KR20200021023A

KR20200021023A - 180 W/mk 내지 230 W/mk의 열전도성을 갖는 질화알루미늄 기판의 제조방법

Info

Publication number: KR20200021023A
Application number: KR1020180095981A
Authority: KR
Inventors: 조인철
Original assignee: (주) 존인피니티
Priority date: 2018-08-17
Filing date: 2018-08-17
Publication date: 2020-02-27
Also published as: KR102139189B1

Abstract

본 발명은 고열전도성 질화알루미늄 기판의 제조방법에 관한 것으로서, 질화알루미늄 원료를 소성하여 질화알루미늄 100 중량부에 대하여 0.1 내지 1 중량부의 산소를 포함하는 질화알루미늄 분체를 제조하는 질화알루미늄 분체 제조단계와, 분산제를 포함하는 용매에 상기 질화알루미늄 분체와 소결조제가 혼합된 혼합분체과, 볼체 및 바인더를 투입하고 이를 교반하여 슬러리를 제조하는 슬러리 제조단계와, 제조된 상기 슬러리를 박막형상으로 성형하고, 이를 건조하여 그린시트를 제조하는 그린시트 제조단계 및 성형된 상기 그린시트를 미리 설정된 크기로 재단하여 기판을 제조하는 기판 제조단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고열전도성 질화알루미늄 기판의 제조방법을 제공한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 입경이 균일하고 산소 함유율이 적은 질화알루미늄 분체를 제공함과 제공된 질화알루미튬 분체에 입경이 서브마이크론인 소결조제를 첨가함으로써 고열전도성이 매우 우수하고, 성형밀도가 높고 균일한 효과가 있다.

Description

고열전도성 질화알루미늄 기판의 제조방법{Memufacturing method of High thermal conductivity AlN subtrate}

본 발명은 고열전도성 질화알루미늄 기판의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 입경이 균일하고 산소 함유율이 적은 질화알루미늄 분체를 제공함과 제공된 질화알루미튬 분체에 입경이 서브마이크론인 소결조제를 첨가함으로써 고열전도성이 매우 우수하고, 성형밀도가 높고 균일한 고열전도성 질화알루미늄 기판의 제조방법에 관한 것이다.

세라믹 회로 기판의 제조물질 중 하나로 전기적 절연성, 기계적 강도가 우수하면서 값이 저렴하여 다방면에서 사용되고 있는 산화 알루미늄(이하 Al₂O₃이라함) 기판이 사용되고 있는데, 최근 전자기술의 진보와 더불어 LSI가 고집적화, 고순도화 되어진 결과 배선기판에 아래와 같이 한층 더 엄격한 특성을 요구하고 있다.

첫 번째 요구는 열팽창계수를 실리콘 열팽창계수에 근접시키는 것으로서, 실리콘 칩(chip)의 치수가 12㎜이상이 되면 Al₂O₃ 에서는 다이본딩(die bonding)시에 칩(chip)이 파괴되어 버리는 문제점이 있었다.

두 번째 요구는 Al₂O₃ 이상의 고열전도성 재료를 개발하는 것이다.

반도체 설계 법칙에 있는 0.8 ㎛기술을 사용하면 현재 선단 MPU와 게이트 어레이(Gate Array)에서는 칩의 소비전력이 7W를 초과하나, 방열 핀(Fin)이 부착된 Al₂O₃ 세라믹 PGA는 5~7 W가 LSI의 package 한계가 되므로 Al₂O₃ 재료로는 고열전도성 향상에 한계가 있었다.

이에 최근에는 고절연성, 저유전손실, 고온 안정성 등의 기본적인 요구 사항을 만족하는 것 외에 AlN 열팽창계수 (4.6^-6/℃)가 Al₂O₃ 열팽창계수(7^-6/℃)에 비해 실리콘 단결정의 열팽창계수 (4.2^-6/℃)에 가깝고, 열전도율이 Al₂O₃의 20 W/mk에 비해 10 배인 200 W/mk 인 질화알루미늄(이하 AlN이라 함)이 우수한 절연재료로서 주목을 받고 있다.

예를 들면, 고열전도율 AlN package는 방열 휨이 없는 경우도 소비전력 10 W의 대형 칩을 봉지하여 LSI의 고집적화에 수반되는 발열의 문제를 완화할 수 있을 뿐 아니라 AlN 기판에 메탈라이징(metallizing)을 실시하여 power transitor와 반도체 레이저 등의 power device용 방열 절연 기판으로서 이용도 가능하다.

그러나, 단결정 AlN은 열전도율 이론치에 비해 실제 열전도율이 매우 낮은 문제점이 있는데, 이러한 AlN 소결체의 열전도율이 낮은 이유는 크게 나누어 다음과 같은 두 가지의 문제가 있다.

첫 번째 이유는 산소 불순물에 의한 열전도율 저하이다.

보다 상술하면, AlN 소결체에 함유된 산소에 의해 포논(phonon) 산란이 다음과 같이 형성된다.

3Al + 3N → 2Al + ^Al _Yac + 3O

AlN 격자의 N와 O가 치환에 의해 AlN 공공이 형성되어져 Al과 공공 사이에 큰 질량차가 발생되기 때문에 포논 산란을 일으킨다. 포논 산란 중심을 형성하는 이와 같은 산소 불순물은 원료인 AlN 분체에 고용산소 및 분체 표면의 산화 피막으로서 존재하기 때문에 AlN 분체 원료의 특성에 크게 좌우 된다

두 번째 이유는 소결체가 지닌 미세구조에 기인하는 문제이다.

AlN은 공유결합성이 강한 물질이기 때문에 열전도율이 큰 재료이나, AlN 자체를 단독으로 소결, 치밀화 하는 것이 매우 어렵다. 이에 소량의 소결조제를 첨가하고 저온에서 소결하는 방법을 취하고 있으나, 첨가된 소결조제는 소성후 불필요한 불순물로 입계상에 잔존 입계면에서 포논 산란을 일으켜 열전도율을 저하시키는 문제점이 발생된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 입경이 균일하고 산소 함유율이 적은 질화알루미늄 분체를 제공함과 제공된 질화알루미튬 분체에 입경이 서브마이크론인 소결조제를 첨가함으로써 고열전도성이 매우 우수하고, 성형밀도가 높고 균일한 고열전도성 질화알루미늄 기판의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 다른 목적은 질화알루미늄 시트에 포함된 바인더를 제거한 후 N₂ 분위기 하에서 미리 설정된 압력을 가함과 아울러 1830℃ ~ 1850℃로 0.5 ~ 1시간동안 소성함으로써 휨 변형 발생을 미연에 방지할 수 있는 고열전도성 질화알루미늄 기판의 제공방법을 제공한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 질화알루미늄 원료를 소성하여 질화알루미늄 100 중량부에 대하여 0.1 내지 1 중량부의 산소를 포함하는 질화알루미늄 분체를 제조하는 질화알루미늄 분체 제조단계와, 분산제를 포함하는 용매에 상기 질화알루미늄 분체와 소결조제가 혼합된 혼합분체와, 볼체 및 바인더를 투입하고 이를 교반하여 슬러리를 제조하는 슬러리 제조단계와, 제조된 상기 슬러리를 박막형상으로 성형하고, 이를 건조하여 그린시트를 제조하는 그린시트 제조단계 및 성형된 상기 그린시트를 미리 설정된 크기로 재단하여 기판을 제조하는 기판 제조단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고열전도성 질화알루미늄 기판의 제조방법을 제공한다.

그리고, 상기 질화알루미늄 분체는 그 입자경이 1.2㎛ 내지 2.2㎛로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 슬러리 제조단계는 제조된 상기 질화알루미늄 분체와, 준비된 소결조제를 혼합하여 혼합분체를 제조하는 혼합분체 제조단계 및 분산제를 포함하는 용매에 제조된 혼합분체과, 볼체 및 바인더를 투입하고, 이를 교반하여 슬러리를 제조하는 교반단계를 포함할 수 있다.

아울러, 상기 혼합분체 제조단계는 소결조제가 평균입경 0.1㎛ 내지 0.9㎛로 형성되고, 상기 질화알루미늄 분체 100 중량부에 대하여 0.2 ~ 10 중량부가 혼합되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 혼합분체 제조단계는 La₂O₃, Gd₂O₃, Yb₂O₃, Ce₂O₃또는 Dy₂O₃ 중 적어도 1종 또는 2종이상이 선택되어 상기 질화알루미늄 분체 100 중량부에 대하여 0.2 내지 10 중량부를 더 포함하여 혼합될 수 있다.

또한, 상기 혼합분체의 100 중량부에 대하여 상기 질화알루미늄 분체의 중량비가 0.24 내지 0.33 인 것이 바람직하다.

아울러, 상기 혼합분체 제조단계는 상기 용매로서 유기용매가 사용되되, 방향족계 용매와 알코올계 용매를 중량비 4:6 ~ 8:2의 혼합유기용매를 사용되며, 상기 분산제의 HLB(Hydrophilic / Lipophilic Balance)값이 1.8 ~ 8.6의 물질이 사용될 수 있다.

그리고, 상기 교반단계에서 상기 바인더는 상기 슬러리 100 중량부에 대하여 7 ~ 20 중량부가 사용되고, 결합제와 가소제를 포함하되, 상기 결합제와 상기 가소제의 중량비가 6:4 ~ 8:2로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 교반단계는 분산제를 포함하는 용매에 제조된 혼합분체와, 볼체를 투입하고, 혼합하면서 분산시킨 후 상기 결합제를 투입할 수 있다.

아울러, 상기 그린시트 제조단계는 제조된 상기 슬러리를 성형하여 박막형상의 시트를 제조하는 시트 제조단계와, 제조된 시트를 상온에서 400℃ ~ 700℃ 로 2~5시간 공기 중 또는 질소분위기하에서 소성하여 상기 시트에 포함된 유기바인더를 제거하는 1차 소성단계 및 상기 바인더가 제거된 상기 시트를 N₂를 함유한 비산화 분위기 하에서 1800℃~1900℃로 소성하는 2차 소성단계를 포함하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 2차 소성단계는 상기 시트가 안착되는 용기와, 상기 시트 사이에 BN분체를 도포한 후 상기 시트를 소성할 수 있다.

아울러, 상기 그린시트 제조단계는 상기 2차 소성단계 후 취득한 상기 시트를 N₂ 분위기 하에서 시트 면적당 35g/cm²이상의 하중을 가함과 동시에 1830℃ ~ 1850℃로 0.5 ~ 1시간동안 소성하는 휨수정단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 질화알루미늄 분체 제조단계는 제1질화알루미늄β형 AlN 30 내지 34중량부, 제2질화알루미늄α형 AlN 65 내지 69중량부 및 평균입경 0.2-10um의 산소 0.2 내지 0.6 중량부를 혼합하고 1,800-1,900℃의 온도로 0.5 내지 1.0 MPa 압력의 질소분위기하에서 소결할 수 있다.

그리고, 상기 기판제조단계는 샌드블라스트 방법으로 상기 기판 표면에 요철(凹凸)을 형성하여 평균조도가 Ra=0.2-20um의 표면거칠기를 갖도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 기판제조단계는 질화알루미늄 결정상과 입계상으로 구성된 기판에 있어서, 질화알루미늄 입자 및 입계상의 합계 면적율을 100%하여 상기 질화알루미늄 입자의 면적율이 70-100%일 수 있다.

아울러, 상기 질화알루미늄 분체 제조단계는 외부로 노출된 표면의 질화알루미늄 입자의 최고 산정부와, 질화알루미늄 입자 또는 입계상의 최저곡저부의 거리가 1 내지 40㎛ 인 것이 바람직하다.

도1은 본 발명의 일실시예에 따른 고열전도성 질화알루미늄 기판의 제조방법을 순서대로 도시한 도면.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

도1은 본 발명의 일실시예에 따른 고열전도성 질화알루미늄 기판의 제조방법을 순서대로 도시한 도면이다.

도1에서 보는 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 고열전도성 질화알루미늄 기판의 제조방법은 질화알루미늄 분체 제조단계(S10)와, 슬러리 제조단계(S20)와, 그린시트 제조단계(S30) 및 기판제조단계(S40)를 포함하여 구성되는데, 이하에서 각 단계별로 상세하게 설명하도록 한다.

질화알루미늄 분체 제조단계(S10)

질화 알루미늄(이하 'AlN'이라 함)은 본래 대단히 산화되기 쉬운 물질이고, 분체합성에 관한 초기의 연구에서는 분체합성 후 공기 중에 접촉되면 수 wt.%가 산화된다는 보고가 있다. 이후 합성의 진보에 의해 산화에 안정하고, 공기 중에서도 작업 가능한 저산소 함유 질화 알루미늄 분체가 개발된 적이 있으나, 질화 알루미늄 표면에 얇은 산화 안정막이 형성되면서 산소 불순물이 완전히 제거되었다고 볼 수 없다.

AlN에 함유된 불순물 산소가 소성 후 열전도율을 저하시키는 원인이라는 것은 잘 알려져 있다. 예를 들면 200 W/mK 이상의 고열전도율을 얻기 위해서는 소성물에 함유된 불순물 산소가 0.2~0.8 wt.% 이하여만 한다고 보고되어 있다.

이에 모재가 되는 AlN 분체에 함유된 산소는 적은 것이 바람직하고, 현재 기술적으로 생산 가능한 0.8~1.0 wt.% 이하의 산소를 함유한 AlN 분체를 사용하는 것이 최저한계 조건이라 고려된다.

또한, 산소 이외의 불순물 특히 Si 등에 의해서도 열전도율이 저하되므로 산소불순물이 약 1 wt.%라고 가정할 때 99 wt.% 이상의 순도를 가진 AlN 분체를 사용하는 것이 최저 조건이다.

이와 같은 산소 함유량 및 불순물 혼입량 조건을 만족한 후에 AlN 분체 원료에 바람직한 별도 특성으로서 입경과 입도분포가 중요하다고 판단되므로 아래에서 상세하게 설명하도록 한다.

평균입경과 입도분포의 차이가 나는 AlN분체 즉, 평균입경이 크고 입도분포가 넓은 AlN 분체과 평균입경이 작고 입도분포가 좁은 AlN 분체로서 Hermann C. Stark사의 D grade를 사용하여 실험 하였으며, 실험에 사용된 이 분체는 평균입경 2 ㎛의 분체이다.

상기 분체를 슬러리화하여 테이프 캐스팅(Tape casting)을 거쳐 AlN 그린시트를 제작하였고, 이것을 주사전자 현미경(SEM)으로 관찰한 결과 그린시트의 밑면에 AlN 분체가 불균일하게 분포되어 있고 성형밀도의 불균일성이 국부적으로 존재한다는 것이 확인 되었다.

다음 평균입경이 작고, 입도 분포가 좁은 AlN 분체로서 Tokuyama Soda사의 F grade를 사용하여 실험하였다. 이 분체는 평균일차 응집경 1.4 ㎛, 최대 입자경 2.2 ㎛의 좁은 입도분포를 가지고 있다. 이 AlN 분체를 그린시트로 성형하여 SEM 관찰을 행한 결과 AlN 분체의 불균일 분포나 성형밀도의 국부적 불균일성이 없었다.

이와 같이 입도분포가 좁은 AlN 분체를 사용함에 따라 성형밀도가 균일한 그린시트를 취득하였는 바 불균일성은 입경차이에 따른 분체 특성에서 발생되는 문제로 판단된다.

아울러, 그린시트의 밀도가 불균일할 경우, 소성후의 AlN 기판에 큰 힘이 발생되고, 이러한 힘에 의해 기판의 휨이 발생되는 바 기판의 휨 발생을 미연에 방지하기 위해서는 AlN 분체 원료 선정이 매우 중요하다.

그러므로 고열전도율 AlN 기판을 위한 분체 원료로서 바람직한 조건은 평균일차 응집 입자경이 1.2~1.2 ㎛ 의 좁은 입도분포를 가지며, 산소함유량이 1.0 wt.% 이하로 순도 99 wt.% 상의 AlN 분체를 소성하여 AlN 분체를 제조한다.

한편, 다른 실시예로, 제1질화알루미늄β형 AlN 30 내지 34중량부, 제2질화알루미늄α형 AlN 65 내지 69중량부 및 평균입경 0.2-10um의 산소 0.2 내지 0.6 중량부를 혼합하고 1,800-1,900℃의 온도로 0.5 내지 1.0 MPa 압력의 질소분위기하에서 소결하여 질화알루미늄 분체를 제조할 수 있다.

이때, 외부로 노출된 표면의 질화알루미늄 입자의 최고 산정부와, 질화알루미늄 입자 또는 입계상의 최저곡저부의 거리가 1 내지 40㎛ 인 것이 바람직하다.

슬러리 제조단계(S20)

본 발명의 일실시예에 따른 슬러리 제조단계는 제조된 질화알루미튬 분체와 준비된 소결조제를 혼합한 후 이를 소결하여 혼합분체을 제조하는 혼합분체 제조단계와, 분산제를 포함하는 용매에 혼합분체과 볼체 및 바인더를 투입하고 이를 교반하여 슬러리를 제조하는 교반단계를 포함하여 이루어질 수 있다.

1) 혼합분체 제조단계(S21)

AlN은 난소결성 물질이기 때문에 AlN 단독으로 소결시키는 것은 곤란 하므로 소결조제를 첨가시켜 소결하는 것이 일반적이다.

여기서, 소결조제는 AlN 입자표면에 존재하는 산화피막과 반응하여 액상을 형성하고 입성장을 촉진시켜 저온 소결을 가능하게 하는데, 이러한 AlN의 소결조제로서 유효한 화합물은 희토류 산화물과 칼슘 산화물이 대표적인 물질이다.

일예로, 소결조제로서 산화이트륨(Y₂O₃)을 첨가하는 경우 다음과 같은 반응을 일으켜 입성장이 진행된다.

Al₂O₃ + 2Y₂O₃ → Y₄Al₂O₉ (TAG 상)

Y₄Al2O₉ + N₂ + 3C → 2Y₂O₃ + 2AlN + 3CO ↑

생성된 이트륨 산화 화합물 (YAG상)은 AlN 소결체의 결정입계에 모여져 액상소결을 일으킴과 동시에 생성된 AlN 결정입자의 일부로 변환되어 입성장을 촉진시킨다. 즉, AlN 소성에 있어서 소결조제를 첨가함에 따라 AlN 분체의 양산성이 크게 향상될 수 있다.

소결조제의 첨가량은 조제의 종류에 따라 차이가 나지만 1 ~ 8 wt.% 사이가 치밀화 할 수 있는 적당한 범위이다. 예를 들면, CaCO₃를 소결조제로 한 경우 CaO 환산시 0.3~2.0 wt.% 또는 Y₂O₃를 소결조제로 한 경우 1~8 wt.%가 첨가될 수 있는데, 상기 수치 이상의 첨가량이 되면 소결의 치밀화를 방해할 뿐만 아니라 과잉의 소결조제가 열전도율을 저하시키는 불필요한 불순물이 된다.

AlN 분체 소결의 치밀화에 영향을 미치는 다른 요인으로서, 소결조제의 입경이 있다. 이에 입경이 서로 다른 소결조제를 이용하여 실험을 행하였다.

먼저, AlN의 평균 입경이 1.5 ㎛ 보다 큰 소결조제, 2 ㎛ Y₂O₃와 3 ㎛ CaCO₃을 첨가하여 상압소결 시킨 것을 SEM으로 파단면을 관찰하였다. 그 결과 입계액상이 존재하지 않는 부분이 보이며 국부적으로 미소결된 부분도 있다.

이에 비해 0.4 ㎛ Y₂O₃ _, 0.84 ㎛ CaCO₃을 첨가하여 상압소결 시킨 것은 SEM에 의해 파단면을 확인하여도 미소결 부분이 보이지 않으며 균일한 소결체를 얻을 수 있었다. 즉, 소결체가 균일한 미세구조를 가진 것은 입계에 있어서 phonon 산란이 적어지므로 고열전도율의 소결체를 얻기 위한 조건이라고 말할 수 있다.

이상의 결과로부터 소결조제로서 첨가한 희토류 산화물과 칼슘 산화물의 입경은 AlN 분체 원료의 입경보다 작게 형성되며, 평균입경 1.2~1.8㎛의 고순도 AlN 분체원료에 대하여 소결조제의 조건은 평균입경 0.1㎛ ~ 0.9㎛ 범위에서 첨가하는 것이 바람직하다.

한편, 열전도를 높이기 위해 La₂O₃, Gd₂O₃, Yb₂O₃, Ce₂O₃, Dy₂O₃ 의 첨가물 중 적어도 1종 또는 2종이상이 선택되어 혼합분체 100 중량부에 대하여 0.2 내지 10 중량부가 포함될 수 있다.

2) 교반단계(S22)

AlN을 이용하여 얇은 기판으로 성형하려면 양산성이 양호한 Tape casting 법이라 불리는 방법으로 성형할 수 있다. 이 성형방법은 AlN에 용매와 결합제를 혼합시킨 슬러리를 만들고 성형 후 건조시켜 그린시트라 불리는 성형체를 만드는 방법이다.

이때 슬러리 분산 상태의 좋고 나쁨이 그린시트의 밀도에 직접적으로 영향을 미쳐 결과적으로 소성물의 기공, 소성수출률, 열전도율에도 영향을 준다. 이에 먼저, AlN 슬러리를 만들기 위해 적절하고 용매를 결정하는 실험을 행하였다.

AlN은 물과 반응하여 암모니아 가스를 발생시키기 때문에 AlN 슬러리의 용매로서는 유기용매를 사용하여야 하므로 유기용매의 종류를 변화시켜 AlN 분체원료와 혼합한 후 일정농도의 슬러리를 만들어 점도를 측정 하므로 분산성을 판단하는 실험을 행하였다. 그 결과를 아래의 그림1에 나타내었다.

[그림1] 용매 혼합비에 따른 점도변화

그 결과 방향족계 용매(톨루엔, 크실렌)와 알코올계 용매(에틸 알코올, 이소부틸 알코올, 부틸 알코올)의 혼합 중량비가 4:6 부터 8:2까지의 혼합유기용매에 적당한 분산제를 첨가하는 것이 바람직하다. 분산제는 솔비탄 지방산 에스테르형 비이온성 계면 활성제가 분산효과가 높고 이중에서도 HLB (Hydrophilic / Lipophilic Balance)값이 1.8부터 8.6 사이의 것이 특히 분산효과가 높았다. 사용 가능한 분산제로서는 다음과 같은 물질이 사용될 수 있다.

Sorbitan trioleate (HLB = 1.8)

Sorbitan monoleate (HLB = 4.3)

Sorbitan monopalmitate (HLB = 6.7)

Sorbitan monolaurate (HLB = 8.6)

아울러, 방향족계 용매(톨루엔, 크실렌)와 알코올계 용매(에틸 알코올, 이소부틸 알코올, 부틸 알코올)의 혼합유기용매를 사용하는 이유는 용매로서 방향족계 용매를 단독으로 사용하면 AlN이 분산되지 않고 응집될 뿐만 아니라 슬러리를 제조할 때 바인더가 고점도화 되어 양호한 슬러리를 얻을 수 없다는 문제점가 발생되기 때문이며, 이러한 조건들과 분산성의 양부를 고려할 때 혼합유기용매의 적당한 혼합비율은 8:2부터 4:6 이다.

AlN 분체원료의 평균입경, 입경분표, 입형상, 산소함유율 등이 변화되면 최적 유기용매의 혼합비율은 변동되어 진다고 판단되는 바 본 실험에서 얻어진 혼합유기용매와 분산제 종류에 관한 최적조건은 평균입경 1.5 ㎛, 산소함유율 1 wt.%인 AlN 분체원료에 가까운 AlN에 관해 특히 유효한 조건이다.

또한, AlN이 양호한 분산성을 갖게 되는 이러한 조건에서는 소결조제도 분산상태가 양호함을 확인하였다. 예를 들면 0.4 ㎛ Y₂O₃의 경우 혼합 유기용매 단독으로 사용되는 경우 순산되지 않고 강하게 응집되어 분산이 어려우나, HLB값이 1.8~8.6사이의 분산제를 투여하면 양호한 분산성을 나타낸다.

정리하면, 본 실시예에서는 평균입경 1.2~1.8 ㎛의 고순도 AlN 분체원료를 이용하여 슬러리를 제조하는 경우 유기용매로서 방향족계 용매와 알코올계 용매를 중량비 8:2~4:6사이의 혼합유기용매를 사용하고, 분산제로서 HLB 값이 1.8~8.6 사이인 솔비탄 지방산 에스테르형 비이온성 계면 활성제를 첨가 혼합하여 분산시킬 수 있다.

다음으로, 강도와 유연성이 우수한 실용적인 그린시트를 제조하기 위해 AlN에 첨가되는 결합체에 대하여 검토하였다.

AlN 슬러리에 첨가되는 바인더로서, 강도가 강하고 열분해성이 낮은 PVB (Poly Vinyl butyral)와 열분해성은 높으나 강도가 약한 PMMA (Poly methyl methacrylate)을 비교하여 실험을 해보았다.

PMMA를 사용한 그린시트는 강도가 매우 약해 손으로 가볍게 접촉하여도 파괴되어 진다. 또한 그린밀도가 1.5 g/cm³로 낮은 값을 나타내므로 실용적인 그린시트를 얻을 수 없었다.

한편, PVB는 바인더 외에 첨가되는 가소제 종류와 첨가량을 선택, 조절하여야만 강도와 유연성의 문제가 없는 AlN 그린시트를 얻을 수 있다. 또한, PVB에 따른 열분해성 문제는 탈바인더시 상온에서 700℃ 이상 온도로 바인더를 제거하지 않는다면 AlN 분체에 악영향을 미치지 않는 것이 확인되었다.

PVB 바인더에 사용가능한 가소제로서는 DBP(Dibutyl phtalate), DOP(Dioctyl phtalate), DOA(Dioctyl adipic acid), BBP(Butyl benzyl phthalate), BPBG(Butyl phthalyl butyl glycol) 등이 있으며, 이들 가소제는 슬러리의 건조 시 그린시트의 균열과 시트 두께의 불균일을 발생시키지 않을 뿐 아니라 단독으로 가소성을 증가시키는 효과를 갖는다.

다만, 그린시트를 펀칭할 때 필요한 특성으로서 충분한 강도와 유연성과 같이 상호 대립되는 성질을 포함하여야 하기 때문에 이종의 가소제를 혼합하여 사용하게 되면 단독 가소제를 사용하는 것보다 우수한 그린시트를 얻을 수 있다.

예를 들어 BBP는 그린시트의 강도를 강하게 하지만 부드럽지 못한 성질을 가지고 있으며 BPBG는 유연성을 증가시키는 성질을 가지고 있다. 이 두 개의 가소제를 혼합, 첨가함으로서 그린시트의 강도와 유연성을 만족하는 AlN 그린시트를 제조할 수 있다.

소수성의 벤젠기를 분자구조로 갖는 BBP와 BPBG는 다른 가소제를 첨가시킨 경우와 비교하면 그린시트의 보관상에서도 이 두 개의 가소제를 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.

결합제(바인더와 가소제) 전체의 첨가량은 그린시트 100 중량부에 대하여 7중량부 이하인 경우 강도가 현저하게 저하되고, 20 중량부를 초과하는 경우 밀도가 밀도가 1.5 g/cm³이하까지 저하되므로 그린시트 100 중량부에 대하여 7 ~ 20 중량부가 바람직하며, PVB와 가소제 첨가 중량비는 7:3 이 바람직하다.

이상과 같은 배합조건에서 얻어진 슬러리를 Tape casting 법에 의해 시트화 하면 균열도 없고 두께도 균일한 AlN 그린시트가 얻어져 punching 시에도 실용상 문제가 없는 강도와 유연성을 가지는 그린시트를 얻을 수 있다.

아울러, AlN 슬러리를 충분히 분산시켜 그린시트의 밀도를 상승시키는 것이 기공이 없고 치밀한 소성물을 얻기 위해서 중요한 부분이다.

지금까지 서술한 것과 같이 용매와 첨가물을 선택하여 AlN을 분산시키는 조건을 만족시킨 것 외에 슬러리 제조시 혼합 시간과 볼 투입량을 적절히 선정함으로서 그린시트의 밀도를 향상시킬 수 있다. 설정한 혼합조건에서 그린시트의 밀도가 2.10 g/cm³ 이상으로 향상된다는 것을 다음의 실험에서 나타났다.

1.1 L의 나이론 포트에 평균입경 1.5 ㎛ AlN 분체과 소결조제가 혼합, 소성된 혼합물에 직경 10 ㎜의 볼체인 나이론 볼을 투입한 후 슬러리화 하기 위해 필요량의 유기용매, 분산제, 결합제를 통입하고, 이를 혼합하여 슬러리를 제조하였으며, 이때 혼합시간은 48시간이었다.

적정한 볼량을 조사하기 위해 AlN 중량(A)과 나이론 볼 중량(B)을 변화시켜 슬러리의 점도와 성형후의 그린시트의 밀도를 측정하였다.

도3에 나타난 바와 같이 AlN과 나이론 볼 중량비 A/(A+B)를 0.57부터 0.24까지 변화시킬 때, 즉 나이론 볼의 함량을 단계적으로 증가시키는 경우 슬러리 점도는 6300 cps부터 3800 cps 까지 낮아지고, 그린밀도는 1.73 g/cm³부터 2.10 g/cm³까지 향상되었다.

이때, 나이론 볼의 양을 많게 하면 분산이 충분하게 되어 그린밀도가 향상되었다. 따라서 AlN 분체량에 대해 어느 정도 충분한 볼량이 필요하며 볼량이 부족하면 볼의 분쇄효과가 저하되어 분산성이 나쁘게 되고 그린밀도가 떨어진다고 볼 수 있다. 즉 AlN과 볼의 중량비 A/(A+B)가 0.33이하에서 슬러리를 분산시키면 그린밀도가 높은 그린시트를 얻을 수 있다고 판단된다.

이때, 나이론 볼의 함량이 0.24이하에서는 그린밀도가 증가하여 슬러리 점도도 낮아지므로 후막성형(800㎛ 이상)이 불가능하며, 수축률이 높은 문제가 있다.

또한 포트의 혼합시간을 24 시간으로 단축하면 그린밀도가 2.10 g/cm³에서 1.55 g/cm³로 저하 되므로 48 시간 이상의 충분한 혼합시간이 요구된다.

[그림2] AIN 중량과 볼 중량비에 따른 점도와 성형밀도 변화

다음은 유기용매의 종류와 함량, 바인더의 각 함량을 달리하여 슬러지를 제조하였다.

[표본 1]

상기 조합을 나이론 볼 (직경 10㎜) 930 g가 들어간 1.1 L 나일론 포트에 AlN분말+유기용제+분산제를 투입하고 (A/(A+B)=0.25, A: AlN분말 중량 B: Ball의중량) 51시간 혼합하였다. 여기에 소결조제로 Y2O3분말을 투입한후 48시간 혼합하고, 그 후 하기의 바인더, 유기용제를 넣고 24시간 혼합한 후 최종적으로 가소제를 넣고 6시간 혼합하였다.

그 후 하기의 재료를 첨가한 후 이를 혼합하여 AlN 슬러리를 제조 하였다.

[표본 2]

상기 조합을 나이론 볼 (직경 10㎜) 930 g가 들어간 1.1 L 나일론 포트에 AlN분말+유기용제+분산제를 투입하고 (A/(A+B)=0.25, A: AlN분말 중량 B: Ball의중량) 51시간 혼합하였다. 여기에 소결조제로 Y2O3분말을 투입한후 48시간 혼합하고, 그 후 하기의 바인더, 유기용제를 넣고 24시간 혼합한 후 최종적으로 가소제를 넣고 6시간 혼합하여 AlN 슬러리를 제조 하였다.

[표본 3]

[표본 4]

이때, AlN 슬러리의 제조공정도는 다음과 같다.

[그림3] AIN 슬러리의 제조공정

상기 표본1 내지 표본4는 유기용매, 톨루엔+n-Butyl Alcohol계와 IPA+n-Butyl Alcohol+Methanol게를 AlN 조성별로 실험하였으며, 위 실시예 결과 모두 그 결과 실시예 1) 내지 실시예 4)의 결과물이 모두 그린밀도가 높은 AIN 슬러지를 얻을 수 있었다.

한편, AIN 슬러리를 제조하는 과정에서 각 조건별 상관관계를 살펴보면 아래와 같다.

<용제량과 분산성과의 관계>

혼합조건에 따른 하나의 변수로써 분산성을 들 수 있는데 이때 투입되는 용제량의 비율은 질화알루미늄 분말이 1차 입경이 되도록 조절하는데 그 목적이 있다.

하기 그림은 용제 첨가량에 따른 응집입자경의 관계를 나타낸 것이다.

[그림4] 용제첨가량에 따른 응집 입자경의 변화

위의 결과 거의 1차 입자경에 가깝게 되는 용제량인 46 이상을 투입량으로 정하였으며, 과량의 용제가 투입될 경우에는 진공탈포 시 점도 조절과 Tape casting시 일정한 두께 조절의 어려움 및 균열이 발생되는 요인이 되기도 한다.

<결합제 농도에 따른 slurry의 점도 변화>

Slurry의 점도는 결합제의 농도에 따라 민감하게 변화하게 되므로 정확한 농도 조절은 Tape casting 시 green slurry 점도 변화의 측정결과를 하기 그림에 나타내었다.

[그림5] 결합제 농도에 따른 슬러리 점도변화

ㅇ 위 그림에서 알 수 있듯이 binder농도에 따라 점도가 거의 직선적으로 변화되고 있음을 나타내고 있다.

<Slurry 점도와 진공탈포>

Slurry 를 진공탈포하는 첫 번째 이유는 기판의 기계적 강도, 열전도도 등을 저하시키는 원인 되는 기포를 제거하기 위하여 성형전에 실시하는 것으로 30분~40분 동안 진공탈포를 하면 기포는 완전히 제거되어진다. 두 번째 이유는 그린쉬트(기판)의 두께를 일정하게 하려면 성형시 slurry 점도를 정확히 조절해야 하는데 이것은 진공탈포 시간으로 점도 조절이 가능하다.

점도조절은 slurry 중 유기용매의 조성, 진공탈포장치의 능력, 운전조건 등에 의해서도 크게 차이가 나는데 본 실험에서는 slurry 를 실험용 진공탈포기에서 점도가 증가하는 것을 실험해보고 그 결과를 표 1에 나타내었다.

[표1] 진공 탈포 시간과 슬러리 점도변화

<Slurry 점도와 그린쉬트 두께>

slurry 점도와 그린쉬트 두께의 관계를 그림6에 나타내었다. 그림6에서 보여준 바와 같이 고점도가 되면 쉬트 두께는 감소되고 있음을 알 수 있다. 점도가 16000 cps 이상이 되면 두께는 800 ㎛ 이하가 되기 때문에 목표 두께치 820 ㎛ 이상을 달성할 수 없으며 점도가 10000cps 이하가 되면 성형후 슬러리가 흐르기 때문에 정확한 두께를 얻을 수가 없다. 따라서 목표두께(820 ㎛이상)을 달성하기 위해서는 blade 간격이 1.500 ㎜ 일때 점도는 10000~1500 cps정도가 적정하다고 판단되어 진다.

[그림6] 슬러리 점도와 그린시트 두께

<건조 조건>

건조는 성형직후의 slurry 안에 존재하는 용제를 휘발시켜 유연한 sheet를 만드는 공정으로서 본 실험에서 사용한 건조기는 성형직후 이동하면서 건조하게 장치가 되어있다. 가열부위는 4군데로 나눠져 있고 각 부위에는 온도와 송풍량을 조절 할 수 있도록 되어 있다. 처음부터 급격히 온도를 올리거나 송풍과 배기를 강하게 하면 용제의 증발속도가 빨라져서 성형 sheet 내에 결함, 군열 등의 문제를 발생시키므로 서서히 온도를 증가시키면서 용제의 표면 증발속도와 내부 확산속도가 일치되는 조건으로 조절하여야 균열이 발생하지 않으며 결함도 생기지 않는다. 특히 중요한 점은 1구간(처음구간)의 초기 건조를 매우 주의하여야 하는데 1구간에 있어서 풍속을 2로 하면 쉬트 표면에 주름(wave)이 발생하며, 건조온도를 높이면 creak이 발생한다. 건조실험결과 가장 안정된 건조조건을 하기 표2에 나타내었다.

[표2] Tape casting의 건조조건

<Y ₂ O ₃ 계 소결조제 첨가시 소성조건>

하기 그림에서 소성온도와 소성밀도 관계를 나타내었다. Graph우측에 표시된 값은 Y₂O₃첨가량에 따른 소성밀도 이론치 이다. 소성온도가 1850℃이하에서는 이 값에 도달하지 못하고 1900℃-2hr 소성조건에서 충분히 치밀한 소결체가 얻어짐을 알 수 있다

또한 소성물에 함유된 산소량이 소성온도에 따라 어떻게 변화하는가를 조사하여 그림7에 결과를 나타내었다. 소성온도에 대한 함유산소량 변화는 거의 보여지지 않는다. 따라서 이상의 결과로부터 Y₂O₃ 첨가 AlN 은 액상소결 기구에 의해 소결이 진행되어 1900℃-2hr 소성조선에서 충분히 치밀화에 도달한다고 결론 지을 수 있다. 탄소환원분위기 소성에 의한 불순물 산소의 배출은 발생하지 않지만 표3에 표시 된 각 소성온도에서의 입계상의 조성을 보면 저온영역에서는 Al₂O₃ 성분이 많은 YAP(3Y₂O₃ · 5Al₂O₃)상이 생성되고 있지만 1900℃의 고온시에는 Al₂O₃성분이 적은 YAP(Y₂O₃ ·Al₂O₃) 상으로 변화되므로 1900℃에서는 탄소환원분위기 소성에 의한 산소불순물의 질화환원이 조금 발생될 가능성이 있다.

[그림7] 소성온도에 따른 소결밀도의 변화(1,3,5 wt.% Y ₂ O ₃ )

[그림8] 소성온도에 따른 산소함량의 변화 (1,5 wt.% Y ₂ O ₃ )

[그림9] Y₂O₃ 1.0wt% 조성의 소성온도 변화에 따른 파단면 SEM 미세구조

[그림10] Y₂O₃ 3.0wt% 조성의 소성온도 변화에 따른 파단면 SEM 미세구조

a) 1800℃ 2hr b) 1830℃ 2hr c) 1850℃ 2hr d) 1900℃ 2hr

[그림11] Y₂O₃ 5.0wt% 조성의 소성온도 변화에 따른 파단면 SEM 미세구조

a) 1800℃ 2hr b) 1830℃ 2hr c) 1850℃ 2hr d) 1900℃ 2hr

[표3] Y₂O₃ 1∼3wt.% 조성의 소성온도에 따른 AlN결정 경계면의 상변화

소성온도가 1900℃에서 소성시간이 길수록 산소함유량이 감소하며, 소결밀도는 증가하는 경향이다. 이는 소성시간이 길어질수록 Y₂O₃성분이 많은 YAM(2Y₂O₃)상이 다수 생성되고 8시간소성에서는 Y₂O₃도 존재한다. 소성시간과 Y₂O₃ 첨가량에 따른 잔류산소량과 열전도율의 관계를 확인하였다.

이에 Y₂O₃첨가시 AlN소결체에서 200 W/mk이상의 열전도율을 얻기 위하여는 장시간의 소성이 필요한 점을 확인되었다.

보다 상술하면, 소성온도가 1900℃가 되면 탄소환원분위기 하에 있어 입계배출이 발생되는 가를 보기위해 소성시간에 대한 소성밀도와 산소함유량의 변화를 조사하였다. 그림12의 소성밀도 변화를 그림 13에 산소함유량 변화를 나타내었다.

[그림12] AlN세라믹스의 소성시간 변화에 따른 소결밀도 변화

(1, 3, 5, wt% Y₂O₃ 1900℃)

[그림13] AlN 세라믹스의 소성시간에 따른 산소함량 변화

(1, 3, 5 wt% Y₂O₃ 1900℃)

소성시간이 길게 됨에 따라 소성밀도 AlN 이론밀도인 3.261에 가깝게 된다. 이것은 AlN보다 비중이 큰 Y₂O₃-Al₂O₃ 화합물이 입계상에서 배출 제거되기 때문이라고 판단된다. 또한 이것을 뒷받침하는 data로서 그림13에 나타낸 산소함유량이 소성시간에 따라 감소되고 있는 것으로 보아 확실히 탄소환원분위기 소성에 의한 입계상의 배출이 생기고 있다고 볼 수 있다.

그리고, 표3에 XRD분석에 의한 입계상 조성을 각 소성시간 별로 종합하여 나타내었다. 소성시간이 길게 됨에 따라 Y₂O₃ 성분이 많은 YAM(2Y₂O₃*?*Al₂O₃)상이 다수 생성되고 8시간 소성에는 Y₂O₃도 존재하고 있다. 이것은 YAM상이 Y₂O₃와 Al₂O₃로 분해하여 소결체 표면에 이동, 환원질화 되어져 YN과 AlN으로 되는 탄소환원분위기소성에 의한 입계상의 소실과정이다. 또한 미량의 YAM(Y₂O₃*?*Al₂O₃) 상은 산소를 동반하여 표면까지 방출하고 있다고 판단된다.

[표3] 1∼5wt% Y₂O₃소성시간에 따른 결정 경계면의 상변화

[그림14] Y₂O₃ 1wt% 조성 소성시간 변화에 따른 파단면 SEM 미세조직

a) 1900℃ 2hr b) 1900℃ 6hr c) 1900℃ 8hr

입계상의 배출에 의해 열전도율은 비약적으로 향상되는 것이지만 그림 5-25에 나타낸 바와 같이 산소함유량은 급격한 감소 없이 소성시간에 대해 약간 적어지고 있다. 1 wt.% Y₂O₃ 첨가의 경우 소성시간 8시간에서도 0.78 wt.%의 산소가 잔존하고 있다.

[그림15] Y₂O₃ 3wt% 조성 소성시간 변화에 따른 파단면 SEM 미세조직

a) 1900℃ 2hr b) 1900℃ 4hr c) 1900℃ 6hr d) 1900℃ 8hr

[그림16] Y₂O₃ 5wt% 조성 소성시간 변화에 따른 파단면 SEM 미세조직

a) 1900℃ 2hr b) 1900℃ 6hr c) 1900℃ 8hr

Y₂O₃첨가 AlN 소셜체에서 200 W/mk 이상의 열전도율을 얻으려는 장시간의 소성이 필요하다. 그림 13에서 열전도율이 200 W/mk 이상이 되는 0.3 wt.%가 될 때까지의 소성시간을 예상하면 다음과 같다.

장시간의 소성은 소성로의 부담을 가중시키고 양산성도 떨어지는 비경제적인 방법이므로 바람직한 소성조건이 아니다. 소성조건으로서 packing 방법, 탄소 분위기 조절에 대해 검토하여 보다 짧은 시간에서 입계상의 배출을 가능하게 하는 조건을 찾을 필요가 있다.

그리고, CaO 소결조제, 소성조건을 실험한 결과, CaO 1 wt.% 첨가한 경우 XRD분석 자료를 검토한 결과 다음과 같다

[표4] AlN 소결체의 결정경계면의 조성

1800 ℃부터 1830 ℃까지 AlN 내부의 고용산소는 적으며, 입계상에 생성된 알루민산칼슘 화합물이 산소를 트랩(trap)하여 대부분의 산소는 입계상에 존재한다. 상기 온도에서 AlN 소결체 파단면을 SEM으로 관찰하면 SEM 조직사진에서와 같이 입자간에 공공이 남고 치밀화가 완전하지 않은 상태이며, 1850℃가 되면 AlN 입자내에 확산고용이 발생됨에 따라 SEM 사진에서와 같이 치밀화가 이루어지면서 입자간 공공이 보이지 않게 된다.

상기 표4에서와 같이 1830 ℃이상에서는 알루미산칼슘상이 소실되어 1830 ℃부근에서 액상증발이 일어나는 현상으로 보여진다.

1 wt.% CaO 첨가 시 산소함유량 변화는 다음과 같다.

[그림17] CaO 1.0 wt.% 첨가시의 AlN 소결체의 산소함유량 변화

[그림18] CaO 1 wt.% 첨가시의 소성온도별 AlN소결체의 파단면 SEM조직

그림17의 산소농도 변화 그래프를 살펴보면, 1800~1850 ℃ 사이에서 AlN 소결체 잔류산소가 급격하게 감소하여 알루민산칼슘이 소실되면서 산소량이 감소된다. 이때 액상증발과 더불어 입성장이 일어나며, 도6에서 보는 바와 같이 1850 ℃부근에서 입계상이 매우 작은 치밀한 조직이 생성된다.

그리고, 1900 ℃에서는 AlN-Al₂O₃ 계 Spinel 화합물이 생성되므로 고열전도율 AlN기판을 얻기 위하여는 1850~1900 ℃의 고온소성이 필요하다.

그리고, CaO 0.5 wt.% 첨가할 경우, 산소함유량은 다음과 같다.

[그림19] CaO 0.5wt.% 첨가시 소성온도에 따른 AlN소결체의 산소함유량 변화

CaO 0.5 wt.% 첨가 AlN은 도8에서 보는 바와 같이 1800 ℃ 이하의 소성온도에서 이미 액상증발에 의한 산소불순물의 제거와 입성장에 의한 치밀화가 진행되여 1800 ℃ AlON 계 화합물이 생성하기 시작하는 시점으로 AlN입경은 크지 않다.

1830 ℃에서는 고용산소가 감소된 상태로 나타나고, 이는 고용산소를 trap 하고, 생성된 AlON계 화합물이 탄소분위기 중에서 질화되어 AlN의 고용산소를 저하시킨다.

[그림20] CaO 0.5 wt.% 첨가시의 소성온도별 AlN 소결체의 파단면 SEM조직

[그림21] CaO 0.5wt.%첨가시 1900 ℃ 소성시간 변화에 따른 소결밀도 변화

[그림22] CaO 0.5wt.% 첨가시 1900 ℃ 소성시간 변화에 따른 산소함유량 변화

[그림23] CaO 0.5wt.% 첨가시 1900 ℃ 소성시간 변화에 따른 산소함유량 변화

그리고, 그림20 내지 그림 23을 참조하면, 상기 산소함유량은 소성시간 2 시간일 때 산소함유량 0.5~0.7 wt.%로, 소성시간 4 시간일 때는 산소함유량이 0.17 wt.%로 급격하게 감소한다. 상기 결과에서 소성시간을 조절하여 산소량을 저하시키는 것으로 AlN의 열전도율을 높일 수 있다.

열전도율을 200 W/mk 이상의 AlN 소결체를 얻기 위해서는 산소함유량이 0.2~0.3 wt.% 보다 적은 치밀한 소결체 제조가 필요하다. 이를 실현하기 위해서는 탄소환원분위기에서 소성온도 1900 ℃ 소성기간 8~10 시간 정도가 최적조건이다.

이 AlN 슬러리를 테이프 캐스팅법에 의해 시트화 하면 균열 발생아 없고, 두께 균일성도 양호할 뿐 아니라 강도와 유연성이 향상된 AlN 그린시트를 취득할 수 있으며,. 밀도는 2.10 g/cm³을 달성하였으므로 슬러리가 충분히 분산되어 졌다고 판단할 수 있다.

그린시트 제조단계(S30)

그린시트를 제조하는 단계는 시트 제조단계와, 제조된 시트를 소성하여 바인더를 제거하는 1차 소성단계 및 바인더가 제거된 시트를 2차 소성하는 2차 소성단계를 포함하여 이루어지며, 이하에서 단계적으로 설명하도록 한다.

1) 시트 제조단계(S31)

위에서 제조된 슬러지를 이용하여 Tape casting법으로 그린시트를 성형한다.

2) 1차 소성단계 및 2차 소성단계(S32,S33)

이후, 그린시트에 유기결합제가 잔존된 상태에서 소성을 행하게 되면 기공과 크랙 (cack)을 발생시키는 원인이 될 뿐 아니라 소성을 위한 고가의 초고온로를 손상시키는 원인이되므로 소결조제가 첨가된 AlN 혼합물을 약 1900 ℃의 고온에서 소성하기 전에 시트화하기 위해 첨가된 유기결합제를 완전히 제거해야 한다.

이에 결합제를 그린시트로부터 제거하기 위해 N₂분위기에서 바인더를 제거하면 단일 소성 공정에서 소결을 완료할 수 있다. 그러나 실험을 반복해 본 결과 PVB를 N₂분위기에서 완전히 열분해 시킬 수 없었다.

이에 AlN 그린시트의 소성은 공기 중에서 바인더 제거를 위한 탈바인더 소성과 N₂분위기에서 본 소성하는 2 단계의 소성법이 요구된다.

이때, 도12에서 보는 바와 같이 공기 중에서 온도 500 ℃부터 700 ℃ 사이에서 탈바인더 소성을 함으로써 유기결합제를 거의 완전히 제거할 수 있다는 것을 열분석에 의해 확인하였으며, 열분석 결과로부터 공기 중에서의 탈바인더 소성은 온도가 700 ℃ 이하로 제한해야 AlN 산화가 문제가 되지 않는 것으로 나타났다.

이와 같은 2 단계의 소성 방법을 함으로서 본 소성의 소성 스케줄 시간을 단축할 수 있었고, 고가의 초고온로를 유효하게 사용할 수 있는 효과도 있다.

본 소성은 대기 중에서 결합제를 제거시킨 AlN 시트를 N₂가스가 함유된 비산화 분위기에서 약 1800~1900 ℃ 사이의 온도에서 소성함으로서 고열전도율 AlN 시트를 얻을 수 있었다. 그리고, Y₂O₃ 첨가의 경우 탄소 환원 분위기에서 소성하면 불순물 산소의 함유량을 적게 할수 있으므로 분위기를 조정하여 소성하는 것이 바람직하다.

한편, AlN 그린시트를 AlN 용기에 넣고 본 소성을 수행하는 경우 AlN 기판이 AlN 용기에 소성후 부착되어 버리는 문제점이 발생될 수 있다.

이와 같은 문제를 근본적으로 해결하기 위해 BN 분체을 AlN 용기에 뿌리는 방법이 사용될 수 있다. 이에 2 단계 소성시 BN 분체이 AlN 기판과 소성용 용기의 부착을 방지하는 효과가 있는가를 실험하였다. 즉 BN 분체을 뿌린 AlN 용기위에 공기중에서 탈바인더 시킨 AlN 시트를 놓고 소성하였다.

이러한, 소성결과 탈바인더된 AlN 시트 본 소성시 BN 분체 부착을 방지하는 효과가 있음이 나타났다.

이상의 방법에 의해 소성부착의 문제를 해결하면서 탈바인더 소성과 본소성의 2 단계 소성방법을 도입하여 치밀하고 균일한 조성의 소성물을 얻어내었다. 또한 이 방법은 소성기판과 용기의 부착 방지뿐만 아니라 적층 소성하는 경우에도 응용할 수 있다.

즉, 다수의 탈바인더된 AlN 시트 위에 BN 분체을 뿌린 후 AlN 시트를 중첩하여 AlN 용기에 넣어 소성하면, AlN 기판 사이의 부착을 방지하며, 다량의 AlN 기판을 소성할 수 있다. 이와 같은 적층소성 방법은 양산성이 우수한 소성방법으로서 대단히 유효한 소성방법이다.

[그림24] 탈바인더 열처리 조건

또한, 본 소성후 AlN 시트에는 휨이 발생할 수 있다.

휨 발생의 원인으로서는 그린시트 내 밀도의 불균일 분포와 소성온도의 불균일 분포 등이 일반적인 원인이지만 소결조제의 종류 (예를들면 Y₂O₃ 와 CaCO₃)에 따라서 휨 발생의 정도차가 있으므로 소결조제의 차이에 의한 입성장의 차이등도 휨 발생에 영향을 부여하는 것으로 판단된다.

이에 본 실시에서는 휨이 발생된 AlN 소성 기판을 BN 용기 또는 부착 방지를 위한 BN 분체을 균일하게 뿌린 AlN 용기로 하중이 가해진 상태에서 1830~1850 ℃, 0.5~1 시간 (N₂분위기) 조건으로 소성함으로써 휨 발생을 방지하였으며, 이때, 하중은 AlN 소성 기판의 단위면적당 35 g/cm² 이상 이면 적당하다

이와 같이 얻어진 AlN 소성기판은 휨이 없고, 불순물이 존재하는 기판 표면을 소성후 연마하면 실용적인 고열전도율 그린시트가 된다.

본 출원인은 위와 같은 방법으로 AlN 그린시트의 소성을 전체적으로 진행하였다

우선, AlN 그린시트를 대기 중에서 탈바인더 소성을 실시하였는데 이때 소성은 온도 550 ℃ 유지시간 60 분, 승온속도 3 ℃/min 이하의 조건으로 바인다의 급속 열분해에 의한 요철 및 균열 발생이 생기지 않도록 느린 스케줄로 행하였다.

이후 BN 분체이 뿌려진 AlN 용기에 탈바인더된 그린시트를 놓고 이 AlN 용기를 탄소 용기에 집어넣고 본 소성을 실시하였다. 이때 조건은 1900 ℃, 유지시간 2 시간, 분위기는 N₂이었다.

이와 같이 하여 얻어진 AlN 소성기판증 휨이 심한 기판을 선택하여 휨 수정 소성을 AlN 소성기판의 단위면적당 35 g/cm²이상의 하중을 가해 1830 ℃, 0.5 시간 (N₂분위기)에서 적층시킨 기판 사이에 BN 분체을 뿌려 행하였다.

기판 제조단계(S40)

상기한 바와 같이 제조된 질화알루미늄 소결체 시트, 즉 그린시트를 기계 가공하여 세로 50 ㎜×가로 50 ㎜×두께 0.6 ㎜의 반도체 모듈용 기판을 제조한다.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 고열전도성 질화알루미늄 기판의 제조방법을 다양한 실시예로 수행함과 아울러 그로 인한 결과물의 특성을 분석하였다.

[실시예-1]

90 % 이상의 β화율 질화알루미늄 분체 10 wt.% 및 α형 질화알루미늄 분체 86 wt.%에 소결 보조제로서 3 wt.%의 Y₂O₃ 및 1 wt.%의 La₂O₃를 첨가하여 혼합 분체을 제작하였다. 계속해서, 2 wt.%의 아민계 분산제를 함유하는 톨루엔/부탄올 용액을 채운 수지제의 볼밀포트(Ball mill pot)에 상기 혼합 분체을 분쇄 매체의 나이론 볼과 함께 투입하고, 48 시간 습식 혼합하였다. 이때,, 포트 중의 혼합 분체 100 중량부에 대하여 PVB(Poly Vinyle Butyral) 유기 바인더(Binder) 15 중량부 및 가소제(디메틸 프탈레이트 : Dimethyl phthalate) 5 중량부를 첨가하고 48시간 습식 혼합하여 슬러리(Slurry)를 얻었다. 이 슬러리를 닥터 블레이드법에 의하여 그린 시트(Gleen Sheet)에 성형하였다. 얻어진 그린 시트를 공기중에서 400∼600 ℃로 2∼5 시간 가열함으로써, 유기 바인더를 제거하였다.

탈지된 형성체를 0.9 MPa(9기압)의 질소 분위기 중에서 1,850 ℃에서 2 시간 소결하고, 계속해서 동일 질소 분위기 중에서 1,900 ℃에서 6 시간 열처리하여 실온까지 냉각하였다. 얻어진 질화알루미늄 소결체 시트를 기계 가공하여 세로 50 ㎜×가로 50 ㎜×두께 0.6 ㎜의 반도체 모듈용 기판을 제조하였다.

질화알루미늄 소결체 기판의 표면에 동제 회로판을 설치함과 더불어 기판의 뒷면에 동판을 브레이징재에 의한 접합으로 회로기판을 제작하였다.

회로기판에 대하여 3 점 굽힘 강도 및 내열 사이클의 시험을 행하였다. 내열 사이클 시험은 40 ℃에서의 냉각을 30 분간, 실온에서의 유지를 10 분간 및 125 ℃에서의 가열을 30 분간으로 하는 온도 상승-온도 하강 사이클을 반복하고, 회로기판에 크랙이 발생되기까지의 사이클 수를 측정하는 것이다.

그 결과, 회로기판의 굽힘 강도는 500 MPa 이상으로 크고, 회로기판의 실장 공정에 있어서의 조임 균열이나 브레이징 공정시의 열응력에 기인하는 크랙이 거의 없는 것을 알 수 있었다. 이로 인해 회로기판을 사용하는 반도체 장치의 제조 산출량을 대폭 개선할 수 있음을 알 수 있다.

또한 사이클의 승온-냉각 후에도 질화알루미늄 소결체 기판의 균열이나 동제 회로판의 박리가 없고, 우수한 내구성 및 신뢰성 시험에서 5,000 cycle 이상 열충격시험에서 X-Ray 투과시험 결과 AlN 기판과 동판의 박리(Delamination)현상이 없는 것으로 분석되었다.

[실시예-2]

전장과 동일하게 제작한 β화율이 90 % 이상의 질화알루미늄 분체 10 wt.% 및 α형 질화알루미늄 분체 86 wt.%에 소결 보조제로서 3 wt.%의 Y₂O₃ 및 1 wt.%의 Gd₂O₃를 첨가하여 혼합 분체을 제조하였다. 계속해서, 2 wt.%의 분산제(레오가드 GP)를 함유하는 에타놀을 채운 볼밀 용기에 상기 혼합 분체을 투입하여 혼합하였다. 얻어진 혼합물을 진공 건조하고, 체눈 150 ㎛의 체를 통하여 조립하였다. 계속해서, 프레스기에 의하여 각각 직경 20 ㎜×두께 10 ㎜ 및 직경 100 ㎜ ×두께 15 ㎜의 디스크 형상 성형체를 압력 3 ton으로 CIP 성형하였다. 얻어진 각 성형체를 0.9 MPa(9기압)의 질소 분위기중에서 1,850 ℃에서 2 시간 소결하고, 나아가서 동일한 질소 분위기중에서 1,900 ℃에서 6 시간 열처리하고, 계속해서 실온에서 냉각하였다.

얻어진 질화알루미늄 소결체의 미세 구조를 투과형 전자 현미경(TEM, Jeol Co.)에 의하여 15,000∼50,000 배의 배율로 관찰하였다.

[그림25] 질화알루미늄 소결체의 미세구조

질화알루미늄 소결체 열전도율은 (a) 180 W/mk, (b) 210 W/mk, (c) 230 W/mk

그림25에서 보는 바와 같이 소성온도가 1900 ℃ 4 시간, 6 시간, 8 시간으로 증가할수록 액상의 AlN결정경계면이 감소하며, Gd이온의 농도가 증가하여 베타상으로 상전이가 되어 열전도율이 증가하는 경향으로 분석된다.

[그림26] 질화알루미늄 소결체의 미세구조

질화알루미늄 소결체의 열전도율은 (a) 205 W/mk, (b) 210 W/mk, (c) 230 W/mk

상기 그림26의 질화알루미늄 소결체에 있어서, TEM 상전이 상태를 분석하였다.

희토류 원소인 Gd⁺이 AlN 핵심부에 농도가 증가하므로써 TEM 박판 투과상에서 AlN 결정상이 결정도가 양호한 X-Ray Diffraction Pattern이 나타나며, 이는 베타상전이에 흐토류 원소가 결정체내에 고용됨으로써, 열전도율을 증가시키는 것으로 분석된다. 또한 경게면의 Y₂O₃ 검은색 액상이 베타상내에 희토류원소 농도가 증가할수록 액상이 표면으로 방출되어 적어지는 경향이 있다. 즉 경계면 액상량의 함량이 적고 결정상내에 희토류원소인 Gd, La, Ce, Dy, Yb 등의 농도가 증가할수록 열전도가 베타상으로 전이가 촉진되어 열전도율이 크게 증가하는 것으로 본 발명에 의하여 증명하였다.

각 질화알루미늄 소결체로부터 직경 10 ㎜ ×두께 3 ㎜의 열전도율 및 밀도 측정용의 소결체 조각 및 세로 3 ㎜ ×가로 4 ㎜ ×길이 40 ㎜의 굽힘 시험용의 소결체편을 잘라 내었으며, 각 소결체 조각의 밀도는 마이크로미터에 의하여 측정된 치수 및 중량으로부터 산출하였다.

또한, 열전도율은 레이저 플래쉬법에 의하여 상온에서 측정한 비열 및 열확산율로부터 산출하였다. 3 점 굽힘 강도는 JIS R1606에 준거하여 상온에서 측정하였다.

질화알루미늄 소결체의 제조 조건 및 평가 결과를 표5에 표시하였으며, 이에 따른 8개에 대한 샘플 이 아래와 같이 분석되었다.

[표5] 제 1 질화알루미늄(β형 AlN) 분체 소결조건

표5에 나타낸 바와 같이 , 질화알루미늄 입자내에 미세 입자가 확인된 소결체는 모두 80 W/mK이상의 열전도율을 가지고 있었다. 한편, 질화알루미늄 입자내에 미세 입자가 확인되지 않은 소결체의 열전도율은 모두 70 W/mK 미만이었다.

[실시예-3]

전장과 동일하게 제작한 β화율이 30 % 이상의 질화알루미늄(β형 AlN) 분체 10 wt.% 및 α형 질화알루미늄 분체 86 wt.%에 소결조제로서 3 wt.%의 Y₂O₃ 및 1 wt.%의 Yb₂O₃ 를 첨가하여 혼합 분체을 제조하였다. 2 wt.%의 아민계 분산제를 함유하는 톨루엔/부탄올 용액을 채운 수지제의 볼밀포트에 상기 혼합 분체을 나이론 볼의 분쇄매체와 함께 투입하고, 96 시간 습식 혼합하였다. 포트중의 혼합 분체 83.3 중량부에 유기 바인더 12.5 중량부 및 가소제(디메틸 프탈레이트) 4.2 중량부를 첨가하고, 96 시간 습식 혼합하여 슬러리를 얻었다. 이 슬러리를 닥터 블레이드법에 의하여 그린 시트에 성형하였다.

그린 시트를 공기중에서 400∼600 ℃로 2∼5 시간 가열함으로써, 유기 바인더를 제거하고, 탈지된 그린 시트를 0.9 MPa(9기압)의 질소 분위기중에서 1,850 ℃에서 2 시간 소결하고, 나아가서 동일한 질소 분위기 중에서 1,900 ℃에서 6 시간 열처리하고, 계속해서 실온에서 냉각하였다.

얻어진 시트 형상 질화알루미늄 소결체를 기계 가공하고, 샌드 블라스트에 의하여 표면 거칠기를 조정하여 세로 50 ㎜ ×가로 50 ㎜ ×두께 0.6 ㎜의 반도체 모듈용 질화알루미늄기판을 얻었다.

샌드 블라스트 조건은 이하와 같다.

- 기판의 이송 속도 : 20 cm/분

- 처리 범위의 길이 : 80 cm

- 노즐수 : 4개

- 노즐의 분출 압력 : 0.35 MPa

- 기판 표면에 대한 분사 각도 : 30°

- 숫돌 입자 : 알루미나제#240

이때, 샌드 블라스트에 의하여 소결체 표면의 입계상이 제거되기 때문에 샌드 블라스트 조건(기판의 이송 속도, 처리 범위의 길이, 노즐의 수 및 분출 압력, 기판 표면에 대한 분사 각도, 숫돌 입자의 종류 및 입도 등)을 조정한 질화규소기판을 얻을 수 있다.

여기서, 상기 샌드블라스트법에 의한 표면개질은 질화알루미늄 기판 표면을 샌드입자를 기판 표면에 분사하여 표면 요철을 형성하는 방법으로 동판 접합시 활성금속페이스트가 요철부에 침투하여 브레이징 열처리후 앵커효과에 의하여 접합강도가 증가한다.

세로 50 ㎜ ×가로 50 ㎜ ×두께 0.6 ㎜의 질화알루미늄기판(시료 No.1∼8)의 표면에 동(Cu)제의 회로판을 설치하고, 기판의 뒷면에 동판을 브레이징재에 의하여 접합함으로써, 그림27에 도시된 회로기판을 제작하였다.

[표6] 질화알루미늄 기판 물성

[그림27] 회로기판

표6.의 시료 No.1∼8로부터는 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다.

(1) 샘플 No.4의 중심선 평균 표면조도 Ra는 0.2 ㎛ 미만이고, 접합강도(Peell Strength)는 4.5 kN/m로 낮으며, 파괴는 접합계면에서 발생되었다.

(2) 샘플 No.5의 중심선 평균 표면조도 Ra는 20 ㎛ 이상이고, 접합강도(Peell Strength)는 4.7 kN/m로 낮으며, 파괴는 접합계면에서 발생되었다.

(3) 샘플 No.6은 7 0%미만의 질화규소 입자의 면적율 및 30 %를 초과하는 입계상의 면적율을 가지고, 필 강도는 2.7 kN/m로 낮으며, 파괴는 접합계면에서 발생되었다.

(4) 샘플 No.7의 표면의 산정부-곡저부 거리 L은 1 ㎛미만이고, 접합강도(Peell Strength)는 3.5 kN/m로 낮으며, 파괴는 접합계면에서 발생되었다.

(5) 샘플 No.8의 표면의 산정부-곡저부의 거리 L는 45 ㎛이고, 접합강도(Peell Strength)는 저하되어 3.2 kN/m로 되며, 파괴는 접합계면에서 발생되었다.

즉, 상기 표 3.의 시료 No.1~3으로부터 중심선 평균 표면 조도 Ra가 0.1~5.0 ㎛의 표면거칠기를 가지는 질화알루미늄기판을 이용하며, 동(Cu)제의 금속판을 접합한 질화알루미늄기판에 접합한 경우, 얻어진 회로기판 모두 14.5~15.5 kN/m으로 높은 접합강도(Peell Strength)를 가지고, 파괴는 Cu접합부에서 이루어졌다.

또한 No.4~No.8은 평균조도(Ra)가 0.1～10um의 표면거칠기를 갖는 질화알루미늄기판을 이용하여 Cu금속판을 접합한 경우 접합강도가 2.7~4.7 kN/m으로 낮으며, 기판과 접합금속의 접합경계면으로부터 파괴가 일어났다.

이때, 샌드블라스트 방법으로 기판 표면에 요철(凹凸)을 형성하여 평균조도가 Ra=0.2-20um의 표면거칠기를 갖도록 함으로써 추후 동판의 결합이 보다 견고하게 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 제조된 기판 중 질화알루미늄 결정상과 입계상으로 구성된 질화알루미늄 소결기판에 있어서, 질화알루미늄 입자 및 입게상의 합계 면적율을 100%하여 질화알루미늄입자의 면적율이 70-100%인 것이 바람직하다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

Claims

질화알루미늄 원료를 소성하여 질화알루미늄 100 중량부에 대하여 0.1 내지 1 중량부의 산소를 포함하는 질화알루미늄 분체를 제조하는 질화알루미늄 분체 제조단계와;
분산제를 포함하는 용매에 상기 질화알루미늄 분체와 소결조제가 혼합된 혼합분체와, 볼체 및 바인더를 투입하고 이를 교반하여 슬러리를 제조하는 슬러리 제조단계와;
제조된 상기 슬러리를 박막형상으로 성형하고, 이를 건조하여 그린시트를 제조하는 그린시트 제조단계; 및
성형된 상기 그린시트를 미리 설정된 크기로 재단하여 기판을 제조하는 기판 제조단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고열전도성 질화알루미늄 기판의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 질화알루미늄 분체는 그 입자경이 1.2㎛ 내지 2.2㎛로 형성되는 것을 특징으로 하는 고열전도성 질화알루미늄 기판의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 슬러리 제조단계는
제조된 상기 질화알루미늄 분체와, 준비된 소결조제를 혼합하여 혼합분체를 제조하는 혼합분체 제조단계; 및
분산제를 포함하는 용매에 제조된 혼합분체과, 볼체 및 바인더를 투입하고, 이를 교반하여 슬러리를 제조하는 교반단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고열전도성 질화알루미늄 기판의 제조방법.
제2항에 있어서,
상기 혼합분체 제조단계는 소결조제가 평균입경 0.1㎛ 내지 0.9㎛로 형성되고, 상기 질화알루미늄 분체 100 중량부에 대하여 0.2 ~ 10 중량부가 혼합되는 것을 특징으로 하는 고열전도성 질화알루미늄 기판의 제조방법.
제4항에 있어서,
상기 혼합분체 제조단계는 La₂O₃, Gd₂O₃, Yb₂O₃, Ce₂O₃또는 Dy₂O₃ 중 적어도 1종 또는 2종이상이 선택되어 상기 질화알루미늄 분체 100 중량부에 대하여 0.2 내지 10 중량부를 더 포함하여 혼합되는 것을 특징으로 하는 고열전도성 질화알루미늄 기판의 제조방법.
제3항에 있어서,
상기 혼합분체의 100 중량부에 대하여 상기 질화알루미늄 분체의 중량비가 0.24 내지 0.33 인 것을 특징으로 하는 고열전도성 질화알루미늄 기판의 제조방법.
제3항에 있어서,
상기 혼합분체 제조단계는 상기 용매로서 유기용매가 사용되되, 방향족계 용매와 알코올계 용매를 중량비 4:6 ~ 8:2의 혼합유기용매를 사용되며, 상기 분산제의 HLB(Hydrophilic / Lipophilic Balance)값이 1.8 ~ 8.6의 물질이 사용되는 것을 특징으로 하는 고열전도성 질화알루미늄 기판의 제조방법.
제3항에 있어서,
상기 교반단계에서 상기 바인더는 상기 슬러리 100 중량부에 대하여 7 ~ 20 중량부가 사용되고, 결합제와 가소제를 포함하되, 상기 결합제와 상기 가소제의 중량비가 6:4 ~ 8:2로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고열전도성 질화알루미늄 기판의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 교반단계는 분산제를 포함하는 용매에 제조된 혼합분체와, 볼체를 투입하고, 혼합하면서 분산시킨 후 상기 결합제를 투입하는 것을 특징으로 하는 고열전도성 질화알루미늄 기판의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 그린시트 제조단계는
제조된 상기 슬러리를 성형하여 박막형상의 시트를 제조하는 시트 제조단계와;
제조된 시트를 상온에서 400℃ ~ 700℃ 로 2~5시간 공기 중 또는 질소분위기하에서 소성하여 상기 시트에 포함된 유기바인더를 제거하는 1차 소성단계; 및
상기 바인더가 제거된 상기 시트를 N₂를 함유한 비산화 분위기 하에서 1800℃~1900℃로 소성하는 2차 소성단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고열전도성 질화알루미늄 기판의 제조방법.
제10항에 있어서,
상기 2차 소성단계는 상기 시트가 안착되는 용기와, 상기 시트 사이에 BN분체를 도포한 후 상기 시트를 소성하는 것을 특징으로 하는 고열전도성 질화알루미늄 기판의 제조방법.
제10항에 있어서,
상기 그린시트 제조단계는
상기 2차 소성단계 후 취득한 상기 시트를 N₂ 분위기 하에서 시트 면적당 35g/cm²이상의 하중을 가함과 동시에 1830℃ ~ 1850℃로 0.5 ~ 1시간동안 소성하는 휨수정단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고열전도성 질화알루미늄 기판의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 질화알루미늄 분체 제조단계는
제1질화알루미늄β형 AlN 30 내지 34중량부, 제2질화알루미늄α형 AlN 65 내지 69중량부 및 평균입경 0.2-10um의 산소 0.2 내지 0.6 중량부를 혼합하고 1,800-1,900℃의 온도로 0.5 내지 1.0 MPa 압력의 질소분위기하에서 소결하는 것을 특징으로 하는 질화알루미늄 기판의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 기판제조단계는
샌드블라스트 방법으로 상기 기판 표면에 요철(凹凸)을 형성하여 평균조도가 Ra=0.2-20um의 표면거칠기를 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 질화알루미늄(AlN)기판 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 기판제조단계는
질화알루미늄 결정상과 입계상으로 구성된 기판에 있어서, 질화알루미늄 입자 및 입계상의 합계 면적율을 100%하여 상기 질화알루미늄 입자의 면적율이 70-100%인 것을 특징으로 하는 질화알루미늄기판의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 질화알루미늄 분체 제조단계는
외부로 노출된 표면의 질화알루미늄 입자의 최고 산정부와, 질화알루미늄 입자 또는 입계상의 최저곡저부의 거리가 1 내지 40㎛ 인 것을 특징으로 하는 질화알루미늄기판의 제조 방법.