KR102563423B1 - Ceramic substrate manufacturing method - Google Patents

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Abstract

세라믹 기판 및 세라믹 기판 제조 방법은 구리 파우더와 결합제가 혼합된 구리 페이스트를 세라믹 기재에 인쇄 도포하여 접합층을 형성하고, 접합층의 표면에 금속층을 형성하여 세라믹 기재와 금속층의 접합 강도를 증가시키고 제품 단가를 최소화하도록 한다.A ceramic substrate and a method for manufacturing a ceramic substrate include printing and applying copper paste mixed with copper powder and a binder to a ceramic substrate to form a bonding layer, and forming a metal layer on the surface of the bonding layer to increase the bonding strength between the ceramic substrate and the metal layer, to minimize unit cost.

Description

세라믹 기판 제조 방법{CERAMIC SUBSTRATE MANUFACTURING METHOD}Ceramic substrate manufacturing method {CERAMIC SUBSTRATE MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 세라믹 기판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 급격한 온도 변화에도 세라믹 기재와 금속박 간의 결합 상태를 견고하게 유지하는 세라믹 기판 및 세라믹 기판 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a ceramic substrate, and more particularly, to a ceramic substrate and a method for manufacturing a ceramic substrate that firmly maintains a bonding state between a ceramic substrate and a metal foil even in a rapid temperature change.

세라믹 기판은 AMB(Active Metal Brazing), DBC(Direct Bond Copper) 등의 제조 공정을 통해 생성되며, 제조 공정상의 차이에 따라 세라믹 AMB 기판, 세라믹 DBC 기판 등으로 구분될 수도 있다.Ceramic substrates are produced through manufacturing processes such as active metal brazing (AMB) and direct bond copper (DBC), and may be classified into ceramic AMB substrates, ceramic DBC substrates, and the like according to differences in manufacturing processes.

세라믹 기판은 리드를 기존의 방열소재 위에 배치하는 구조보다 높은 방열 특성을 가질 뿐만 아니라, 방열판의 접착상태 검사 공정을 필요로 하지 않기 때문에 신뢰성이 향상되고 생산성과 일관성이 향상된 반도체 전력 모듈 등을 제공할 수 있다는 장점을 가진 기판이다.Ceramic substrates not only have higher heat dissipation characteristics than structures in which leads are disposed on existing heat dissipation materials, but also provide semiconductor power modules with improved reliability, improved productivity, and consistency because they do not require a heat sink adhesion inspection process. It is a board with the advantage of being able to

일반적으로 세라믹 기판은 세라믹 기재의 표면에 동박과 같은 금속박을 일체로 부착시킨 기판으로, DBC 공정 또는 AMB 공정을 통해 알루미나(Alumina), ZTA(Zirconia Toughened Alumina), AlN 등의 세라믹 기재의 표면에 구리(Cu) 또는 알루미늄(Aluminum)의 포일(Foil)을 접합하여 제조된다.In general, a ceramic substrate is a substrate in which a metal foil such as copper foil is integrally attached to the surface of a ceramic substrate, and copper is formed on the surface of a ceramic substrate such as alumina, ZTA (Zirconia Toughened Alumina), or AlN through a DBC process or an AMB process. It is manufactured by bonding foils of (Cu) or aluminum (Aluminum).

하지만, 종래의 세라믹 기판은 세라믹 기재와 금속박 간의 열팽창률(또는 열팽창계수) 등의 물성 차이로 인해 급속한 온도 변화가 발생하는 경우 금속박의 균열이 발생하거나, 금속박이 세라믹 기재로부터 분리되는 문제점이 있다.However, conventional ceramic substrates have a problem in that cracks occur in the metal foil or the metal foil is separated from the ceramic substrate when a rapid temperature change occurs due to a difference in physical properties such as thermal expansion coefficient (or thermal expansion coefficient) between the ceramic substrate and the metal foil.

일례로, 세라믹 기판의 특성을 검사하기 위한 열 충격 시험(시험 조건: 세라믹 기판의 재질은 알루미나, ZTA(HPS), AlN이고, 1 Cycle은 대략 30분 정도, 사이클당 -50℃에서 150℃까지 온도 가변)을 수행하면, 대략 300 Cycle을 넘지 못하고 금속박에 내부 균열이 발생하거나, 금속박이 세라믹 기재로부터 층분리된다.As an example, a thermal shock test to inspect the characteristics of a ceramic substrate (test conditions: the material of the ceramic substrate is alumina, ZTA (HPS), AlN, 1 cycle is about 30 minutes, -50 ° C to 150 ° C per cycle) When temperature variation) is performed, internal cracks occur in the metal foil without exceeding about 300 cycles, or the metal foil is separated from the ceramic substrate.

세라믹 기판을 전력 관련 기판으로 사용하기 위해서는 장기 수명이 요구되고 있어, 내부 균열 및 층분리의 발생을 늦추기 위해 고강도를 갖는 Si3N4, SiC를 세라믹 기판에 적용하는 기술이 검토되고 있다.In order to use a ceramic substrate as a power-related substrate, a long life is required, and a technique of applying Si3N4 or SiC having high strength to the ceramic substrate is being reviewed in order to delay the occurrence of internal cracks and layer separation.

하지만, Si3N4, SiC는 고강도를 갖지만 고가이기 때문에 제품 단가가 증가하여 제품 경쟁력이 저하되는 문제점이 있다.However, since Si3N4 and SiC have high strength but are expensive, there is a problem in that product competitiveness decreases due to increased product cost.

한국특허공개 제10-2010-0068593호(명칭: 세라믹 소재 기판에 동박을 적층시키는 방법)Korean Patent Publication No. 10-2010-0068593 (Name: Method of laminating copper foil on ceramic substrate)

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 구리 파우더와 결합제가 혼합된 구리 페이스트를 세라믹 기재에 인쇄 도포한 접합층에 금속층을 형성하여 세라믹 기재와 금속층의 접합 강도를 증가시키고 제품 단가를 최소화하도록 한 세라믹 기판 및 세라믹 기판 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been proposed to solve the above conventional problems, and increases the bonding strength between the ceramic substrate and the metal layer by forming a metal layer on a bonding layer obtained by printing and applying a copper paste mixed with copper powder and a binder to a ceramic substrate. It is an object of the present invention to provide a ceramic substrate and a method for manufacturing a ceramic substrate to minimize unit cost.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판 제조 방법은 세라믹 재질인 베이스 기재를 준비하는 단계, 베이스 기재의 적어도 일면에 구리 페이스트를 인쇄하여 접합층을 형성하는 단계 및 접합층의 일면에 금속층을 형성하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, a method for manufacturing a ceramic substrate according to an embodiment of the present invention includes preparing a base substrate made of a ceramic material, forming a bonding layer by printing copper paste on at least one surface of the base substrate, and forming a bonding layer. and forming a metal layer on one surface.

베이스 기재를 준비하는 단계는 알루미나(Alumina), ZTA(Zirconia Toughened Alumina), AlN 및 Si3N4 중 어느 하나를 포함하는 세라믹 재질을 소성하여 베이스 기재를 준비하는 단계를 포함할 수 있다. 베이스 기재를 준비하는 단계는 베이스 기재를 관통하는 비아홀을 형성하는 단계 및 비아홀 내부에 도전성 재질을 충진하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 도전성 재질을 충진하는 단계에서는 구리, 텅스텐 및 은 중 하나이거나, 구리, 텅스텐 및 은 중 적어도 하나를 포함하는 합금인 도전성 재질을 비아홀 내부에 충진할 수 있다.Preparing the base substrate may include preparing the base substrate by firing a ceramic material including any one of alumina, zirconia toughened alumina (ZTA), AlN, and Si3N4. The preparing of the base substrate may include forming a via hole penetrating the base substrate and filling the via hole with a conductive material. Here, in the step of filling the conductive material, a conductive material that is one of copper, tungsten, and silver, or an alloy including at least one of copper, tungsten, and silver may be filled into the via hole.

접합층을 형성하는 단계는 구리 파우더, 세라믹 금속 산화물, Glass Frit 및 유기용제가 혼합된 구리 페이스트를 베이스 기재에 인쇄하여 접합층을 형성하는 단계를 포함하고, 구리 파우더, 세라믹 금속 산화물, Glass Frit 및 유기용제의 성분 합을 100%로 하였을 때, 구리 파우더는 80% 이상 85% 이하, 세라믹 금속 산화물은 1% 이상 5% 이하, Glass Frit은 1% 이상 5% 이하, 유기용제는 5% 이상 18% 이하일 수 있다.Forming the bonding layer includes forming a bonding layer by printing a copper paste in which copper powder, ceramic metal oxide, Glass Frit, and an organic solvent are mixed on a base substrate, and the copper powder, ceramic metal oxide, Glass Frit and When the sum of organic solvent components is 100%, copper powder is 80% or more and 85% or less, ceramic metal oxide is 1% or more and 5% or less, glass frit is 1% or more and 5% or less, organic solvent is 5% or more 18 % or less.

금속층을 형성하는 단계는 구리 및 알루미늄 중 하나이거나, 구리를 포함하는 합금 또는 클래드(Clad)인 도전성 금속을 접합층의 일면에 형성하는 단계를 포함할 수 있다.Forming the metal layer may include forming a conductive metal, which is one of copper and aluminum, or an alloy or clad containing copper, on one surface of the bonding layer.

본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판 제조 방법은 금속층의 일면에 다른 금속층을 형성하는 단계를 더 포함하고, 다른 금속층을 형성하는 단계에서는 다른 도전성 금속의 조성 및 두께 중 적어도 하나를 도전성 금속과 다르게 형성할 수 있다.The method of manufacturing a ceramic substrate according to an embodiment of the present invention further includes forming another metal layer on one surface of the metal layer, and in the forming of the other metal layer, at least one of the composition and thickness of the other conductive metal is formed to be different from that of the conductive metal. can do.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판은 세라믹 재질인 베이스 기재, 베이스 기재의 적어도 일면에 형성된 구리 페이스트인 접합층 및 접합층의 일면에 형성된 금속층을 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, a ceramic substrate according to an embodiment of the present invention may include a ceramic base material, a copper paste bonding layer formed on at least one surface of the base substrate, and a metal layer formed on one surface of the bonding layer.

이때, 베이스 기재는 알루미나(Alumina), ZTA(Zirconia Toughened Alumina), AlN 및 Si3N4 중 어느 하나를 포함하고, 도전성 재질이 충진된 비아홀이 형성되되, 도전성 재질은 구리, 텅스텐 및 은 중 하나이거나, 구리, 텅스텐 및 은 중 적어도 하나를 포함하는 합금일 수 있다.At this time, the base substrate includes any one of alumina, ZTA (Zirconia Toughened Alumina), AlN, and Si3N4, and a via hole filled with a conductive material is formed, but the conductive material is one of copper, tungsten, and silver, or copper , tungsten, and may be an alloy containing at least one of silver.

접합층은 구리 파우더, 세라믹 금속 산화물, Glass Frit 및 유기용제가 혼합된 구리 페이스트이고, 구리 파우더, 세라믹 금속 산화물, Glass Frit 및 유기용제의 성분 합을 100%로 하였을 때, 구리 파우더는 80% 이상 85% 이하, 세라믹 금속 산화물은 1% 이상 5% 이하, Glass Frit은 1% 이상 5% 이하, 유기용제는 5% 이상 18% 이하일 수 있다.The bonding layer is a copper paste in which copper powder, ceramic metal oxide, Glass Frit, and organic solvent are mixed, and when the sum of components of copper powder, ceramic metal oxide, Glass Frit, and organic solvent is 100%, the copper powder is 80% or more. 85% or less, ceramic metal oxide may be 1% or more and 5% or less, glass frit may be 1% or more and 5% or less, and organic solvent may be 5% or more and 18% or less.

금속층은 구리 및 알루미늄 중 하나이거나, 구리를 포함하는 합금 또는 클래드(Clad)일 수 있다.The metal layer may be one of copper and aluminum, or an alloy or clad containing copper.

본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판은 금속층의 일면에 형성된 다른 금속층을 더 포함하고, 다른 금속층은 조성 및 두께 중 적어도 하나가 금속층과 다르게 형성될 수 있다.The ceramic substrate according to an embodiment of the present invention may further include another metal layer formed on one surface of the metal layer, and the other metal layer may have at least one composition and thickness different from that of the metal layer.

본 발명에 의하면, 세라믹 기판 및 세라믹 기판 제조 방법은 구리 파우더와 결합제가 혼합된 구리 페이스트를 세라믹 기재에 인쇄 도포한 접합층에 금속층을 형성함으로써, 세라믹 기재와 금속층 간의 열팽창률(또는 열팽창계수) 등의 물성 차이를 완화하여 이종 접합 저항을 최소화할 수 있다.According to the present invention, a ceramic substrate and a method for manufacturing a ceramic substrate are formed by forming a metal layer on a bonding layer obtained by printing and applying a copper paste in which copper powder and a binder are mixed to a ceramic substrate, thereby increasing the coefficient of thermal expansion (or coefficient of thermal expansion) between the ceramic substrate and the metal layer. Heterojunction resistance can be minimized by mitigating the difference in physical properties.

또한, 세라믹 기판 및 세라믹 기판 제조 방법은 구리 파우더와 결합제가 혼합된 구리 페이스트를 세라믹 기재에 인쇄 도포한 접합층에 금속층을 형성하여 내열충격 성능을 향상시킴으로써, 종래의 세라믹 기판에 비해 사용 수명을 연장하여 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.In addition, the ceramic substrate and the ceramic substrate manufacturing method improve thermal shock resistance by forming a metal layer on a bonding layer obtained by printing and applying copper paste mixed with copper powder and a binder to a ceramic substrate, thereby extending the service life compared to conventional ceramic substrates. This has the effect of securing reliability.

또한, 세라믹 기판 및 세라믹 기판 제조 방법은 구리 파우더와 결합제가 혼합된 구리 페이스트를 세라믹 기재에 인쇄 도포한 접합층에 금속층을 형성하여 이종 접합 저항을 최소화함으로써, 종래의 세라믹 기판에 비해 상대적으로 높은 내균열성 및 내분리성을 구현하여 내열충격 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the ceramic substrate and the method of manufacturing the ceramic substrate minimize heterojunction resistance by forming a metal layer on a bonding layer obtained by printing and applying a copper paste in which copper powder and a binder are mixed to a ceramic substrate, thereby having a relatively high durability compared to conventional ceramic substrates. It has the effect of improving thermal shock resistance performance by realizing crack resistance and separation resistance.

또한, 세라믹 기판 및 세라믹 기판 제조 방법은 구리 파우더와 결합제가 혼합된 구리 페이스트를 세라믹 기재에 인쇄 도포한 접합층에 금속층을 형성하여 이종 접합 저항을 최소화함으로써, 세라믹 기재의 상면 및 하면에 형성되는 전극 패턴(즉, 금속층을 식각하여 형성되는 패턴)들 간의 면적 및 두께를 비대칭으로 구현할 수 있는 효과가 있다.In addition, a ceramic substrate and a method for manufacturing a ceramic substrate minimize heterojunction resistance by forming a metal layer on a bonding layer obtained by printing and applying a copper paste mixed with copper powder and a binder to a ceramic substrate, thereby minimizing electrodes formed on the upper and lower surfaces of the ceramic substrate. There is an effect of implementing an asymmetrical area and thickness between patterns (ie, patterns formed by etching the metal layer).

또한, 세라믹 기판 및 세라믹 기판 제조 방법은 구리 파우더와 결합제가 혼합된 구리 페이스트를 세라믹 기재에 인쇄 도포한 접합층에 금속층을 형성함으로써, 내열충격 성능을 확보하기 위해 Si3N4, SiC을 적용한 종래의 세라믹 기판에 비해 상대적으로 낮은 제품 단가로 생산이 가능하며, 제조 공정을 단순화할 수 있는 효과가 있다.In addition, the ceramic substrate and the ceramic substrate manufacturing method form a metal layer on a bonding layer obtained by printing and applying a copper paste in which copper powder and a binder are mixed to a ceramic substrate, thereby applying Si3N4 and SiC to secure thermal shock resistance. It can be produced at a relatively low unit price compared to conventional products, and has the effect of simplifying the manufacturing process.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
도 3 및 도 4는 도 1의 베이스 기재를 준비하는 단계를 설명하기 위한 도면.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판 제조 방법의 변형예를 설명하기 위한 도면.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판을 설명하기 위한 도면.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판의 일례를 설명하기 위한 도면.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판의 변형예를 설명하기 위한 도면.1 and 2 are views for explaining a method of manufacturing a ceramic substrate according to an embodiment of the present invention.
3 and 4 are views for explaining a step of preparing the base substrate of FIG. 1;
5 and 6 are views for explaining a modified example of a method of manufacturing a ceramic substrate according to an embodiment of the present invention.
7 and 8 are views for explaining a ceramic substrate according to an embodiment of the present invention.
9 is a view for explaining an example of a ceramic substrate according to an embodiment of the present invention.
10 is a view for explaining a modified example of a ceramic substrate according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, the most preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings in order to explain in detail to the extent that those skilled in the art can easily practice the technical idea of the present invention. . First, in adding reference numerals to components of each drawing, it should be noted that the same components have the same numerals as much as possible even if they are displayed on different drawings. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판 제조 방법은 베이스 기재(120)를 준비하는 단계(S100), 베이스 기재(120)에 구리 페이스트를 인쇄하여 접합층(140)을 형성하는 단계(S200) 및 접합층(140)의 일면에 금속층(160)을 형성하는 단계(S300)를 포함한다.Referring to FIGS. 1 and 2 , in the method of manufacturing a ceramic substrate according to an embodiment of the present invention, a base substrate 120 is prepared (S100), copper paste is printed on the base substrate 120, and a bonding layer 140 is formed. Forming a step (S200) and forming a metal layer 160 on one surface of the bonding layer 140 (S300).

베이스 기재(120)를 준비하는 단계(S100)는 세라믹 재질의 베이스 기재(120)를 준비한다. 이때, 베이스 기재(120)를 준비하는 단계(S100)는 대략 0.15㎜ 이상의 두께를 갖는 베이스 기재(120)를 준비한다.In the step of preparing the base substrate 120 (S100), the base substrate 120 made of a ceramic material is prepared. At this time, in the step of preparing the base substrate 120 (S100), the base substrate 120 having a thickness of about 0.15 mm or more is prepared.

베이스 기재(120)를 준비하는 단계(S100)는 알루미나(Alumina), ZTA(Zirconia Toughened Alumina), AlN 및 Si3N4 중 하나의 재질로 형성된 세라믹 기재(즉, 그린 시트)를 베이스 기재(120)로 준비한다. 이때, 베이스 기재(120)를 준비하는 단계(S100)는 알루미나(Alumina), ZTA(Zirconia Toughened Alumina), AlN 및 Si3N4 중 하나 이상을 포함하는 세라믹 기재를 베이스 기재(120)로 준비할 수도 있다.In the step of preparing the base substrate 120 (S100), a ceramic substrate (ie, a green sheet) formed of one of alumina, ZTA (Zirconia Toughened Alumina), AlN, and Si3N4 is prepared as the base substrate 120. do. At this time, in the step of preparing the base substrate 120 (S100), a ceramic substrate including at least one of alumina, zirconia toughened alumina (ZTA), AlN, and Si3N4 may be prepared as the base substrate 120.

도 3 및 도 4를 참조하면, 베이스 기재(120)를 준비하는 단계(S100)는 베이스 기재(120)에 비아홀(122)을 형성하는 단계(S120) 및 비아홀(122)에 도전성 재질을 충진하는 단계(S140)를 포함할 수 있다.3 and 4, preparing the base substrate 120 (S100) includes forming via holes 122 in the base substrate 120 (S120) and filling the via holes 122 with a conductive material. Step S140 may be included.

비아홀(122)을 형성하는 단계(S120)는 베이스 기재(120)를 관통하는 비아홀(122)을 형성한다. 이때, 비아홀(122)을 형성하는 단계(S120)는 베이스 기재(120)를 관통하는 복수의 비아홀(122)을 형성할 수도 있다.In the step of forming the via hole 122 ( S120 ), the via hole 122 penetrating the base substrate 120 is formed. At this time, in the step of forming the via hole 122 ( S120 ), a plurality of via holes 122 penetrating the base substrate 120 may be formed.

비아홀(122)에 도전성 재질을 충진하는 단계(S140)는 구리, 텅스텐 및 은 중 하나인 도전성 재질을 비아홀(122) 내에 충진한다. 비아홀(122)에 도전성 재질을 충진하는 단계(S140)는 구리, 텅스텐 및 은 중 적어도 하나를 포함하는 합금인 도전성 재질을 비아홀(122) 내부에 충진할 수도 있다. 이를 통해, 비아홀(122)에 도전성 재질을 충진하는 단계(S140)는 베이스 기재(120)의 상면 및 하면에 각각 형성되는 금속층(160)들을 연결하는 연결 금속층(124)을 형성한다.In the step of filling the via hole 122 with a conductive material ( S140 ), a conductive material selected from among copper, tungsten and silver is filled into the via hole 122 . In the step of filling the via hole 122 with a conductive material ( S140 ), a conductive material that is an alloy containing at least one of copper, tungsten, and silver may be filled into the via hole 122 . Through this, the step of filling the via hole 122 with a conductive material (S140) forms a connection metal layer 124 connecting the metal layers 160 respectively formed on the upper and lower surfaces of the base substrate 120.

이때, 비아홀(122)에 도전성 재질을 충진하는 단계(S140)는 도전성 페이스트를 인쇄하여 비아홀(122)을 충진할 수 있다. 비아홀(122)에 도전성 재질을 충진하는 단계(S140)는 비아홀(122)의 형상에 대응되는 슬러그 타입의 도전체를 비아홀(122) 내에 삽입하여 비아홀(122)을 충진할 수도 있다.At this time, in the step of filling the via hole 122 with a conductive material (S140), the via hole 122 may be filled by printing a conductive paste. In the step of filling the via hole 122 with a conductive material (S140), the via hole 122 may be filled by inserting a slug type conductor corresponding to the shape of the via hole 122 into the via hole 122.

접합층(140)을 형성하는 단계(S200)는 구리 페이스트를 인쇄하여 베이스 기재(120)의 적어도 일면에 접합층(140)을 형성한다. 이때, 접합층(140)을 형성하는 단계(S200)는 대략 5㎛ 이상 50㎛ 이하의 두께 갖는 접합층(140)을 형성한다. 접합층(140)을 형성하는 단계(S300) 이전에 베이스 기재(120)와 접합층(140)의 원활한 결합을 위해 구리 페이스트를 인쇄하기 전에 탈지 공정을 수행할 수도 있다.In the step of forming the bonding layer 140 ( S200 ), the bonding layer 140 is formed on at least one surface of the base substrate 120 by printing copper paste. At this time, in the step of forming the bonding layer 140 (S200), the bonding layer 140 having a thickness of approximately 5 μm or more and 50 μm or less is formed. Before forming the bonding layer 140 (S300), a degreasing process may be performed before printing the copper paste for smooth bonding between the base substrate 120 and the bonding layer 140.

접합층(140)을 형성하는 단계(S200)는 구리 파우더 및 결합제가 혼합된 구리 페이스트를 베이스 기재(120)에 인쇄하여 접합층(140)을 형성한다. 이때, 결합제는 세라믹 금속 산화물, Glass Frit 및 유기용제 중 적어도 하나를 포함한다. 여기서, 구리 파우더, 세라믹 금속 산화물, Glass Frit 및 유기용제의 성분 합을 100%로 하였을 때, 구리 파우더는 80% 이상 85% 이하, 세라믹 금속 산화물은 1% 이상 5% 이하, Glass Frit은 1% 이상 5% 이하, 유기용제는 5% 이상 18% 이하일 수 있다.In the step of forming the bonding layer 140 ( S200 ), the bonding layer 140 is formed by printing a copper paste in which copper powder and a binder are mixed on the base substrate 120 . In this case, the binder includes at least one of a ceramic metal oxide, glass frit, and an organic solvent. Here, when the sum of components of copper powder, ceramic metal oxide, glass frit, and organic solvent is 100%, copper powder is 80% or more and 85% or less, ceramic metal oxide is 1% or more and 5% or less, and glass frit is 1% 5% or less, and the organic solvent may be 5% or more and 18% or less.

금속층(160)을 형성하는 단계(S300)는 접합층(140)의 일면에 금속층(160)을 형성한다. 이때, 금속층(160)을 형성하는 단계(S300)는 금속박을 접합층(140)에 적층한 후 열처리를 통해 접합한다. 금속층(160)을 형성하는 단계(S300)는 열처리시 금속층(160)의 산화를 방지하기 위해 분위기 또는 진공에서 고온 고압을 가하여 열처리를 수행한다. 이때, 금속층(160)을 형성하는 단계(S300)는 분위기 조성을 위해 N2, H2 및 Ar 등의 불활성 기체를 사용할 수 있다.In the step of forming the metal layer 160 ( S300 ), the metal layer 160 is formed on one surface of the bonding layer 140 . At this time, in the step of forming the metal layer 160 (S300), the metal foil is laminated on the bonding layer 140 and then bonded through heat treatment. In the step of forming the metal layer 160 (S300), heat treatment is performed by applying high temperature and high pressure in an atmosphere or vacuum to prevent oxidation of the metal layer 160 during heat treatment. At this time, in the step of forming the metal layer 160 (S300), an inert gas such as N2, H2, and Ar may be used to create an atmosphere.

여기서, 금속층(160)을 형성하는 단계(S300)는 금속박을 접합층(140)에 적층된 상태에서 대략 800℃ 이상 900℃ 이하의 온도로 가열 가압함에 따라 접착층을 구성하는 구리 페이스트에 포함된 무기질 바인더(즉, 세라믹 금속화합물 및 Class Frit) 및 확산 접합에 의해 금속층(160)을 베이스 기재(120)에 접합한다.Here, in the step of forming the metal layer 160 (S300), the metal foil is heated and pressed at a temperature of about 800° C. or more and 900° C. or less in a state where the metal foil is laminated on the bonding layer 140, so that the inorganic material included in the copper paste constituting the adhesive layer is formed. The metal layer 160 is bonded to the base substrate 120 by a binder (ie, ceramic metal compound and Class Frit) and diffusion bonding.

금속층(160)을 형성하는 단계(S300)는 구리, 알루미늄 등의 도전성 금속인 금속박을 접합층(140)에 접합하여 금속층(160)을 형성한다. 금속층(160)을 형성하는 단계(S300)는 구리를 포함하는 합금, 구리를 포함하는 클래드(Clad) 등의 도전성 금속을 접합층(140)에 접합하여 금속층(160)을 형성할 수도 있다. 이때, 금속층(160)을 형성하는 단계(S300)는 대략 0.1㎜ 이상의 두께로 금속층(160)을 형성한다.In the step of forming the metal layer 160 (S300), the metal layer 160 is formed by bonding a metal foil, which is a conductive metal such as copper or aluminum, to the bonding layer 140. In the step of forming the metal layer 160 ( S300 ), the metal layer 160 may be formed by bonding a conductive metal such as an alloy containing copper or a clad containing copper to the bonding layer 140 . At this time, in the step of forming the metal layer 160 (S300), the metal layer 160 is formed to a thickness of about 0.1 mm or more.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판 제조 방법은 금속층(160)의 일면에 다른 금속층(180)을 형성하는 단계(S400)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 5 and 6 , the method of manufacturing a ceramic substrate according to an embodiment of the present invention may further include forming another metal layer 180 on one surface of the metal layer 160 ( S400 ).

이때, 다른 금속층(180)을 형성하는 단계(S400)는 금속층(160)과 다른 조성 또는 다른 두께를 갖는 다른 금속층(180)을 금속층(160) 상에 형성한다. 다른 금속층(180)을 형성하는 단계(S400)는 금속층(160)과 다른 조성 및 두께를 갖는 다른 금속층(180)을 금속층(160) 상에 형성할 수도 있다. 여기서, 다른 금속층(180)을 형성하는 단계(S400)는 금속층(160)과 다른 금속층(180) 사이에 다른 접합층(미도시)을 형성할 수도 있다.At this time, in the step of forming another metal layer 180 ( S400 ), another metal layer 180 having a different composition or different thickness from that of the metal layer 160 is formed on the metal layer 160 . In the step of forming another metal layer 180 ( S400 ), another metal layer 180 having a different composition and thickness from that of the metal layer 160 may be formed on the metal layer 160 . Here, in the step of forming the other metal layer 180 ( S400 ), another bonding layer (not shown) may be formed between the metal layer 160 and the other metal layer 180 .

이상에서는 베이스 기재(120)의 적어도 일면에 금속층(160)을 형성한 세라믹 기판을 제조하는 방법을 일례로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 금속층(160)의 상면 및 하면에 베이스 기재(120)를 접합한 세라믹 기판, 베이스 기재(120)의 적어도 일면에 금속층(160)이 형성된 단위 기판을 복수개 접합한 세라믹 기판 등과 같이 다양한 형태의 세라믹 기판을 형성할 수 있다. 이때, 베이스 기재(120)와 세라믹 기판 사이에는 상술한 접합층(140)을 형성하는 단계(S200)를 통해 접합층(140)을 형성하여 베이스 기재(120)와 세라믹 기판을 접합하는 것이 바람직하다.In the above, the method of manufacturing a ceramic substrate in which the metal layer 160 is formed on at least one surface of the base substrate 120 has been described as an example, but the base substrate 120 is bonded to the upper and lower surfaces of the metal layer 160 without being limited thereto. Various types of ceramic substrates may be formed, such as one ceramic substrate or a ceramic substrate obtained by bonding a plurality of unit substrates having the metal layer 160 formed on at least one surface of the base substrate 120 . At this time, it is preferable to bond the base substrate 120 and the ceramic substrate by forming the bonding layer 140 between the base substrate 120 and the ceramic substrate through the above-described step of forming the bonding layer 140 (S200). .

도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판은 베이스 기재(120), 접합층(140) 및 금속층(160)을 포함한다. 이하에서는 베이스 기재(120)의 적어도 일면에 금속층(160)을 형성한 세라믹 기판을 제조하는 방법을 일례로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 금속층(160)의 상면 및 하면에 베이스 기재(120)를 접합한 세라믹 기판, 베이스 기재(120)의 적어도 일면에 금속층(160)이 형성된 단위 기판을 복수개 접합한 세라믹 기판 등과 같이 다양한 형태의 세라믹 기판을 형성할 수 있다. 이때, 베이스 기재(120)와 세라믹 기판 사이에는 접합층(140)을 형성하여 베이스 기재(120)와 세라믹 기판을 접합하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 7 , a ceramic substrate according to an embodiment of the present invention includes a base substrate 120 , a bonding layer 140 and a metal layer 160 . Hereinafter, a method of manufacturing a ceramic substrate in which the metal layer 160 is formed on at least one surface of the base substrate 120 has been described as an example, but the base substrate 120 is bonded to the upper and lower surfaces of the metal layer 160 without being limited thereto. Various types of ceramic substrates may be formed, such as one ceramic substrate or a ceramic substrate obtained by bonding a plurality of unit substrates having the metal layer 160 formed on at least one surface of the base substrate 120 . At this time, it is preferable to bond the base substrate 120 and the ceramic substrate by forming a bonding layer 140 between the base substrate 120 and the ceramic substrate.

베이스 기재(120)는 세라믹 재질로 형성된다. 이때, 베이스 기재(120)는 대략 0.15㎜ 이상의 두께로 형성된다.The base substrate 120 is made of a ceramic material. At this time, the base substrate 120 is formed to a thickness of about 0.15 mm or more.

베이스 기재(120)는 알루미나(Alumina), ZTA(Zirconia Toughened Alumina), AlN 및 Si3N4 중 어느 하나인 세라믹 그린 시트를 소성하여 형성된다. 베이스 기재(120)는 알루미나(Alumina), ZTA, AlN 및 Si3N4 중 하나 이상을 포함하는 세라믹 그린 시트를 소성하여 형성될 수도 있다.The base substrate 120 is formed by firing a ceramic green sheet of any one of alumina, zirconia toughened alumina (ZTA), AlN, and Si3N4. The base substrate 120 may be formed by firing a ceramic green sheet including at least one of alumina, ZTA, AlN, and Si3N4.

도 8을 참조하면, 베이스 기재(120)에는 비아홀(122)이 형성된다. 비아홀(122)은 베이스 기재(120)를 관통하도록 형성된다. 베이스 기재(120)에는 복수의 비아홀(122)이 형성될 수도 있다.Referring to FIG. 8 , via holes 122 are formed in the base substrate 120 . The via hole 122 is formed to pass through the base substrate 120 . A plurality of via holes 122 may be formed in the base substrate 120 .

비아홀(122)의 내부에는 도전성 재질이 충진되어 형성된 연결 금속층(124)이 형성된다. 이때, 연결 금속층(124)은 구리, 텅스텐 및 은 중 하나인 것을 일례로 한다. 연결 금속층(124)은 구리, 텅스텐 및 은 중 적어도 하나를 포함하는 합금일 수도 있다.A connection metal layer 124 formed by filling a conductive material is formed inside the via hole 122 . In this case, as an example, the connection metal layer 124 is one of copper, tungsten, and silver. The connection metal layer 124 may be an alloy containing at least one of copper, tungsten, and silver.

연결 금속층(124)은 전도성 페이스트를 인쇄하여 비아홀(122)을 채우거나, 비아홀(122)의 형상에 대응되는 슬러그 타입의 도전체를 비아홀(122) 내에 삽입하여 형성될 수 있다.The connection metal layer 124 may be formed by filling the via hole 122 by printing conductive paste or by inserting a slug type conductor corresponding to the shape of the via hole 122 into the via hole 122 .

접합층(140)은 베이스 기재(120)의 적어도 일면에 형성된다. 접합층(140)은 구리 페이스트를 베이스 기재(120)에 인쇄 도포하여 형성된다. 이때, 접합층(140)을 대략 5㎛ 이상 50㎛ 이하의 두께로 형성될 수 있다.The bonding layer 140 is formed on at least one surface of the base substrate 120 . The bonding layer 140 is formed by printing and applying copper paste to the base substrate 120 . At this time, the bonding layer 140 may be formed to a thickness of about 5 μm or more and about 50 μm or less.

접합층(140)은 구리 파우더, 세라믹 금속 산화물, Glass Frit 및 유기용제가 혼합된 구리 페이스트일 수 있다. 이때, 구리 파우더, 세라믹 금속 산화물, Glass Frit 및 유기용제의 성분 합을 100%로 하였을 때, 구리 파우더는 80% 이상 85% 이하, 세라믹 금속 산화물은 1% 이상 5% 이하, Glass Frit은 1% 이상 5% 이하, 유기용제는 5% 이상 18% 이하일 수 있다.The bonding layer 140 may be a copper paste in which copper powder, ceramic metal oxide, glass frit, and an organic solvent are mixed. At this time, when the sum of components of copper powder, ceramic metal oxide, glass frit and organic solvent is 100%, the copper powder is 80% or more and 85% or less, the ceramic metal oxide is 1% or more and 5% or less, and the glass frit is 1% 5% or less, and the organic solvent may be 5% or more and 18% or less.

금속층(160)은 접합층(140)의 일면에 형성된다. 금속층(160)은 접합층(140)에 금속박을 적층한 후 열처리를 통해 형성된다. 즉, 접합층(140)에 금속박을 적층한 후 열처리를 수행함에 따라 접합층(140)에 의해 금속층(160)이 베이스 기재(120)에 접합된다. 여기서, 금속박이 접합층(140)에 적층된 상태에서 대략 800℃ 이상 900℃ 이하의 온도로 가열 가압함에 따라, 접착층을 구성하는 구리 페이스트에 포함된 무기질 바인더(즉, 세라믹 금속화합물 및 Class Frit)에 의한 접합 및 확산 접합에 의해 금속층(160)이 베이스 기재(120)에 접합된다.The metal layer 160 is formed on one surface of the bonding layer 140 . The metal layer 160 is formed through heat treatment after laminating metal foil on the bonding layer 140 . That is, as the metal foil is laminated on the bonding layer 140 and heat treatment is performed, the metal layer 160 is bonded to the base substrate 120 by the bonding layer 140 . Here, as the metal foil is heated and pressed at a temperature of about 800 ° C. or more and 900 ° C. or less in a state where the metal foil is laminated on the bonding layer 140, the inorganic binder (ie, ceramic metal compound and Class Frit) included in the copper paste constituting the adhesive layer The metal layer 160 is bonded to the base substrate 120 by bonding and diffusion bonding.

금속층(160)은 구리 및 알루미늄 중 하나로 형성된 도전성 금속박일 수 있다. 금속층(160)은 구리를 포함하는 합금, 구리를 포함하는 클래드(Clad)일 수도 있다. 이때, 금속층(160)은 대략 0.1㎜ 이상의 두께로 형성된다.The metal layer 160 may be a conductive metal foil formed of one of copper and aluminum. The metal layer 160 may be an alloy containing copper or a clad containing copper. At this time, the metal layer 160 is formed to a thickness of about 0.1 mm or more.

도 9를 참조하면, 세라믹 기판은 두께가 대략 635(±64)㎛ 정도이고, 밀도가 대략 3.95(g/㎤) 정도이고, 열전도율이 대략 18~25(W/(m·K)) 정도인 베이스 기재(120)의 상면 및 하면에 두께가 대략 30(±10)㎛ 정도이고, 밀도가 대략 7.6~8.9(g/㎤) 정도이고, 열전도율이 대략 401(W/(m·K)) 정도인 접합층(140)이 형성된다. 각 접합층(140)의 일면에는 두께가 대략 300(±30)㎛ 정도이고, 밀도가 대략 8.96(g/㎤) 정도이고, 열전도율이 대략 401(W/(m·K)) 정도인 금속층(160)이 형성된다.Referring to FIG. 9, the ceramic substrate has a thickness of about 635 (± 64) μm, a density of about 3.95 (g / cm 3), and a thermal conductivity of about 18 to 25 (W / (m K)). The upper and lower surfaces of the base substrate 120 have a thickness of about 30 (± 10) μm, a density of about 7.6 to 8.9 (g / cm 3), and a thermal conductivity of about 401 (W / (m K)). A phosphorus bonding layer 140 is formed. On one side of each bonding layer 140, a metal layer having a thickness of about 300 (± 30) μm, a density of about 8.96 (g / cm 3), and a thermal conductivity of about 401 (W / (m K)) ( 160) is formed.

이를 통해, 세라믹 기판은 접합층(140)에 의해 금속층(160)과 베이스 기재(120) 간의 열전도율(또는 열팽창계수)의 차이를 완화시켜 이종 접합 저항을 최소화할 수 있다.Through this, in the ceramic substrate, the difference in thermal conductivity (or thermal expansion coefficient) between the metal layer 160 and the base substrate 120 can be alleviated by the bonding layer 140 to minimize heterojunction resistance.

도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판은 금속층(160)의 일면에 적층되는 다른 금속층(180)을 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 10 , the ceramic substrate according to the embodiment of the present invention may further include another metal layer 180 stacked on one surface of the metal layer 160 .

다른 금속층(180)은 금속층(160)과 다른 조성 또는 다른 두께를 갖도록 형성된다. 다른 금속층(180)은 금속층(160)과 다른 조성 및 두께를 갖도록 형성될 수도 있다. 여기서, 도 10에서는 금속층(160)과 다른 금속층(180)이 직접 접합되는 것으로 도시하였으나, 금속층(160)과 다른 금속층(180) 사이에 다른 접합층(미도시)이 개재되어 금속층(160)과 다른 금속층(180)을 접합할 수도 있다.The other metal layer 180 is formed to have a different composition or different thickness from that of the metal layer 160 . The other metal layer 180 may be formed to have a different composition and thickness from that of the metal layer 160 . Here, although FIG. 10 shows that the metal layer 160 and the other metal layer 180 are directly bonded, another bonding layer (not shown) is interposed between the metal layer 160 and the other metal layer 180 so that the metal layer 160 and the other metal layer 180 are bonded together. Another metal layer 180 may be bonded.

이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.Although the preferred embodiment according to the present invention has been described above, it can be modified in various forms, and those skilled in the art can make various modifications and variations without departing from the scope of the claims of the present invention. It is understood that this can be done.

120: 베이스 기재 122: 비아홀
124: 연결 금속층 140: 접합층
160: 금속층 180: 다른 금속층120: base substrate 122: via hole
124: connection metal layer 140: bonding layer
160: metal layer 180: another metal layer

Claims (15)

세라믹 재질인 베이스 기재를 준비하는 단계;
상기 베이스 기재의 적어도 일면에 구리 페이스트를 인쇄하여 접합층을 형성하는 단계;
상기 접합층의 일면에 금속층을 형성하는 단계; 및
상기 금속층을 상기 베이스 기재에 접합하는 단계를 포함하고,
상기 접합층을 형성하는 단계는,
구리 파우더, 세라믹 금속 산화물, Glass Frit 및 유기용제가 혼합된 구리 페이스트를 상기 베이스 기재에 인쇄하여 접합층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 구리 파우더, 세라믹 금속 산화물, Glass Frit 및 유기용제의 성분 합을 100%로 하였을 때, 상기 구리 파우더는 80% 이상 85% 이하, 상기 세라믹 금속 산화물은 1% 이상 5% 이하, 상기 Glass Frit은 1% 이상 5% 이하, 상기 유기용제는 5% 이상 18% 이하인 것을 특징으로 하며,
상기 접합하는 단계는 상기 금속층이 형성된 상기 베이스 기재를 800 ℃ 이상 900℃ 이하의 온도로 가열 및 가압하여 상기 구리 페이스트에 포함된 상기 세라믹 금속 산화물 및 상기 Glass Frit의 확산 접합에 의해 상기 금속층을 상기 베이스 기재에 접합하는 것을 특징으로 하는 세라믹 기판 제조 방법.Preparing a base substrate that is a ceramic material;
forming a bonding layer by printing copper paste on at least one surface of the base substrate;
Forming a metal layer on one surface of the bonding layer; and
Bonding the metal layer to the base substrate,
Forming the bonding layer,
Forming a bonding layer by printing a copper paste in which copper powder, ceramic metal oxide, glass frit, and an organic solvent are mixed on the base substrate,
When the sum of components of the copper powder, ceramic metal oxide, glass frit, and organic solvent is 100%, the copper powder is 80% or more and 85% or less, the ceramic metal oxide is 1% or more and 5% or less, and the glass frit is 1% or more and 5% or less, characterized in that the organic solvent is 5% or more and 18% or less,
The bonding may include heating and pressurizing the base substrate on which the metal layer is formed at a temperature of 800° C. or higher and 900° C. or lower, so that the metal layer is bonded to the base material by diffusion bonding of the ceramic metal oxide and the glass frit included in the copper paste. A method for manufacturing a ceramic substrate, characterized in that it is bonded to a substrate. 제1항에 있어서,
상기 베이스 기재를 준비하는 단계는,
상기 베이스 기재를 관통하는 비아홀을 형성하는 단계; 및
상기 비아홀 내부에 도전성 재질을 충진하는 단계를 포함하는 세라믹 기판 제조 방법.According to claim 1,
The step of preparing the base substrate,
forming a via hole penetrating the base substrate; and
A method of manufacturing a ceramic substrate comprising the step of filling the inside of the via hole with a conductive material. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 금속층을 형성하는 단계는, 구리 및 알루미늄 중 하나이거나, 구리를 포함하는 합금 또는 클래드(Clad)인 도전성 금속을 상기 접합층의 일면에 형성하며,
상기 금속층의 일면에 다른 금속층을 형성하는 단계를 더 포함하고,
상기 다른 금속층을 형성하는 단계는 상기 다른 금속층의 조성 및 두께 중 적어도 하나를 상기 도전성 금속과 다르게 형성하는 세라믹 기판 제조 방법.According to claim 1,
In the forming of the metal layer, a conductive metal that is one of copper and aluminum, or an alloy or clad containing copper is formed on one surface of the bonding layer,
Further comprising forming another metal layer on one surface of the metal layer,
In the forming of the other metal layer, at least one of a composition and a thickness of the other metal layer is formed to be different from that of the conductive metal. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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