KR20180037865A - 세라믹 기판 및 세라믹 기판 제조 방법 - Google Patents

세라믹 기판 및 세라믹 기판 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20180037865A
KR20180037865A KR1020160128622A KR20160128622A KR20180037865A KR 20180037865 A KR20180037865 A KR 20180037865A KR 1020160128622 A KR1020160128622 A KR 1020160128622A KR 20160128622 A KR20160128622 A KR 20160128622A KR 20180037865 A KR20180037865 A KR 20180037865A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
metal layer
copper
ceramic
base substrate
bonding layer
Prior art date
Application number
KR1020160128622A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102563423B1 (ko
Inventor
우경환
박익성
Original Assignee
주식회사 아모센스
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 주식회사 아모센스 filed Critical 주식회사 아모센스
Priority to KR1020160128622A priority Critical patent/KR102563423B1/ko
Publication of KR20180037865A publication Critical patent/KR20180037865A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102563423B1 publication Critical patent/KR102563423B1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/38Improvement of the adhesion between the insulating substrate and the metal
    • H05K3/381Improvement of the adhesion between the insulating substrate and the metal by special treatment of the substrate
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/03Use of materials for the substrate
    • H05K1/0306Inorganic insulating substrates, e.g. ceramic, glass
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/40Forming printed elements for providing electric connections to or between printed circuits
    • H05K3/4038Through-connections; Vertical interconnect access [VIA] connections

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)
  • Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)

Abstract

세라믹 기판 및 세라믹 기판 제조 방법은 구리 파우더와 결합제가 혼합된 구리 페이스트를 세라믹 기재에 인쇄 도포하여 접합층을 형성하고, 접합층의 표면에 금속층을 형성하여 세라믹 기재와 금속층의 접합 강도를 증가시키고 제품 단가를 최소화하도록 한다.

Description

세라믹 기판 및 세라믹 기판 제조 방법{CERAMIC SUBSTRATE AND CERAMIC SUBSTRATE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 세라믹 기판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 급격한 온도 변화에도 세라믹 기재와 금속박 간의 결합 상태를 견고하게 유지하는 세라믹 기판 및 세라믹 기판 제조 방법에 관한 것이다.
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 기판은 리드를 기존의 방열소재 위에 배치하는 구조보다 높은 방열 특성을 가질 뿐만 아니라, 방열판의 접착상태 검사 공정을 필요로 하지 않기 때문에 신뢰성이 향상되고 생산성과 일관성이 향상된 반도체 전력 모듈 등을 제공할 수 있다는 장점을 가진 기판이다.
일반적으로 세라믹 기판은 세라믹 기재의 표면에 동박과 같은 금속박을 일체로 부착시킨 기판으로, DBC 공정 또는 AMB 공정을 통해 알루미나(Alumina), ZTA(Zirconia Toughened Alumina), AlN 등의 세라믹 기재의 표면에 구리(Cu) 또는 알루미늄(Aluminum)의 포일(Foil)을 접합하여 제조된다.
하지만, 종래의 세라믹 기판은 세라믹 기재와 금속박 간의 열팽창률(또는 열팽창계수) 등의 물성 차이로 인해 급속한 온도 변화가 발생하는 경우 금속박의 균열이 발생하거나, 금속박이 세라믹 기재로부터 분리되는 문제점이 있다.
일례로, 세라믹 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)을 수행하면, 대략 300 Cycle을 넘지 못하고 금속박에 내부 균열이 발생하거나, 금속박이 세라믹 기재로부터 층분리된다.
세라믹 기판을 전력 관련 기판으로 사용하기 위해서는 장기 수명이 요구되고 있어, 내부 균열 및 층분리의 발생을 늦추기 위해 고강도를 갖는 Si3N4, SiC를 세라믹 기판에 적용하는 기술이 검토되고 있다.
하지만, Si3N4, SiC는 고강도를 갖지만 고가이기 때문에 제품 단가가 증가하여 제품 경쟁력이 저하되는 문제점이 있다.
한국특허공개 제10-2010-0068593호(명칭: 세라믹 소재 기판에 동박을 적층시키는 방법)
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 구리 파우더와 결합제가 혼합된 구리 페이스트를 세라믹 기재에 인쇄 도포한 접합층에 금속층을 형성하여 세라믹 기재와 금속층의 접합 강도를 증가시키고 제품 단가를 최소화하도록 한 세라믹 기판 및 세라믹 기판 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판 제조 방법은 세라믹 재질인 베이스 기재를 준비하는 단계, 베이스 기재의 적어도 일면에 구리 페이스트를 인쇄하여 접합층을 형성하는 단계 및 접합층의 일면에 금속층을 형성하는 단계를 포함한다.
베이스 기재를 준비하는 단계는 알루미나(Alumina), ZTA(Zirconia Toughened Alumina), AlN 및 Si3N4 중 어느 하나를 포함하는 세라믹 재질을 소성하여 베이스 기재를 준비하는 단계를 포함할 수 있다. 베이스 기재를 준비하는 단계는 베이스 기재를 관통하는 비아홀을 형성하는 단계 및 비아홀 내부에 도전성 재질을 충진하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 도전성 재질을 충진하는 단계에서는 구리, 텅스텐 및 은 중 하나이거나, 구리, 텅스텐 및 은 중 적어도 하나를 포함하는 합금인 도전성 재질을 비아홀 내부에 충진할 수 있다.
접합층을 형성하는 단계는 구리 파우더, 세라믹 금속 산화물, Glass Frit 및 유기용제가 혼합된 구리 페이스트를 베이스 기재에 인쇄하여 접합층을 형성하는 단계를 포함하고, 구리 파우더, 세라믹 금속 산화물, Glass Frit 및 유기용제의 성분 합을 100%로 하였을 때, 구리 파우더는 80% 이상 85% 이하, 세라믹 금속 산화물은 1% 이상 5% 이하, Glass Frit은 1% 이상 5% 이하, 유기용제는 5% 이상 18% 이하일 수 있다.
금속층을 형성하는 단계는 구리 및 알루미늄 중 하나이거나, 구리를 포함하는 합금 또는 클래드(Clad)인 도전성 금속을 접합층의 일면에 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판 제조 방법은 금속층의 일면에 다른 금속층을 형성하는 단계를 더 포함하고, 다른 금속층을 형성하는 단계에서는 다른 도전성 금속의 조성 및 두께 중 적어도 하나를 도전성 금속과 다르게 형성할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판은 세라믹 재질인 베이스 기재, 베이스 기재의 적어도 일면에 형성된 구리 페이스트인 접합층 및 접합층의 일면에 형성된 금속층을 포함할 수 있다.
이때, 베이스 기재는 알루미나(Alumina), ZTA(Zirconia Toughened Alumina), AlN 및 Si3N4 중 어느 하나를 포함하고, 도전성 재질이 충진된 비아홀이 형성되되, 도전성 재질은 구리, 텅스텐 및 은 중 하나이거나, 구리, 텅스텐 및 은 중 적어도 하나를 포함하는 합금일 수 있다.
접합층은 구리 파우더, 세라믹 금속 산화물, Glass Frit 및 유기용제가 혼합된 구리 페이스트이고, 구리 파우더, 세라믹 금속 산화물, Glass Frit 및 유기용제의 성분 합을 100%로 하였을 때, 구리 파우더는 80% 이상 85% 이하, 세라믹 금속 산화물은 1% 이상 5% 이하, Glass Frit은 1% 이상 5% 이하, 유기용제는 5% 이상 18% 이하일 수 있다.
금속층은 구리 및 알루미늄 중 하나이거나, 구리를 포함하는 합금 또는 클래드(Clad)일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판은 금속층의 일면에 형성된 다른 금속층을 더 포함하고, 다른 금속층은 조성 및 두께 중 적어도 하나가 금속층과 다르게 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 세라믹 기판 및 세라믹 기판 제조 방법은 구리 파우더와 결합제가 혼합된 구리 페이스트를 세라믹 기재에 인쇄 도포한 접합층에 금속층을 형성함으로써, 세라믹 기재와 금속층 간의 열팽창률(또는 열팽창계수) 등의 물성 차이를 완화하여 이종 접합 저항을 최소화할 수 있다.
또한, 세라믹 기판 및 세라믹 기판 제조 방법은 구리 파우더와 결합제가 혼합된 구리 페이스트를 세라믹 기재에 인쇄 도포한 접합층에 금속층을 형성하여 내열충격 성능을 향상시킴으로써, 종래의 세라믹 기판에 비해 사용 수명을 연장하여 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한, 세라믹 기판 및 세라믹 기판 제조 방법은 구리 파우더와 결합제가 혼합된 구리 페이스트를 세라믹 기재에 인쇄 도포한 접합층에 금속층을 형성하여 이종 접합 저항을 최소화함으로써, 종래의 세라믹 기판에 비해 상대적으로 높은 내균열성 및 내분리성을 구현하여 내열충격 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 세라믹 기판 및 세라믹 기판 제조 방법은 구리 파우더와 결합제가 혼합된 구리 페이스트를 세라믹 기재에 인쇄 도포한 접합층에 금속층을 형성하여 이종 접합 저항을 최소화함으로써, 세라믹 기재의 상면 및 하면에 형성되는 전극 패턴(즉, 금속층을 식각하여 형성되는 패턴)들 간의 면적 및 두께를 비대칭으로 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 세라믹 기판 및 세라믹 기판 제조 방법은 구리 파우더와 결합제가 혼합된 구리 페이스트를 세라믹 기재에 인쇄 도포한 접합층에 금속층을 형성함으로써, 내열충격 성능을 확보하기 위해 Si3N4, SiC을 적용한 종래의 세라믹 기판에 비해 상대적으로 낮은 제품 단가로 생산이 가능하며, 제조 공정을 단순화할 수 있는 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
도 3 및 도 4는 도 1의 베이스 기재를 준비하는 단계를 설명하기 위한 도면.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판 제조 방법의 변형예를 설명하기 위한 도면.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판을 설명하기 위한 도면.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판의 일례를 설명하기 위한 도면.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판의 변형예를 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 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판 제조 방법은 베이스 기재(120)를 준비하는 단계(S100), 베이스 기재(120)에 구리 페이스트를 인쇄하여 접합층(140)을 형성하는 단계(S200) 및 접합층(140)의 일면에 금속층(160)을 형성하는 단계(S300)를 포함한다.
베이스 기재(120)를 준비하는 단계(S100)는 세라믹 재질의 베이스 기재(120)를 준비한다. 이때, 베이스 기재(120)를 준비하는 단계(S100)는 대략 0.15㎜ 이상의 두께를 갖는 베이스 기재(120)를 준비한다.
베이스 기재(120)를 준비하는 단계(S100)는 알루미나(Alumina), ZTA(Zirconia Toughened Alumina), AlN 및 Si3N4 중 하나의 재질로 형성된 세라믹 기재(즉, 그린 시트)를 베이스 기재(120)로 준비한다. 이때, 베이스 기재(120)를 준비하는 단계(S100)는 알루미나(Alumina), ZTA(Zirconia Toughened Alumina), AlN 및 Si3N4 중 하나 이상을 포함하는 세라믹 기재를 베이스 기재(120)로 준비할 수도 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 베이스 기재(120)를 준비하는 단계(S100)는 베이스 기재(120)에 비아홀(122)을 형성하는 단계(S120) 및 비아홀(122)에 도전성 재질을 충진하는 단계(S140)를 포함할 수 있다.
비아홀(122)을 형성하는 단계(S120)는 베이스 기재(120)를 관통하는 비아홀(122)을 형성한다. 이때, 비아홀(122)을 형성하는 단계(S120)는 베이스 기재(120)를 관통하는 복수의 비아홀(122)을 형성할 수도 있다.
비아홀(122)에 도전성 재질을 충진하는 단계(S140)는 구리, 텅스텐 및 은 중 하나인 도전성 재질을 비아홀(122) 내에 충진한다. 비아홀(122)에 도전성 재질을 충진하는 단계(S140)는 구리, 텅스텐 및 은 중 적어도 하나를 포함하는 합금인 도전성 재질을 비아홀(122) 내부에 충진할 수도 있다. 이를 통해, 비아홀(122)에 도전성 재질을 충진하는 단계(S140)는 베이스 기재(120)의 상면 및 하면에 각각 형성되는 금속층(160)들을 연결하는 연결 금속층(124)을 형성한다.
이때, 비아홀(122)에 도전성 재질을 충진하는 단계(S140)는 도전성 페이스트를 인쇄하여 비아홀(122)을 충진할 수 있다. 비아홀(122)에 도전성 재질을 충진하는 단계(S140)는 비아홀(122)의 형상에 대응되는 슬러그 타입의 도전체를 비아홀(122) 내에 삽입하여 비아홀(122)을 충진할 수도 있다.
접합층(140)을 형성하는 단계(S200)는 구리 페이스트를 인쇄하여 베이스 기재(120)의 적어도 일면에 접합층(140)을 형성한다. 이때, 접합층(140)을 형성하는 단계(S200)는 대략 5㎛ 이상 50㎛ 이하의 두께 갖는 접합층(140)을 형성한다. 접합층(140)을 형성하는 단계(S300) 이전에 베이스 기재(120)와 접합층(140)의 원활한 결합을 위해 구리 페이스트를 인쇄하기 전에 탈지 공정을 수행할 수도 있다.
접합층(140)을 형성하는 단계(S200)는 구리 파우더 및 결합제가 혼합된 구리 페이스트를 베이스 기재(120)에 인쇄하여 접합층(140)을 형성한다. 이때, 결합제는 세라믹 금속 산화물, Glass Frit 및 유기용제 중 적어도 하나를 포함한다. 여기서, 구리 파우더, 세라믹 금속 산화물, Glass Frit 및 유기용제의 성분 합을 100%로 하였을 때, 구리 파우더는 80% 이상 85% 이하, 세라믹 금속 산화물은 1% 이상 5% 이하, Glass Frit은 1% 이상 5% 이하, 유기용제는 5% 이상 18% 이하일 수 있다.
금속층(160)을 형성하는 단계(S300)는 접합층(140)의 일면에 금속층(160)을 형성한다. 이때, 금속층(160)을 형성하는 단계(S300)는 금속박을 접합층(140)에 적층한 후 열처리를 통해 접합한다. 금속층(160)을 형성하는 단계(S300)는 열처리시 금속층(160)의 산화를 방지하기 위해 분위기 또는 진공에서 고온 고압을 가하여 열처리를 수행한다. 이때, 금속층(160)을 형성하는 단계(S300)는 분위기 조성을 위해 N2, H2 및 Ar 등의 불활성 기체를 사용할 수 있다.
여기서, 금속층(160)을 형성하는 단계(S300)는 금속박을 접합층(140)에 적층된 상태에서 대략 800℃ 이상 900℃ 이하의 온도로 가열 가압함에 따라 접착층을 구성하는 구리 페이스트에 포함된 무기질 바인더(즉, 세라믹 금속화합물 및 Class Frit) 및 확산 접합에 의해 금속층(160)을 베이스 기재(120)에 접합한다.
금속층(160)을 형성하는 단계(S300)는 구리, 알루미늄 등의 도전성 금속인 금속박을 접합층(140)에 접합하여 금속층(160)을 형성한다. 금속층(160)을 형성하는 단계(S300)는 구리를 포함하는 합금, 구리를 포함하는 클래드(Clad) 등의 도전성 금속을 접합층(140)에 접합하여 금속층(160)을 형성할 수도 있다. 이때, 금속층(160)을 형성하는 단계(S300)는 대략 0.1㎜ 이상의 두께로 금속층(160)을 형성한다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판 제조 방법은 금속층(160)의 일면에 다른 금속층(180)을 형성하는 단계(S400)를 더 포함할 수 있다.
이때, 다른 금속층(180)을 형성하는 단계(S400)는 금속층(160)과 다른 조성 또는 다른 두께를 갖는 다른 금속층(180)을 금속층(160) 상에 형성한다. 다른 금속층(180)을 형성하는 단계(S400)는 금속층(160)과 다른 조성 및 두께를 갖는 다른 금속층(180)을 금속층(160) 상에 형성할 수도 있다. 여기서, 다른 금속층(180)을 형성하는 단계(S400)는 금속층(160)과 다른 금속층(180) 사이에 다른 접합층(미도시)을 형성할 수도 있다.
이상에서는 베이스 기재(120)의 적어도 일면에 금속층(160)을 형성한 세라믹 기판을 제조하는 방법을 일례로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 금속층(160)의 상면 및 하면에 베이스 기재(120)를 접합한 세라믹 기판, 베이스 기재(120)의 적어도 일면에 금속층(160)이 형성된 단위 기판을 복수개 접합한 세라믹 기판 등과 같이 다양한 형태의 세라믹 기판을 형성할 수 있다. 이때, 베이스 기재(120)와 세라믹 기판 사이에는 상술한 접합층(140)을 형성하는 단계(S200)를 통해 접합층(140)을 형성하여 베이스 기재(120)와 세라믹 기판을 접합하는 것이 바람직하다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판은 베이스 기재(120), 접합층(140) 및 금속층(160)을 포함한다. 이하에서는 베이스 기재(120)의 적어도 일면에 금속층(160)을 형성한 세라믹 기판을 제조하는 방법을 일례로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 금속층(160)의 상면 및 하면에 베이스 기재(120)를 접합한 세라믹 기판, 베이스 기재(120)의 적어도 일면에 금속층(160)이 형성된 단위 기판을 복수개 접합한 세라믹 기판 등과 같이 다양한 형태의 세라믹 기판을 형성할 수 있다. 이때, 베이스 기재(120)와 세라믹 기판 사이에는 접합층(140)을 형성하여 베이스 기재(120)와 세라믹 기판을 접합하는 것이 바람직하다.
베이스 기재(120)는 세라믹 재질로 형성된다. 이때, 베이스 기재(120)는 대략 0.15㎜ 이상의 두께로 형성된다.
베이스 기재(120)는 알루미나(Alumina), ZTA(Zirconia Toughened Alumina), AlN 및 Si3N4 중 어느 하나인 세라믹 그린 시트를 소성하여 형성된다. 베이스 기재(120)는 알루미나(Alumina), ZTA, AlN 및 Si3N4 중 하나 이상을 포함하는 세라믹 그린 시트를 소성하여 형성될 수도 있다.
도 8을 참조하면, 베이스 기재(120)에는 비아홀(122)이 형성된다. 비아홀(122)은 베이스 기재(120)를 관통하도록 형성된다. 베이스 기재(120)에는 복수의 비아홀(122)이 형성될 수도 있다.
비아홀(122)의 내부에는 도전성 재질이 충진되어 형성된 연결 금속층(124)이 형성된다. 이때, 연결 금속층(124)은 구리, 텅스텐 및 은 중 하나인 것을 일례로 한다. 연결 금속층(124)은 구리, 텅스텐 및 은 중 적어도 하나를 포함하는 합금일 수도 있다.
연결 금속층(124)은 전도성 페이스트를 인쇄하여 비아홀(122)을 채우거나, 비아홀(122)의 형상에 대응되는 슬러그 타입의 도전체를 비아홀(122) 내에 삽입하여 형성될 수 있다.
접합층(140)은 베이스 기재(120)의 적어도 일면에 형성된다. 접합층(140)은 구리 페이스트를 베이스 기재(120)에 인쇄 도포하여 형성된다. 이때, 접합층(140)을 대략 5㎛ 이상 50㎛ 이하의 두께로 형성될 수 있다.
접합층(140)은 구리 파우더, 세라믹 금속 산화물, Glass Frit 및 유기용제가 혼합된 구리 페이스트일 수 있다. 이때, 구리 파우더, 세라믹 금속 산화물, Glass Frit 및 유기용제의 성분 합을 100%로 하였을 때, 구리 파우더는 80% 이상 85% 이하, 세라믹 금속 산화물은 1% 이상 5% 이하, Glass Frit은 1% 이상 5% 이하, 유기용제는 5% 이상 18% 이하일 수 있다.
금속층(160)은 접합층(140)의 일면에 형성된다. 금속층(160)은 접합층(140)에 금속박을 적층한 후 열처리를 통해 형성된다. 즉, 접합층(140)에 금속박을 적층한 후 열처리를 수행함에 따라 접합층(140)에 의해 금속층(160)이 베이스 기재(120)에 접합된다. 여기서, 금속박이 접합층(140)에 적층된 상태에서 대략 800℃ 이상 900℃ 이하의 온도로 가열 가압함에 따라, 접착층을 구성하는 구리 페이스트에 포함된 무기질 바인더(즉, 세라믹 금속화합물 및 Class Frit)에 의한 접합 및 확산 접합에 의해 금속층(160)이 베이스 기재(120)에 접합된다.
금속층(160)은 구리 및 알루미늄 중 하나로 형성된 도전성 금속박일 수 있다. 금속층(160)은 구리를 포함하는 합금, 구리를 포함하는 클래드(Clad)일 수도 있다. 이때, 금속층(160)은 대략 0.1㎜ 이상의 두께로 형성된다.
도 9를 참조하면, 세라믹 기판은 두께가 대략 635(±64)㎛ 정도이고, 밀도가 대략 3.95(g/㎤) 정도이고, 열전도율이 대략 18~25(W/(m·K)) 정도인 베이스 기재(120)의 상면 및 하면에 두께가 대략 30(±10)㎛ 정도이고, 밀도가 대략 7.6~8.9(g/㎤) 정도이고, 열전도율이 대략 401(W/(m·K)) 정도인 접합층(140)이 형성된다. 각 접합층(140)의 일면에는 두께가 대략 300(±30)㎛ 정도이고, 밀도가 대략 8.96(g/㎤) 정도이고, 열전도율이 대략 401(W/(m·K)) 정도인 금속층(160)이 형성된다.
이를 통해, 세라믹 기판은 접합층(140)에 의해 금속층(160)과 베이스 기재(120) 간의 열전도율(또는 열팽창계수)의 차이를 완화시켜 이종 접합 저항을 최소화할 수 있다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 기판은 금속층(160)의 일면에 적층되는 다른 금속층(180)을 더 포함할 수 있다.
다른 금속층(180)은 금속층(160)과 다른 조성 또는 다른 두께를 갖도록 형성된다. 다른 금속층(180)은 금속층(160)과 다른 조성 및 두께를 갖도록 형성될 수도 있다. 여기서, 도 10에서는 금속층(160)과 다른 금속층(180)이 직접 접합되는 것으로 도시하였으나, 금속층(160)과 다른 금속층(180) 사이에 다른 접합층(미도시)이 개재되어 금속층(160)과 다른 금속층(180)을 접합할 수도 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.
120: 베이스 기재 122: 비아홀
124: 연결 금속층 140: 접합층
160: 금속층 180: 다른 금속층

Claims (15)

  1. 세라믹 재질인 베이스 기재를 준비하는 단계;
    상기 베이스 기재의 적어도 일면에 구리 페이스트를 인쇄하여 접합층을 형성하는 단계; 및
    상기 접합층의 일면에 금속층을 형성하는 단계를 포함하는 세라믹 기판 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 기재를 준비하는 단계는,
    알루미나(Alumina), ZTA(Zirconia Toughened Alumina), AlN 및 Si3N4 중 어느 하나를 포함하는 세라믹 재질을 소성하여 베이스 기재를 준비하는 단계를 포함하는 세라믹 기판 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 기재를 준비하는 단계는,
    상기 베이스 기재를 관통하는 비아홀을 형성하는 단계; 및
    상기 비아홀 내부에 도전성 재질을 충진하는 단계를 포함하는 세라믹 기판 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 도전성 재질을 충진하는 단계에서는
    구리, 텅스텐 및 은 중 하나이거나, 구리, 텅스텐 및 은 중 적어도 하나를 포함하는 합금인 도전성 재질을 상기 비아홀 내부에 충진하는 세라믹 기판 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 접합층을 형성하는 단계는,
    구리 파우더, 세라믹 금속 산화물, Glass Frit 및 유기용제가 혼합된 구리 페이스트를 상기 베이스 기재에 인쇄하여 접합층을 형성하는 단계를 포함하는 세라믹 기판 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 구리 파우더, 세라믹 금속 산화물, Glass Frit 및 유기용제의 성분 합을 100%로 하였을 때, 상기 구리 파우더는 80% 이상 85% 이하, 상기 세라믹 금속 산화물은 1% 이상 5% 이하, 상기 Glass Frit은 1% 이상 5% 이하, 상기 유기용제는 5% 이상 18% 이하인 세라믹 기판 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 금속층을 형성하는 단계는,
    구리 및 알루미늄 중 하나이거나, 구리를 포함하는 합금 또는 클래드(Clad)인 도전성 금속을 상기 접합층의 일면에 형성하는 단계를 포함하는 세라믹 기판 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 금속층의 일면에 다른 금속층을 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 다른 금속층을 형성하는 단계에서는 상기 다른 도전성 금속의 조성 및 두께 중 적어도 하나를 상기 도전성 금속과 다르게 형성하는 세라믹 기판 제조 방법.
  9. 세라믹 재질인 베이스 기재;
    상기 베이스 기재의 적어도 일면에 형성된 구리 페이스트인 접합층; 및
    상기 접합층의 일면에 형성된 금속층을 포함하는 세라믹 기판.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 베이스 기재는 알루미나(Alumina), ZTA(Zirconia Toughened Alumina), AlN 및 Si3N4 중 어느 하나를 포함하는 세라믹 재질인 세라믹 기판.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 베이스 기재는 도전성 재질이 충진된 비아홀이 형성되고,
    상기 도전성 재질은 구리, 텅스텐 및 은 중 하나이거나, 구리, 텅스텐 및 은 중 적어도 하나를 포함하는 합금인 세라믹 기판.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 접합층은 구리 파우더, 세라믹 금속 산화물, Glass Frit 및 유기용제가 혼합된 구리 페이스트인 세라믹 기판.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 접합층은 상기 구리 파우더, 세라믹 금속 산화물, Glass Frit 및 유기용제의 성분 합을 100%로 하였을 때, 상기 구리 파우더는 80% 이상 85% 이하, 상기 세라믹 금속 산화물은 1% 이상 5% 이하, 상기 Glass Frit은 1% 이상 5% 이하, 상기 유기용제는 5% 이상 18% 이하인 세라믹 기판.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 금속층은 구리 및 알루미늄 중 하나이거나, 구리를 포함하는 합금 또는 클래드(Clad)인 세라믹 기판.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 금속층의 일면에 형성된 다른 금속층을 더 포함하고,
    상기 다른 금속층은 조성 및 두께 중 적어도 하나가 상기 금속층과 다르게 형성된 세라믹 기판.
KR1020160128622A 2016-10-05 2016-10-05 세라믹 기판 제조 방법 KR102563423B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160128622A KR102563423B1 (ko) 2016-10-05 2016-10-05 세라믹 기판 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160128622A KR102563423B1 (ko) 2016-10-05 2016-10-05 세라믹 기판 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180037865A true KR20180037865A (ko) 2018-04-13
KR102563423B1 KR102563423B1 (ko) 2023-08-07

Family

ID=61974369

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160128622A KR102563423B1 (ko) 2016-10-05 2016-10-05 세라믹 기판 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102563423B1 (ko)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200122884A (ko) 2019-04-19 2020-10-28 주식회사 아모센스 세라믹 기판 제조 방법 및 그 제조 방법으로 제조된 세라믹 기판
KR20200122885A (ko) 2019-04-19 2020-10-28 주식회사 아모센스 세라믹 기판 제조 방법 및 그 제조 방법으로 제조된 세라믹 기판
KR20210026890A (ko) 2019-09-02 2021-03-10 주식회사 케이씨씨 세라믹 기판의 제조 방법 및 이에 따라 제조된 세라믹 기판
KR102318538B1 (ko) 2021-02-23 2021-10-28 (주)세미메카 기판 처리 장치 및 그 운용방법
KR20220099225A (ko) 2021-01-06 2022-07-13 (주)세미메카 기판 처리 장치 및 그 운용방법
WO2023121052A1 (ko) * 2021-12-24 2023-06-29 주식회사 엘엑스세미콘 회로기판의 제조방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080053153A (ko) * 2006-12-09 2008-06-12 엘지마이크론 주식회사 방열회로기판 및 그 제조방법
KR20100003319A (ko) * 2008-06-24 2010-01-08 엘지이노텍 주식회사 세라믹 기판과 금속막의 접합방법, 발광 다이오드 패키지및 그 제조방법
KR20100068593A (ko) 2008-12-15 2010-06-24 (주)상아프론테크 세라믹 소재 기판에 동박을 적층시키는 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080053153A (ko) * 2006-12-09 2008-06-12 엘지마이크론 주식회사 방열회로기판 및 그 제조방법
KR20100003319A (ko) * 2008-06-24 2010-01-08 엘지이노텍 주식회사 세라믹 기판과 금속막의 접합방법, 발광 다이오드 패키지및 그 제조방법
KR20100068593A (ko) 2008-12-15 2010-06-24 (주)상아프론테크 세라믹 소재 기판에 동박을 적층시키는 방법

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200122884A (ko) 2019-04-19 2020-10-28 주식회사 아모센스 세라믹 기판 제조 방법 및 그 제조 방법으로 제조된 세라믹 기판
KR20200122885A (ko) 2019-04-19 2020-10-28 주식회사 아모센스 세라믹 기판 제조 방법 및 그 제조 방법으로 제조된 세라믹 기판
KR20210026890A (ko) 2019-09-02 2021-03-10 주식회사 케이씨씨 세라믹 기판의 제조 방법 및 이에 따라 제조된 세라믹 기판
KR20220099225A (ko) 2021-01-06 2022-07-13 (주)세미메카 기판 처리 장치 및 그 운용방법
KR102318538B1 (ko) 2021-02-23 2021-10-28 (주)세미메카 기판 처리 장치 및 그 운용방법
WO2023121052A1 (ko) * 2021-12-24 2023-06-29 주식회사 엘엑스세미콘 회로기판의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR102563423B1 (ko) 2023-08-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102563423B1 (ko) 세라믹 기판 제조 방법
JP4764877B2 (ja) セラミック−金属基板を製作するための方法
JP6621402B2 (ja) セラミックス部材と金属部材との接合体及びその製法
WO2018163864A1 (ja) ヒートシンク付パワーモジュール用基板
JP5641451B2 (ja) 金属セラミック基板
US20170033024A1 (en) Method For Mounting An Electrical Component In Which A Hood Is Used, And A Hood That Is Suitable For Use In This Method
US10759714B2 (en) Method for producing a metal-ceramic substrate
JP2007035865A (ja) 半導体パッケージとその製造方法
EP3761764A1 (en) Insulating circuit board
US20210280534A1 (en) Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
JP6084915B2 (ja) セラミックス部材と金属部材との接合体及びその製法
JP6904094B2 (ja) 絶縁回路基板の製造方法
JP2016058417A (ja) 半導体パワーモジュールの製造方法
JP5707896B2 (ja) ヒートシンク付パワーモジュール用基板、パワーモジュール及びパワーモジュール用基板の製造方法
JP4969389B2 (ja) 放熱部材およびこれを用いた電子部品収納用パッケージならびに電子装置
JP3793562B2 (ja) セラミック回路基板
JPH11214608A (ja) 半導体素子収納用パッケージ
JP2000183253A (ja) 半導体素子収納用パッケージ
TWI806692B (zh) 高功率電阻器製造方法
JPH05251834A (ja) 配線用複合基板
WO2024014532A1 (ja) 複層接合体及びそれを用いた半導体装置、並びにこれらの製造方法
US20180301354A1 (en) Method for manufacturing a circuit carrier
JP2004327737A (ja) 複合基板及びその製造方法
JP2005252121A (ja) 半導体素子収納用パッケージ及びその製造方法
EP2782124A1 (en) Power semiconductor mounting

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant