KR20130099793A - Heterostructure and method of fabricating the same - Google Patents

Heterostructure and method of fabricating the same Download PDF

Info

Publication number
KR20130099793A
KR20130099793A KR1020120086714A KR20120086714A KR20130099793A KR 20130099793 A KR20130099793 A KR 20130099793A KR 1020120086714 A KR1020120086714 A KR 1020120086714A KR 20120086714 A KR20120086714 A KR 20120086714A KR 20130099793 A KR20130099793 A KR 20130099793A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
carbon
aluminum
heterojunction structure
canning
forming
Prior art date
Application number
KR1020120086714A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101411956B1 (en
Inventor
신승용
선주현
이장훈
Original Assignee
한국생산기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국생산기술연구원 filed Critical 한국생산기술연구원
Priority to PCT/KR2013/001684 priority Critical patent/WO2013129891A1/en
Publication of KR20130099793A publication Critical patent/KR20130099793A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101411956B1 publication Critical patent/KR101411956B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/52Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/71Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/74Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing shaped metallic materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C04B2235/9607Thermal properties, e.g. thermal expansion coefficient
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/02Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/12Metallic interlayers
    • C04B2237/121Metallic interlayers based on aluminium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/80After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
    • C04B41/81Coating or impregnation
    • C04B41/85Coating or impregnation with inorganic materials
    • C04B41/88Metals

Abstract

PURPOSE: A heterojunction structure is provided to control the generation of particles, to reduce the manufacturing costs, to conduct fine cutting process, and to offer excellent heat transfer rate and minimized thermal stress. CONSTITUTION: A heterojunction structure includes a first unit (410) and a second unit (201). The first unit contains ceramics. The second unit contains carbon, and is brazing-combined to the first unit. The second unit includes a hybrid complex containing carbon. The hybrid complex includes a body unit (112) and a canning unit. The body unit contains carbon. The canning unit contains aluminum, and surrounds the outer surface of the body unit. A manufacturing method of the heterojunction structure comprises the following steps: preparing the first unit containing ceramics; forming a second unit containing carbon; and brazing-combining the first and second units.

Description

이종접합 구조체 및 그 제조방법{Heterostructure and method of fabricating the same}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a hetero-junction structure and a method of fabricating the hetero-

본 발명은 이종접합 구조체 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 세라믹과 탄소를 포함하는 저열팽창 복합재의 이종접합 구조체 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a heterogeneous bonded structure and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a heterogeneous bonded structure of a low thermal expansion composite including a ceramic and carbon and a method of manufacturing the same.

기본적으로 세라믹재는 금속재와 달리 내식성, 절연성 및 유전특성을 갖고 있고, 특히 질화알루미늄은 세라믹이면서도 알루미늄 금속과 동등하거나 그 이상의 우수한 열전도 특성을 갖고 있다. 이러한 특성으로 인해 세라믹재는, 예를 들어, LED, 전력반도체 패키지용 회로가 형성되는 절연기판에 사용될 수 있다. 또한, 이러한 세라믹재는, 예를 들어, 반도체 및 디스플레이 소자를 제조하기 위한 화학적 기상 증착(CVD), 물리적 기상 증착(PVD), 플라즈마 식각 공정에서 웨이퍼 및 글래스 기판을 거치시키면서 이들 기판의 온도 제어를 위한 가열장치 또는 냉각매체의 복잡한 유로가 내장된 서셉터(susceptor)에 사용되고 있다. 이러한 부품들에 적용할 수 있는 재질로서, 세라믹재 이외에도, 아노다이징 및 세라믹재의 용사공정에 의해, 산화물 피막층이 입혀진 알루미늄이 사용될 수 있다. 그러나 근본적으로 산화물과 알루미늄재 사이의 열팽창계수의 차이로 인해 넓은 온도범위 또는 빠른 공정속도를 구현하기 위한 급격한 온도 싸이클에서는 산화물 피막층의 파괴가 일어나서 그 사용이 매우 제한적이다.Basically, ceramic materials have corrosion resistance, insulation and dielectric properties unlike metallic materials. In particular, aluminum nitride is an excellent ceramic material and has superior heat conduction properties equivalent to or higher than aluminum metal. Due to this characteristic, the ceramic material can be used, for example, on an insulating substrate on which circuits for LED, power semiconductor packages are formed. Such a ceramic material may also be used for temperature control of these substrates while mounting the wafer and the glass substrate in, for example, chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD) and plasma etching processes for producing semiconductors and display devices A heater or a susceptor in which a complicated flow path of a cooling medium is embedded. As materials applicable to these parts, in addition to ceramic materials, aluminum coated with an oxide coating layer by an anodizing and spraying process of a ceramic material can be used. However, due to the difference in the thermal expansion coefficient between the oxide and the aluminum material, the oxide film layer breaks down and the use thereof is very limited in a rapid temperature cycle in order to realize a wide temperature range or a high processing speed.

일예로서, 플라즈마 식각 또는 갭필(gap fill) 공정에 사용되는 냉각 플레이트 부품으로서, 복잡한 유로가 내장된 알루미늄 몸체 위에 정전척 기능을 갖는 세라믹 기판재를 접합 조립함에 있어 금속재와 세라믹재와 같은 이종 소재간의 열팽창계수 차이에 의한 휨 현상 및 열응력크랙 발생을 고려하여, 상온 근처에서 고분자 접착제로 접합한 형태의 부품이 사용되고 있다. 그러나 이러한 접착제의 사용은, 접착제의 낮은 열전도로 인해, 기판의 온도상승을 효과적으로 제어하지 못할 뿐만 아니라 대면적 증착 및 식각기판의 온도 균일성을 해치는 문제점을 갖고 있고, 무엇보다도 플라즈마 공정 중 기판에 이온충돌에 의해 상승된 온도 분위기 하에서 접합부의 낮은 내열성과 고분자 접착물질에 의한 공정 챔버의 오염 등이 문제점으로 지적되고 있다. As an example, in a cooling plate part used in a plasma etching or gap fill process, when a ceramic substrate material having an electrostatic chucking function is bonded and assembled on an aluminum body having a complicated flow path, a gap between a different material such as a metal material and a ceramic material Considering the warpage caused by the difference in thermal expansion coefficient and the generation of cracks in the thermal stress, parts in the form of bonding with a polymer adhesive near room temperature are used. However, the use of such an adhesive has a problem of not effectively controlling the temperature rise of the substrate due to the low thermal conductivity of the adhesive and also deteriorating the large-area deposition and the temperature uniformity of the etched substrate. In particular, Problems such as low heat resistance of the joint portion and contamination of the process chamber due to the polymer adhesive material are pointed out under the temperature atmosphere raised by the collision.

다른 예로서, 화학적 기상 증착 공정에서 사용되는 고온 가열 부품으로서, 세라믹과 열팽창계수가 근접한 몰리브덴이나 텅스텐 등의 금속발열체 코일이 내장된 질화알루미늄(AlN)의 히팅 플레이트를 사용하고 있으나, 고비용의 질화알루미늄 세라믹의 사용으로 인해 부품의 제조원가가 상승되게 된다. As another example, a heating plate made of aluminum nitride (AlN) in which a coil of a metal heating element such as molybdenum or tungsten having a coefficient of thermal expansion close to that of ceramic is incorporated is used as a high-temperature heating component used in a chemical vapor deposition process, The use of ceramics increases the manufacturing cost of the component.

이에, 본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 고온 및 넓은 온도 싸이클 환경 하에서도 견딜 수 있는 이종접합 구조체를 제공하고, 이를 위해서, 금속과 같이 정밀절삭 가공이 가능하고, 열전도도가 우수하며 무엇보다도 이종접합부의 열응력의 최소화를 구현하기 위해, 세라믹의 열팽창계수와 근접한 새로운 저열팽창 소재의 적용과 이를 통해 넓고 급격한 온도 싸이클에서도 세라믹과의 양호한 계면을 형성하고 유지할 수 있는 접합조립 방법을 제공한다. 이러한 본 발명의 과제는 예시적으로 제시되었고, 따라서 본 발명이 이러한 과제에 제한되는 것은 아니다. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a hetero-junction structure that can withstand high temperature and wide temperature cycling environments, and is capable of performing precision cutting such as metal, In order to minimize the thermal stress of heterogeneous joints, it is necessary to apply a new low thermal expansion material close to the thermal expansion coefficient of ceramics and to form and maintain a good interface with ceramics in a wide and rapid temperature cycle. . This problem of the present invention has been presented by way of example, and therefore, the present invention is not limited to this problem.

본 발명의 일 관점에 따른 이종접합 구조체가 제공된다. 상기 이종접합 구조는 세라믹을 포함하는 제 1 부 및 탄소를 포함하며 상기 제 1 부와 브레이징 접합된 제 2 부를 구비한다. A heterogeneous junction structure according to one aspect of the present invention is provided. The heterojunction structure includes a first portion including a ceramic and a second portion including carbon and brazed to the first portion.

상기 이종접합 구조체에서, 상기 제 2 부는 탄소를 포함하는 하이브리드복합체를 구비할 수 있다. In the heterogeneous bonded structure, the second portion may include a hybrid composite containing carbon.

상기 이종접합 구조체에서, 상기 하이브리드복합체는 탄소를 포함하는 바디부 및 알루미늄을 포함하며 상기 바디부의 외부면을 둘러싸는 캐닝부를 구비할 수 있다. In the heterojunction structure, the hybrid composite may include a body including carbon and aluminum, and a canning surrounding the outer surface of the body.

상기 이종접합 구조체에서, 상기 하이브리드복합체는 서로 이격되어 배치되는 복수의 탄소층들, 상기 복수의 탄소층들 사이에 개재하는 알루미늄과 탄소의 소결복합층 및 알루미늄을 포함하며 상기 복수의 탄소층들과 상기 소결복합층의 외부면을 둘러싸는 캐닝부를 구비할 수 있다. In the heterojunction structure, the hybrid composite includes a plurality of carbon layers spaced apart from each other, a sintered composite layer of aluminum and carbon interposed between the plurality of carbon layers, and aluminum, and the plurality of carbon layers And a canning portion surrounding the outer surface of the sintered composite layer.

상기 이종접합 구조체에서, 상기 하이브리드복합체는 서로 이격되어 배치되는 복수의 탄소층들, 알루미늄을 포함하며 상기 복수의 탄소층들 사이에 개재하는 열전도층 및 알루미늄을 포함하며 상기 복수의 탄소층들과 상기 열전도층의 외부면을 둘러싸는 캐닝부를 구비할 수 있다. Wherein the hybrid composite comprises a plurality of carbon layers spaced apart from one another, a thermally conductive layer interposed between the plurality of carbon layers and aluminum, and the plurality of carbon layers and the carbon layer And a canning portion surrounding the outer surface of the heat conduction layer.

상기 이종접합 구조체에서, 상기 하이브리드복합체의 열팽창계수 α2 는 상기 세라믹의 열팽창계수 α1 와 (α1 x 0.9) < α2 < (α1 x 1.1) 의 관계를 만족할 수 있다. In the heterogeneous bonded structure, the thermal expansion coefficient? 2 of the hybrid composite can satisfy the relationship between the thermal expansion coefficient? 1 of the ceramic and (? 1 x 0.9) <? 2 <(? 1 x 1.1).

상기 이종접합 구조체에서, 상기 제 2 부는 탄소로만 구성된 바디부일 수 있다. In the heterojunction structure, the second part may be a body part composed only of carbon.

상기 이종접합 구조체에서, 상기 탄소는 등방성탄소 및 이방성탄소 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. In the heterojunction structure, the carbon may include at least one of isotropic carbon and anisotropic carbon.

상기 이종접합 구조체에서, 상기 세라믹은 질화알루미늄(AlN)을 포함하며, 상기 제 1 부는 상기 제 2 부와 직접 브레이징 접합될 수 있다. In the heterogeneous bonded structure, the ceramic includes aluminum nitride (AlN), and the first portion may be directly brazed to the second portion.

상기 이종접합 구조체에서, 상기 세라믹은 알루미나(Al2O3)를 포함하며, 상기 제 1 부는 상기 제 2 부와 대향하는 면 상에 형성된 몰리브덴-망간 메탈라이징층을 개재하여 상기 제 2 부와 브레이징 접합될 수 있다. In the heterogeneous bonded structure, the ceramic comprises alumina (Al 2 O 3 ), and the first part is bonded to the second part via a molybdenum-manganese metallizing layer formed on a surface facing the second part, Can be bonded.

본 발명의 다른 관점에 따른 이종접합 구조체의 제조방법이 제공된다. 상기 이종접합 구조체의 제조방법은 세라믹을 포함하는 제 1 부를 준비하는 단계, 탄소를 포함하는 제 2 부를 형성하는 단계 및 상기 제 1 부와 상기 제 2 부를 브레이징 접합하는 단계를 구비한다. A method of manufacturing a heteroj unction structure according to another aspect of the present invention is provided. The method for producing a heterojunction structure includes preparing a first portion including a ceramic, forming a second portion including carbon, and brazing the first portion and the second portion.

상기 이종접합 구조체의 제조방법에서, 상기 탄소를 포함하는 제 2 부를 형성하는 단계는 탄소를 포함하는 제 1 구조체를 형성하는 단계 및 상기 제 1 구조체의 외부면을 둘러싸도록, 알루미늄을 포함하는 캐닝부를 형성하는 단계를 구비할 수 있다. In the method of manufacturing a heterojunction structure, the step of forming the second portion including carbon may include forming a first structure including carbon and a canning portion including aluminum so as to surround the outer surface of the first structure And a step of forming a metal layer.

상기 이종접합 구조체의 제조방법에서, 상기 제 1 구조체는 탄소를 포함하는 바디(body)부를 구비할 수 있다. In the method of manufacturing a hetero-junction structure, the first structure may include a body including carbon.

상기 이종접합 구조체의 제조방법에서, 상기 제 1 구조체는 서로 이격되어 배치되는 복수의 탄소층들 및 상기 복수의 탄소층들 사이에 개재하는 알루미늄과 탄소의 소결복합층을 구비할 수 있다. In the method of manufacturing a hetero-junction structure, the first structure may include a plurality of carbon layers spaced apart from each other and a sintered composite layer of aluminum and carbon interposed between the plurality of carbon layers.

상기 이종접합 구조체의 제조방법에서, 상기 제 1 구조체는 서로 이격되어 배치되는 복수의 탄소층들 및 알루미늄을 포함하며 상기 복수의 탄소층들 사이에 개재하는 열전도층을 구비할 수 있다. In the method of manufacturing a hetero-junction structure, the first structure may include a plurality of carbon layers spaced apart from each other, and aluminum, and a heat conduction layer interposed between the plurality of carbon layers.

상기 이종접합 구조체의 제조방법에서, 상기 제 1 구조체를 형성하는 단계와 상기 캐닝부를 형성하는 단계 사이에, 상기 제 1 구조체의 외부면을 둘러싸는 메탈라이징층을 형성하는 단계를 더 구비할 수 있다. 나아가, 상기 메탈라이징층을 형성하는 단계는 상기 제 1 구조체의 외부면 상에 제 1 필러를 개재하여 금속 포일을 배치하는 단계 및 상기 제 1 구조체, 상기 제 1 필러 및 상기 금속 포일을 제 1 열처리하는 단계를 구비할 수 있다. The method may further include forming a metalizing layer surrounding the outer surface of the first structure between the step of forming the first structure and the step of forming the canning portion in the method of manufacturing a heterojunction structure . Further, the forming of the metalizing layer may include disposing a metal foil on the outer surface of the first structure through a first filler, and disposing the first structure, the first filler, The method comprising the steps of:

상기 이종접합 구조체의 제조방법에서, 상기 캐닝부를 형성하는 단계는 상기 제 1 구조체의 외부면 상에 제 2 필러를 개재하여 알루미늄 판재를 배치하는 단계 및 상기 제 1 구조체, 상기 제 2 필러 및 상기 알루미늄 판재를 제 2 열처리하는 단계를 구비할 수 있다. 나아가, 상기 브레이징 접합하는 단계는 상기 제 1 부와 상기 제 2 부 사이에 제 3 필러를 개재하여 상기 제 1 부, 상기 제 2 부 및 상기 제 3 필러를 제 3 열처리하는 단계를 구비할 수 있다. 여기에서, 상기 제 2 필러와 상기 제 3 필러는 동일한 물질로 구성되며, 상기 제 2 열처리하는 단계와 상기 제 3 열처리하는 단계는 동일한 열처리조건으로 동시에 수행될 수 있다. In the method of manufacturing a hetero-junction structure, the step of forming the canning portion may include the steps of disposing an aluminum plate on an outer surface of the first structure via a second filler, and a step of disposing the first structure, And a second heat treatment of the plate material. Further, the brazing step may include a third heat treatment of the first part, the second part and the third filler via the third pillar between the first part and the second part . Here, the second filler and the third filler are made of the same material, and the second heat treatment step and the third heat treatment step may be performed simultaneously under the same heat treatment condition.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 파티클의 발생을 억제하고, 제조비용을 절감하면서, 열전달 성능이 우수한 이종접합 구조체 및 그 제조방법을 구현할 수 있다. According to one embodiment of the present invention as described above, it is possible to realize a heterogeneous bonded structure having excellent heat transfer performance while suppressing generation of particles and reducing manufacturing cost, and a manufacturing method thereof.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 이종접합 구조체를 도해하는 단면도이다.
도 2는 질화알루미늄/탄소재의 브레이징 후 이종접합 구조체의 외관을 나타낸 사진이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 질화알루미늄(AlN)/탄소재(ET-10)의 브레이징 후 이종접합 구조체의 외관을 나타낸 사진이고, 도 3b는 본 발명의 비교예에 따른 질화알루미늄(AlN)/Al6061 계열 합금의 브레이징 후 이종접합 구조체의 외관을 나타낸 사진이다.
도 4a 및 도 4b는 각각 알루미늄 분말과 50 vol%의 탄소섬유의 소결복합재에 대한 평면 및 단면의 조직 사진들이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 이종접합 구조체를 도해하는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 이종접합 구조체를 도해하는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 이종접합 구조체를 도해하는 단면도이다.
도 8a 내지 도 8f는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 이종접합 구조체를 형성하는 방법을 도해하는 도면들이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 이종접합 구조체를 형성하는 변형된 방법을 도해하는 도면들이다.
1 is a cross-sectional view illustrating a heterojunction structure according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a photograph showing the appearance of the brazing-after-bonded structure of an aluminum nitride / carbon material.
FIG. 3A is a photograph showing the appearance of a brazed-in-multiple-junction structure of aluminum nitride (AlN) / carbonaceous material (ET-10) according to an embodiment of the present invention, AlN) / Al6061 series alloy after brazing.
Figures 4a and 4b are plan and cross-sectional micrographs of a sintered composite of aluminum powder and 50 vol% carbon fibers, respectively.
5 is a cross-sectional view illustrating a heterojunction structure according to another embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view illustrating a heterojunction structure according to another embodiment of the present invention.
7 is a cross-sectional view illustrating a heterojunction structure according to another embodiment of the present invention.
8A to 8F are views illustrating a method of forming a heterojunction structure according to another embodiment of the present invention.
9A and 9B are views illustrating a modified method of forming a heterojunction structure according to another embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the present embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to those skilled in the art to fully understand the scope of the invention. It is provided to inform you. In the drawings, the components may be exaggerated or reduced in size for convenience of explanation.

본 실시예를 설명하는 과정에서 언급하는 "상의" 또는 "하의"와 같은 용어들은, 도면에서 도해되는 것처럼, 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 상대적인 관계를 기술하기 위해 사용될 수 있다. 즉, 상대적 용어들은 도면에서 묘사되는 방향과 별도로 구조체의 다른 방향들을 포함하는 것으로 이해될 수도 있다. 예를 들어, 도면들에서 구조체의 상하가 뒤집어 진다면, 다른 요소들의 상면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하면 상에 존재할 수 있다. 그러므로 예로써 든, "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향을 기준으로, "상의" 및 "하의" 방향 모두를 포함할 수 있다. Terms such as "top" or "bottom" referred to in the process of describing the present embodiment may be used to describe the relative relationship of certain elements to other elements, as illustrated in the figures. That is, relative terms may be understood to include different directions of the structure apart from the directions depicted in the figures. For example, if the top and bottom of the structure are inverted in the figures, the elements depicted as being on the top surface of the other elements may be on the bottom surface of the other elements. Thus, by way of example, the term "tops" may include both "top" and "bottom" directions, relative to a particular direction in the figures.

또한, 본 실시예를 설명하는 과정에서, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소 "상에" 위치하거나, 다른 구성요소에 "연결"된다고 언급할 때는, 상기 구성요소는 상기 다른 구성요소의 직접 상에 위치하거나, 상기 다른 구성요소에 직접 연결되는 것을 의미할 수도 있으나, 나아가, 하나 또는 둘 이상의 개재하는 구성요소들이 그 사이에 존재할 수 있음을 의미할 수도 있다. 하지만, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소의 "직접 상에" 위치하거나, 다른 구성요소에 "직접 연결"된다거나, 또는 다른 구성요소에"직접 접촉"한다고 언급할 때는, 별도의 언급이 없다면 그 사이에 개재하는 구성요소들이 존재하지 않음을 의미한다. Further, in the course of describing the present embodiment, when it is mentioned that an element is located on another element, or "connected" to another element, the element is positioned directly on the other element Or directly connected to the other component, but may also mean that one or more intervening components may be present therebetween. However, when an element is referred to as being "directly on" another element, "directly connected" to another element, or "directly in contact" with another element, Which means that there are no intervening components.

이하의 실시예에서, x축, y축 및 z축은 직교 좌표계 상의 세 축으로 한정되지 않고, 이를 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, x축, y축 및 z축은 서로 직교할 수도 있지만, 서로 직교하지 않는 서로 다른 방향을 지칭할 수도 있다.In the following embodiments, the x-axis, the y-axis, and the z-axis are not limited to three axes on the orthogonal coordinate system, and can be interpreted in a broad sense including the three axes. For example, the x-axis, y-axis, and z-axis may be orthogonal to each other, but may refer to different directions that are not orthogonal to each other.

본 발명은 출원인에 의하여 2012년 2월 29일자로 한국특허청에 출원한 출원번호 제10-2012-0021442호에 대하여 우선권을 주장하며, 상기 특허출원의 내용은 전체로서 본 명세서에 인용되어 통합된다. The present application claims priority to U.S. Patent Application No. 10-2012-0021442, filed on February 29, 2012 by the applicant, the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 이종접합 구조체를 도해하는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 이종접합 구조체는 세라믹을 포함하는 제 1 부(410) 및 탄소를 포함하는 제 2 부(201)를 포함한다. 제 1 부(410)와 제 2 부(201)는 브레이징 접합되므로, 브레이징 접합부(310)가 제 1 부(410)와 제 2 부(201) 사이에 개재된다. 브레이징 접합부(310)는 브레이징 접합에 사용되는 필러(filler)와 접합모재 중 적어도 일부가 용융확산되는 이종접합부로 이해될 수 있으며, 도면에서는 명시적으로 도시하였으나, 실제로 구현된 구조체에서는 제 1 부(410) 및/또는 제 2 부(201)와 명확하게 구분되지 않을 수 있다. 1 is a cross-sectional view illustrating a heterojunction structure according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a heterojunction structure according to an embodiment of the present invention includes a first portion 410 including ceramics and a second portion 201 including carbon. Since the first part 410 and the second part 201 are brazed, the brazed joint 310 is interposed between the first part 410 and the second part 201. The brazing joint 310 may be understood as a heterojunction in which at least a portion of the filler and the bonding base material used for the brazing joint are melt-diffused. 410 and / or second portion 201 may not be clearly distinguished.

제 1 부(410)는 세라믹재를 포함하여 구성되며, 예를 들어, 질화알루미늄(AlN) 또는 알루미나(Al2O3)를 포함하여 구성될 수 있다. 제 2 부(201)는 탄소로만 구성된 바디부(112)일 수 있다. 예를 들어, 제 2 부(201)는 등방성탄소 또는 이방성탄소를 포함하여 구성될 수 있다. 한편, 변형된 실시예에서, 제 2 부(201)는 알루미늄과 탄소의 소결복합재로 구성될 수도 있다. 제 1 부(410)가 질화알루미늄(AlN)을 포함하여 구성되는 경우, 제 1 부(410)와 제 2 부(201)는 직접 브레이징 접합될 수 있으나, 제 1 부(410)가 알루미나(Al2O3)를 포함하여 구성되는 경우, 제 1 부(410)는 제 2 부(201)와 대향하는 면 상에 형성된 몰리브덴-망간 메탈라이징층을 개재하여 제 2 부(201)와 브레이징 접합될 수 있다. The first part 410 includes a ceramic material, and may be formed of, for example, aluminum nitride (AlN) or alumina (Al 2 O 3 ). The second part 201 may be a body part 112 composed only of carbon. For example, the second portion 201 may comprise isotropic carbon or anisotropic carbon. Meanwhile, in a modified embodiment, the second portion 201 may be composed of a sintered composite of aluminum and carbon. The first portion 410 and the second portion 201 may be directly brazed when the first portion 410 comprises aluminum nitride (AlN) 2 O 3 ), the first portion 410 is brazed to the second portion 201 via the molybdenum-manganese metallization layer formed on the surface facing the second portion 201 .

제 1 부(410)와 제 2 부(201)의 열팽창계수 차이의 정도는 이종접합 구조체의 열응력에 영향에 미치는 중요한 인자로서, 제 1 부(410)를 구성하는 세라믹재와 제 2 부(201)를 구성하는 탄소재의 열팽창계수의 차이를 최소화하는 것이 바람직할 수 있다. 표 1은 본 발명에 적용될 수 있는 탄소재, 소결복합재 및 세라믹재 등에 대한 열팽창계수 및 열전도도를 나타낸 것이다. The degree of the difference in the thermal expansion coefficient between the first portion 410 and the second portion 201 is an important factor affecting the thermal stress of the hetero-junction structure. The ceramic material composing the first portion 410 and the second portion 201 may be minimized by minimizing the difference in thermal expansion coefficient of the carbon material constituting the carbon material. Table 1 shows thermal expansion coefficients and thermal conductivities for carbon materials, sintered composites and ceramics materials applicable to the present invention.

[표 1][Table 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

본 발명에서는, 예시적으로, 질화알루미늄(AlN) 세라믹의 열팽창계수와 동등하거나 그 이하인 열팽창계수를 가지는 탄소재를, 활성필러금속을 이용하여, 질화알루미늄(AlN) 세라믹과 직접 접합하는 이종접합 구조체 및 그 제조방법을 제시한다. 활성필러금속으로는 Ag-Cu-Ti계 및 Au-Ni-Ti계 필러금속을 사용할 수 있다. 또한 활성금속인 티타늄(Ti) 및 지르코늄(Zr)이 다량 함유되어 있는 Ti-Zr 기지의 활성필러금속을 사용할 수 있다. In the present invention, by way of example, a carbon material having a coefficient of thermal expansion equal to or lower than that of aluminum nitride (AlN) ceramics is directly bonded to aluminum nitride (AlN) ceramics using an active filler metal. And a manufacturing method thereof. Ag-Cu-Ti-based filler metal and Au-Ni-Ti filler metal may be used as the active filler metal. In addition, a Ti-Zr-based active filler metal containing a large amount of titanium (Ti) and zirconium (Zr) which are active metals can be used.

도 2는 브레이징에 의하여 접합된 질화알루미늄(AlN)/탄소재(ET-10)의 이종접합 구조체의 외관을 나타낸 사진이다. 도 2를 참조하면, 본 실시예에서의 접합조건은 855℃의 액상선 온도를 가지는 Ti-43.5Zr-6.5Ni-8.1Cu(중량%)의 활성필러금속을 사용하였으며, 1 x 10-5 Torr 이하의 진공도를 갖는 고진공 그라파이트 퍼니스를 이용하여 30분간 900℃의 온도를 유지하였다. 이때 질화알루미늄(AlN) 세라믹 기판의 크기는 125mm x 62mm x 0.2mmt 이었으며 탄소재는 125mm x 62mm x 10mmt 그라파이트 소재(ET-10)를 사용하였다. 질화알루미늄(AlN)의 열팽창계수는 4.5 x 10-6/K 이고, 탄소재의 일종인 ET-10의 열팽창계수는 3.8 x 10-6/K 인데, 상기 접합조건으로 양호한 접합 계면과 열응력적으로 안정한 이종접합 구조체를 구현할 수 있다. 이와 비교하기 위하여, 질화알루미늄(AlN)과 Al6061 계열 합금의 모재를 브레이징에 의하여 접합한 이종접합 구조체를 형성하였다. 2 is a photograph showing the appearance of a heterogeneous bonded structure of aluminum nitride (AlN) / carbonaceous material (ET-10) bonded by brazing. 2, the bonding conditions in this embodiment were used as the active filler metal of the Ti-43.5Zr-6.5Ni-8.1Cu (wt%) having a liquidus temperature of 855 ℃, 1 x 10 -5 Torr A high-vacuum graphite furnace having a degree of vacuum of less than &lt; RTI ID = 0.0 &gt; 900 C &lt; / RTI &gt; At this time, the size of the aluminum nitride (AlN) ceramic substrate was 125 mm × 62 mm × 0.2 mmt and the carbon material was 125 mm × 62 mm × 10 mmt graphite material (ET-10). The coefficient of thermal expansion of aluminum nitride (AlN) is 4.5 x 10 -6 / K, and the coefficient of thermal expansion of the inde ET-10 type of carbonaceous material is 3.8 x 10 -6 / K, a good bonding interface, and thermal stress to said joint conditional A stable heterogeneous junction structure can be realized. For comparison, a heterogeneous bonded structure was formed by joining the base material of aluminum nitride (AlN) and Al6061 series alloy by brazing.

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 질화알루미늄(AlN)/탄소재(ET-10)의 브레이징 후 이종접합 구조체의 외관을 나타낸 사진이고, 도 3b는 본 발명의 비교예에 따른 질화알루미늄(AlN)/Al6061 계열 합금의 브레이징 후 이종접합 구조체의 외관을 나타낸 사진이다. 도 3a에 도시된 이종접합 구조체의 접합조건으로는 Ti-43.5Zr-6.5Ni-8.1Cu 합금을 필러로 사용하였으며, 1 x 10-5 Torr 이하의 진공도를 갖는 고진공 그라파이트 퍼니스를 이용하여 30분간 900℃의 온도를 유지하였다. 이에 반하여, 도 3b에 도시된 이종접합 구조체의 접합조건으로는 Al-12Si 합금을 필러로 사용하였으며, 1 x 10-5 Torr 이하의 진공도를 갖는 고진공 그라파이트 퍼니스를 이용하여 30분간 600℃의 온도를 유지하였다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이종접합 구조체(도 3a)는 종래 기술에 따른 이종접합 구조체(도 3b)에 비하여 브레이징 온도가 높음에도 불구하고 열응력에 의한 구조체의 변형이 거의 없는 것을 확인할 수 있었다. FIG. 3A is a photograph showing the appearance of a brazed-in-multiple-junction structure of aluminum nitride (AlN) / carbonaceous material (ET-10) according to an embodiment of the present invention, AlN) / Al6061 series alloy after brazing. 3A, a Ti-43.5Zr-6.5Ni-8.1Cu alloy was used as a filler, and a high-vacuum graphite furnace having a vacuum degree of 1 x 10 -5 Torr or less was used as a bonding agent. Lt; 0 &gt; C. On the other hand, Al-12Si alloy was used as a bonding condition of the heterojunction structure shown in FIG. 3B, and a temperature of 600 ° C for 30 minutes was measured using a high vacuum graphite furnace having a degree of vacuum of 1 x 10 -5 Torr or less Respectively. It can be seen that the heterogeneous bonding structure according to the embodiment of the present invention (FIG. 3A) has less deformation of the structure due to thermal stress than the heterogeneous bonding structure according to the related art (FIG. 3B) despite the high brazing temperature .

한편, 앞에서 설명한 것처럼, 본 발명의 변형된 실시예에서, 제 2 부(201)는 알루미늄과 탄소의 소결복합재로 구성될 수도 있다. 탄소는 소결복합재의 강화재이며, 예를 들어, 탄소섬유를 적용할 수 있는데, 길이가 100미크론 이하의 단섬유(chopped carbon fiber, milled carbon fiber)를 사용할 수 있다. 한편, 탄소섬유 이외에도 저열팽창 및 고열전도성 특성을 갖는 그라파이트 탄소(graphite carbon) 또는 탄소 분말 등의 대체적용도 가능하다.Meanwhile, as described above, in the modified embodiment of the present invention, the second portion 201 may be composed of a sintered composite of aluminum and carbon. Carbon is a reinforcing material of a sintered composite material. For example, carbon fibers can be applied. Chopped carbon fibers having a length of 100 microns or less can be used. In addition to carbon fiber, alternate applications such as graphite carbon or carbon powder having low thermal expansion and high thermal conductivity properties are also possible.

알루미늄 분말과 탄소의 배합비율은 20 내지 60 vol%까지 가능하나 열팽창계수 및 소결성을 고려하여 30 내지 50 vol% 범위가 바람직하다. 알루미늄 분말과 탄소섬유를 건식 및 습식법에 의해 혼합한 후, 예를 들어, Hot press법, 통전가압소결법 또는 HIP법과 같은, 일반적인 소결법에 의하여 소결하여 벌크화 할 수 있다. 알루미늄 분말의 융점 이하인 500 내지 650℃, 가압력은 20 내지 100MPa 조건에서 진공소결을 통하여 양호한 소결체를 얻을 수 있다. 도 4a 및 도 4b는 각각 알루미늄 분말과 50 vol%의 탄소섬유의 소결복합재에 대한 평면(top view) 및 단면(cross-section view)의 조직 사진들을 나타낸 것이다. The mixing ratio of aluminum powder and carbon may be 20 to 60 vol%, but it is preferably 30 to 50 vol% in consideration of the thermal expansion coefficient and sinterability. After the aluminum powder and the carbon fiber are mixed by a dry method and a wet method, they can be sintered and sintered by a general sintering method such as hot press method, electrification-pressure sintering method or HIP method, for bulking. A good sintered body can be obtained through vacuum sintering at a temperature of 500 to 650 DEG C which is lower than the melting point of the aluminum powder and a pressing force of 20 to 100 MPa. Figures 4a and 4b show the top and cross-section views of the sintered composite material of aluminum powder and 50 vol% carbon fiber, respectively.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 이종접합 구조체를 도해하는 단면도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 이종접합 구조체는 세라믹을 포함하는 제 1 부(410) 및 탄소를 포함하는 제 2 부(202)를 포함한다. 제 1 부(410)와 제 2 부(202)는 브레이징 접합되므로, 브레이징 접합부(310)가 제 1 부(410)와 제 2 부(202) 사이에 개재된다. 브레이징 접합부(310)는 브레이징 접합에 사용되는 필러와 접합모재 중 적어도 일부가 용융확산되는 이종접합부로 이해될 수 있으며, 도 5에서는 명시적으로 도시하였으나, 실제로 구현된 구조체에서는 제 1 부(410) 및/또는 제 2 부(202)와 명확하게 구분되지 않을 수 있다. 5 is a cross-sectional view illustrating a heterojunction structure according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, the heterojunction structure according to another embodiment of the present invention includes a first portion 410 including ceramics and a second portion 202 including carbon. Since the first part 410 and the second part 202 are brazed, the brazed joint 310 is interposed between the first part 410 and the second part 202. The brazing joint 310 may be understood as a heterogeneous joint in which at least a part of the filler and the joint base used in the brazing joint is melted and diffused and is shown explicitly in FIG. And / or the second portion 202 of the second portion 202. [

제 1 부(410)는 세라믹재를 포함하여 구성되며, 예를 들어, 질화알루미늄(AlN) 또는 알루미나(Al2O3)를 포함하여 구성될 수 있다. 제 2 부(202)는 탄소를 포함하는 하이브리드복합체로서, 탄소를 포함하는 바디부(112) 및 알루미늄을 포함하며 바디부(112)의 외부면을 둘러싸는 캐닝부(144)를 구비한다. 바디부(112)는 탄소를 포함하여 구성되며, 예를 들어, 표 1에 개시된, 등방성탄소 또는 이방성탄소를 포함하여 구성될 수 있다. 한편, 변형된 실시예에서, 바디부(112)는 알루미늄과 탄소의 소결복합재로 구성될 수도 있다. 제 1 부(410)가 질화알루미늄(AlN)을 포함하여 구성되는 경우, 제 1 부(410)와 제 2 부(202)는 직접 브레이징 접합될 수 있으나, 제 1 부(410)가 알루미나(Al2O3)를 포함하여 구성되는 경우, 제 1 부(410)는 제 2 부(202)와 대향하는 면 상에 형성된 몰리브덴-망간 메탈라이징층을 개재하여 제 2 부(202)와 브레이징 접합될 수 있다. The first part 410 includes a ceramic material, and may be formed of, for example, aluminum nitride (AlN) or alumina (Al 2 O 3 ). The second portion 202 is a hybrid composite containing carbon and includes a body portion 112 including carbon and a canning portion 144 including aluminum and surrounding the outer surface of the body portion 112. The body portion 112 is comprised of carbon, and may be composed, for example, of isotropic carbon or anisotropic carbon disclosed in Table 1. Meanwhile, in a modified embodiment, the body portion 112 may be composed of a sintered composite of aluminum and carbon. The first portion 410 and the second portion 202 may be directly brazed when the first portion 410 comprises aluminum nitride (AlN) 2 O 3 ), the first portion 410 is brazed to the second portion 202 via the molybdenum-manganese metallization layer formed on the surface opposite to the second portion 202 .

캐닝부(144)는 바디부(112)의 상면, 하면 및 측면들을 둘러싸도록 캐닝(canning) 공정을 수행하여 구현될 수 있으며, 예를 들어, 알루미늄을 포함하여 구성될 수 있다. 일예로, 캐닝부(144)는 바디부(112)의 외부면 상에, Al4047 계열 합금을 포함하는 필러를 개재하여, Al6061 계열 합금을 포함하는 알루미늄 판재를 배치한 후에, 열처리함으로써 구현될 수 있다. 한편, 바디부(112) 상에 캐닝 공정을 수행하기 이전에, 선택적으로, 바디부(112) 상에 금속층을 형성하는 메탈라이징 공정을 먼저 수행할 수도 있다. The canning portion 144 may be realized by performing a canning process so as to surround the upper surface, the lower surface, and the side surfaces of the body portion 112, and may include, for example, aluminum. For example, the canning portion 144 can be realized by arranging an aluminum plate material containing an Al 6061 series alloy on the outer surface of the body portion 112 via a filler including an Al 4047 series alloy, and then performing heat treatment . Alternatively, the metalizing process for forming the metal layer on the body portion 112 may be performed before the caning process is performed on the body portion 112.

바디부(112)와 캐닝부(144)로 구성되는 하이브리드복합체(202)의 열팽창계수 α2 는 하기의 수학식 1과 같이 캐닝부(144)의 열팽창계수(αAl)와 부피분율(tAl)의 곱과 바디부(112)의 열팽창계수(αg)와 부피분율(tg)의 곱의 합과 같다. 여기에서 각 구성요소의 부피분율은 하이브리드복합체(202)의 전체 두께에 대한 각 구성요소의 총 두께의 비(比)에 해당하는데, 두께의 방향은 도면에서 A-A'선을 따른 방향(y방향)을 의미한다. The thermal expansion coefficient alpha 2 of the hybrid composite 202 constituted by the body portion 112 and the canning portion 144 can be expressed by the following equation (1): thermal expansion coefficient alpha Al of the canning portion 144 and volume fraction t Al ) And the thermal expansion coefficient (? G ) of the body part (112) and the volume fraction (t g ). Here, the volume fraction of each component corresponds to the ratio of the total thickness of the respective components to the total thickness of the hybrid composite 202, and the thickness direction corresponds to the direction along the line A-A ' Direction).

[수학식 1][Equation 1]

α2 = αAl tAl + αg tg α 2 = α Al t Al + α g t g

표 2는 바디부(112)와 캐닝부(144)로 구성되는 다양한 실시예들에 따른 하이브리드복합체(202)의 열팽창계수를 나타낸다. 캐닝부(144)와 바디부(112)의 부피분율을 조절하고, 바디부(112)를 구성하는 탄소재의 종류를 적절하게 선택함으로써, 하이브리드복합체(202)의 열팽창계수를 적절하게 설계할 수 있다. Table 2 shows the coefficient of thermal expansion of the hybrid composite 202 according to various embodiments consisting of the body portion 112 and the canning portion 144. The thermal expansion coefficient of the hybrid composite 202 can be appropriately designed by adjusting the volume fraction of the canning portion 144 and the body portion 112 and appropriately selecting the type of the carbon material constituting the body portion 112 have.

[표 2][Table 2]

Figure pat00002
Figure pat00002

본 발명의 상기 실시예들에 의한 이종접합 구조체에서 구현된 하이브리드복합체(202)의 열팽창계수 α2 는 세라믹(410)의 열팽창계수 α1 와 일정 수준 범위 이내로 제어될 수 있으며, 예를 들어, 하기의 수학식 2의 관계를 만족할 수 있다. The thermal expansion coefficient? 2 of the hybrid composite 202 implemented in the heterojunction structure according to the embodiments of the present invention can be controlled to be within a certain range of the thermal expansion coefficient? 1 of the ceramic 410. For example, Can be satisfied. &Quot; (2) &quot;

[수학식 2]&Quot; (2) &quot;

1 x 0.9) < α2 < (α1 x 1.1)(? 1 x 0.9) <? 2 <(? 1 x 1.1)

구체적으로 살펴보면, 제 1 부(410)를 구성하는 세라믹이 열팽창계수가 약 4.5 인 질화알루미늄인 경우, 표 2의 케이스 1 내지 2에서 구현된, 제 2 부(202)를 구성하는 하이브리드복합체의 열팽창계수(4.428 또는 4.42)는 상기 수학식 2를 만족한다. 또한, 제 1 부(410)를 구성하는 세라믹이 열팽창계수가 약 7.8 인 알루미나인 경우, 표 2의 케이스 3 내지 5에서 구현된, 제 2 부(202)를 구성하는 하이브리드복합체의 열팽창계수는 상기 수학식 2를 만족한다. 제 1 부(410)를 구성하는 세라믹재의 열팽창계수와 제 2 부(202)를 구성하는 하이브리드복합체(202)의 열팽창계수의 상대적인 차이가 작을수록, 이종접합 구조체에 발생하는 열응력이 낮아져 구조적으로 안정될 수 있다.Specifically, in the case where the ceramic constituting the first section 410 is aluminum nitride having a thermal expansion coefficient of about 4.5, the thermal expansion of the hybrid composite constituting the second section 202, which is embodied in cases 1 and 2 of Table 2 The coefficient (4.428 or 4.42) satisfies the above formula (2). When the ceramic constituting the first portion 410 is alumina having a coefficient of thermal expansion of about 7.8, the thermal expansion coefficient of the hybrid composite constituting the second portion 202, which is implemented in the cases 3 to 5 of Table 2, &Quot; (2) &quot; The smaller the relative difference between the thermal expansion coefficient of the ceramic material constituting the first part 410 and the thermal expansion coefficient of the hybrid composite 202 constituting the second part 202, the lower the thermal stress generated in the hetero-junction structure, Can be stabilized.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 이종접합 구조체를 도해하는 단면도이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 이종접합 구조체는 세라믹을 포함하는 제 1 부(410) 및 탄소를 포함하는 제 2 부(203)를 포함한다. 제 1 부(410)와 제 2 부(203)는 브레이징 접합되므로, 브레이징 접합부(310)가 제 1 부(410)와 제 2 부(203) 사이에 개재된다. 브레이징 접합부(310)는 브레이징 접합에 사용되는 필러와 접합모재 중 적어도 일부가 용융확산되는 이종접합부로 이해될 수 있으며, 도 6에서는 명시적으로 도시하였으나, 실제로 구현된 구조체에서는 제 1 부(410) 및/또는 제 2 부(203)와 명확하게 구분되지 않을 수 있다. 6 is a cross-sectional view illustrating a heterojunction structure according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6, a heterojunction structure according to another embodiment of the present invention includes a first portion 410 including ceramics and a second portion 203 including carbon. Since the first part 410 and the second part 203 are brazed, the brazed joint 310 is interposed between the first part 410 and the second part 203. The brazing joint 310 may be understood as a heterogeneous joint in which at least a part of the filler and the joint preform used for brazing are melted and diffused and is shown explicitly in FIG. And / or the second part 203 of the first embodiment.

제 1 부(410)는 세라믹재를 포함하여 구성되며, 예를 들어, 질화알루미늄(AlN) 또는 알루미나(Al2O3)를 포함하여 구성될 수 있다. 제 2 부(203)는 탄소를 포함하는 하이브리드복합체로서, 서로 이격되어 배치되는 복수의 탄소층들(113) 및 복수의 탄소층들(113) 사이에 개재하는 알루미늄과 탄소의 소결복합층(114)을 구비한다. 나아가, 제 2 부(203)는 알루미늄을 포함하며 복수의 탄소층들(113)과 소결복합층(114)의 외부면을 둘러싸는 캐닝부(144)를 구비한다. 소결복합층(114)은 도 4a 및 도 4b를 참조하여 앞에서 이미 상술하였으므로 여기에서는 설명을 생략한다. 한편, 복수의 탄소층들(113)과 소결복합층(114)을 구성하는 탄소는, 예를 들어, 표 1에 개시된, 등방성탄소 또는 이방성탄소를 포함하여 구성될 수 있다. The first part 410 includes a ceramic material, and may be formed of, for example, aluminum nitride (AlN) or alumina (Al 2 O 3 ). The second portion 203 is a hybrid composite containing carbon and includes a plurality of carbon layers 113 disposed apart from each other and a sintered composite layer 114 of aluminum and carbon interposed between the plurality of carbon layers 113 ). Further, the second portion 203 includes aluminum and includes a plurality of carbon layers 113 and a canning portion 144 surrounding the outer surface of the sintered composite layer 114. The sintered composite layer 114 has already been described above with reference to FIGS. 4A and 4B, and therefore, description thereof is omitted here. On the other hand, the carbon constituting the plurality of carbon layers 113 and the sintered composite layer 114 may be composed of, for example, isotropic carbon or anisotropic carbon described in Table 1.

제 1 부(410)가 질화알루미늄(AlN)을 포함하여 구성되는 경우, 제 1 부(410)와 제 2 부(203)는 직접 브레이징 접합될 수 있으나, 제 1 부(410)가 알루미나(Al2O3)를 포함하여 구성되는 경우, 제 1 부(410)는 제 2 부(203)와 대향하는 면 상에 형성된 몰리브덴-망간 메탈라이징층을 개재하여 제 2 부(203)와 브레이징 접합될 수 있다. The first portion 410 and the second portion 203 may be directly brazed when the first portion 410 comprises aluminum nitride (AlN) 2 O 3 ), the first portion 410 is brazed to the second portion 203 via the molybdenum-manganese metallization layer formed on the surface facing the second portion 203 .

캐닝부(144)는 복수의 탄소층들(113)과 소결복합층(114)에서 상호접촉면을 제외한 상면, 하면 및 측면들을 둘러싸도록 캐닝 공정을 수행하여 구현될 수 있으며, 예를 들어, 알루미늄을 포함하여 구성될 수 있다. 일예로, 캐닝부(144)는 복수의 탄소층들(113) 및 소결복합층(114)의 외부면 상에, Al4047 계열 합금을 포함하는 필러를 개재하여, Al6061 계열 합금을 포함하는 알루미늄 판재를 배치한 후에, 열처리함으로써 형성될 수 있다. 한편, 복수의 탄소층들(113) 및 소결복합층(114)으로 구성된 적층 구조체 상에 캐닝 공정을 수행하기 이전에, 선택적으로, 상기 적층 구조체 상에 금속층을 형성하는 메탈라이징 공정을 먼저 수행할 수도 있다. The canning portion 144 may be implemented by performing a canning process so as to surround the upper surface, the lower surface and the side surfaces except for the mutual contact surfaces in the plurality of carbon layers 113 and the sintered composite layer 114. For example, And the like. For example, the canning portion 144 is formed by laminating an aluminum plate material containing an Al 6061 series alloy on the outer surfaces of the plurality of carbon layers 113 and the sintered composite layer 114 with a filler containing Al 4047 series alloy interposed therebetween And then heat-treated. On the other hand, before performing the canning process on the laminated structure composed of the plurality of carbon layers 113 and the sintered composite layer 114, the metalizing process for forming the metal layer on the laminated structure may be performed first It is possible.

복수의 탄소층들(113), 소결복합층(114) 및 캐닝부(144)로 구성되는 하이브리드복합체(203)의 열팽창계수 α2 는 하기의 수학식 3과 같이 캐닝부(144)의 열팽창계수(αAl)와 부피분율(tAl)의 곱과 복수의 탄소층들(113)의 열팽창계수(αg)와 부피분율(tg)의 곱과 소결복합층(114)의 열팽창계수(αcf)와 부피분율(tcf)의 곱의 합과 같다. 여기에서 각 구성요소의 부피분율은 하이브리드복합체(203)의 전체 두께에 대한 각 구성요소의 총 두께의 비(比)에 해당하는데, 두께의 방향은 도면에서 A-A'선을 따른 방향(y 방향)을 의미한다. The thermal expansion coefficient? 2 of the hybrid composite 203 composed of the plurality of carbon layers 113, the sintered composite layer 114 and the canning portion 144 is expressed by the following equation (3) the coefficient of thermal expansion of (α Al) and the volume fraction of a product of a (t Al) to the product of the coefficient of thermal expansion (α g) and the volume fraction (t g) of the plurality of carbon layers 113 and the sintered composite layer (114) (α cf ) and the volume fraction (t cf ). Here, the volume fraction of each component corresponds to the ratio of the total thickness of the respective components to the total thickness of the hybrid composite 203, and the thickness direction corresponds to the direction along the line A-A ' Direction).

[수학식 3]&Quot; (3) &quot;

α2 = αAl tAl + αg tg + αcf tcf α 2 = α Al t Al + α g t g + α cf t cf

표 3은 복수의 탄소층들(113), 소결복합층(114) 및 캐닝부(144)로 구성되는 다양한 실시예들에 따른 하이브리드복합체(203)의 열팽창계수를 나타낸다. 복수의 탄소층들(113), 소결복합층(114) 및 캐닝부(144)의 부피분율을 조절하고, 복수의 탄소층들(113) 및 소결복합층(114)을 구성하는 탄소재의 종류를 적절하게 선택함으로써, 하이브리드복합체(203)의 열팽창계수를 적절하게 설계할 수 있다. Table 3 shows the coefficient of thermal expansion of the hybrid composite 203 according to various embodiments comprised of a plurality of carbon layers 113, a sintered composite layer 114 and a canned portion 144. The volume fraction of the plurality of carbon layers 113, the sintered composite layer 114 and the canned portion 144 is controlled so that the types of carbon materials constituting the plurality of carbon layers 113 and the sintered composite layer 114 The thermal expansion coefficient of the hybrid composite 203 can be appropriately designed.

[표 3][Table 3]

Figure pat00003
Figure pat00003

본 발명의 상기 실시예들에 의한 이종접합 구조체에서 구현된 하이브리드복합체(203)의 열팽창계수 α2 는 세라믹(410)의 열팽창계수 α1 와 일정 수준 범위 이내로 제어될 수 있으며, 예를 들어, 상기 수학식 2의 관계를 만족할 수 있다. The thermal expansion coefficient? 2 of the hybrid composite 203 implemented in the heterojunction structure according to the embodiments of the present invention can be controlled to be within a certain range of the thermal expansion coefficient? 1 of the ceramic 410. For example, The relationship of Equation (2) can be satisfied.

구체적으로 살펴보면, 제 1 부(410)를 구성하는 세라믹이 열팽창계수가 약 4.5 인 질화알루미늄인 경우, 표 3의 케이스 1 내지 2에서 구현된, 제 2 부(203)를 구성하는 하이브리드복합체의 열팽창계수(4.654 또는 4.177)는 상기 수학식 2를 만족한다. 제 1 부(410)를 구성하는 세라믹재의 열팽창계수와 하이브리드복합체(203)의 열팽창계수의 상대적인 차이가 작을수록, 이종접합 구조체에 발생하는 열응력이 낮아져 구조적으로 안정될 수 있다.Specifically, in the case where the ceramic constituting the first part 410 is aluminum nitride having a thermal expansion coefficient of about 4.5, the thermal expansion of the hybrid composite constituting the second part 203, which is embodied in cases 1 and 2 in Table 3 The coefficient (4.654 or 4.177) satisfies the above formula (2). As the relative difference between the thermal expansion coefficient of the ceramic material constituting the first part 410 and the thermal expansion coefficient of the hybrid composite 203 is smaller, the thermal stress generated in the hetero-junction structure is lowered and structurally stabilized.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 이종접합 구조체를 도해하는 단면도이다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 이종접합 구조체는 세라믹을 포함하는 제 1 부(410) 및 탄소를 포함하는 제 2 부(204)를 포함한다. 제 1 부(410)와 제 2 부(204)는 브레이징 접합되므로, 브레이징 접합부(310)가 제 1 부(410)와 제 2 부(204) 사이에 개재된다. 브레이징 접합부(310)는 브레이징 접합에 사용되는 필러와 접합모재 중 적어도 일부가 용융확산되는 이종접합부로 이해될 수 있으며, 도 7에서는 명시적으로 도시하였으나, 실제로 구현된 구조체에서는 제 1 부(410) 및/또는 제 2 부(204)와 명확하게 구분되지 않을 수 있다. 7 is a cross-sectional view illustrating a heterojunction structure according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 7, a heterojunction structure according to another embodiment of the present invention includes a first portion 410 including ceramics and a second portion 204 including carbon. Since the first part 410 and the second part 204 are brazed, the brazed joint 310 is interposed between the first part 410 and the second part 204. The brazing joint 310 can be understood as a heterogeneous joint in which at least a part of the filler and the joint base used in the brazing joint is melted and diffused and is shown explicitly in Figure 7. In the actual structure, And / or the second portion 204 of the apparatus.

제 1 부(410)는 세라믹재를 포함하여 구성되며, 예를 들어, 질화알루미늄(AlN) 또는 알루미나(Al2O3)를 포함하여 구성될 수 있다. 제 2 부(204)는 탄소를 포함하는 하이브리드복합체로서, 서로 이격되어 배치되는 복수의 탄소층들(113) 및 알루미늄을 포함하며 복수의 탄소층들(113) 사이에 개재하는 열전도층(146)을 구비한다. 열전도층(146)은, 예를 들어, 열전도도가 상대적으로 높은, 알루미늄을 포함하여 구성되므로, 제 2 부(204)의 열전도 특성을 증가시킬 수 있다. 나아가, 제 2 부(204)는, 예를 들어, 알루미늄을 포함하며, 복수의 탄소층들(113)과 열전도층(146)의 외부면을 둘러싸는 캐닝부(144)를 구비한다. 복수의 탄소층들(113)을 구성하는 탄소는, 예를 들어, 표 1에 개시된, 등방성탄소 또는 이방성탄소를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 변형된 실시예에서, 복수의 탄소층들(113)은 알루미늄과 탄소의 소결복합재로 구성될 수도 있다. The first part 410 includes a ceramic material, and may be formed of, for example, aluminum nitride (AlN) or alumina (Al 2 O 3 ). The second portion 204 is a hybrid composite containing carbon and includes a plurality of carbon layers 113 disposed apart from each other and a heat conduction layer 146 interposed between the plurality of carbon layers 113, Respectively. Since the heat conduction layer 146 includes, for example, aluminum having a relatively high thermal conductivity, the heat conduction characteristics of the second portion 204 can be increased. Further, the second portion 204 includes, for example, aluminum and has a plurality of carbon layers 113 and a canning portion 144 surrounding the outer surface of the thermally conductive layer 146. The carbon constituting the plurality of carbon layers 113 may be composed of isotropic carbon or anisotropic carbon, for example, as shown in Table 1. Further, in a modified embodiment, the plurality of carbon layers 113 may be comprised of a sintered composite of aluminum and carbon.

제 1 부(410)가 질화알루미늄(AlN)을 포함하여 구성되는 경우, 제 1 부(410)와 제 2 부(204)는 직접 브레이징 접합될 수 있으나, 제 1 부(410)가 알루미나(Al2O3)를 포함하여 구성되는 경우, 제 1 부(410)는 제 2 부(204)와 대향하는 면 상에 형성된 몰리브덴-망간 메탈라이징층을 개재하여 제 2 부(204)와 브레이징 접합될 수 있다. The first portion 410 and the second portion 204 may be directly brazed when the first portion 410 comprises aluminum nitride (AlN) 2 O 3 ), the first portion 410 is brazed to the second portion 204 via the molybdenum-manganese metallization layer formed on the surface opposite to the second portion 204 .

캐닝부(144)는 복수의 탄소층들(113)과 열전도층(146)에서 상호접촉면을 제외한 상면, 하면 및 측면들을 둘러싸도록 캐닝 공정을 수행하여 구현될 수 있으며, 알루미늄을 포함하여 구성될 수 있다. 예를 들어, 캐닝부(144)는 복수의 탄소층들(113) 및 열전도층(146)의 외부면 상에, Al4047 계열 합금을 포함하는 필러를 개재하여, Al6061 계열 합금을 포함하는 알루미늄 판재를 배치한 후에, 열처리함으로써 형성될 수 있다. 한편, 복수의 탄소층들(113) 및 열전도층(146)으로 구성된 적층 구조체 상에 캐닝 공정을 수행하기 이전에, 선택적으로, 상기 적층 구조체 상에 금속층을 형성하는 메탈라이징 공정을 먼저 수행할 수도 있다. The canning portion 144 may be implemented by performing a canning process so as to surround upper surfaces, lower surfaces and side surfaces of the plurality of carbon layers 113 and the heat conduction layer 146 excluding mutual contact surfaces, have. For example, the canning portion 144 is formed by laminating an aluminum plate material including an Al 6061 series alloy on the outer surface of the plurality of carbon layers 113 and the heat conduction layer 146 via a filler containing an Al 4047 series alloy And then heat-treated. On the other hand, before performing the canning process on the laminated structure composed of the plurality of carbon layers 113 and the thermal conductive layer 146, the metalizing process for forming the metal layer on the laminated structure may be performed first have.

복수의 탄소층들(113), 열전도층(146) 및 캐닝부(144)로 구성되는 하이브리드복합체(204)의 열팽창계수 α2 는 하기의 수학식 4와 같이 캐닝부(144) 및 열전도층(146)의 열팽창계수(αAl)와 부피분율(tAl)의 곱과 복수의 탄소층들(113)의 열팽창계수(αg)와 부피분율(tg)의 곱의 합과 같다. 여기에서 각 구성요소의 부피분율은 하이브리드복합체의 전체 두께에 대한 각 구성요소의 총 두께의 비(比)에 해당하는데, 두께의 방향은 도면에서 A-A'선을 따른 방향(y 방향)을 의미한다. The thermal expansion coefficient? 2 of the hybrid composite 204 composed of the plurality of carbon layers 113, the heat conduction layer 146 and the canning portion 144 can be calculated by the following equation (4) the sum of the product of the coefficient of thermal expansion (α Al) and the volume fraction (Al t) multiplied by the coefficient of thermal expansion (α g) and the volume fraction (t g of the plurality of carbon layers 113) of 146) below. Here, the volume fraction of each component corresponds to the ratio of the total thickness of each component to the total thickness of the hybrid composite, and the thickness direction is the direction along the line A-A '(y direction) it means.

[수학식 4]&Quot; (4) &quot;

α2 = αAl tAl + αg tg α 2 = α Al t Al + α g t g

표 4는 복수의 탄소층들(113), 열전도층(146) 및 캐닝부(144)로 구성되는 다양한 실시예들에 따른 하이브리드복합체(204)의 열팽창계수를 나타낸다. 복수의 탄소층들(113), 열전도층(146) 및 캐닝부(144)의 부피분율을 조절하고, 복수의 탄소층들(113)을 구성하는 탄소재의 종류를 적절하게 선택함으로써, 하이브리드복합체(204)의 열팽창계수를 적절하게 설계할 수 있다. Table 4 shows the coefficient of thermal expansion of the hybrid composite 204 according to various embodiments comprised of a plurality of carbon layers 113, a thermally conductive layer 146, and a canned portion 144. The volume fraction of the plurality of carbon layers 113, the heat conduction layer 146 and the canning portion 144 is controlled and the type of carbon material constituting the plurality of carbon layers 113 is appropriately selected, It is possible to appropriately design the coefficient of thermal expansion of the heat sink 204.

[표 4][Table 4]

Figure pat00004
Figure pat00004

본 발명의 상기 실시예들에 의한 이종접합 구조체에서 구현된 하이브리드복합체(204)의 열팽창계수 α2 는 세라믹(410)의 열팽창계수 α1 와 일정 수준 범위 이내로 제어될 수 있으며, 예를 들어, 상기 수학식 2의 관계를 만족할 수 있다. The thermal expansion coefficient? 2 of the hybrid composite 204 implemented in the heterojunction structure according to the embodiments of the present invention can be controlled within a certain range of the thermal expansion coefficient? 1 of the ceramic 410. For example, The relationship of Equation (2) can be satisfied.

구체적으로 살펴보면, 제 1 부(410)를 구성하는 세라믹이 열팽창계수가 7.8 인 알루미나인 경우, 표 4의 케이스 1 내지 3에서 구현된, 제 2 부(204)를 구성하는 하이브리드복합체의 열팽창계수(7.69, 7.72, 또는 7.84)는 상기 수학식 2를 만족한다. 제 1 부(410)를 구성하는 세라믹재의 열팽창계수와 하이브리드복합체(204)의 열팽창계수의 상대적인 차이가 작을수록, 이종접합 구조체에 발생하는 열응력이 낮아져 구조적으로 안정될 수 있다.Specifically, when the ceramic constituting the first portion 410 is alumina having a coefficient of thermal expansion of 7.8, the thermal expansion coefficient of the hybrid composite constituting the second portion 204, embodied in the cases 1 to 3 of Table 4 7.69, 7.72, or 7.84) satisfies the above formula (2). As the relative difference between the thermal expansion coefficient of the ceramic material constituting the first portion 410 and the thermal expansion coefficient of the hybrid composite 204 is smaller, the thermal stress generated in the hetero-junction structure is lowered and structurally stabilized.

지금까지 설명한 이종접합 구조체에서, 도 1에 도시된 탄소를 포함하는 구조체(201)와 도 5 내지 도 7에 도시된 하이브리드복합체(202, 203, 204)는 복잡형상에 대한 절삭가공성이 우수하고, 높은 열전도 특성을 가질 뿐만 아니라, 열팽창계수가 알루미나 세라믹(7.8 x 10-6/k) 및 질화알루미늄 세라믹(4.5 x 10-6/k)에 근접하여 이종접합 구조체의 열응력을 저감 시킬 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예들에 의하면, 세라믹과 접합되는 상대재인 종래의 알루미늄재 또는 동재 대신 탄소재 및 그 하이브리드 복합소재를 적용하며, 브레이징 접합에 의해 양호한 접합 계면을 가지는 이종접합 구조체를 구현할 수 있으므로, 넓고 급격한 온도 싸이클에서도 내구성을 가지고 사용할 수 있는 구조체를 제공할 수 있다. In the heterogeneous bonded structure described so far, the structure 201 including the carbon shown in Fig. 1 and the hybrid composites 202, 203 and 204 shown in Figs. 5 to 7 have excellent cutting workability with respect to a complicated shape, Not only has a high thermal conductivity, but also has a thermal expansion coefficient close to that of alumina ceramics (7.8 x 10 -6 / k) and aluminum nitride ceramics (4.5 x 10 -6 / k), thereby reducing the thermal stress of the heterojunction structure. In other words, according to the embodiments of the present invention, a carbon material and hybrid composite material are used instead of a conventional aluminum material or a copper material, which is a counter material to be bonded to a ceramic, and a hybrid bonding structure having a good bonding interface can be realized by brazing Therefore, it is possible to provide a structure that can be used with durability even in a wide and rapid temperature cycle.

이하에서는, 본 발명의 실시예들에 의한 이종접합 구조체의 제조방법을 설명하고자 한다. 도 8a 내지 도 8f는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 이종접합 구조체를 제조하는 방법을 도해하는 도면들로서, 예시적으로, 도 5에 도시된 이종접합 구조체를 제조하는 방법을 도해한다. Hereinafter, a method of manufacturing a hetero-junction structure according to embodiments of the present invention will be described. FIGS. 8A to 8F illustrate a method of manufacturing a heterojunction structure according to another embodiment of the present invention. Illustratively, a method of manufacturing the heterojunction structure shown in FIG. 5 is illustrated.

먼저, 도 8a를 참조하면, 탄소를 포함하는 바디부(112)로 구성된 구조체를 준비한다. 탄소를 포함하는 바디부(112)로 구성된 구조체에 대한 설명은 도 5를 참조하여 앞에서 설명한 부분과 동일하므로 여기에서는 생략한다. 한편, 본 발명의 변형된 실시예에서, 탄소를 포함하는 바디부(112)로 구성된 구조체는, 도 6에 도시된 것처럼, 서로 이격되어 배치되는 복수의 탄소층들(113) 및 복수의 탄소층들(113) 사이에 개재하는 알루미늄과 탄소의 소결복합층(114)으로 구성된 적층 구조체로 대체될 수 있다. 또한, 본 발명의 변형된 다른 실시예에서, 탄소를 포함하는 바디부(112)로 구성된 구조체는, 도 7에 도시된 것처럼, 서로 이격되어 배치되는 복수의 탄소층들(113) 및 복수의 탄소층들(113) 사이에 개재하는 열전도층(146)으로 구성된 적층 구조체로 대체될 수 있다. First, referring to FIG. 8A, a structure composed of a body portion 112 including carbon is prepared. The description of the structure composed of the body portion 112 including carbon is the same as that described above with reference to FIG. 5, and will not be described here. Meanwhile, in the modified embodiment of the present invention, the structure composed of the body portion 112 including carbon includes a plurality of carbon layers 113 disposed apart from each other and a plurality of carbon layers And a sintered composite layer 114 of aluminum and carbon interposed between the upper and lower substrates 113 and 113. Further, in another modified embodiment of the present invention, the structure composed of the body portion 112 including carbon may include a plurality of carbon layers 113 disposed apart from each other and a plurality of carbon And a thermally conductive layer 146 sandwiched between the layers 113. In this case,

계속하여, 도 8b 및 8c를 참조하면, 구조체(112)의 외부면(상호 접촉면을 제외한 상면, 하면 및 측면) 상에, 제 1 필러(122)를 개재하여, 스텐레스 포일(stainless foil, 124)을 배치한 후에, 구조체(112), 제 1 필러(122) 및 스텐레스 포일(124)을, 예를 들어, 1050℃의 온도에서 30분 동안, 제 1 열처리함으로써, 구조체(112)의 외부면을 둘러싸는 메탈라이징층(126)을 형성할 수 있다. 제 1 필러(122)는, 예를 들어, BNi2를 포함할 수 있다.8B and 8C, a stainless foil 124 is formed on the outer surface (upper surface, lower surface, and side surface excluding the mutual contact surfaces) of the structure 112 with the first filler 122 interposed therebetween. The first pillar 122 and the stainless foil 124 are subjected to a first heat treatment at a temperature of, for example, 1050 占 폚 for 30 minutes to form the outer surface of the structure 112 The surrounding metallization layer 126 can be formed. The first filler 122 may comprise, for example, BNi 2 .

계속하여, 도 8d 및 도 8e를 참조하면, 외부면에 메탈라이징층(126)이 형성된 구조체(112) 상에, 제 2 필러(141)를 개재하여, 알루미늄 판재(142)를 배치한다. 알루미늄 판재(142)는 알루미늄을 포함하는 케이스로 이해될 수도 있다. 그 후에 구조체(112), 제 2 필러(141) 및 알루미늄 판재(142)를, 예를 들어, 600℃의 온도에서 30분 동안, 제 2 열처리하여 구조체(112) 상에 캐닝부(144)를 형성함으로써, 탄소를 포함하는 제 2 부(202)가 구현된다. 제 2 필러(141)는, 예를 들어, 12%의 규소가 함유된 알루미늄 합금인 Al4047 계열의 합금을 포함할 수 있다. 알루미늄 판재(142)는, 예를 들어, Al6061 계열의 합금을 포함할 수 있다. 8D and 8E, the aluminum plate 142 is disposed on the structure 112 having the metalizing layer 126 formed on the outer surface thereof with the second filler 141 interposed therebetween. The aluminum plate member 142 may be understood as a case including aluminum. The structure 112, the second filler 141 and the aluminum plate 142 are then subjected to a second heat treatment, for example, at a temperature of 600 占 폚 for 30 minutes to form the canning portion 144 on the structure 112 Thereby forming a second portion 202 comprising carbon. The second filler 141 may include, for example, an alloy of Al 4047 series which is an aluminum alloy containing 12% of silicon. The aluminum plate 142 may include, for example, an Al 6061 series alloy.

계속하여, 도 8e 및 도 8f를 참조하면, 세라믹을 포함하는 제 1 부(410)를 준비하고, 제 1 부(410)와 제 2 부(202)를 브레이징 접합한다. 브레이징 접합은, 예를 들어, Al4047 계열 합금을 포함하는, 제 3 필러(312)를 제 1 부(410)와 제 2 부(202) 사이에 개재한 후에, 600℃의 온도에서 30분 동안, 제 3 열처리함으로써 수행될 수 있다. 8E and 8F, a first portion 410 including ceramics is prepared, and the first portion 410 and the second portion 202 are brazed to each other. The brazing joint can be achieved by interposing a third pillar 312 between the first part 410 and the second part 202, including, for example, an Al 4047 series alloy, and then, at a temperature of 600 ° C for 30 minutes, And the third heat treatment.

브레이징 접합 공정에 의하여, 브레이징 접합부(310)가 제 1 부(410)와 제 2 부(201) 사이에 개재된다. 브레이징 접합부(310)는 브레이징 접합에 사용되는 필러와 접합모재 중 적어도 일부가 용융확산되는 이종접합부로 이해될 수 있으며, 도면에서는 명시적으로 도시하였으나, 실제로 구현된 구조체에서는 제 1 부(410) 및/또는 제 2 부(202)와 명확하게 구분되지 않을 수 있다. The brazing joint 310 is interposed between the first portion 410 and the second portion 201 by the brazing jointing process. The brazing joint 310 can be understood as a heterogeneous joint in which at least a part of the filler and the joint base used in the brazing joint is melt-diffused and is shown explicitly in the drawing, / RTI &gt; and / or &lt; / RTI &gt;

한편, 캐닝부(144)를 형성하기 위하여 수행된 상기 제 2 열처리와 브레이징 접합을 위하여 수행된 상기 제 3 열처리는 동일한 열처리조건으로 동시에 수행되는 열처리일 수 있다. 이는, 상기 제 2 열처리에 필요한 제 2 필러(141)와 상기 제 3 열처리에 필요한 제 3 필러(312)가 동일한 Al4047 계열의 합금으로 구성될 수 있으며, 열처리 온도와 시간이 동일할 수 있기 때문에 가능하다. 따라서 본 발명의 실시예에 의한 이종접합 구조체의 제조방법에 따르면, 캐닝부(144)를 형성하기 위하여 수행된 상기 제 2 열처리 및 브레이징 접합을 위하여 수행된 상기 제 3 열처리를 각각 따로 수행하지 않고 동시에 동일한 조건으로 한 번에 수행할 수 있으므로, 이종접합 구조체에 인가되는 열적 부담이 낮아지며, 나아가, 생산비용을 낮출 수 있는 효과를 기대할 수 있다. Meanwhile, the third heat treatment performed for the second heat treatment and brazing bonding performed to form the canning portion 144 may be a heat treatment performed simultaneously under the same heat treatment conditions. This is because the second pillar 141 required for the second heat treatment and the third pillar 312 necessary for the third heat treatment may be made of the same Al 4047 series alloy and the heat treatment temperature and time may be the same Do. Therefore, according to the method for manufacturing a heterojunction structure according to an embodiment of the present invention, the third heat treatment performed for the second heat treatment and brazing bonding performed to form the canning portion 144 can be performed simultaneously The thermal load applied to the hetero-junction structure is lowered, and further, the effect of lowering the production cost can be expected.

한편, 도 8e 및 도 8f와 같이, 제 1 부(410)가 질화알루미늄(AlN)을 포함하여 구성되는 경우, 제 1 부(410)와 제 2 부(202)는 직접 브레이징 접합될 수 있으나, 도 9a 및 도 9b와 같이, 제 1 부(410)가 알루미나(Al2O3)를 포함하여 구성되는 경우, 제 1 부(410)는 제 2 부(202)와 대향하는 면 상에 형성된 몰리브덴-망간 메탈라이징층(320)을 개재하여 제 2 부(202)와 브레이징 접합될 수 있다. 8E and 8F, when the first portion 410 includes aluminum nitride (AlN), the first portion 410 and the second portion 202 may be directly brazed to each other, 9A and 9B, when the first portion 410 includes alumina (Al 2 O 3 ), the first portion 410 is formed of molybdenum (Al 2 O 3 ) formed on the surface facing the second portion 202, -Manganese metallizing layer 320 to the second portion 202. The second portion 202 may be formed by brazing.

지금까지 본 발명의 다양한 실시예들에 의한 이종접합 구조체 및 그 제조방법을 설명하였다. 특히, 캐닝부(144), 열전도층(146), 제 1 부(410)를 구성하는 세라믹재, 제 1 필러(122), 제 2 필러(141), 제 3 필러(312), 메탈라이징층(126, 320), 금속 판재(142) 및 금속 포일(124) 등을 설명하는 부분에서 언급된 구성물질은 예시적인 것이며, 이에 의하여 본 발명의 기술적 사상이 한정되지 않음은 명백하다. Up to now, heterogeneous junction structures and their fabrication methods according to various embodiments of the present invention have been described. Particularly, the ceramic material constituting the first portion 410, the first filler 122, the second filler 141, the third filler 312, the metalizing layer 144, the heat conduction layer 146, The metal foil 124, the metal foil 124, and the like are exemplified, and it is apparent that the technical idea of the present invention is not limited thereto.

발명의 특정 실시예들에 대한 이상의 설명은 예시 및 설명을 목적으로 제공되었다. 따라서 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 상기 실시예들을 조합하여 실시하는 등 여러 가지 많은 수정 및 변경이 가능함은 명백하다.The foregoing description of specific embodiments of the invention has been presented for purposes of illustration and description. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Do.

112 : 탄소를 포함하는 바디부
113 : 복수의 탄소층들
114 : 알루미늄과 탄소의 소결복합층
126 : 메탈라이징층
144 : 캐닝부
146 : 열전도층
201, 202, 203, 204 : 탄소를 포함하여 구성되는 제 2 부
310 : 브레이징 접합부
410 : 세라믹을 포함하여 구성되는 제 1 부
112: body portion containing carbon
113: a plurality of carbon layers
114: sintered composite layer of aluminum and carbon
126: Metallized layer
144:
146: heat conduction layer
201, 202, 203, 204: a second part comprising carbon
310: Brazing joint
410: a first part comprising ceramic

Claims (20)

세라믹을 포함하는 제 1 부; 및
탄소를 포함하며, 상기 제 1 부와 브레이징 접합된, 제 2 부;
를 구비하는 이종접합 구조체.
A first portion comprising a ceramic; And
A second portion comprising carbon and brazed to the first portion;
Heterojunction structure having a.
제 1 항에 있어서, 상기 제 2 부는 탄소를 포함하는 하이브리드복합체를 구비하는, 이종접합 구조체. The heterojunction structure of claim 1, wherein the second part comprises a hybrid composite including carbon. 제 2 항에 있어서, 상기 하이브리드복합체는
탄소를 포함하는 바디부; 및
알루미늄을 포함하며, 상기 바디부의 외부면을 둘러싸는, 캐닝(canning)부;
를 구비하는, 이종접합 구조체.
The method of claim 2, wherein the hybrid complex
A body part containing carbon; And
A canning portion comprising aluminum and surrounding an outer surface of the body portion;
And a second substrate.
제 2 항에 있어서, 상기 하이브리드복합체는
서로 이격되어 배치되는 복수의 탄소층들;
상기 복수의 탄소층들 사이에 개재하는 알루미늄과 탄소의 소결복합층; 및
알루미늄을 포함하며, 상기 복수의 탄소층들과 상기 소결복합층의 외부면을 둘러싸는, 캐닝부;
를 구비하는, 이종접합 구조체.
The method of claim 2, wherein the hybrid complex
A plurality of carbon layers spaced apart from each other;
A sintered composite layer of aluminum and carbon interposed between the plurality of carbon layers; And
A canning comprising aluminum and surrounding the plurality of carbon layers and an outer surface of the sintered composite layer;
And a second substrate.
제 2 항에 있어서, 상기 하이브리드복합체는
서로 이격되어 배치되는 복수의 탄소층들;
알루미늄을 포함하며, 상기 복수의 탄소층들 사이에 개재하는 열전도층; 및
알루미늄을 포함하며, 상기 복수의 탄소층들과 상기 열전도층의 외부면을 둘러싸는, 캐닝부;
를 구비하는, 이종접합 구조체.
The method of claim 2, wherein the hybrid complex
A plurality of carbon layers spaced apart from each other;
A thermally conductive layer comprising aluminum and interposed between the plurality of carbon layers; And
A canning comprising aluminum and surrounding the plurality of carbon layers and the outer surface of the thermally conductive layer;
And a second substrate.
제 2 항에 있어서, 상기 하이브리드복합체의 열팽창계수 α2 는 상기 세라믹의 열팽창계수 α1 와 (α1 x 0.9) < α2 < (α1 x 1.1) 의 관계를 만족하는, 이종접합 구조체.The heterojunction structure according to claim 2, wherein the thermal expansion coefficient α 2 of the hybrid composite satisfies the relationship between the thermal expansion coefficient α 1 of the ceramic and (α 1 x 0.9) <α 2 <(α 1 x 1.1). 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 부는 탄소로만 구성된 바디부인, 이종접합 구조체. The heterojunction structure of claim 1, wherein the second portion is a body portion composed only of carbon. 제 1 항에 있어서, 상기 탄소는 등방성탄소 및 이방성탄소 중에서 적어도 어느 하나를 포함하는, 이종접합 구조체.The heterojunction structure of claim 1, wherein the carbon comprises at least one of isotropic carbon and anisotropic carbon. 제 1 항에 있어서, 상기 세라믹은 질화알루미늄(AlN)을 포함하며, 상기 제 1 부는 상기 제 2 부와 직접 브레이징 접합된, 이종접합 구조체.2. The heterojunction structure of claim 1, wherein the ceramic comprises aluminum nitride (AlN), the first portion being directly brazed to the second portion. 제 1 항에 있어서, 상기 세라믹은 알루미나(Al2O3)를 포함하며, 상기 제 1 부는 상기 제 2 부와 대향하는 면 상에 형성된 몰리브덴-망간 메탈라이징층을 개재하여 상기 제 2 부와 브레이징 접합된, 이종접합 구조체.The ceramic of claim 1, wherein the ceramic comprises alumina (Al 2 O 3 ), and the first part is brazed with the second part via a molybdenum-manganese metallization layer formed on a surface facing the second part. Bonded, heterojunction structure. 세라믹을 포함하는 제 1 부를 준비하는 단계;
탄소를 포함하는 제 2 부를 형성하는 단계; 및
상기 제 1 부와 상기 제 2 부를 브레이징 접합하는 단계;
를 구비하는 이종접합 구조체의 제조방법.
Preparing a first portion comprising a ceramic;
Forming a second portion comprising carbon; And
Brazing the first portion and the second portion;
Method for producing a heterojunction structure having a.
제 11 항에 있어서, 상기 탄소를 포함하는 제 2 부를 형성하는 단계는
탄소를 포함하는 제 1 구조체를 형성하는 단계; 및
상기 제 1 구조체의 외부면을 둘러싸도록, 알루미늄을 포함하는 캐닝부를 형성하는 단계;
를 구비하는, 이종접합 구조체의 제조방법.
12. The method of claim 11, wherein forming a second portion comprising carbon
Forming a first structure comprising carbon; And
Forming a canning portion including aluminum to surround the outer surface of the first structure;
Method for producing a heterojunction structure comprising a.
제 12 항에 있어서, 상기 제 1 구조체는 탄소를 포함하는 바디부를 구비하는, 이종접합 구조체의 제조방법.13. The method of claim 12, wherein the first structure comprises a body portion comprising carbon. 제 12 항에 있어서, 상기 제 1 구조체는 서로 이격되어 배치되는 복수의 탄소층들; 및 상기 복수의 탄소층들 사이에 개재하는 알루미늄과 탄소의 소결복합층;을 구비하는, 이종접합 구조체의 제조방법.The method of claim 12, wherein the first structure comprises: a plurality of carbon layers spaced apart from each other; And a sintered composite layer of aluminum and carbon interposed between the plurality of carbon layers. 제 12 항에 있어서, 상기 제 1 구조체는 서로 이격되어 배치되는 복수의 탄소층들; 및 알루미늄을 포함하며 상기 복수의 탄소층들 사이에 개재하는 열전도층;을 구비하는, 이종접합 구조체의 제조방법.The method of claim 12, wherein the first structure comprises: a plurality of carbon layers spaced apart from each other; And a heat conduction layer including aluminum and interposed between the plurality of carbon layers. 제 12 항에 있어서, 상기 제 1 구조체를 형성하는 단계와 상기 캐닝부를 형성하는 단계 사이에, 상기 제 1 구조체의 외부면을 둘러싸는 메탈라이징층을 형성하는 단계를 더 구비하는, 이종접합 구조체의 제조방법.13. The heterojunction structure of claim 12, further comprising forming a metallization layer surrounding an outer surface of the first structure between forming the first structure and forming the canning portion. Manufacturing method. 제 16 항에 있어서, 상기 메탈라이징층을 형성하는 단계는
상기 제 1 구조체의 외부면 상에, 제 1 필러를 개재하여, 금속 포일을 배치하는 단계; 및
상기 제 1 구조체, 상기 제 1 필러 및 상기 금속 포일을 제 1 열처리하는 단계;
를 구비하는, 이종접합 구조체의 제조방법.
The method of claim 16, wherein forming the metallizing layer
Disposing a metal foil on an outer surface of the first structure via a first filler; And
First heat treating the first structure, the first filler, and the metal foil;
Method for producing a heterojunction structure comprising a.
제 12 항에 있어서, 상기 캐닝부를 형성하는 단계는
상기 제 1 구조체의 외부면 상에, 제 2 필러를 개재하여, 알루미늄 판재를 배치하는 단계; 및
상기 제 1 구조체, 상기 제 2 필러 및 상기 알루미늄 판재를 제 2 열처리하는 단계;
를 구비하는, 이종접합 구조체의 제조방법.
The method of claim 12, wherein the forming of the canning unit
Disposing an aluminum plate on an outer surface of the first structure via a second filler; And
Subjecting the first structure, the second pillar, and the aluminum plate to a second heat treatment;
Method for producing a heterojunction structure comprising a.
제 18 항에 있어서, 상기 브레이징 접합하는 단계는
상기 제 1 부와 상기 제 2 부 사이에 제 3 필러를 개재하여, 상기 제 1 부, 상기 제 2 부 및 상기 제 3 필러를 제 3 열처리하는 단계를 구비하는, 이종접합 구조체의 제조방법.
19. The method of claim 18, wherein the step of brazing
And a third heat treatment of the first portion, the second portion and the third filler via a third pillar between the first portion and the second portion.
제 19 항에 있어서, 상기 제 2 필러와 상기 제 3 필러는 동일한 물질로 구성되며, 상기 제 2 열처리하는 단계와 상기 제 3 열처리하는 단계는 동일한 열처리조건으로 동시에 수행되는, 이종접합 구조체의 제조방법.



The method of manufacturing a heterogeneous bonded structure according to claim 19, wherein the second filler and the third filler are made of the same material, and the second heat treatment step and the third heat treatment step are simultaneously performed under the same heat treatment condition .



KR1020120086714A 2012-02-29 2012-08-08 Heterostructure and method of fabricating the same KR101411956B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/KR2013/001684 WO2013129891A1 (en) 2012-02-29 2013-02-28 Heterojunction structure and method for manufacturing same

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120021442 2012-02-29
KR20120021442 2012-02-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130099793A true KR20130099793A (en) 2013-09-06
KR101411956B1 KR101411956B1 (en) 2014-07-04

Family

ID=49451022

Family Applications (5)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120086714A KR101411956B1 (en) 2012-02-29 2012-08-08 Heterostructure and method of fabricating the same
KR1020120086711A KR101411953B1 (en) 2012-02-29 2012-08-08 Heterostructure for heat dissipation and method of fabricating the same
KR1020120086712A KR101411954B1 (en) 2012-02-29 2012-08-08 Heterostructure for heating and method of fabricating the same
KR1020120086713A KR101411955B1 (en) 2012-02-29 2012-08-08 Heterostructure for cooling and method of fabricating the same
KR1020120089810A KR101322810B1 (en) 2012-02-29 2012-08-17 Susceptor for display substrate and method of fabricating the same

Family Applications After (4)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120086711A KR101411953B1 (en) 2012-02-29 2012-08-08 Heterostructure for heat dissipation and method of fabricating the same
KR1020120086712A KR101411954B1 (en) 2012-02-29 2012-08-08 Heterostructure for heating and method of fabricating the same
KR1020120086713A KR101411955B1 (en) 2012-02-29 2012-08-08 Heterostructure for cooling and method of fabricating the same
KR1020120089810A KR101322810B1 (en) 2012-02-29 2012-08-17 Susceptor for display substrate and method of fabricating the same

Country Status (1)

Country Link
KR (5) KR101411956B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101586490B1 (en) * 2014-10-24 2016-01-18 한국생산기술연구원 Method for Manufacturing Golf Club Head using Low Melting Point Filler Metal

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101593557B1 (en) * 2014-03-25 2016-02-16 한국생산기술연구원 The hybrid ESC and method of fabricating the same
KR102164795B1 (en) 2018-09-06 2020-10-13 삼성전자주식회사 Fan-out semiconductor package
KR20210125155A (en) * 2020-04-07 2021-10-18 삼성디스플레이 주식회사 Method for manufacturing a display apparatus
CN113803741A (en) * 2021-08-25 2021-12-17 西安远航真空钎焊技术有限公司 Pressure measuring hole and cooling flow channel cavity crossing prevention structure

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001271178A (en) * 2000-03-27 2001-10-02 Ulvac Japan Ltd Heating device and vacuum treating device
JP3949459B2 (en) * 2002-01-25 2007-07-25 日本碍子株式会社 Joined body of different materials and manufacturing method thereof
JP2004231452A (en) * 2003-01-29 2004-08-19 Honda Motor Co Ltd Method for joining carbon-based metal composite material to ceramic
JP2004344958A (en) * 2003-05-23 2004-12-09 Sentan Zairyo:Kk Hybrid material joining metal to carbon-aluminum composite material or silicon carbide-aluminum composite material, and heat exchanger parts using the same
DE102005014513B4 (en) * 2005-03-30 2011-05-12 Att Advanced Temperature Test Systems Gmbh Device and method for tempering a substrate, and method for producing the device
JP5248242B2 (en) * 2008-08-28 2013-07-31 日本発條株式会社 Dissimilar material joined body manufacturing method and dissimilar material joined body

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101586490B1 (en) * 2014-10-24 2016-01-18 한국생산기술연구원 Method for Manufacturing Golf Club Head using Low Melting Point Filler Metal

Also Published As

Publication number Publication date
KR101411956B1 (en) 2014-07-04
KR20130099794A (en) 2013-09-06
KR101322810B1 (en) 2013-10-28
KR101411954B1 (en) 2014-08-13
KR101411953B1 (en) 2014-07-04
KR20130099791A (en) 2013-09-06
KR101411955B1 (en) 2014-08-14
KR20130099792A (en) 2013-09-06
KR20130099790A (en) 2013-09-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11594475B2 (en) Method of fabricating an electronic power module by additive manufacturing, and associated substrate and module
KR101986682B1 (en) Substrate support assembly having metal bonded protective layer
TWI586632B (en) Metal-ceramic substrate and method for manufacturing a metal-ceramic substrate
KR101411956B1 (en) Heterostructure and method of fabricating the same
US6503368B1 (en) Substrate support having bonded sections and method
US9300229B2 (en) Electrostatic chuck
JP2006505951A (en) Semiconductor substrate having copper / diamond composite material and method of manufacturing the same
JP2009087932A (en) Heating apparatus
EP2763164A1 (en) Wiring material and semiconductor module using same
US7672111B2 (en) Electrostatic chuck and method for manufacturing same
US20060263584A1 (en) Composite material, electrical circuit or electric module
US11147851B2 (en) Method of fabricating an electronic power module by additive manufacturing, and associated substrate and module
KR101585082B1 (en) The heating unit and method of fabricating the same and the ESC of controllable temperature using thereof
CN103057202A (en) Lamination-structured heat sink material and preparation method
JP7440944B2 (en) Composite materials and heat dissipation components
US20210084719A1 (en) Ceramic heater and method of forming using transient liquid phase bonding
JPWO2018025911A1 (en) SiC heater
JP6508182B2 (en) Semiconductor module and method of manufacturing the same
WO2013129891A1 (en) Heterojunction structure and method for manufacturing same
JP7379372B2 (en) All aluminum heater
WO2021033553A1 (en) Ceramic substrate, circuit board and method for producing same, and power module
JP2024007592A (en) Joint body, and electrode embedded member
JP2009200455A (en) Semiconductor heat-radiating substrate
JP2013060350A (en) Boron carbide-containing ceramics-oxide ceramics assembly and method of producing the same
JP2023056710A (en) Wafer mounting table

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170327

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180406

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190402

Year of fee payment: 6