KR102361626B1 - Ceramic Direct Bonded Copper Board and Manufacturing Method Thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 세라믹 DBC 기판 및 그 제조 방법에 관한 것으로 세라믹 기재의 표면을 거칠게 개질하고, 금속박부재 상에 요철 패턴을 형성한 후 상기 세라믹 기재와 상기 금속박부재를 저온 경화가 가능한 접착제로 일체화시켜 소성 장치가 필요없고, 고온의 소성공정을 거치지 않고 제조가 가능하므로 제조비용을 크게 절감하며, 세라믹 기재와 금속박이 견고하게 접착됨과 아울러 방열 효과를 동시에 만족시킨다.The present invention relates to a ceramic DBC substrate and a method for manufacturing the same, and after roughing the surface of the ceramic substrate, forming a concave-convex pattern on the metal foil member, and then integrating the ceramic substrate and the metal foil member with an adhesive capable of low-temperature curing. Since it does not require a high-temperature firing process and can be manufactured without a high-temperature firing process, the manufacturing cost is greatly reduced, and the ceramic substrate and metal foil are firmly adhered and the heat dissipation effect is satisfied at the same time.

Description

세라믹 DBC 기판 및 그 제조 방법{Ceramic Direct Bonded Copper Board and Manufacturing Method Thereof}Ceramic Direct Bonded Copper Board and Manufacturing Method Thereof

본 발명은 세라믹 DBC 기판에 관한 것으로 보다 구체적으로는 세라믹 기재에 금속박을 저온 경화가 가능한 접착제로 일체화시켜 제조비용이 저렴하고, 생산성이 우수한 세라믹 DBC 기판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a ceramic DBC substrate, and more particularly, to a ceramic DBC substrate having low manufacturing cost and excellent productivity by integrating a metal foil into a ceramic substrate with an adhesive capable of low-temperature curing, and a method for manufacturing the same.

일반적으로 세라믹 DBC 기판은 반도체 전력 모듈 등에서 사용되는 것으로서 리드를 기존의 방열소재 위에 배치하는 경우 보다 높은 방열 특성을 가질 뿐만 아니라, 방열판의 접착상태에 대한 검사 공정을 필요로 하지 않기 때문에 신뢰성이 향상되고 생산성과 일관성이 향상된 반도체 전력 모듈 등을 제공할 수 있다는 장점을 가진 기판이다.In general, ceramic DBC substrates are used in semiconductor power modules, etc., and have higher heat dissipation characteristics than when the lead is placed on an existing heat dissipation material. It is a substrate having the advantage of providing a semiconductor power module with improved productivity and consistency.

상기 세라믹 DBC 기판은 전기 자동차의 증가와 함께 자동차의 전력 반도체 모듈로 사용 범위가 점차 확산되고 있다.The use of the ceramic DBC substrate as a power semiconductor module of an automobile is gradually spreading with the increase of electric vehicles.

상기 세라믹 DBC 기판은 세라믹 기재와 구리 동박을 고온의 소성 공정을 통한 계면 결합으로 제조되고 있다.The ceramic DBC substrate is manufactured by interfacial bonding between a ceramic substrate and a copper copper foil through a high-temperature sintering process.

일 예로, 세라믹 DBC 기판은 알루미나(Al2O3) 세라믹 기재와 CuO 산화막이 형성된 구리동박을 1000℃ ~ 1100℃로 소성하여 알루미나(Al2O3) 세라믹 기재와 CuO 산화막을 계면 결합하여 제조되고 있다.For example, the ceramic DBC substrate is manufactured by interfacingly bonding an alumina (Al 2 O 3 ) ceramic substrate and a copper copper foil having a CuO oxide film formed thereon at 1000° C. to 1100° C. have.

다른 예로, 세라믹 DBC 기판은 AIN 세라믹 기재의 표면에 Al2O3층을 고온 산화로 형성한 후 AIN 세라믹 기재의 표면에 구리동박을 적층한 후 1000℃ ~ 1100℃로 소성하여 알루미나(Al2O3) 세라믹 기판과 CuO 산화막을 계면 결합하여 제조되고 있다.As another example, the ceramic DBC substrate is formed by forming an Al 2 O 3 layer on the surface of the AIN ceramic substrate by high-temperature oxidation, then laminating a copper foil on the surface of the AIN ceramic substrate and firing at 1000° C. to 1100° C. to form alumina (Al 2 O 3 ) It is manufactured by interfacial bonding of a ceramic substrate and a CuO oxide film.

종래의 세라믹 DBC 기판은 제조 시 세라믹 기재와 구리동박을 계면 결합하기 위해 고온의 소성 공정이 요구되고, 고온의 소성 공정 시 Cu 산화 방지를 위해 환원 분위기를 유지해야 한다.A conventional ceramic DBC substrate requires a high-temperature firing process to interface-bond the ceramic substrate and copper foil during manufacturing, and a reducing atmosphere must be maintained to prevent Cu oxidation during the high-temperature firing process.

즉, 종래 세라믹 DBC 기판을 제조하기 위해서는 소성 중 환원분위기 조성이 가능한 소성 장치를 준비해야 하므로 소성 장치를 준비하는 비용이 많이 소요되고 이로써 제조비용이 많이 소요되는 문제점이 있었다.That is, in order to manufacture the conventional ceramic DBC substrate, it is necessary to prepare a firing device capable of forming a reducing atmosphere during firing, so the cost of preparing the firing device is high, and thus manufacturing cost is high.

또한, 종래 세라믹 DBC 기판은, 1000℃ ~ 1100℃로 소성하여 세라믹 기재와 구리동박을 계면 결합하므로 소성을 위한 고온 가열에 따른 제조비용이 많이 소요되며, 제조 시간이 오래 소요되어 생산성이 낮은 문제점이 있었다.In addition, since the conventional ceramic DBC substrate is fired at 1000°C to 1100°C to interface-bond the ceramic substrate and copper foil, the manufacturing cost is high due to high-temperature heating for firing, and the manufacturing time is long, resulting in low productivity. there was.

또한, 종래 세라믹 DBC 기판은, 계면 결합을 위해 구리동박에 CuO 산화막을 형성하거나, AIN 세라믹 기재의 표면에 Al2O3층을 고온 산화로 형성한 후 소성 과정을 거치게 되므로 제조 과정이 복잡한 문제점이 있었다.In addition, in the conventional ceramic DBC substrate, a CuO oxide film is formed on the copper copper foil for interfacial bonding, or an Al 2 O 3 layer is formed on the surface of the AIN ceramic substrate by high-temperature oxidation and then the firing process is performed, so the manufacturing process is complicated. there was.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 고온의 소성 공정없이 저온 경화가 가능한 접착제로 세라믹 기재와 금속박을 일체화시킴으로써 제조비용이 적게 소요되며 제조과정을 단순화하고 생산성을 향상시킨 세라믹 DBC 기판 및 그 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been devised in view of the above points, and by integrating the ceramic substrate and metal foil with an adhesive that can be cured at a low temperature without a high temperature firing process, the manufacturing cost is low, and the manufacturing process is simplified and the productivity is improved. and to provide a method for manufacturing the same.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 세라믹 DBC 기판은, 세라믹 기재; 및 상기 세라믹 기재에 접착제의 개재 하에 접착되고, 상기 세라믹 기재와의 접착면에 요철 패턴이 형성된 금속박부재를 포함하고, 상기 요철 패턴은 상기 세라믹 기재와 접촉하여 열전달 경로를 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 접착제는 상기 요철 패턴의 각 돌부의 사이에 형성된 홈부에만 개재되거나, 상기 요철 패턴의 각 돌부와 상기 세라믹 기재 사이에는 접착제가 부분적으로만 존재하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 요철 패턴은, 행렬로 배열되는 다수의 홈부 또는 돌부를 포함할 수 있다.
본 발명에서, 상기 요철 패턴의 두께는 10㎛ ~ 20㎛로 형성되고, 100㎛×100㎛ ~ 500㎛×500㎛의 크기를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 요철 패턴의 두께는 15㎛ ± 1로 형성되고, 200㎛×200㎛의 크기를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 세라믹 기재는 상기 금속박부재와의 접착력을 보강하기 위하여 물리적 또는 화학적 표면 개질 처리에 의해 형성된 미세 요철부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 접착제는, 150℃ ~ 200℃의 온도에서 경화되는 에폭시계 본딩시트 또는 핫멜트웹시트인 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 세라믹 DBC 기판 제조방법은, 세라믹 기재와 금속박부재를 준비하는 단계, 상기 세라믹 기재에 접착제의 개재 하에 상기 금속박부재를 적층하는 단계 및 상기 세라믹 기재 및 상기 금속박부재 적층체를 핫프레싱하여 접착시키는 단계;를 포함하며,
상기 세라믹 기재와 금속박부재를 준비하는 단계는, 상기 세라믹 기재의 표면을 개질 처리하는 과정 및 상기 금속박부재의 일면에 요철 패턴을 형성하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 핫프레싱 온도는 150 ℃ ~ 200℃인 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 한다.A ceramic DBC substrate according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, a ceramic substrate; and a metal foil member bonded to the ceramic substrate under the interposition of an adhesive and having a concave-convex pattern formed on an adhesive surface with the ceramic substrate, wherein the concave-convex pattern is in contact with the ceramic substrate to form a heat transfer path.
The adhesive is interposed only in the grooves formed between the protrusions of the concave-convex pattern, or the adhesive is only partially present between the protrusions of the concave-convex pattern and the ceramic substrate.
In the present invention, the uneven pattern may include a plurality of grooves or protrusions arranged in a matrix.
In the present invention, the thickness of the concave-convex pattern is formed in a range of 10 μm to 20 μm, and has a size of 100 μm×100 μm to 500 μm×500 μm.
In the present invention, the thickness of the concave-convex pattern is formed to be 15㎛ ± 1, it is characterized in that it has a size of 200㎛ × 200㎛.
In the present invention, the ceramic substrate is characterized in that it is provided with fine concavo-convex portions formed by physical or chemical surface modification treatment in order to reinforce the adhesion to the metal foil member.
In the present invention, the adhesive, it is characterized in that the epoxy-based bonding sheet or hot melt web sheet cured at a temperature of 150 ℃ ~ 200 ℃.
A method for manufacturing a ceramic DBC substrate according to an embodiment of the present invention for achieving the above object includes the steps of preparing a ceramic substrate and a metal foil member, laminating the metal foil member on the ceramic substrate under the interposition of an adhesive, and the ceramic substrate and bonding the metal foil member laminate by hot pressing.
The step of preparing the ceramic substrate and the metal foil member may include a process of modifying the surface of the ceramic substrate and a process of forming a concave-convex pattern on one surface of the metal foil member.
In the present invention, the hot pressing temperature is characterized in that it is 150 ℃ ~ 200 ℃.

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본 발명은, 기존에 소성공정에 의한 계면 결합 대신에 저온 경화가 가능한 접착제로 세라믹 기재와 금속박이 접착되어 일체화되는 구성이기 때문에 소성 장치가 필요없고, 고온의 소성공정을 거치지 않고 제조가 가능하므로 제조비용을 크게 절감할 수 있는 효과가 있다.The present invention is a configuration in which a ceramic substrate and a metal foil are bonded and integrated with an adhesive capable of low-temperature curing instead of interfacial bonding by the conventional firing process, so there is no need for a firing device. This has the effect of significantly reducing costs.

본 발명은, 세라믹 기재의 표면이 거칠고 금속박의 일면에 상기 세라믹 기재와 최대한 근접하게 배치되는 돌기부가 구비됨으로써 세라믹 기재와 금속박이 견고하게 접착됨과 아울러 방열 효과를 동시에 만족시킨다.The present invention satisfies the heat dissipation effect while the ceramic substrate and the metal foil are firmly adhered to each other by having a rough surface of the ceramic substrate and a protrusion disposed as close as possible to the ceramic substrate on one surface of the metal foil.

본 발명은 제조공정을 단순화함으로써 생산성을 향상시키고 이에 따라 제조 비용을 더 절감할 수 있는 효과가 있다.The present invention has the effect of improving productivity by simplifying the manufacturing process and thus further reducing manufacturing cost.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 세라믹 DBC 기판을 도시한 단면도
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 세라믹 DBC 기판에서 금속박부재의 일 예를 도시한 사시도
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 세라믹 DBC 기판에서 금속박부재의 다른 예를 도시한 사시도
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 세라믹 DBC 기판에서 금속박부재의 또 다른 예를 도시한 사시도
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 세라믹 DBC 기판에서 금속박부재의 다른 예를 도시한 사시도
도 10 본 발명의 일 실시예에 의한 세라믹 DBC 기판 제조방법을 도시한 공정도
도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 세라믹 DBC 기판 제조방법을 도시한 개략도
도 12 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 의한 세라믹 DBC 기판 제조방법에서 표면이 개질된 세라믹 기재의 표면을 찍은 확대 사진1 is a cross-sectional view showing a ceramic DBC substrate according to an embodiment of the present invention;
2 and 3 are perspective views illustrating an example of a metal foil member in a ceramic DBC substrate according to an embodiment of the present invention;
4 and 5 are perspective views illustrating another example of a metal foil member in a ceramic DBC substrate according to an embodiment of the present invention;
6 and 7 are perspective views illustrating another example of a metal foil member in a ceramic DBC substrate according to an embodiment of the present invention;
8 and 9 are perspective views illustrating another example of a metal foil member in a ceramic DBC substrate according to an embodiment of the present invention;
10 is a process diagram illustrating a method for manufacturing a ceramic DBC substrate according to an embodiment of the present invention;
11 is a schematic diagram illustrating a method for manufacturing a ceramic DBC substrate according to an embodiment of the present invention;
12 to 15 are enlarged photographs taken of the surface of a ceramic substrate whose surface is modified in the method for manufacturing a ceramic DBC substrate according to an embodiment of the present invention;

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.The present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings as follows. Here, repeated descriptions, well-known functions that may unnecessarily obscure the gist of the present invention, and detailed descriptions of configurations will be omitted. The embodiments of the present invention are provided in order to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art. Accordingly, the shapes and sizes of elements in the drawings may be exaggerated for clearer description.

도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 세라믹 DBC 기판은, 세라믹 기재(10)를 포함한다.Referring to FIG. 1 , a ceramic DBC substrate according to an embodiment of the present invention includes a ceramic substrate 10 .

상기 세라믹 기재(10)는, 알루미나(Al2O3) 세라믹 기판, AIN 세라믹 기판, SiN 세라믹 기판, Si3N4 세라믹 기판 중 어느 하나인 것을 일 예로 하고, 이외에도 반도체 전력 모듈 등에 사용 가능한 세라믹 소재로 변형 실시 가능함을 밝혀둔다.The ceramic substrate 10 may be an alumina (Al 2 O 3 ) ceramic substrate, an AIN ceramic substrate, a SiN ceramic substrate, or a Si 3 N 4 ceramic substrate. It should be noted that it is possible to carry out transformation into

상기 세라믹 기재(10)는 화학약품 또는 물리적 연마로 표면을 거칠게 하여 표면에 불규칙한 다수의 미세 돌기부(11)를 형성하는 것이 바람직하다.It is preferable that the ceramic substrate 10 forms a plurality of irregular fine protrusions 11 on the surface of the ceramic substrate 10 by roughening the surface by chemical or physical polishing.

상기 미세 돌기부(11)는 상기 세라믹 기재(10)의 표면에 적층되어 접착제(20)로 접착되는 금속박부재(30)와의 접착력을 보강하는 역할을 한다.The fine protrusions 11 are laminated on the surface of the ceramic substrate 10 and serve to reinforce adhesion with the metal foil member 30 adhered with the adhesive 20 .

상기 세라믹 기재(10)의 표면은 화학약품 또는 물리적 연마로 표면 거칠기(Ra)가 0.3㎛ ~ 4㎛를 가지도록 미세 돌기부(11)가 형성되는 것을 일 예로 한다.For example, the surface of the ceramic substrate 10 is formed with fine protrusions 11 to have a surface roughness Ra of 0.3 μm to 4 μm by chemical or physical polishing.

상기 세라믹 기재(10) 상에는 접착제(20)가 적층되고, 상기 접착제(20) 상에는 금속박부재(30)가 적층되어 접착된다.An adhesive 20 is laminated on the ceramic substrate 10 , and a metal foil member 30 is laminated and adhered on the adhesive 20 .

상기 접착제(20)는 상기 세라믹 기재(10)와 상기 금속박부재(30)를 접착시켜 일체화시키는 것이다.The adhesive 20 is to bond the ceramic substrate 10 and the metal foil member 30 to be integrated.

상기 접착제(20)는 150 ℃ ~ 200℃의 온도 범위 내에서 경화되는 에폭시계 본딩시트 또는 핫멜트웹시트인 것이 바람직하다.The adhesive 20 is preferably an epoxy-based bonding sheet or hot-melt web sheet that is cured within a temperature range of 150°C to 200°C.

본 발명의 일 실시예에 의한 세라믹 DBC 기판은, 반도체 전력 모듈용 기판으로 주로 사용되고, 이 경우 상기 접착제(20)는 일정 온도 내에서 변형되지 않는 내열성을 확보해야 한다. 따라서, 상기 접착제(20)는 150 ℃ ~ 200℃의 온도 범위 내에서 경화되는 접착제인 것이 바람직하다.The ceramic DBC substrate according to an embodiment of the present invention is mainly used as a substrate for a semiconductor power module, and in this case, the adhesive 20 must ensure heat resistance that does not deform within a certain temperature. Therefore, the adhesive 20 is preferably an adhesive that is cured within a temperature range of 150 ℃ ~ 200 ℃.

상기 접착제(20)는 내열성을 위해 PI수지를 일부 포함하는 것이 바람직하며, 방열을 위해 세라믹 분말을 포함하는 것이 바람직하다.The adhesive 20 preferably includes a part of PI resin for heat resistance, and preferably includes ceramic powder for heat dissipation.

상기 금속박부재(30)는, 알루미늄박 또는 동박인 것을 일 예로 한다.The metal foil member 30 may be an aluminum foil or a copper foil as an example.

상기 금속박부재(30)는, 상기 세라믹 기재(10)와의 접착면에 형성된 요철 패턴(31)을 포함한다. The metal foil member 30 includes a concave-convex pattern 31 formed on an adhesive surface with the ceramic substrate 10 .

상기 세라믹 기재(10)와 상기 금속박부재(30)는, 상기 요철 패턴(31)의 각 홈부에 담지되는 접착제(20)에 의해 접착력을 유지하며, 또한, 상기 요철 패턴(31)의 각 돌부가 전체적으로 또는 부분적으로 상기 세라믹 기재(10)와 접촉하여 열전달 경로를 형성한다. The ceramic substrate 10 and the metal foil member 30 maintain adhesion by the adhesive 20 supported in each groove of the concave-convex pattern 31 , and each protrusion of the concave-convex pattern 31 is A heat transfer path is formed in whole or in part in contact with the ceramic substrate 10 .

상기 금속박부재(30)는 상기 요철 패턴(31) 중 홈부에 상기 접착제(20)가 삽입되어 상기 세라믹 기재(10)와의 접착력이 증대되어 상기 접착제(20)로 상기 세라믹 기재(10)와 견고하게 접착된다. In the metal foil member 30, the adhesive 20 is inserted into the groove of the concave-convex pattern 31 to increase the adhesive force with the ceramic substrate 10, so that the adhesive 20 is used to firmly adhere to the ceramic substrate 10. is glued

또한, 상기 요철 패턴(31)은, 각 돌부가 전체적으로 또는 부분적으로 상기 세라믹 기재(10)와 접촉하여 즉, 열전도 경로를 형성하여 상기 금속박부재(30)로 형성되는 회로패턴의 열이 상기 세라믹 기재(10) 측으로 원활하게 전달되어 방열되도록 한다.In addition, in the concave-convex pattern 31, each protrusion is wholly or partially in contact with the ceramic substrate 10, that is, a heat conduction path is formed so that the heat of the circuit pattern formed by the metal foil member 30 is transferred to the ceramic substrate. (10) It is transmitted smoothly to the side so that heat is dissipated.

상기 접착제(20)는 상기 세라믹 기재(10)의 거친 표면과 상기 금속박부재(30)의 상기 요철 패턴(31)의 돌부 사이에 형성된 홈부에 담지되어 상기 세라믹 기재(10)와 상기 금속박부재(30)를 강하게 접착시킨다.The adhesive 20 is supported in a groove formed between the rough surface of the ceramic substrate 10 and the protrusions of the concave-convex pattern 31 of the metal foil member 30, and the ceramic substrate 10 and the metal foil member 30 ) is strongly adhered.

또한, 상기 금속박부재(30)는 상기 돌기부(31)가 상기 세라믹 기재(10)와 최대한 근접하게 바람직하게는 상기 세라믹 기재(10)와 접촉되어 상기 세라믹 기재(10)로 열을 전달하여 원활한 방열이 이루어지도록 한다.In addition, in the metal foil member 30 , the protrusion 31 is in contact with the ceramic substrate 10 as close as possible to the ceramic substrate 10 , and heat is transferred to the ceramic substrate 10 for smooth heat dissipation. make this happen

상기 요철 패턴(31)의 각 돌부와 상기 세라믹 기재(10) 사이에는 접착제(20)가 없거나 부분적으로 극소량 존재할 수 있다.The adhesive 20 may be absent or partially present in a very small amount between each protrusion of the concave-convex pattern 31 and the ceramic substrate 10 .

즉, 상기 접착제(20)는 상기 요철 패턴(31)의 각 돌부의 사이에 형성된 홈부에만 개재되거나, 상기 요철 패턴(31)의 각 돌부와 상기 세라믹 기재(10) 사이에는 접착제(20)가 부분적으로만 존재하여 상기 금속박부재(30)와 상기 세라믹 기재(10)의 접착력이 요구되는 범위 내에서 상기 요철 패턴(31)과 상기 세라믹 기재(10)와의 접촉 면적을 최대화하여 방열 효과를 극대화하는 것이 바람직하다.That is, the adhesive 20 is interposed only in the grooves formed between each protrusion of the concave-convex pattern 31 , or the adhesive 20 is partially interposed between each protrusion of the concave-convex pattern 31 and the ceramic substrate 10 . To maximize the heat dissipation effect by maximizing the contact area between the concave-convex pattern 31 and the ceramic substrate 10 within the range required for the adhesive force of the metal foil member 30 and the ceramic substrate 10 to exist only as desirable.

도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 세라믹 DBC 기판에서 금속박부재(30)의 일 예를 도시한 사시도이고, 도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 세라믹 DBC 기판에서 금속박부재(30)의 다른 예를 도시한 사시도로서, 도 2 내지 도 5를 참고하면, 상기 요철 패턴(31)은 일정 간격을 두고 행렬로 배열되는 다수의 사각형 또는 반구형 홈부(31b)를 포함할 수 있다.2 and 3 are perspective views illustrating an example of a metal foil member 30 in a ceramic DBC substrate according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 4 and 5 are a ceramic DBC substrate according to an embodiment of the present invention. As a perspective view showing another example of the metal foil member 30, referring to FIGS. 2 to 5, the concave-convex pattern 31 includes a plurality of square or hemispherical grooves 31b arranged in a matrix at regular intervals. can

도 2 및 도 3은 상기 요철 패턴(31)이 사각형 홈부(31b)로 형성되어 행렬로 배열된 예를 도시하고 있고, 도 4 및 도 5는 상기 요철 패턴(31)이 딤플구조 즉, 반구형 홈부(31b)로 형성되어 행렬로 배열된 예를 도시하고 있다.2 and 3 show an example in which the concave-convex pattern 31 is formed in a rectangular groove part 31b and arranged in a matrix, and FIGS. 4 and 5 show that the uneven pattern 31 has a dimple structure, that is, a hemispherical groove part. An example formed by (31b) and arranged in a matrix is shown.

상기 사각형 또는 반구형 홈부(31b)는 10㎛ ~ 20㎛의 깊이 및 100㎛×100㎛ ~ 500㎛×500㎛의 크기를 갖는 것을 일 예로 한다.For example, the rectangular or hemispherical groove 31b has a depth of 10 μm to 20 μm and a size of 100 μm×100 μm to 500 μm×500 μm.

상기 사각형 또는 반구형 홈부(31b)는 15㎛ ± 1의 깊이 및 200㎛×200㎛의 크기를 갖는 것을 일 예로 한다. For example, the rectangular or hemispherical groove 31b has a depth of 15 μm±1 and a size of 200 μm×200 μm.

즉, 상기 사각형 또는 반구형 홈부(31b)는 최대 폭 또는 최대직경이 100㎛×100㎛ ~ 500㎛×500㎛의 크기를 갖는 것이 바람직하다.That is, the rectangular or hemispherical groove portion 31b preferably has a size of 100 μm×100 μm to 500 μm×500 μm with a maximum width or maximum diameter.

또한, 상기 사각형 또는 반구형 홈부(31b)는 최대 폭 또는 최대직경이 15㎛ ± 1의 깊이 및 200㎛×200㎛의 크기를 갖는 것이 바람직하다.In addition, the rectangular or hemispherical groove portion 31b preferably has a maximum width or maximum diameter of 15 μm ± 1 and a depth of 200 μm×200 μm.

또한, 상기 사각형 또는 반구형 홈부(31b)는 행렬로 배열되되 어느 한 열의 홈부(31b)의 사이에 그 다음 열의 홈부(31b)가 배치되는 형태로 형성될 수 있다.In addition, the rectangular or hemispherical grooves 31b may be arranged in a matrix, and the grooves 31b of the next column may be disposed between the grooves 31b of one column.

도 6 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 세라믹 DBC 기판에서 금속박부재(30)의 또 다른 예를 도시한 사시도이고, 도 6 내지 도 9를 참고하면, 상기 요철 패턴(31)은 일정 간격을 두고 행렬로 배열되는 다수의 사각형 또는 반구형 돌기부(31a)를 포함할 수 있다.6 to 9 are perspective views showing another example of the metal foil member 30 in the ceramic DBC substrate according to an embodiment of the present invention. Referring to FIGS. 6 to 9 , the concave-convex pattern 31 is constant It may include a plurality of rectangular or hemispherical protrusions 31a arranged in a matrix at intervals.

도 6 및 도 7은 상기 요철 패턴(31)이 사각형 돌기부(31a)로 형성되어 행렬로 배열된 예를 도시하고 있고, 도 8 및 도 9는 상기 요철 패턴(31)이 반구형 돌기부(31a)로 형성되어 행렬로 배열된 예를 도시하고 있다.6 and 7 show an example in which the concave-convex pattern 31 is formed as a rectangular protrusion 31a and arranged in a matrix, and FIGS. 8 and 9 show that the concave-convex pattern 31 is a hemispherical protrusion 31a. Formed and arranged in a matrix is shown.

상기 사각형 또는 반구형 돌기부(31a)는 10㎛ ~ 20㎛의 높이 및 100㎛×100㎛ ~ 500㎛×500㎛의 크기를 갖는 것을 일 예로 한다.For example, the rectangular or hemispherical protrusion 31a has a height of 10 μm to 20 μm and a size of 100 μm×100 μm to 500 μm×500 μm.

상기 사각형 또는 반구형 돌기부(31a)는 15㎛ ± 1의 높이 및 200㎛×200㎛의 크기를 갖는 것을 일 예로 한다. For example, the rectangular or hemispherical protrusion 31a has a height of 15 μm±1 and a size of 200 μm×200 μm.

즉, 상기 사각형 또는 반구형 돌기부(31a)는 최대 폭 또는 최대직경이 100㎛×100㎛ ~ 500㎛×500㎛의 크기를 갖는 것이 바람직하다.That is, the rectangular or hemispherical protrusion 31a preferably has a size of 100 μm×100 μm to 500 μm×500 μm with a maximum width or maximum diameter.

또한, 상기 사각형 또는 반구형 돌기부(31a)는 최대 폭 또는 최대직경이 15㎛ ± 1의 높이 및 200㎛×200㎛의 크기를 갖는 것이 바람직하다.In addition, the rectangular or hemispherical protrusion 31a preferably has a maximum width or maximum diameter of 15 μm±1 and a size of 200 μm×200 μm.

또한, 상기 사각형 또는 반구형 돌기부(31a)는 행렬로 배열되되 어느 한 열의 돌기부(31a)의 사이에 그 다음 열의 돌기부(31a)가 배치되는 형태로 형성될 수 있다.Also, the rectangular or hemispherical protrusions 31a may be arranged in a matrix, and the protrusions 31a of the next column may be disposed between the protrusions 31a of one column.

도 10 및 도 11을 참고하면 본 발명의 일 실시예에 의한 세라믹 DBC 기판을 제조하는 방법은, 세라믹 기재(10)와 금속박부재(30)를 준비하는 단계(S100), 상기 세라믹 기재(10)에 접착제(20)의 개재하에 상기 금속박부재(30)를 적층하는 단계(S200); 및 상기 세라믹 기재(10) 및 상기 금속박부재(20) 적층체를 핫프레싱하여 접착시키는 단계(S300)를 포함한다.10 and 11, the method of manufacturing a ceramic DBC substrate according to an embodiment of the present invention includes the steps of preparing a ceramic substrate 10 and a metal foil member 30 (S100), the ceramic substrate 10 Laminating the metal foil member 30 under the intervening adhesive 20 (S200); and bonding the ceramic substrate 10 and the metal foil member 20 to the laminate by hot pressing (S300).

상기 세라믹 기재(10)와 금속박부재(30)를 준비하는 단계(S100)는, 상기 세라믹 기재(10)의 표면을 개질 처리하는 과정(S110); 및 The step of preparing the ceramic substrate 10 and the metal foil member 30 (S100) includes the process of modifying the surface of the ceramic substrate 10 (S110); and

상기 금속박부재(30)의 일면에 접착력 강화 및 열전달 경로 형성을 위한 요철 패턴(31)을 형성하는 과정(S120);을 포함한다.and forming a concave-convex pattern 31 on one surface of the metal foil member 30 for strengthening adhesion and forming a heat transfer path (S120).

상기 세라믹 기재(10)의 표면을 개질 처리하는 과정(S110)은 상기 세라믹 기재(10)의 표면을 화학약품 처리 또는 물리적 연마처리하여 미세 돌기부(11)를 형성한다. In the process of modifying the surface of the ceramic substrate 10 ( S110 ), the surface of the ceramic substrate 10 is chemically treated or physically polished to form the fine protrusions 11 .

또한, 상기 요철 패턴(31)을 형성하는 과정(S120)은, 상기 금속박부재(30)의 일면을 에칭하여 상기 일면에 이격된 복수의 돌기부(31)를 형성하는 것을 일 예로 한다. In addition, in the process ( S120 ) of forming the concave-convex pattern 31 , the one surface of the metal foil member 30 is etched to form a plurality of protrusions 31 spaced apart from the one surface.

상기 요철 패턴(31)을 형성하는 과정(S120)은 포토리소그래피 공정을 이용하여 상기 금속박부재(30)의 일면을 에칭하는 것이 일 예로 한다.For example, in the process ( S120 ) of forming the concave-convex pattern 31 , one surface of the metal foil member 30 is etched using a photolithography process.

상기 접착제(20)는, 150 ℃ ~ 200℃의 온도 범위 내에서 저온 경화되는 접착제인 것이 바람직하며, 에폭시계 본딩시트 또는 핫멜트웹시트의 저온 경화 접착제인 것을 일 예로 한다.The adhesive 20 is preferably an adhesive that is cured at a low temperature within a temperature range of 150° C. to 200° C., and is an epoxy-based bonding sheet or a low-temperature curing adhesive of a hot melt web sheet.

상기 접착제(20)는 내열성을 위해 PI수지를 일부 포함하는 것이 바람직하며, 방열을 위해 세라믹 분말을 포함하는 것이 바람직하다.The adhesive 20 preferably includes a part of PI resin for heat resistance, and preferably includes ceramic powder for heat dissipation.

상기 접착제(20)는 상기 세라믹 기재(10) 상에 도포되거나 상기 금속박부재(30)의 일면 상에 도포되어 적층됨으로써 상기 접착시키는 단계(S300)에서 경화되어 상기 세라믹 기재(10)와 상기 금속박부재(30)를 서로 접착 고정시키는 것을 일 예로 한다.The adhesive 20 is applied on the ceramic substrate 10 or coated on one surface of the metal foil member 30 and laminated to cure in the bonding step (S300) to the ceramic substrate 10 and the metal foil member. (30) is an example of adhesive fixing to each other.

상기 접착제(20)는 반건조 상태의 접착시트 또는 접착 필름 형태로 상기 세라믹 기재(10) 상에 적층되고 상기 접착시키는 단계(S300)에서 경화되어 상기 세라믹 기재(10)와 상기 금속박부재(30)를 서로 접착 고정시킬 수도 있다.The adhesive 20 is laminated on the ceramic substrate 10 in the form of an adhesive sheet or an adhesive film in a semi-dry state and cured in the bonding step (S300) to the ceramic substrate 10 and the metal foil member 30. may be adhesively fixed to each other.

상기 적층하는 단계(S200)는, 상기 접착제(20)를 상기 세라믹 기재(10)의 표면 또는 상기 금속박부재(30)에서 상기 요철 패턴(31)이 형성된 일면에 부착하고 상기 접착제(20)를 상기 세라믹 기재(10)에 적층시킴으로써 상기 세라믹 기재(10)에 접착제(20)의 개재하에 상기 금속박부재(30)를 적층한다.In the laminating step (S200), the adhesive 20 is attached to the surface of the ceramic substrate 10 or one surface on which the concave-convex pattern 31 is formed on the metal foil member 30 and the adhesive 20 is applied to the By laminating on the ceramic substrate 10 , the metal foil member 30 is laminated on the ceramic substrate 10 under the interposition of the adhesive 20 .

상기 접착시키는 단계(S300)는, 상기 접착제(20)를 150 ℃ ~ 200℃의 온도 범위 내에서 가열 가압하여 경화시킴으로써 상기 금속박부재(30)와 상기 세라믹 기재(10)를 상기 접착제(20)로 견고하게 일체화시킨다.In the bonding step (S300), the metal foil member 30 and the ceramic substrate 10 are cured with the adhesive 20 by heating and pressing the adhesive 20 within a temperature range of 150° C. to 200° C. tightly integrated.

상기 접착시키는 단계(S300)는, 상기 접착제(20)의 경화온도에 따라 적합한 온도로 가열 가압하는 것을 일 예로 한다.In the bonding step (S300), as an example, heating and pressing to a suitable temperature according to the curing temperature of the adhesive (20).

상기 접착시키는 단계(S300)는 상기 세라믹 기재(10)를 받침부재 상에 올려 놓은 상태로 가압구로 상기 금속박부재(30)의 상면을 가압하는 것을 일 예로 하며, 반대로 상기 금속박부재(30)를 받침부재 상에 올려 놓은 상태로 가압구로 상기 세라믹 기재(10)를 가압할 수도 있고, 상기 금속박부재(30)와 상기 세라믹 기재(10)를 동시에 가압구로 가압할 수도 있음을 밝혀둔다.The bonding step (S300) is an example of pressing the upper surface of the metal foil member 30 with a pressing tool while the ceramic substrate 10 is placed on the support member, and on the contrary, the metal foil member 30 is supported It should be noted that the ceramic substrate 10 may be pressed with a pressing tool while being placed on the member, and the metal foil member 30 and the ceramic substrate 10 may be simultaneously pressed with a pressing tool.

상기 접착시키는 단계(S300)는, 상기 요철 패턴(31)의 각 돌부가 전체적으로 또는 부분적으로 상기 세라믹 기재(10)의 표면 상에 접촉되도록 상기 금속박부재(30)를 압착시키는 것이 바람직하다.In the bonding step (S300), it is preferable to press the metal foil member 30 so that each protrusion of the concave-convex pattern 31 is wholly or partially in contact with the surface of the ceramic substrate 10 .

도 12 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 의한 세라믹 DBC 기판 제조방법에서 상기 표면 과정으로 표면이 개질된 세라믹 기재(10)의 표면을 주사현미경으로 확대하여 찍은 확대 사진으로, 도 12는 개질 과정 전 AIN 세라믹 기재(10)의 표면을 나타내고 있고 표면 조도(Ra)가 0.6㎛인 것을 나타내고 있다.12 to 15 are enlarged photographs taken by magnifying the surface of the ceramic substrate 10 whose surface has been modified by the surface process in the method for manufacturing a ceramic DBC substrate according to an embodiment of the present invention under a scanning microscope, and FIG. 12 is the modified It shows the surface of the AIN ceramic substrate 10 before the process, and shows that the surface roughness (Ra) is 0.6 μm.

도 13은 NaOH 10% 수용액으로 1시간 동안 상기 AIN 세라믹 기재(10)의 표면을 개질한 후 AIN 세라믹 기재(10)의 표면을 나타내고 있고 표면 조도(Ra)가 2.2㎛인 것을 나타내고 있다.13 shows the surface of the AIN ceramic substrate 10 after modifying the surface of the AIN ceramic substrate 10 with a 10% aqueous solution of NaOH for 1 hour, and shows that the surface roughness (Ra) is 2.2 μm.

도 14는 NaOH 20% 수용액으로 1시간 동안 상기 AIN 세라믹 기재(10)의 표면을 개질한 후 AIN 세라믹 기재(10)의 표면을 나타내고 있고 표면 조도(Ra)가 2.6㎛인 것을 나타내고 있다.14 shows the surface of the AIN ceramic substrate 10 after modifying the surface of the AIN ceramic substrate 10 with an aqueous solution of 20% NaOH for 1 hour, and shows that the surface roughness (Ra) is 2.6 μm.

도 15는 NaOH 30% 수용액으로 1시간 동안 상기 AIN 세라믹 기재(10)의 표면을 개질한 후 AIN 세라믹 기재(10)의 표면을 나타내고 있고 표면 조도(Ra)가 1.1㎛인 것을 나타내고 있다.15 shows the surface of the AIN ceramic substrate 10 after modifying the surface of the AIN ceramic substrate 10 with a 30% aqueous solution of NaOH for 1 hour, and shows that the surface roughness (Ra) is 1.1 μm.

본 발명은, 기존에 소성공정에 의한 계면 결합 대신에 저온 경화가 가능한 접착제로 세라믹 기재(10)와 금속박이 접착되어 일체화되는 구성이기 때문에 소성 장치가 필요없고, 고온의 소성공정을 거치지 않고 제조가 가능하므로 제조비용을 크게 절감할 수 있다.In the present invention, since the ceramic substrate 10 and the metal foil are bonded and integrated with an adhesive capable of low-temperature curing instead of interfacial bonding by the conventional firing process, there is no need for a firing device, and manufacturing is possible without going through a high-temperature firing process. Therefore, the manufacturing cost can be greatly reduced.

본 발명은, 세라믹 기재(10)의 표면이 거칠고 금속박의 일면에 상기 세라믹 기재(10)와 최대한 근접하게 배치되는 돌기부(31)가 구비됨으로써 세라믹 기재(10)와 금속박이 견고하게 접착됨과 아울러 방열 효과를 동시에 만족시킨다. According to the present invention, the surface of the ceramic substrate 10 is rough and the protrusion 31 disposed as close as possible to the ceramic substrate 10 is provided on one surface of the metal foil so that the ceramic substrate 10 and the metal foil are firmly adhered and heat dissipation. effect at the same time.

본 발명은 제조공정을 단순화함으로써 생산성을 향상시키고 이에 따라 제조 비용을 더 절감할 수 있다.The present invention can improve productivity by simplifying the manufacturing process and thus further reduce manufacturing cost.

이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 권리범위는 첨부한 특허청구 범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.Within the scope of the basic technical idea of the present invention, many other modifications are possible for those of ordinary skill in the art, and the scope of the present invention should be interpreted based on the appended claims. will be.

10 : 세라믹 기재 11 : 미세 돌기부
20 : 접착제 30 : 금속박부재
31 : 돌기부10: ceramic substrate 11: fine protrusion
20: adhesive 30: metal foil member
31: protrusion

Claims (16)

세라믹 기재; 및
상기 세라믹 기재에 접착제의 개재 하에 접착되고, 상기 세라믹 기재와의 접착면에 요철 패턴이 형성된 금속박부재를 포함하고,
상기 요철 패턴은, 행렬로 배열되는 다수의 홈부 및 돌부를 포함하는 것을 특징으로 하며,
상기 세라믹 기재는 상기 금속박부재와의 접착력을 보강하기 위하여 물리적 또는 화학적 표면 개질 처리에 의해 형성된 미세 요철부를 구비하는 것을 특징으로 하고,
상기 요철 패턴의 상기 돌부가 상기 세라믹 기재의 상기 미세 요철부와 접촉하여 열전달 경로를 형성하는 것을 특징으로 하는 세라믹 DBC 기판.ceramic substrates; and
A metal foil member adhered to the ceramic substrate under the interposition of an adhesive and having a concave-convex pattern formed on an adhesive surface with the ceramic substrate,
The uneven pattern is characterized in that it includes a plurality of grooves and protrusions arranged in a matrix,
The ceramic substrate is characterized in that it is provided with fine concavo-convex portions formed by physical or chemical surface modification treatment in order to reinforce the adhesive force with the metal foil member,
The ceramic DBC substrate, characterized in that the protrusion of the concave-convex pattern is in contact with the fine concavo-convex part of the ceramic substrate to form a heat transfer path. 제1항에 있어서,
상기 접착제는 상기 요철 패턴의 각 돌부의 사이에 형성된 홈부에만 개재되거나, 상기 요철 패턴의 각 돌부와 상기 세라믹 기재 사이에는 접착제가 부분적으로만 존재하는 것을 특징으로 하는 세라믹 DBC 기판.According to claim 1,
The adhesive is interposed only in the grooves formed between the protrusions of the concave-convex pattern, or the adhesive is only partially present between the protrusions of the concave-convex pattern and the ceramic substrate. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 요철 패턴의 두께는 10㎛ ~ 20㎛로 형성되고, 100㎛×100㎛ ~ 500㎛×500㎛의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 세라믹 DBC 기판.According to claim 1,
The thickness of the concave-convex pattern is 10㎛ ~ 20㎛, the ceramic DBC substrate, characterized in that having a size of 100㎛ × 100㎛ ~ 500㎛ × 500㎛. 제1항에 있어서,
상기 요철 패턴의 두께는 15㎛ ± 1로 형성되고, 200㎛×200㎛의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 세라믹 DBC 기판.According to claim 1,
The thickness of the concave-convex pattern is 15㎛ ± 1, the ceramic DBC substrate, characterized in that it has a size of 200㎛ × 200㎛. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 접착제는, 150℃ ~ 200℃의 온도에서 경화되는 에폭시계 본딩시트 또는 핫멜트웹시트인 것을 특징으로 하는 세라믹 DBC 기판.According to claim 1,
The adhesive is a ceramic DBC substrate, characterized in that the epoxy-based bonding sheet or hot melt web sheet cured at a temperature of 150 ℃ ~ 200 ℃. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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