KR102343189B1 - Insulation substrate and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 세라믹 기판과, 상기 세라믹 기판의 한 면에 형성된 제 1 구리판재와, 상기 세라믹 기판의 다른 면에 형성된 제 2 구리판재가 접합된 절연 기판에 관한 것이다. 각 구리판재는 Al, Be, Cd, Mg, Pb, Ni, P, Sn 및 Cr 중에서 선택된 금속 성분의 합계 함유량이 0.1 ~ 2.0ppm이고, 구리의 함유량이 99.96mass% 이상인 조성을 가지며, 각 구리판재 표면의 EBSD에 의한 집합 조직 분석을 통해 얻어진 결정 방위 분포 함수를 오일러 각(φ1, Φ, φ2)으로 나타낼 때, φ1 = 75°~ 90°, Φ = 20°~ 40°, φ2 = 35°의 범위에서의 방위 밀도의 평균값이 0.1 이상 15.0 미만이고, φ1 = 20°~ 40°, Φ = 55°~ 75°, φ2 = 20°의 범위에서의 방위 밀도의 평균값이 0.1 이상 15.0 미만이며, 또한, 각 구리판재의 평균 결정 입경이 50㎛ ~ 400㎛이다.The present invention relates to an insulating substrate in which a ceramic substrate, a first copper plate formed on one surface of the ceramic substrate, and a second copper plate formed on the other surface of the ceramic substrate are bonded. Each copper plate has a composition in which the total content of metal components selected from Al, Be, Cd, Mg, Pb, Ni, P, Sn and Cr is 0.1 to 2.0 ppm, and the copper content is 99.96 mass% or more, and the surface of each copper plate When the crystal orientation distribution function obtained through the texture analysis by the EBSD of The average value of the orientation density in is 0.1 or more and less than 15.0, and the average value of the orientation density in the range of φ1 = 20 ° to 40 °, Φ = 55 ° to 75 °, and φ2 = 20 ° is 0.1 or more and less than 15.0, and The average crystal grain diameter of each copper plate material is 50 micrometers - 400 micrometers.

Description

절연 기판 및 그 제조 방법Insulation substrate and method for manufacturing the same

본 발명은 절연 기판, 특히 전원 장치용 절연 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an insulating substrate, particularly an insulating substrate for a power supply device, and a method for manufacturing the same.

일반적으로 전원 장치는 고전압, 대전류를 사용하기 때문에, 반도체 소자가 발하는 열에 의해 재료 특성이 열화되는 것을 해결할 필요가 있다. 그래서 최근 절연성 및 방열성이 뛰어난 세라믹 기판을 구리판에 접합한 절연 기판을 사용하는 절연 및 방열 대책이 강구되고 있다.In general, since a power supply device uses a high voltage and a large current, it is necessary to solve the deterioration of material properties due to the heat generated by the semiconductor element. Therefore, in recent years, measures for insulation and heat dissipation using an insulating substrate obtained by bonding a ceramic substrate excellent in insulation and heat dissipation to a copper plate have been devised.

세라믹 기판과 구리판을 접합할 때에는 주로 은 경납땜 재료 등을 통해 접합하는 접합 방법, 경납땜 재료를 통하지 않고 구리의 공정 반응을 이용하여 접합하는 접합 방법 등이 이용된다. 세라믹 기판에는 질화 알루미늄, 알루미나, 질화규소 등이 이용되는데, 이들의 열팽창 계수는 구리판을 구성하는 구리판재의 열팽창 계수와 다르다. 이 때문에 반도체 소자의 발열 시 열팽창 계수의 차이로 인해 절연 기판 전체에 커다란 변형이 생긴다는 경향이 있다. 또한, 세라믹 기판과 구리판재에서, 구리판재 쪽이 높은 열팽창 계수를 가지므로 열처리를 하면 세라믹 기판에는 인장 응력이 가해지고 구리판에는 압축 응력이 가해진다. 이로 인해 절연 기판 전체에 높은 변형이 가해져 절연 기판이 열팽창에 의해 변형되어 치수가 변화될 뿐만 아니라 세라믹 기판과 구리판이 박리되기 쉬워진다. 따라서 가열하더라도 가능한 한 변형되지 않는 절연 기판이 필요로 되고 있다.When bonding a ceramic substrate and a copper plate, a bonding method of bonding using a silver brazing material or the like, a bonding method of bonding using a copper eutectic reaction without using a brazing material, etc. are mainly used. Aluminum nitride, alumina, silicon nitride, etc. are used for a ceramic substrate, but these thermal expansion coefficients differ from the thermal expansion coefficient of the copper plate material which comprises a copper plate. For this reason, there is a tendency that a large deformation occurs in the entire insulating substrate due to a difference in the coefficient of thermal expansion during heat generation of the semiconductor device. In addition, in the ceramic substrate and the copper plate, since the copper plate has a higher coefficient of thermal expansion, when heat treatment is performed, tensile stress is applied to the ceramic substrate and compressive stress is applied to the copper plate. Due to this, a high strain is applied to the entire insulating substrate, and the insulating substrate is deformed by thermal expansion to change the dimensions, and the ceramic substrate and the copper plate are easily peeled off. Accordingly, there is a need for an insulating substrate that is not deformed as much as possible even when heated.

또한, 구리판에 사용되는 고순도의 구리는, 접합 시의 700℃ 이상의 고온에서는 결정립이 크게 성장하여 조직이 균질하지 못하게 되며 또한, 연신율이나 인장 강도도 저하된다. 이로 인해 본딩성이 저하되고 또 변형이 일어났을 때 입계 파괴의 기점이 되는 것과 같은 문제가 있다. 따라서 절연 기판을 구성하는 고순도의 구리를 이용하여 구리판의 인장 강도 및 연신율을 향상시키면서도 결정립을 적절하게 미세화함으로써, 열팽창에 의한 변형에 따른 부하에 대한 저항력을 증대시키고 입계 파괴를 방지하며, 본딩성이 향상되는 것을 기대할 수 있다.In addition, in high-purity copper used for a copper plate, crystal grains grow large at a high temperature of 700° C. or more during bonding, so that the structure is not homogeneous, and the elongation and tensile strength are also reduced. For this reason, there is a problem in that the bonding property is lowered, and when deformation occurs, it becomes a starting point of grain boundary fracture. Therefore, by using high-purity copper constituting the insulating substrate, the tensile strength and elongation of the copper plate are improved while the crystal grains are appropriately refined, thereby increasing the resistance to the load caused by deformation due to thermal expansion, preventing intergranular breakage, and bonding properties. improvement can be expected.

예를 들어 특허문헌 1에는, 방열 기판에 사용되는 순구리판으로 순도 99.90mass% 이상의 순구리로 구성되며, X선 회절 강도의 비율을 특정한 순구리판이 개시되어 있다. 순구리판을 구성하는 무산소 구리에 있어서, 100㎛ 이하의 결정 입경, X선 회절 강도의 비율을 규정함으로써 순구리판의 에칭성이 향상된다.For example, in Patent Document 1, a pure copper plate used for a heat dissipation substrate is made of pure copper with a purity of 99.90 mass% or more, and a pure copper plate with a specific ratio of X-ray diffraction intensity is disclosed. Oxygen-free copper which comprises a pure copper plate WHEREIN: The etching property of a pure copper plate improves by prescribing|regulating the ratio of the crystal grain diameter of 100 micrometers or less, and X-ray-diffraction intensity.

또한, 특허문헌 2에는 방열용 전자 부품 및 대전류용 전자 부품 등에 적합한 구리 합금판으로, 인장 강도가 350MPa 이상이며 소정 위치의 결정 방위의 집적도를 제어한 구리 합금판이 개시되어 있다. 소정 위치의 결정 방위의 집적도를 제어함으로써, 구리 합금판의 반복 굽힘 가공성 등이 향상된다.In addition, Patent Document 2 discloses a copper alloy plate suitable for heat dissipation electronic components and large current electronic components, the copper alloy sheet having a tensile strength of 350 MPa or more and controlling the degree of integration of the crystal orientation at a predetermined position. By controlling the degree of integration of the crystal orientation of a predetermined position, the repetitive bending workability of a copper alloy plate, etc. improve.

특허문헌 1: 특개 2014-189817호 공보Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-189817 특허문헌 2: 특허 제 5,475,914호 공보Patent Document 2: Patent No. 5,475,914 Publication

그러나 특허문헌 1에 개시된 순구리판은 에칭에 의해 표면에 요철이 발생하기 어렵기 때문에 다른 부재와의 밀착성이 우수하나, 고온에서 다른 부재와 접합하는 것에 대해서는 전혀 검토하고 있지 않다. 또한, 특허문헌 2에 개시된 구리 합금판은 내열성에 대해 검토하고 있으나, 200℃에서 30분간 열처리에 의한 내열성만 고려하였다. 또한, 특허문헌 2에 개시된 구리 합금판은 인장 강도가 350MPa 이상으로, 절연 기판에 사용되는 구리판재로 적합한 150 ~ 330MPa의 범위에 대응하지 않는다. 또한, 특허문헌 1과 2 모두에서 구리판을 절연 기판에 접합한 후의 결함에 대해서는 어떠한 언급도 하고 있지 않다. 그러므로 반도체 소자가 발열했을 때, 구리판재와 세라믹 기판의 열팽창 계수의 차이로 인해 생기는 절연 기판의 변형, 세라믹 기판과 구리판의 박리 문제, 이들을 700℃ 이상의 고온에서 접합할 때 생기는 결정립 성장으로 인한 조직의 불균질화, 본딩성의 저하 문제에 대해서는 여전히 해결되지 않았다.However, since the pure copper plate disclosed in Patent Document 1 is difficult to generate irregularities on the surface by etching, it has excellent adhesion to other members, but bonding to other members at high temperature is not studied at all. In addition, although the copper alloy plate disclosed in patent document 2 is examining heat resistance, only the heat resistance by heat processing at 200 degreeC for 30 minute(s) was considered. Moreover, the copper alloy plate disclosed in patent document 2 has a tensile strength of 350 MPa or more, and does not correspond to the range of 150-330 MPa suitable as a copper plate material used for an insulated substrate. In addition, in both patent documents 1 and 2, no mention is made about the defect after bonding a copper plate to an insulated substrate. Therefore, when the semiconductor element heats up, deformation of the insulating substrate caused by the difference in thermal expansion coefficient between the copper plate material and the ceramic substrate, the problem of separation of the ceramic substrate and the copper plate, Problems of inhomogeneity and lowering of bonding properties are still unresolved.

상기 사정을 감안하여 본 발명의 목적은 내열 특성이 우수하면서도 또한, 미세한 결정립을 갖는 구리판재를 구비한 절연 기판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.In view of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide an insulating substrate having a copper plate material having excellent heat resistance and fine crystal grains, and a method for manufacturing the same.

[1] 세라믹 기판과, 상기 세라믹 기판의 한 면에 형성된 제 1 구리판재와, 상기 세라믹 기판의 다른 면에 형성된 제 2 구리판재가 접합된 절연 기판에 있어서,[1] An insulating substrate in which a ceramic substrate, a first copper plate formed on one surface of the ceramic substrate, and a second copper plate formed on the other surface of the ceramic substrate are bonded;

상기 제 1 및 제 2 구리판재는, Al, Be, Cd, Mg, Pb, Ni, P, Sn 및 Cr 중에서 선택된 금속 성분의 합계 함유량이 0.1 ~ 2.0ppm, 구리의 함유량이 99.96mass% 이상인 조성을 가지며, 또한, 상기 제 1 및 제 2 구리판재 표면의 EBSD에 의한 집합 조직 분석을 통해 얻어진 결정 방위 분포 함수를 오일러 각(φ1, Φ, φ2)으로 나타낼 때, φ1 = 75°~ 90°, Φ = 20°~ 40°, φ2 = 35°의 범위에서의 방위 밀도의 평균값이 0.1 이상 15.0 미만이고, φ1 = 20°~ 40°, Φ = 55°~ 75°, φ2 = 20°의 범위에서의 방위 밀도의 평균값이 0.1 이상 15.0 미만인 압연 집합 조직을 가지며, 또한The first and second copper plate materials have a composition in which the total content of metal components selected from Al, Be, Cd, Mg, Pb, Ni, P, Sn and Cr is 0.1 to 2.0 ppm, and the copper content is 99.96 mass% or more. , In addition, when the crystal orientation distribution function obtained through the texture analysis by EBSD of the surfaces of the first and second copper plate materials is expressed as Euler angles (φ1, Φ, φ2), φ1 = 75° to 90°, Φ = The average value of the azimuth density in the range of 20° to 40°, φ2 = 35° is 0.1 or more and less than 15.0, and the orientation in the range of φ1 = 20° to 40°, Φ = 55° to 75°, and φ2 = 20° It has a rolled texture having an average density of 0.1 or more and less than 15.0, and

상기 제 1 및 제 2 구리판재의 평균 결정 입경이 50㎛ 이상 400㎛ 이하인, 절연 기판.The insulated substrate of which the average grain size of the said 1st and 2nd copper plate material is 50 micrometers or more and 400 micrometers or less.

[2] [1]에 있어서,[2] The method of [1],

상기 제 1 및 제 2 구리판재의 평균 결정 입경이 100㎛보다 크며 400㎛ 이하인, 절연 기판.An average grain size of the first and second copper plates is greater than 100 µm and less than or equal to 400 µm, an insulating substrate.

[3] [1] 또는 [2]에 있어서,[3] The method of [1] or [2],

상기 세라믹 기판은, 질화 알루미늄, 질화 규소, 알루미나 및 알루미나와 지르코니아의 화합물 중 적어도 1종을 포함하는 세라믹 재료를 이용하여 형성된, 절연 기판.The said ceramic substrate is an insulating substrate formed using the ceramic material containing at least 1 sort(s) of aluminum nitride, silicon nitride, alumina, and the compound of alumina and zirconia.

[4] [1] 내지 [3] 중 어느 하나에 있어서,[4] The method according to any one of [1] to [3],

상기 제 1 및 제 2 구리판재의 인장 강도는 210MPa 이상 250MPa 이하인, 절연 기판.The first and second copper plate materials have a tensile strength of 210 MPa or more and 250 MPa or less, insulated substrate.

[5] [1] 내지 [4] 중 어느 하나에 있어서,[5] The method according to any one of [1] to [4],

상기 제 1 및 제 2 구리판재의 연신율이 25% 이상 50% 미만인, 절연 기판.Elongation of the first and second copper plate materials is 25% or more and less than 50%, the insulating substrate.

[6] [1] 내지 [5] 중 어느 하나에 있어서,[6] The method according to any one of [1] to [5],

상기 제 1 및 제 2 구리판재의 전도율이 95% IACS 이상인, 절연 기판.The insulated substrate, wherein the conductivity of the first and second copper plate material is 95% IACS or more.

[7] [1] 내지 [6] 중 어느 하나에 기재된 절연 기판의 제조 방법에 있어서,[7] In the method for manufacturing an insulating substrate according to any one of [1] to [6],

상기 제 1 구리판재의 재료인 제 1 피압연재 및 상기 제 2 구리판재의 재료인 제 2 피압연재에 대해, 승온 속도 10℃/초 ~ 50℃/초, 도달 온도 250℃ ~ 600℃, 유지 시간 10초 ~ 3,600초, 냉각 속도 10℃/초 ~ 50℃/초의 조건에서 어닐링 처리를 실시하는 어닐링 공정과,With respect to the 1st to-be-rolled material which is the material of the said 1st copper plate material, and the 2nd to-be-rolled material which is the material of the said 2nd copper plate material, the temperature increase rate of 10 degreeC/sec - 50 degreeC/sec, the attained temperature 250 degreeC - 600 degreeC, holding time An annealing process of performing annealing treatment under the conditions of 10 seconds to 3,600 seconds and a cooling rate of 10 ° C./sec to 50 ° C./sec;

상기 어닐링 공정 후, 상기 제 1 피압연재와 상기 제 2 피압연재의 총 가공률이 10 ~ 65%인 냉간 압연을 실시하는 냉간 압연 공정과,After the annealing process, a cold rolling process of performing cold rolling in which the total working ratio of the first rolled material and the second to-be-rolled material is 10 to 65%;

상기 냉간 압연 공정 후, 상기 세라믹 기판의 한 면에는 상기 제 1 피압연재를, 상기 세라믹 기판의 다른 면에는 상기 제 2 피압연재를 경납땜 재료로 각각 접합하여, 상기 제 1 구리판재와 상기 제 2 구리판재가 각각 접합된 절연 기판을 형성하는 접합 공정을 포함하며,After the cold rolling process, the first to-be-rolled material is bonded to one side of the ceramic substrate and the second to-be-rolled material is bonded to the other side of the ceramic substrate with a brazing material, respectively, and the first copper plate material and the second A bonding process of forming an insulating substrate to which copper plate materials are respectively bonded;

상기 접합 공정은, 승온 속도 10℃/초 ~ 100℃/초, 도달 온도 400℃ ~ 600℃, 유지 시간 10초 ~ 300초의 조건에서 열처리를 하는 제 1 가열 처리와, 승온 속도 10℃/초 ~ 100℃/초, 도달 온도 750℃ ~ 850℃, 유지 시간 100초 ~ 7,200초의 조건에서 열처리를 하는 제 2 가열 처리로 구성되는, 절연 기판의 제조 방법.The bonding step includes a first heat treatment in which heat treatment is performed under the conditions of a temperature increase rate of 10° C./sec. to 100° C./sec., an attained temperature of 400° C. to 600° C., and a holding time of 10 seconds to 300 seconds, and a temperature increase rate of 10° C./sec. The manufacturing method of the insulated substrate comprised with the 2nd heat processing which heat-processes under the conditions of 100 degreeC/sec, 750 degreeC - 850 degreeC reached, and holding time 100 second - 7,200 second.

본 발명에 따르면 세라믹 기판과, 상기 세라믹 기판의 한 면에 형성된 제 1 구리판재와, 상기 세라믹 기판의 다른 면에 형성된 제 2 구리판재가 접합된 절연 기판에서, 상기 제 1 및 제 2 구리판재는 Al, Be, Cd, Mg, Pb, Ni, P, Sn 및 Cr 중에서 선택된 금속 성분의 합계 함유량이 0.1 ~ 2.0ppm, 구리의 함유량이 99.96mass% 이상인 조성을 가지며, 또한, 상기 제 1 및 제 2 구리판재 표면의 EBSD에 의한 집합 조직 분석을 통해 얻어진 결정 방위 분포 함수를 오일러 각(φ1 , Φ, φ2)으로 나타낼 때, φ1 = 75°~ 90°, Φ = 20°~ 40°, φ2 = 35°의 범위에서의 방위 밀도의 평균값이 0.1 이상 15.0 미만이고, φ1 = 20°~ 40°, Φ = 55°~ 75°, φ2 = 20°의 범위에서의 방위 밀도의 평균값이 0.1 이상 15.0 미만인 압연 집합 조직을 가지며, 또한, 상기 제 1 및 제 2 구리판재의 평균 결정 입경이 50㎛ 이상 400㎛ 이하임으로써 내열 특성이 우수한 절연 기판을 얻을 수 있다.According to the present invention, in an insulating substrate in which a ceramic substrate, a first copper plate formed on one surface of the ceramic substrate, and a second copper plate formed on the other surface of the ceramic substrate are bonded, the first and second copper plates include Al, Be, Cd, Mg, Pb, Ni, P, Sn and Cr has a composition in which the total content of the metal components selected from 0.1 to 2.0 ppm and the copper content is 99.96 mass% or more, and the first and second copper When the crystal orientation distribution function obtained through the texture analysis by EBSD of the plate surface is expressed as Euler angles (φ1 , Φ, φ2), φ1 = 75°~ 90°, Φ = 20°~ 40°, φ2 = 35° A rolled set having an average value of azimuth density in the range of 0.1 or more and less than 15.0, φ1 = 20° to 40°, Φ = 55° to 75°, and φ2 = 20° average value of orientation density in the range of 0.1 or more and less than 15.0 It has a structure, and when the average crystal grain diameters of the said 1st and 2nd copper plate materials are 50 micrometers or more and 400 micrometers or less, the insulation board|substrate excellent in heat resistance characteristic can be obtained.

또 본 발명에 따르면, 제 1 및 제 2 구리판재가 우수한 내열 특성을 나타내므로 절연 기판 전체의 부하 응력이 감소하고, 열팽창에 의한 부하에 대한 저항력이 증가한다. 이로 인해 제 1 및 제 2 구리판재와 세라믹 기판의 열팽창 계수의 차이로 인해 발생되는 절연 기판의 변형을 억제할 수 있으며, 나아가 세라믹 기판과 제 1 및 제 2 구리판재의 박리, 즉 본딩성 저하를 억제할 수 있다.Further, according to the present invention, since the first and second copper plate materials exhibit excellent heat resistance characteristics, the load stress of the entire insulating substrate is reduced, and the resistance to the load due to thermal expansion is increased. Accordingly, it is possible to suppress the deformation of the insulating substrate caused by the difference in the coefficient of thermal expansion between the first and second copper plates and the ceramic substrate, and furthermore, it is possible to reduce the separation of the ceramic substrate and the first and second copper plates, that is, decrease the bonding property. can be suppressed

도 1은 본 발명의 절연 기판에 사용되는 구리판재 표면의 압연 집합 조직을 EBSD로 측정하고 ODF로 분석한 결과의 일례를 나타낸 결정 방위 분포도이다. 도 1(A)는 φ2 = 20°의 결정 방위 분포도이고, 도 1(B)는 φ2 = 35°의 결정 방위 분포도이다.1 is a crystal orientation distribution diagram showing an example of the result of measuring the rolled texture of the surface of the copper plate material used for the insulating substrate of the present invention by EBSD and analysis by ODF. Fig. 1(A) is a crystal orientation distribution diagram of φ2 = 20°, and Fig. 1(B) is a crystal orientation distribution diagram of φ2 = 35°.

아래에서 본 발명의 절연 기판에 대한 상세 내용과 실시예에 대해 설명한다. 덧붙여 아래에서 「 ~ 」를 이용하여 표현된 수치 범위는 「 ~ 」의 전후에 기재되는 수치를 하한값 및 상한값으로 포함하는 범위를 의미한다.Hereinafter, details and embodiments of the insulating substrate of the present invention will be described. In addition, the numerical range expressed using “ ~ ” below means a range including the numerical values before and after “ ~ ” as the lower limit and upper limit.

<절연 기판><Insulation substrate>

본 발명의 절연 기판은, 세라믹 기판과, 상기 세라믹 기판의 한 면에 형성된 제 1 구리판재와, 상기 세라믹 기판의 다른 면에 형성된 제 2 구리판재가 접합된다. 즉, 절연 기판은 제 1 구리판재와 제 2 구리판재의 사이에 세라믹 기판이 배치되며, 제 1 구리판재와 세라믹 기판과 제 2 구리판재가 이 순서로 각각 압연 접합된 적층 구조를 가진다. 제 1 구리판재와 세라믹 기판, 세라믹 기판과 제 2 구리판재는 서로 접합된 층 구조이면 된다. 제 1 구리판재와 세라믹 기판, 세라믹 기판과 제 2 구리판재는 예를 들어, 경납땜 재료, 접착제, 납땜 등으로 접합될 수 있으며, 그 중에서도 경납땜 재료를 통해 접합되는 것이 바람직하다. 또한, 절연 기판의 두께는 사용 상황에 따라 적절하게 선택할 수 있는데, 예를 들면 0.3mm ~ 10.0mm인 것이 바람직하고, 0.8mm ~ 5.0mm인 것이 더욱 바람직하다. 덧붙여 특별히 언급하지 않는 한 편의상 제 1 급 구리판재 및 제 2 구리판재를 다음에서 단순히 ‘구리판재’라고 할 수도 있다.In the insulating substrate of the present invention, a ceramic substrate, a first copper plate formed on one surface of the ceramic substrate, and a second copper plate formed on the other surface of the ceramic substrate are joined. That is, the insulating substrate has a laminate structure in which a ceramic substrate is disposed between a first copper plate and a second copper plate, and the first copper plate, the ceramic substrate, and the second copper plate are rolled and bonded in this order, respectively. The first copper plate material and the ceramic substrate, and the ceramic substrate and the second copper plate material may have a layer structure bonded to each other. The first copper plate and the ceramic substrate, and the ceramic substrate and the second copper plate may be joined by, for example, a brazing material, an adhesive, soldering, etc., and among them, joining via a brazing material is preferable. In addition, the thickness of the insulating substrate can be appropriately selected depending on the use situation, for example, it is preferably 0.3 mm to 10.0 mm, more preferably 0.8 mm to 5.0 mm. In addition, unless otherwise specified, for convenience, the first grade copper plate and the second copper plate may be simply referred to as 'copper plate' in the following.

[세라믹 기판][Ceramic Substrate]

본 발명의 절연 기판에 사용되는 세라믹 기판은, 높은 절연성을 갖춘 세라믹 재료로 형성되어 있으면 따로 한정하지 않는다. 이러한 세라믹 기판은 예를 들어, 질화 알루미늄, 질화 규소, 알루미나 및 알루미나와 지르코니아 화합물의 적어도 1종을 주성분으로 하는 세라믹 재료를 사용하여 형성되는 것이 바람직하다. 세라믹 기판의 두께에 대해서는 따로 한정하지는 않으나, 예를 들면, 0.05mm ~ 2.0mm인 것이 바람직하며, 0.2mm ~ 1.0mm인 것이 더욱 바람직하다.The ceramic substrate used for the insulating substrate of this invention will not specifically limit, if it is formed from the ceramic material with high insulation. Such a ceramic substrate is preferably formed using, for example, aluminum nitride, silicon nitride, alumina, and a ceramic material mainly composed of at least one of an alumina and a zirconia compound. The thickness of the ceramic substrate is not particularly limited, but, for example, is preferably 0.05 mm to 2.0 mm, and more preferably 0.2 mm to 1.0 mm.

[구리판재][Copper plate]

일반적으로 구리판재란 (가공 전이며 소정의 조성을 갖는) 구리 소재가 소정의 형상(예를 들면, 판, 띠, 포일, 봉, 선 등)으로 가공된 재료를 의미한다. 그 중에서 ‘판재’란, 특정 두께를 가지며 형상적으로 안정되어 있고, 또 면 방향으로 확산되어 있는 재료를 가리키며, 넓은 의미로는 띠 모양 재료를 포함한다. 본 발명에서 ‘구리판재’는 소정의 조성을 갖는 구리로 형성된 해당 ‘판재’를 의미한다.In general, a copper plate material refers to a material in which a copper material (before processing and having a predetermined composition) is processed into a predetermined shape (eg, plate, strip, foil, rod, wire, etc.). Among them, “plate material” refers to a material that has a specific thickness, is stable in shape, and is diffused in the plane direction, and includes a strip-shaped material in a broad sense. In the present invention, a 'copper plate' means a corresponding 'plate' formed of copper having a predetermined composition.

[구리판재의 성분 조성][Component composition of copper plate material]

본 발명의 절연 기판에는 구리 함유량이 99.96mass% 이상인 구리판재, 바람직하게는 99.99mass% 이상인 구리판재를 사용한다. 구리 함유량이 99.96mass% 미만이면, 열전도율이 저하되어 원하는 방열성을 얻을 수 없다. 또한, 상기 구리판재는 Al, Be, Cd, Mg, Pb, Ni, P, Sn 및 Cr 중에서 선택된 금속 성분의 합계 함유량이 0.1ppm ~ 2.0ppm인 것이다. 이들 금속 성분의 합계 함유량의 하한값에 대해서는 따로 한정하지 않으나, 불가피한 불순물을 고려하여 0.1ppm으로 설정하였다. 한편, 이들 금속 성분의 합계 함유량이 2.0ppm을 초과하면 원하는 방위 밀도를 얻을 수 없다. 따라서 절연 기판에 가해지는 열팽창에 의한 부하에 대한 저항력이 증대되는 효과를 얻을 수 없어, 절연 기판이 변형되거나 세라믹 기판과 구리판재가 박리되어 버리는 것과 같은 경우가 생긴다. 또한, 상기 구리판재에는 구리와, Al, Be, Cd, Mg, Pb, Ni, P, Sn 및 Cr 중에서 선택된 금속 성분 이외에, 나머지 부분으로서 불가피한 불순물이 포함될 수도 있다. 불가피한 불순물은 제조 공정 상 불가피하게 포함될 수 있는 함유 수준의 불순물을 의미한다. 제 1 구리판재의 성분 조성과 제 2 구리판재의 성분 조성은 같을 수도 있고 다를 수도 있으나, 제조 효율의 관점에서 이들은 동일한 것이 좋다.For the insulating substrate of the present invention, a copper plate material having a copper content of 99.96 mass% or more, preferably a copper plate material of 99.99 mass% or more is used. When copper content is less than 99.96 mass %, thermal conductivity falls and desired heat dissipation cannot be acquired. In addition, in the copper plate material, the total content of a metal component selected from Al, Be, Cd, Mg, Pb, Ni, P, Sn and Cr is 0.1 ppm to 2.0 ppm. Although it does not specifically limit about the lower limit of the total content of these metal components, In consideration of unavoidable impurities, it was set to 0.1 ppm. On the other hand, when the total content of these metal components exceeds 2.0 ppm, the desired orientation density cannot be obtained. Therefore, the effect of increasing the resistance to the load due to thermal expansion applied to the insulating substrate cannot be obtained, so that the insulating substrate is deformed or the ceramic substrate and the copper plate are peeled off. In addition, in addition to copper and a metal component selected from Al, Be, Cd, Mg, Pb, Ni, P, Sn, and Cr, the copper plate material may contain unavoidable impurities as the remainder. The unavoidable impurity means an impurity at a content level that may be unavoidably included in the manufacturing process. The component composition of the first copper sheet and the component composition of the second copper sheet may be the same or different, but they are preferably the same from the viewpoint of manufacturing efficiency.

구리판재의 상기 금속 성분의 정량 분석에는 GDMS법을 이용할 수 있다. GDMS법이란 Glow Discharge Mass Spectrometry의 약자로, 고체 시료를 음극으로 하여 글로우 방전을 이용하여 시료 표면을 스퍼터링하고, 방출된 중성 입자를 플라즈마 내부의 Ar이나 전자와 충돌시킴으로써 이온화시켜, 질량 분석기에서 이온 수를 측정하여 금속에 포함된 극미량 원소의 비율을 분석하는 기술이다.GDMS method can be used for quantitative analysis of the said metal component of a copper plate material. GDMS method is an abbreviation of Glow Discharge Mass Spectrometry. Using a solid sample as a cathode, sputtering the sample surface using glow discharge, and ionizing the emitted neutral particles by colliding with Ar or electrons inside the plasma. It is a technology to analyze the ratio of trace elements contained in metals by measuring

[압연 집합 조직][Rolled aggregate organization]

본 발명의 절연 기판에 사용되는 구리판재는, 이 구리판재 표면의 EBSD에 의한 집합 조직 분석을 통해 얻어진 결정 방위 분포 함수(ODF : crystal orientation distribution function)를 오일러 각(φ1, Φ, φ2)으로 나타낼 때, φ1 = 75°~ 90°, Φ = 20°~ 40°, φ2 = 35°의 범위에서의 방위 밀도의 평균값이 0.1 이상 15.0 미만이고, 또한, φ1 = 20°~ 40°, Φ = 55°~ 75°, φ2 = 20°의 범위에서의 방위 밀도의 평균값이 0.1 이상 15.0 미만인 압연 집합 조직을 가진다. 오일러 각(φ1, Φ, φ2)은, 압연 방향을 RD 방향, RD 방향에 대해 직교하는 방향(판 폭 방향)을 TD 방향, 압연면(RD면)에 수직인 방향을 ND 방향으로 하여, RD 방향을 축으로 한 방위 회전을 Φ, ND 방향을 축으로 한 방위 회전을 φ1, TD 방향을 축으로 한 방위 회전을 φ2로 표현했다. 방위 밀도는 집합 조직에서 결정 방위의 존재 비율 및 분산 상태를 정량적으로 분석할 때 사용되는 매개 변수로, EBSD 및 X선 회절을 하여, (100), (110), (112) 등의 세 종류 이상의 정극점도의 측정 데이터를 기반으로, 급수 전개법에 의한 결정 방위 분포 분석법에 의해 산출된다. EBSD에 의한 집합 조직 분석을 통해 얻어지는 φ2를 소정의 각도로 고정한 결정 방위 분포도에서, RD면 내에서의 방위 밀도 분포가 표시된다. 제 1 구리판재가 갖는 압연 집합 조직과 제 2 구리판재가 갖는 압연 집합 조직은 같을 수도 있고 다를 수도 있지만, 제조 효율의 관점에서 이들은 동일한 것이 좋다.The copper plate material used for the insulating substrate of the present invention represents a crystal orientation distribution function (ODF) obtained through texture analysis by EBSD of the surface of the copper plate material as Euler angles (φ1, Φ, φ2). When φ1 = 75° to 90°, φ = 20° to 40°, and φ2 = 35°, the average value of the azimuth density is 0.1 or more and less than 15.0, and φ1 = 20° to 40°, Φ = 55 The average values of the orientation densities in the range of ° to 75 ° and phi 2 = 20 ° have a rolling texture of 0.1 or more and less than 15.0. Euler angles (φ1, Φ, φ2) are the RD direction for the rolling direction, the direction perpendicular to the RD direction (plate width direction) as the TD direction, and the direction perpendicular to the rolling surface (RD surface) as the ND direction, RD The azimuth rotation with the direction as the axis is expressed as φ, the azimuth rotation with the ND direction as the axis is expressed as ϕ1, and the azimuth rotation with the TD direction as the axis is expressed as ϕ2. Orientation density is a parameter used to quantitatively analyze the abundance ratio and dispersion state of crystal orientations in a texture, and by performing EBSD and X-ray diffraction, three or more types of (100), (110), (112), etc. Based on the measurement data of positive pole viscosity, it is calculated by the crystal orientation distribution analysis method by the series expansion method. In the crystal orientation distribution diagram in which phi 2 obtained through texture analysis by EBSD is fixed at a predetermined angle, the orientation density distribution within the RD plane is displayed. Although the rolled texture which the 1st copper plate material has and the rolled texture which the 2nd copper plate material has may be same or different, it is good that they are the same from a viewpoint of manufacturing efficiency.

EBSD 법이란, Electron BackScatter Diffraction의 약자로, 주사 전자 현미경(SEM) 내에서 시료에 전자선을 조사했을 때 생기는 반사 전자를 이용하는 결정 방위 분석 기술이다. EBSD에 의한 분석 시 측정 면적 및 스캔 단계는, 시료의 결정립의 크기에 따라 결정할 수 있다. 측정 후 결정립의 분석에는 예를 들면 TSL사의 해석 소프트웨어 OIM Analysis(상품명)를 이용할 수 있다. EBSD에 의한 결정립의 분석을 통해 얻은 정보는, 전자선이 시료에 침입하는 수십 나노미터의 깊이까지의 정보를 포함한다. 두께 방향의 측정 개소는 시료 표면으로부터 판 두께의 1/8배 ~ 1/2배의 위치 부근으로 설정하는 것이 바람직하다.EBSD method is an abbreviation of Electron BackScatter Diffraction, and is a crystal orientation analysis technique using reflected electrons generated when a sample is irradiated with an electron beam in a scanning electron microscope (SEM). In the analysis by EBSD, the measurement area and the scanning step may be determined according to the size of the grains of the sample. For analysis of crystal grains after measurement, for example, TSL's analysis software OIM Analysis (trade name) can be used. The information obtained through the analysis of grains by EBSD includes information up to a depth of several tens of nanometers at which an electron beam penetrates the sample. The measurement point in the thickness direction is preferably set in the vicinity of a position from the sample surface to 1/8 times to 1/2 times the plate thickness.

도 1은 본 발명의 절연 기판에 사용되는 구리 재료 표면의 압연 집합 조직을 EBSD로 측정하고 ODF로 분석한 결과의 일례를 나타내는 결정 방위 분포도이다. 도 1(A)는 φ2 = 20°의 결정 방위 분포도이며, 도 1(B)는 φ2 = 35°의 결정 방위 분포도이다. 결정 방위 분포도에서는, 결정 방위 분포가 임의인 상태를 방위 밀도 1이라고 했을 때 그에 대해 몇 배 집적되었는지를 등고선으로 표시했다. 도 1에서 흰 부분은 방위 밀도가 높은 것을 나타내고, 검은 부분은 방위 밀도가 낮은 것을 나타내며, 그 이외의 부분은 흰색에 가까울수록 방위 밀도가 높은 것을 나타낸다. 본 발명에서는, 도 1(A)에서 점선으로 둘러싸인 영역(φ1 = 20° ~ 40°, Φ = 55° ~ 75°, φ2 = 20°)의 방위 밀도의 평균값이 15 미만이고, 도 1(B)에서 점선으로 둘러싸인 영역(φ1 = 75° ~ 90°, Φ = 20° ~ 40°, φ2 = 35°)의 방위 밀도의 평균값이 15 미만인 압연 집합 조직을 가진다. 도 1(A)에서는 전자의 방위 밀도의 평균값이 8이며, 도 1(B)에서는 후자의 방위 밀도의 평균값이 4인 결정 방위 분포도를 나타낸다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a crystal orientation distribution diagram which shows an example of the result of measuring the rolling texture of the surface of the copper material used for the insulating substrate of this invention by EBSD, and analyzing it by ODF. Fig. 1(A) is a crystal orientation distribution diagram of φ2 = 20°, and Fig. 1(B) is a crystal orientation distribution diagram of φ2 = 35°. In the crystal orientation distribution map, when a state in which the crystal orientation distribution is arbitrary is assumed to be an orientation density of 1, the number of times the crystal orientation distribution is accumulated is indicated by contour lines. In FIG. 1 , a white portion indicates a high azimuth density, a black portion indicates a low azimuth density, and portions other than that indicate a higher azimuth density as it is closer to white. In the present invention, the average value of the azimuth density of the region enclosed by the dotted line in FIG. ) has a rolled texture having an average value of azimuthal density of less than 15 in the area enclosed by the dotted line (φ1 = 75° to 90°, Φ = 20° to 40°, φ2 = 35°). In Fig. 1(A), the average value of the former azimuth density is 8, and in Fig. 1(B) , the crystal orientation distribution diagram in which the average value of the latter azimuth density is 4 is shown.

본 발명에서 절연 기판에 사용되는 구리판재는 EBSD에 의한 집합 조직 분석을 통해 얻어진 결정 방위 분포 함수에서 φ1 = 75°~ 90°, Φ = 20°~ 40°, φ2 = 35°의 범위에서의 방위 밀도의 평균값이 0.1 이상 15.0 미만이고, 또한, φ1 = 20°~ 40°, Φ = 55°~ 75°, φ2 = 20°의 범위에서의 방위 밀도의 평균값이 0 0.1 이상 15.0 미만인 압연 집합 조직을 가진다. 이처럼 방위 밀도를 적절하게 제어함으로써 상기 구리판재는 고온(예를 들면 700℃ 이상)에서의 열처리 시 결정립의 성장이 억제되어 내열 특성이 뛰어난 효과를 발휘한다. φ1 = 75°~ 90°, Φ = 20°~ 40°, φ2 = 35°의 범위에서의 방위 밀도의 평균값이 15.0 이상인 경우에는 결정 방위를 충분히 제어하지 못하기 때문에 고온(예를 들면 700℃ 이상)에서의 열처리 시 결정립의 성장을 억제할 수 없어 내열 특성이 떨어지게 된다. 따라서 절연 기판에 가해지는 열팽창에 의한 부하에 대한 저항력이 증대하여, 절연 기판의 변형되거나 세라믹 기판과 구리판재가 박리되는 경우가 생긴다. 또한, φ1 = 20°~ 40°, Φ = 55°~ 75°, φ2 = 20°의 범위에서의 방위 밀도의 평균값이 15.0 이상인 경우에도 마찬가지로, 결정 방위를 충분히 제어하지 못하기 때문에 내열 특성이 떨어지게 된다. 따라서 절연 기판에 가해지는 열팽창에 의한 부하에 대한 저항력이 증대하여, 절연 기판이 변형되거나 세라믹 기판과 구리판재가 박리되는 경우가 생긴다. 덧붙여 φ1 = 75°~ 90°, Φ = 20°~ 40°, φ2 = 35°의 범위에서의 방위 밀도의 평균값, φ1 = 20°~ 40°, Φ = 55°~ 75°, φ2 = 20°의 범위에서의 방위 밀도의 평균값 각각의 하한값인 0.1은, EBSD에 의한 집합 조직 분석에서 분석할 수 있는 방위 밀도의 최소값으로 규정하였다.The copper plate material used for the insulating substrate in the present invention has an orientation in the range of φ1 = 75° to 90°, Φ = 20° to 40°, and φ2 = 35° in the crystal orientation distribution function obtained through texture analysis by EBSD. The average value of the density is 0.1 or more and less than 15.0, and the average value of the orientation density in the range of φ1 = 20 ° to 40 °, Φ = 55 ° to 75 °, and φ2 = 20 ° is 0 0.1 or more and less than 15.0 Rolled texture have As such, by appropriately controlling the orientation density, the copper plate material exhibits excellent heat resistance properties by suppressing the growth of crystal grains during heat treatment at high temperatures (eg, 700° C. or higher). When the average value of the orientation density in the range of φ1 = 75° to 90°, Φ = 20° to 40°, and φ2 = 35° is 15.0 or more, the crystal orientation cannot be sufficiently controlled, so the ), the growth of crystal grains cannot be suppressed during heat treatment, resulting in poor heat resistance. Accordingly, resistance to a load due to thermal expansion applied to the insulating substrate increases, and thus the insulating substrate may be deformed or the ceramic substrate and the copper plate may be peeled off. In addition, even when the average value of the orientation density in the ranges of φ1 = 20° to 40°, Φ = 55° to 75°, and φ2 = 20° is 15.0 or more, similarly, the crystal orientation cannot be sufficiently controlled, so that the heat resistance property is deteriorated. do. Accordingly, resistance to a load due to thermal expansion applied to the insulating substrate increases, and thus the insulating substrate may be deformed or the ceramic substrate and the copper plate may be peeled off. Incidentally, average value of azimuth density in the range of φ1 = 75° to 90°, Φ = 20° to 40°, φ2 = 35°, φ1 = 20° to 40°, Φ = 55° to 75°, φ2 = 20° The lower limit of each of the average values of the azimuth density in the range of 0.1 was defined as the minimum value of the azimuth density that could be analyzed by the texture analysis by EBSD.

[평균 결정 입경][Average grain size]

본 발명의 절연 기판에 사용되는 구리판재의 평균 결정 입경은 50㎛ 이상 400㎛ 이하이며, 100㎛보다 크고 400㎛ 이하인 것이 바람직하다. 평균 결정 입경이 50㎛ 미만이면 결정 방위를 충분히 제어할 수 없어 내열 특성이 떨어지게 된다. 한편, 평균 결정 입경이 400㎛를 초과하면 충분한 인장 강도와 연신율을 얻지 못해 절연 기판에 가해지는 열팽창에 의한 부하에 대한 저항력이 증대하여, 절연 기판이 변형되거나 세라믹 기판과 구리판재가 박리되는 경우가 생긴다. 또 구리판재와 세라믹 기판의 계면에서, 구리판재의 결정립계가 계면과 접하는 부분에는, 결함(보이드)이 생기기 쉽다. 평균 결정 입경이 100㎛ 이하인 경우 세라믹 기판과 접촉하는 구리판재의 결정립계가 현저하게 증가하여, 접합 강도가 저하될 우려가 있다. 따라서 평균 결정 입경은 100nm보다 큰 것이 바람직하다. 덧붙여 평균 결정 입경은 구리판재의 RD면에서의 EBSD 분석을 통해 측정할 수 있는데, 예를 들어 측정 범위의 전체 결정립 입경의 평균을 평균 결정 입경으로 정의할 수 있다. 또한, 제 1 구리판재가 갖는 평균 결정 입경과 제 2 구리판재가 갖는 평균 결정 입경은 같을 수도 있고 다를 수도 있지만, 제조 효율의 관점에서 이들은 동일한 것이 좋다.The average crystal grain size of the copper plate material used for the insulating substrate of this invention is 50 micrometers or more and 400 micrometers or less, and it is larger than 100 micrometers, and it is preferable that they are 400 micrometers or less. If the average grain size is less than 50 µm, the crystal orientation cannot be sufficiently controlled, and the heat resistance properties are deteriorated. On the other hand, when the average grain size exceeds 400 μm, sufficient tensile strength and elongation cannot be obtained, and the resistance to the load due to thermal expansion applied to the insulating substrate increases, and the insulating substrate is deformed or the ceramic substrate and the copper plate are peeled off. occurs Moreover, in the interface between a copper plate material and a ceramic substrate, a defect (void) is easy to generate|occur|produce in the part where the crystal grain boundary of a copper plate material contact|connects the interface. When the average grain size is 100 μm or less, the grain boundary of the copper plate material in contact with the ceramic substrate increases remarkably, and there is a possibility that the bonding strength may be lowered. Therefore, it is preferable that the average grain size is larger than 100 nm. In addition, the average grain size can be measured through EBSD analysis on the RD surface of the copper plate material. For example, the average grain size of the entire grain size in the measurement range can be defined as the average grain size. In addition, although the average grain size of a 1st copper plate material and the average grain diameter of a 2nd copper plate material may be same or different, it is good that they are the same from a viewpoint of manufacturing efficiency.

[판의 두께][thickness of plate]

제 1 구리판재와 제 2 구리판재의 두께(판의 두께)에 대해서는 따로 한정하지는 않으나, 0.05mm ~ 7.0mm인 것이 바람직하며, 0.1mm ~ 4.0mm인 것이 더욱 바람직하다. 제 1 구리판재의 두께와 제 2 구리판재의 두께는 같을 수도 있고 다를 수도 있으나, 접합 열처리 및 히트 사이클 시험에서 각각의 구리판재의 체적이 크게 다르면 열팽창량의 차이에 의해 판이 뒤틀릴 수 있다. 따라서 절연 기판의 회로 설계에 따라 판의 두께는 각각 적절히 맞추는 것이 바람직하다.The thickness (thickness of the plate) of the first copper plate material and the second copper plate material is not particularly limited, but is preferably 0.05 mm to 7.0 mm, more preferably 0.1 mm to 4.0 mm. The thickness of the first copper plate and the thickness of the second copper plate may be the same or different, but if the volumes of each copper plate are significantly different in the bonding heat treatment and heat cycle test, the plate may be warped due to the difference in the amount of thermal expansion. Therefore, according to the circuit design of the insulated substrate, it is desirable to properly match the thickness of each plate.

[특성][characteristic]

(인장 강도)(The tensile strength)

구리판재의 인장 강도는 210MPa 이상 250MPa 이하인 것이 바람직하다. 인장 강도가 210MPa 미만이면 최근 요구되는 강도로는 충분하지 않다. 한편, 인장 강도가 250MPa를 초과하면 연신율 및 가공성이 저하되는 경향이 있다.It is preferable that the tensile strength of a copper plate material is 210 Mpa or more and 250 Mpa or less. If the tensile strength is less than 210 MPa, the strength currently required is not sufficient. On the other hand, when the tensile strength exceeds 250 MPa, the elongation and workability tend to decrease.

(연신율)(elongation)

구리판재의 연신율은 25% 이상 50% 미만인 것이 바람직하다. 연신율이 25% 미만이면, 절연 기판에 가해지는 열팽창에 의한 부하 응력에 대해, 절연 기판이 변형되거나 세라믹 기판과 구리판재가 박리되는 경우가 발생할 우려가 있다. 한편, 연신율이 50%를 초과하면 강도가 불충분한 경향이 있다.It is preferable that the elongation of a copper plate material is 25 % or more and less than 50 %. When the elongation is less than 25%, there is a fear that the insulating substrate may be deformed or the ceramic substrate and the copper plate may be peeled off with respect to the load stress due to thermal expansion applied to the insulating substrate. On the other hand, when the elongation exceeds 50%, the strength tends to be insufficient.

구리판재의 전도율은 95% IACS 이상인 것이 바람직하다. 전도율이 95% 미만이면 열전도율이 낮아져, 우수한 방열 특성을 얻을 수 없는 경향이 있다.It is preferable that the electrical conductivity of a copper plate material is 95% IACS or more. When the conductivity is less than 95%, the thermal conductivity becomes low, and there is a tendency that excellent heat dissipation properties cannot be obtained.

다음으로 본 발명에 따른 절연 기판의 제조 방법의 일례를 설명한다.Next, an example of the manufacturing method of the insulated substrate which concerns on this invention is demonstrated.

[절연 기판의 제조 방법][Method for manufacturing insulated substrate]

본 발명에 따른 절연 기판의 제조 방법은, 어닐링 공정[공정 A], 냉간 압연 공정[공정 B], 접합 공정[공정 C]을 포함한다. 이들 공정에서의 처리가 이 순서로 실시됨으로써, 제 1 구리판재, 세라믹 기판, 제 2의 구리판재가 접합된 본 발명에 따른 절연 기판을 얻을 수 있다.The manufacturing method of the insulated substrate which concerns on this invention includes an annealing process [process A], a cold rolling process [process B], and a bonding process [process C]. When the treatment in these steps is performed in this order, the insulating substrate according to the present invention in which the first copper plate material, the ceramic substrate, and the second copper plate material are joined can be obtained.

먼저, 어닐링 공정[공정 A]에서는, 상기의 성분 조성을 갖는 구리 소재로 제조한 피압연재, 즉 제 1 구리판재의 재료인 제 1 피압연재 및 제 2 구리판재의 재료인 제 2 피압연재에 대해, 승온 속도 10℃/초 ~ 50℃/초, 도달 온도 250℃ ~ 600℃, 유지 시간 10초 ~ 3,600초, 냉각 속도 10℃/초 ~ 50℃/초의 조건에서 어닐링 처리를 실시한다. 어닐링 공정[공정 A]에서, 어닐링 조건이 상기 규정 범위 밖이면, 얻어지는 구리판재의 평균 결정 입경이 거칠고 엉성하며, 결정 방위를 충분히 제어하지 못하게 되어, 절연 기판의 내열 특성이 떨어지는 경향이 있다. 예를 들어, 도달 온도가 너무 높거나 승온 속도가 너무 느리면, 결정 방위를 충분히 제어하지 못하여, φ1 = 75°~ 90°, Φ = 20°~ 40°, φ2 = 35°의 범위에서의 방위 밀도의 평균값이 현저하게 높아지는 경향이 있다. 또한, 도달 온도가 너무 낮으면 어닐링 공정에서의 뒤틀림이 완화되지 않기 때문에, 이후의 냉간 압연에 이어 접합 열처리 전의 뒤틀림도 커지게 된다. 이 때문에 압연 집합 조직은 규정 범위 내여도 재결정이 촉진되어, 결정립이 거칠고 엉성해질 우려가 있다.First, in the annealing step [Step A], the rolled material manufactured from the copper material having the above component composition, that is, the first rolled material that is the material of the first copper plate, and the second rolled material that is the material of the second copper plate, Annealing is performed under the conditions of a temperature increase rate of 10°C/sec to 50°C/sec, a reached temperature of 250°C to 600°C, a holding time of 10 seconds to 3,600 seconds, and a cooling rate of 10°C/sec to 50°C/sec. In the annealing step [Step A], if the annealing conditions are outside the above specified range, the average crystal grain size of the obtained copper sheet material is coarse and coarse, and the crystal orientation cannot be sufficiently controlled, and the heat resistance characteristics of the insulating substrate tend to be inferior. For example, if the reached temperature is too high or the temperature rise rate is too slow, the crystal orientation may not be sufficiently controlled, and the orientation density in the range of φ1 = 75° to 90°, Φ = 20° to 40°, and φ2 = 35°. tends to increase significantly. Moreover, since the distortion in an annealing process is not relieve|moderated when the reached temperature is too low, the distortion before joining heat processing following cold rolling also becomes large. For this reason, recrystallization is accelerated|stimulated even if a rolled texture is within a prescribed range, and there exists a possibility that a crystal grain may become coarse and coarse.

냉간 압연 공정[공정 B]에서는, 어닐링 공정([공정 A]) 후에 제 1 구리판재의 재료인 제 1 피압연재와 제 2 구리판재의 재료인 제 2 피압연재의 총 가공율이 10 ~ 65%인 냉간 압연을 실시한다. 냉간 압연 공정[공정 B]에서, 냉간 압연 조건이 상기 규정 범위 밖이면, 얻어지는 구리판재의 평균 결정 입경이 거칠고 엉성하며, 결정 방위를 충분히 제어하지 못하게 되어, 절연 기판의 내열 특성이 떨어지는 경향이 있다. 예를 들어, 총 가공율이 현저하게 높은 경우, 결정 방위를 충분히 제어하지 못하여, φ1 = 20°~ 40°, Φ = 55°~ 75°, φ2 = 20°의 범위에서의 방위 밀도의 평균값이 현저하게 높아지는 경향이 있다. 한편, 총 가공율이 너무 낮으면 결정립의 성장을 억제하지 못하여 결정립이 거칠고 엉성해질 우려가 있다.In the cold rolling process [Process B], after the annealing process ([Process A]), the total working ratio of the first to-be-rolled material, which is the material of the first copper plate, and the second to-be-rolled, which is the material of the second copper plate, is 10 to 65%. phosphorus cold rolling is carried out. In the cold rolling process [Process B], if the cold rolling conditions are outside the above specified range, the average grain size of the copper sheet material obtained is coarse and coarse, and the crystal orientation cannot be sufficiently controlled, and the heat resistance properties of the insulating substrate tend to be inferior. . For example, when the total machining rate is remarkably high, the crystal orientation cannot be sufficiently controlled, so that the average value of the orientation density in the ranges of φ1 = 20° to 40°, Φ = 55° to 75°, and φ2 = 20° tends to increase significantly. On the other hand, when the total processing rate is too low, the growth of crystal grains cannot be suppressed, and there is a risk that the crystal grains become coarse and coarse.

접합 공정[공정 C]은, 냉간 압연 공정([공정 B]) 후에 세라믹 기판의 한 면에는 제 1 구리판재의 재료인 제 1 피압연재를, 세라믹 기판의 다른 면에는 제 2의 구리판재의 재료인 제 2 피압연재를, 예를 들면 Ag-Cu-Ti계 등의 경납땜 재료를 통해 각각 접합하여, 제 1 구리판재와 제 2 구리판재가 각각 접합된 절연 기판을 형성한다. 접합 공정[공정 C]은, 승온 속도 10℃/초 ~ 100℃/초, 도달 온도 400℃ ~ 600℃, 유지 시간 10초 ~ 300초의 조건에서 열처리를 하는 제 1 가열 처리와, 승온 속도 10℃/초 ~ 100℃/초, 도달 온도 750℃ ~ 850℃, 유지 시간 100초 ~ 7,200초의 조건에서 열처리를 하는 제 2 가열 처리로 구성된다. 접합 공정[공정 C]에서, 접합 조건이 상기 규정의 범위 밖이면 얻어지는 구리판재의 평균 결정 입경이 거칠고 엉성해지거나 과도하게 미세해지며, 결정 방위를 충분히 제어하지 못하게 되어, 절연 기판의 내열 특성이 떨어지는 경향이 있다. 예를 들어, 제 1 가열 처리 및 제 2 가열 처리의 승온 속도가 너무 빠르면, 결정 방위를 충분히 제어하지 못하여, φ1 = 75°~ 90°, Φ = 20°~ 40°, φ2 = 35°의 범위에서의 방위 밀도의 평균값이 현저하게 높아지는 경향이 있다. 한편, 제 1 가열 처리의 도달 온도가 너무 낮으면, 압연 집합 조직은 규정 범위 내여도 냉간 압연에 의한 뒤틀림이 완화되지 않는다. 이로 인해 제 2 가열 처리에서 재결정이 뒤틀림에 의해 촉진되어 결정립이 거칠고 엉성해질 우려가 있다. 또 제 2 가열 처리의 도달 온도가 너무 높으면, 결정립의 성장을 억제하지 못하여 결정립이 거칠고 엉성해질 우려가 있다. 한편, 제 2 가열 처리의 도달 온도가 너무 낮으면, 구리판재와 세라믹 기판의 계면이 활성되지 않아 이들을 잘 접합하기 어렵다.In the bonding step [Step C], after the cold rolling step ([Step B]), a first to-be-rolled material, which is a material of a first copper plate, is applied to one side of the ceramic substrate, and a material of a second copper sheet is applied to the other side of the ceramic substrate. The phosphorus second to-be-rolled material is respectively joined via a brazing material such as Ag-Cu-Ti-based material to form an insulating substrate to which the first copper plate material and the second copper plate material are respectively joined. The bonding step [Step C] includes a first heat treatment in which heat treatment is performed under the conditions of a temperature increase rate of 10°C/sec to 100°C/sec, an attainable temperature of 400°C to 600°C, and a holding time of 10 seconds to 300 seconds, and a temperature increase rate of 10°C It consists of the 2nd heat processing which heat-processes under the conditions of /sec - 100 degreeC/sec, reached temperature 750 degreeC - 850 degreeC, and holding time of 100 second - 7,200 second. In the bonding process [Step C], if the bonding conditions are outside the range of the above regulations, the average grain size of the obtained copper sheet material becomes coarse, coarse, or excessively fine, the crystal orientation cannot be sufficiently controlled, and the heat resistance properties of the insulating substrate are deteriorated tends to For example, if the temperature increase rate of the first heat treatment and the second heat treatment is too fast, the crystal orientation cannot be sufficiently controlled, and φ1 = 75° to 90°, φ = 20° to 40°, and φ2 = 35°. The average value of the azimuth density in . On the other hand, when the attained temperature of 1st heat processing is too low, the distortion by cold rolling will not relieve|moderate the rolling texture even if it exists in a prescribed range. For this reason, in the second heat treatment, recrystallization is promoted by distortion, and there is a possibility that the grains become coarse and coarse. Moreover, when the attained temperature of 2nd heat processing is too high, there exists a possibility that the growth of a crystal grain cannot be suppressed and a crystal grain may become coarse and coarse. On the other hand, when the reached temperature of the second heat treatment is too low, the interface between the copper plate material and the ceramic substrate is not activated and it is difficult to bond them well.

[피압연재의 제조 방법][Manufacturing method of rolled material]

본 발명에 따른 절연 기판의 제조 방법에서, 어닐링 공정[공정 A]에서 사용하는 제 1 피압연재 및 제 2 피압연재는 상기의 성분 조성을 갖는 구리 소재로 제조한 피압연재라면 따로 한정되지 않는다. 이러한 피압연재는 예를 들면 다음의 공정을 거쳐 제조할 수 있다. 아래에서 본 발명에 따른 절연 기판의 어닐링 공정[공정 A]에서 사용할 수 있는 피압연재의 제조 방법의 일례를 설명한다.In the method for manufacturing an insulating substrate according to the present invention, the first and second materials to be rolled used in the annealing process [Step A] are not particularly limited as long as they are made of a copper material having the above component composition. Such a to-be-rolled material can be manufactured through the following process, for example. An example of a method of manufacturing a material to be rolled that can be used in the annealing process [process A] of the insulating substrate according to the present invention will be described below.

본 발명의 절연 기판을 구성하는 세라믹 기판에 접합되기 전의 구리판재, 즉 제 1 구리판재가 되는 제 1 피압연재 및 제 2 구리판재가 되는 제 2 피압연재(이하, 제 1 피압연재와 제 2 피압연재를 간단히 ‘피압연재’라고 하기도 함)의 제조 방법으로는, 예를 들어 용해 및 주조 공정[공정 1], 균질화 열처리 공정[공정 2], 열간 압연 공정[공정 3], 냉각 공정[공정 4], 면삭 공정[공정 5], 제 1 냉간 압연 공정[공정 6], 제 1 어닐링 공정[공정 7], 제 2 냉간 압연 공정[공정 8], 제 2 어닐링 공정[공정 9], 마무리 압연 공정[공정 10], 최종 어닐링 공정[공정 11], 표면 산화막 제거 공정[공정 12]으로 구성된 처리가 순차적으로 이루어진다.The copper plate material before bonding to the ceramic substrate constituting the insulating substrate of the present invention, that is, the first rolled material serving as the first copper plate material and the second rolled material serving as the second copper plate material (hereinafter, the first rolled material and the second to be pressed material) As a manufacturing method of a soft material (sometimes simply referred to as a 'rolled material'), for example, a melting and casting process [process 1], a homogenization heat treatment process [process 2], a hot rolling process [process 3], a cooling process [process 4 ], chamfering process [process 5], first cold rolling process [process 6], first annealing process [process 7], second cold rolling process [process 8], second annealing process [process 9], finish rolling process The treatment consisting of [Step 10], the final annealing step [Step 11], and the surface oxide film removal step [Step 12] are sequentially performed.

먼저 용해 및 주조 공정[공정 1]에서는, 구리 소재를 용해하고 주조하여 잉곳을 얻는다. 구리 소재는 Al, Be, Cd, Mg, Pb, Ni, P, Sn 및 Cr 중에서 선택된 금속 성분의 합계 함유량이 0.1 ~ 2.0ppm, 구리의 함유량이 99.96mass% 이상인 조성을 갖는다. 균질화 열처리 공정[공정 2]에서는, 얻어진 잉곳에 대해 유지 온도 700 ~ 1,000℃, 유지 시간 10분 ~ 20시간의 균질화 열처리를 실시한다. 열간 압연 공정[공정 3]에서는, 총 가공율이 10 ~ 90%가 되도록 열간 압연을 실시한다. 냉각 공정[공정 4]에서는, 10℃/초 이상의 냉각 속도로 급랭시킨다. 면삭 공정[공정 5]에서는, 냉각된 재료의 양면을 각각 약 1.0mm씩 면삭한다. 이를 통해, 얻어진 판재 표면의 산화막이 제거된다.First, in the melting and casting step [Step 1], a copper material is melted and cast to obtain an ingot. The copper material has a composition in which the total content of metal components selected from Al, Be, Cd, Mg, Pb, Ni, P, Sn and Cr is 0.1 to 2.0 ppm, and the copper content is 99.96 mass% or more. In the homogenization heat treatment step [Step 2], the obtained ingot is subjected to a homogenization heat treatment at a holding temperature of 700 to 1,000° C. and a holding time of 10 minutes to 20 hours. In a hot rolling process [process 3], it hot-rolls so that a total working rate may become 10-90%. In the cooling step [Step 4], it is rapidly cooled at a cooling rate of 10°C/sec or more. In the chamfering process [process 5], the both sides of the cooled material are chamfered by about 1.0 mm each. Through this, the oxide film on the surface of the obtained plate is removed.

제 1 냉간 압연 공정[공정 6]에서는, 총 가공율이 75% 이상이 되도록 냉간 압연을 수차례 실시한다.In the first cold rolling step [Step 6], cold rolling is performed several times so that the total working ratio is 75% or more.

제 1 어닐링 공정[공정 7]에서는 승온 속도 1 ~ 100℃/초, 도달 온도 100 ~ 500℃, 유지 시간 1 ~ 900초이고 또한, 냉각 속도 1 ~ 50℃/초인 조건에서 열처리를 실시한다.In the first annealing step [Step 7], heat treatment is performed under the conditions of a temperature increase rate of 1 to 100°C/sec, an attainable temperature of 100 to 500°C, a holding time of 1 to 900 seconds, and a cooling rate of 1 to 50°C/sec.

제 2 냉간 압연 공정[공정 8]에서는, 총 가공율이 60 ~ 95%가 되도록 냉간 압연을 실시한다.In a 2nd cold rolling process [process 8], it cold-rolls so that a total working rate may be set to 60 to 95%.

제 2 어닐링 공정[공정 9]에서는, 승온 속도 10 ~ 100℃/초, 도달 온도 200 ~ 550℃, 유지 시간 10초 ~ 3,600초이고 또한, 냉각 속도 10 ~ 100℃/초인 조건에서 열처리를 실시한다.In the second annealing step [Step 9], heat treatment is performed under the conditions of a temperature increase rate of 10 to 100°C/sec, an attained temperature of 200 to 550°C, a holding time of 10 seconds to 3,600 seconds, and a cooling rate of 10 to 100°C/sec. .

마무리 압연 공정[공정 10]에서는, 총 가공율이 10 ~ 60%가 되도록 냉간 압연을 실시한다. 최종 어닐링 공정[공정 11]에서는, 도달 온도가 125 ~ 400℃인 조건에서 열처리를 실시한다. 표면 산화막 제거 공정[공정 12]에서는, 얻어진 판재 표면의 산화막 제거와 표면 세정을 목적으로 산세 및 연마를 실시한다. 덧붙여 상기 압연 공정에서 가공율R(%)은 아래 식으로 정의된다. 이렇게 하여 구리판재의 원료가 되는 피압연재를 제조할 수 있다.In the finish rolling step [Step 10], cold rolling is performed so that the total working ratio is 10 to 60%. In the final annealing step [Step 11], heat treatment is performed under the condition that the reached temperature is 125 to 400°C. In the surface oxide film removal step [Step 12], pickling and polishing are performed for the purpose of removing the oxide film on the surface of the obtained plate and cleaning the surface. In addition, the working ratio R (%) in the rolling process is defined by the following formula. In this way, the to-be-rolled material used as the raw material of a copper plate material can be manufactured.

R = (t0-t)/t0×100R = (t 0 -t)/t 0 ×100

식에서 t0는 압연 전의 판 두께이며, t는 압연 후의 판 두께이다.In the formula, t0 is the plate thickness before rolling, and t is the plate thickness after rolling.

실시예Example

다음에서 본 발명을 실시예에 근거하여 더욱 상세히 설명하기로 하나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited thereto.

(실시예 1 ~ 11 및 비교예 1 ~ 17)(Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 17)

먼저 표 1에 나타낸 것과 같이 소정의 성분 조성을 갖는 두께 1.0mm의 피압연재(공시재)를 두 개 제작하여, 각각을 제 1 피압연재 및 제 2 피압연재로 설정했다. 또한, 세라믹 재료로는 질화 규소를 이용하여 형성된 두께 0.5mm의 세라믹 기판을 사용했다.First, as shown in Table 1, two to-be-rolled materials (test materials) having a thickness of 1.0 mm having a predetermined component composition were prepared, and each was set as a first rolled material and a second to-be-rolled material. In addition, as a ceramic material, the 0.5 mm-thick ceramic substrate formed using silicon nitride was used.

다음으로 구리판재가 되는 위에서 제작한 각 피압연재에 대해, 표 2에 나타낸 조건으로 어닐링 처리를 실시했다[공정 A]. 어닐링 처리 후 얻어진 각 피압연재에 대해 표 2에 나타낸 총 가공율(즉, 제 1 피압연재 및 제 2 피압연재 전체의 가공율)로 냉간 압연을 실시했다[공정 B]. 냉간 압연 후 얻어진 각 피압연재에 대해 세라믹 기판의 한 면에는 제 1 구리판재에 해당하는 제 1 피압연재를, 세라믹 기판의 다른 면에는 제 2 구리판재 해당하는 제 2 피압연재를 Ag-Cu-Ti계의 경납땜 재료를 가지고 각각 접합하여, 제 1 구리판재와 제 2 구리판재가 각각 접합된 절연 기판을 제작했다[공정 C]. [공정 C]에서는 표 2에 나타낸 제 1 가열 처리 및 제 2 가열 처리 조건으로 가열 처리를 실시했다. 이상의 공정을 거쳐 샘플이 되는 절연 기판을 제작했다.Next, each to-be-rolled material produced from the top used as a copper plate material was annealed under the conditions shown in Table 2 [process A]. Cold rolling was performed for each to-be-rolled material obtained after the annealing treatment at the total working ratios shown in Table 2 (that is, the working ratio of all 1st to-be-rolled material and 2nd to-be-rolled material) [Step B]. For each material to be rolled obtained after cold rolling, a first rolled material corresponding to a first copper plate is applied to one side of the ceramic substrate, and a second to-be-rolled material corresponding to a second copper plate is applied to the other surface of the ceramic substrate, Ag-Cu-Ti. Each of the brazing materials was used and joined to prepare an insulating substrate in which the first copper plate material and the second copper plate material were respectively joined [Step C]. In [Step C], heat treatment was performed under the first heat treatment and second heat treatment conditions shown in Table 2. The insulating substrate used as a sample was produced through the above process.

<측정 방법 및 평가 방법><Measuring method and evaluation method>

[구리판재의 정량 분석][Quantitative analysis of copper plate material]

제작한 각 구리판재의 정량 분석에는 GDMS 법을 이용하였다. 각 실시예 및 각 비교예에서는 V.G.Scientific사 제품 VG-9000을 사용하여 분석을 실시하였다. 각 구리판재에 포함된 Al, Be, Cd, Mg, Pb, Ni, P, Sn, Cr의 함유량(ppm) 및 Cu의 함유량(mass%)을 표 1에 나타낸다. 덧붙여 각 구리판재에는 불가피한 불순물이 포함될 수 있다. 표 1의 공란은 해당하는 금속 성분이 0ppm이었음을 의미한다. 또한, GDMS 법에 의한 측정값이 0.1ppm 미만인 경우 금속 성분의 함유량은 0ppm로 했다.GDMS method was used for quantitative analysis of each produced copper plate material. In each Example and each comparative example, analysis was performed using VG-9000 manufactured by V.G.Scientific. Table 1 shows the content (ppm) and Cu content (mass%) of Al, Be, Cd, Mg, Pb, Ni, P, Sn, and Cr contained in each copper plate material. In addition, each copper plate may contain unavoidable impurities. A blank in Table 1 means that the corresponding metal component was 0 ppm. In addition, when the measured value by GDMS method was less than 0.1 ppm, content of a metal component was made into 0 ppm.

<구리판재의 방위 밀도><Orientation Density of Copper Plate>

샘플인 각 절연 기판으로부터 각 구리판재의 압연 집합 조직의 방위 밀도 분석에는 EBSD 법을 이용하였다. 각 실시예 및 각 비교예의 EBSD 측정 시, 결정립을 200개 이상 포함하는 측정 시료면을 측정했다. 측정 시료면의 측정 면적 및 스캔 단계는 공시재의 결정립 크기에 따라 결정했다. 측정 후 결정립의 해석에는 TSL사의 해석 소프트웨어 OIM Analysis(상품명)를 이용하였다. EBSD에 의한 결정립의 분석을 통해 얻은 정보는, 전자선이 공시재에 침입하는 수십 나노미터의 깊이까지의 정보를 포함한다. 또한, 판 두께 방향의 측정 개소는 공시재 표면으로부터 판 두께(t)의 1/8배 ~ 1/2배의 위치 부근으로 설정했다.The EBSD method was used for the orientation density analysis of the rolled texture of each copper plate material from each insulating board|substrate which is a sample. At the time of EBSD measurement of each Example and each comparative example, the measurement sample plane containing 200 or more crystal grains was measured. The measurement area and scan step of the measurement sample surface were determined according to the grain size of the specimen. After measurement, analysis software OIM Analysis (trade name) of TSL was used to analyze the grains. The information obtained through the analysis of grains by EBSD includes information up to a depth of several tens of nanometers where the electron beam penetrates the specimen. In addition, the measurement location of the plate|board thickness direction was set to the position vicinity of 1/8 times - 1/2 times of plate|board thickness (t) from the test material surface.

[구리판재의 평균 결정 입경][Average grain size of copper plate]

샘플인 각 절연 기판으로부터 각 구리판재의 평균 결정 입경은, 압연면의 EBSD 측정에서, 결정립을 200개 이상 포함하는 측정 시료면을 측정했다. 측정 결과의 분석 시 측정 범위 내의 전체 결정립으로부터 평균 결정 입경을 산출했다. 결정 입경의 해석에는 TSL사의 해석 소프트웨어 OIM Analysis(상품명)를 이용하였다. EBSD에 의한 결정립의 분석을 통해 얻은 정보는 전자선이 공시재에 침입하는 수십 나노미터의 깊이까지의 정보를 포함한다. 또한, 판 두께 방향의 측정 개소는 공시재 표면으로부터 판 두께(t)의 1/8배 ~ 1/2배의 위치 부근으로 설정했다. 평균 결정 입경이 50㎛ 이상 400㎛ 이하의 범위에 있는 경우, 결정립이 양호하게 미세화되어 있다고 평가했다.The average crystal grain size of each copper plate material from each insulated substrate which is a sample measured the measurement sample surface containing 200 or more crystal grains in the EBSD measurement of a rolling surface. When analyzing the measurement results, the average grain size was calculated from all grains within the measurement range. The analysis software OIM Analysis (trade name) of TSL was used for the analysis of the crystal grain size. The information obtained through the analysis of grains by EBSD includes information up to a depth of several tens of nanometers where the electron beam penetrates the specimen. In addition, the measurement location of the plate|board thickness direction was set to the position vicinity of 1/8 times - 1/2 times of plate|board thickness (t) from the test material surface. When the average crystal grain size was in the range of 50 µm or more and 400 µm or less, it was evaluated that the crystal grains were finely refined.

[구리판재의 전도율(EC)][Conductivity (EC) of copper plate material]

샘플인 각 절연 기판으로부터 박리시킨 각 구리판재의 전도율은 시그마 테스터(과전류를 이용한 IACS% 측정)를 이용하여 측정하였다. 각 구리판재의 전도율이 95% IACS 이상인 경우를 ‘양호’로, 95% IACS 미만인 경우를 ‘불량’으로 평가했다.The conductivity of each copper plate peeled off from each insulating substrate serving as a sample was measured using a sigma tester (IACS% measurement using overcurrent). A case in which the conductivity of each copper plate was 95% IACS or higher was evaluated as 'good', and a case below 95% IACS was evaluated as 'poor'.

[구리판재의 인장 강도][Tensile strength of copper plate]

샘플인 각 절연 기판에서 구리판재를 박리시켜, 잘라낸 시험편을 JIS Z2241에 준하여 측정하고 그 평균값을 나타냈다. 구리판재의 인장 강도가 210MPa 이상인 경우를 ‘양호’로, 210MPa 미만인 경우를 ‘불량’으로 평가했다.The copper plate material was peeled from each insulated board|substrate which is a sample, and the cut out test piece was measured according to JIS Z2241, and the average value was shown. The case where the tensile strength of the copper plate material was 210 MPa or more was evaluated as 'good', and the case where the tensile strength of the copper plate material was less than 210 MPa was evaluated as 'poor'.

[구리판재의 연신율][Elongation of copper plate]

인장 강도 측정 시 JIS Z2241에 준하여 측정하고 그 평균값을 나타냈다. 구리판재의 연신율이 25% 이상인 경우를 ‘양호’로, 25% 미만인 경우를 ‘불량’으로 평가했다.When measuring tensile strength, it was measured according to JIS Z2241, and the average value was shown. The case where the elongation of the copper plate material was 25% or more was evaluated as 'good', and the case where the elongation was less than 25% was evaluated as 'poor'.

[절연 기판의 내열 특성][Heat resistance properties of insulated substrates]

각 절연 기판의 샘플을 -40℃ ~ 250℃(1 사이클 -40℃ : 30분 유지/250℃ : 30분 유지)의 조건에서 1200 사이클 처리하는 히트 사이클 시험을 실시했다. 히트 사이클 시험 후, 세라믹 기판에 균열이 발생했는지 여부를 육안으로 관찰했다. 균열이 발생하지 않은 경우를 ‘○’으로, 균열이 발생한 경우를 ‘×’로 평가했다.The heat cycle test in which the sample of each insulated substrate is processed for 1200 cycles under the conditions of -40 degreeC - 250 degreeC (1 cycle -40 degreeC: 30-minute hold|maintenance/250 degreeC: 30-minute hold|maintenance) was implemented. After the heat cycle test, it was visually observed whether cracks occurred in the ceramic substrate. The case where cracks did not occur was evaluated as '○', and the case where cracks occurred was evaluated as 'x'.

표 3에 구리판재의 방위 밀도, 평균 결정 입경, 전도율, 인장 강도, 연신율, 절연 기판의 내열 특성의 결과를 나타낸다.In Table 3, the result of the orientation density of a copper plate material, an average grain size, electrical conductivity, tensile strength, elongation, and the heat resistance characteristic of an insulated substrate is shown.

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표 1 ~ 표 3에 나타낸 것과 같이, 실시예 1 ~ 11에서는 절연 기판의 제조 조건, 절연 기판을 구성하는 구리판재의 성분 조성, 방위 밀도 및 평균 결정 입경이 모두 적정 범위 내이기 때문에 내열 특성이 우수한 절연 기판을 얻을 수 있었다. 특히, 실시예 1 ~ 5, 7 ~ 11에서는 절연 기판이 구비하는 구리판재의 전도율, 인장 강도, 연신율이 모두 양호했다. 덧붙여 표 2 내에 나타내지는 않았지만, 실시예 5에서는 평균 결정 입경이 100㎛보다 작아 다른 실시예보다 접합 강도가 낮은 경향이 관찰되었다.As shown in Tables 1 to 3, in Examples 1 to 11, the manufacturing conditions of the insulating substrate, the component composition of the copper plate constituting the insulating substrate, the orientation density, and the average grain size were all within the appropriate range, so that the heat resistance characteristics were excellent. An insulated substrate was obtained. In particular, in Examples 1-5 and 7-11, all of the electrical conductivity, tensile strength, and elongation rate of the copper plate material with which an insulated substrate were equipped were favorable. Incidentally, although not shown in Table 2, in Example 5, the average grain size was smaller than 100 µm, and a tendency was observed in which the bonding strength was lower than in the other examples.

한편, 비교예 1 ~ 17에서는 절연 기판의 제조 조건, 절연 기판을 구성하는 구리판재의 성분 조성 중 한쪽 또는 양쪽이 적정 범위 밖이기 때문에, 방위 밀도, 평균 결정 입경의 모두 또는 하나가 적정 범위 밖이며, 나아가 절연 기판의 히트 사이클 시험에서 모두 균열이 발생되었다.On the other hand, in Comparative Examples 1 to 17, one or both of the manufacturing conditions of the insulating substrate and the component composition of the copper plate material constituting the insulating substrate are outside the appropriate range, so that all or one of the orientation density and the average grain size are outside the appropriate range. , and further cracks occurred in the heat cycle test of the insulated substrate.

이처럼 성분 조성, 방위 밀도 및 평균 결정 입경이 엄격하게 제어된 구리판재를 사용하여 형성된 본 발명의 절연 기판은, 우수한 내열 특성을 나타내므로 절연 기판 전체의 부하 응력이 감소되어, 열팽창에 의한 부하에 대한 저항력이 증대된다. 이를 통해 구리판재와 세라믹 기판의 열팽창 계수의 차이에 의해 발생하는 절연 기판의 변형이 억제되며, 나아가 세라믹 기판과 구리판재가 박리되는 것, 즉 본딩성 저하를 억제할 수 있다.As such, the insulating substrate of the present invention formed using a copper plate material whose component composition, orientation density, and average grain size are strictly controlled exhibits excellent heat resistance properties, so that the load stress of the entire insulating substrate is reduced, resistance is increased. Through this, deformation of the insulating substrate caused by the difference in the coefficient of thermal expansion between the copper plate material and the ceramic substrate is suppressed, and further, it is possible to suppress the separation of the ceramic substrate and the copper plate material, that is, deterioration in bonding properties.

Claims (7)

세라믹 기판과, 상기 세라믹 기판의 한 면에 형성된 제 1 구리판재와, 상기 세라믹 기판의 다른 면에 형성된 제 2 구리판재가 접합된 절연 기판에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 구리판재는, Al, Be, Cd, Mg, Pb, Ni, P, Sn 및 Cr 중에서 선택된 금속 성분의 합계 함유량이 0.1 ~ 2.0ppm, 구리의 함유량이 99.96mass% 이상인 조성을 가지며, 또한, 상기 제 1 및 제 2 구리판재 표면의 EBSD에 의한 집합 조직 분석을 통해 얻어진 결정 방위 분포 함수를 오일러 각(φ1, Φ, φ2)으로 나타낼 때, φ1 = 75°~ 90°, Φ = 20°~ 40°, φ2 = 35°의 범위에서의 방위 밀도의 평균값이 0.1 이상 15.0 미만이고, φ1 = 20°~ 40°, Φ = 55°~ 75°, φ2 = 20°의 범위에서의 방위 밀도의 평균값이 0.1 이상 15.0 미만인 압연 집합 조직을 가지며, 또한
상기 제 1 및 제 2 구리판재의 평균 결정 입경이 50㎛ 이상 400㎛ 이하인 것을 특징으로 하는, 절연 기판.
An insulating substrate in which a ceramic substrate, a first copper plate formed on one surface of the ceramic substrate, and a second copper plate formed on the other surface of the ceramic substrate are joined together,
The first and second copper plate materials have a composition in which the total content of metal components selected from Al, Be, Cd, Mg, Pb, Ni, P, Sn and Cr is 0.1 to 2.0 ppm, and the copper content is 99.96 mass% or more. , In addition, when the crystal orientation distribution function obtained through the texture analysis by EBSD of the surfaces of the first and second copper plate materials is expressed as Euler angles (φ1, Φ, φ2), φ1 = 75° to 90°, Φ = The average value of the azimuth density in the range of 20° to 40°, φ2 = 35° is 0.1 or more and less than 15.0, and the orientation in the range of φ1 = 20° to 40°, Φ = 55° to 75°, and φ2 = 20° It has a rolled texture having an average density of 0.1 or more and less than 15.0, and
An average grain size of the first and second copper plate materials is 50 µm or more and 400 µm or less, Insulated substrate.
청구항 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 구리판재의 평균 결정 입경이 100㎛보다 크며 400㎛ 이하인, 절연 기판.
The method according to claim 1,
An average grain size of the first and second copper plate materials is greater than 100 µm and less than or equal to 400 µm, the insulating substrate.
청구항 1항 또는 2 항에 있어서,
상기 세라믹 기판은, 질화 알루미늄, 질화 규소, 알루미나 및 알루미나와 지르코니아의 화합물 중 적어도 1종을 포함하는 세라믹 재료를 이용하여 형성된, 절연 기판.
3. The method according to claim 1 or 2,
The said ceramic substrate is an insulating substrate formed using the ceramic material containing at least 1 sort(s) of aluminum nitride, silicon nitride, alumina, and the compound of alumina and zirconia.
청구항 1 항 또는 2 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 구리판재의 인장 강도는 210MPa 이상 250MPa 이하인, 절연 기판.
3. The method according to claim 1 or 2,
The first and second copper plate members have tensile strengths of 210 MPa or more and 250 MPa or less, insulated substrate.
청구항 1 항 또는 2 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 구리판재의 연신율이 25% 이상 50% 미만인, 절연 기판.
3. The method according to claim 1 or 2,
Elongation of the first and second copper plate materials is 25% or more and less than 50%, the insulating substrate.
청구항 1 항 또는 2 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 구리판재의 전도율이 95% IACS 이상인, 절연 기판.
3. The method according to claim 1 or 2,
The insulated substrate, wherein the conductivity of the first and second copper plate material is 95% IACS or more.
청구항 1 항 또는 2 항에 기재된 절연 기판의 제조 방법에 있어서,
상기 제 1 구리판재의 재료인 제 1 피압연재 및 상기 제 2 구리판재의 재료인 제 2 피압연재에 대해, 승온 속도 10℃/초 ~ 50℃/초, 도달 온도 250℃ ~ 600℃, 유지 시간 10초 ~ 3,600초, 냉각 속도 10℃/초 ~ 50℃/초의 조건에서 어닐링 처리를 실시하는 어닐링 공정과,
상기 어닐링 공정 후, 상기 제 1 피압연재와 상기 제 2 피압연재의 총 가공률이 10 ~ 65%인 냉간 압연을 실시하는 냉간 압연 공정과,
상기 냉간 압연 공정 후, 상기 세라믹 기판의 한 면에는 상기 제 1 피압연재를, 상기 세라믹 기판의 다른 면에는 상기 제 2 피압연재를 경납땜 재료(brazing material)로 각각 접합하여, 상기 제 1 구리판재와 상기 제 2 구리판재가 각각 접합된 절연 기판을 형성하는 접합 공정을 포함하며,
상기 접합 공정은, 승온 속도 10℃/초 ~ 100℃/초, 도달 온도 400℃ ~ 600℃, 유지 시간 10초 ~ 300초의 조건에서 열처리를 하는 제 1 가열 처리와, 승온 속도 10℃/초 ~ 100℃/초, 도달 온도 750℃ ~ 850℃, 유지 시간 100초 ~ 7,200초의 조건에서 열처리를 하는 제 2 가열 처리로 구성되는, 절연 기판의 제조 방법.
In the manufacturing method of the insulated substrate of Claim 1 or 2,
With respect to the 1st to-be-rolled material which is the material of the said 1st copper plate material, and the 2nd to-be-rolled material which is the material of the said 2nd copper plate material, the temperature increase rate 10 degreeC/sec - 50 degreeC/sec, the reached temperature 250 degreeC - 600 degreeC, holding time An annealing step of performing annealing treatment under the conditions of 10 seconds to 3,600 seconds, a cooling rate of 10 ° C./sec to 50 ° C./sec;
After the annealing process, a cold rolling process of performing cold rolling in which the total working ratio of the first rolled material and the second to-be-rolled material is 10 to 65%;
After the cold rolling process, the first to-be-rolled material is bonded to one side of the ceramic substrate and the second to-be-rolled material is bonded to the other side of the ceramic substrate with a brazing material, respectively, and the first copper plate material and a bonding process of forming an insulating substrate to which the second copper plate materials are respectively bonded,
The bonding step includes a first heat treatment in which heat treatment is performed under the conditions of a temperature increase rate of 10° C./sec to 100° C./sec, an ultimate temperature of 400° C. to 600° C., and a holding time of 10 seconds to 300 seconds, and a temperature increase rate of 10° C./sec to The manufacturing method of the insulated substrate comprised with the 2nd heat processing which heat-processes under the conditions of 100 degreeC/sec, attaining temperature 750 degreeC - 850 degreeC, and holding time 100 second - 7,200 second.
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