KR20180024610A - 세라믹 기판 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

세라믹 기재에 접합되는 금속층과 인접한 다른 금속층들과의 간격에 따라 금속층의 외주에 테이퍼 돌출부 및 다단 돌출부를 형성하여 접합 강도가 증가하도록 한 세라믹 기판 및 그 제조방법을 제시한다. 제시된 세라믹 기판은 세라믹 기재 및 세라믹 기재의 적어도 일면에 접합되고, 외주에 테이퍼 돌출부 및 다단 돌출부가 형성되는 금속층을 포함하고, 테이퍼 돌출부가 형성된 금속층의 외주와 다른 금속층의 간격은 다단 돌출부가 형성된 금속층의 외주와 다른 금속층의 간격보다 좁게 형성된다.

Description

세라믹 기판 및 그 제조방법{CERAMIC BOARD AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 세라믹 기판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 급격한 온도 변화에도 세라믹 기재와 금속막 간의 결합 상태를 견고하게 유지하는 세라믹 기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
세라믹 기판은 세라믹 기재에 동박과 같은 금속박을 일체로 부착하여 구성된다. 세라믹 기판은 AMB(Active Metal Brazing), DBC(Direct Bond Copper) 등의 제조 공정을 통해 생성되며, 제조 공정상의 차이에 따라 세라믹 AMB 기판, 세라믹 DBC 기판 등으로 구분될 수도 있다.
세라믹 AMB 기판은 세라믹 기재의 표면에 금속화(또는, 금속 배선화)를 수행하지 않고, 세라믹 기재의 표면에 직접 금속을 브레이징(Brazing)하는 AMB(Active Metal Brazing) 방식으로 제조된다.
세라믹 AMB 기판은 높은 방열 특성 및 신뢰성을 갖기 때문에 자동차, 풍력 터빈, 고전압 DC 전송 등과 같은 애플리케이션에 적용된다.
도 1을 참조하면, 종래의 세라믹 AMB 기판(이하, 기본형 세라믹 AMB 기판)은 세라믹 기재(10)의 표면에 구리 등의 금속을 브레이징하여 금속층(20)을 형성하고, 금속층(20) 표면에 마스크(30; 예를 들면, Dry Film)를 배치한 후 에칭액으로 금속층(20)의 둘레를 일정 부분 식각(Etching)하여 제조된다.
이때, 기본형 세라믹 AMB 기판은 금속층(20)의 모서리가 하면으로 갈수록 내측 방향으로 경사진 형태로 형성되기 때문에, 급속한 온도 변화가 발생하는 경우 금속층(20) 내에 균열이 발생하거나, 금속층(20)이 세라믹 기재(10)로부터 분리되는 문제점이 있다.
일례로, 세라믹 AMB 기판의 특성을 검사하기 위한 열 충격 시험(시험 조건: 세라믹 기판의 재질은 알루미나, ZTA(HPS), AlN이고, 1 Cycle은 대략 30분 정도, 사이클당 -50℃에서 150℃까지 온도 가변)하는 열 충격 시험을 수행하면, 대략 100 Cycle 정도에서 내부 균열 및 층분리가 발생한다.
세라믹 AMB 기판을 주로 전력 관련 기판으로 사용되기 때문에 장기 수명이 요구되고 있어, 내부 균열 및 층분리의 발생을 늦추기 위해 고강도를 갖는 Si3N4, SiC를 세라믹 기판에 적용하는 것이 검토되고 있다.
하지만, Si3N4, SiC는 고강도를 갖지만 고가이기 때문에 제품 단가가 증가하여 제품 경쟁력이 저하되는 문제점이 있다.
이에, 기존의 세라믹 재질을 사용하면서 금속층(20)의 모서리를 따라 복수의 딤플(22; Dimple, 또는 홀)을 형성한 딤플형 세라믹 AMB 기판이 개발되었다.
도 2를 참조하면, 딤플형 세라믹 AMB 기판은 세라믹 기재(10)의 표면에 구리 등의 금속을 브레이징하여 금속층(20)을 형성하고, 금속층(20) 표면에 다수의 딤플(22)이 형성된 마스크(30)를 배치한 후 에칭액으로 금속층(20)의 둘레를 일정 부분과 홀 부분을 식각(Etching)하여 제조된다.
그에 따라, 딤플형 세라믹 AMB 기판은 금속층(20)의 둘레를 따라 복수의 딤플(22)이 형성되어, 급속한 온도 변화에서도 금속층(20)의 균열 및 층분리 발생을 방지할 수 있다.
하지만, 딤플형 세라믹 AMB 기판은 다수의 딤플(22)이 형성됨에 따라 금속층(20)의 면적이 감소하게 되어 전기전도도, 열저항 등의 전기적 특성이 저하되는 문제점이 있다. 즉, 세라믹 AMB 기판의 전기적 특성은 금속층(20)의 면적에 비례하는데, 딤플형 세라믹 AMB 기판은 금속층(20)에 다수의 딤플(22)이 형성됨에 따라 금속층(20)의 면적이 감소하여 전기적 특성이 감소하게 된다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 딤플형 세라믹 AMB 기판은 전기적 특성의 저하를 방지하기 위해 금속층(20)의 일부에만 딤플(22)을 형성하는 경우, 딤플(22)이 형성되지 않은 영역에서 급속한 온도 변화에서 금속층(20) 내에 균열이 발생하거나, 금속층(20)이 세라믹 기재(10)로부터 분리되는 문제점이 있다.
또한, 딤플형 세라믹 AMB 기판은 딤플(22)의 면적 점유율이 높아지게 되어 저항이 높아지고, 강도 및 세라믹 기재(10)와 금속층(20)의 접합 강도가 저하되어, 애플리케이션에서 요구되는 전기적 특성을 만족시킬 수 없는 문제점이 있다.
또한, 딤플형 세라믹 AMB 기판은 딤플(22)의 면적 점유율이 높아지기 때문에, 미세패턴에 적용할 수 없는 문제점이 있다.
한국특허공개 제10-2010-0068593호(명칭: 세라믹 소재 기판에 동박을 적층시키는 방법)
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 세라믹 기재에 접합되는 금속층과 인접한 다른 금속층들과의 간격에 따라 금속층의 외주에 테이퍼 돌출부 및 다단 돌출부를 형성하여 접합 강도가 증가하도록 한 세라믹 기판 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판은 세라믹 기재 및 세라믹 기재의 적어도 일면에 접합되고, 외주에 테이퍼 돌출부 및 다단 돌출부가 형성되는 금속층을 포함하고, 테이퍼 돌출부가 형성된 금속층의 외주와 다른 금속층의 간격은 다단 돌출부가 형성된 금속층의 외주와 다른 금속층의 간격보다 좁게 형성된다.
테이퍼 돌출부는 금속층의 외주와 연결되고 세라믹 기판에 직교하는 가상선보다 세라믹 기재의 외주 방향으로 돌출되고, 세라믹 기재 방향으로 오목한 형상으로 형성되고, 세라믹 기재 방향으로 갈수록 돌출 길이가 증가할 수 있다. 이때, 테이퍼 돌출부는 세라믹 기판의 외주 방향으로 돌출된 길이가 금속층의 두께보다 짧은 길이로 형성될 수 있다.
다단 돌출부는 복수의 오목부가 형성되고, 오목부와 다른 오목부가 접하는 부분에 돌출부가 형성될 수 있다.
이때, 금속층은 다른 금속층과의 간격이 최대 설정 간격을 초과하면 다른 금속층과 인접한 외주에 다단 돌출부가 형성되고, 다른 금속층과의 간격이 최소 설정 간격 미만이면 다른 금속층과 인접한 외주에 테이퍼 돌출부가 형성될 수 있다.
금속층은 다른 금속층과의 간격이 최소 설정 간격 이상이고 최대 설정 간격 이하이면 다른 금속층과 인접한 외주에 테이퍼 돌출부 또는 다단 돌출부가 형성되되, 다른 금속층에 테이퍼 돌출부가 형성되면 다른 금속층과 인접한 외주에 다단 돌출부가 형성되고, 다른 금속층에 다단 돌출부가 형성되면 다른 금속층과 인접한 외주에 테이퍼 돌출부가 형성될 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판 제조방법은 세라믹 기재를 준비하는 단계, 세라믹 기재의 적어도 일면에 금속층을 형성하는 단계, 금속층의 일면에 상호 이격된 복수의 마스크를 형성하는 단계 및 복수의 마스크에 의해 노출된 금속층의 일부를 식각하여 테이퍼 돌출부 및 다단 돌출부를 구비하는 돌출부를 형성하는 단계를 포함하고, 테이퍼 돌출부가 형성된 금속층의 외주와 다른 금속층의 간격은 다단 돌출부가 형성된 금속층의 외주와 다른 금속층의 간격보다 좁게 형성된다.
돌출부를 형성하는 단계는 금속층의 외주와 연결되고 세라믹 기판에 직교하는 가상선보다 세라믹 기재의 외주 방향으로 돌출되는 테이퍼 돌출부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
돌출부를 형성하는 단계는 세라믹 기재 방향으로 오목하고, 세라믹 기재 방향으로 갈수록 돌출 길이가 증가하는 테이퍼 돌출부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 돌출부를 형성하는 단계는 세라믹 기판의 외주 방향으로 돌출된 길이가 금속층의 두께보다 짧은 길이를 갖는 테이퍼 돌출부를 형성하는 단계, 복수의 오목부가 형성되고, 오목부와 다른 오목부가 접하는 부분에 돌출부가 형성되는 다단 돌출부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
돌출부를 형성하는 단계는 금속층과 다른 금속층과의 간격이 최대 설정 간격을 초과하면 다른 금속층과 인접한 금속층의 외주에 다단 돌출부를 형성하는 단계, 금속층과 다른 금속층과의 간격이 최소 설정 간격 미만이면 다른 금속층과 인접한 금속층의 외주에 테이퍼 돌출부를 형성하는 단계, 금속층과 다른 금속층과의 간격이 최소 설정 간격 이상이고 최대 설정 간격 이하이고 다른 금속층에 테이퍼 돌출부가 형성되면 다른 금속층과 인접한 금속층의 외주에 다단 돌출부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 돌출부를 형성하는 단계는 금속층과 다른 금속층과의 간격이 최소 설정 간격 이상이고 최대 설정 간격 이하이고 다른 금속층에 다단 돌출부가 형성되면 다른 금속층과 인접한 금속층의 외주에 테이퍼 돌출부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
마스크를 형성하는 단계는 금속층의 면적보다 좁은 면적을 갖는 마스크를 금속층의 일면에 배치하는 단계, 마스크가 삽입되는 삽입 홀이 형성되고, 마스크와 이격되어 배치되는 하나 이상의 서브 마스크를 금속층에 배치하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 세라믹 기판 및 그 제조방법은 종래의 딤플형 세라믹 AMB 기판에 비해 금속층의 면적이 증가하여 전기전도도, 열저항 등의 전기적 특성이 향상되면서, 종래의 딤플형 세라믹 AMB 기판과 동등한 수준의 내균열성 및 내분리성을 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 세라믹 기판 및 그 제조방법은 종래의 딤플형 세라믹 AMB 기판에 비해 상대적으로 넓은 면적으로 형성되기 때문에 동등한 전기적 특성을 형성하는 경우 상대적으로 높은 내균열성 및 내분리성을 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 세라믹 기판 및 그 제조방법은 종래의 딤플형 세라믹 AMB 기판에 비해 상대적으로 넓은 면적으로 형성되기 때문에 강도, 접합 강도를 강하게 유지할 수 있고, 미세패턴에도 적용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 세라믹 기판 및 그 제조방법은 종래의 세라믹 AMB 기판에 비해 사용 수명을 연장하면서 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한, 세라믹 기판 및 그 제조방법은 테이퍼 돌출부의 형성시 마스크(즉, 드라이 필름)의 에칭형태를 조절함으로써, 2~3차례의 추가 에칭 작업을 수행하지 않기 때문에 후공정 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 세라믹 기판 및 그 제조방법은 금속층에 테이퍼 돌출부를 형성함으로써, 금속층 외주(Edge)에 에너지를 분산시켜 AMB IGBT(insulated gate bipolar mode transistor) 기판의 장기 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1 내지 도 3은 종래의 세라믹 AMB 기판을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판을 설명하기 위한 도면.
도 5 내지 도 10은 도 4의 금속층을 설명하기 위한 도면.
도 11 및 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판 제조방법을 설명하기 위한 도면.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판(100)은 세라믹 기재(120) 및 금속층(140)을 포함하여 구성된다.
세라믹 기재(120)는 ZTA(Zirconia Toughened Alumina), 질화알루미늄(AlN), 산화알루미늄(알루미나, Al2O3), 질화규소(SiN, Si3N4) 중 하나의 세라믹 재질로 형성된다. 세라믹 기재(120)는 ZTA, 질화알루미늄, 산화알루미늄, 질화규소 중 하나 이상을 포함하는 합성 세라믹 재질로 형성될 수도 있다.
예를 들어, 세라믹 기재(120)는 ZTA가 대략 9% 또는 15% 정도의 조성비를 갖고, 질화알루미늄, 산화알루미늄, 질화규소 중 적어도 하나가 나머지 조성비(대략 91%, 85% 정도)를 갖도록 형성될 수 있다.
세라믹 기재(120)는 이외에도 전력 모듈 등에 사용 가능한 세라믹 소재로 변형 실시 가능하다.
세라믹 기재(120)는 조성비에 따라 대략 0.32 mm 내지 0.635 mm 정도의 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 이때, 세라믹 기재(120)는 금속층(140)과의 접합력을 강화시키기 위해 표면에 화학약품 또는 물리적 연마를 통해 미세 돌기부가 형성될 수도 있다.
금속층(140)은 금속 박막으로 구성된다. 이때, 금속층(140)은 구리(Cu) 분말로 형성된 동박으로 형성될 수 있다. 금속층(140)은 구리(Cu) 분말, 은(Ag) 분말, 알루미늄(Al) 분말, 니켈(Ni) 분말, 주석(Sn) 분말, 인(In) 분말 중 어느 하나를 포함하는 금속 박막 또는 혼합 금속 박막으로 형성될 수 있다. 금속층(140)은 TiCu, NiTi, TiCu, NiNb, CuMo, TiAg 등과 같은 혼합 금속 박막으로 형성될 수도 있다.
금속층(140)은 세라믹 기재(120)의 적어도 일면에 접합된다. 즉, 금속층(140)은 브레이징 공정을 통해 세라믹 기재(120)의 일면에 직접 접합된다. 이때, 금속층(140)은 세라믹 기재(120)와의 사이에 개재되는 접합층을 통해 세라믹 기재(120)에 접합될 수도 있다.
금속층(140)은 세라믹 기재(120)보다 좁은 면적으로 갖도록 형성되며, 금속층(140)의 외주가 세라믹 기재(120)의 외주와 소정 간격 이격되어 세라믹 기재(120)의 일면 내측에 접합된다.
금속층(140)은 테이퍼(Taper) 돌출부(142) 및 다단 돌출부(144)가 외주에 형성된다.
도 5를 참조하면, 테이퍼 돌출부(142)는 하부로 갈수록 세라믹 기재(120)의 외주 방향으로 경사를 갖는 형상으로 형성된다. 테이퍼 돌출부(142)는 금속층(140)의 외주 상부와 연결되고 세라믹 기판(100)에 직교하는 가상선(A)보다 세라믹 기재(120)의 외주 방향으로 돌출되도록 형성된다. 테이퍼 돌출부(142)는 곡선 형태의 경사를 갖는 형상으로, 세라믹 기재(120) 방향으로 오목한 형상으로 형성될 수 있다.
이때, 테이퍼 돌출부(142)는 세라믹 기재(120) 방향으로 갈수록 돌출 길이가 증가하며, 금속층(140)의 두께(D1)의 대략 1/2 이하의 길이(D2)를 갖도록 형성된다. 여기서, 테이퍼 돌출부(142)는 금속층(140)의 두께(D1)의 대략 1/2 이하의 길이(D2)를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.
테이퍼 돌출부(142)는 다단 돌출부(144)에 비해 상대적으로 좁기 때문에 접합 강도가 약한 대신 외주 방향으로 돌출되는 면적이 좁기 때문에 금속층(140)간의 간격이 좁은 경우에도 접합 강도를 유지할 수 있다.
다단 돌출부(144)는 복수의 오목부가 형성되어 복수의 단을 갖는 형상으로 형성된다. 다단 돌출부(144)는 금속층(140)의 외주 상부와 연결되고 세라믹 기판(100)에 직교하는 가상선(A)보다 세라믹 기재(120)의 외주 방향으로 돌출되도록 형성된다.
도 6을 참조하면, 다단 돌출부(144)는 2개의 오목부(146)가 형성되어 2단으로 구성될 수 있다. 물론, 도 7에 도시된 바와 같이, 다단 돌출부(144)는 3개의 오목부(146)가 형성되어 3단으로 구성될 수도 있다. 이때, 다단 돌출부(144)는 오목부(146)와 다른 오목부(146)가 접하는 부분에 뾰족한 형상의 돌출부가 형성될 수 있다.
이때, 다단 돌출부(144)는 세라믹 기재(120)와 접합되는 면적이 테이퍼 돌출부(142)에 비해 상대적으로 넓기 때문에 접합 강도를 강하게 유지할 수 있는 대신, 외주 방향으로 돌출되는 면적이 넓기 때문에 금속층(140)간의 간격이 좁은 경우에는 적용이 어렵다.
금속층(140)은 이웃한 다른 금속층(140)과의 간격에 따라 다른 금속층(140)과 인접한 외주에 서로 다른 형상의 돌출부(즉, 테이퍼 돌출부(142), 다단 돌출부(144))가 형성된다.
금속층(140)은 다른 금속층(140)과의 간격이 최대 설정 간격을 초과하면 인접한 외주에 다단 돌출부(144)가 형성된다. 예를 들어, 도 8을 참조하면, 금속층(140a)과 다른 금속층(140b)의 간격(D)이 최대 설정 간격을 초과하면, 금속층(140a)과 다른 금속층(140b)은 서로 인접한 외주에 다단 돌출부(144)가 형성된다.
금속층(140)은 다른 금속층(140)과의 간격이 최소 설정 간격 미만이면 인접한 외주에 테이퍼 돌출부(142)가 형성된다. 예를 들어, 도 9를 참조하면, 금속층(140a)과 다른 금속층(140b)의 간격이 최소 설정 간격 미만이면, 금속층(140a) 및 다른 금속층(140b)은 인접한 외주에 테이퍼 돌출부(142)가 형성된다.
금속층(140)은 다른 금속층(140)의 간격이 최소 설정 간격 이상 최대 설정 간격 이하이면 다른 금속층(140)에 인접한 외주에 테이퍼 돌출부(142) 또는 다단 돌출부(144)가 형성된다. 이때, 금속층(140)은 다른 금속층(140)에 테이퍼 돌출부(142)가 형성되면 다단 돌출부(144)가 형성되고, 다른 금속층(140)에 다단 돌출부(144)가 형성되면 테이퍼 돌출부(142)가 형성된다.
예를 들어, 도 10을 참조하면, 다른 금속층(140)의 간격이 최소 설정 간격 이상 최대 설정 간격 이하이고, 다른 금속층(140b)의 외주에 테이퍼 돌출부(142)가 형성되면, 금속층(140a)은 다른 금속층(140b)와 인접한 외주에 다단 돌출부(144)가 형성된다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판 제조방법은 세라믹 기재(120) 준비 단계(S100), 금속층(140)을 형성하는 단계(S200), 마스크(160) 형성 단계(S300), 돌출부 형성 단계(S400) 및 마스크(160) 제거 단계(S500)를 포함한다.
세라믹 기재(120) 준비 단계(S100)는 ZTA, 질화알루미늄, 산화알루미늄(알루미나), 질화규소 중 하나의 세라믹 재질로 형성되는 세라믹 기재(120)를 준비한다. 이때, 세라믹 기재(120) 준비 단계(S100)는 ZTA, 질화알루미늄, 산화알루미늄, 질화규소 중 하나 이상을 포함하는 합성 세라믹 재질로 형성될 수도 있다.
예를 들어, 세라믹 기재(120) 준비 단계(S100)는 ZTA가 대략 9% 또는 15% 정도의 조성비를 갖고, 질화알루미늄, 산화알루미늄, 질화규소 중 적어도 하나가 나머지 조성비(대략 91%, 85% 정도)를 갖는 세라믹 기재(120)를 준비한다.
세라믹 기재(120) 준비 단계(S100)는 조성비에 따라 대략 0.32 mm 내지 0.635 mm 정도의 두께를 갖는 세라믹 기재(120)를 준비한다.
이때, 세라믹 기재(120) 준비 단계(S100)는 금속층(140)과의 접합력을 강화시키기 위해 세라믹 기재(120)의 표면에 미세 돌기부를 형성할 수도 있다. 즉, 세라믹 기재(120) 준비 단계(S100)는 약품을 이용한 화학적 처리 또는 연마, 샌드 블라스트 등을 이용한 물리적 처리로 세라믹 기재(120)의 표면을 거칠게 하여 미세 돌기부를 형성한다. 이외에도 세라믹 기재(120)의 표면을 거칠게 하는 어떠한 예로도 변형실시될 수 있다.
금속층(140) 형성 단계(S200)는 세라믹 기재(120)의 적어도 일면에 금속층(140)을 형성한다. 이때, 금속층(140) 형성 단계(S200)는 금속 박막을 세라믹 기재(120)의 적어도 일면에 접합하여 금속층(140)을 형성한다. 금속층(140) 형성 단계(S200)는 세라믹 기재(120)의 적어도 일면을 모두 덮도록 금속층(140)을 형성한다.
금속층(140) 형성 단계(S200)는 브레이징 공정을 통해 세라믹 기재(120)의 일면에 금속 박막을 접합하여 금속층(140)을 형성하거나, 세라믹 기재(120)와 급속 박막 사이에 접합층을 개재하여 금속층(140)을 형성할 수 있다.
금속층(140) 형성 단계(S200)는 구리(Cu) 분말, 은(Ag) 분말, 알루미늄(Al) 분말, 니켈(Ni) 분말, 주석(Sn) 분말, 인(In) 분말 중 어느 하나를 포함하는 금속 박막 또는 혼합 금속 박막을 세라믹 기재(120)의 일면에 접합하여 금속층(140)을 형성할 수 있다.
금속층(140) 형성 단계(S200)는 TiCu, NiTi, TiCu, NiNb, CuMo, TiAg 등과 같은 혼합 금속 박막을 세라믹 기재(120)의 일면에 접합하여 금속층(140)을 형성할 수도 있다.
마스크(160) 형성 단계(S300)는 금속층(140)의 일면에 복수의 마스크(160)를 형성한다. 즉, 마스크(160) 형성 단계(S300)는 세라믹 기재(120) 상에 형성하고자 하는 패턴 형상에 따라 복수의 마스크(160)를 배치한다. 이때, 금속층(140)의 외주와 마스크(160)의 외주가 상호 이격되도록 배치하여 복수의 마스크(160)가 금속층(140)의 일면 내측에 배치되도록 한다. 마스크(160) 형성 단계(S300)는 배치된 복수의 마스크(160)를 노광한 후 경화시켜 금속층(140)의 일면에 복수의 마스크(160)를 형성한다.
마스크(160) 형성 단계(S300)는 세라믹 기재(120) 및 금속층(140)의 면적보다 좁은 면적을 갖는 복수의 마스크(160; 예를 들면, 드라이 필름)를 금속층(140)의 일면에 배치한다. 복수의 마스크(160)는 각각 독립된 금속층(140)을 형성하기 위기 위해 소정 형성으로 형성되며, 상호간 소정 간격 이격 배치된다.
이때, 마스크(160) 형성 단계(S300)는 마스크(160)에 의해 형성되는 패턴들 간의 간격에 따라 다단 돌출부(144)가 형성되는 부분에 마스크(160)와 소정 간격 이격되는 서브 마스크(162)가 배치된다.
돌출부 형성 단계(S400)는 금속층(140)을 에칭하여 외주에 테이퍼 돌출부(142)를 형성한다. 즉, 돌출부 형성 단계(S400)는 복수의 마스크(160)에 의해 노출된 금속층(140)의 일부를 에칭액(예를 들면, 염화제이철(FeCl3))으로 식각하여, 금속층(140)의 하부로 갈수록 세라믹 기재(120)의 외주 방향으로 경사를 갖는 테이퍼 돌출부(142)를 형성한다.
돌출부 형성 단계(S400)는 기본형 세라믹 AMB 기판과 동일한 농도, 시간, 속도(정도)로 에칭하는 경우 금속층(140)의 외주부가 내측으로 경사진 형태로 형성된다.
따라서, 돌출부 형성 단계(S400)는 기본형 세라믹 AMB 기판의 제조시 사용되는 에칭액보다 낮은 농도의 에칭액으로 금속층(140)의 외주부를 식각하거나, 에칭 시간을 짧게 하거나, 에칭 속도(정도)를 느리게 하는 것이 바람직하다.
이에, 종래의 기본형 세라믹 AMB 기판의 제조시 에칭 가공도를 100%로 가정할 경우, 돌출부 형성 단계(S400)는 대략 85% 정도의 에칭 가공도로 테이퍼 돌출부(142)를 형성한다.
물론, 돌출부 형성 단계(S400)는 기본형 세라믹 AMB 기판의 제조시 에칭 속도보다 느린 에칭 속도로 금속층(140)의 외주부를 식각하거나, 기본형 세라믹 AMB 기판의 제조시 에칭 시간보다 짧은 에칭 시간으로 금속층(140)의 외주부를 식각할 수도 있다.
돌출부 형성 단계(S400)는 금속층(140)의 외주 상부와 연결되고 세라믹 기판(100)에 직교하는 가상선을 기준으로 세라믹 기재(120)의 외주 방향으로 돌출되고, 곡선 형태의 경사를 갖는 테이퍼 돌출부(142)를 형성한다.
돌출부 형성 단계(S400)는 금속층(140)의 두께의 대략 1/2 이하의 길이를 갖도록 테이퍼 돌출부(142)를 형성한다.
이와 동시에, 돌출부 형성 단계(S400)는 적어도 하나 이상의 오목부(146)를 갖는 다단 돌출부(144)가 형성된다. 즉, 돌출부 형성 단계(S400)는 마스크(160)와 서브 마스크(162) 사이에 형성되는 이격 공간에 해당하는 금속층(140)의 일부가 에칭액에 의해 식각되고, 서브 마스크(162)의 양측에 해당하는 금속층(140)의 일부가 에칭액에 의해 식각되어 금속층(140)의 외주에 두 개의 오목부(146)를 갖는 다단 돌출부(144)가 형성된다.
마스크(160) 제거 단계(S500)는 금속층(140)에 테이퍼 돌출부(142) 및 다단 돌출부(144)를 형성한 후 에칭액을 통해 금속층(140)의 일면에 배치된 마스크(160)를 식각한다. 이를 통해, 마스크(160) 식각 단계(S500)에서 마스크(160)가 제거되어 최종 상태의 세라믹 기판(100)이 제작된다.
상술한 바와 같이, 세라믹 기판 및 그 제조방법은 종래의 딤플형 세라믹 AMB 기판에 비해 금속층의 면적이 증가하여 전기전도도, 열저항 등의 전기적 특성이 향상되면서, 종래의 딤플형 세라믹 AMB 기판과 동등한 수준의 내균열성 및 내분리성을 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 세라믹 기판 및 그 제조방법은 종래의 딤플형 세라믹 AMB 기판에 비해 상대적으로 넓은 면적으로 형성되기 때문에 동등한 전기적 특성을 형성하는 경우 상대적으로 높은 내균열성 및 내분리성을 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 세라믹 기판 및 그 제조방법은 종래의 딤플형 세라믹 AMB 기판에 비해 상대적으로 넓은 면적으로 형성되기 때문에 강도, 접합 강도를 강하게 유지할 수 있고, 미세패턴에도 적용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 세라믹 기판 및 그 제조방법은 종래의 세라믹 AMB 기판에 비해 사용 수명을 연장하면서 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한, 세라믹 기판 및 그 제조방법은 테이퍼 돌출부의 형성시 마스크(즉, 드라이 필름)의 에칭형태를 조절함으로써, 2~3차례의 추가 에칭 작업을 수행하지 않기 때문에 후공정 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 세라믹 기판 및 그 제조방법은 금속층에 테이퍼 돌출부를 형성함으로써, 금속층 외주(Edge)에 에너지를 분산시켜 AMB IGBT(insulated gate bipolar mode transistor) 기판의 장기 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.
100: 세라믹 기판 120: 세라믹 기재
140: 금속층 142: 테이퍼 돌출부
144: 다단 돌출부 146: 오목부
160: 마스크 162: 서브 마스크

Claims (20)

  1. 세라믹 기재; 및
    상기 세라믹 기재의 적어도 일면에 접합되고, 외주에 테이퍼 돌출부 및 다단 돌출부가 형성되는 금속층을 포함하고,
    상기 테이퍼 돌출부가 형성된 상기 금속층의 외주와 다른 금속층의 간격은 상기 다단 돌출부가 형성된 상기 금속층의 외주와 다른 금속층의 간격보다 좁은 것을 특징으로 하는 세라믹 기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 테이퍼 돌출부는 상기 금속층의 외주와 연결되고 상기 세라믹 기판에 직교하는 가상선보다 상기 세라믹 기재의 외주 방향으로 돌출되는 세라믹 기판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 테이퍼 돌출부는 상기 세라믹 기재 방향으로 오목한 형상으로 형성되고, 상기 세라믹 기재 방향으로 갈수록 돌출 길이가 증가하는 세라믹 기판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 테이퍼 돌출부는 상기 세라믹 기판의 외주 방향으로 돌출된 길이가 상기 금속층의 두께보다 짧은 길이로 형성되는 세라믹 기판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 다단 돌출부는 복수의 오목부가 형성되고, 오목부와 다른 오목부가 접하는 부분에 돌출부가 형성되는 세라믹 기판.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 금속층은 다른 금속층과의 간격이 최대 설정 간격을 초과하면 상기 다른 금속층과 인접한 외주에 다단 돌출부가 형성되는 세라믹 기판.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 금속층은 다른 금속층과의 간격이 최소 설정 간격 미만이면 상기 다른 금속층과 인접한 외주에 테이퍼 돌출부가 형성되는 세라믹 기판.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 금속층은 다른 금속층과의 간격이 최소 설정 간격 이상이고 최대 설정 간격 이하이면 상기 다른 금속층과 인접한 외주에 테이퍼 돌출부 또는 다단 돌출부가 형성되는 세라믹 기판.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 금속층은,
    상기 다른 금속층에 테이퍼 돌출부가 형성되면 상기 다른 금속층과 인접한 외주에 다단 돌출부가 형성되고,
    상기 다른 금속층에 다단 돌출부가 형성되면 상기 다른 금속층과 인접한 외주에 테이퍼 돌출부가 형성되는 세라믹 기판.
  10. 세라믹 기재를 준비하는 단계;
    상기 세라믹 기재의 적어도 일면에 금속층을 형성하는 단계;
    상기 금속층의 일면에 상호 이격된 복수의 마스크를 형성하는 단계; 및
    상기 복수의 마스크에 의해 노출된 상기 금속층의 일부를 식각하여 테이퍼 돌출부 및 다단 돌출부를 구비하는 돌출부를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 테이퍼 돌출부가 형성된 상기 금속층의 외주와 다른 금속층의 간격은 상기 다단 돌출부가 형성된 상기 금속층의 외주와 다른 금속층의 간격보다 좁은 세라믹 기판 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 돌출부를 형성하는 단계는,
    상기 금속층의 외주와 연결되고 상기 세라믹 기판에 직교하는 가상선보다 상기 세라믹 기재의 외주 방향으로 돌출되는 테이퍼 돌출부를 형성하는 단계를 포함하는 세라믹 기판 제조방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 돌출부를 형성하는 단계는,
    상기 세라믹 기재 방향으로 오목하고, 상기 세라믹 기재 방향으로 갈수록 돌출 길이가 증가하는 테이퍼 돌출부를 형성하는 단계를 포함하는 세라믹 기판 제조방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 돌출부를 형성하는 단계는,
    상기 세라믹 기판의 외주 방향으로 돌출된 길이가 상기 금속층의 두께보다 짧은 길이를 갖는 테이퍼 돌출부를 형성하는 단계를 포함하는 세라믹 기판 제조방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 돌출부를 형성하는 단계는,
    복수의 오목부가 형성되고, 오목부와 다른 오목부가 접하는 부분에 돌출부가 형성되는 다단 돌출부를 형성하는 단계를 포함하는 세라믹 기판 제조방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 돌출부를 형성하는 단계는,
    상기 금속층과 다른 금속층과의 간격이 최대 설정 간격을 초과하면 상기 다른 금속층과 인접한 상기 금속층의 외주에 다단 돌출부를 형성하는 단계를 포함하는 세라믹 기판 제조방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 돌출부를 형성하는 단계는,
    상기 금속층과 다른 금속층과의 간격이 최소 설정 간격 미만이면 상기 다른 금속층과 인접한 상기 금속층의 외주에 테이퍼 돌출부를 형성하는 단계를 포함하는 세라믹 기판 제조방법.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 돌출부를 형성하는 단계는,
    상기 금속층과 다른 금속층과의 간격이 최소 설정 간격 이상이고 최대 설정 간격 이하이고 상기 다른 금속층에 테이퍼 돌출부가 형성되면 상기 다른 금속층과 인접한 상기 금속층의 외주에 다단 돌출부를 형성하는 단계를 포함하는 세라믹 기판 제조방법.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 돌출부를 형성하는 단계는,
    상기 금속층과 다른 금속층과의 간격이 최소 설정 간격 이상이고 최대 설정 간격 이하이고 상기 다른 금속층에 다단 돌출부가 형성되면 상기 다른 금속층과 인접한 상기 금속층의 외주에 테이퍼 돌출부를 형성하는 단계를 포함하는 세라믹 기판 제조방법.
  19. 제10항에 있어서,
    상기 마스크를 형성하는 단계는,
    상기 금속층의 면적보다 좁은 면적을 갖는 마스크를 상기 금속층의 일면에 배치하는 단계를 포함하는 세라믹 기판 제조방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 마스크를 형성하는 단계는,
    상기 마스크가 삽입되는 삽입 홀이 형성되고, 상기 마스크와 이격되어 배치되는 하나 이상의 서브 마스크를 상기 금속층에 배치하는 단계를 더 포함하는 세라믹 기판 제조방법.
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