KR20010071232A - 금속박/세라믹 접합재의 제조방법 및 금속박적층 세라믹기판 - Google Patents
금속박/세라믹 접합재의 제조방법 및 금속박적층 세라믹기판 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 세라믹재의 파손을 방지해서 금속박/세라믹 접합재나 금속박적층 세라믹기판의 생산성을 높일 수 있는 금속박/세라믹 접합재의 제조방법 및 금속박적층 세라믹기판을 제공하는 것을 목적으로 한다. 이것을 위해 본 발명에 있어서는, 각각 이온에칭된 금속박(11)과 세라믹재(13)를 가압접합하기 전에 세라믹재(13)를 가열하도록 했으므로, 그후의 가압접합을 용이하고 또한 확실하게 행할 수 있다. 또, 세라믹재(13)를 홀더(14)에 탑재한 상태에서 가열하므로 세라믹재(13)의 파괴를 방지할 수 있다. 또한, 가압접합시의 가압력을 1kg/㎟이하로 했으므로, 이러한 면으로부터도 세라믹재(13)의 파괴를 방지할 수 있다. 따라서, 고품질의 금속박/세라믹 접합재(19) 및 금속박적층 세라믹기판(20)을 고생산율로 생산할 수 있다.
Description
최근, 세라믹의 응용분야로서, 세라믹을 금속과 조합함으로써 새로운 용도개발이 꾀해지고 있다. 예를 들면, 니켈, 티탄, 크롬합금 등으로 이루어진 금속재를 알루미나, 지르코니아, 마그네시아 등으로 이루어진 세라믹재에 확산접합 등의 접합기술을 이용해서 금속/세라믹 접합재가 제조되어 각종 디바이스나 시스템에 이용되고 있다.
그러나, 종래의 금속/세라믹 접합재에 있어서는, 금속재를 세라믹재에 그대로 일정한 압력을 가해서 접합하고 있었기 때문에, 가압중에 금속과 비교해서 현저한 취성 재료인 세라믹재가 파손하는 경우가 있어 생산성의 면에서 문제를 안고 있었다.
본 발명은 이러한 과제를 해결하고자 하는 것으로, 약간의 가압력으로도 충분히 금속박을 세라믹재에 접합할 수 있고, 세라믹재의 파손을 방지해서 금속박/세라믹 접합재나 금속박적층 세라믹기판의 생산성을 높일 수 있는 금속박/세라믹 접합재의 제조방법 및 금속박적층 세라믹기판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 각종 세라믹재의 표면에 금속박을 접합해서 금속박/세라믹 접합재를 제조하는 방법, 및, 그 금속박/세라믹 접합재로 제조하는 금속박적층 세라믹기판에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 금속박/세라믹 접합재의 제조방법의 공정설명도이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 청구항 1기재의 금속박/세라믹 접합재의 제조방법은 금속박의 피접합표면과 세라믹재의 피접합표면을 이온에칭에 의해 활성화 및 청정화하는 공정과, 상기 세라믹재의 표면을 홀더에 의해 지지한 상태에서 250∼500℃로 가열하는 가열공정과, 상기 홀더상의 세라믹재의 피접합표면에 상기 금속박의 피접합표면을 1kg/㎟이하의 압력으로 가압접합하여 금속박/세라믹 접합재를 제조하는 가열접합공정을 구비한다.
여기에서, 금속박은 Al,Cu, Ni, Fe 등으로 이루어진 단층박, 및 Al-Cu, Al-불변강(invar)-Cu 등으로 이루어진 복층박을 이용할 수 있다. 그 두께는 특별히 한정하는 것은 아니나, 금속박적층 세라믹기판으로서의 제조조건이나 용도 등의 관점에서 바람직하게는 10∼500㎛의 범위이다.
한편, 세라믹재는 유리, SiO2, Al2O3, SiC, Si3N4, AlN 등으로 이루어지고, 그두께는 용도에 따라서 적절하게 설정할 수 있다. 그 두께는 특별히 한정하는 것은 아니나 금속박적층 세라믹기판으로서의 제조조건이나 용도 등의 관점에서 바람직하게는 100㎛∼1㎜의 범위가 적당하다.
또, 상술한 방법에 있어서, 금속박의 피접합표면을 이온에칭하는 것은 금속박의 표면에 부착하는 산화막을 확실하게 제거해서 청정화할 수 있는 동시에 활성화할 수 있기 때문이고, 세라믹재의 표면을 이온에칭하는 것은 세라믹재의 표면을 활성화하기 위함이다.
금속박과 세라믹재의 가압접합에 앞서서, 세라믹재의 표면을 홀더를 통해 가열하는 것은 상기한 활성화를 촉진해서 그후의 가압접합을 용이하게 하기 위함이다. 가열온도를 250∼500℃로 한 것은 금속박의 종류에 따라 적절온도범위가 다르기때문이고, 예를 들면 알루미늄박의 경우는 250∼400℃이고, 구리박의 경우는 350∼500℃이다.
가열공정에서 홀더를 이용하도록 한 것은 세라믹재를 홀더로 유지하는 일없이, 직접 히터 등으로 가열하는 경우에는 세라믹재가 일시에 가열되지 않고, 내부에 열변형이 발생하여 파손할 우려가 있기 때문이다.
홀더는 바람직하게는, 경질이고 또한 양호한 열전도성을 갖는 소재, 예를 들면 WC-Co소결재로 이루어진 초경합금을 이용한다.
금속박과 세라믹재의 가압접합에 있어서, 가압력을 1kg/㎟이하로 한 것은 가압력을 1kg/㎟보다 크게 하면, 세라믹재가 파손할 우려가 있기 때문이다.
금속박과 세라믹재의 가압접합은 바람직하게는 금속박과 홀더상의 세라믹재를, 전동하는 가압롤사이를 통과시킴으로써 행한다. 이렇게 함으로써, 1kg/㎟이하의 가압력을 유지하면서 금속박과 세라믹재의 전체 접합면에 가압력을 효율좋게 부가할 수 있기 때문이다.
가압롤로서는 바람직하게는 표면에 테프론코팅이 처리되어 있는 내열롤을 이용한다. 가압공정에 있어서, 가압롤은 세라믹재에 의해 가열되게 되므로 내열성이 요구되기 때문이다.
이렇게 해서 얻어진 금속박/세라믹 접합재를 소정 치수로 절단함으로써 금속박적층 세라믹기판을 제조할 수 있다.
이하, 첨부도면에 나타낸 일실시형태를 참조해서 본 발명에 따른 금속박/세라믹 접합재의 제조방법을 구체적으로 설명한다.
먼저, 도 1의 (a)에 나타내듯이, 이온샤워장치(10)안에 두께가 50㎛의 알루미늄으로 이루어진 금속박(11)을 설치하고, 극저압 불활성 가스(예를 들면, Ar+가스)분위기속에서 음양의 양극간의 방전과 전자조사에 의해 금속박(11)의 피접합표면을 형성하는 일측면 전체면에 이온을 조사하여, 그 표면에서 산화막을 제거해서 청정화하는 동시에 활성화한다.
도 1의 (b)에 나타내듯이, 이온샤워장치(12)안에 두께가 300㎛의 SiC로 이루어진 세라믹재(13)를 초경합금인 WC-Co합금으로 이루어진 평판상의 홀더(14)상에 탑재한 상태로 배치한다. 홀더(14)를 통해 가열장치의 일예인 전열히터(15)에 의해 세라믹재(13)를 250∼400℃로 가열하고, 그 가열상태를 유지한 상태에서 극저압 불활성 가스분위기속에서 음양의 양극간의 방전과 전자조사에 의해 세라믹재(13)의 피접합표면을 형성하는 일측면 전체면에 이온을 조사하여 그 표면을 활성화한다.
도 1의 (c)에 나타내듯이, 금속박(11)을 이온샤워장치(10)에서 외부로 꺼내는 동시에, 세라믹재(13)를 홀더(14)와 함께 이온샤워장치(12)에서 외부로 꺼내어, 금속박(11)과 홀더(14)상의 세라믹재(13)를 가압장치(16)로 이송하여, 전동하는 상하의 가압롤(17, 18)을 통과시킴으로써 가압접합한다.
도시하는 바와 같이, 하측 가압롤(18)은 복수개 설치되어 있고, 상측 가압롤(17)은 1개만 설치되어 있다. 이것은 하측 가압롤(18)에 의해 1회 또는 몇회에 걸쳐 왕복이동되는 금속박(11)과 홀더(14)상의 세라믹재(13)를 안정된 상태로 지지하는 동시에, 상측 가압롤(17)에 의해 왕복이동되는 금속박(11)의 표면을 차례로 가압함으로써 과도한 가압력이 금속박(11)을 통해 세라믹재(13)의 전체에 가해지는 것을 방지하고, 세라믹재(13)의 파손을 방지하기 위해서이다. 또, 가압력은 1kg/㎟이하로 설정되어 있으므로, 이것에 의해서도 세라믹재(13)의 파손을 확실하게 방지할 수 있다.
또, 상하측 가압롤(17, 18)은 홀더(14)나 세라믹재(13)로부터 열을 받으므로, 표면을 테프론가공한 내열롤을 이용하는 것이 바람직하다.
도 1의 (d)에 나타내듯이, 상기한 가압접합에 의해 제조된 금속박/세라믹 접합재(19)를 가압장치(16)로부터 외부로 꺼낸다.
이 금속박/세라믹 접합재(19)를 가공해서 각종 시스템이나 디바이스에 이용할 수 있다.
그 일예로서, 도 1의 (e)에 나타내듯이, 금속박/세라믹 접합재(19)를 소정 치수로 절단함으로써, IC용의 금속박적층 세라믹기판(20)을 대량 제조할 수 있다.
이상에 설명한 바와 같이, 청구항 1기재의 금속박/세라믹 접합재의 제조방법에 있어서는, 각각 이온에칭된 금속박과 세라믹재를 가압접합하기 전에 세라믹재를 가열하도록 했으므로, 그후의 가압접합을 용이하고 또한 확실하게 행할 수 있다. 또, 세라믹재를 홀더에 탑재한 상태로 가열하므로 세라믹재의 파괴를 방지할 수 있다. 또한, 가압접합시의 가압력을 1kg/㎟이하로 했으므로, 이 면에서도 세라믹재의 파괴를 방지할 수 있다. 따라서, 고품질의 금속박/세라믹 접합재를 고생산율로 생산할 수 있다.
청구항 2기재의 금속박/세라믹 접합재의 제조방법에 있어서는, 금속박과 상기 세라믹재의 가압접합을 금속박과 홀더상의 세라믹재를, 전동하는 가압롤사이를 통과시킴으로써 행하도록 했기 때문에, 과도한 가압력이 세라믹재에 가해지는 것을 방지할 수 있고, 이러한 면에서도 세라믹재의 파손을 방지할 수 있다.
청구항 3 및 4기재의 금속박/세라믹 접합재의 제조방법에 있어서는, 홀더는 경질 또는 양호한 열전도성을 갖는 소재, 예를 들면 초경합금을 이용하므로, 세라믹재를 전체면에 걸쳐 균일하게 가열할 수 있고, 열변형에 의한 세라믹재의 파손을 효과적으로 방지할 수 있다.
청구항 5기재의 금속박/세라믹 접합재의 제조방법에 있어서는, 가압롤로서 표면에 테프론코팅이 처리되어 있는 내열롤을 이용함으로써 가압롤의 수명을 길게할 수 있고, 교환회수를 적게 해서 보수관리성을 향상시킬 수 있다.
청구항 6기재의 금속박/세라믹 접합재의 제조방법에 있어서는, 금속박/세라믹 접합재를 소정 치수로 절단함으로써, IC 등에 이용할 수 있는 금속박적층 세라믹기판을 대량 생산할 수 있다.
Claims (6)
- 금속박의 피접합표면과 세라믹재의 피접합표면을 이온에칭에 의해 활성화 및 청정화하는 이온에칭공정과, 상기 세라믹재의 표면을 홀더에 의해 지지한 상태에서 250∼500℃로 가열하는 가열공정과, 상기 홀더상의 세라믹재의 피접합표면에 상기 금속박의 피접합표면을 1kg/㎟이하의 압력으로 가압접합하여 금속박/세라믹 접합재를 제조하는 가열접합공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 금속박/세라믹 접합재의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 금속박과 상기 세라믹재의 가압접합은 상기 금속박과 상기 홀더상의 세라믹재를, 전동하는 가압롤사이를 통과시킴으로써 행해지는 것을 특징으로 하는 금속박/세라믹재 접합재의 제조방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 홀더는 경질이고 또한 양호한 열전도성을 갖는 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 금속박/세라믹 접합재의 제조방법.
- 제3항에 있어서, 상기 소재는 초경합금인 것을 특징으로 하는 금속박/세라믹 접합재의 제조방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가압롤은 표면에 테프론코팅이 처리되어 있는 내열롤을 이용하는 것을 특징으로 하는 금속박/세라믹 접합재의 제조방법.
- 금속박의 피접합표면과 세라믹재의 피접합표면을 이온에칭에 의해 활성화 및 청정화하고, 상기 금속박의 피접합표면을 상기 세라믹재의 피접합표면에 가압접합해서 금속박/세라믹 접합재를 제조하여, 상기 금속박/세라믹 접합재를 소정 치수로 절단해서 제조되는 것을 특징으로 하는 금속박적층 세라믹기판.
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