KR102621334B1 - 마스킹 공정을 단순화한 세라믹 방열기판 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 세라믹 방열기판 제조방법 및 그 제조방법을 통해 제조된 세라믹 방열기판에 관한 것으로서, 일실시예에 따른 세라믹 방열기판 제조방법은 기판 상에 제1 금속층을 적층하는 단계, 상기 적층된 제1 금속층 상에 제2 금속층을 적층하는 단계, 상기 적층된 제2 금속층 상에 전극층을 적층하는 단계, 상기 전극층 상에 제3 금속층을 적층하는 단계, 상기 적층된 제3 금속층 상에서 패턴을 가공하는 단계, 및 세척 및 건조하는 단계를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 세라믹 방열기판 제조방법 및 그 제조방법을 통해 제조된 세라믹 방열기판에 관한 것으로서, 열압착 공정을 통해 제1, 2, 3 금속층을 접합하여 혼합금속층이 포함된 세라믹 방열기판을 제조함으로써, 접합강도 및 내열충격성은 향상시키고, 기판의 휨현상을 감소시키는 것을 특징으로 하는 세라믹 방열기판 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 최근 전기자동차가 급속히 늘어나면서 전기자동차의 배터리의 전력을 모터, 전장 등으로 전력을 스위칭하여 송전함에 있어서 전력모듈(IGBT, MOSFET 등)이 필요하며 소요전력이 증가할수록 전력모듈에 부하되는 전압, 전류가 증가하고 그에 따라 발열도 증가하게 된다.
이때 열을 제대로 방열해주지 않으면 전력모듈에 오류가 발생하여 큰 사고로 이어질 위험이 있다. 이 전력모듈은 전기자동차뿐만 아니라 고속열차, 풍력/태양광 발전소, UPS, ESS 등에 사용되고 있다.
다른 형태로는 자동차 헤드라이트, Laser pumping LED 등의 LED 모듈로 사용되며 LED에서 발생하는 열을 효율적으로 냉각시켜주어야 LED의 수명이 증가하고 대전력의 laser power source를 만들어 낼 수 있다.
위에서 제기되고 있는 발열문제를 효과적으로 해결할 수 있는 소재로써 엔지니어링 세라믹을 적용할 수 있다. 엔지니어링 세라믹(Al2O3, AlN, Si3N4, MgO, SiC 등)은 일반 세라믹에 비해서 열전도도와 내전압성 모두 우수하여 LED 모듈 또는 전력모듈에서 열은 효율적으로 방열시키면서 고전압, 고전류 환경에서 절연체로써 적합한 소재이다.
따라서, 세라믹과 금속전극(알루미늄 또는 구리)를 접합하여 사용하면 기존 Fr-4기판(합성수지) PCB보다 효율적인 방열효과를 얻을 수 있어 고출력의 전력 모듈에서 방열기판으로 사용할 수 있다. 하지만 세라믹과 금속을 안정적으로 접합시키기가 어렵고 접합시킨다 하더라도 실 사용환경이 고온에서 저온으로 저온에서 고온으로 가열과 냉각이 반복되는 환경에 노출된다.
이때 세라믹과 금속의 열팽창율 차이에 의해 피로응력이 접합부에 누적되고, 결과적으로는 균열 또는 박리현상이 발생되어 전력모듈의 내구성 문제, 나아가 전기자동차 또는 발전시스템 등에 문제가 발생한다. 아래는 기존의 생산 기법으로 만들어진 세라믹 회로기판을 소개한 것이다.
기존의 세라믹 방열기판을 접합하는 방법으로는 Direct Bonding Copper(이하 DBC)와 Direct Plated Copper(이하 DPC), Active metal brazing(이하 AMB), Thick Printed Copper(이하 TPC)방법이 대표적이다.
DBC 방법의 경우 알루미나와 질화 알루미늄 소재에 국한되어 사용되는 공정으로 알루미나 또는 질화 알루미늄 표면을 특정 대기와 온도 조건하에서 얇은 알루미나 층을 형성시킨 기판을 알루미나와 구리의 공정점(1,064~1,065˚C)에서 접합하여 생산하는 방법이다. DBC 제품의 경우 특정 온도와 가스 범위를 일정하게 유지해야하므로 공정 조건이 까다롭고 제품의 열충격에 대한 내성이 낮아 비교적 낮은 출력의 전력 모듈에 사용되고 있으며 현재 매우 널리 사용되고 있는 제품이다.
다음으로, DPC 제품의 경우 세라믹 기판 위에 Magnetron sputtering 기법(PCD)을 통해 전극을 얇게 증착시킨 후 전해도금법을 통해서 전극의 두께를 두껍게 하는 방법이다. DPC 제품의 경우 PVD 기법을 통해 증착되므로 세라믹과 금속이 화학적 결합이 아닌 물리적결합이 되어 접합강도가 상대적으로 낮고 전해도금을 통해 전극의 두께를 두껍게 해야하므로 그 두께의 한계가 존재한다(150㎛ 이하). 따라서 높은 전력의 모듈에 사용하기 어려운 사양이다.
다음으로, AMB 제품의 경우 Ti, Zr, Hf 등의 Active metal과 Ag, Au와 같은 귀금속에 Cu, Al 등 기타 금속의 분말을 혼합 또는 합금화한 분말 또는 페이스트, 시트 등 형태의 Brazing filler를 이용하여 세라믹 기판과 금속 전극을 접합한 제품이다. 앞의 DBC, DPC 제품에 비해 높은 접합력과 열충격에 대한 내성이 매우 우수하며 전극의 두께를 더욱 두껍게(~1.5t) 제조할 수 있는 장점이 있다. 하지만 Active metal과 Ag, Au와 같은 귀금속류를 사용하므로 filler의 가격이 매우 비싸고 내부의 void를 낮게(5% 이하) 제조하기 위해서 상당히 까다로운 공정 조건을 통해 생산되는 단점이 있다. 더욱이 일정하중과 비교적 높은 온도(~900˚C)를 적용해야하므로 대량생산이 어렵고 공정시간이 다소 오래 걸리는 단점 또한 존재한다.
마지막으로, TPC 제품의 경우 구리분말과 글라스 프릿을 혼합한 페이스트를 세라믹 기판 위에 스크린 프린팅 기법을 통해 도포한 후 고온 하에서 접합 및 소결시키는 과정을 여러 번 반복하여 금속전극을 형성하는 기법이다. 이 방법의 경우 공정시간이 다소 오래 소요되며 전극의 두께가 0.3mm가 상한선이다.
세라믹 방열기판을 제조하기 위해서는, PR Masking 공정과정, 물리적 패턴 가공인 CNC or 레이저 건식 패턴 가공, 화학적 패턴 가공인 습식 에칭 패턴 가공1,2차, PR Masking(Dry film) 제거 과정, 세척 및 건조 과정이 필요하다.
도 1은 기존 세라믹 방열기판 제조방법의 일례를 나타낸 도면이다.
세라믹 기판의 상부에 제1 금속층(103)을 적층하고, 제1 금속층(103)의 상부에 제2 금속층(102)을 적층하며, 제2 금속층(102)의 상부에 금속전극층(101)을 적층하는 단계가 진행될 수 있다.
또한, 도면부호 104는 PR 마스킹을 위한 레이어로서 이후 물리적/화학적 패턴 가공 이후 PR 마스킹 제거 과정이 추가로 필요하다.
본 발명은 제3금속층을 추가하여, Masking 역할과 습식 에칭 공정시 제1금속층과 동일한 금속을 사용시 패턴 및 Masking 제거를 동시에 할 수 있어, 공정이 단순화 시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 wet etching에 필요한 PR 공정을 제거함으로써, 공정을 단순화시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 시드층과 함께 엔드층을 함께 에칭함으로써 공정을 단순화 시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 기존과 대비 상대적으로 저온(250℃∼700℃)의 열압착 공정을 통해 제1, 2 금속층을 접합하여 혼합금속층이 포함된 세라믹 방열기판을 제조함으로써, 접합강도 및 내열충격성은 향상시키고, 기판의 휨현상은 감소시키는 세라믹 방열기판의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
일실시예에 따른 세라믹 방열기판 제조방법은 기판 상에 제1 금속층을 적층하는 단계, 상기 적층된 제1 금속층 상에 제2 금속층을 적층하는 단계, 상기 적층된 제2 금속층 상에 전극층을 적층하는 단계, 상기 전극층 상에 제3 금속층을 적층하는 단계, 상기 적층된 제3 금속층 상에서 패턴을 가공하는 단계, 및 세척 및 건조하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 적층된 제3 금속층 상에서 패턴을 가공하는 단계는, 상기 적층된 제3 금속층 상에서 CNC(Computerized Numerical Control) 또는 레이저 건식 방식으로 패턴을 가공하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 적층된 제3 금속층 상에서 패턴을 가공하는 단계는, 상기 물리적으로 패턴 가공된 제3 금속층에 대해 습식 에칭 방식으로 패턴을 가공하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 기판 상에 제1 금속층을 적층하는 단계는, 이온빔 증착 방식을 이용하여 Ti 층을 50nm~1um의 두께로, Cu 층을 100nm~8um의 두께로 적층하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 적층된 제1 금속층 상에 제2 금속층을 적층하는 단계는, Sn 층을 100nm 내지 8um의 두께로 적층하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 적층된 제2 금속층 상에 전극층을 적층하는 단계는, Cu 층을 0.3mm 내지 4.0mm의 두께로 적층하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 기판은 알루미나(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 질화규소(Si3N4), 탄화규소(SiC), 마그네시아(MgO), 실리카(SiO2) 또는 지르코니아(ZrO2) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 제1 금속층은 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 몰리브덴(Mo) 또는 니켈(Ni) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 제1 금속층은 CVD(Chemical Vapor Deposition), PVD(Physical Vapor Deposition) 또는 도금 중 어느 하나의 방법으로 형성될 수 있다.
일실시예에 따른 상기 제2 금속층은 구리(Cu), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 지르코늄(Zr), 니켈(Ni) 또는 규소(Si) 중 두 개 이상을 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 제2 금속층은 PVD(Physical Vapor Deposition), 도금, Foil, Powder, Paste 또는 Clad metal 중 어느 하나의 방법으로 형성될 수 있다.
일실시예에 따른 상기 적층된 제3 금속층 상에서 패턴을 가공하는 단계는, 열압착 공정을 통해 상기 제1 금속층, 제2 금속층, 및 제3 금속층이 접합되어 혼합금속층을 형성하는 단계, 상기 형성된 혼합금속층에 패턴을 에칭하는 에칭단계, 및 상기 에칭된 혼합금속층의 패턴을 임의의 크기로 절단하는 커팅단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 상기 혼합금속층을 형성하는 단계는 상기 제1 금속층 내지 제3 금속층의 열압착 공정시, 진공상태 또는 불활성상태 중 어느 한 조건에서 이루어지되, 압력 0.18Mpa~6Mpa, 온도 250℃~700℃, 유지시간 2시간으로 열압착 공정이 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 제3금속층을 추가하여, Masking 역할과 습식 에칭 공정시 제1금속층과 동일한 금속을 사용시 패턴 및 Masking 제거를 동시에 할 수 있어, 공정이 매우 단순화 시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, wet etching에 필요한 PR 공정을 제거함으로써, 공정을 단순화시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 시드층과 함께 엔드층을 함께 에칭함으로써 공정을 단순화 시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 열압착 공정을 통해 제1, 2, 3 금속층을 접합하여 혼합금속층이 포함된 세라믹 방열기판을 제조함으로써, 접합강도 및 내열충격성은 향상시키고, 기판의 휨현상은 감소시킬 수 있다.
도 1은 기존 세라믹 방열기판 제조방법의 일례를 나타낸 도면이다.
도 2는 일실시예에 따른 세라믹 방열기판 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 3은 방열판의 접합면적 결과 및 접합강도의 결과를 나타낸다.
도 4은 적층된 제3 금속층 상에서 패턴을 가공하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 세라믹 방열기판을 제조하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 6는 세라믹 방열기판 제조방법의 열압착 전, 후의 모습을 나타낸 도면이다.
도 2는 일실시예에 따른 세라믹 방열기판 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 3은 방열판의 접합면적 결과 및 접합강도의 결과를 나타낸다.
도 4은 적층된 제3 금속층 상에서 패턴을 가공하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 세라믹 방열기판을 제조하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 6는 세라믹 방열기판 제조방법의 열압착 전, 후의 모습을 나타낸 도면이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 "~사이에"와 "바로~사이에" 또는 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 2는 일실시예에 따른 세라믹 방열기판 제조방법을 설명하는 도면이다.
일실시예에 따른 세라믹 방열기판 제조방법은 기판 상에 제1 금속층을 적층하고(단계 201), 상기 적층된 제1 금속층 상에 제2 금속층을 적층할 수 있다(단계 202).
세라믹 기판의 상부에 제1 금속층을 적층하는 과정에 있어, 제1 금속층은 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 몰리브덴(Mo) 또는 니켈(Ni)로 이루어지는 군 중에서 1종 이상으로 증착되고, 제1 금속층을 증착하는 단계는, 제1 금속층을 형성하기 전, 세라믹 기판 표면에 플라즈마, 이온빔, 센트블라스트, 화학약품 등으로 전처리를 통해 표면 개질 과정을 포함할 수 있다.
기판 상에 제1 금속층은 이온빔 증착 방식을 이용하여 Ti 층을 50nm~1um의 두께로, Cu 층을 100nm~8um의 두께로 적층할 수 있다.
또한, 적층된 제1 금속층 상에 제2 금속층을 적층하기 위해, Sn 층을 100nm ~8um의 두께로 적층할 수 있다.
일실시예에 따른 기판은 알루미나(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 질화규소(Si3N4), 탄화규소(SiC), 마그네시아(MgO), 실리카(SiO2) 또는 지르코니아(ZrO2) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 제1 금속층은 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 몰리브덴(Mo) 또는 니켈(Ni) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 제1 금속층은 CVD(Chemical Vapor Deposition), PVD(Physical Vapor Deposition) 또는 도금 중 어느 하나의 방법으로 형성될 수 있다.
상기 제1 금속층의 상부에 제2 금속층을 적층하는 과정에서, 제2 금속층은 구리(Cu), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 지르코늄(Zr), 니켈(Ni) 또는 규소(Si)로 이루어지는 군 중에서 2종 이상으로 증착 또는 배치될 수 되고, PVD(Physical Vapor Deposition), 도금, Foil, Powder, Paste 또는 Clad metal의 증착방법을 통해 성형된다.
또한, 일실시예에 따른 세라믹 방열기판 제조방법은 적층된 제2 금속층 상에 전극층을 적층하고(단계 203), 전극층 상에 제3 금속층을 적층하며(단계 204), 적층된 제3 금속층 상에서 패턴을 가공할 수 있다(단계 205).
제2 금속층의 상부에 소자 등이 배치되는 금속전극층을 적층하는 단계로서, 금속전극층은 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al)로 이루어진다.
즉, 제1, 2 금속층은 세라믹 기판과 금속전극층 사이에 배치되어 후술할 열압착 공정에 의해 세라믹 기판과 금속전극층을 접합시키는 접착제 역할을 하게 된다.
일실시예에 따른 세라믹 방열기판 제조방법은 적층된 제2 금속층 상에 전극층을 적층하기 위해, Cu 층을 0.3mm 내지 4.0mm의 두께로 적층할 수 있다.
제1 금속층, 제2 금속층, 및 제3 금속측에 대한 각 층의 두께별 접합면적 및 접합강도는 다음 [표1]과 같다.
[표1]
제1금속층은 Ti 또는 Cu가 사용 가능하고, Ti는 50nm 내지 1um의 범위에서, Cu는 100nm 내지 8um의 범위에서 구현될 수 있다.
또한, 제2금속층은 Sn으로서 100nm 내지 8um의 범위에서, 제3금속층은 Cu로서 0.3mm 내지 4mm의 범위에서 구현될 수 있다.
도 3은 방열판의 접합면적 결과 및 접합강도의 결과를 나타낸다.
또한, 제2 금속층은 구리(Cu), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 지르코늄(Zr), 니켈(Ni) 또는 규소(Si) 중 두 개 이상을 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 제2 금속층은 PVD(Physical Vapor Deposition), 도금, Foil, Powder, Paste 또는 Clad metal 중 어느 하나의 방법으로 형성될 수 있다.
또한, 패턴이 가공되면 이후 세척 및 건조(단계 206)하는 과정을 거쳐 세라믹 방열기판을 완성할 수 있다.
이러한 과정을 통해 일실시예에 따른 세라믹 방열기판 제조방법은 PR 마스킹을 위한 레이어를 적층하는 과정이 필요없고, 이후 물리적/화학적 패턴 가공 이후 PR 마스킹 제거 과정이 추가로 필요하지 않다.
일실시예에 따른 적층된 제3 금속층 상에서 패턴을 가공하는 단계는, 적층된 제3 금속층 상에서 CNC(Computerized Numerical Control) 또는 레이저 건식 방식으로 패턴을 가공할 수 있다.
일실시예에 따른 적층된 제3 금속층 상에서 패턴을 가공하는 단계는, 열압착 공정을 통해 상기 제1 금속층, 제2 금속층, 및 제3 금속층이 접합되어 혼합금속층을 형성할 수 있다.
이를 위해, 일실시예에 따른 패턴 가공 단계에서는 형성된 혼합금속층에 패턴을 에칭하는 과정과, 에칭된 혼합금속층의 패턴을 임의의 크기로 절단하는 커팅 과정을 포함할 수 있다.
일례로, 적층된 제3 금속층 상에서 패턴을 가공하기 위해, 물리적으로 패턴 가공된 제3 금속층에 대해 습식 에칭 방식으로 패턴을 가공할 수 있다.
또한, 혼합금속층을 형성하기 위해서는 상기 제1 금속층 내지 제3 금속층의 열압착 공정시, 진공상태 또는 불활성상태 중 어느 한 조건에서 이루어질 수 있다. 또한, 압력 0.18Mpa~6Mpa, 온도 250℃~700℃, 유지시간 2시간으로 열압착 공정이 이루어질 수 있다.
도 4는 적층된 제3 금속층 상에서 패턴을 가공하는 과정을 설명하는 도면이다.
일실시예에 따른 적층된 제3 금속층 상에서 패턴을 가공하는 과정은 열압착 공정을 통해 상기 제1 금속층, 제2 금속층, 및 제3 금속층이 접합되어 혼합금속층을 형성할 수 있다(단계 401).
또한, 일실시예에 따른 적층된 제3 금속층 상에서 패턴을 가공하는 과정은 형성된 혼합금속층에 패턴을 에칭하고(단계 402), 에칭된 혼합금속층의 패턴을 임의의 크기로 절단할 수 있다(단계 403).
도 5는 본 발명에 따른 세라믹 방열기판을 제조하는 과정을 설명하는 도면이다.
도면부호 510은 제1 금속층(503), 제2 금속층(502), 전극층(501)이 순차적으로 누적된 형태로서, 본 발명에서는 도면부호 420과 같이 전극층(501) 상에 제3 금속층을 추가 적층한다.
이후, 본 발명에서는 패턴 형성을 위해 물리적 방식의 패턴 형성과 화학적 방식의 패턴 형성 과정을 진행할 수 있다.
먼저, 도면부호 530은 CNC 또는 레이저 건식 패턴 가공과 같이 물리적 방식의 패턴 형성 과정을 진행하고, 도면부호 540은 도면부호 530에서 습식 에칭 패턴 가공1, 2차를 통한 화학적 방식의 패턴 형성 과정을 진행할 수 있다.
이후, 세척 및 건조 과정을 통해 도면부호 550와 같이 세라믹 방열기판이 완성된다.
세척 및 건조 과정에서는 세라믹 기판과 금속전극을 세척한 후 건조하는 과정으로서 초음파 세척장비를 통해 세척이 이루어진다.
한편, 세라믹 기판의 세척은 탄화수소계 용매인 NTC-700M를 이용하여 세라믹 기판의 절삭시 생긴 다목적 기계금속류 오일 및 유기물을 제거하도록 1차 세정하고, 알콜계 용매인 NTC-379를 이용하여 세라믹 기판 표면의 각종 이물질 및 무기물을 제거하도록 2차 세정하는 것이 바람직하다.
이때, 세라믹 기판은 알루미나(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 질화규소(Si3N4), 탄화규소(SiC), 마그네시아(MgO), 실리카(SiO2) 또는 지르코니아(ZrO2)로 이루어지고, 세라믹 기판은 각각의 용매에 담궈 주파수 30~50KHz 범위, 5~10분간 초음파 세척 후 blower를 이용하여 건조하는 것이 바람직하고, 통상 주파수는 세라믹 기판의 유기물, 무기물 및 기타 불순물 제거가 용이한 40KHz로 설정하는 것이 바람직하다.
즉, 본 발명에서는 wet etching에 필요한 PR 공정을 제거함으로써, 공정을 단순화시킬 수 있고, 시드층과 함께 엔드층을 함께 에칭함으로써 공정을 단순화 시킬 수 있다.
도 6은 세라믹 방열기판 제조방법의 열압착 전, 후의 모습을 나타낸 도면이다.
세라믹 방열기판은 제1 금속층(640), 제2 금속층(630), 전극층(620), 및 제3 금속층(610)이 순차적으로 누적된 형태로 구현될 수 있다.
혼합금속층을 형성하는 과정은 제1 금속층(640) 내지 제3 금속층(610)의 열압착 공정시, 진공상태 또는 불활성상태 중 어느 한 조건에서 이루어지되, 압력 0.18Mpa~6Mpa, 온도 250℃~700℃, 유지시간 2시간으로 열압착 공정이 이루어질 수 있다.
혼합금속층을 형성하는 과정은 열압착 공정을 통해 상기 제1 금속층 내지 제3 금속층이 접합되어 혼합금속층이 형성되는 단계로서, 제1 금속층 및 제2 금속층이 세라믹 기판 상에 상부 또는 상, 하부 양면으로 위치시킨 후 진공상태 또는 불활성상태(Ar 또는 N2)로 조성된 챔버에서 설정온도, 설정시간 및 설정압력을 통한 열압착 공정이 이루어지게 된다.
이 경우, 진공상태 또는 불활성상태(Ar 또는 N2)의 환경에 의해 금속전극층(600)의 구리박막이 산화되는 것을 방지해 준다.
도면부호 650은 열압착 과정을 통해 복수의 금속층이 혼합된 혼합금속층에 해당한다.
결국, 본 발명을 이용하면 제3금속층을 추가하여, Masking 역할과 습식 에칭 공정시 제1금속층과 동일한 금속을 사용시 패턴 및 Masking 제거를 동시에 할 수 있어, 공정이 매우 단순화 시킬 수 있다.
또한, 열압착 공정을 통해 제1, 2, 3 금속층을 접합하여 혼합금속층이 포함된 세라믹 방열기판을 제조함으로써, 접합강도 및 내열충격성은 향상시키고, 기판의 휨현상은 감소시킬 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Claims (13)
- 기판 상에 제1 금속층을 적층하는 단계;
상기 적층된 제1 금속층 상에 제2 금속층을 적층하는 단계;
상기 적층된 제2 금속층 상에 전극층을 적층하는 단계;
상기 전극층 상에 상기 제1 금속층과 동일한 물질의 금속으로 제3 금속층을 적층하는 단계;
상기 적층된 제3 금속층 상에서 습식 에칭 방식으로 패턴을 가공하는 단계; 및
세척 및 건조하는 단계
를 포함하는 세라믹 방열기판 제조방법. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 기판 상에 제1 금속층을 적층하는 단계는,
이온빔 증착 방식을 이용하여 Ti 층을 50nm~1um의 두께로, Cu 층을
100nm~8um의 두께로 적층하는 단계를 포함하는 세라믹 방열기판 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 적층된 제1 금속층 상에 제2 금속층을 적층하는 단계는,
Sn 층을 100nm~8um의 두께로 적층하는 단계
를 포함하는 세라믹 방열기판 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 적층된 제2 금속층 상에 전극층을 적층하는 단계는,
Cu 층을 0.3mm 내지 4.0mm의 두께로 적층하는 단계
를 포함하는 세라믹 방열기판 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 기판은 알루미나(Al2O3), 질화알루미늄(AlN), 질화규소(Si3N4), 탄화규소(SiC), 마그네시아(MgO), 실리카(SiO2) 또는 지르코니아(ZrO2) 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 방열기판 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 금속층은 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 몰리브덴(Mo) 또는 니켈(Ni) 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 방열기판 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 금속층은 CVD(Chemical Vapor Deposition), PVD(Physical Vapor Deposition) 또는 도금 중 어느 하나의 방법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 세라믹 방열기판 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 제2 금속층은 구리(Cu), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 지르코늄(Zr), 니켈(Ni) 또는 규소(Si) 중 두 개 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 세라믹 방열기판 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 제2 금속층은 PVD(Physical Vapor Deposition), 도금, Foil, Powder, Paste 또는 Clad metal 중 어느 하나의 방법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 세라믹 방열기판 제조방법. - 삭제
- 삭제
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