ag 또는 Sn-Ag-Cu(SAC)가 사용되고 있다. Currently, as a method for bonding the terminal 40 to the ceramic substrate 10 on which the heating element circuit 20 is formed, a soldering method is used. And as the filler material 30, Sn-Ag or Sn-Ag-Cu (SAC) is used.

그러나 이러한 Sn-Ag 또는 Sn-Ag-Cu(SAC)는 낮은 젖음성(wettability)와 낮은 연성을 가지며, 열화 특성으로 인해 솔더 접합부의 신뢰도를 저하시키는 문제가 있다. 특히 Sn-Ag 또는 Sn-Ag-Cu와 같은 용가재(30)는 입자의 조대화로 인해 고온에서 낮은 신뢰도를 보인다. 즉, 고온에서 사용되는 용가재(30)는 접합부 계면에서 금속간 화합물(IMC)인 2차 상이 형성되며, 열화로 인한 금속간 화합물의 성장과 보이드(void)의 형성은 마이크로 크랙(micro crack)을 발생시킬 수 있는 요인으로 작용하여, 크랙 확장과 아크 발생 등으로 인한 취성파괴의 형태를 보일 수 있다. 또한, 리플로우 공정시 젖음성이 저하되고, 단자(40) 표면의 산화 진행으로 인해 솔더링 후 접합부에 보이드가 다량 존재하게 되며, 높은 보이드 분율은 단자(40)와 회로(20)와의 초기 접합 강도를 저하시키고, 고온 사용 환경을 고려할 때, 사용시간이 길어짐에 따라 접합부의 기계적 특성이 저하되어 내구 수명을 저하시키는 원인으로 작용하게 되는 문제가 있다.However, such Sn-Ag or Sn-Ag-Cu (SAC) has low wettability and low ductility, and has a problem of lowering the reliability of solder joints due to deterioration characteristics. In particular, the filler material 30 such as Sn-Ag or Sn-Ag-Cu exhibits low reliability at high temperatures due to coarsening of particles. That is, in the filler material 30 used at high temperatures, a secondary phase, which is an intermetallic compound (IMC), is formed at the junction interface, and the growth of intermetallic compounds and the formation of voids due to deterioration cause micro cracks. It acts as a factor that can occur, and can show the form of brittle fracture due to crack expansion and arc generation. In addition, wettability decreases during the reflow process, and a large amount of voids exist in the joint after soldering due to oxidation of the surface of the terminal 40, and a high void fraction increases the initial bonding strength between the terminal 40 and the circuit 20. In consideration of the high-temperature use environment, there is a problem in that the mechanical properties of the joint portion are deteriorated as the use time increases, thereby causing a decrease in the durability life.

이러한 솔더링 방식의 단점을 개선하기 위하여, 대한민국 등록특허 제10-1579885호에서는 Ag-Cu 용가재를 이용하여 800~850℃의 온도구간에서 브레이징 처리하여 단자를 접합하는 방법을 제안하였다. 그러나 이러한 방식은 브레이징 온도가 너무 높아 단자(40) 주변의 발열체 회로(20)의 저항값이 변화되고, 절연막(50)의 손상이 일어나는 등의 문제가 있었다.In order to improve the disadvantages of this soldering method, Korean Patent Registration No. 10-1579885 proposes a method of bonding terminals by brazing at a temperature range of 800 to 850°C using an Ag-Cu filler material. However, in this method, the brazing temperature is too high, so that the resistance value of the heating element circuit 20 around the terminal 40 is changed, and the insulating film 50 is damaged.

KR 10-1579885 B1KR 10-1579885 B1

따라서, 본 발명의 목적은 종래의 단자 접합방법이 갖는 제반 문제점을 해소하기 위한 것으로, 알루미늄을 포함하여 조성된 용가재를 이용하여 단자를 발열체 회로 상에 저온에서 브레이징하여 접합으로써, 주변 발열체 회로와 절연막의 손상이 없고, 저항값의 변화가 없으며, 열화로 인한 금속간 화합물의 성장과 보이드의 발생이 없고, 젖음성이 우수하여 접합 강도가 우수한 고신뢰성을 갖는 반도체용 세라믹 히터의 단자 접합방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to solve all the problems of the conventional terminal bonding method, by brazing the terminal on the heating element circuit at low temperature using a filler material composed of aluminum and bonding it to the surrounding heating element circuit and the insulating film. Provides a terminal bonding method for ceramic heaters for semiconductors with no damage, no change in resistance value, no growth of intermetallic compounds due to deterioration and no voids, excellent wettability and high reliability with excellent bonding strength. Have.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고신뢰성을 갖는 반도체용 세라믹 히터의 단자 접합방법은, 발열체 회로가 형성된 기판을 준비하는 단계와, 상기 준비된 기판에 단자를 용가재와 함께 마운팅하는 단계와, 상기 단자가 마운팅된 기판을 브레이징로에 투입하여 600~700℃의 온도에서 브레이징함으로써, 단자를 접합하는 단계를 포함하되, 상기 용가재는 알루미늄을 포함하는 것을 특징으로 한다.The terminal bonding method of a ceramic heater for semiconductors having high reliability of the present invention for achieving the above object includes the steps of preparing a substrate on which a heating element circuit is formed, mounting a terminal on the prepared substrate together with a filler material, and the Including the step of bonding the terminals by putting the terminal-mounted substrate into a brazing furnace and brazing at a temperature of 600 to 700°C, wherein the filler material comprises aluminum.

상기 용가재는, 고상선(solius)이 500~550℃이고, 액상선(liquidus)이 600~650℃인 것을 특징으로 한다.The filler material is characterized in that the solidus (solius) is 500 ~ 550 ℃, the liquidus (liquidus) 600 ~ 650 ℃.

상기 용가재는, 구리(Cu) 5~10wt%, 망간(Mn) 0.1~0.5wt%, 규소(Si) 0.1~0.5wt%, 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 하프늄(Hf) 및 탄탈럼(Ta) 중 1종 이상의 것 0.1~0.5wt% 및 잔부의 알루미늄인 것을 특징으로 한다.The filler material is copper (Cu) 5 to 10 wt%, manganese (Mn) 0.1 to 0.5 wt%, silicon (Si) 0.1 to 0.5 wt%, titanium (Ti), zirconium (Zr), niobium (Nb), hafnium ( It is characterized in that 0.1 to 0.5 wt% of at least one of Hf) and tantalum (Ta) and the balance of aluminum.

상기 브레이징은, 10-5Torr 이하의 고진공도에서 수행되며, 상기 브레이징로의 온도는 제1 내지 3단계로 조절하되, 제1단계는 3~5℃/min의 속도로 승온하여 150~250℃에서 10~30분간 유지하고, 제2단계는 5~10℃/min의 속도로 승온하여 500~600℃에서 10~30분간 유지하며, 제3단계는 3~5℃/min의 속도로 승온하여 600~700℃에서 10~30분간 유지하는 것을 특징으로 한다.The brazing is performed at a high vacuum degree of 10 -5 Torr or less, and the temperature of the brazing furnace is adjusted in the first to third steps, but the first step is heated at a rate of 3 to 5°C/min to 150 to 250°C. At a rate of 10 to 30 minutes, the second step is heated at a rate of 5 to 10°C/min and maintained at 500 to 600°C for 10 to 30 minutes, and the third step is heated at a rate of 3 to 5°C/min. It is characterized in that it is maintained for 10 to 30 minutes at 600 to 700 °C.

상기 단자가 접합된 기판을 냉각하는 단계를 더 포함하되, 상기 냉각은 상기 단자가 접합된 기판을 200℃까지 자연냉각하고, 이후 실온까지 질소 또는 아르곤 가스로 퍼지(pruge) 냉각하는 것을 특징으로 한다. It further comprises cooling the substrate to which the terminals are bonded, wherein the cooling is characterized in that the substrate to which the terminals are bonded is naturally cooled to 200°C, and then purged with nitrogen or argon gas to room temperature. .

상기 단자가 마운팅된 기판을 브레이징로에 투입하기 전, 상기 단자가 마운팅된 기판에 지그를 장착하는 것을 특징으로 한다.Before inserting the terminal-mounted substrate into the brazing furnace, a jig is mounted on the terminal-mounted substrate.

상기 지그는, 지그 본체와; 상기 지그 본체에 하나 이상 형성되는 단자 삽입홀과; 상기 지그 본체의 상면에 상기 단자 삽입홀과 대응되는 위치에 안착되는 하중부재와; 상기 지그 본체의 상기 단자 삽입홀이 형성되지 않은 부분에 하나 이상 형성되는 관통공과; 상기 지그 본체의 가장자리 하면에 하나 이상 돌출 형성되어 기판에 장착시 상기 지그 본체를 기판으로 부터 이격시켜 지그 본체와 기판 사이에 공간부가 형성되도록 하는 이격부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The jig includes a jig body; One or more terminal insertion holes formed in the jig body; A load member seated at a position corresponding to the terminal insertion hole on the upper surface of the jig body; At least one through hole formed in a portion of the jig body in which the terminal insertion hole is not formed; And a spacer member protruding one or more on the lower surface of the edge of the jig main body to separate the jig main body from the substrate when mounted on the substrate to form a space between the jig main body and the substrate.

상기 지그 본체에는 수평방향으로 연장된 하나 이상의 연장부가 형성되며, 상기 연장부의 하면에 상기 이격부재가 형성되는 것을 특징으로 한다.At least one extension part extending in a horizontal direction is formed in the jig body, and the spacer member is formed on a lower surface of the extension part.

상기 하중부재는 하면에 돌출부가 형성되어, 상기 돌출부가 상기 단자 삽입홀의 상측에 삽입되고, 상기 기판에 장착시 상기 단자 삽입홀의 하측에는 기판에 마운팅된 단자의 상부가 삽입됨으로써, 상기 하중부재에 의해 상기 단자에 압력이 가해지는 것을 특징으로 한다.The load member has a protrusion formed on a lower surface thereof, and the protrusion is inserted into the upper side of the terminal insertion hole, and when mounted on the substrate, the upper portion of the terminal mounted on the substrate is inserted into the lower side of the terminal insertion hole. It is characterized in that pressure is applied to the terminal.

상기 지그의 재질은 산화알루미늄인 것을 특징으로 한다.The material of the jig is characterized in that aluminum oxide.

본 발명의 고신뢰성을 갖는 반도체용 세라믹 히터의 단자 접합방법에 의하면, 단자의 접합 강도가 우수하고, 열화로 인한 금속간 화합물의 성장과 보이드의 발생이 없으며, 젖음성이 우수하여 고신뢰성을 갖는다는 장점이 있다. According to the terminal bonding method of a ceramic heater for semiconductors having high reliability of the present invention, the bonding strength of the terminals is excellent, there is no growth of intermetallic compounds due to deterioration and no voids, and excellent wettability has high reliability. There is an advantage.

도 1은 일반적인 세라믹 히터의 모식도이다.
도 2는 본 발명에 의한 지그의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 의한 지그의 하중부재가 분리된 상태를 도시한 사시도이다.
도 4은 도 2의 A-A선의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 의한 지그가 기판에 장착된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 5의 B-B선의 단면도이다.
도7은 보 발명의 실시예 1에 의한 단자 접합 사진.
도 8은 본 발명의 시험예 1에 의한 X-ray 비파괴 검사 결과를 나타낸 사진.
1 is a schematic diagram of a typical ceramic heater.
2 is a perspective view of a jig according to the present invention.
3 is a perspective view showing a state in which the load member of the jig is separated according to the present invention.
4 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 2.
5 is a perspective view showing a state in which a jig according to the present invention is mounted on a substrate.
6 is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. 5.
7 is a photograph of terminal bonding according to Example 1 of the present invention.
8 is a photograph showing the results of the X-ray non-destructive test according to Test Example 1 of the present invention.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 본 발명에 의한 반도체용 세라믹 히터의 기본 구성은 종래와 동일하게, 도 1과 같이, 세라믹 기판(10), 상기 세라믹 기판(10) 상에 형성되는 발열체 회로(20), 상기 발열체 회로(20)에 접합되는 단자(40) 및 상기 발열체 회로(20) 상의 단자(40)가 접합되는 부분을 제외한 나머지 부분에 형성되는 절연막(50)으로 구성된다. 여기서, 상기 단자(40) 및 상기 발열체 회로(30)는 용가재(30)에 의해 접합되는 것으로, 본 발명은 이러한 단자(40)와 발열체 회로(20)를 용가재(30)에 의해 접합하는 방법에 특징이 있는 것이다.First, the basic configuration of the ceramic heater for semiconductor according to the present invention is the same as in the prior art, as shown in FIG. 1, a ceramic substrate 10, a heating element circuit 20 formed on the ceramic substrate 10, and the heating element circuit ( It is composed of a terminal 40 bonded to 20) and an insulating film 50 formed on the remaining portions except for a portion to which the terminal 40 on the heating element circuit 20 is bonded. Here, the terminal 40 and the heating element circuit 30 are joined by a filler material 30, and the present invention relates to a method of bonding the terminal 40 and the heating element circuit 20 by a filler material 30. It has a characteristic.

본 발명에 의한 고신뢰성을 갖는 반도체용 세라믹 히터의 단자 접합방법은, 발열체 회로(20)가 형성된 기판(10)을 준비하는 단계와, 상기 준비된 기판(10)에 단자(40)를 용가재(30)와 함께 마운팅하는 단계와, 상기 단자(40)가 마운팅된 기판(10)을 브레이징로에 투입하여 600~700℃의 온도에서 브레이징함으로써, 단자(40)를 접합하는 단계를 포함하되, 상기 용가재는 알루미늄을 포함하는 것을 특징으로 한다. The terminal bonding method of a ceramic heater for semiconductors having high reliability according to the present invention includes the steps of preparing the substrate 10 on which the heating element circuit 20 is formed, and attaching the terminal 40 to the prepared substrate 10 as a filler material 30. ) And attaching the terminal 40 by inserting the substrate 10 on which the terminal 40 is mounted into a brazing furnace and brazing at a temperature of 600 to 700°C, wherein the filler material It is characterized in that it contains aluminum.

이를 단계별로 상세히 설명한다.This will be described in detail step by step.

발열체 회로(20)가 형성된 기판(10)을 준비하는 단계Preparing the substrate 10 on which the heating element circuit 20 is formed

먼저, 발열체 회로(20)가 형성된 기판(10)을 준비한다. First, a substrate 10 on which the heating element circuit 20 is formed is prepared.

여기서, 상기 기판(20)은 종래 일반적으로 사용되는 질화알루미늄(AlN) 기판을 의미하는바, 상기 질화알루미늄은 열전도율이 좋고 고절연성을 가지고 있어 가장 많이 사용된다.Here, the substrate 20 refers to an aluminum nitride (AlN) substrate that is generally used in the related art, and the aluminum nitride is most often used because it has good thermal conductivity and high insulation.

그리고 상기 발열체 회로(20)는 상기 기판(10) 상에 크게 두가지 방법으로 형성할 수 있는바, Ni을 포함하는 화합물을 도금처리 후, 에칭하여 형성하거나, Ag 계열의 재료를 페이스트 형태로 하여 인쇄하는 것이다. 본 발명은 앞서 설명한 바와 같이, 기판(10), 발열체 회로(20)의 구성은 종래 기술에 따르는바, 그 방법을 제한하지 않는다. 아울러, 상기 발열체 회로(20) 상의 단자(40)가 접합되지 않는 면에는 절연막(50)이 형성되는바, 상기 절연막(50)의 구성 및 그 형성방법 역시 종래 기술에 의하는 것이다. 또한, 필요에 따라 상기 발열체 회로(20)를 추가 도금하거나 추가 표면처리할 수도 있는 것으로, 이 역시 종래기술에 의하는 것이라면 제한하지 않는다.In addition, the heating element circuit 20 can be formed on the substrate 10 in two ways, and is formed by plating a compound containing Ni and then etching, or printing an Ag-based material in the form of a paste. It is to do. In the present invention, as described above, the configuration of the substrate 10 and the heating element circuit 20 is according to the prior art, and the method is not limited thereto. In addition, since the insulating film 50 is formed on the surface of the heating element circuit 20 to which the terminals 40 are not bonded, the configuration of the insulating film 50 and a method of forming the insulating film 50 are also according to the prior art. In addition, if necessary, the heating element circuit 20 may be additionally plated or surface-treated, and this is not limited as long as it is also according to the prior art.

다만, 최종 니켈 도금된 발열체 회로(20)가 형성된 기판(10)을 사용할 경우, 단자의 접합 강도가 조금 더 상승하나, 이의 사용은 제한하지 않는다.However, when the substrate 10 on which the final nickel-plated heating element circuit 20 is formed is used, the bonding strength of the terminals is slightly increased, but the use thereof is not limited.

상기 준비된 기판(10)에 단자(40)를 용가재(30)와 함께 마운팅하는 단계Mounting the terminal 40 together with the filler material 30 on the prepared substrate 10

다음으로, 상기 준비된 기판(10)에 상기 단자(30)를 용가재(30)와 함께 마운팅한다. 즉, 상기 기판(10)의 발열체 회로(20) 상에 상기 단자(30)를 마운팅하는 것이다.Next, the terminal 30 is mounted together with the filler material 30 on the prepared substrate 10. That is, the terminal 30 is mounted on the heating element circuit 20 of the substrate 10.

본 발명은 상기 용가재(30)로 종래 Sn-Ag, Sn-Ag-Cu, 또는 Ag-Cu 용가재가 아닌 알루미늄을 베이스로하는 용가재(30)를 사용함으로써, 저온 브레이징이 가능토록 한다는 데 특징이 있다. 즉, 본 발명에 의한 용가재(30)는 알루미늄을 베이스로 하며, 고상선(solius)이 500~550℃이고, 액상선(liquidus)이 600~650℃인 것을 사용함으로써, 저온 브레이징이 가능토록 하는 것이다.The present invention is characterized in that low-temperature brazing is possible by using the filler material 30 based on aluminum, not the conventional Sn-Ag, Sn-Ag-Cu, or Ag-Cu filler material as the filler material 30. . That is, the filler material 30 according to the present invention is based on aluminum, and the solius is 500 to 550°C, and the liquidus is 600 to 650°C, so that low-temperature brazing is possible. will be.

더욱 구체적으로 본 발명에 의한 용가재(30)는, 구리(Cu) 5~10wt%, 망간(Mn) 0.1~0.5wt%, 규소(Si) 0.1~0.5wt%, 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 하프늄(Hf) 및 탄탈럼(Ta) 중 1종 이상의 것 0.1~0.5wt% 및 잔부의 알루미늄으로 구성된 것을 사용함이 바람직하다. 여기서, 상기 알루미늄, 구리 등은 중앙부에 편석하여 연질층을 형성함으로써, 응력 완화의 효과를 나타내 단자의 접합 강도를 향상시키며, 융점 역시 높아 금속간 화합물(IMC)층의 변형이나 성장이 없다는 특징이 있으며, 망간, 규소, 티타늄, 지르코늄, 니오븀, 하프늄, 탄탈럼 등은 금속간 친화력 및 세라믹과의 접합성 역시 좋아 접합 강도를 좋게 해주는 특징이 있어, 저온 브레이징용 용가재(30)로 적합한 것이다. 이때, 용가재(30)의 성분비가 상기한 범위를 벗어날 경우, 용가재(30)의 고상선 및 액상선이 높아짐으로써, 저온 브레이징이 어렵고, 접합 강도 역시 저하되므로, 상기한 범위 내에서 사용함이 바람직하다.More specifically, the filler material 30 according to the present invention is copper (Cu) 5 to 10 wt%, manganese (Mn) 0.1 to 0.5 wt%, silicon (Si) 0.1 to 0.5 wt%, titanium (Ti), zirconium (Zr ), niobium (Nb), hafnium (Hf), and tantalum (Ta) of at least 0.1 to 0.5 wt% and the balance of aluminum is preferably used. Here, the aluminum, copper, etc. segregate at the center to form a soft layer, thereby exhibiting a stress relaxation effect to improve the bonding strength of the terminals, and the melting point is also high, so that there is no deformation or growth of the intermetallic compound (IMC) layer. In addition, manganese, silicon, titanium, zirconium, niobium, hafnium, tantalum, and the like have characteristics that improve bonding strength due to good intermetallic affinity and bonding with ceramics, and are suitable as a filler material 30 for low-temperature brazing. At this time, when the component ratio of the filler material 30 is out of the above range, the solidus line and the liquidus line of the filler material 30 increase, so that low-temperature brazing is difficult and the bonding strength is also reduced, so it is preferable to use it within the above range. .

한편, 본 발명에서 상기 용가재(30)는 와이어 형태, 시트 형태, 분말 형태 등 그 형태를 제한하지 않는바, 와이어 형태일 경우 단자(40)의 하단 둘레를 감싸도록 공급하고, 시트 형태 또는 분말 형태일 경우 발열체 회로(20)와 단자(40) 사이에 개재되도록 공급하여 단자(40)와 함께 마운팅하면 족한 것으로, 이를 제한하지 않는다.On the other hand, in the present invention, the filler material 30 is not limited in its form, such as a wire form, a sheet form, or a powder form. In the case of a wire form, the filler material 30 is supplied so as to surround the lower end of the terminal 40, and in the form of a sheet or powder. In this case, it is sufficient to supply so as to be interposed between the heating element circuit 20 and the terminal 40 and mount it together with the terminal 40, and this is not limited.

그리고 상기 단자(40) 역시 종래 기술에 의한 것이라면 어떠한 것이라도 사용 가능하며, 예시적으로 KOVAR 단자를 이용할 수 있다. In addition, any of the terminals 40 may be used as long as they are according to the prior art, and a KOVAR terminal may be used as an example.

상기 단자(40)가 마운팅된 기판(10)을 브레이징로에 투입하여 600~700℃의 온도에서 브레이징함으로써, 단자(40)를 접합하는 단계Joining the terminal 40 by putting the substrate 10 on which the terminal 40 is mounted into a brazing furnace and brazing at a temperature of 600 to 700°C

다음으로, 상기 단자(40)가 마운팅된 기판(10)을 브레이징로에 투입하고, 600~700℃의 온도에서 브레이징함으로써, 상기 단자(40)를 발열체 회로(20)에 접합한다.Next, the substrate 10 on which the terminal 40 is mounted is put into a brazing furnace, and the terminal 40 is bonded to the heating element circuit 20 by brazing at a temperature of 600 to 700°C.

앞서 설명한 바와 같이, 브레이징 온도를 800℃ 이상으로 하게 되면 단자(40)의 접합 강도는 증가하나, 단자(40) 주변의 발열체 회로(20)의 저항값이 변화하거나, 절연막(50)의 손상을 야기시킨다. 즉, 상기 발열체 회로(20)와 절연막(50)의 데미지를 최소화하려면, 상기 발열체 회로(20)와 절연막(50)의 열처리 온도 이하, 즉 800℃ 미만의 온도에서 브레이징을 실시해야 한다. 따라서, 본 발명은 알루미늄 베이스의 용가재(30)를 이용하여 600~700℃의 비교적 저온에서 브레이징하여 단자(40)를 접함함으로써, 접합 강도는 개선하면서도, 단자(40) 주변부의 손상을 야기시키지 않도록 하는 것이다.As described above, when the brazing temperature is 800°C or higher, the bonding strength of the terminal 40 increases, but the resistance value of the heating element circuit 20 around the terminal 40 changes or damages the insulating film 50. Cause. That is, in order to minimize damage to the heating element circuit 20 and the insulating film 50, brazing should be performed at a temperature below the heat treatment temperature of the heating element circuit 20 and the insulating film 50, that is, less than 800°C. Therefore, the present invention uses the aluminum-based filler material 30 to contact the terminal 40 by brazing at a relatively low temperature of 600 to 700° C., thereby improving the bonding strength and not causing damage to the peripheral portion of the terminal 40. It is to do.

가장 바람직하게 상기 브레이징은 브레이징로를 승온하면서 세 구간에 걸쳐 유지시간을 두는 것이다. 구체적으로, 상기 브레이징로의 온도는 제1 내지 3단계로 조절하되, 3~5℃/min의 속도로 승온하여 150~250℃에서 10~30분간 유지하는 제1 단계와, 5~10℃/min의 속도로 승온하여 500~600℃에서 10~30분간 유지하는 제2 단계와, 3~5℃/min의 속도로 승온하여 600~700℃에서 10~30분간 유지하는 제3 단계로 조절한다.Most preferably, the brazing is to provide a holding time over three sections while raising the temperature of the brazing furnace. Specifically, the temperature of the brazing furnace is controlled in the first to third steps, but the first step of raising the temperature at a rate of 3 to 5°C/min and maintaining at 150 to 250°C for 10 to 30 minutes, and 5 to 10°C/ Adjust the temperature in the second step of raising the temperature at a rate of min and maintaining it at 500 to 600℃ for 10 to 30 minutes, and the third step of raising the temperature at a rate of 3 to 5℃/min and maintaining it at 600 to 700℃ for 10 to 30 minutes. .

상기 제1 단계는 용가재(30)에서 발생되는 유기용제와 유기물을 기화시켜 제거하기 위한 구간이며, 제2 단계는 브레이징로 내 투입된 제품의 열전대(제품 자체가 브레이징 설정 온도까지 도달하는)를 형성하고, 안정화시키는 구간이고, 제3 단계는 용가재를 용융시켜 단자(40)를 접합 고정하는 구간으로, 제1 단계 및 제2 단계 없이 제3 단계로 바로 진입할 경우 유기용제 및 유기물의 제거가 충분하지 않아 유기가스에 의해 금속 소재의 단자, 기판 등이 일부 산화되며, 열전대가 온전히 형성되지 않아 단자(40)의 접합 강도가 저하되고, 젖음성이 저하되는 등의 단점이 있다. The first step is a section for vaporizing and removing organic solvents and organic substances generated from the filler material 30, and the second step is to form a thermocouple of the product injected into the brazing furnace (the product itself reaches a set brazing temperature). , The stabilization section, and the third step is a section in which the filler material is melted to bond and fix the terminal 40. If the step is directly entered into the third step without the first step and the second step, the removal of organic solvents and organic matter is not sufficient. As a result, metal terminals and substrates are partially oxidized by organic gas, and thermocouples are not formed completely, resulting in a decrease in bonding strength of the terminals 40 and a decrease in wettability.

또한, 상기 브레이징은 10-5Torr 이하, 예시적으로 10-9~10-5Torr의 고진공도에서 수행됨이 바람직한바, 이는 금속의 산화를 방지하기 위함이다.In addition, the brazing is preferably performed at a high vacuum degree of 10 -5 Torr or less, exemplarily 10 -9 to 10 -5 Torr, in order to prevent oxidation of the metal.

상기와 같이 브레이징을 통해 단자(40)를 접합한 후, 상기 단자(40)가 접합된 기판(10)을 냉각하는 단계를 더 포함한다.After bonding the terminal 40 through brazing as described above, the step of cooling the substrate 10 to which the terminal 40 is bonded is further included.

상기 냉각은 세라믹과 금속간 열팽창 계수의 차이로 급랭은 지양하며, 200℃까지는 자연냉각하고, 이후 실온까지는 질소 또는 아르곤 가스로 퍼지(purge) 냉각하는 것이 바람직하나, 이를 제한하는 것은 아니다.The cooling is preferably not rapid cooling due to the difference in the coefficient of thermal expansion between ceramic and metal, and is preferably cooled naturally up to 200°C, and then purged with nitrogen or argon gas until room temperature, but is not limited thereto.

상기와 같은 본 발명의 접합방법에 의하면, 단자의 접합 강도가 우수한 것은 물론, 주변부의 손상이 없고, 젖음성이 우수하며, Void의 발생이 없다는 장점이 있다.According to the bonding method of the present invention as described above, as well as excellent bonding strength of the terminals, there is an advantage in that there is no damage to the periphery, excellent wettability, and no occurrence of voids.

한편, 앞서 설명한 바와 같이, 세라믹 히터의 수명을 유지하기 위해서는 단자(40)의 품질 유지가 매우 중요한바, 단자(40) 표면이 들떠 잇거나 접합 상태(오염, 미용융 등)가 좋지 않을 경우 크랙 및 아크를 발생시킬 수 있고 단자의 단선, 단락을 야기시킬 수 있다.On the other hand, as described above, in order to maintain the life of the ceramic heater, it is very important to maintain the quality of the terminal 40. If the surface of the terminal 40 is floating or the bonding state (contamination, non-melting, etc.) is not good, cracks And it may generate an arc, and may cause a disconnection or a short circuit of the terminal.

따라서, 상기 단자(40)의 접합시, 단자(40)를 안정적으로 고정, 접합하기 위하여 상기 단자(40)가 마운팅된 기판(10)을 브레이징로에 투입하기 전, 상기 단자(40)가 마운팅된 기판(10)에 지그(100)를 장착하여 상기 단자(40)를 기판(10)에 안정적으로 고정하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 지그(100)로는 종래 게시된 것을 이용하는 것도 가능하지만, 보다 바람직하게는 하기에서 제시되는 지그(100)를 이용하는 것이다.Therefore, when the terminal 40 is bonded, the terminal 40 is mounted before the substrate 10 on which the terminal 40 is mounted is put into the brazing furnace in order to stably fix and bond the terminal 40. It is preferable to stably fix the terminal 40 to the substrate 10 by mounting the jig 100 on the substrate 10. At this time, it is possible to use a conventionally posted one as the jig 100, but more preferably it is to use the jig 100 presented below.

도 2는 본 발명에 의한 지그의 사시도이고, 도 3은 도 2의 하중부재가 분리된 상태를 나타낸 사시도이고, 도 4는 도 2의 단면도(도시의 용이성을 위하여 단면 상태가 아닌 하중부재(130)는 도시하지 않음)이다.2 is a perspective view of a jig according to the present invention, FIG. 3 is a perspective view showing a state in which the load member of FIG. 2 is separated, and FIG. 4 is a cross-sectional view of FIG. 2 (the load member 130 is not in a cross-sectional state for ease of illustration. ) Is not shown).

상기 지그(100)는, 지그 본체(110)와; 상기 지그 본체(110)에 하나 이상 형성되는 단자 삽입홀(120)과; 상기 지그 본체(100)의 상면에 상기 단자 삽입홀(120)과 대응되는 위치에 안착되는 하중부재(130)와; 상기 지그 본체(110)의 상기 단자 삽입홀(120)이 형성되지 않은 부분에 하나 이상 형성되는 관통공(140)과; 상기 지그 본체(110)의 가장자리 하면에 하나 이상 돌출 형성되어 기판(10)에 장착시 상기 지그 본체(100)를 기판(10)으로 부터 이격시켜 지그 본체(110)와 기판(10) 사이에 공간부(S)가 형성되도록 하는 이격부재(151);를 포함하는 것을 특징으로 한다.The jig 100 includes a jig body 110; One or more terminal insertion holes 120 formed in the jig body 110; A load member 130 seated at a position corresponding to the terminal insertion hole 120 on the upper surface of the jig body 100; At least one through hole 140 formed in a portion of the jig body 110 in which the terminal insertion hole 120 is not formed; One or more protrusions are formed on the lower surface of the edge of the jig body 110 and when mounted on the substrate 10, the jig body 100 is spaced apart from the substrate 10 so that a space between the jig body 110 and the substrate 10 It characterized in that it includes; a spacer member 151 to form a portion (S).

본 발명에서 상기 지그(100)의 재질은 산화알루미늄임이 바람직한바, 종래와 같이 그라파이트를 사용하면 파티클에 의한 오염의 문제가 있기 때문이다. In the present invention, it is preferable that the material of the jig 100 is aluminum oxide, because when graphite is used as in the prior art, there is a problem of contamination by particles.

도 2 내지 도 3에서와 같이, 상기 지그 본체(110)는 플레이트 형태로서, 기판(10)과 대응되는 크기 및 형상을 갖는 것으로, 도 5 및 도 6과 같이 기판(10)에 이격부재(151)에 의해 일정 거리를 두고 이격되어 장착된다. 상기 기판(10)과 지그 본체(110)를 이격하여 장착되도록 하는 이유는, 브레이징시 유기 가스의 배출공간을 마련하기 위한 것이다. 즉, 용가재(30)의 멜팅 과정에서 유기 가스가 배출되는바, 상기 기판(10)과 지그 본체(110) 사이에 공간부(S)가 없으면, 유기 가스가 배출될 통로가 없어, 용가재(30) 주변의 오염이 심하게 발생하여 노출된 금속, 즉 단자, 기판의 부식, 산화가 진행되는 문제가 있기 때문이다. 2 to 3, the jig body 110 is in the form of a plate, and has a size and shape corresponding to that of the substrate 10, and a spacer 151 on the substrate 10 as shown in FIGS. 5 and 6 ) To be spaced apart from each other by a certain distance. The reason why the substrate 10 and the jig body 110 are mounted to be spaced apart is to provide a space for discharging the organic gas during brazing. That is, when the organic gas is discharged during the melting process of the filler material 30, if there is no space (S) between the substrate 10 and the jig body 110, there is no passage through which the organic gas is discharged, and the filler material 30 ) This is because there is a problem in that the surrounding contamination occurs severely and the exposed metal, that is, the corrosion and oxidation of the terminal and the substrate proceeds.

그리고 상기 지그 본체(110)에 하나 이상 형성되는 단자 삽입홀(120)은, 기판(10)의 단자와 대응되는 위치에 형성되는 것이며, 그 형상 및 크기는 단자와 대응되는 것이다. In addition, at least one terminal insertion hole 120 formed in the jig body 110 is formed at a position corresponding to the terminal of the substrate 10, and the shape and size thereof correspond to the terminal.

아울러, 상기 지그 본체(100)의 상면에 상기 단자 삽입홀(120)과 대응되는 위치에는 하중부재(130)가 안착된다. 상기 하중부재(130)는 상기 단자(40)에 압력을 가하여 접합 강도를 좋게하기 위한 것으로, 이를 위하여 상기 하중부재(130)의 하면에는 돌출부(131)가 형성되고, 이 돌출부(131)는 상기 단자 삽입홀(120)의 상측에 삽입된다. 즉, 도 6과 같이 지그(100)를 기판(10)에 장착시 상기 단자 삽입홀(120)의 하측에는 기판(10)에 마운팅된 단자(40)의 상부가 삽입되고, 상기 단자 삽입홀(120)의 상측에는 하중부재(130)의 돌출부(131)가 삽입되어 상기 하중부재(130)에 의해 상기 단자(40)에 압력 가해짐으로써 접합 강도를 좋게하는 것이다. 또한, 상기 하중부재(130)와 상기 돌출부(131)에는 관통공(132)이 형성될 수 있는바, 상기 단자(20)의 리드부가 삽입되기 위한 것으로, 이를 제한하지 않는다.In addition, a load member 130 is seated at a position corresponding to the terminal insertion hole 120 on the upper surface of the jig body 100. The load member 130 is for increasing the bonding strength by applying pressure to the terminal 40, and for this purpose, a protrusion 131 is formed on the lower surface of the load member 130, and the protrusion 131 is the It is inserted above the terminal insertion hole 120. That is, as shown in FIG. 6, when the jig 100 is mounted on the substrate 10, the upper portion of the terminal 40 mounted on the substrate 10 is inserted under the terminal insertion hole 120, and the terminal insertion hole ( The protrusion 131 of the load member 130 is inserted on the upper side of the 120), and the pressure is applied to the terminal 40 by the load member 130 to improve the bonding strength. In addition, a through hole 132 may be formed in the load member 130 and the protrusion 131, and the lead portion of the terminal 20 is inserted, and this is not limited thereto.

그리고 상기 지그 본체(110)의 상기 단자 삽입홀(120)이 형성되지 않은 부분에는 하나 이상의 관통공(140)이 형성된다. 상기 관통공(140)은 용가재(40)의 멜팅시 발생한 유기 가스를 외부로 배출하는 역할을 하는 것으로, 상기 기판(10)과 지그 본체(110) 사이의 공간부(S)를 통해 배출된 유기 가스가 관통공(140)을 통해 지그(100) 외부로 배출되는 것이다. In addition, at least one through hole 140 is formed in a portion of the jig body 110 in which the terminal insertion hole 120 is not formed. The through hole 140 serves to discharge the organic gas generated during the melting of the filler material 40 to the outside, and the organic gas discharged through the space S between the substrate 10 and the jig body 110 The gas is discharged to the outside of the jig 100 through the through hole 140.

상기 지그 본체(110)의 가장자리 하면에 하나 이상 돌출 형성되어 기판(10)에 장착시 상기 지그 본체(100)를 기판(10)으로 부터 이격시켜 지그 본체(110)와 기판(10) 사이에 공간부(S)가 형성되도록 하는 이격부재(151)가 구비된다.One or more protrusions are formed on the lower surface of the edge of the jig body 110 and when mounted on the substrate 10, the jig body 100 is spaced apart from the substrate 10 so that a space between the jig body 110 and the substrate 10 A spacer member 151 is provided so that the portion S is formed.

즉, 상기 이격부재(151)는 기판(10)과 지그 본체(110) 사이에 공간부(S)를 마련해주는 것이다.That is, the spacer member 151 provides a space S between the substrate 10 and the jig body 110.

이때, 상기 지그 본체(110)에는 수평방향으로 연장된 하나 이상의 연장부(150)가 형성되며, 상기 연장부(150)의 하면에 상기 이격부재(151)가 형성되는 것이 바람직한바, 연장부(150)가 없다면 상기 이격부재(151)에 기판(10) 상에 위치되어 기판(10)과 지그 본체(110)가 고정되기 어렵기 때문인바, 상기 이격부재(151)가 연장부(150)에 형성되면, 이격부재(151)간 공간 상기 기판(10)과 대응되는 크기가 되므로, 이격부재(151)에 의해 기판(10) 역시 고정되기 때문이다. At this time, the jig body 110 is formed with at least one extension portion 150 extending in the horizontal direction, and the spacing member 151 is preferably formed on the lower surface of the extension portion 150, and the extension portion ( If there is no 150), the spacer member 151 is positioned on the substrate 10 so that the substrate 10 and the jig body 110 are difficult to be fixed. When formed, since the space between the spacers 151 becomes a size corresponding to the substrate 10, the substrate 10 is also fixed by the spacer members 151.

본 발명에 의한 지그(100)는 단자(40)의 들뜸이나 접합 강도를 위해, 단자와 접합되는 표면 평면도를 20㎛ 이하로 하는 것이 적정하며, 하중은 0.5~1.0kg이 적정하나, 이를 제한하지 않는다.For the jig 100 according to the present invention, for lifting or bonding strength of the terminal 40, it is appropriate to have a surface flatness of 20 μm or less to be bonded to the terminal, and the load is 0.5 to 1.0 kg, but this is not limited. Does not.

아울러, 별도로 도시하거나 설명하지는 않았지만, 추가로 지그의 하판 역시 구비될 수 있는바, 지그의 하판에 상기 기판(10)을 위치시키고, 상기 지그(100)를 상기 지그의 하판에 상기 이격부재(151)를 통해 착탈 가능하도록 결합시킬 수도 있는 것으로, 이의 추가 실시를 제한하지 않는다. In addition, although not shown or described separately, since the lower plate of the jig may be additionally provided, the substrate 10 is positioned on the lower plate of the jig, and the spacer member 151 is placed on the lower plate of the jig. ) To be detachably coupled through, but does not limit the further implementation thereof.

상기와 같은 지그(100)를 이용하면 용가재(30)의 멜팅시 발생하는 유기가스의 배출이 용이하여, 유기가스에 의한 단자(40), 기판(10) 및 발열체 회로(20)의 산화가 방지되며, 단자(40)의 접합시 압력을 가할 수 있게되어 단자(40)의 접합 강도를 더욱 좋게 할 수 있다는 장점이 있다.When the jig 100 is used as described above, the organic gas generated during the melting of the filler material 30 is easily discharged, and oxidation of the terminal 40, the substrate 10 and the heating element circuit 20 by the organic gas is prevented. In addition, there is an advantage in that pressure can be applied when the terminals 40 are joined, so that the bonding strength of the terminals 40 can be further improved.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples.

(실시예 1)(Example 1)

하기와 같은 베이스 기판, 단자 및 용가재를 준비하고, 기판에 단자와 용가재를 마운팅한 후, 하기의 브레이징 조건으로 앞서 설명된 구조의 산화알루미늄 재질의 지그를 장착하여 브레이징하였다. 그리고 실온에서 냉각하였다. 도 7은 브레이징 후의 단자 형성 사진이다.The following base substrate, terminals, and filler materials were prepared, and the terminals and filler materials were mounted on the substrate, and then a jig made of aluminum oxide having the structure described above was mounted and brazed under the following brazing conditions. And it cooled at room temperature. 7 is a photograph of terminal formation after brazing.

베이스 기판: AlN plate(Black)Base substrate: AlN plate(Black)

단자: Ni+Au platingTerminal: Ni+Au plating

용가재: Cu 5wt%, Mn 0.3wt%, Si 0.5wt, Ti 0.1wt%, Zr 0.1wt% 및 잔부의 Al(wire type)Filler: Cu 5wt%, Mn 0.3wt%, Si 0.5wt, Ti 0.1wt%, Zr 0.1wt% and the balance Al (wire type)

브레이징 조건: 200℃(20 min)-> 550℃(20 min)->660℃(20 min), 10-6 TorrBrazing conditions: 200℃(20min)->550℃(20min)->660℃(20min), 10 -6 Torr

(비교예 1)(Comparative Example 1)

실시예 1과 동일하게 실시하되,It was carried out in the same manner as in Example 1,

용가재로서 Ag-Cu-Ti를 이용하였으며, 브레이징 온도는 820℃(30 min)로 하였다.Ag-Cu-Ti was used as the filler material, and the brazing temperature was 820°C (30 min).

(비교예 2)(Comparative Example 2)

실시예 1과 동일하게 실시하되, 용가재로서 Sn-Cu-Ag를 사용하고, 솔더링을 이용하여 250℃(20min)간 솔더링하였다. It was carried out in the same manner as in Example 1, except that Sn-Cu-Ag was used as a filler material, and soldering was performed at 250°C (20 min) using soldering.

(시험예 1)(Test Example 1)

제품의 Void의 형성 확인을 위하여 X-ray 비파괴 검사를 진행하고, 그 결과를 도 7에 나타내었다.In order to confirm the formation of voids in the product, an X-ray non-destructive test was performed, and the results are shown in FIG. 7.

도 8에서와 같이, 비교예 1 및 비교예 2는 다수의 void가 발생한 것을 확인할 수 있었으며, 본 발명의 실시예 1은 void의 발생이 전혀 없음을 확인할 수 있었다.As shown in FIG. 8, it was confirmed that a number of voids were generated in Comparative Example 1 and Comparative Example 2, and in Example 1 of the present invention, it was confirmed that there was no occurrence of voids at all.

(시험예 2)(Test Example 2)

제품의 전단강도를 테스트하였다. 전단강도의 테스트는 Shear speed : 200㎛/s , Shear height : 500㎛의 조건에서 실시하였다.The shear strength of the product was tested. The shear strength test was carried out under the conditions of shear speed: 200㎛/s and shear height: 500㎛.

그 결과 실시예 1은 80kgf에서 Pad Lift 및 기판 모재가 파단되었으며, 비교예 1은 61kgf에서 비교예 2는 25kgf에서 Pad Lift 및 기판 모재가 파단이 일어남을 확인할 수 있었다. As a result, in Example 1, it was confirmed that the pad lift and the substrate base material were broken at 80 kgf, and in Comparative Example 1, the pad lift and the substrate base material were broken at 61 kgf and in Comparative Example 2 at 25 kgf.

이상에서 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것이 아니고 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 안정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Although the present invention has been described in more detail by way of examples above, the present invention is not necessarily limited to these embodiments, and various modifications may be made without departing from the spirit of the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain the technical idea, and the scope of the technical idea of the present invention is not stabilized by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

10: 기판 20: 회로
30: 용가재 40: 단자
10: substrate 20: circuit
30: filler material 40: terminal

Claims (9)

발열체 회로(20)가 형성된 기판(10)을 준비하는 단계와,
상기 준비된 기판(10)에 단자(40)를 용가재(30)와 함께 마운팅하는 단계와,
상기 단자(40)가 마운팅된 기판(10)을 브레이징로에 투입하여 600~700℃의 온도에서 브레이징함으로써, 단자(40)를 접합하는 단계를 포함하되,
상기 용가재(30)는,
구리(Cu) 5~10wt%, 망간(Mn) 0.1~0.5wt%, 규소(Si) 0.1~0.5wt%, 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 하프늄(Hf) 및 탄탈럼(Ta) 중 1종 이상의 것 0.1~0.5wt% 및 잔부의 알루미늄인 것을 특징으로 하는 고신뢰성을 갖는 반도체용 세라믹 히터의 단자 접합방법.
Preparing the substrate 10 on which the heating element circuit 20 is formed, and
Mounting the terminal 40 together with the filler material 30 on the prepared substrate 10,
Including the step of bonding the terminal 40 by putting the substrate 10 on which the terminal 40 is mounted into a brazing furnace and brazing at a temperature of 600 to 700°C,
The filler material 30,
Copper (Cu) 5-10 wt%, manganese (Mn) 0.1-0.5 wt%, silicon (Si) 0.1-0.5 wt%, titanium (Ti), zirconium (Zr), niobium (Nb), hafnium (Hf) and tantalum Terminal bonding method of a ceramic heater for semiconductors having high reliability, characterized in that 0.1 to 0.5 wt% of at least one of Ta, and the balance of aluminum.
제1항에 있어서,
상기 용가재(30)는,
고상선(solius)이 500~550℃이고, 액상선(liquidus)이 600~650℃인 것을 특징으로 하는 고신뢰성을 갖는 반도체용 세라믹 히터의 단자 접합방법.
The method of claim 1,
The filler material 30,
Terminal bonding method of a ceramic heater for semiconductors having high reliability, characterized in that the solidus (solius) is 500 ~ 550 ℃ and the liquidus (liquidus) is 600 ~ 650 ℃.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 브레이징은,
10-5Torr 이하의 고진공도에서 수행되며,
상기 브레이징로의 온도는 제1 내지 3단계로 조절하되,
제1단계는 3~5℃/min의 속도로 승온하여 150~250℃에서 10~30분간 유지하고,
제2단계는 5~10℃/min의 속도로 승온하여 500~600℃에서 10~30분간 유지하며,
제3단계는 3~5℃/min의 속도로 승온하여 600~700℃에서 10~30분간 유지하는 것을 특징으로 하는 고신뢰성을 갖는 반도체용 세라믹 히터의 단자 접합방법.
The method of claim 1,
The brazing is,
It is performed at a high vacuum degree of 10 -5 Torr or less,
The temperature of the brazing furnace is adjusted in the first to third steps,
In the first step, the temperature is raised at a rate of 3 to 5°C/min and maintained at 150 to 250°C for 10 to 30 minutes,
The second step is heated at a rate of 5 to 10°C/min and maintained at 500 to 600°C for 10 to 30 minutes,
The third step is a terminal bonding method of a ceramic heater for semiconductors having high reliability, characterized in that the temperature is raised at a rate of 3 to 5°C/min and maintained at 600 to 700°C for 10 to 30 minutes.
제1항에 있어서,
상기 단자(40)를 접합하는 단계 후,
상기 단자(40)가 접합된 기판(10)을 냉각하는 단계를 더 포함하되,
상기 냉각은 상기 단자(40)가 접합된 기판(10)을 200℃까지 자연냉각하고,
이후 실온까지 질소 또는 아르곤 가스로 퍼지(pruge) 냉각하는 것을 특징으로 하는 반도체용 세라믹 히터의 단자 접합방법.
The method of claim 1,
After the step of bonding the terminal 40,
Further comprising cooling the substrate 10 to which the terminal 40 is bonded,
The cooling naturally cools the substrate 10 to which the terminal 40 is bonded to 200°C,
Thereafter, a method for bonding a terminal of a ceramic heater for semiconductors, characterized in that purging cooling with nitrogen or argon gas to room temperature.
제1항에 있어서,
상기 단자(40)가 마운팅된 기판(10)을 브레이징로에 투입하기 전,
상기 단자(40)가 마운팅된 기판(10)에 지그(100)를 장착하되,
상기 지그(100)는,
지그 본체(110)와;
상기 지그 본체(110)에 하나 이상 형성되는 단자 삽입홀(120)과;
상기 지그 본체(100)의 상면에 상기 단자 삽입홀(120)과 대응되는 위치에 안착되는 하중부재(130)와;
상기 지그 본체(110)의 상기 단자 삽입홀(120)이 형성되지 않은 부분에 하나 이상 형성되는 관통공(140)과;
상기 지그 본체(110)의 가장자리 하면에 하나 이상 돌출 형성되어 기판(10)에 장착시 상기 지그 본체(100)를 기판(10)으로 부터 이격시켜 지그 본체(110)와 기판(10) 사이에 공간부(S)가 형성되도록 하는 이격부재(151);를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체용 세라믹 히터의 단자 접합방법.
The method of claim 1,
Before putting the substrate 10 on which the terminal 40 is mounted into the brazing furnace,
Mounting the jig 100 on the substrate 10 on which the terminal 40 is mounted,
The jig 100,
A jig body 110;
One or more terminal insertion holes 120 formed in the jig body 110;
A load member 130 seated at a position corresponding to the terminal insertion hole 120 on the upper surface of the jig body 100;
At least one through hole 140 formed in a portion of the jig body 110 in which the terminal insertion hole 120 is not formed;
One or more protrusions are formed on the lower surface of the edge of the jig body 110 and when mounted on the substrate 10, the jig body 100 is spaced apart from the substrate 10 so that a space between the jig body 110 and the substrate 10 Terminal bonding method of a ceramic heater for semiconductor comprising a; spacer member 151 to form the portion (S).
제6항에 있어서,
상기 지그 본체(110)에는 수평방향으로 연장된 하나 이상의 연장부(150)가 형성되며,
상기 연장부(150)의 하면에 상기 이격부재(151)가 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체용 세라믹 히터의 단자 접합방법.
The method of claim 6,
At least one extension part 150 extending in the horizontal direction is formed in the jig body 110,
Terminal bonding method of a ceramic heater for semiconductor, characterized in that the spacing member (151) is formed on the lower surface of the extension part (150).
제6항에 있어서,
상기 하중부재(130)는 하면에 돌출부(131)가 형성되어, 상기 돌출부(131)가 상기 단자 삽입홀(120)의 상측에 삽입되고,
상기 기판(10)에 장착시 상기 단자 삽입홀(120)의 하측에는 기판(10)에 마운팅된 단자(40)의 상부가 삽입됨으로써, 상기 하중부재(130)에 의해 상기 단자(40)에 압력이 가해지는 것을 특징으로 하는 반도체용 세라믹 히터의 단자 접합방법.
The method of claim 6,
The load member 130 has a protrusion 131 formed on a lower surface thereof, and the protrusion 131 is inserted into the upper side of the terminal insertion hole 120,
When mounted on the substrate 10, the upper portion of the terminal 40 mounted on the substrate 10 is inserted into the lower side of the terminal insertion hole 120, so that pressure on the terminal 40 by the load member 130 A method for bonding a terminal of a ceramic heater for semiconductors, characterized in that this is applied.
제6항에 있어서,
상기 지그(100)의 재질은 산화알루미늄인 것을 특징으로 하는 반도체용 세라믹 히터의 단자 접합방법.
The method of claim 6,
Terminal bonding method of a ceramic heater for semiconductor, characterized in that the material of the jig 100 is aluminum oxide.
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KR102442892B1 (en) 2021-12-28 2022-09-15 신성전자정밀 주식회사 Method for bonding RTD sensor on ceramic heater for semiconductor
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