KR20180101202A - 금속/세라믹 회로 기판 제조 방법 - Google Patents

금속/세라믹 회로 기판 제조 방법 Download PDF

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KR20180101202A
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아유무 오자키
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도와 메탈테크 가부시키가이샤
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Abstract

구리판(14)이 은을 함유하는 활성 금속 함유 브레이징 용가재(12)를 거쳐서 세라믹 기판(10)의 하나 이상의 표면에 접합된 후, 구리판(14) 및 활성 금속 함유 브레이징 용가재(12)의 불필요한 부분이 제거되고, 이후 활성 금속 함유 브레이징 용가재(12)가 구리판(14)의 측면부로부터 돌출하게 하기 위해 구리판(14)의 불필요한 부분이 화학 연마에 의해 제거되며, 이후 화학 연마에 의해 구리판(14)의 표면에 부착된 은 층(18)이 제거된다.

Description

금속/세라믹 회로 기판 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING METAL/CERAMIC CIRCUIT BOARD}
본 발명은 일반적으로 금속/세라믹 회로 기판 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 금속판이 활성 금속 함유 브레이징 용가재(filler metal)에 의해 세라믹 기판에 접합되는 금속/세라믹 회로 기판 제조 방법에 관한 것이다.
통상적으로, 전기 자동차, 전동차 및 공작 기계의 과전류를 제어하기 위해 전력 모듈이 사용된다. 이러한 전력 모듈용 절연 기판으로서, 금속/세라믹 회로 기판이 사용되며, 칩 부분 및 단자가 그 위에 납땜될 것이 요구되는 금속 회로판의 부분 등이 도금되고, 금속 회로판은 세라믹 기판의 일 표면에 접합된다.
이러한 금속/세라믹 회로 기판에서는, 접합 이후 열 충격에 의해 세라믹 기판과 금속 회로판 사이에 초래되는 열팽창의 차이에 기초한 열응력에 의해 세라믹 기판에 크랙이 쉽게 형성된다.
이러한 열응력을 완화하기 위한 방법으로서, 금속 회로판의 주위 부분(크리핑 부분)을 얇게 하기 위한 방법, 예를 들어 금속 회로판의 주위 부분에 계단식 구조물 또는 필렛(fillet)(세라믹 기판에 금속 회로판을 접합하기 위해 사용되는 브레이징 용가재의 돌출부)을 형성하기 위한 방법이 공지되어 있다(예를 들어, 일본 특허 공개 제10-125821호, 제2001-332854호 및 제2004-307307호 참조).
그러나, 금속/세라믹 회로 기판 - 금속 회로판(예를 들면 구리 회로판)을 세라믹 회로 기판에 접합하기 위한 활성 금속 함유 브레이징 용가재가 돌출부(필렛)를 구비함 - 이 분말 모듈에 장착되는 경우, 세라믹 기판 등 상의 금속 회로판의 회로 패턴 사이의 부분에서는 활성 금속 함유 브레이징 용가재 내의 금속(활성 금속, 은 및 구리를 함유하는 브레이징 용가재가 사용될 때 은 또는 구리)의 마이그레이션(migration)이 초래되어 절연 실패가 초래될 수 있는 가능성이 어느 정도 존재한다.
이러한 마이그레이션을 방지하기 위한 방법으로서, 금속판의 에지 부분으로부터 돌출하는 브레이징 용가재의 돌출부의 표면에 무전해 Ni-P 도금을 실시하는 방법이 공지되어 있다(예를 들어, 일본 특허 공개 제2006-228918호).
그러나, 활성 금속 함유 브레이징 용가재의 돌출부에 대해 Ni-P 도금이 이루어져도, 금속/세라믹 회로 기판이 전력 모듈에 장착될 때 조립 공정에서 절연성 겔에 기초한 열처리(납땜) 및/또는 코팅으로 인한 마이그레이션 발생을 충분히 억제할 수 없다.
따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하고, 금속판이 활성 금속 함유 브레이징 용가재에 의해 세라믹 기판에 접합되는 금속/세라믹 회로 기판 제조 방법에서의 마이그레이션 발생을 충분히 억제할 수 있는 금속/세라믹 회로 기판 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 및 기타 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 발명자는 열심히 연구한 결과, 구리판을, 은을 함유하는 활성 금속 함유 브레이징 용가재를 거쳐서 세라믹 기판의 하나 이상의 표면에 접합하는 단계; 구리판 및 활성 금속 함유 브레이징 용가재의 불필요한 부분을 제거하는 단계; 이후 구리판의 불필요한 부분을 화학 연마에 의해 제거하여 활성 금속 함유 브레이징 용가재가 구리판의 측면부로부터 돌출하게 하는 단계; 및 구리판의 표면에 부착된 은을 화학 연마에 의해 제거하는 단계를 포함하는 방법에 의해 금속/세라믹 회로 기판이 제조되면, 금속판이 활성 금속 함유 브레이징 용가재에 의해 세라믹 기판에 접합되는 금속/세라믹 회로 기판 제조 방법에서의 마이그레이션 발생을 충분히 억제할 수 있는 금속/세라믹 회로 기판을 제조할 수 있음을 밝혀냈다.
본 발명에 따르면, 구리판을, 은을 함유하는 활성 금속 함유 브레이징 용가재를 거쳐서 세라믹 기판의 하나 이상의 표면에 접합하는 단계; 구리판 및 활성 금속 함유 브레이징 용가재의 불필요한 부분을 제거하는 단계; 이후 구리판의 불필요한 부분을 화학 연마에 의해 제거하여 활성 금속 함유 브레이징 용가재가 구리판의 측면부로부터 돌출하게 하는 단계; 및 구리판의 표면에 부착된 은을 화학 연마에 의해 제거하는 단계를 포함하는 금속/세라믹 회로 기판 제조 방법이 제공된다.
이 금속/세라믹 회로 기판 제조 방법에서, 활성 금속 함유 브레이징 용가재는 바람직하게 은, 구리 및 활성 금속을 포함한다. 활성 금속 함유 브레이징 용가재는 주석을 함유할 수 있다. 바람직하게, 활성 금속 함유 브레이징 용가재 중의 은 함량은 70 중량% 이상이다. 구리판의 표면에 부착된 은을 제거한 후, 구리판 및 활성 금속 함유 브레이징 용가재의 노출된 표면 상에 바람직하게 도금 막(plating film)이 형성된다. 도금 막은 바람직하게 무전해 니켈 합금 도금에 의해 형성된다. 화학 연마는 은 용해 속도의 10배 이상 높은 구리 용해 속도를 갖는 화학 연마 용액에 의해 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 은의 제거는 구리 용해 속도의 10배 이상 높은 은 용해 속도를 갖는 은 제거 용액에 의해 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 금속판이 활성 금속 함유 브레이징 용가재에 의해 세라믹 기판에 접합되는 금속/세라믹 회로 기판 제조 방법에서의 마이그레이션 발생을 충분히 억제할 수 있는 금속/세라믹 회로 기판을 제조할 수 있다.
본 발명은 이하에 제공되는 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시예의 첨부도면으로부터 보다 충실하게 이해될 것이다. 그러나, 도면은 본 발명을 특정 실시예로 제한하는 것을 의미하도록 의도된 것이 아니며, 단지 설명 및 이해를 위한 것이다.
도 1a는 금속/세라믹 회로 기판 제조 방법의 바람직한 실시예에서 세라믹 기판 상에 활성 금속 함유 브레이징 용가재가 인쇄되는 상태를 도시하는 단면도이다.
도 1b는 금속/세라믹 회로 기판 제조 방법의 바람직한 실시예에서 금속판이 활성 금속 함유 브레이징 용가재를 거쳐서 세라믹 기판에 접합되는 상태를 도시하는 단면도이다.
도 1c는 금속/세라믹 회로 기판 제조 방법의 바람직한 실시예에서 소정 회로 패턴을 갖는 레지스트가 금속판의 표면 상에 도포되는 상태를 도시하는 단면도이다.
도 1d는 금속/세라믹 회로 기판 제조 방법의 바람직한 실시예에서 금속판의 불필요한 부분이 제거되기 위해 에칭되는 상태를 도시하는 단면도이다.
도 1e는 금속/세라믹 회로 기판 제조 방법의 바람직한 실시예에서 레지스트가 금속판으로부터 제거되는 상태를 도시하는 단면도이다.
도 1f는 금속/세라믹 회로 기판 제조 방법의 바람직한 실시예에서 활성 금속 함유 브레이징 용가재의 불필요한 부분이 제거되는 상태를 도시하는 단면도이다.
도 1g는 금속/세라믹 회로 기판 제조 방법의 바람직한 실시예에서 금속판의 표면이 화학-연마된 후 은 층을 형성하기 위해 금속판에 은이 부착되는 상태를 도시하는 단면도이다.
도 1h는 금속/세라믹 회로 기판 제조 방법의 바람직한 실시예에서 금속판의 표면으로부터 은 층이 제거되는 상태를 도시하는 단면도이다.
도 1i는 금속/세라믹 회로 기판 제조 방법의 바람직한 실시예에서 도금 막이 형성되는 상태를 도시하는 단면도이다.
금속/세라믹 회로 기판 제조 방법의 바람직한 실시예에서는, 구리판이 은을 함유하는 활성 금속 함유 브레이징 용가재를 거쳐서 세라믹 기판의 하나 이상의 표면에 접합된 후, 구리판 및 활성 금속 함유 브레이징 용가재의 불필요한 부분이 제거되고, 이후 활성 금속 함유 브레이징 용가재가 구리판의 측면부로부터 돌출하여 필렛을 형성하게 하기 위해 구리판의 불필요한 부분이 화학 연마에 의해 제거되며, 이후 화학 연마에 의해 구리판의 표면에 부착된 은이 (은 제거 용액에 의해) 제거된다.
상기 금속/세라믹 회로 기판 제조 방법에서, 세라믹 기판은 알루미나, 실리카 등을 주로 함유하는 산화물의 기판이거나, 질화 알루미늄, 질화규소, 탄화규소 등을 주로 함유하는 비산화물의 기판일 수 있으며, 기판은 약 5 내지 200㎜ × 5 내지 200㎜의 크기와 0.25 내지 3.0㎜(바람직하게 0.3 내지 1.0㎜)의 두께를 갖는다.
활성 금속 함유 브레이징 용가재는 바람직하게 금속 원소로서 은, 구리 및 활성 금속을 함유할 수 있다. 활성 금속 함유 브레이징 용가재는 주석을 함유할 수 있으며 그 함량은 금속 원소 합계에 대해 10% 이하이다. 활성 금속 함유 브레이징 용가재 내의 금속 원소 합계에 대한 은 함량은 바람직하게 70 중량% 이상, 보다 바람직하게 70 내지 95 중량%, 가장 바람직하게 75 내지 93 중량%이다. 활성 금속 함유 브레이징 용가재 내의 금속 원소 합계에 대한 활성 금속의 함량은 바람직하게 1 내지 5 중량%, 보다 바람직하게 1 내지 3 중량%이다. 활성 금속 함유 브레이징 용가재 내의 활성 금속 성분으로서, 티타늄, 지르코늄, 하프늄 및 그 수소화물로 구성되는 그룹에서 선택되는 하나 이상이 사용될 수 있다. 마이그레이션의 발생을 충분히 억제할 수 있는 금속/세라믹 회로 기판을 제조하기 위해, 활성 금속 함유 브레이징 용가재는 바람직하게 주석을 함유한다.
구리판의 불필요한 부분의 제거는 예를 들어 구리판을 염화구리 또는 염화철을 함유하는 에칭 용액에 침지시키거나 에칭 용액을 구리판 상에 분사함으로써 이루어질 수 있다. 활성 금속 함유 브레이징 용가재의 불필요한 부분의 제거는 예를 들어 브레이징 용가재를 화학 용액 또는 불화수소산 화학 용액을 함유하는 킬레이트(chelate)에 침지시키거나 또는 화학 용액을 브레이징 용가재 상에 분사함으로써 이루어질 수 있다.
화학 연마는 바람직하게 구리판을 화학 연마 용액에 침지시키거나 화학 연마 용액을 구리판 상에 분사함으로써 이루어진다. 화학 연마 용액은 바람직하게 은 용해 속도의 10배 이상(보다 바람직하게 50배 이상) 높은 구리 용해 속도를 갖는다. 이러한 화학 연마 용액으로서, 황산, 과산화수소를 포함하고 나머지가 물인 화학 연마 용액 또는 시판되는 구리용 화학 연마 용액이 사용될 수 있다. 화학 연마는 금속/세라믹 회로 기판의 외관, 와이어 본딩 능력, 땜납 젖음성(solder wettability) 등을 향상시킬 수 있으며, 바람직하게 5 내지 100 마이크로미터, 보다 바람직하게 10 내지 50 마이크로미터인 폭(구리판의 측면으로부터 돌출하기 위해 세라믹 기판을 따라서 연장되는 활성 금속 함유 브레이징 용가재의 길이)을 갖는 필렛을 형성함으로써 금속/세라믹 회로 기판의 열충격 내성을 향상시킬 수 있다. 필렛으로서 형성되는 활성 금속 함유 브레이징 용가재의 돌출부의 두께는 바람직하게 3 내지 50 마이크로미터이고, 보다 바람직하게 5 내지 20 마이크로미터이다. 또한, 화학 연마 용액의 은 용해 속도에 대한 구리 용해 속도의 비율(또는 구리 용해 속도에 대한 은 용해 속도의 비율)은 순구리판(무산소 구리판) 및 순구리판과 동일한 형상의 순은판이 온도 및 시간과 같은 동일 조건 하에서 화학 연마 용액에 침지된 후의 각 판의 감소된 양으로부터 계산될 수 있다.
구리를 주로 용해시키는 화학 연마 용액이 화학 연마에 사용되었으며, 따라서 활성 금속 함유 브레이징 용가재 및 구리판에 존재하는 은은 구리의 용해로 인해 노출되고 불용성 은으로서 용액 중에 존재하여 약한 힘으로 구리 판의 표면에 부착되고 약 1 마이크로미터의 두께를 갖는 층으로 형성되어 금속/세라믹 회로 기판의 마이그레이션 내성을 악화시키는 점이 밝혀졌다. 이러한 이유로, 본 발명에 따른 금속/세라믹 회로 기판 제조 방법의 바람직한 실시예에서는, 마이그레이션의 발생을 충분히 억제하기 위해 구리판의 표면에 부착된 은이 제거된다.
구리판에 부착된 은의 제거는 구리판을 은 제거 용액에 침지시킴으로써 이루어지는 것이 바람직하다. 이 은 제거 용액은 바람직하게 구리 용해 속도의 10배 이상, 보다 바람직하게 구리 용해 속도의 50배 내지 71배 높은 은 용해 속도를 갖는다(0.042 내지 0.050 ㎛/min의 구리 용해 속도에 대해 2.5 내지 3.0 ㎛/min의 은 용해 속도). 이러한 은 제거 용액으로서, 아세트산, 과산화수소를 포함하고 나머지가 물인 화학 용액이 바람직하게 사용되며, 시판되는 은 도금 제거제(예를 들어, Sasaki Chemical Co., Ltd.에서 제조한 S-BACK AG-601), 과산화수소를 포함하고 나머지가 물인 은 제거 용액이 사용될 수 있다. 또한, 은 제거 용액의 은 용해 속도에 대한 구리 용해 속도의 비율(또는 구리 용해 속도에 대한 은 용해 속도의 비율)은 순구리판(무산소 구리판) 및 순구리판과 동일한 형상의 순은판이 온도 및 시간과 같은 동일 조건 하에서 은 제거 용액에 침지된 후의 각 판의 감소된 양으로부터 계산될 수 있다.
은 제거 이후, 구리판 및 활성 금속 함유 브레이징 용가재의 노출된 표면 상에 바람직하게 도금 막이 형성된다. 도금 막은 바람직하게 니켈 도금 막이며, 바람직하게 무전해 니켈 합금 도금에 의해 형성된다. 도금 막의 형성 대신에, 방청 처리가 이루어질 수도 있다.
이제 첨부도면을 참조하여, 본 발명에 따른 금속/세라믹 회로 기판 제조 방법의 바람직한 실시예가 상세하게 후술될 것이다.
도 1a 및 도 1b에 도시하듯이, 활성 금속 함유 브레이징 용가재(12)의 페이스트가 세라믹 기판(10)의 양면 각각에 스크린-프린팅된 후, 구리판(14)이 활성 금속 함유 브레이징 용가재(12) 상에 배치되어 실질적으로 진공 또는 비산화 분위기에서 가열되고, 이후 냉각되어 세라믹 기판(10)의 양면 각각의 구리판(14)에 접합된다. 이 접합은 활성 금속 함유 브레이징 용가재(12)가, 활성 금속 함유 브레이징 용가재(12)의 활성 금속을 세라믹 기판(10)의 세라믹과 반응시킴에 의한 반응 생성물로 주로 형성되는 층(반응 생성물 층)(12a), 및 활성 금속 함유 브레이징 용가재(12)의 활성 금속 이외의 금속으로 주로 형성되는 층(금속 층)(12b)이 되게 한다. 반응 생성물 층(12a)은 활성 금속 이외의 금속의 함량이 낮은 층이며, 금속 층(12b)은 활성 금속 이외의 금속의 함량이 높은 층이다. 또한, 활성 금속 함유 브레이징 용가재(12)가 반응 생성물 층(12a) 및 금속 층(12b)이 되게 하는 것은 전자 탐침 마이크로 분석기(electron probe micro analyzer: EPMA) 등에 의해 쉽게 확인될 수 있다. 그러나, 일부 경우에는 반응 생성물 층(12a)과 금속 층(12b) 사이의 경계가 EPMA에 의해 확인될 수 없다.
이후, 도 1c에 도시하듯이, 소정 회로 패턴을 갖는 레지스트(16)가 세라믹 기판(10)의 양면 각각에 접합된 구리판(14)의 표면 상에 도포되며, 도 1d에 도시하듯이, 구리판의 불필요한 부분은 제거되기 위해 염화구리의 에칭 용액, 염화철의 에칭 용액 등으로 에칭된다. 이후, 도 1e에 도시하듯이, 레지스트(16)가 제거된다.
이후, 도 1f에 도시하듯이, 활성 금속 함유 브레이징 용가재(12)의 불필요한 부분은 예를 들어 불화수소산을 함유하는 수용액, 또는 에틸렌-디아민-테트라아세트산(EDTA)과 같은, 활성 금속과 복합체를 형성하는 화합물을 함유하는 수용액에 의해 제거된다.
이후, 구리판(14)의 표면이 화학-연마된다. 이후, 도 1g에 도시하듯이, 구리판(14)의 측면으로부터 돌출하는 필렛이 형성되고, 구리판(14)의 표면에 은이 부착되어 은 층(18)을 형성한다.
이후, 도 1h에 도시하듯이, 구리판(14)의 표면에 부착된 은 층(18)은 은 제거 용액으로 제거된다. 그 후, 도 1i에 도시하듯이, 미리결정된 폭의 필렛[구리판(14)의 측면으로부터 돌출하기 위해 세라믹 기판(10)의 양면 각각을 따라서 연장되는 활성 금속 함유 브레이징 용가재의 부분]을 갖는 금속/세라믹 회로 기판을 얻기 위해 구리판(14) 및 활성 금속 함유 브레이징 용가재(12) 상에 도금 막(20)이 형성된다.
이하에서는 본 발명에 따른 금속/세라믹 회로 기판 제조 방법의 예를 상세히 설명할 것이다.
예 1
은 90 중량%, 구리 8 중량% 및 티타늄 2 중량%(활성 금속 성분으로 작용)(Ag:Cu:Ti = 90:8:2)을 매개물에 추가하고 이들을 반죽함으로써 형성된 활성 금속 함유 브레이징 용가재가, 34㎜×34㎜×0.6㎜ 크기의 질화 알루미늄 기판의 양면에 20 마이크로미터의 두께를 갖도록 스크린 프린팅되었다. 이후, 34㎜×34㎜×0.25㎜의 크기를 갖는 무산소 구리판이 그 위에 배치되는데 이는 진공 중에서 850℃로 가열되어 질화 알루미늄 기판의 양면에 접합되기 위함이다.
이후, 미리결정된 회로 패턴을 갖는 자외선 경화, 알칼리-박리성 레지스트가 스크린 프린팅에 의해 구리판 각각에 도포하고, 레지스트는 경화되기 위해 자외선이 조사된다. 그 후, 구리판의 불필요한 부분이 염화 구리, 염산을 포함하고 나머지가 물인 에칭 용액으로 에칭되며, 이후 구리 회로를 형성하기 위해 레지스트가 수산화나트륨 수용액으로 제거된다.
이후, 기판에 접합된 구리 회로를 갖는 접합된 물품이 희석 황산에 20초 동안 침지되어 산세척된다. 이후, 상기 접합된 물품은 EDTA·4Na 1.6 중량%, 암모니아수(암모니아를 28 중량% 함유하는 암모니아수) 3 중량% 및 과산화수소수(과산화수소를 35 중량% 함유하는 과산화수소수) 5 중량%를 함유하는 킬레이트 수용액에 20℃에서 20분 동안 침지되고, 이후 에틸렌-트리아민-펜타아세트산(DTPA)·5Na 2 중량% 및 과산화수소수 5 중량%를 함유하는 킬레이트 수용액에 20℃에서 52분 동안 침지되어 활성 금속 함유 브레이징 용가재의 불필요한 부분을 제거하였다.
이후, 구리 회로판을 황산 14 중량%, 과산화수소 3.2 중량%를 포함하고 나머지가 물인 화학 연마 용액에 45℃에서 5분 동안 침지시켜 구리 회로판의 불필요한 부분을 화학 연마에 의해 제거함으로써 활성 금속 함유 브레이징 용가재가 구리 회로판의 측면부로부터 돌출되게 한다. 그 후, 구리 회로판을 은 도금 제거제(Sasaki Chemical Co., Ltd.에 의해 제조된 S-BACK AG-601) 10 중량%, 과산화수소수(과산화수소를 34 중량% 함유) 50 중량%를 포함하고 나머지가 물인 은 제거 용액에 실온에서 3분 동안 침지시켜 구리 회로판의 표면 상의 은을(부착된 은을 화학 연마에 의해) 제거한다. 또한, 사용된 화학 연마 용액의 구리 용해 속도는 그 은 용해 속도의 50배 이상 높았으며, 은 제거 용액의 은 용해 속도는 그 구리 용해 속도의 60배 이상 높았다.
이후, 금속/세라믹 회로 기판을 얻도록 구리판과 활성 금속 함유 브레이징 용가재를 커버하기 위해 3 마이크로미터의 두께를 갖는 도금 막이 무전해 Ni-P 도금에 의해 형성되었다.
이렇게 제조된 금속/세라믹 회로 기판에 대해, 마이그레이션 발생의 존재를 평가하기 위해 이하의 황화(sulfur flower) 테스트가 이루어졌다. 먼저, 금속/세라믹 회로 기판이 270℃에서 3분 동안 열처리된 후, 금속/세라믹 회로 기판 상에 겔(Momentive Performance Materials Inc.에 의해 제조된 TSE3051)이 약 1 내지 2㎜의 두께로 도포되었으며, 경화를 위해 150℃에서 1시간 동안 가열되었다. 이 금속/세라믹 회로 기판은 황화 4g와 상대 습도 조절을 위한 탈이온수 20㎖가 들어있는 약 1200㎤ 체적의 유리 용기 내에 놓인다. 이후, 용기는 80℃에서 500 시간 동안 머무를 수 있도록 밀봉되었다. 그 후, 구리판의 주위 부분의 약 1㎜의 폭을 갖는 부분이 위에서 전자 탐침 마이크로 분석기(EPMA)에 의해 500배의 배율로 관찰되었으며, Ni-P 도금 막으로부터 돌출하는 Ag(및 S) 부분(들)[5 마이크로미터 이상의 폭을 갖는 점 또는 선 부분(들)]이 특징적 X-레이에 의해 확인되었다. 돌출 부분(들)이 마이그레이션 발생 장소라고 가정하면, 마이그레이션 발생 장소(들)의 개수가 10개 미만일 때 마이그레이션의 발생이 전혀 없는 것으로 평가되고, 그 개수가 10 내지 20개일 때 마이그레이션이 약간 발생한 것으로 평가되며, 그 개수가 21 내지 100개일 때 마이그레이션이 많이 발생한 것으로 평가된다. 또한, 마이그레이션 발생 장소(들)의 개수가 100개를 초과하거나, 마이그레이션 발생 장소(들)가 100 마이크로미터 이상의 폭을 갖거나, 마이그레이션 발생 장소(들)가 관찰한 영역의 거의 전부에 존재할 때는 마이그레이션의 발생이 현저한 것으로 평가된다. 그 결과, 본 실시예에서 제조된 금속/세라믹 회로 기판에서는, 마이그레이션 발생 장소(들)의 개수가 15개였으며, 따라서 마이그레이션이 약간 발생했다.
질화 알루미늄 기판의 일 표면 상의 구리 회로판과 그 다른 표면 상의 구리판 사이의 분위기에 2.5 kV의 전압이 인가되었을 때 누설 전류가 5 mA 이상이면 붕괴가 초래된 것으로 판정된다. 그 결과, 붕괴가 초래되지 않았으며, 따라서 내전압(withstand voltage)이 높았다.
질화 알루미늄 기판의 일 표면 상의 (도금된) 구리 회로판의 표면에는, 0.3㎜의 직경을 갖는 루프(loop)형 알루미늄 와이어가 와이어 본딩에 의해 접합되었다. 이후, 루프형 알루미늄 와이어의 크레스트 부분이 당겨졌을 때 알루미늄 와이어가 구리 회로판의 표면으로부터 박리되지 않고 파괴되었는지가 검사되었다(즉, 구리 회로판에 대한 알루미늄 와이어의 와이어 본딩 능력이 검사되었다). 그 결과, 알루미늄 와이어는 구리 회로판의 표면으로부터 박리되지 않은 채 파괴되었으며, 따라서 와이어 본딩에 의한 구리 회로판에 대한 알루미늄 와이어의 접합이 양호했다(구리 회로판에 대한 알루미늄 와이어의 와이어 본딩 능력이 양호했다).
금속/세라믹 회로 기판의 일 표면 상의 (도금된) 구리 회로의 땜납 젖음성을 평가하기 위해, 구리 회로판의 납땜면의 땜납 젖음성이 검사되어야 하는 10㎜×10㎜의 크기를 갖는 부분 이외의 부분에 땜납 레지스트가 형성되었다. 이후, 금속/세라믹 회로 기판은 대기 중의 오븐에서 245℃에서 2분 동안 가열되었으며, 냉각될 수 있었다. 그 후, 땜납 젖음성이 검사되어야 하는 부분에 땜납 페이스트(공정 땜납)가 약 0.5㎜의 두께를 갖도록 도포되었다. 이후, 금속/세라믹 회로 기판은 대기 중의 뜨거운 판 상에서 200℃에서 3분 동안 가열되었으며, 냉각될 수 있었다. 그 후, 땜납 젖음성이 검사되어야 하는 부분의 면적(100㎟)에 대한 젖은 용융 땜납이 점유하는 면적의 비율(젖은-확산 땜납의 비율)이 측정되었다. 또한, 젖은-확산 땜납의 비율이 95% 이상일 때 땜납 젖음성이 양호하고 젖은-확산 땜납의 비율이 95% 미만일 때 땜납 젖음성이 나쁜 것이 땜납 젖음성의 평가 기준으로서 결정되었다. 그 결과, (도금된) 구리 회로판의 땜납 젖음성은 양호했다.
예 2
예 1에 사용된 활성 금속 함유 브레이징 용가재 대신에 은 83 중량%, 구리 10 중량%, 주석 5 중량%, 및 티타늄 2 중량%(활성 금속 성분으로 작용)(Ag:Cu:Sn:Ti = 83:10:5:2)을 함유하는 활성 금속 함유 브레이징 용가재가 사용되고 활성 금속 함유 브레이징 용가재가 10 마이크로미터의 두께를 갖도록 스크린-프린팅된 것을 제외하고 예 1과 동일한 방법에 의해 금속/세라믹 회로 기판이 얻어졌다.
이 금속/세라믹 회로 기판에서는, 예 1과 동일한 방법에 의해, 마이그레이션 발생의 존재, 내전압, 와이어 본딩 능력, 및 땜납 젖음성이 평가되었다. 그 결과, 마이그레이션 발생 장소(들)의 개수가 제로였으며, 따라서 마이그레이션이 전혀 발생하지 않았다. 또한, 내전압, 와이어 본딩 능력, 및 땜납 젖음성이 양호했다.
예 3
예 1에 사용된 활성 금속 함유 브레이징 용가재 대신에 은 83 중량%, 구리 10 중량%, 주석 5 중량%, 및 티타늄 2 중량%(활성 금속 성분으로 작용)(Ag:Cu:Sn:Ti = 83:10:5:2)을 함유하는 활성 금속 함유 브레이징 용가재가 사용되고 활성 금속 함유 브레이징 용가재가 15 마이크로미터의 두께를 갖도록 스크린-프린팅된 것을 제외하고 예 1과 동일한 방법에 의해 금속/세라믹 회로 기판이 얻어졌다.
이 금속/세라믹 회로 기판에서는, 예 1과 동일한 방법에 의해, 마이그레이션 발생의 존재 및 내전압이 평가되었다. 그 결과, 마이그레이션 발생 장소(들)의 개수가 제로였으며, 따라서 마이그레이션이 전혀 발생하지 않았다. 또한, 내전압이 양호했다.
비교예 1
은 제거 용액에 의한 은의 제거가 이루어지지 않는 것을 제외하고, 예 1과 동일한 방법으로 금속/세라믹 회로 기판이 얻어졌다.
이 금속/세라믹 회로 기판에서는, 예 1과 동일한 방법에 의해, 마이그레이션 발생의 존재, 내전압, 와이어 본딩 능력 및 땜납 젖음성이 평가되었다. 그 결과, 마이그레이션 발생 장소(들)의 개수가 매우 많으며, 따라서 내전압, 와이어 본딩 능력 및 땜납 젖음성은 양호하지만 마이그레이션의 현저한 발생이 있었다.
비교예 2
은 제거 용액에 의한 은의 제거가 이루어지지 않는 것을 제외하고, 예 2와 동일한 방법으로 금속/세라믹 회로 기판이 얻어졌다.
이 금속/세라믹 회로 기판에서는, 예 1과 동일한 방법에 의해, 마이그레이션 발생의 존재, 내전압, 와이어 본딩 능력 및 땜납 젖음성이 평가되었다. 그 결과, 마이그레이션 발생 장소(들)의 개수가 매우 많으며, 따라서 내전압, 와이어 본딩 능력 및 땜납 젖음성은 양호하지만 마이그레이션의 현저한 발생이 있었다.
또한, 예 1-3 및 비교예 1-2에서의 금속/세라믹 회로 기판 각각의 단면을 관찰하였다. 그 결과, 예 1-3의 금속/세라믹 회로 기판의 각각에서는 구리 회로판의 표면과 도금 막 사이에서 Ag가 확인되지 않지만, 비교예 1-2의 금속/세라믹 회로 기판의 각각에서는 구리 회로판의 표면과 도금 막 사이에 Ag가 존재하였다.
본 발명은 그 더 양호한 이해를 촉진하기 위해 바람직한 실시예와 관련하여 개시되었지만, 본 발명이 본 발명의 원리를 벗어나지 않으면서 다양한 방식으로 구체화될 수 있음을 알아야 한다. 그러므로, 본 발명은 첨부된 청구범위에 제시된 본 발명의 원리를 벗어나지 않으면서 구체화될 수 있는 도시된 실시예에 대한 모든 가능한 실시예 및 변형예를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (8)

  1. 금속/세라믹 회로 기판 제조 방법이며,
    구리판을, 은을 함유하는 활성 금속 함유 브레이징 용가재를 거쳐서 세라믹 기판의 하나 이상의 표면에 접합하는 단계;
    구리판 및 활성 금속 함유 브레이징 용가재의 불필요한 부분을 제거하는 단계;
    이후 구리판의 불필요한 부분을 화학 연마에 의해 제거하여 활성 금속 함유 브레이징 용가재가 구리판의 측면부로부터 돌출하게 하는 단계; 및
    구리판의 표면에 부착된 은을 화학 연마에 의해 제거하는 단계를 포함하는, 금속/세라믹 회로 기판 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 활성 금속 함유 브레이징 용가재는 은, 구리 및 활성 금속을 포함하는, 금속/세라믹 회로 기판 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 활성 금속 함유 브레이징 용가재는 주석을 함유하는, 금속/세라믹 회로 기판 제조 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 활성 금속 함유 브레이징 용가재 내의 은 함량은 70 중량% 이상인, 금속/세라믹 회로 기판 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 구리판의 표면에 부착된 은을 제거한 후, 구리판 및 활성 금속 함유 브레이징 용가재의 노출된 표면 상에 도금 막을 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 금속/세라믹 회로 기판 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 도금 막은 무전해 니켈 합금 도금에 의해 형성되는, 금속/세라믹 회로 기판 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 화학 연마는 은 용해 속도의 10배 이상 높은 구리 용해 속도를 갖는 화학 연마 용액에 의해 이루어지는, 금속/세라믹 회로 기판 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 은의 제거는 구리 용해 속도의 10배 이상 높은 은 용해 속도를 갖는 은 제거 용액에 의해 이루어지는, 금속/세라믹 회로 기판 제조 방법.
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