KR20170027837A - 세라믹 기판 및 그 제조방법, 파워 모듈 - Google Patents

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Abstract

세라믹 기판, 그 제조방법 및 상기 세라믹 기판을 포함하는 파워 모듈이 제공된다. 상기 세라믹 기판은 코어층과 복수의 표면층들, 선택적으로 또한 복수의 전이층들을 포함한다. 상기 코어층은 지르코니아 강화된 알루미나로 만들어지고; 코어층의 상부 및 하부 표면상에 대칭적으로 위치한 표면층들은 Al2O3로 이루어지고; 표면층과 코어층 사이에 대칭적으로 위치한 전이층은 지르코니아 강화된 알루미나로 만들어진다 상기 코어층은 0wt%∠ZrO2≤40wt%와 60wt%≤Al2O3∠100wt%의 화학적 조성을 가진다.

Description

세라믹 기판 및 그 제조방법, 파워 모듈{CERAMIC SUBSTRATE, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND POWER MODULE}
본 출원은 2014년 8월 28일자 중화인민공화국 특허청(SIPO)에 출원된 중국 특허출원 번호 201410430707.6과 201410430706.1에 대한 이익과 우선권을 청구하는 출원이며, 그 전체 내용들이 여기서 참고로 원용된다.
개시된 실시예들은 일반적으로 파워 모듈 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 세라믹 기판과 그 제조방법, 그리고 그 세라기 기판을 포함하는 파워 모듈에 관한 것이다.
최근 하이-테크 기술이 빠르게 개발되면서, 전자 장치 내에 사용되는 기판은 우수한 기계적 특성, 전기적 특성, 열적 특성 및 용접성을 갖는 재료로 이루어지는, 고성능, 고신뢰성 및 고밀도성이 요구되고 있다. 파워 모듈에 사용되는 필수적인 어셈블리는 금속-세라믹 복합체로 이루어진 직접 접합 구리(direct bonded copper: DBC라 한다) 기판이며, 이는 높은 유전체강도, 전류이송능력 및 높은 열전도성을 포함하는 주된 특징들을 보인다. DBC 기판에서 사용되는 세라믹은 일반적으로 AlN, Al2O3 및 BeO를 포함하며, 그 성능과 두께는 하기 표 1로 나타내어 질 수 있다.
재료 굽힘강도/MPa 열전도성/W/m·K 두께/mm
AlN 200-300 140-270(이론으로는 320) 0.635
Al2O3 200-400 20-30 0.38
BeO - 300 -
상기 표 1로부터 AlN으로 이루어진 세라믹 기판은 낮은 굽힘강도(200~300MPa)를 나타내며, 통용되는 IGBT 파워 모듈에 사용될 때 그 두께가 0.635mm에 이를 수도 있음을 알 수 있다. 또한 AlN으로 이루어진 세라믹 기판에 대한 제조 조건은 고비용과 함께 아주 가혹하며, 따라서 예컨대 Maruwa와 Kyocera와 같은 몇몇 회사들만이 생산을 할 수 있다. 그와는 달리, Al2O3로 이루어진 세라믹 기판의 두께는 0.38mm에 이를 수도 있어 그 기판의 크기를 크게 감소시킨다. 그러나 파워 모듈 내에서 상기 기판을 사용하는 동안, 전체적인 열저항은 높게 유지되며, 이는 열 방출을 어렵게 하고 빠른 속도로 온도를 상승하게 한다. 반면 전자 패키징 재료를 제조하기 위해 BeO를 사용하는 것은, 그 전체적인 성능은 아주 우수하지만, 그 유독 특성으로 인하여 그의 사용이 제한된다.
상술한 점에 비추어, 본 개시는 DBC 기판에 사용되는 세라믹의 기술분야에 존재하여 그 사용을 제한하는, 예컨대 고비용, 높은 열저항 및 유독한 특성 중 적어도 하나의 문제점을 해결하기 위한 것이다.
본 개시의 일 측면의 실시예들은 세라믹 기판을 제공한다.
상기 세라믹 기판은,
지르코니아 강화된 알루미나로 이루어진 코어층; 및
상기 코어층의 상부 및 하부 표면상에 대칭적으로 위치하고 Al2O3로 이루어진 복수의 표면층;들을 포함하고,
상기 코어층은 0wt%∠ZrO2≤40wt%, 60wt%≤Al2O3∠100wt%의 화학적 조성을 가진다.
어떤 실시예들에서는, 상기 코어층은 0wt%∠ZrO2≤20wt%와 80wt%≤Al2O3∠100wt%의 화학적 조성을 가진다.
어떤 실시예들에서는, 상기 복수의 표면층들은,
상기 코어층의 상부 표면상에 위치한 상부 표면층; 및
상기 코어층의 하부 표면상에 위치한 하부 표면층을 포함하고,
상기 상부 표면층, 상기 하부 표면층 및 상기 코어층 각각은 같은 두께를 가짐을 특징으로 한다.
어떤 실시예들에서는, 상기 세리믹 기판은 약 0.2mm에서 약 0.4mm의 전체 두께를 가진다.
어떤 실시예들에서는, 상기 세라믹 기판은 또한, 지르코니아 강화된 알루미나로 이루어진 복수의 전이층들을 포함하며,
이들 복수의 전이층들은 상기 코어층의 상부 표면과 하부 표면상에 대칭적으로 위치하고, 상기 각각의 전이층들은 하나의 표면층과 상기 코어층 사이에 위치하고 있으며;
상기 각 전이층들은 상기 코어층 보다는 낮는 지르코니아 함량을 가진다.
어떤 실시예들에서는, 상기 코어층은 10wt%∠ZrO2≤20wt%와 80wt%≤Al2O3∠90wt%의 화학적 조성을 가지며, 상기 각각의 전이층들은 0wt%∠ZrO2≤10wt%와 90wt%≤Al2O3∠100wt%의 화학적 조성을 가진다.
어떤 실시예들에서는, 상기 코어층은 20wt%∠ZrO2≤40wt%와 60wt%≤Al2O3∠80wt%의 화학적 조성을 가지며, 상기 각각의 전이층들은 10wt%∠ZrO2≤20wt%와 80wt%≤Al2O3∠90wt%의 화학적 조성을 가진다.
어떤 실시예들에서는, 상기 복수의 전이층들은,
상기 코어층과 상기 상부 표면층 사이에 위치한 상부 전이층; 및
상기 코어층과 상기 하부 표면층 사이에 위치한 하부 전이층;을 포함하고,
상기 상부 전이층, 상기 하부 전이층, 상기 상부 표면층, 상기 하부 표면층 및 상기 코어층 각각은 같은 두께를 갖는다.
어떤 실시예들에서는, 상기 복수의 전이층들은,
상기 코어층의 상부 표면상에 위치한 제1 상부 전이층;
상기 제1 상부 전이층과 상기 상부 표면층 사이에 위치한 제2 상부 전이층;
상기 코어층의 하부 표면상에 위치한 제1 하부 전이층; 및
상기 제1 하부 전이층과 상기 하부 표면층과의 사이에 위치한 제2 하부 전이층을 포함하고,
상기 제2 상부 전이층은 상기 제1 상부 전이층 보다 낮은 지르코니아 함량을 가지며, 상기 제2 하부 전이층은 상기 제1 하부 전이층 보다 낮는 지르코니아 함량을 갖는다.
어떤 실시예들에서는, 상기 제2 상부 전이층과 상기 제2 하부 전이층 각각은 0wt%∠ZrO2≤10wt%와 90wt%≤Al2O3∠100wt%의 같은 화학적 조성을 가지며;
상기 제1 상부 전이층과 상기 제1 하부 전이층 각각은 10wt%∠ZrO2≤20wt% 와 80wt%≤Al2O3∠90wt%의 같은 화학적 조성을 가지며;
상기 코어층은 20wt%∠ZrO2≤40wt%, 60wt%≤Al2O3∠80wt%의 화학적 조성을 가진다.
어떤 실시예들에서는, 상기 제1 상부 전이층, 상기 제2 상부 전이층, 상기 제1 하부 전이층, 상기 제2 하부 전이층, 상기 상부 표면층, 상기 하부 표면층 및 상기 코어층 각각은 같은 두께를 갖는다.
본 개시의 다른 측면의 실시예들은 상술한 세라믹 기판을 제조하는 방법을 제공하며, 상기 방법은,
상기 코어층의 그린 바디(green body)와 상기 표면층들의 복수의 그린 바디들을 제공하는 단계;
표면층-코어층-표면층의 순서에 따라 상기 모든 그린 바디를 적층하는 단계; 및
등압 압축(isostatic pressing)하고, 탈지(debinding) 및 소결하는 단계를 포함한다.
어떤 실시예들에서는, 모든 그린 바디를 제공하는 단계가 테이프 캐스팅(tape casting)으로 수행된다.
어떤 실시예들에 있어서는, 상기 코어층의 그린 바디는 지르코니아, 알루미나, 바인더, 분산제, 가소제 및 용매를 함유하는 제 1 세라믹 슬러리로 제조되고;
상기 복수의 표면층들의 그린 바디는 알루미나, 바인더, 분산제, 가소제 및 용매를 함유하는 제 2 세라믹 슬러리로 제조된다.
어떤 실시예들에서는, 상기 방법은 또한,
복수의 전이층 그린 바디를 제공하는 단계;
표면층-전이층-코어층-전이층-표면층의 순서에 따라 모든 그린 바디를 적층하는 단계;
등압 압축하고, 탈지 및 소결하는 단계를 포함한다.
어떤 실시예들에서는, 상기 전이층들에 대한 복수의 그린 바디들은 지르코니아, 알루미나, 바인더, 분산제, 가소제 및 용매를 함유하는 제 3 세라믹 슬러리로 제조된다.
어떤 실시예들에서는, 각 세라믹 슬러리에 사용된 상기 바인더는 독립적으로 폴리비닐부티랄과 폴리비닐알코올로 이루어진 그룹 중 선택된 적어도 하나이다.
어떤 실시예들에서는, 각 세라믹 슬러리에 사용된 상기 분산제는 독립적으로 피마자유, 트리올레인, 인산에스테르, 멘헤이덴유 및 트리에탄올아민으로 이루어진 그룹 중 선택된 적어도 하나이다.
어떤 실시예들에서는, 각 세라믹 슬러리에 사용된 상기 가소제는 독립적으로 디부틸프탈레이트, 폴리에틸렌글리콜 및 글리세롤로 이루어진 그룹 중 선택된 적어도 하나이다.
어떤 실시예들에서는, 각 세라믹 슬러리에 사용된 상기 용매는 독립적으로 톨루엔, 자일렌, 에탄올 및 부탄온으로 이루어진 그룹 중 선택된 적어도 하나이다.
본 개시의 또다른 측면의 실시예는 파워 모듈을 제공한다. 이 파워 모듈은 직접 접합 구리기판을 포함하며, 상기 직접 접합 구리기판은,
세라믹 기판; 및
상기 세라믹 기판의 표면상에 위치한 금속층;을 포함하고,
상기 세라믹 기판은 전술한 세라믹 기판이거나 전술한 방법에 의해 얻어진 세라믹 기판이다.
지르코니아 강화된 알루미나(ZrO2-Al2O3라 한다)로 이루어진 코어층과 Al2O3로 이루어진 복수의 표면층들을 포함하는 본 개시에 따른 세라믹 기판은, 한편으로는 세라믹 Al2O3의 높은 열전도성과 세라믹 ZrO2-Al2O3의 고강도 고인성을 이용할 수도 있으며, 다른 한편으로는 상기 표면층에서부터 코어층까지 지르코니아 함량이 증대됨에 따라, 상응되게 그에 대한 소결 수축(sintering shrinkage)이 증가할 수도 있으며, 이는 상기 세라믹 기판의 밀도를 개선할 수도 있으며 나아가 상기 세라믹 기판의 고강도 및 고인성을 확고하게 할 수도 있다. 한편, 본 개시에 따른 세라믹 기판은 비독성이므로, 파워 모듈에 널리 사용될 수 있다.
본 개시의 실시예에 대한 추가적인 측면 및 잇점이 후술하는 상세한 설명에 주어지고, 후속하는 상세한 설명으로부터 부분적으로 명백하게 되며, 혹은 본 개시의 실시예의 실시로부터 알게 될 것이다.
본 개시의 이러한 그리고 다른 측면들과 잇점들은 도면과 함께 후술하는 상세한 설명으로부터 보다 쉽게 이해되고 명백해질 것이다.
도 1은 본 개시의 일실시예에 따른 세라믹 기판을 보여주는 개략도이며,
도 2는 본 개시의 실시예 1에 따른 세라믹 기판 S1에서 코어층과 표면층의 접촉부에 대한 2000배 배율의 SEM 이미지이며,
도 3은 본 개시의 실시예 5에 따른 세라믹 기판 S5를 보여주는 개략도이며,
도 4는 본 개시의 실시예 5에 따른 세라믹 기판 S5의 상기 코어층과 표면층의 접촉부에 대한 2000배 배율의 SEM 이미지이며,
도 5는 본 개시의 실시예 8에 따른 세라믹 기판 S8을 보여주는 개략도이다.
이하, 본 개시의 실시예들에 대하여 상세하게 설명될 것이다. 첨부 도면을 참조하여 여기에서 기술된 실시예들은 설명적이고 예시적인 것으로서, 이들은 전체적으로 본 발명을 이해함에 사용되며, 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 될 것이다.
본 개시의 상세한 설명과 후속하는 청구항들을 위하여, 수치범위를 정의한 것은 항상 특히 언급하지 않는 한 한계치(extreme)를 포함한다.
또한 "제1" 및 "제2"와 같은 용어는 설명을 위하여 여기에서 사용된 것으로, 상대적인 중요성이나 현저함을 나타내거나 의미하는 것으로 의도되어서는 아니 된다.
이하, 본 개시의 일실시예에 따른 세라믹 기판에 대하여 상세하게 설명한다.
본 개시의 일실시예에 의하면, 도 1에 나타난 바와 같이, 상기 세라믹 기판은 ZrO2-Al2O3로 이루어진 코어층(101); 상기 코어층(101)의 상부 및 하부 표면상에 대대칭적으로 위치한 Al2O3로 이루어진 복수의 표면층들을 포함하고, 여기서, 상기 코어층은 0wt%∠ZrO2≤40wt%와 60wt%≤Al2O3∠100wt%의 화학적 조성을 가진다.
상기 복수의 표면층들은 상기 코어층(101)의 상부 및 하부 표면상에 대칭적으로 위치하고 있다. 어떤 실시예들에서는, 도 1에 나타난 바와 같이, 상기 복수의 표면층들은 상기 코어층(101)의 상부 표면상에 위치하는 상부 표면층(201); 그리고 상기 코어층(101)의 하부 표면상에 위치한 하부 표면층(202)를 포함한다.
추가적인 연구를 통하여, 본 개시의 발명자는 상기 세라믹 기판의 두께가 그 굽힘 강도의 증가에 따라 감소하는 것을 발견하였다. 그리고 ZrO2-Al2O3로 이루어진 코어층과 순수한 Al2O3로 이루어진 복수의 표면층들을 포함하는 본 개시에 따른 상기 세라믹 기판은, 한편으로는 세라믹 Al2O3의 높은 열전도성과 세라믹 ZrO2-Al2O3의 고강도 고인성을 이용할 수도 있으며, 다른 한편으로는 상기 표면층에서부터 상기 코어층까지 증가하는 지르코니아 함량에 따라, 그 소결 수축(sintering shrinkage)이 상응하여 증가할 수도 있으며, 이는 상기 세라믹 기판의 밀도를 개선할 수도 있으며 나아가 상기 세라믹 기판의 고강도 및 고인성을 확고히 할 수도 있다. 한편, 본 개시에 따른 세라믹 기판은 비독성이므로, 파워 모듈에 널리 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 세라믹 기판의 코어층(101)은 ZrO2-Al2O3로 이루어지고 0wt%∠ZrO2≤40wt%와 60wt%≤Al2O3∠100wt%의 화학적 조성을 가진다.
어떤 실시예들에서는, 상기 코어층(101)은 0wt%∠ZrO2≤20wt%와 80wt%≤Al2O3∠100wt%의 화학적 조성을 가지며, 그 결과 코어층(101)은 표면층과 지르코니나 함량 측면에서 적은 차이를 가지며, 그렇지 않다면 상기 세라믹 기판의 소결 수축의 차이가 내부에서부터 외부로 너무 커질 수도 있으며, 이로 인해 세라믹 기판의 일관성을 감소시킨다. 또한 Al2O3로 이루어진 세라믹은 약 6ppm/℃의 열팽창계수를 가짐에 비하여, ZrO2로 이루어진 세라믹은 약 11ppm/℃의 열팽창계수를 가지며, 따라서 ZrO2-Al2O3로 이루어진 세라믹은 지르코니아 함량이 증가함에 따라 증가하는 열팽창계수를 가질 수도 있다. 따라서 만일 코어층(101)의 열팽창계수가 표면층과 너무 다르다면, 열적 미스 매치의 위험이 있을 수도 있다.
본 개시에 따르면, 상술한 바와 같이, 세라믹 기판은 상기 코어층(101)과 그들 사이에 어떠한 경계가 없는 복수의 표면층들을 포함하며, 따라서 완전하고 일체적인 세라믹 기판을 형성한다. 코어층(101)과 복수의 표면층들의 두께에 대한 어떠한 특별한 제한은 없다. 어떤 실시예들에서는, 상부 표면층(201), 하부 표면층(202) 및 코어층(101) 각각은 같은 두께를 가진다.
어떤 실시예들에서는, 상기 세라믹 기판은 또한 ZrO2-Al2O3로 이루어진 복수의 전이층들을 포함하는데, 상기 복수의 전이층들은 코어층(101)의 상부 및 하부 표면상에 대칭적으로 위치하고, 각 전이층들은 하나의 표면층과 코어층(101) 사이에 위치하며, 전이층들은 코어층(101) 보다 낮는 지르코니아 함량을 갖는다.
상세하게 설명하면, 도 3에 나타난 바와 같이, 세라믹 기판은, 그 내부에서 외부로, 코어층(101), 복수의 전이층 및 복수의 표면층들을 포함한다. 상기 복수의 전이층들은 상부 전이층(301)과 하부 전이층(302)을 포함한다. 상기 복수의 표면층들은 상부 표면층(201)과 하부 표면층(202)을 포함한다. 상부 전이층(301)은 코어층(101)과 상부 표면층(201) 사이에 위치하며, 하부 전이층(302)은 코어층(101)과 하부 표면층(202) 사이에 위치한다. 표면층은 Al2O3로 이루어지고 전이층과 코어층(101) 각각은 ZrO2-Al2O3로 이루어지나, 코어층(101)은 복수의 전이층 보다 높은 지르코니아 함량을 가진다.
따라서 본 개시에 따른 세라믹 기판의 복수의 표면층들은 순수한 Al2O3로 이루어진 세라믹이며, 코어층(101)과 복수의 전이층들 각각은 ZrO2-Al2O3로 이루어진 세라믹이며, 코어층(101)은 전이층 보다 높은 지르코니아 함량을 가진다. 따라서 한편으로는, 상기 세라믹 기판은 세라믹 Al2O3의 높은 열전도성과 세라믹 ZrO2-Al2O3의 고강도 고인성을 이용할 수 있으며, 다른 한편으로는 세라믹 기판은 표면층에서부터 코어층까지 증가하는 지르코니아 함량을 가지는데, 따라서 그에 대한 소결 수축(sintering shrinkage)이 상응하여 증가할 수도 있으며, 이에 따라 세라믹 기판의 밀도를 개선할 수도 있으며 나아가 세라믹 기판의 고강도 및 고인성을 확고하게해 줄 수 있다. 그리고 상기 세라믹 기판의 두께는 보다 감소 될 수 있으며, 이에 따라 세라믹 기판은 파워 모듈로서 많이 사용될 수 있다.
어떤 실시예들에서는, 코어층(101)은 10wt%∠ZrO2≤20wt%와 80wt%≤Al2O3∠90wt%의 화학적 조성을 가지며, 각 전이층들(상부 전이층(301)과 하부 전이층(302))은 0wt%∠ZrO2≤10wt%와 90wt%≤Al2O3∠100wt%의 화학적 조성을 가진다. 그러한 구조를 갖는 세라믹은 코어층(101)에서부터 복수의 표면층까지 지르코니아 함량 구배를 가진다. 상세하게 설명하면, 복수의 표면층들은 지르코니아 함량이 0이며, 복수의 전이층들은 약 0~10wt%의 지르코니아 함량을 가지며, 그리고 코어층(101)은 약 10wt%~20wt%의 지르코니아 함량을 가진다. 지르코니아 함량의 증가에 따라, ZrO2-Al2O3 세라믹의 소결 수축이 또한 증가하며, 따라서 본 개시에 따른 세라믹 기판의 소결 수축이 복수의 표면층에서부터 코어층(101)까지 증가하며, 이는 그 내부에서 외부로 전체 세라믹 기판에 압축 응력을 야기할 수 있으며, 세라믹 기판의 고밀도화에 유익하다. 따라서 상기 세라믹 기판의 강도와 인성은 Al2O3로 이루어진 전통적인 세라믹 기판보다 우수할 수 있다.
다른 실시예에서는, 코어층(101)은 20wt%∠ZrO2≤40wt%, 60wt%≤Al2O3∠80wt%의 화학적 조성을 가지며, 그리고 각각의 전이층들(상부 전이층(301)과 하부 전이층(302))은 10wt%∠ZrO2≤20wt%, 80wt%≤Al2O3∠90wt%의 화학적 조성을 가진다. 마찬가지로, 그러한 구조를 갖는 세라믹은 코어층(101)에서부터 복수의 표면층까지 지르코니아 함량 구배를 가진다. 상세하게 설명하면, 복수의 표면층들은 지르코니아 함량이 0이며, 복수의 전이층들은 약 10wt%~20wt%의 지르코니아 함량을 가지며, 그리고 코어층(101)은 약 20wt%~40wt%의 지르코니아 함량을 가진다. 지르코니아 함량의 증가에 따라, ZrO2-Al2O3 세라믹의 소결 수축이 또한 증가하고, 본 개시에 따른 세라믹 기판의 소결 수축이 복수의 표면층에서부터 코어층(101)까지 증가하며, 이는 내부에서 외부로 전체 세라믹 기판에 압축 응력을 야기할 수도 있으며, 상기 세라믹 기판의 고밀도화에 유익하다. 따라서 상기 세라믹 기판의 강도와 인성은 Al2O3로 이루어진 전통적인 세라믹 기판보다 우수할 수 있다.
마찬가지로, 상기 세라믹 기판은 상기 코어층(101), 복수의 전이층들 및 그들 사이에 어떠한 경계도 없는 복수의 표면층들을 포함하며, 이에 의해 완전히 일체적인 세라믹 기판을 형성한다. 코어층(101), 복수의 전이층 및 복수의 표면층들의 두께에 대한 어떠한 특별한 제한은 없다. 어떤 실시예들에서는, 상부 전이층(301), 하부 전이층(302), 상부 표면층(201), 하부 표면층(202) 및 코어층(101) 각각은 같은 두께를 가진다.
어떤 실시예들에서는, 복수의 전이층들의 개수가 2개 이상 일 수도 있으며, 이에 따라 복수의 전이층들은 다층 구조로 이루어질 수 있고, 그리고 지르코니아 함량은 상기 세라믹 기판의 외부에서부터 내부로 증가하여, 고밀도화를 보다 더 개선하게 할 수도 있다.
이하, 본 개시를 복수의 전이층들이, 이에 제한되지 않지만, 4층 구조로 이루어진 실시예를 통하여 상세하게 설명되며, 여기에서 상부 전이층들과 하부 전이층들의 개수는 양자 모두 2개이다.
어떤 실시예들에서는, 도 5에 나타난 바와 같이, 전이층은 제1 상부 전이층(3011), 제2 상부 전이층(3012), 제1 하부 전이층(3021) 및 제2 하부 전이층(3021)를 포함한다.
제1 상부 전이층(3011)은 코어층(101)의 상부 표면상에 위치하며, 제2 상부 전이층(3012)은 제1 상부 전이층(3011)과 상부 표면층(201)의 사이에 위치한다. 제1 하부 전이층(3021)은 코어층(101)의 하부 표면상에 위치하며, 제2 하부 전이층(3022)은 제1 하부 전이층(3021)과 하부 표면층(201) 사이에 위치한다.
상기 제2 상부 전이층(3012)은 제1 상부 전이층(3011) 보다 낮은 지르코니아 함량을 가지며, 제2 하부 전이층(3022)은 제1 하부 전이층(3021) 보다 낮은 지르코니아 함량을 가진다.
어떤 실시예들에서는, 제2 상부 전이층(3012)과 제2 하부 전이층(3022) 각각은 0wt%∠ZrO2≤10wt%와 90wt%≤Al2O3∠100wt%의 같은 화학적 조성을 가진다. 한편 제1 상부 전이층(3011)과 제1 하부 전이층(3021) 각각은 10wt%∠ZrO2≤20wt%, 80wt%≤Al2O3∠90wt%의 같은 화학적 조성을 가진다. 그리고 코어층(101)은 20wt%∠ZrO2≤40wt%와 60wt%≤Al2O3∠80wt%의 화학적 조성을 가진다. 이때, 그러한 구조를 갖는 세라믹은 코어층(101)에서부터 복수의 표면층까지 지르코니아 함량 구배를 가진다. 상세하게 설명하면, 복수의 표면층들은 지르코니아 함량이 0이며, 제1 전이층(제1 상부 전이층(3011)과 제1 하부 전이층(3021)) 각각은 0~약 10wt%의 지르코니아 함량을 가지며, 제2 전이층(제2 상부 전이층(3011)과 제2 하부 전이층(3021)) 각각은 약 10wt%~약 20wt%의 지르코니아 함량을 가지며, 그리고 코어층(101)은 약 20wt%~40wt%의 지르코니아 함량을 가진다. 지르코니아 함량의 증가에 따라, ZrO2-Al2O3 세라믹의 소결 수축이 또한 증가하므로, 본 개시에 따른 상기 세라믹 기판의 소결 수축이 복수의 표면층에서부터 코어층(101)까지 증가하며, 이는 그 내부에서 외부로 전체 세라믹 기판에 압축 응력을 야기할 수도 있어 상기 세라믹 기판의 고밀도화에 유익하다. 따라서 상기 세라믹 기판의 강도와 인성은 Al2O3로 이루어진 전통적인 세라믹 기판보다 우수할 수 있다.
코어층(101), 복수의 전이층 및 복수의 표면층들의 두께에 대한 어떠한 특별한 제한은 없다. 어떤 실시예들에서는, 상기 제1 상부 전이층(3011), 제2 상부 전이층(3012), 제1 하부 전이층(3021), 제2 하부 전이층(3022), 상부 표면층(201), 하부 표면층(202) 및 코어층(101) 각각은 같은 두께를 가진다. 이때, 상기 복수의 전이층들의 전체 두께는 상기 코어층(101)이나 상기 복수의 표면층들 중 어느 일방 보다 커지만, 세라믹 기판의 성능에는 악영향을 미치지 않음이 주목된다.
마찬가지로, 상부 전이층들과 하부 전이층들의 개수는 또한 3개 이상 일 수가 있으며, 상부 전이층들과 하부 전이층들이 코어층의 양 표면상에 대칭적으로 위치하고 있는 한 특별한 제한은 없다. 따라서 전이층들의 개수가 많으면 많을수록 지르코니아 함량 구배가 보다 균일하게 분포되어 진다.
앞서 언급한 바와 같이, 본 개시에 따른 세라믹 기판은 고강도와 고인성을 가지며, 독성이 없어 파워 모듈에 널리 사용될 수 있다. 그리고 세라믹 기판의 고강도와 고인성에 비추어 볼때, 그 두께는 감소 될 수 있으며, 이는 DBC 기판의 크기를 작게 할 수가 있다. 어떤 실시예들에서는, 세라믹 기판은 그 전체 두께가 약 0.2mm~약 0.4mm이나, 특별한 제한은 없다.
본 개시의 실시예는 또는 상술한 세라믹 기판의 제조 방법을 제공한다.
상기 방법은,
코어층의 그린 바디(green body)와 복수의 표면층들의 그린 바디를 제공하는 단계;
표면층-코어층-표면층의 순서에 따라 모든 그린 바디들을 적층하는 단계; 및
등압 압축(isostatic pressing)하고, 탈지(debinding) 및 소결하는 단계를 포함한다.
어떤 실시예들에 있어서는, 모든 그린 바디들을 제공하는 단계는 테이프 캐스팅(tape casting)에 의해 수행된다. 테이프 캐스팅을 위해 사용되는 장비와 공정조건은 관련 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려져 있으며, 캐스팅 몰딩을 위해 사용되는 세라믹 슬러리가 적절한 한 특별한 제한이 없다.
전술한 바와 같이, 상기 코어층(101)은 ZrO2-Al2O3로 이루어진다. 어떤 실시예들에서는, 상기 코어층의 그린 바디는 지르코니아, 알루미나, 바인더, 분산제, 가소제 및 용매를 함유하는 제1 세라믹 슬러리로 제조된다.
그리고 각 표면층은 순수 Al2O3로 이루어진다. 어떤 실시예들에서는, 복수의 표면층들에 대한 그린 바디들은 알루미나, 바인더, 분산제, 가소제 및 용매를 함유하는 제2 세라믹 슬러리로 제조된다.
본 개시에 따르면, 상기 세라믹 기판은 또한 복수의 전이층들을 포함한다. 따라서 본 개시에 따른 상기 방법은, 나아가, 전이층들에 대한 복수의 그린 바디들을 제공하는 단계, 그 후 표면층-전이층-코어층-전이층-표면층의 순서에 따라 상기 모든 그린 바디들을 적층하는 단계, 최종적으로 등압 압축하고, 탈지 및 소결하는 단계를 포함한다.
상술한 바와 같이, 각 전이층은 또한 ZrO2-Al2O3로 이루어진다. 어떤 실시예들에서는, 상기 전이층들에 대한 복수의 그린 바디들이 지르코니아, 알루미나, 바인더, 분산제, 가소제 및 용매를 함유하는 제3 세라믹 슬러리로 제조된다.
어떤 실시예들에서는, 각각의 그린 바디를 제조하기 위해 사용되는 각 세라믹 슬러리는 바인더, 분산제, 가소제 및 용매를 함유한다. 이들 성분들은 관련 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려져 있으며, 특별한 제한은 없다.
그리고 이들 세라믹 슬러리들 간의 차이점은, 복수의 표면층들을 제조하기 위해 사용되는 제2 세라믹 슬러리가 ZrO2를 함유하지 않으며, 코어층(101)과 복수의 전이층들을 각각 제조하기 위해 사용된 제1 및 제3 세라믹 슬러리는 양자 모두 ZrO2를 함유하나 그들의 ZrO2 함량은 다르다는 것이다. 상세하게 설명하면, 각 전이층들은 코어층 보다 낮은 ZrO2 함량을 가진다.
마찬가지로, 코어층(101)과 하나의 표면층 사이에 하나 이상의 전이층이 있을 때, 각 전이층을 제조하기 위해 사용되는 각각의 세라믹 슬러리 간의 차이는 단지 그에 대한 ZrO2 함량이 다르다는 것이다.
어떤 실시예들에서는, 각 세라믹 슬러리에 사용된 바인더는 독립적으로 폴리비닐부티랄(PVB라고도 한다)과 폴리비닐알코올로 이루어진 그룹 중 선택된 적어도 하나이다.
어떤 실시예들에서는, 각 세라믹 슬러리에 사용된 분산제는 독립적으로 피마자유, 트리올레인, 인산에스테르, 멘헤이덴유 및 트리에탄올아민으로 이루어진 그룹 중 선택된 적어도 하나이다.
어떤 실시예들에서는, 각 세라믹 슬러리에 사용된 가소제는 독립적으로 디부틸프탈레이트, 폴리에틸렌글리콜 및 글리세롤로 이루어진 그룹 중 선택된 적어도 하나이다.
어떤 실시예들에서는, 각 세라믹 슬러리에 사용된 용매는 독립적으로 톨루엔, 자일렌, 에탄올 및 부탄온으로 이루어진 그룹 중 선택된 적어도 하나이다.
각 세라믹 슬러리에 사용된 바인더, 분산제, 가소제 및 용매는 서로 같을 수도, 다를 수도 있으며, 어떠한 특별한 제한이 없음에 유의해야 한다. 또 다른 실시예에 있어서, 탈지(debinding) 및 소결 후, 모든 층들이 완전한 구조를 형성하는 것을 용이하게 하기 위해, 모든 세라믹 슬러리는 같은 바인더, 같은 분산제, 같은 가소제 및 같은 용매를 함유할 수 있다.
각 세라믹 슬러리를 제조하는 방법은 관련 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려져 있으며, 특별한 제한은 없다. 어떤 실시예들에서는, 각 세라믹 슬러리를 제조하는 방법은, 모든 세라믹 분말(예를 들면, ZrO2 및/또는 Al2O3), 용매 및 분산제를 혼합하는 단계; 플래너터리 볼 밀(planetary ball mill) 내에서 약 3~5 시간 동안 밀링(milling)하는 단계; 그 후 약 5~10 시간 동안의 추가적인 밀링을 위해 바인더와 가소제를 첨가하는 단계; 약 1시간 동안 추가적인 밀링을 위해 소포제(defoaming agent)를 첨가하는 단계; 및 캐스팅 몰딩을 위한 세라믹 슬러리를 얻기 위하여 진공하에서 약 0.5시간 동안 소포(defoaming)하는 단계;를 포함한다.
복수의 표면층들을 제조하기 위해 사용된 상기 세라믹 분말은 단지 Al2O3를 함유하고, 코어층과 복수의 전이층들을 제조하기 위해 사용된 상기 세라믹 분말은 양자 모두에 ZrO2 및 Al2O3를 함유한다는 것은 관련 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다.
어떤 실시예들에서는, Al2O3 세라믹 분말을 평균 직경 약 0.5㎛~0.6㎛을 갖는, Shawo Corportion, JP으로부터 구매할 수 있다. ZrO2 세라믹 분말은 평균 직경 약 0.5㎛~0.6㎛을 갖는, 3Y-TZP 타입으로 Tosoh Corportion JP으로부터 구매할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 소포제는 세라믹 슬러리 내의 기포를 제거하기 위해 사용되며, 따라서 그린 바디 내부의 기포(hole)를 줄인다. 소포제는 관련 기술분야에서 통상의 지식을 자진 자에게 특별한 제한 없이 잘 알려져 있다. 예를 들면, 상기 소포제는 부탄올을 사용할 수도 있다.
어떤 실시예들에서는, 상기 테이프 캐스팅은, 약 1.5~약 2 m/min의 캐스팅 속도를 갖고, 그리고 캐스팅 블래이드의 거리가 약 80㎛~120㎛를 갖는 캐스팅 기계를 이용하여 오프-필름(off-film) 내에서 세라믹 슬러리를 캐스팅하는 단계; 그리고 건조하는 단계를 포함한다. 건조 온도는 4 단계로 나누어지며, 제 1단계는 상온에서 약 30분 동안, 제 2단계는 약 45~50℃에서 약 15분 동안, 제3 단계는 약 55~60℃에서 15분 동안, 그리고 제4 단계는 약 65~70℃에서 약 30분 동안이다. 건조 후, 특정한 두께를 갖는 그린 바디가 얻어질 수 있다. 이 그린 바디의 두께는 실제 요구에 따라 선택될 수 있다.
본 개시의 방법에 따르면, 그 후 상기 그린 바디들은 이어 실제 요구에 따라 적절한 크기로 절단되고, 그 후 등압 압축(isostatic pressing)을 위하여 특정한 순서에 따라 적층될 수 있다. 어떤 실시예들에서는, 상기 모든 그린 바디들이 약 80~90℃의 사전 설정된 온도로 등압 압축성형공정 하에서 적층 및 라미네이트 되고(laminated), 그 압력을 약 30MPa에서 약 20분 동안 유지된다.
본 개시의 방법에 따르면, 적층 및 프레싱 이후 모든 세라믹 그린 바디들은 세라믹 기판을 얻을 수 있도록 동시 탈지와 소결을 위하여 머플 로(muffle furnace)에 장입된다.
어떤 실시예들에서는, 상기 탈지공정(debinding)은, 실온에서부터 약 600℃까지 약 0.5~1℃/min의 속도로 가열하고, 이어, 약 600℃에서부터 약 1600℃까지 약 2~5℃/min의 속도로 가열하고, 1600℃에서 약 3시간 동안 유지한 후, 약 600℃까지 약 5~10℃/min의 속도로 냉각하고, 이어, 머플 노내에서 자연 냉각시키는 것을 포함한다.
상술한 바와 같이, 본 개시에 따른 세라믹 기판은 고강도와 고인성을 보이며, 따라서 그에 대한 두께는 감소 될 수 있으므로 상기 세라믹 기판은 파워 모듈로 널리 사용될 수 있다. 본 개시의 또 다른 측면의 실시예는 파워 모듈을 제공한다. 이 파워 모듈은 직접 접합 구리기판(direct bonded copper, DBC을 포함하며, 상기 직접 접합 구리기판은,
세라믹 기판; 및
상기 세라믹 기판의 표면상에 위치한 금속층;을 포함하고,
상기 세라믹 기판은 전술한 세라믹 기판이거나 전술한 방법에 의해 얻어진 세라믹 기이다.
이하, 후속하는 실시예를 참조하여 본 개시내용을 상세히 설명한다. 실시예들과 비교예들에 사용된 재료들은, 어떠한 제한 없이, 상업적으로 구입 가능하다.
비고: 후속하는 실시예, 비교예 및 그 테스트에 있어서, A는 Al2O3를 나타내며, ZTAn은 (100-n)wt% Al2O3와 nwt%의 ZrO2의 화학적인 조성을 갖는 Al2O3-n% ZrO2를 나타낸다. 예를 들면, ZTA10는 90wt% Al2O3와 10wt%의 ZrO2의 화학적인 조성을 갖는 Al2O3-10% ZrO2를 나타낸다
(실시예 1)
본 실시예는 세라믹 기판을 제조하는 방법을 제공한다. 이 방법은 아래의 단계들을 포함한다.
(1)세라믹 슬러리 A를 제조하기 위하여 표 2에 따른 모든 재료를 제공하는 단계; 세라믹 분말, 용매 및 분산제를 플래너터리 볼 밀 내에서 혼합하는 단계; 약 4시간 동안 밀링하는 단계; 바인더와 가소제를 첨가하는 단계; 8시간 동안 밀링하는 단계; 소포제를 첨가하는 단계; 1시간 동안 밀링하는 단계; 그리고 0.5 시간 동안 디포밍하는 단계를 수행함으로써 세라믹 슬러리 A가 얻어졌다.
세라믹 슬러리 ZTA10를 제조하기 위하여 표 2에 따른 모든 재료를 제공하는 단계; 세라믹 분말, 용매 및 분산제를 플래너터리 볼 밀 내에서 혼합하는 단계; 약 4시간 동안 밀링하는 단계; 바인더와 가소제를 첨가하는 단계; 8시간 동안 밀링하는 단계; 소포제를 첨가하는 단계; 1시간 동안 밀링하는 단계; 그리고 0.5 시간 동안 디포밍하는 단계를 수행함으로써 세라믹 슬러리 ZTA10이 얻어졌다.
(2)1.5m/min의 캐스팅 속도를 가지며, 그리고 캐스팅 블래이드의 거리가 100㎛를 갖는 캐스팅 기계를 이용하여 릴리스-필름(release-film)상에 세라믹 슬러리 A를 캐스팅하고, 건조하였다. 상기 건조온도는 4 단계로 나누어지며, 제 1단계는 실온에서 30분 동안, 제 2단계는 50℃에서 15분 동안, 제3 단계는 60℃에서 15분 동안, 그리고 제4 단계는 70℃에서 30분 동안이였다. 상기 건조 단계 이후, 0.06mm의 두께를 갖는 A의 그린 바디가 얻어졌다.
그리고 복수의 A의 그린 바디들과 복수의 ZTA10의 그린 바디들도 상기와 유사한 공정단계를 이용하여 제공되었다.
(3)단계(2)에서 얻어진 복수의 그린 바디들을 200mm×150mm로 절단하였다. 그리고 6개의 그린 바디들이 A-A-ZTA10-ZTA10-A-A 순서에 따라 적층되었으며, 이어 사전 설정된 온도 85℃에서 등압 압축(isosatic press)하에 라미네이트 되었으며, 그 압력을 약 30MPa에서 20분 동안 유지시켰다.
적층 및 프레싱 후, 상기 그린 바디들은 동시에 탈지 및 소결을 위하여 머플 로(muffle furnace)에 장입 되었으며, 상기 탈지공정은, 상온에서부터 600℃까지 약 1℃/min의 속도로 가열하고, 이어, 600℃에서부터 1600℃까지 약 4℃/min의 속도로 가열하고 1600℃에서 3시간 동안 유지시킨 다음, 600℃까지 8℃/min의 속도로 냉각하고, 그 후 상기 머플 노에서 자연 냉각하였다. 세라믹 기판 S1이 얻어졌으며, 이는 도 1과 같은 구조를 가졌다.
(실시예 2)
본 실시예는 세라믹 기판을 제조하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 아래의 단계들을 포함한다.
(1)세라믹 슬러리 A를 제조하기 위하여 표 2에 따른 모든 재료를 제공하는 단계; 세라믹 분말, 용매 및 분산제를 플래너터리 볼 밀 내에서 혼합하는 단계; 약 4시간 동안 밀링하는 단계; 바인더와 가소제를 첨가하는 단계; 8시간 동안 밀링하는 단계; 소포제를 첨가하는 단계; 1시간 동안 밀링하는 단계; 그리고 0.5 시간 동안 디포밍하는 단계를 수행함으로써 세라믹 슬러리 A가 얻어졌다.
세라믹 슬러리 ZTA20를 제조하기 위하여 표 2에 따른 모든 재료를 제공하는 단계; 세라믹 분말, 용매 및 분산제를 플래너터리 볼 밀 내에서 혼합하는 단계; 약 4시간 동안 밀링하는 단계; 바인더와 가소제를 첨가하는 단계; 8시간 동안 밀링하는 단계; 소포제를 첨가하는 단계; 1시간 동안 밀링하는 단계; 그리고 0.5 시간 동안 디포밍하는 단계를 수행함으로써 세라믹 슬러리 ZTA20이 얻어졌다.
(2)1.5m/min의 캐스팅 속도를 가지며, 그리고 캐스팅 블래이드의 거리가 100㎛인 캐스팅 기계를 이용하여 릴리스-필름(release-film)상에 세라믹 슬러리 A를 캐스팅하고, 건조하였다. 건조온도는 4 단계로 나누어졌으며, 제 1단계는 상온에서 30분 동안, 제 2단계는 50℃에서 15분 동안, 제3 단계는 60℃에서 15분 동안, 그리고 제4 단계는 70℃에서 30분 동안이다. 상기 건조 단계 이후, 0.06mm의 두께를 갖는 A의 그린 바디가 얻어졌다.
그리고 복수의 A의 그린 바디들과 복수의 ZTA20의 그린 바디들도 상기와 유사한 공정단계를 이용하여 제공되었다.
(3)단계(2)에서 얻어진 복수의 그린 바디들을 200mm×150mm로 절단하였다. 그리고 6개의 그린 바디들이 A-A-ZTA20-ZTA20-A-A 순서에 따라 적층되었으며, 이어 사전 설정된 온도 85℃에서 등압 압축하에서 라미네이트 되었으며, 그 압력을 약 30MPa에서 20분 동안 유지되었다.
적층 및 프레싱 후, 상기 그린 바디들은 동시 탈지 및 소결을 위하여 머플 로(muffle furnace)에 장입 되었으며, 상기 탈지공정은, 상온에서부터 600℃까지 약 1℃/min의 속도로 가열하고, 이어, 600℃에서부터 1600℃까지 약 4℃/min의 속도로 가열하고 1600℃에서 3시간 동안 유지시킨 다음, 그리고 600℃까지 8℃/min의 속도로 냉각하고, 이어, 상기 머플 노에서 자연 냉각하였다. 세라믹 기판 S2가 얻어졌다.
(실시예 3)
본 실시예는 세라믹 기판 제조 방법을 제공한다. 상기 방법은 아래의 단계들을 포함한다.
(1)세라믹 슬러리 A를 제조하기 위하여 표 2에 따른 모든 재료를 제공하는 단계; 세라믹 분말, 용매 및 분산제를 플래너터리 볼 밀 내에서 혼합하는 단계; 약 4시간 동안 밀링하는 단계; 바인더와 가소제를 첨가하는 단계; 8시간 동안 밀링하는 단계; 소포제를 첨가하는 단계; 1시간 동안 밀링하는 단계; 그리고 0.5 시간 동안 디포밍하는 단계를 수행함으로써 세라믹 슬러리 A가 얻어졌다.
세라믹 슬러리 ZTA40를 제조하기 위하여 표 2에 따른 모든 재료를 제공하는 단계; 세라믹 분말, 용매 및 분산제를 플래터너리 볼 밀 내에서 혼합하는 단계; 약 4시간 동안 밀링하는 단계; 바인더와 가소제를 첨가하는 단계; 8시간 동안 밀링하는 단계; 소포제를 첨가하는 단계; 1시간 동안 밀링하는 단계; 그리고 0.5 시간 동안 디포밍하는 단계를 수행함으로써 세라믹 슬러리 ZTA40이 얻어졌다.
(2)1.5m/min의 캐스팅 속도를 가지며, 그리고 캐스팅 블래이드의 거리가 100㎛를 갖는 캐스팅 기계를 이용하여 릴리스-필름(release-film)상에 세라믹 슬러리 A를 캐스팅하고, 건조하였다. 상기 건조온도는 4 단계로 나누어지며, 제 1단계는 상온에서 30분 동안, 제 2단계는 50℃에서 15분 동안, 제3 단계는 60℃에서 15분 동안, 그리고 제4 단계는 70℃에서 30분 동안이다. 상기 건조 단계 이후, 0.06mm의 두께를 갖는 A의 그린 바디가 얻어졌다.
그리고 복수의 A의 그린 바디들과 복수의 ZTA40의 그린 바디들도 상기와 유사한 공정단계를 이용하여 제공되었다.
(3)단계(2)에서 얻어진 복수의 그린 바디들을 200mm×150mm로 절단하였다. 그리고 6개의 그린 바디들을 A-A-ZTA40-ZTA40-A-A의 순서에 따라 적층하였으며, 이어 사전 설정된 온도 85℃에서 등압 압축하에서 라미네이트 되었으며, 그 압력을 약 30MPa에서 20분 동안 유지되었다.
적층 및 프레싱 후, 상기 그린 바디들은 동시 탈지 및 소결을 위하여 머플 로(muffle furnace)에 장입 되었으며, 상기 탈지공정은, 상온에서부터 600℃까지 약 1℃/min의 속도로 가열하고, 이어, 600℃에서부터 1600℃까지 약 4℃/min의 속도로 가열하고 1600℃에서 3시간 동안 유지시킨 다음, 600℃까지 8℃/min의 속도로 냉각하고, 이어 상기 머플 노 내에서 자연 냉각하였다. 세라믹 기판 S3이 얻어졌다.
(실시예 4)
본 실시예는 하기를 제외로 하고 실시예 3과 실질적으로 같다. 단계(2)에서 제조된 복수의 그린 바디들을 200mm×150mm로 절단하였다. 그리고 4개의 그린 바디들을 A-ZTA40-ZTA40-A의 순서로 적층하였으며, 이어 사전 설정된 온도 85℃에서 등압 압축하에서 라미네이트 되었으며, 압력은 약 30MPa에서 20분 동안 유지되었다.
적층 및 프레싱 후, 상기 그린 바디들은 동시 탈지 및 소결을 위하여 머플 로(muffle furnace)에 장입 되었고, 탈지공정은, 상온에서부터 600℃까지 약 0.5℃/min의 속도로 가열하고, 이어 600℃에서부터 1600℃까지 약 3℃/min의 속도로 가열하고 1600℃에서 3시간 동안 유지시킨 다음, 600℃까지 8℃/min의 속도로 냉각하고, 상기 머플 노에서 자연 냉각하였다. 세라믹 기판 S4가 얻어졌다.
(실시예 5)
본 실시예는 세라믹 기판 제조 방법을 제공한다. 상기 방법은 아래의 단계들을 포함한다.
(1)세라믹 슬러리 A를 제조하기 위하여 표 2에 따른 모든 재료를 제공하는 단계; 세라믹 분말, 용매 및 분산제를 플래너터리 볼 밀 내에서 혼합하는 단계; 약 4시간 동안 밀링하는 단계; 바인더와 가소제를 첨가하는 단계; 8시간 동안 밀링하는 단계; 소포제를 첨가하는 단계; 1시간 동안 밀링하는 단계; 그리고 0.5 시간 동안 디포밍하는 단계를 수행함으로써 세라믹 슬러리 A가 얻어졌다.
세라믹 슬러리 ZTA10를 제조하기 위하여 표 2에 따른 모든 재료를 제공하는 단계; 세라믹 분말, 용매 및 분산제를 플래너터리 볼 밀 내에서 혼합하는 단계; 약 4시간 동안 밀링하는 단계; 바인더와 가소제를 첨가하는 단계; 8시간 동아 밀링하는 단계; 소포제를 첨가하는 단계; 1시간 동안 밀링하는 단계; 그리고 0.5 시간 동안 디포밍하는 단계를 수행함으로써 세라믹 슬러리 ZTA10이 얻어졌다.
세라믹 슬러리 ZTA20를 제조하기 위하여 표 2에 따른 모든 재료를 제공하는 단계; 세라믹 분말, 용매 및 분산제를 플래터너리 볼 밀 내에서 혼합하는 단계; 약 4시간 동안 밀링하는 단계; 바인더와 가소제를 첨가하는 단계; 8시간 동안 밀링하는 단계; 소포제를 첨가하는 단계; 1시간 동안 밀링하는 단계; 그리고 0.5 시간 동안 디포밍하는 단계를 수행함으로써 세라믹 슬러리 ZTA20이 얻어졌다.
(2)1.5m/min의 캐스팅 속도를 가지며, 그리고 캐스팅 블래이드의 거리가 100㎛인 캐스팅 기계를 이용하여 릴리스-필름(release-film)상에 세라믹 슬러리 A를 캐스팅하고, 건조하였다. 상기 건조온도는 4 단계로 나누어지며, 제 1단계는 실온에서 30분 동안, 제 2단계는 50℃에서 15분 동안, 제3 단계는 60℃에서 15분 동안, 그리고 제4 단계는 70℃에서 30분 동안이다. 상기 건조 단계 이후, 0.06mm의 두께를 갖는 A의 그린 바디가 얻어졌다.
그리고 복수의 A의 그린 바디들과 복수의 ZTA10의 그린 바디들 및 복수의 ZTA20의 그린 바디들도 상기와 유사한 공정단계를 이용하여 얻어졌다.
(3)복수의 그린 바디들을 200mm×150mm로 절단하였다. 그리고 6개의 그린 바디들을 A-ZTA10-ZTA20-ZTA20-ZTA10-A의 순서에 따라 적층하였으며, 이어 사전 설정된 온도 85℃에서 등압 압축하에 라미네이트 되었으며, 압력을 약 30MPa에서 20분 동안 유지하였다.
적층 및 프레싱 후, 상기 그린 바디들은 동시 탈지 및 소결을 위하여 머플 로(muffle furnace)에 장입 되었으며, 탈지공정은, 상온에서부터 600℃까지 약 1℃/min의 속도로 가열하고, 이어, 600℃에서부터 1600℃까지 약 4℃/min의 속도로 가열하고 1600℃에서 3시간 동안 유지시킨 다음, 600℃까지 8℃/min의 속도로 냉각하고, 이어 상기 머플 노에서 자연 냉각하였다. 세라믹 기판 S5이 얻어졌으며, 이는 도 3에 나타난 구조를 가졌다.
(실시예 6)
본 실시예는 하기를 제외하고는 실시예 5와 실질적으로 같다. 단계(2)에서 제조된 복수의 그린 바디들을 200mm×150mm로 절단하였다. 그리고 5개의 그린 바디들이 A-ZTA10-ZTA20-ZTA10-A의 순서에 따라 적층되었으며, 이어 사전 설정된 온도 85℃에서 등압 압축하에서 라미네이트 되었으며, 압력은 약 30MPa에서 20분 동안 유지되었다.
적층 및 프레싱 후, 상기 그린 바디들은 동시 탈지 및 소결을 위하여 머플 로(muffle furnace)에 장입 되었으며, 탈지공정은, 상온에서부터 600℃까지 약 0.5℃/min의 속도로 가열하고, 그 후 600℃에서부터 1600℃까지 약 3℃/min의 속도로 가열하고 1600℃에서 3시간 동안 유지하며, 그리고 600℃까지 8℃/min의 속도로 냉각하고, 이어, 상기 머플 노에서 자연 냉각하였다. 세라믹 기판 S6이 얻어졌다.
(실시예 7)
본 실시예는 세라믹 기판 제조 방법을 제공한다. 상기 방법은 아래의 단계들을 포함한다.
(1)세라믹 슬러리 A를 제조하기 위하여 표 2에 따른 모든 재료를 제공하는 단계; 세라믹 분말, 용매 및 분산제를 플래너터리 볼 밀 내에서 혼합하는 단계; 약 4시간 동안 밀링하는 단계; 바인더와 가소제를 첨가하는 단계; 8시간 동안 밀링하는 단계; 소포제를 첨가하는 단계; 1시간 동안 밀링하는 단계; 그리고 0.5 시간 동안 디포밍하는 단계를 수행함으로써 세라믹 슬러리 A가 얻어졌다.
세라믹 슬러리 ZTA20를 제조하기 위하여 표 2에 따른 모든 재료를 제공하는 단계; 세라믹 분말, 용매 및 분산제를 플래너터리 볼 밀 내에서 혼합하는 단계; 약 4시간 동안 밀링하는 단계; 바인더와 가소제를 첨가하는 단계; 8시간 동안 밀링하는 단계; 소포제를 첨가하는 단계; 1시간 동안 밀링하는 단계; 그리고 0.5 시간 동안 디포밍하는 단계를 수행함으로써 세라믹 슬러리 ZTA20이 얻어졌다.
세라믹 슬러리 ZTA40를 제조하기 위하여 표 2에 따른 모든 재료를 제공하는 단계; 세라믹 분말, 용매 및 분산제를 플래터너리 볼 밀 내에서 혼합하는 단계; 약 4시간 동안 밀링하는 단계; 바인더와 가소제를 첨가하는 단계; 8시간 동안 밀링하는 단계; 소포제를 첨가하는 단계; 1시간 동안 밀링하는 단계; 그리고 0.5 시간 동안 디포밍하는 단계를 수행함으로써 세라믹 슬러리 ZTA40이 얻어졌다.
(2)1.5m/min의 캐스팅 속도를 가지며, 그리고 캐스팅 블래이드의 거리가 100㎛를 갖는 캐스팅 기계를 이용하여 릴리스-필름(release-film)에 세라믹 슬러리 A를 캐스팅하고, 건조하였다. 상기 건조온도는 4 단계로 나누어지며, 제 1단계는 실온에서 30분 동안, 제 2단계는 50℃에서 15분 동안, 제3 단계는 60℃에서 15분 동안, 그리고 제4 단계는 70℃에서 30분 동안이었다. 상기 건조 단계 이후, 0.06mm의 두께를 갖는 A의 그린 바디가 얻어졌다.
그리고 복수의 A의 그린 바디들과 복수의 ZTA20의 그린 바디들 및 복수의 ZTA40의 그린 바디들도 상기와 유사한 공정단계를 이용하여 얻어졌다.
(3)단계(2)에서 얻어진 복수의 그린 바디들을 200mm×150mm로 절단하였다. 그리고 5개의 그린 바디들은 A-ZTA20-ZTA40-ZTA20-A의 순서에 따라 적층되었으며, 이어 사전 설정된 온도 85℃에서 냉간 등압 압축하에서 라미네이트 되었으며, 그 압력을 약 30MPa에서 20분 동안 유지되었다.
적층 및 프레싱 후, 상기 그린 바디들은 동시 탈지 및 소결을 위하여 머플 로(muffle furnace)에 장입 되었으며, 탈지공정은, 상온에서부터 600℃까지 약 1℃/min의 속도로 가열한 한 후, 600℃에서부터 1600℃까지 약 4℃/min의 속도로 가열하고 1600℃에서 3시간 동안 유지하였으며, 그리고 600℃까지 8℃/min의 속도로 냉각한 다음, 상기 머플 노 내에서 자연 냉각하였다. 세라믹 기판 S7이 얻어졌다.
(실시예 8)
본 실시예는 세라믹 기판을 제조하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 아래의 단계들을 포함한다.
(1)세라믹 슬러리 A를 제조하기 위하여 표 2에 따른 모든 재료를 제공하는 단계; 세라믹 분말, 용매 및 분산제를 플래너터리 볼 밀 내에서 혼합하는 단계; 약 4시간 동안 밀링하는 단계; 바인더와 가소제를 첨가하는 단계; 8시간 동안 밀링하는 단계; 소포제를 첨가하는 단계; 1시간 동안 밀링하는 단계; 그리고 0.5 시간 동안 디포밍하는 단계를 수행함으로써 세라믹 슬러리 A가 얻어졌다.
세라믹 슬러리 ZTA20를 제조하기 위하여 표 2에 따른 모든 재료를 제공하는 단계; 세라믹 분말, 용매 및 분산제를 플래너터리 볼 밀 내에서 혼합하는 단계; 약 4시간 동안 밀링하는 단계; 바인더와 가소제를 첨가하는 단계; 8시간 동아 밀링하는 단계; 소포제를 첨가하는 단계; 1시간 동안 밀링하는 단계; 그리고 0.5 시간 동안 디포밍하는 단계를 수행함으로써 세라믹 슬러리 ZTA20이 얻어졌다.
세라믹 슬러리 ZTA40를 제조하기 위하여 표 2에 따른 모든 재료를 제공하는 단계; 세라믹 분말, 용매 및 분산제를 플래터너리 볼 밀 내에서 혼합하는 단계; 약 4시간 동안 밀링하는 단계; 바인더와 가소제를 첨가하는 단계; 8시간 동안 밀링하는 단계; 소포제를 첨가하는 단계; 1시간 동안 밀링하는 단계; 그리고 0.5 시간 동안 디포밍하는 단계를 수행함으로써 세라믹 슬러리 ZTA40이 얻어졌다.
(2)1.5m/min의 캐스팅 속도를 가지며, 그리고 캐스팅 블래이드의 거리가 100㎛를 갖는 캐스팅 기계를 이용하여 릴리스-필름(release-film)상에 세라믹 슬러리 A를 캐스팅하고, 건조하였다. 상기 건조온도는 4 단계로 나누어지며, 제 1단계는 실온에서 30분 동안, 제 2단계는 50℃에서 15분 동안, 제3 단계는 60℃에서 15분 동안, 그리고 제4 단계는 70℃에서 30분 동안이었다. 상기 건조 단계 이후, 0.06mm의 두께를 갖는 A의 그린 바디가 얻어졌다.
그리고 복수의 A의 그린 바디들과 복수의 ZTA20의 그린 바디들 및 복수의 ZTA40의 그린 바디들도 상기와 유사한 공정단계를 이용하여 얻어졌다.
(3)단계(2)에서 얻어진 복수의 그린 바디들이 200mm×150mm로 절단되었다. 그리고 7개의 그린 바디들이 A-ZTA10-ZTA20-ZTA40-ZTA20-ZTA10-A의 순서에 따라 적층되었으며, 이어 사전 설정된 온도 85℃에서 등압 압축공정 하에서 라미네이트 되었으며, 그 압력을 약 30MPa에서 20분 동안 유지되었다.
적층 및 프레싱 후, 상기 그린 바디들은 동시 탈지 및 소결을 위하여 머플 로(muffle furnace)에 장입 되었으며, 탈지(debinding)공정은, 실온에서부터 600℃까지 약 1℃/min의 속도로 가열하고, 이어, 600℃에서부터 1600℃까지 약 4℃/min의 속도로 가열하고 1600℃에서 3시간 동안 유지하며, 그리고 600℃까지 8℃/min의 속도로 냉각하고, 이어, 상기 머플 노 내에서 자연 냉각하였다. 세라믹 기판 S8이 얻어졌으며, 이는 도 5에 나타난 구조를 가졌다.
(비교예 1)
세라믹 슬러리 A와 복수의 A의 그린 바디들이 같은 단계 (1)과 (2)에 의해 얻어졌으며, 그 후 그 세라믹 기판 DS1은 아래의 공정 단계에 의해 얻어졌다. A의 그린 바디들을 200mm×150mm로 절단하였다. 그리고 8개의 A의 그린 바디들이 적층되고, 이어 사전 설정된 온도 85℃에서 등압 압축공정하에서 라미네이트 되었으며, 그 압력을 약 30MPa에서 20분 동안 유지되었다.
적층 및 프레싱 이후, 상기 그린 바디들은 동시 탈지 및 소결을 위하여 머플 로(muffle furnace)에 장입 되었으며, 탈지공정은, 실온에서부터 600℃까지 약 1℃/min의 속도로 가열하고, 이어, 600℃에서부터 1600℃까지 약 4℃/min의 속도로 가열하고 1600℃에서 3시간 동안 유지하며, 그리고 600℃까지 8℃/min의 속도로 냉각한 다음, 상기 머플 노 내에서 자연 냉각하였다. 세라믹 기판 DS1이 얻어졌다.
슬러리
 세라믹 분말/g 용매/g 분산제/g 바인더/g 가소제/g 소포제/g
Al2O3 ZrO2 자일렌 피마자유 PVB 디부틸프탈레이트 부탄올
A 200 0 110 2 22 11 0.05
ZTA10 180 20 105 2 22 10 0.05
ZTA20 160 40 100 2 20 10 0.05
ZTA40 120 80 98 2 19 9 0.05
주(註): 상기 표 2에서, Al2O3 세라믹 분말은 평균 직경 약 0.5㎛~0.6㎛을 가지며, Shawo Corportion, JP으로부터 구입하였다. ZrO2 세라믹 분말은 평균 직경 약 0.5㎛~0.6㎛을 갖는, 3Y-TZP 타입으로 Tosoh Corportion JP으로부터 구입하였다. 바인더는 B30H 타입으로 KURARAY로부터 구입된 PVB 이었으며, 분산제는 국내산 피마자유, 가소제는 국내산 디부틸프탈레이트였다.
[테스트]
(1)SEM
상기 세라믹 기판 S1 및 S5를 그 단부 면(end face)에서 전계 방출 주사전자 현미경(field emission scanning electronic microscopy)으로 측정되었으며, 그 SEM 이미지를 도 2 및 도 5에 각각 나타내었다.
도 2 및 도 4에서, 밝은 부분은 ZrO2(10)이며, 어두운 부분은 Al2O3(20)이다.
도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 코어층은 왼쪽 부분이고, 표면층은 오른쪽 부분이며, 기판 S1 내에 약간의 피할 수 없는 기공(pore)(30)이 있었다. 그리고 상기 코어층 내에는 밝은 ZrO2가 어두운 Al2O3 매트릭스 내에 균일하게 분산되어 있으며, 상기 표면층은 순수 Al2O3로 이루어졌다. 코어층에서부터 표면층까지, 비록 지르코니아 함량은 다르지만, 코어층(101)과 표면층 간에 경계가 없으며, 따라서 완전한 일체의 세라믹 기판 S1을 형성하였다.
도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 코어층은 왼쪽 부분이고, 전이층이 오른쪽 부분이며, 기판 S5 내에는 약간의 피할 수 없는 기공(30)이 있다. 코어층과 전이층 양자 모두 Al2O3와 ZrO2를 함유하며, 코어층과 전이층 양자에는 밝은 ZrO2가 어두운 Al2O3 매트릭스 내에 균일하게 분산되어 있으나, 코어층은 전이층 보다 높은 ZrO2 함량을 가졌다. 비록 지르코니아 함량은 다르지만, 코어층에서부터 전이층까지 코어층(101)과 표면층 사이에는 경계가 없으므로, 완전한 일체의 세라믹 기판 S5을 형성하였으며, 이는 또한 전이층과 표면층에서도 유사하였다.
(2)밀도
세라믹 기판 S1~S8 및 DS1들을 GBT 25995-2010에 따른 방법에 의해 측정하였다.
(3)굽힘 강도
세라믹 기판 S1~S8 및 DS1들을 GBT 6569-2006에 따른 방법에 의해 측정하였다.
(4)열 전도성
세라믹 기판 S1~S8 및 DS1들을 약 25℃에서 열 전도성 측정 장비 LFA-447에 의해 ASTM E1461에 따른 방법으로 측정하였다.
(5)열 저항성
열 저항성은 열전달 경로에 있어서 2개의 기준 지점들 사이의 열전달율에 대한 2개의 기준 지점들 사이의 온도 차이와의 비를 말한다.
[관계식 1]
Rth = ΔT/ｑx
여기에서, Rth은 2개의 기준 지점들 간의 열 저항성을 말하며, 단위는 ℃/W 또는 K/W이다.
ΔT는 2개의 기준 지점들 간의 온도 차이를 말하며, 단위는 ℃이다.
ｑx는 2개의 기준 지점들 간의 열전달율을 말하며, 단위는 W이다.
그리고 열전달 모델은 아래의 열저항에 대한 계산식을 가진다.
[관계식 2]
Rth = L/(λS)
여기에서, L은 열전달 거리를 말하며, 단위는 m이다.
S는 상기 열전달 경로의 단면적을 말하며, 단위 m2이다.
λ는 그의 열전도성을 말하며, 단위 W/(m·K)이다.
이와 같이 따라서 상기 열전달 거리가 짧을수록, 상기 열전달 경로의 단면적이 커지고, 상기 열 전도성이 높아져 상기 열저항의 감소에 보다 더 이익적인데, 이는 보다 잘 디자인된 패키지 구조와 적절한 재료를 필요로 한다.
그 결과들을 표 3에 나타내었다.
세라믹
기판		 순서 두께/mm 밀도/g/cm3 굽힘강도
/MPa		 열전도성/
W/(m·K)		 열 저항/
K/W
S1 A-ZTA10-A 0.32 4.01 430 20.30 15.8×106/S
S2 A-ZTA20-A 0.31 4.05 511 19.20 16.2×106/S
S3 A-ZTA40-A 0.29 4.21 540 16 18.1×106/S
S4 A=ZTA40-A 0.22 4.35 600 13.1 16.8×106/S
S5 A-ZTA10-ZTA20-ZTA10-A 0.30 4.09 450 19.26 15.6×106/S
S6 A-ZTA10-ZTA20-ZTA10-A 0.26 4.05 480 20.00 13.0×106/S
S7 A-ZTA200ZTA40-ZTA20-A 0.25 4.26 542 15.30 16.3×106/S
S8 A-ZTA10-ZTA20-ZTA40-ZTA20-ZTA10-A 0.34 4.22 420 17.10 19.9×106/S
DS1 Al2O3 0.40 3.94 290 22 18.2×106/S
표 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 개시의 방법에 의해 얻어진 상기 세라믹 기판 S1~S8은 Al2O3로 이루어진 전통적인 세라믹 기판 DS1 보다 높은 굽힘강도를 가지며. 그의 열 전도성이 DS1 보다 약간 낮으나, 그 두께는 DS1 보다 작으며, 그의 열 저항은 DS1과 거의 동등하거나 약간 낮았다. 따라서 본 개시에 따른 세라믹 기판은 파워 모듈에 널리 사용될 수 있다.
본 명세서를 통하여 언급된 용어, "실시예", "어떤 실시예들", "하나의 실시예", "다른 예", "예", "특별한 예", 또는 "어떤 예들"은 실시예 또는 예와 관련하여 기술된 특정 측면, 구조, 재료 또는 특징이 본 개시의 적어도 하나의 실시예 또는 예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서 본 명세서에 걸쳐 여러 장소에서 사용된 용어, 실시예", "어떤 실시예들", "하나의 실시예", "다른 예", "예", "특별한 예", 또는 "어떤 예들"은 본 개시의 같은 실시예 또는 예를 필수적으로 언급하는 것은 아니다. 더욱이, 상기 특정 측면, 구조, 재료 또는 특징은 하나 이상의 실시예 또는 예들에서 어떠한 적절한 방법으로 결합될 수도 있다.
비록 예시적인 실시예들이 보여지고 기술되었지만, 청구항들의 범위와 그들의 균등범위에 속하는 변화, 대체 및 개량이 본 개시의 정신 및 원리에 벗어남이 없이 상기 실시예들에서 만들어질 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해될 것이다.

Claims (21)

  1. 지르코니아 강화된 알루미나로 이루어진 코어층; 및
    상기 코어층의 상부 및 하부 표면상에 대칭적으로 위치하고 Al2O3로 이루어진 복수의 표면층들;을 포함하고,
    상기 코어층은 0wt%∠ZrO2≤40wt%와 60wt%≤Al2O3∠100wt%의 화학적 조성을 가지는 세라믹 기판.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 코어층은 0wt%∠ZrO2≤20wt%와 80wt%≤Al2O3∠100wt%의 화학적 조성을 가지는 것을 특징으로 하는 세라믹 기판.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 복수의 표면층들은,
    상기 코어층의 상부 표면상에 위치한 상부 표면층; 및
    상기 코어층의 하부 표면상에 위치한 하부 표면층을 포함하고,
    상기 상부 표면층, 상기 하부 표면층 및 상기 코어층 각각은 같은 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 세라믹 기판.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 세리믹 기판은 약 0.2mm에서 약 0.4mm의 전체 두께를 가짐을 특징으로 하는 세라믹 기판.
  5. 제 3항에 있어서, 지르코니아 강화된 알루미나로 이루어진 복수의 전이층들을 추가로 포함하며,
    상기 복수의 전이층들은 상기 코어층의 상부 표면과 하부 표면상에 대칭적으로 위치하고, 상기 각각의 전이층들은 하나의 표면층과 상기 코어층 사이에 위치하고 있으며;
    상기 전이층들 각각은 상기 코어층 보다 낮은 지르코니아 함량을 가지는 것을 특징으로 하는 세라믹 기판.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 코어층은 10wt%∠ZrO2≤20wt%와 80wt%≤Al2O3∠90wt%의 화학적 조성을 가지며, 상기 각각의 전이층들은 0wt%∠ZrO2≤10wt%와 90wt%≤Al2O3∠100wt%의 화학적 조성을 가지는 것을 특징으로 하는 세라믹 기판.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 코어층은 20wt%∠ZrO2≤40wt%와 60wt%≤Al2O3∠80wt%의 화학적 조성을 가지며, 상기 각각의 전이층들은 10wt%∠ZrO2≤20wt%와 80wt%≤Al2O3∠90wt%의 화학적 조성을 가지는 것을 특징으로 하는 세라믹 기판.
  8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서, 상기 복수의 전이층들은,
    상기 코어층과 상기 상부 표면층 사이에 위치한 상부 전이층; 및
    상기 코어층과 상기 하부 표면층 사이에 위치한 하부 전이층;을 포함하고,
    상기 상부 전이층, 상기 하부 전이층, 상기 상부 표면층, 상기 하부 표면층 및 상기 코어층 각각은 같은 두께를 가짐을 특징으로 하는 세라믹 기판.
  9. 제 5항에 있어서, 상기 복수의 전이층들은,
    상기 코어층의 상부 표면상에 위치한 제1 상부 전이층;
    상기 제1 상부 전이층과 상기 상부 표면층 사이에 위치한 제2 상부 전이층;
    상기 코어층의 하부 표면상에 위치한 제1 하부 전이층; 및
    상기 제1 하부 전이층과 상기 하부 표면층과의 사이에 위치한 제2 하부 전이층을 포함하고,
    상기 제2 상부 전이층은 상기 제1 상부 전이층 보다 낮은 지르코니아 함량을 가지며, 상기 제2 하부 전이층은 상기 제1 하부 전이층 보다 낮은 지르코니아 함량을 가짐을 특징으로 하는 세라믹 기판.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 제2 상부 전이층과 상기 제2 하부 전이층 각각은 0wt%∠ZrO2≤10wt%와 90wt%≤Al2O3∠100wt%의 같은 화학적 조성을 가지며;
    상기 제1 상부 전이층과 상기 제1 하부 전이층 각각은 10wt%∠ZrO2≤20wt%, 80wt%≤Al2O3∠90wt%의 같은 화학적 조성을 가지며; 그리고
    상기 코어층은 20wt%∠ZrO2≤40wt%와 60wt%≤Al2O3∠80wt%의 화학적 조성을 가지는 것을 특징으로 하는 세라믹 기판.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 제1 상부 전이층, 상기 제2 상부 전이층, 상기 제1 하부 전이층, 상기 제2 하부 전이층, 상기 상부 표면층, 상기 하부 표면층 및 상기 코어층 각각은 같은 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 세라믹 기판.
  12. 코어층의 그린 바디(green body)와 복수의 표면층들 그린 바디들을 제공하는 단계;
    표면층-코어층-표면층의 순서에 따라 상기 모든 그린 바디들을 적층하는 단계; 및
    등압 압축(isostatic pressing)하고, 이어, 탈지(debinding) 및 소결하는 단계를 포함하는 청구항 1항의 세라믹 기판 제조방법.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 모든 그린 바디들을 제공하는 단계가 테이프 캐스팅(tape casting)에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 12항에 있어서, 상기 코어층의 그린 바디는 지르코니아, 알루미나, 바인더, 분산제, 가소제 및 용매를 함유하는 제 1 세라믹 슬러리로 제조되고;
    상기 복수의 표면층들에 대한 그린 바디들은 알루미나, 바인더, 분산제, 가소제 및 용매를 함유하는 제 2 세라믹 슬러리로 제조되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 12항에 있어서,
    전이층들에 대한 복수의 그린 바디들을 제공하는 단계;
    표면층-전이층-코어층-전이층-표면층의 순서에 따라 상기 모든 그린 바디들을 적층하는 단계;
    등압 압축한 후, 탈지 및 소결하는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 전이층들에 대한 복수의 그린 바디들이 지르코니아, 알루미나, 바인더, 분산제, 가소제 및 용매를 함유하는 제 3 세라믹 슬러리에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 14항 또는 제 16항에 있어서, 각 세라믹 슬러리에 사용된 상기 바인더는 독립적으로 폴리비닐부티랄과 폴리비닐알코올로 이루어진 그룹 중 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 14항 또는 제 16항에 있어서, 각 세라믹 슬러리에 사용된 상기 분산제는 독립적으로 피마자유(castor oil), 트리올레인(triolein), 인산에스테르(phosphate ester), 멘헤이덴유(menhaden oil) 및 트리에탄올아민(triethanolamine)으로 이루어진 그룹 중 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 재 14항 또는 제 16항에 있어서, 각 세라믹 슬러리에 사용된 상기 가소제는 독립적으로 디부틸프탈레이트, 폴리에틸렌글리콜 및 글리세롤로 이루어진 그룹 중 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 14항 또는 제 16항에 있어서, 각 세라믹 슬러리에 사용된 상기 용매는 독립적으로 톨루엔, 자일렌, 에탄올 및 부탄온(butanone)으로 이루어진 그룹 중 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 직접 접합 구리기판을 포함하는 파워 모듈에 있어서,
    상기 직접 접합 구리기판은,
    세라믹 기판; 및
    상기 세라믹 기판의 표면상에 위치한 금속층;을 포함하고,
    상기 세라믹 기판은 청구항 1항 내지 11항에 따른 세라믹 기판이거나, 또는 청구항 12항 내지 20항에 따른 제조 방법에 의해 얻어지는 세라믹 기판인 것을 특징으로 하는 파워 모듈.
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