KR20140103479A - Metal-ceramic laminar composites and the manufacturing method of the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a metal-ceramic layered composite material and a method for manufacturing the same and, more particularly, to a method for manufacturing a metal-ceramic layered composite material including a step for simultaneously surface-treating a metal and ceramic, which are bonding targets, in a vacuum chamber by using plasma; and a step for bonding the metal and the ceramic during the surface treatment process, in which the surface treatment and the bonding are performed at room temperature, and a metal-ceramic layered composite material manufactured by using the manufacturing method described above. According to the present invention, surfaces of the metal and the ceramic, which constitute the composite material, are cleaned and activated by using the plasma in a high-vacuum state, and thus foreign matters generated on the surfaces can be easily removed. Also, the possibility of foreign matter growth, in which the foreign matters are nuclei, is extremely low. Accordingly, the manufactured composite material can be uniform in material properties and improved in performance.

Description

금속-세라믹 층상 복합소재 및 그 제조방법{Metal-ceramic laminar composites and the manufacturing method of the same}Technical Field [0001] The present invention relates to a metal-ceramic layered composite material and a method of manufacturing the same.

본 발명은 금속-세라믹 층상 복합소재 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 피접합대상인 금속과 세라믹을 진공 챔버 내에서 플라즈마를 이용하여 동시에 표면처리하는 단계, 상기 표면처리가 이루어지는 과정 중에서 상기 금속과 세라믹을 접합하는 단계를 포함하되, 상기 표면처리 및 접합은 상온에서 수행되는 것을 특징으로 하는 금속-세라믹 층상 복합소재의 제조방법과, 상기 제조방법에 의하여 제조되는 금속-세라믹 층상 복합소재를 제공한다.The present invention relates to a metal-ceramic layered composite material and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a metal-ceramic layered composite material which comprises a step of simultaneously treating a metal and a ceramic to be bonded to each other in a vacuum chamber using plasma, A method of manufacturing a metal-ceramic layered composite material, comprising the steps of: bonding a metal and a ceramic to each other, wherein the surface treatment and bonding are performed at room temperature; and forming a metal-ceramic layered composite material to provide.

현재 IT 산업의 발달과 함께 LED 제품의 생산이 증가하고 있고, 또한, LED 제품이 고출력화하는 것은 매우 고무적인 현상이다. 그러나, 이와 같이 LED 제품이 고출력화함에 따라 구동에 소요되는 에너지값이 높아지고, 이러한 에너지값은 제품에 열부하를 발생시키고 있다. 특히 LED 제품의 개발 동향을 살펴보면, 약 10W급에 이르기까지 시제품으로 개발될 만큼 고출력화 되고 있으며, 그에 따라 발생하는 열부하가 크게 증가하고 있는 것이다. 그러나, 이러한 열부하는 제품 및 그 부속의 물성과 성능에 영향을 미치고, 이를 해소하지 아니하는 한, 제품의 수명에 부정적인 요소로 작용한다. With the development of the IT industry, production of LED products is increasing, and it is also very encouraging that LED products are getting higher output. However, as the LED product becomes higher in power, the energy value required for driving increases, and this energy value generates heat load to the product. In particular, the development trend of LED products is as high as that of prototypes up to about 10W, and the heat load generated by them is increasing greatly. However, such heat load affects the physical properties and performance of the product and its parts, and is a negative factor in the life of the product unless it is solved.

이와 같은 고출력 LED 제품의 열부하를 완충하기 위해서는 방열수단이 필요한 바, 방열기능을 갖는 히트 스프레더(Heat Spreader)의 기술이 병행하여 개발되고 있다. LED 제품에서 히트 스프레더는 LED 제품 중 열이 가장 많이 발생되는 영역에 부착되어 열을 분산하고, 열로부터 LED 패키지를 보호하는 역할을 수행한다. In order to buffer the thermal load of such a high-output LED product, a heat dissipating means is required, and a heat spreader having a heat dissipating function has been developed in parallel. In LED products, the heat spreader is attached to the areas where the heat is most generated among the LED products to disperse the heat and protect the LED package from the heat.

기존의 히트 스프레더는 금속/폴리머 절연층/금속의 구조로서, 예를 들Cu/폴리머 절연층/Al의 제품이 주로 생산되어 왔다. 그러나, 여기서 절연체로서 작용하는 폴리머는 제조공정이 간이하여 제품의 단가를 낮추고 고속의 대량생산이 가능한 장점은 있으나, 열전도도가 매우 낮아(~1W/mK) 히트 스프레더로서의 발열특성에 한계가 있는 문제점이 있었다.Conventional heat spreaders are metal / polymer insulation layers / metal structures, for example, Cu / polymer insulation layer / Al products have been mainly produced. However, the polymer serving as an insulator has a merit that the manufacturing process is simple, and the unit cost of the product is lowered and high-speed mass production is possible. However, since the thermal conductivity is very low (~ 1 W / mK) .

이를 개선하기 위하여 상기 절연층을 세라믹 재질로 대체하는 기술이 개발되고 있는데, 예를 들어 세라믹 재질인 알루미나(Al2O3) 절연층은 상기 폴리머 절연층에 비하여 매우 높은 열전도도(약 20W/mK)를 가지므로, Al/폴리머 절연층/Cu의 히트 스프레더에 비하여 보다 우수한 방열특성을 나타내며, LED 제품의 수명 또는 성능에 긍정적 요소로 작용될 수 있다. For example, a ceramic alumina (Al 2 O 3 ) insulating layer has a very high thermal conductivity (about 20 W / mK) than the polymer insulating layer ), It exhibits superior heat dissipation characteristics as compared with the Al / polymer insulation layer / Cu heat spreader, and can be a positive factor for the lifetime or performance of the LED product.

한편, 이와 같은 세라믹 절연층을 형성하기 위한 종래의 방법으로는AAO(Anodic Aluminum Oxide)법이 있는데, 이는 알루미늄을 양극 산화시켜 알루미늄 표면을 알루미나로 형성하는 방법으로서, 그 공정이 간이한 측면이 있으나, 알루미나 형태를 제어하는 것이 어렵고, 내전압 특성에 따라서 알루미나의 파괴현상이 일어날 수 있는 문제점이 있다.As a conventional method for forming such a ceramic insulating layer, there is AAO (Anodic Aluminum Oxide) method, which is a method of forming an aluminum surface by alumina by anodizing aluminum, and the process is simple , It is difficult to control the alumina form, and there is a problem that the alumina destruction phenomenon may occur depending on the withstand voltage characteristic.

또한, 브레이징법(Brazing Method)이 있는데, 이는 금속과 세라믹의 접합부에 브레이징재를 접착제로 사용하며, 상기 접착제를 가열하여 용해시켜서 접합하는 방법으로서, 고온에서 진행되는 공정이기 때문에 피가열체인 세라믹 절연체의 물성변화가 우려된다. In addition, there is a brazing method in which a brazing material is used as an adhesive at the junction of a metal and a ceramic, and the adhesive is heated and melted to be bonded. Since the process is carried out at a high temperature, There is a concern about the change of physical properties.

또한, 고상확산접합법을 적용할 수 있는데, 이는 세라믹과 금속을 용융시키지 않고 고온에서 가압하여 접합하는 방법으로서, 위 브레이징법과 마찬가지로 고온에서 이루어지는 공정일 뿐만 아니라, 고압을 사용하므로, 세라믹 절연체의 제조과정에서 변형과 물성변화가 발생될 우려가 있다.In addition, the solid phase diffusion bonding method can be applied, which is a method of bonding by pressurization at a high temperature without melting ceramics and metals. Since the high pressure is used as well as the high temperature process as in the brazing method, There is a possibility that deformation and physical property change may occur.

또한, 스퍼터링법(Sputtering Method)을 이용할 수 있는데, 이는 증착 접합중의 하나로 세라믹 기판에 얇은 금속층을 형성시키는 방법이며, 스퍼터링을 수행하기 위한 스퍼터는 매우 고가의 장비이므로, 장비구축의 부담이 있고, 증착속도가 느리며, 타겟(Target)을 지속적으로 교체하여야 하므로 추가비용 발생되는 문제점이 있었다.A sputtering method can be used, which is a method of forming a thin metal layer on a ceramic substrate with one of vapor deposition junctions, and a sputter for performing sputtering is a very expensive equipment, The deposition rate is slow, and the target must be continuously replaced, resulting in an additional cost.

한편, 대한민국공개특허공보 제2001-0071232호 "금속박/세라믹 접합재의 제조방법 및 금속박적층 세라믹기판"에서는 금속박 및 세라믹을 각각 이온에칭하고, 이온에칭 후 세라믹을 별도로 가열하면서 금속박과 세라믹을 접합하는 기술로서, 압력을 이용하지 아니하므로 피접합체의 파손이 발생되지 않는 우수성은 있으나, 표면처리 이후, 접합공정 사이에 시간적 간격이 존재하며, 특히 표면처리과정 후는 물론, 그 이후의 단계에서 수행되는 세라믹의 가열과정 중에서는 활성화된 표면이 챔버내에서 방치됨으로써 그 표면활성상태가 둔화되는 문제점이 있었다. On the other hand, in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2001-0071232 entitled " Method of manufacturing a metal foil / ceramic bonding material and a metal foil laminated ceramic substrate ", a metal foil and a ceramic are respectively referred to as ions and a technique of bonding a metal foil and a ceramic by separately heating a ceramic after ion etching There is a superiority that no damage is caused to the bonded body due to the absence of pressure, but there is a time interval between the bonding processes after the surface treatment, and in particular, The activated surface is left in the chamber and the surface active state thereof is slowed down.

또한, 가압시 롤러(roller)를 사용하기 때문에 롤러와 접촉하는 부분과 그렇지 않은 부분간의 압력의 순차적 불균일성이 있으며, 소재의 두께에 따라 롤러의 두께를 제어해야할 필요가 있어 공정의 단순화에 부정적 요소가 되는 문제점이 있었다. In addition, since the rollers are used when pressurizing, there is a sequential non-uniformity of the pressure between the portion contacting the roller and the portion not contacting the roller, and it is necessary to control the thickness of the roller according to the thickness of the material. .

또한, 세라믹의 표면을 가열하기 때문에, 경우에 따라서는 소재간 열팽창계수의 차이가 더 문제될 수 있으며, 이로써 접합소재의 접합영역 또는 그 인접영역에서 소재에 불필요한 응력이 작용할 수 있으며, 궁극적으로는 변형 또는 파손을 초래할 수 있는 문제점이 있었다.Further, since the surface of the ceramic is heated, in some cases, a difference in thermal expansion coefficient between the materials may become more problematic, whereby unnecessary stress may act on the material in the joining region of the joining material or its adjacent region, Deformed or broken.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 고진공 상태에서 플라즈마를 이용하여 금속 및 세라믹의 표면을 세정하고 활성화하므로 표면에 생성된 이물질의 제거가 용이한 한편, 이물질을 핵으로 하는 이물질 성장의 여지가 매우 적으므로, 제조되는 복합소재의 물성을 균질화하고 성능을 제고하도록 하는 것을 목적으로 한다. DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method of cleaning a surface of metal and ceramics using plasma in a high vacuum state, The present invention aims to homogenize the physical properties of the composite material to be produced and to improve the performance thereof.

또한, 본 발명은 증착 등의 방법에 의하여 접합하는 경우에 필요한 소재간 두께 제어가 필요하지 아니하므로, 소재의 두께에 무관하게 광범위하게 적용될 수 있어, 기술 응용의 확장성을 제고하도록 하는 것을 다른 목적으로 한다.In addition, since the present invention does not require thickness control between materials required when joining by vapor deposition or the like, it can be widely applied irrespective of the thickness of the material, .

또한, 본 발명은 상온과 저압하에서 진행되는 공정이므로, 제조되는 복합소재에 잔류하는 변형, 손상의 영역이 매우 작아 이를 적용하는 제품의 신뢰성을 제고하도록 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.Another object of the present invention is to improve the reliability of a product to which the present invention is applied since it is a process that proceeds under a normal temperature and a low pressure so that the area of deformation and damage remaining in the composite material to be produced is very small.

또한, 본 발명은 접합과정에서 가열 수단 또는 가열 방법을 적용하지 아니하므로, 그레인의 조대화 및 계면의 확산이 일어날 여지가 매우 적으며, 따라서 열전도 특성 등 복합소재가 가져야 하는 기본적 특성이 잘 유지될 수 있으며, 적정 이상의 내구성 또한 확보하도록 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.In addition, since the present invention does not apply a heating means or a heating method in the bonding process, there is very little room for grain coarsening and interfacial diffusion, and thus the basic characteristics of a composite material, such as thermal conductivity characteristics, And it is another object of the present invention to ensure durability more than adequate.

또한, 본 발명은 표면처리공정 직후 또는 표면처리공정과 함께 층간접합공정을 수행함으로써, 표면처리공정과 접합공정 사이에 개재되는 시간적 간격으로 인해, 진공임에도 불구하고 챔버내에 존재하는 산소에 의해 금속 또는 세라믹의 활성화된 표면이 다소간 산화되어 표면처리 이전의 상태로 돌아가는 문제점을 배제하여 표면의 활성이 극대화된 상태에서 접합공정을 수행하여 우수한 접합력을 갖는 층간복합소재를 제조하는 것을 또 다른 목적으로 한다.Further, the present invention is also applicable to a method of manufacturing a metal or metal oxide film by oxygen existing in a chamber despite the vacuum, due to the time interval interposed between the surface treatment process and the bonding process, by performing the interlayer bonding process immediately after the surface treatment process or the surface treatment process Another object of the present invention is to manufacture an interlaminar composite material having excellent bonding strength by performing a bonding process in a state where the surface activity is maximized by eliminating the problem that the activated surface of the ceramic is oxidized to return to the state before the surface treatment.

또한, 본 발명은 가압과정 중에 롤러를 사용하지 않고, stage 전체를 가압하는 과정을 이용하기 때문에, 접합과정에서 소재에 균일한 압력을 인가할 수 있어, 접합상태의 균일성과 내구성을 확보하도록 하는 것을 또 다른 목적으로 한다. 즉, 피접합 금속 및 세라믹스의 전체면을 한꺼번에 균일하게 가압함으로써 소재의 접합과정에서 소재의 변형이나 파손이 발생될 우려가 전혀 없다.In addition, since the present invention uses a process of pressing the entire stage without using a roller during the pressing process, it is possible to apply a uniform pressure to the material during the bonding process, thereby ensuring uniformity and durability of the bonded state For another purpose. That is, the entire surface of the bonded metal and ceramics is pressed uniformly at a time, so that there is no possibility of deformation or breakage of the material during the joining process of the material.

또한, 본 발명은 표면처리과정 중에 또는 그 직후에 소재의 접합과정을 수행하므로 표면처리상태 유지를 위하여 가열하는 등 별도의 에너지 소모과정을 거치지 아니함에도 불구하고 우수한 접합력을 갖는 접합소재를 제조하는 것을 또 다른 목적으로 한다.The present invention also relates to a method for manufacturing a bonded material having excellent bonding strength even though a separate energy consumption process such as heating is performed to maintain the surface treatment state because the bonding process of the material is performed during or immediately after the surface treatment process For another purpose.

본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여, 피접합대상인 금속과 세라믹을 진공 챔버 내에서 플라즈마를 이용하여 동시에 표면처리하는 단계; 상기 표면처리가 이루어지는 과정 중에서 상기 금속과 세라믹을 접합하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속-세라믹 층상 복합소재의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: simultaneously treating a metal and a ceramic to be bonded with a plasma in a vacuum chamber; And bonding the metal and the ceramic in the process of the surface treatment. The present invention also provides a method of manufacturing a metal-ceramic layered composite material.

상기 금속은 알루미늄(Al) 박판이며, 상기 세라믹은 알루미나(Al2O3)인 것이 바람직하다.Preferably, the metal is an aluminum (Al) thin plate, and the ceramic is alumina (Al 2 O 3 ).

상기 진공 챔버에서 진공을 유지하기 위한 초기 진공도는 적어도 10-7 Torr인 것이 바람직하다.The initial vacuum degree for maintaining the vacuum in the vacuum chamber is preferably at least 10 -7 Torr.

상기 진공 챔버에서 플라즈마를 생성하기 위한 분위기는 아르곤(Ar) 분위기인 것이 바람직하다.The atmosphere for generating the plasma in the vacuum chamber is preferably an argon (Ar) atmosphere.

상기 플라즈마 생성시의 진공 챔버의 진공도는 적어도 10-4 Torr인 것이 바람직하다.The degree of vacuum of the vacuum chamber at the time of plasma generation is preferably at least 10 -4 Torr.

상기 금속-세라믹 층상 복합소재는 Al/Al2O3/Cu인 것이 바람직하다.The metal-ceramic layered composite material is preferably Al / Al 2 O 3 / Cu.

상기 접합하는 단계에서의 접합방법은 표면 활성화 접합(HV-SCDB, High Vacuum Surface controlled direct bonding)이며, 금속과 세라믹의 전체면을 동시에 가압하는 것이 바람직하다.The joining method in the joining step is preferably HV-SCDB (High Vacuum Surface Controlled Direct Bonding), and it is preferable to simultaneously press the entire surface of the metal and the ceramic.

상기 가압수단은 상부가압수단과 하부가압수단이 힌지결합되며, 상기 상부가압수단의 하면과 상기 하부가압수단의 상면에는 각각 금속과 세라믹 또는 세라믹과 금속이 안착되고, 상기 상부가압수단은 힌지회동하여 하부가압수단에 결착되어 가압되되, 상기 상부가압수단의 상부에는 가압장치와 연결되는 적어도 두개의 가압편이 마련되어 상기 가압편을 통한 금속과 세라믹에 대한 면가압을 통해 균일한 압력이 인가되는 것이 바람직하다.The upper pressing means and the lower pressing means are hinged to each other. Metal, ceramic, ceramic and metal are respectively seated on the lower surface of the upper pressing means and the upper surface of the lower pressing means. The upper pressing means is hinged At least two pressing pieces connected to the pressing device are provided at the upper part of the upper pressing device so that a uniform pressure is applied through the pressing of the metal and the ceramic through the pressing piece .

상기 표면처리가 이루어지는 과정 중에서 상기 금속과 세라믹을 접합하는 단계;는 상온에서 수행되는 것이 바람직하다.The step of bonding the metal and the ceramics during the surface treatment is preferably performed at room temperature.

표면처리의 시간은 Al의 경우는 10 ~ 120초, Al2O3의 경우는 10 ~ 200초인 것이 바람직하다.Time of the surface treatment is preferably 10 to 200 seconds is the case of Al is 10 to 120 seconds, the case of Al 2 O 3.

플라즈마 발생시 인가전력은 30 ~ 100W인 것이 바람직하다.It is preferable that the applied electric power is 30 to 100 W when the plasma is generated.

상기 전력은 60W이며, 이 때 40초간 표면 처리하는 것이 바람직하며, 이 때 가장 높은 접합강도를 나타낸다. The power is 60 W, and it is preferable to perform the surface treatment for 40 seconds at this time, and the highest bonding strength is shown at this time.

상기 접합시 가압시간은 적어도 5분인 것이 바람직하다.The pressing time at the time of bonding is preferably at least 5 minutes.

또한, 본 발명은 피접합대상인 금속과 세라믹을 진공 챔버 내에서 플라즈마를 이용하여 동시에 표면처리하는 단계; 상기 표면처리가 이루어진 직후, 연속하여 상기 금속과 세라믹을 접합하는 단계; 를 포함하되, 상기 각 단계는 모두 상온에서 수행되며, 상기 접합단계는 표면처리 후 0 초과 1분 이하의 범위 내에 시작되는 것을 특징으로 하는 금속-세라믹 층상 복합소재의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: simultaneously treating a metal and a ceramic to be bonded with a plasma in a vacuum chamber; Immediately after the surface treatment is performed, successively joining the metal and the ceramic; Wherein each of the steps is performed at room temperature, and the bonding step is started within a range of 0 to 1 minute or less after the surface treatment.

또한, 본 발명은 전술한 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 금속-세라믹 층상 복합소재를 제공한다.The present invention also provides a metal-ceramic layered composite material which is produced by the above-described method.

이상과 같은 본 발명에 따르면, 고진공 상태에서 플라즈마를 이용하여 복합소재 구성요소인 금속 및 세라믹의 표면을 세정하고 활성화하므로 그 표면에 생성된 이물질의 제거가 용이한 한편, 이물질을 핵으로 하는 이물질 성장의 여지가 매우 적으므로, 제조되는 복합소재의 물성을 균질화하고 성능을 제고하도록 하는 작용효과가 기대된다.As described above, according to the present invention, since the surfaces of metal and ceramics, which are composites composites, are cleaned and activated by using plasma in a high vacuum state, it is easy to remove foreign substances generated on the surface thereof, It is anticipated that the effect of homogenizing the physical properties of the composite material to be produced and improving the performance thereof is expected.

또한, 본 발명은 증착 등의 방법에 의하여 접합하는 경우에 필요한 소재간 두께 제어가 필요하지 아니하므로, 소재의 두께에 무관하게 광범위하게 적용될 수 있어, 기술 응용의 확장성을 제고하도록 하는 작용효과가 기대된다.In addition, since the present invention does not require thickness control between materials necessary for bonding by vapor deposition or the like, it can be widely applied irrespective of the thickness of the material, It is expected.

또한, 본 발명은 상온과 저압하에서 진행되는 공정이므로, 제조되는 복합소재에 잔류하는 변형, 손상의 영역이 매우 작아 이를 적용하는 제품의 신뢰성을 제고하도록 하는 작용효과가 기대된다.In addition, since the present invention is a process that proceeds under normal temperature and low pressure, the range of deformation and damage remaining in the composite material to be produced is very small, so that it is expected to enhance the reliability of the product to which it is applied.

또한, 표면처리공정 직후 또는 표면처리공정과 함께 층간접합공정을 수행함으로써, 표면처리공정과 접합공정 사이에 개재되는 시간적 간격으로 인해, 진공임에도 불구하고 챔버내에 존재하는 산소에 의해 금속 또는 세라믹의 활성화된 표면이 다소간 산화되어 표면처리 이전의 상태로 돌아가는 문제점을 배제하여 표면의 활성이 극대화된 상태에서 접합공정을 수행함으로써 우수한 접합력을 갖는 층간복합소재를 제조하도록 하는 작용효과가 기대된다.Further, by performing the interlayer bonding process immediately after the surface treatment process or the surface treatment process, due to the temporal interval interposed between the surface treatment process and the bonding process, the activation of the metal or ceramics by the oxygen existing in the chamber, It is possible to obtain an interlayer composite material having excellent bonding strength by performing the bonding process in a state where the surface activity is maximized by eliminating the problem that the surface of the surface is oxidized to return to the state before the surface treatment.

또한, 본 발명은 가압과정 중에 롤러를 사용하지 않고, stage 전체를 가압하는 과정을 이용하기 때문에, 접합과정에서 소재에 균일한 압력을 인가할 수 있어, 접합상태의 균일성과 내구성을 확보하도록 하는 작용효과가 기대된다.In addition, since the present invention utilizes a process of pressing the entire stage without using a roller during the pressing process, uniform pressure can be applied to the material during the bonding process, thereby ensuring uniformity and durability of the bonded state The effect is expected.

또한, 본 발명은 표면처리과정 중에 또는 그 직후에 소재의 접합과정을 수행하므로 표면처리상태 유지를 위하여 가열하는 등 별도의 에너지 소모과정을 거치지 아니함에도 불구하고 우수한 접합력을 갖는 접합소재를 제조하는 작용효과가 기대된다.In addition, since the present invention performs a bonding process of a material during or immediately after a surface treatment process, it does not require additional energy consumption such as heating to maintain the surface treatment condition, The effect is expected.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 표면 활성화 접합 과정을 나타내는 공정도이다.
도 2는 도 1의 장치를 이용하여 Al과 Al2O3를 접합하는 과정을 나타내는 도면으로서, (a)는 플라즈마에 의한 표면처리 공정을, (b)는 가압에 의한 소재 접합공정을 각각 나타내는 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 가압수단을 나타내는 도면으로, (a)는 가압전의 상태, (b)는 가압상태, (c) 가압전 플라즈마 처리공정을 각각 나타내는 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 표면처리과정에서 인가전력과 표면처리시간에 따른 (a) Al과 (b) Al2O3의 접촉각 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의하여 접합된 Al과 Al2O3의 계면을 나타내는 미세구조 사진이다.
1 is a process diagram illustrating a surface activation bonding process according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing a process of bonding Al and Al 2 O 3 using the apparatus of FIG. 1, wherein (a) shows a surface treatment step by plasma, and (b) will be.
Fig. 3 is a view showing a pressurizing means according to an embodiment of the present invention, wherein (a) shows a state before pressurization, (b) shows a pressurized state, and (c) before pressurization.
4 is a graph showing changes in the contact angle of (a) Al and (b) Al 2 O 3 according to the applied power and surface treatment time in the surface treatment according to an embodiment of the present invention.
5 is a microstructure photograph showing the interface between Al and Al 2 O 3 bonded according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 본 발명을 첨부되는 도면과 바람직한 실시예를 기초로 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings and preferred embodiments.

본 발명은 종래의 증착방식, 기계적 접합방식과는 다른 표면 활성화 접합(HV-SCDB, High Vacuum Surface controlled direct bonding) 방법을 이용하여 금속과 세라믹을 접합함으로써 금속-세라믹 복합소재를 제조하는 것이다.The present invention is to produce a metal-ceramic composite material by joining metal and ceramics using a HV-SCDB (High Vacuum Surface Controlled Direct Bonding) method different from the conventional vapor deposition method and mechanical bonding method.

본 발명에서는 다양한 금속 및 세라믹을 표면 활성화 접합 방법에 의하여 접합할 수 있으나, 본 발명에서는 그 일 실시예로서 금속은 Al을, 세라믹은 Al2O3를 선택하여 적용하였다. 이하에서는 금속은 Al, 세라믹은 Al2O3를 위주로 하여 설명하기로 한다.In the present invention, various metals and ceramics can be bonded by the surface activation bonding method. In the present invention, Al and Al 2 O 3 are selected as the metal and the ceramic, respectively. Hereinafter, explanation will be made on the assumption that the metal is Al and the ceramic is Al 2 O 3 .

본 발명의 Al-Al2O3 정밀 층상 복합 소재의 제조 방법은 표면 활성화 접합을 이용하며, 접합의 기본 원리는 진공상태의 챔버(Chamber)안에서 외부의 열처리 없이 플라즈마를 이용한 표면처리를 통해 소재 표면의 불순물을 제거하여 시편의 표면을 활성화된 상태로 전환한다.The method of producing the Al-Al 2 O 3 precision layered composite material of the present invention uses a surface activated bonding, and the basic principle of the bonding is that the surface of the material is subjected to surface treatment using a plasma without external heat treatment in a vacuum chamber, The surface of the specimen is converted into an activated state.

표면처리 후 활성화된 두 시편을 접합시킨 상태로 압력을 가해주어 두 시편을 접합시키는 것이 표면 활성화 접합의 기본 원리이다. 압력을 가할 때, 가압력은 종래의 기계적 접합방식이 톤단위의 높은 압력을 가했다고 한다면, 본 발명은 이보다 크게 낮은 0.18 ~ 0.47Kgf/cm2의 낮은 압력을 적용함으로써, 접합시 발생될 수 있는 기재의 변형이나 파손을 방지할 수 있다.
It is the basic principle of the surface activation bonding that the two specimens after surface treatment are bonded and the two specimens are bonded under pressure. When applying pressure, when the conventional mechanical joining method exerts a high pressure in tonnes, the present invention applies a low pressure of 0.18 to 0.47 Kgf / cm 2 , which is much lower than that of the conventional mechanical joining method, It is possible to prevent deformation or breakage of the battery.

<제조예><Production Example>

본 발명의 일 실시예에 의한 Al-Al2O3 복합소재의 제조방법은 다음과 같다.A method of manufacturing an Al-Al 2 O 3 composite material according to an embodiment of the present invention is as follows.

먼저, 본 발명의 일 실시예에 따라서, 플라즈마 인가 및 피접합체에 대한 가압에 의한 접합에 필요한 장치를 이용하며, 상기 장치의 챔버 내부에 있는 접합 유닛(Unit)에 피접합체인 Al과 Al2O3 시편을 안착시킨다(S11). 이후에, 안착된 피접합체에 플라즈마를 조사하여 표면처리함으로써 피접합체의 표면에 활성을 부여한다(S12). 다음에, 표면처리와 동시에 또는 표면처리 직후 다른 공정의 개입없이 바로 피접합체를 적층에 의하여 합체한다(S13). 위 합체는 가압에 의한 접합 이전의 단계를 의미한다. 이후에, 합체된 피접합체에 압력을 인가하여 피접합체를 접합시킨다(S14). 이로써 본 발명의 일 실시예에 의한 과정이 완료된다. 이와 같은 공정흐름을 도 1에서 나타내었다.First, according to one embodiment of the present invention, an apparatus necessary for plasma application and bonding by pressurization to a bonded object is used, and a bonding unit inside the chamber of the apparatus is provided with Al and Al 2 O 3 Place the specimen (S11). Thereafter, plasma is irradiated to the bonded object to be bonded, and the surface of the bonded object is subjected to surface treatment (S12). Next, the bonded bodies are directly joined together by lamination at the same time as the surface treatment or immediately after the surface treatment without intervention of another process (S13). The graft means the stage prior to bonding by pressurization. Thereafter, pressure is applied to the bonded object to be bonded to bond the bonded object (S14). This completes the process according to one embodiment of the present invention. Such a process flow is shown in Fig.

제조과정을 장치와 연관하여 구체적으로 살펴보면, 도 2 (a)에서 도시된 바와 같이, 접합대상인 시편을 챔버내에 마련된 접합 유닛에 안착시킨 뒤 진공펌프를 이용하여 챔버 내부를 고진공 상태로 만든다. 이 때, 초기 진공도를 10-7Torr 이상으로 유지한다. 이는 플라즈마 소스인 아르곤(Ar) 가스 분위기에서 이온 플라즈마의 생성을 위하여 필요한 진공도(10-4Torr 이상)를 확보하기 위함이며, 초기 진공도가 위 값 이하인 경우에는 플라즈마의 생성이 제대로 이루어지지 아니한다. 여기서, 분위기 가스로는 아르곤 가스 이외에도 비활성을 갖는 가스를 대체해서 사용할 수도 있다.As shown in FIG. 2 (a), a specimen to be bonded is placed on a bonding unit provided in the chamber, and a vacuum pump is used to make the inside of the chamber high-vacuum. At this time, the initial vacuum degree is maintained at 10 -7 Torr or more. This is to ensure a necessary degree of vacuum (10 -4 Torr or more) for generating an ion plasma in an argon (Ar) gas atmosphere, which is a plasma source. If the initial degree of vacuum is less than the above value, plasma is not generated properly. Here, as the atmospheric gas, an inert gas other than argon gas may be used instead.

즉, 위와 같이 초기 진공도를 확보한 이후에, 10-4Torr 이상의 진공도를 확보하는 것을 조건으로 하여 플라즈마 소스로서 비활성 가스인 아르곤 가스를 흘려주면서 이온건(Ion Gun)을 가동함으로써 Al과 Al2O3 시편을 동시에 세정 및 표면처리한다. 표면처리과정에서 금속 및 세라믹의 표면에 잔류하는 이물질 및 산화층을 제거할 수 있다. That is, by giving after securing the initial degree of vacuum, on condition that at least 10 -4 Torr to obtain a vacuum degree under flowing inert gas, argon gas as the plasma source, as above, starting the ion gun (Gun Ion) Al and Al 2 O 3 The specimen is cleaned and surface treated at the same time. It is possible to remove the foreign substances and the oxide layer remaining on the surface of the metal and the ceramic in the surface treatment process.

이후에 도 2(b)에서 도시된 바와 같이, 표면처리된 두 시편을 가압 접합한다. 이 때, 가압력의 범위는 전술한 바와 같이, 0.18 ~ 0.47 Kgf/cm2인 것이 바람직하다. 위 범위 중 0.47 Kg/cm2인 경우 기재의 변형 및 파손을 피하면서도 적절한 가압력을 유지할 수 있었으며, 위 범위의 하한 미만인 경우에는 변형 및 파손의 우려는 피할 수 있으나, 접합력이 불충분하고, 위 상한을 초과하는 경우에는 기재의 변형 및 파손의 우려가 있다. 그러므로, 압력범위는 위 범위에서 그 임계적 의의가 있다.Then, as shown in Fig. 2 (b), the two surface-treated specimens are pressure bonded. At this time, the range of the pressing force is preferably 0.18 to 0.47 Kgf / cm 2 as described above. In the case of 0.47 Kg / cm 2 in the above range, it is possible to maintain a proper pressing force while avoiding deformation and breakage of the base material. In the case of less than the lower limit of the upper range, there is a fear of deformation and breakage, but the bonding force is insufficient, There is a risk of deformation or breakage of the base material. Therefore, the pressure range has its critical significance in the upper range.

상기 가압과정은 종래의 롤러에 의한 가압방식이 아닌, 도 2 및 3에서 도시된 바와 같이, 가압수단(10, 20)을 면가압하는 방식에 의해 구성하여 금속(30)과 세라믹(40) 전체면에 접촉하고 상하로 가압함으로써, 가압과정 또는 가압 이후에 금속(30)과 세라믹(40)면의 국부적 위치에 따른 불균일이 발생되지 않도록 한다.2 and 3, the pressurizing process is performed by pressing the pressing means 10 and 20 so as to press the metal 30 and the entire ceramic 40 So that unevenness due to the local position of the metal 30 and the ceramic 40 surface is not generated after the pressing process or the pressing process.

상기 가압수단(10, 20)은 그 상부에 두개의 가압편(50, 60)이 마련되며, 두개의 가압편(50, 60)은 각각 압력을 인가하는 가압장치(도시되지 않음)와 연결되고, 각 가압편(50, 60)에는 균일한 압력이 가해지는 바, 한개의 가압편만으로 가압하는 경우보다 균일한 면가압이 가능한 특징이 있다. Two pressing pieces 50 and 60 are provided on the pressing units 10 and 20 and the two pressing pieces 50 and 60 are connected to a pressing device Uniform pressures are applied to the respective pressing pieces 50 and 60, so that uniform pressing can be performed more than when pressing is performed with only one pressing part.

위 가압편은 세개 또는 네개 등 두개 이상 마련될 수도 있다.Two or more of the above pressure pieces may be provided, such as three or four pressure pieces.

한편, 위 가압수단(10, 20)은 힌지를 중심으로 회동하도록 구성되어 있는 바, 가압수단 중 상부가압수단(20)의 하면과 하부가압수단(10)의 상면에는 각각 피접합 소재(30, 40)를 안착하고(도 3(a)), 상부가압수단(20)을 회동하여 하부가압수단(10)에 안착하여 각 피접합 소재(30, 40)가 인접하도록 한 이후, 가압장치에 의하여 위 가압편(50, 60)에 압력을 인가함으로써 가압공정이 완료된다(도 3(b)).On the other hand, the upper pressurizing means 10 and 20 are configured to pivot about the hinge. On the lower surface of the upper pressurizing means 20 and the upper surface of the lower pressurizing means 10 of the pressurizing means, The upper pressurizing means 20 is pivoted to be seated on the lower pressurizing means 10 so that the respective materials to be bonded 30 and 40 are adjacent to each other, By applying pressure to the upper pressing pieces 50 and 60, the pressing process is completed (Fig. 3 (b)).

위 가압수단은 플라즈마 처리과정에도 유리한 구조를 이루는 바, 상부가압수단(20)과 하부가압수단(10)에 각각 안착된 소재에 동시에 플라즈마 처리장치(70)를 이용하여 표면을 플라즈마 처리 할 수 있으며(도 3(c) 참조), 플라즈마처리 중에 또는 직후에 상부가압수단(20)을 회동하여 하부가압수단(10)에 안착, 가압할 수 있으므로, 플라즈마 처리과정과 가압과정 사이에 존재하는 시간적 간극이 없거나 적어 피접합 소재(30, 40)의 표면활성상태가 최대한 유지되는 상태에서 접합할 수 있는 유리함이 있다.The upper pressurizing means is advantageous also in the plasma processing. The surface of the material placed on the upper pressurizing means 20 and the lower pressurizing means 10 can be subjected to plasma treatment simultaneously using the plasma processing apparatus 70 (See FIG. 3 (c)). Since the upper pressing means 20 can be rotated and seated on the lower pressing means 10 during or immediately after the plasma processing, the temporal gap existing between the plasma processing process and the pressing process There is an advantage in that the bonding can be performed in a state in which the surface active state of the materials 30 and 40 to be bonded is maintained to the maximum.

상기 표면처리 공정은 접합 유닛에서 위 시편들을 접합하는 과정에 이르기까지 계속하여 진행되는 것이 바람직하다.It is preferable that the surface treatment process continues to the process of joining the above specimens in the bonding unit.

그러나, 표면처리 후 접합과 같이 표면처리 공정과 접합 공정이 단속적으로 일어날 수도 있으나, 접합시까지 표면이 최대한 활성화된 상태를 유지한다는 측면에서 볼 때, 시편의 접합과정에 이르기까지 계속하여 표면처리 공정을 수행하는 것이 더 바람직하다고 할 것이다.
However, the surface treatment process and the bonding process may intermittently occur as in the case of bonding after the surface treatment. However, from the viewpoint of maintaining the activated state of the surface until bonding, the surface treatment process It would be more desirable to do so.

본 발명에서는 금속 및 세라믹의 표면처리에서부터 접합에 이르기까지 가열수단은 전혀 사용하지 아니하였는데, 이는 접합력을 제고하도록 시편의 표면에 활성을 부여하기 위한 과정에서 가열 없이도 충분한 활성을 부여할 수 있기 때문이며, 따라서 기존의 고온프로세스에 비해서 계면의 확산층이 매우 작으므로 소재의 고유의 특성을 그대로 유지할 수 있다.In the present invention, the heating means from the surface treatment to the bonding of the metal and the ceramic is not used at all, because sufficient activity can be imparted without heating in the process of imparting the activity to the surface of the specimen so as to increase the bonding force, Therefore, since the diffusion layer at the interface is very small as compared with the conventional high-temperature process, the inherent characteristics of the material can be maintained.

한편, 본 발명에 의한 복합소재는 일 예로 Al/Al2O3/Cu로 제조되는 LED용 히트 스프레더로 사용될 수 있으나, 다른 응용예도 가능하며, 여기서 Cu와 Al2O3의 접합기술 또한 본 발명에서와 같은 고진공 플라즈마를 이용하는 기술을 적용할 수 있는만큼, 구체적인 설명은 생략하기로 한다.On the other hand, composite materials according to the present invention may be used as LED heat spreader for being manufactured in Examples Al / Al 2 O 3 / Cu days, possible examples other applications, where the bonding technique of Cu and Al 2 O 3 addition, the present invention Since a technique using a high vacuum plasma such as that described above can be applied, a detailed description will be omitted.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 Al과 Al2O3의 표면처리 과정에서 표면처리 시간과 표면처리시 인가되는 전력에 따른 접촉각의 변화를 그래프로 나타낸 것이다.FIG. 4 is a graph showing changes in the contact angle depending on the surface treatment time and the power applied during the surface treatment in the surface treatment of Al and Al 2 O 3 according to an embodiment of the present invention.

여기서, 도 4(a)는 Al에 대한 그래프, (b)는 Al2O3에 대한 그래프를 각각 나타낸 것이다.Here, FIG. 4 (a) is a graph for Al and FIG. 4 (b) is a graph for Al 2 O 3 .

도시된 바와 같이, 표면처리 이전에는 두 기재 공히 접촉각이 매우 커서 접합에 불리한 상태임을 알 수 있다. As shown in the figure, before the surface treatment, it is understood that the contact angle is very large for both substrates so that the bonding is unfavorable.

접촉각의 개념은 액적을 평면에 적하하였을 때, 평면과 액적이 계면에서 이루는 각도를 측정함으로써 얻을 수 있는데, 액적이 평면에 잘 젖지 않을수록 접촉각은 크게 되며, 액적이 그 형상을 이루지 못하고, 평면에 잘 젖어서 편평해지는 경우 접촉각은 작게된다. 이러한 개념으로서 접촉각이 큰 두개의 기재는 서로 접합이 어렵고, 접촉각이 작은 두개의 기재는 서로 접합이 쉽다.The concept of the contact angle can be obtained by measuring the angle formed between the plane and the droplet at the interface when the droplet is dripped on the plane. As the droplet is not wetted well on the plane, the contact angle becomes larger and the droplet does not form the shape. When wetted and flat, the contact angle is small. As such a concept, two substrates having a large contact angle are difficult to be bonded to each other, and two substrates having a small contact angle are easily bonded to each other.

표면처리의 시간에 따라서 대체로 접촉각이 작아지는 경향을 나타내나, 70W의 전력을 적용하는 경우, 표면처리의 시간이 120초(Al의 경우) 또는 200초(Al2O3의 경우)와 같이 과도하게 이루어지는 경우에는 접촉각이 오히려 증가함을 알 수 있었다.The contact angle generally tends to decrease with the time of the surface treatment. However, when the electric power of 70 W is applied, the surface treatment time is 120 seconds (in case of Al) or 200 seconds (in case of Al 2 O 3 ) It was found that the contact angle was rather increased.

따라서, 적정한 표면처리 시간은 Al의 경우 120초 이하, Al2O3의 경우 200초 이하인 것이 좋으며, 바람직하게는 Al의 경우는 10 ~ 120초, Al2O3의 경우는 10 ~ 200초인 것이 좋다. 접촉각을 고려하면 더 바람직하게는 100초를 상한의 값으로 할 수 있을 것이다. 또한, 인가전력은 30 ~ 100W인 것이 좋으며, 바람직하게는 30 ~ 60W임을 알 수 있다. 이와 같은 표면처리 시간 또는 인가전력의 범위를 벗어나는 경우, 접촉각의 향상을 기대하기 어려우므로 위 수치범위들은 그 범위에서 임계적 의의를 갖는다. 그 결과를 별도로 도시하지는 아니하였으나, 60W의 전압에서 40초간 표면처리하였을 때, 0.5N/m2의 가장 높은 접합력을 나타내었다. 그러나, 위 범위의 인가전력범위에서는 상용화가능한 접합력을 도출할 수 있으며, 위 인가전력범위는 그러한 점에서 그 임계적 의의를 갖는다.Therefore, the appropriate surface treatment time is preferably 120 seconds or less in the case of Al and 200 seconds or less in the case of Al 2 O 3 , preferably 10 to 120 seconds in the case of Al and 10-200 seconds in the case of Al 2 O 3 good. Considering the contact angle, it is more preferable to set the upper limit value to 100 seconds. In addition, the applied power is preferably 30 to 100 W, and preferably 30 to 60 W. When the surface treatment time or the applied power is out of the range, it is difficult to expect an improvement in the contact angle, so that the above numerical ranges have a critical significance in the range. Although the result is not shown separately, when the surface treatment was performed at a voltage of 60 W for 40 seconds, the highest bonding force of 0.5 N / m 2 was exhibited. However, a commercially available bonding force can be derived from the applied power range of the above range, and the above applied power range has its critical meaning in that respect.

한편, 표면처리 후 접합과정에서 가압시간은 적어도 5분 이상으로 하는 것이 좋으며, 상용화 가능한 접합력을 확보할 수 있다. On the other hand, the pressing time in the bonding process after the surface treatment is preferably at least 5 minutes, and a bonding force capable of commercialization can be secured.

또한, 본 발명에서 제시하는 특징적인 공정변수인 표면처리 후 접합공정의 시작적 사이 시간적 간격은 0분 초과 1분 이하의 범위에서 하는 것이 좋으며, 그 경우라야 표면처리된 후 활성을 유지할 수 있기 때문이다.In addition, it is preferable that the temporal interval between the start of the bonding process after the surface treatment, which is a characteristic process variable disclosed in the present invention, is within a range of more than 0 minutes and not more than 1 minute, to be.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 의하여 접합된 Al과 Al2O3의 계면을 나타내는 미세구조 사진이다.5 is a microstructure photograph showing the interface between Al and Al 2 O 3 bonded according to an embodiment of the present invention.

도시된 바와 같이, Al과 Al2O3의 계면은 평탄면을 이루고 있으며, 계면에서의 변형이 발생되지 않았고, 가열을 하지 아니하였으므로, Al의 Al2O3에 대한 확산이 일어나지 않아 각 기재가 물성을 그대로 유지할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 표면처리의 결과, 고압으로 가압하거나 가열을 하지 아니함에도 불구하고 접합상태가 매우 양호함을 알 수 있었다.
As shown in the figure, the interface between Al and Al 2 O 3 forms a flat surface, and no deformation occurs at the interface, and since Al is not heated, diffusion of Al to Al 2 O 3 does not occur, It can be seen that the physical properties can be maintained. As a result of the surface treatment, it was found that the bonding state was very good even though the substrate was not pressed or heated at a high pressure.

이상과 같이 본 발명을 바람직한 실시예를 기초로 설명하였으나, 본 발명의 보호범위는 개시된 실시예에 의하여 한정되는 것으로 해석되어서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위의 해석에 의하여야 함은 자명한 것이라 할 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, something to do.

10 : 하부가압수단 20 : 상부가압수단
30 : 금속 40 : 세라믹
50, 60 : 가압편 70 : 플라즈마 처리장치
10: lower pressing means 20: upper pressing means
30: metal 40: ceramic
50, 60: pressing piece 70: plasma processing device

Claims (15)

피접합대상인 금속과 세라믹을 진공 챔버 내에서 플라즈마를 이용하여 동시에 표면처리하는 단계;
상기 표면처리가 이루어지는 과정 중에서 상기 금속과 세라믹을 접합하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속-세라믹 층상 복합소재의 제조방법.
Simultaneously subjecting the metal and the ceramic to be bonded to each other using a plasma in a vacuum chamber;
Bonding the metal and the ceramic during the surface treatment;
Wherein the metal-ceramic layered composite material is a metal-ceramic layered composite material.
제 1 항에 있어서,
상기 금속은 알루미늄(Al) 박판이며, 상기 세라믹은 알루미나(Al2O3)인 것을 특징으로 하는 금속-세라믹 층상 복합소재의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the metal is an aluminum (Al) thin plate, and the ceramic is alumina (Al 2 O 3 ).
제 1 항에 있어서,
상기 진공 챔버에서 진공을 유지하기 위한 초기 진공도는 적어도 10-7 Torr인 것을 특징으로 하는 금속-세라믹 층상 복합소재의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the initial vacuum for maintaining a vacuum in the vacuum chamber is at least 10 &lt; -7 &gt; Torr.
제 1 항에 있어서,
상기 진공 챔버에서 플라즈마를 생성하기 위한 분위기는 아르곤(Ar) 분위기인 것을 특징으로 하는 금속-세라믹 층상 복합소재의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the atmosphere for generating the plasma in the vacuum chamber is an argon (Ar) atmosphere.
제 4 항에 있어서,
상기 플라즈마 생성시의 진공 챔버의 진공도는 적어도 10-4 Torr인 것을 특징으로 하는 금속-세라믹 층상 복합소재의 제조방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the degree of vacuum of the vacuum chamber during plasma generation is at least 10 &lt; -4 &gt; Torr.
제 1 항에 있어서,
상기 금속-세라믹 층상 복합소재는 Al/Al2O3/Cu인 것을 특징으로 하는 금속-세라믹 층상 복합소재의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the metal-ceramic layered composite material is Al / Al 2 O 3 / Cu.
제 1 항에 있어서,
상기 접합하는 단계에서의 접합방법은 표면 활성화 접합(HV-SCDB, High Vacuum Surface controlled direct bonding)이며, 금속과 세라믹의 전체면을 동시에 가압하는 것을 특징으로 하는 금속-세라믹 층상 복합소재의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the bonding step in the joining step is a HV-SCDB (High Vacuum Surface Controlled Direct Bonding) method, wherein the entire surface of the metal and the ceramic is simultaneously pressed.
제 7 항에 있어서,
상기 가압수단은 상부가압수단과 하부가압수단이 힌지결합되며,
상기 상부가압수단의 하면과 상기 하부가압수단의 상면에는 각각 금속과 세라믹 또는 세라믹과 금속이 안착되고,
상기 상부가압수단은 힌지회동하여 하부가압수단에 결착되어 가압되되,
상기 상부가압수단의 상부에는 가압장치와 연결되는 적어도 두개의 가압편이 마련되어 상기 가압편을 통한 금속과 세라믹에 대한 면가압을 통해 균일한 압력이 인가되는 것을 특징으로 하는 금속-세라믹 층상 복합소재의 제조방법.
8. The method of claim 7,
The pressing means is hinged to the upper pressing means and the lower pressing means,
A metal, ceramic, ceramic, and metal are respectively seated on the lower surface of the upper pressing means and the upper surface of the lower pressing means,
Wherein the upper pressing means is hingedly coupled to the lower pressing means to be pressed,
Wherein at least two pressing pieces connected to the pressing device are provided on the upper pressing means to apply a uniform pressure to the metal and the ceramic through the pressing force applied to the metal and the ceramic through the pressing piece. Way.
제 1 항에 있어서,
상기 표면처리가 이루어지는 과정 중에서 상기 금속과 세라믹을 접합하는 단계;는 상온에서 수행되는 것을 특징으로 하는 금속-세라믹 층상 복합소재의 제조방법.
The method according to claim 1,
The method of manufacturing a metal-ceramic layered composite material according to claim 1, wherein the step of bonding the metal and the ceramic during the surface treatment is performed at room temperature.
제 1 항에 있어서,
표면처리의 시간은 Al의 경우는 10 ~ 120초, Al2O3의 경우는 10 ~ 200초인 것을 특징으로 하는 금속-세라믹 층상 복합소재의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the time of the surface treatment is 10 to 120 seconds in the case of Al and 10 to 200 seconds in the case of Al 2 O 3 .
제 1 항에 있어서,
플라즈마 발생시 인가전력은 30 ~ 100W인 것을 특징으로 하는 금속-세라믹 층상 복합소재의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the applied electric power is 30 to 100 W when the plasma is generated.
제 11 항에 있어서,
상기 전력은 60W이며, 이 때 40초간 표면 처리하였을 때, 가장 높은 접합강도를 나타내는 것을 특징으로 하는 금속-세라믹 층상 복합소재의 제조방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the electric power is 60 W, and when the surface treatment is performed for 40 seconds, the highest bonding strength is exhibited.
제 1 항에 있어서,
상기 접합시 가압시간은 적어도 5분인 것을 특징으로 하는 금속-세라믹 층상 복합소재의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the pressing time at the joining is at least 5 minutes.
피접합대상인 금속과 세라믹을 진공 챔버 내에서 플라즈마를 이용하여 동시에 표면처리하는 단계;
상기 표면처리가 이루어진 직후, 연속하여 상기 금속과 세라믹을 접합하는 단계;
를 포함하되, 상기 각 단계는 모두 상온에서 수행되며, 상기 접합단계는 표면처리 후 0분 초과 1분 이하의 범위내에 시작되는 것을 특징으로 하는 금속-세라믹 층상 복합소재의 제조방법.
Simultaneously subjecting the metal and the ceramic to be bonded to each other using a plasma in a vacuum chamber;
Immediately after the surface treatment is performed, successively joining the metal and the ceramic;
Wherein each of the steps is performed at room temperature, and the bonding step starts within a range of more than 0 minutes and less than 1 minute after the surface treatment.
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항의 방법에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는 금속-세라믹 층상 복합소재.A metal-ceramic layered composite material produced by the method of any one of claims 1 to 14.
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