KR102645303B1 - 세라믹 기판 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 세라믹 기판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 세라믹 기재와, 세라믹 기재의 상부에 접합되고, 회로 패턴 형상으로 구비된 제1 금속시트와, 세라믹 기재의 하부에 접합된 제2 금속시트를 포함하고, 제2 금속시트는, 세라믹 기재의 하면과 접하는 평면부와, 평면부의 하부에 서로 간격을 두고 돌출 형성되고, 액체형 냉매와 접촉하는 복수의 방열핀을 구비할 수 있다.
Description
본 발명은 세라믹 기판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수냉식 방열을 위한 복수의 방열핀을 포함한 금속시트와 세라믹 기재가 일체화된 세라믹 기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 전기차는 고전압 배터리에서 제공되는 직류 전압을, 모터를 구동하기 위한 교류 3상 전압으로 변환시키는 인버터가 필요하다.
이러한 인버터는 구동용 배터리의 높은 전압을 모터에 적합한 상태로 조절하여 공급하기 위한 파워모듈이 조립된다. 파워모듈은 전력의 변환을 위한 반도체 칩을 포함하는데, 이러한 반도체 칩은 고전압 고전류 동작으로 인해 고온의 열이 발생한다. 이러한 열이 지속되면 반도체 칩이 열화되고, 파워모듈의 성능이 저하되는 문제가 있다.
이를 해결하기 위해 세라믹 또는 금속 기판의 적어도 일면에 히트 싱크를 구비하여, 히트 싱크의 방열 기능을 통해 열에 의한 반도체 칩의 열화 현상을 방지하고 있다.
히트 싱크는 구리, 알루미늄 등의 열전도도가 높은 금속재로 제조되는데, 이러한 금속의 히트 싱크의 경우에도 방열에 한계가 있어 한계 이상의 열이 발생할 경우 냉각 효율이 급격히 떨어져 고장의 원인이 되고 있다.
아울러, 반도체 칩이 실장되는 기판의 경우에도 열로 인한 휨 등이 발생하여 특성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 반도체 칩에서 발생하는 열을 효과적으로 방열할 수 있도록 한 세라믹 기판 및 이의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판은, 세라믹 기재와, 세라믹 기재의 상부에 접합되고, 회로 패턴 형상으로 구비된 제1 금속시트와, 세라믹 기재의 하부에 접합된 제2 금속시트를 포함하고, 제2 금속시트는, 세라믹 기재의 하면과 접하는 평면부와, 평면부의 하부에 서로 간격을 두고 돌출 형성되고, 액체형 냉매와 접촉하는 복수의 방열핀을 구비할 수 있다.
복수의 방열핀은 유입구에서 배출구까지의 내부 유로가 형성된 냉매 순환부에 배치되고, 내부 유로를 따라 연속해서 순환하는 액체형 냉매와 직접적으로 접촉할 수 있다. 이러한 복수의 방열핀은 1:3의 종횡비를 가질 수 있다.
제1 금속시트와 제2 금속시트의 재질은 Cu, Al, Cu 합금 중 어느 하나일 수 있다.
제1 금속시트의 하면과 세라믹 기재의 상면 사이, 세라믹 기재의 하면과 제2 금속시트의 평면부 사이에 배치된 접합층을 더 포함하고, 접합층은 Ag 및 AgCu 중 적어도 하나를 포함하는 재료로 이루어질 수 있다.
한편, 제2 금속시트의 평면부는 다층 구조이고, 다층 구조 중 인접하는 적어도 두 개의 층은 서로 다른 금속재질로 형성될 수 있다.
여기서, 평면부는 중간층와, 중간층의 상면에 형성된 상부 금속층과, 중간층의 하면에 형성된 하부 금속층을 포함하고, 상부 금속층과 하부 금속층은 동일 금속재질로 형성되며, 중간층은 상부 금속층 및 하부 금속층과 다른 금속 재질일 수 있다.
중간층의 재질은 CuMo, Mo 중 어느 하나이고, 상부 금속층과 하부 금속층의 재질은 Cu, Al, Cu 합금 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판 제조 방법은, 세라믹 기재를 준비하는 단계와, 회로 패턴 형상의 제1 금속시트를 준비하는 단계와, 복수의 방열핀을 구비한 제2 금속시트를 준비하는 단계와, 세라믹 기재의 상부에 제1 금속시트를 접합하고, 세라믹 기재의 하부에 제2 금속시트를 접합하는 단계를 포함하며, 제2 금속시트를 준비하는 단계에서, 복수의 방열핀은 세라믹 기재의 하면과 접하는 평면부의 하부에 서로 간격을 두고 돌출 형성되고, 액체형 냉매와 접촉하도록 구비될 수 있다.
접합하는 단계는, 제1 금속시트의 하면과 세라믹 기재의 상면 사이, 세라믹 기재의 하면과 제2 금속시트의 평면부 사이에 접합층을 배치하는 단계와, 접합층을 용융시켜 제1 금속시트, 세라믹 기재 및 제2 금속시트를 브레이징 접합하는 단계를 포함할 수 있다.
접합층을 배치하는 단계는, 도금, 페이스트 도포, 포일(foil) 부착 중 어느 하나의 방법으로 Ag 및 AgCu 중 적어도 하나를 포함하는 재료로 이루어진 접합층을 배치할 수 있다.
본 발명은 복수의 방열핀을 구비하고 열전도도가 높은 제2 금속시트를 세라믹 기재의 하면에 바로 브레이징 접합시킨 직접 냉각 구조의 세라믹 기판이므로, 방열 성능을 극대화할 수 있고, 공정을 단순화하여 에너지와 비용을 절감할 수 있으며, 경량화 및 소형화를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명은 복수의 방열핀이 연속해서 순환하는 액체형 냉매에 의해 직접적으로 접촉하여 냉각되는 수냉식 방열 구조이므로, 액체형 냉매의 유속을 가변시켜 신속하게 열을 흡수하고 방열시킬 수 있고, 기존의 공냉식 방열 구조에 비해 방열 효과를 극대화할 수 있다.
또한, 본 발명은 반도체 칩 등으로부터 고온의 열이 발생하더라도 연속 순환하는 액체형 냉매에 의해 강제 냉각되어 세라믹 기재의 과열을 방지할 수 있고, 반도체 칩이 열화하지 않도록 일정한 온도로 유지시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 액체형 냉매가 복수의 방열핀 사이를 이동하도록 구비되기 때문에, 복수의 방열핀의 개수 및 배치를 변경함에 따라 액체형 냉매의 흐름을 용이하게 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판이 냉매 순환부에 장착되고, 냉매 순환부에 순환 구동부가 연결된 구성을 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 세라믹 기판을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 세라믹 기판을 도시한 배면측 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 세라믹 기판을 도시한 배면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 세라믹 기판에서 제2 금속시트의 평면부가 다른 변형예를 나타낸 측면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판 제조방법을 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 세라믹 기판을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 세라믹 기판을 도시한 배면측 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 세라믹 기판을 도시한 배면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 세라믹 기판에서 제2 금속시트의 평면부가 다른 변형예를 나타낸 측면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판 제조방법을 도시한 흐름도이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판이 냉매 순환부에 장착되고, 냉매 순환부에 순환 구동부가 연결된 구성을 도시한 개념도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 세라믹 기판을 도시한 사시도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 세라믹 기판을 도시한 배면측 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 세라믹 기판을 도시한 배면도이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바에 의하면, 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판(1)은 세라믹 기재(10), 제1 금속시트(100) 및 제2 금속시트(200)를 포함한 일체형으로 구비될 수 있다. 이러한 세라믹 기판(1)은 세라믹 기재(10)의 상하부에 제1 및 제2 금속시트(100,200)가 브레이징 접합된 AMB(Active Metal Brazing) 기판일 수 있다.
세라믹 기판(1)은 회로 패턴을 형성하는 제1 금속시트(100)의 상면(110)에 반도체 칩(c)이 실장될 수 있다. 반도체 칩(c)은 SiC, GaN, Si, LED, VCSEL 등의 반도체 칩일 수 있다. 이러한 반도체 칩(c)은 솔더(Solder) 또는 은 페이스트(Ag Paste)를 포함하는 본딩층(b)에 의해 제1 금속시트(100)의 상면에 플립칩(flip chip) 형태로 접합될 수 있다.
세라믹 기재(10)는 산화물계 또는 질화물계 세라믹 재료로 이루어질 수 있다. 예컨대, 세라믹 기재(10)는 알루미나(Al2O3), AlN, SiN, Si3N4, ZTA(Zirconia Toughened Alumina) 중 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 금속시트(100) 및 제2 금속시트(200)는 열전도도가 우수한 Cu, Al, Cu 합금 중 하나로 이루어지는 것을 일 예로 할 수 있다.
제1 금속시트(100)는 세라믹 기재(10)의 상부에 접합되고, 회로 패턴 형상으로 구비될 수 있다. 제1 금속시트(100)는 세라믹 기재(10)의 상면에 브레이징 접합되어 반도체 칩을 실장하는 전극패턴 및 구동소자를 실장하는 전극패턴으로 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 금속시트(100)는 반도체 칩 또는 주변 부품이 실장될 영역에 전극패턴으로 형성될 수 있다. 또한, 제1 금속시트(100)의 두께는 0.6T일 수 있다.
제2 금속시트(200)는 세라믹 기재(10)의 하부에 접합될 수 있다. 이러한 제2 금속시트(200)는 평면부(210) 및 복수의 방열핀(220)을 포함하여 구비될 수 있다. 일 예로, 평면부(210)의 두께는 0.2T이고, 복수의 방열핀(220)의 두께는 0.6T일 수 있다.
평면부(210)는 세라믹 기재(10)의 하면(12)과 직접적으로 접하는 부분이므로, 세라믹 기재(10)와의 접합 면적을 최대한 크게 하여 접합력을 높일 수 있도록 평판 형태로 형성될 수 있다.
복수의 방열핀(220)은 평면부(210)의 하부에 서로 간격을 두고 돌출 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 복수의 방열핀(220)이 사각기둥 형상인 예를 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 복수의 방열핀(220)은 원기둥 형태, 눈물방울 형태, 다이아몬드 형태 등의 다양한 형태로 구비될 수 있고, 이러한 방열핀의 형상은 금형 가공, 에칭 가공, 밀링 가공, 기타 가공에 의해 구현될 수 있다.
복수의 방열핀(220)은 냉매 순환부(2)에 배치될 수 있다. 냉매 순환부(2)는 액체형 냉매가 유입되는 유입구(2a), 액체형 냉매가 배출되는 배출구(2b) 및 유입구(2a)에서 배출구(2b)까지의 내부 유로(미도시)가 구비될 수 있다. 이때, 냉매 순환부(2)의 유입구(2a)를 통해 유입된 액체형 냉매는 상기 내부 유로를 거쳐 배출구(2b)를 통해 배출될 수 있다. 유입구(2a)와 배출구(2b) 사이에서 액체형 냉매가 이동하는 경로인 내부 유로의 형태와 크기는 다양하게 설계 변경될 수 있으므로, 냉매 순환부(2)의 내부 유로 자체에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
순환 구동부(3)는 냉매 순환부(2)와 연결되고, 펌프(미도시)의 구동력을 이용하여 액체형 냉매를 순환시킬 수 있다. 여기서, 냉매 순환부(2)의 유입구(2a)는 제1 순환라인(L1)을 통해 순환 구동부(3)와 연결될 수 있고, 냉매 순환부(2)의 배출구(2b)는 제2 순환라인(L2)을 통해 순환 구동부(3)와 연결될 수 있다. 즉, 순환 구동부(3)는 제1 순환라인(L1), 냉매 순환부(2) 및 제2 순환라인(L2)을 포함한 순환 경로를 따라 액체형 냉매를 연속해서 순환시킬 수 있다. 여기서, 액체형 냉매는 탈이온수(Deionized Water)일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 필요에 따라 액체질소, 알코올, 기타 용매를 사용할 수도 있다.
순환 구동부(3)로부터 공급되는 액체형 냉매는 제1 순환라인(L1)을 통해 냉매 순환부(2)의 유입구(2a)로 유입되고, 냉매 순환부(2)에 형성된 내부 유로를 따라 이동하여 배출구(2b)를 통해 배출되며, 이후에 제2 순환라인(L2)을 통해 다시 순환 구동부(3)로 이동할 수 있다. 비록 자세히 도시되지는 않았으나, 순환 구동부(3)는 열교환기(미도시)를 포함할 수 있다. 순환 구동부(3)의 열교환기는 냉매 순환부(2)의 내부 유로를 통과하면서 온도가 올라간 액체형 냉매의 온도를 낮출 수 있고, 순환 구동부(3)는 열교환기에 의해 온도가 낮춰진 액체형 냉매를 펌프의 구동력을 이용하여 다시 제1 순환라인(L1)으로 공급할 수 있다.
이와 같이, 냉매 순환부(2)는 순환 구동부(3)로부터 공급된 액체형 냉매가 연속해서 순환하도록 구비될 수 있다. 이때, 세라믹 기판(1)의 복수의 방열핀(220)은 냉매 순환부(2)의 내부 유로 내에 배치되어 내부 유로를 따라 연속해서 순환하는 액체형 냉매와 직접적으로 접촉할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판(1)은 복수의 방열핀(220)이 연속 순환하는 액체형 냉매에 의해 직접 냉각될 수 있는 수냉식 방열 구조를 가진다.
복수의 방열핀(220)을 포함한 제2 금속시트(200)는 세라믹 기재(10)의 하면(12)에 접하는 상태이고, 열전도도가 높은 금속 재질로 형성되기 때문에 세라믹 기재(10)와의 열교환을 용이하게 수행할 수 있다. 일 예로, 제2 금속시트(200)는 Cu 재질의 금속시트일 수 있고, Cu 금속시트는 열전도도가 393W/m·℃이므로 세라믹 기재(10)와의 열교환이 원활하게 이루어질 수 있다.
복수의 방열핀(220)은 반도체 칩(c) 등으로부터 고온의 열이 발생하더라도 연속 순환하는 액체형 냉매에 의해 강제 냉각되어 세라믹 기재(10)의 과열을 방지할 수 있고, 반도체 칩(c)이 열화하지 않도록 일정한 온도로 유지시킬 수 있다. 즉, 반도체 칩(c)에 약 100℃ 이상의 고온의 열이 발생하더라도, 냉매 순환부(2)의 내부 유로를 따라 순환하는 액체형 냉매의 온도는 약 25℃이므로 복수의 방열핀(220)으로 전달된 열을 빠르게 냉각시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판(1)은 핀휜(pin-fin) 구조의 히트 싱크와 세라믹 기재가 일체화된 구성으로서, 공정을 단순화하고 에너지와 비용을 절감할 수 있으며, 경량화 및 소형화를 구현하면서도 방열 성능을 높일 수 있다. 종래 기술에 따른 방열 구조는 Ag 에폭시와 같은 서멀 그리스(Thermal Grease)를 이용하여 세라믹 기판의 금속층과 베이스 플레이트를 솔더링(Soldering) 접합한 후, 그라파이트(graphite)와 같은 TIM(Thermal Interface Materials) 물질을 코팅하는 구조이다. 이와 같이 종래의 방열 구조는 여러 층의 냉각 부재를 적층한 상태에서 방열하는 간접 냉각 방식이므로, 열전도도가 약 90W/m·℃ 정도로 낮아 냉각 효율이 낮을 뿐만 아니라 제조 공정이 복잡한 문제점이 있다.
반면, 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판(1)은 세라믹 기재(10)의 하면에 복수의 방열핀(220)을 포함한 제2 금속시트(200)를 바로 브레이징 접합시켜 형성한 직접 냉각 구조이므로 양산성을 향상시킬 수 있고, 종래에 비해 열전도도가 약 4배 이상 높아 방열 효과를 극대화할 수 있다. 아울러, 세라믹 기판(1)은 수냉식 방열 구조이므로 액체형 냉매의 유속을 가변시켜 신속하게 열을 흡수하고 방열시킬 수 있고, 이로 인해 기존의 공냉식 방열 구조에 비해 방열 효과를 극대화할 수 있다.
또한, 액체형 냉매는 복수의 방열핀(220) 사이를 이동하므로, 복수의 방열핀(220)의 개수 및 배치를 변경함에 따라 액체형 냉매의 흐름을 용이하게 제어할 수 있다는 장점이 있다.
복수의 방열핀(220)의 형상 및 개수는 설계 시 사전 시뮬레이션 결과에 따라 다양하게 변경 가능하다. 바람직한 실시예에서, 복수의 방열핀(220)은 1:3의 종횡비를 가질 수 있다. 복수의 방열핀(220)은 1:1의 종횡비를 가질 때보다 1:3의 종횡비를 가졌을 때 열이 좀 더 잘 전달되고, 액체형 냉매의 흐름이 상대적으로 더 용이하게 이루어질 수 있다.
한편, 비록 도시되지는 않았으나, 세라믹 기재(10), 제1 금속시트(100) 및 제2 금속시트(200)는 접합층(미도시)에 의해 서로 접합될 수 있다, 이때, 접합층은 Ag 및 AgCu 중 적어도 하나를 포함하는 재료로 이루어질 수 있다. Ag, AgCu는 열전도도가 높아 접합력을 높이는 역할과 동시에 열 전달을 용이하게 하여 방열 효율을 높일 수 있다. 접합층은 도금, 페이스트 도포, 포일(foil) 부착 중 어느 하나의 방법에 의해 형성될 수 있고, 두께는 약 0.3㎛ 내지 3.0㎛일 수 있다.
접합층은 제1 금속시트(100)의 하면(120)과 세라믹 기재(10)의 상면(11) 사이, 세라믹 기재(10)의 하면(12)과 제2 금속시트(200)의 평면부(210) 사이에 배치될 수 있고, 브레이징 온도에서 세라믹 기재(10), 제1 금속시트(100) 및 제2 금속시트(200)를 일체로 접합시킬 수 있다. 브레이징 온도는 800℃ 내지 950℃일 수 있다. 브레이징 접합은 모재의 용융점 이하의 온도에서 접합층만 용융시킨 뒤 접합하고자 하는 모재들 사이에 젖음 현상과 모세관 현상 등을 이용하여 침투, 확산시켜 접합하는 것으로, 접합 강도가 우수하므로 일반 용접 접합 등에 비해 접합 신뢰성이 우수하다.
한편, 세라믹 기재(10), 제1 금속시트(100) 및 제2 금속시트(200)는 열화학적 접합에 의해 접합될 수도 있다. 열화학적 접합은 열융착, 접착제, 점착제 등을 이용한 접합일 수 있다. 또는 세라믹 기재(10), 제1 금속시트(100) 및 제2 금속시트(200)는 열화학적 접합을 이용하여 가접착된 후 브레이징 접합될 수도 있다.
이와 같이, 세라믹 기재(10), 제1 금속시트(100) 및 제2 금속시트(200)는 브레이징 접합 또는 열화학적 접합을 통하여 서로 기밀하게 접합될 수 있고, 수압, 유압 등에 견딜 수 있는 높은 접합 강도를 갖도록 접합될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 세라믹 기판에서 제2 금속시트의 평면부가 다른 변형예를 나타낸 측면도이다.
도 5의 변형예에 따른 세라믹 기판(1')의 평면부(210')는 다층 구조일 수 있다. 이때, 다층 구조 중 인접하는 적어도 두 개의 층은 서로 다른 금속재질로 형성될 수 있다.
구체적으로, 평면부(210')는 중간층(210b')과, 중간층(210b')의 상면에 형성된 상부 금속층(210a')과, 중간층(210b')의 하면에 형성된 하부 금속층(210c')을 포함할 수 있다. 이때, 상부 금속층(210a')과 하부 금속층(210c')은 동일 금속재질로 형성되며, 중간층(210b')은 상부 금속층(210a') 및 하부 금속층(210c')과 다른 금속재질로 형성될 수 있다.
일 예로, 중간층(210b')의 재질은 CuMo, Mo 중 어느 하나일 수 있고, 상부 금속층(210a')과 하부 금속층(210c')의 재질은 Cu, Al, Cu 합금 중 어느 하나일 수 있다.
여기서, 상부 금속층(210a') 및 하부 금속층(210c')이 Cu 재질의 금속층으로 이루어지고, 중간층(210b')이 CuMo 재질의 금속층으로 이루어지는 CPC 소재일 경우, CuMo는 낮은 열팽창 계수로 휨 발생 방지를 위한 것이고, Cu는 방열을 위한 열전도도 확보를 위한 것이다.
CuMo는 Cu에 비해 상대적으로 열팽창 계수가 낮다. Cu는 열팽창 계수가 17ppm/℃, 열전도도가 393W/m·℃이고, CuMo는 열팽창 계수가 7.0ppm/℃, 열전도도가 160W/m·℃이다.
이와 같이, 열팽창 계수가 상대적으로 낮은 CuMo 재질인 중간층(210b')의 상하부에, 열팽창 계수가 상대적으로 높으나 열전도도가 높은 Cu 재질의 상부 금속층(210a') 및 하부 금속층(210c')을 접합한 3층 구조의 평면부(210')가 구비될 경우, 열팽창 계수를 낮춤으로써 고온에서의 휨 현상을 줄일 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판 제조방법을 도시한 흐름도이다.
본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판 제조방법은 도 6에 도시된 바와 같이, 세라믹 기재(10)를 준비하는 단계(S10)와, 회로 패턴 형상의 제1 금속시트(100)를 준비하는 단계(S20)와, 복수의 방열핀(220)을 구비한 제2 금속시트(200)를 준비하는 단계(S30)와, 세라믹 기재(10)의 상부에 제1 금속시트(100)를 접합하고, 세라믹 기재(10)의 하부에 제2 금속시트(200)를 접합하는 단계(S40)를 포함할 수 있다. 여기서, 세라믹 기재(10)를 준비하는 단계(S10), 제1 금속시트(100)를 준비하는 단계(S20), 제2 금속시트(200)를 준비하는 단계(S30)는 순차적으로 수행되거나, 서로 순서를 바꾸어 수행될 수 있고, 실질적으로 동시에 수행될 수도 있다.
세라믹 기재(10)를 준비하는 단계(S10)에서, 세라믹 기재(10)는 알루미나(Al2O3), AlN, SiN, Si3N4, ZTA(Zirconia Toughened Alumina) 중 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
회로 패턴 형상의 제1 금속시트(100)를 준비하는 단계(S20)에서, 제1 금속시트(100)는 Cu, Al, Cu 합금 중 하나로 이루어질 수 있고, 회로 패턴 형상으로 구비될 수 있다. 이러한 제1 금속시트(100)의 두께는 0.6T일 수 있다.
제2 금속시트(200)를 준비하는 단계(S30)에서, 제2 금속시트(200)는 Cu, Al, Cu 합금 중 하나로 이루어질 수 있고, 평면부(210) 및 복수의 방열핀(220)을 포함하여 구비될 수 있다. 일 예로, 평면부(210)의 두께는 0.2T이고, 복수의 방열핀(220)의 두께는 0.6T일 수 있다. 복수의 방열핀(220)은 세라믹 기재(10)의 하면과 접하는 평면부(210)의 하부에 서로 간격을 두고 돌출 형성될 수 있다. 이러한 복수의 방열핀(220)은 냉매 순환부(2)의 내부 유로 내에 배치되어 내부 유로를 따라 연속해서 순환하는 액체형 냉매와 직접적으로 접촉하도록 구비될 수 있다.
복수의 방열핀(220)은 원기둥 형태, 눈물방울 형태, 다이아몬드 형태 등의 다양한 형태로 구비될 수 있고, 이러한 방열핀의 형상은 금형 가공, 에칭 가공, 밀링 가공, 기타 가공에 의해 구현될 수 있다. 본 실시예에서 복수의 방열핀(220)은 제2 금속시트(200)를 준비하는 단계에서 형성된 예를 설명하고 있으나, 복수의 방열핀(220)은 접합하는 단계(S40) 이후에 형성될 수도 있다. 예를 들어, 두꺼운 평판 형태의 제2 금속시트(200)를 준비하여 세라믹 기재(10)의 하부에 접합한 후, 에칭 가공, 밀링 가공 등에 의해 제2 금속시트(200)의 일부를 제거하여 복수의 방열핀(220)을 형성할 수도 있다.
세라믹 기재(10)의 상부에 제1 금속시트(100)를 접합하고, 세라믹 기재(10)의 하부에 제2 금속시트(200)를 접합하는 단계(S40)는, 접합층을 배치하는 단계(S41)와, 브레이징 접합하는 단계(S42)를 포함할 수 있다.
접합층을 배치하는 단계(S41)는 도금, 페이스트 도포, 포일(foil) 부착 중 어느 하나의 방법으로 Ag 및 AgCu 중 적어도 하나를 포함하는 재료로 이루어진 접합층을 배치할 수 있다. 이때, 접합층은 제1 금속시트(100)의 하면(120)과 세라믹 기재(10)의 상면(11) 사이, 세라믹 기재(10)의 하면(12)과 제2 금속시트(200)의 평면부(210) 사이에 배치할 수 있다.
접합층을 배치하는 단계(S41) 이후에, 접합층을 용융시켜 제1 금속시트(100), 세라믹 기재(10) 및 제2 금속시트(200)를 브레이징 접합하는 단계(S42)를 수행할 수 있다. 브레이징 접합하는 단계(S42)는, 제1 금속시트(100), 세라믹 기재(10) 및 제2 금속시트(200)를 적층한 상태에서 각 층 사이에 개재된 접합층을 800℃ 내지 950℃에서 용융시켜 브레이징 접합할 수 있고, 이때 접합력을 높이기 위해 상부 중량 또는 가압을 실시할 수 있다.
본 발명은 도면과 명세서에 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 발명은 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 권리범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
1,1': 세라믹 기판 2: 냉매 순환부
2a: 유입구 2b: 배출구
3: 순환 구동부 L1: 제1 순환라인
L2: 제2 순환라인 10,10': 세라믹 기재
11: 세라믹 기재의 상면 12: 세라믹 기재의 하면
100,100': 제1 금속시트 110,110': 제1 금속시트의 상면
120: 제1 금속시트의 하면 200,200': 제2 금속시트
210,210': 평면부 210a': 상부 금속층
210b': 중간 금속시트 210c': 하부 금속층
220,220': 복수의 방열핀
2a: 유입구 2b: 배출구
3: 순환 구동부 L1: 제1 순환라인
L2: 제2 순환라인 10,10': 세라믹 기재
11: 세라믹 기재의 상면 12: 세라믹 기재의 하면
100,100': 제1 금속시트 110,110': 제1 금속시트의 상면
120: 제1 금속시트의 하면 200,200': 제2 금속시트
210,210': 평면부 210a': 상부 금속층
210b': 중간 금속시트 210c': 하부 금속층
220,220': 복수의 방열핀
Claims (11)
- 세라믹 기재;
상기 세라믹 기재의 상부에 접합되고, 회로 패턴 형상으로 구비된 제1 금속시트; 및
상기 세라믹 기재의 하부에 접합된 제2 금속시트를 포함하고,
상기 제2 금속시트는,
상기 세라믹 기재의 하면과 접하는 평면부; 및
상기 평면부의 하부에 서로 간격을 두고 돌출 형성되고, 액체형 냉매와 접촉하는 복수의 방열핀을 구비하며,
상기 평면부는,
중간층;
상기 중간층의 상면에 형성된 상부 금속층; 및
상기 중간층의 하면에 형성된 하부 금속층을 포함하고,
상기 상부 금속층과 상기 하부 금속층은 동일 금속재질로 형성되며,
상기 중간층은 상기 상부 금속층 및 상기 하부 금속층과 다른 금속 재질이고,
상기 중간층의 재질은 CuMo, Mo 중 어느 하나이며,
상기 상부 금속층과 상기 하부 금속층의 재질은 Cu, Al, Cu 합금 중 어느 하나인 세라믹 기판. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 방열핀은 유입구에서 배출구까지의 내부 유로가 형성된 냉매 순환부에 배치되고, 상기 내부 유로를 따라 연속해서 순환하는 액체형 냉매와 직접적으로 접촉하는 세라믹 기판. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 방열핀은 1:3의 종횡비를 갖는 세라믹 기판. - 제1항에 있어서,
상기 제1 금속시트의 재질은 Cu, Al, Cu 합금 중 어느 하나인 세라믹 기판. - 제1항에 있어서,
상기 제1 금속시트의 하면과 상기 세라믹 기재의 상면 사이, 상기 세라믹 기재의 하면과 상기 제2 금속시트의 평면부 사이에 배치된 접합층을 더 포함하고,
상기 접합층은 Ag 및 AgCu 중 적어도 하나를 포함하는 재료로 이루어진 세라믹 기판. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 세라믹 기재를 준비하는 단계;
회로 패턴 형상의 제1 금속시트를 준비하는 단계;
복수의 방열핀을 구비한 제2 금속시트를 준비하는 단계; 및
상기 세라믹 기재의 상부에 상기 제1 금속시트를 접합하고, 상기 세라믹 기재의 하부에 상기 제2 금속시트를 접합하는 단계를 포함하며,
상기 제2 금속시트를 준비하는 단계에서,
상기 복수의 방열핀은 상기 세라믹 기재의 하면과 접하는 평면부의 하부에 서로 간격을 두고 돌출 형성되고, 액체형 냉매와 접촉하도록 구비되며,
상기 평면부는,
중간층;
상기 중간층의 상면에 형성된 상부 금속층; 및
상기 중간층의 하면에 형성된 하부 금속층을 포함하고,
상기 상부 금속층과 상기 하부 금속층은 동일 금속재질로 형성되며,
상기 중간층은 상기 상부 금속층 및 상기 하부 금속층과 다른 금속 재질이고,
상기 중간층의 재질은 CuMo, Mo 중 어느 하나이며,
상기 상부 금속층과 상기 하부 금속층의 재질은 Cu, Al, Cu 합금 중 어느 하나인 세라믹 기판 제조방법. - 제9항에 있어서,
상기 접합하는 단계는,
상기 제1 금속시트의 하면과 상기 세라믹 기재의 상면 사이, 상기 세라믹 기재의 하면과 상기 제2 금속시트의 평면부 사이에 접합층을 배치하는 단계; 및
상기 접합층을 용융시켜 상기 제1 금속시트, 상기 세라믹 기재 및 상기 제2 금속시트를 브레이징 접합하는 단계를 포함하는 세라믹 기판 제조방법. - 제10항에 있어서,
상기 접합층을 배치하는 단계는,
도금, 페이스트 도포, 포일(foil) 부착 중 어느 하나의 방법으로 Ag 및 AgCu 중 적어도 하나를 포함하는 재료로 이루어진 접합층을 배치하는 세라믹 기판 제조방법.
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |