KR20210062783A - Aluminium nitride ceramics and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

According to the present invention, disclosed is an aluminum nitride ceramics composition in which CaCO3·Al2O3·SiO2 glass is added to an aluminum nitride (AlN) ceramic composition to form a solid solution, and a method for manufacturing the same. In particular, the present invention can minimize and suppress each content of residual carbon and residual oxygen inside an AlN substrate produced by a thick film process such as tape casting and sintered without using expensive rare earths such as Y2O3 as a sintering aid. In terms of technology, while improving both the sintering and thermal conductivity properties of the AlN sintered body, the producing costs of an AlN sintered body can be greatly reduced from an economic point of view.

Description

질화알루미늄 세라믹스 조성물 및 그의 제조방법 {ALUMINIUM NITRIDE CERAMICS AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}Aluminum nitride ceramics composition and method for producing the same {ALUMINIUM NITRIDE CERAMICS AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 질화알루미늄 세라믹스 조성물에 관한 것으로, 특히 질화알루미늄(AlN) 소결체의 소결성과 열전도도 특성 모두를 개선하고 AlN 소결체의 제조단가를 크게 낮출 수 있으며, 부착 인쇄된 금속전극들과의 동시소성이 가능한 질화알루미늄 세라믹스 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to an aluminum nitride ceramics composition, and in particular, it is possible to improve both the sintering and thermal conductivity characteristics of an aluminum nitride (AlN) sintered body, and significantly lower the manufacturing cost of the AlN sintered body, and to achieve simultaneous firing with attached printed metal electrodes. It relates to possible aluminum nitride ceramics compositions.

또한, 본 발명은 상기 질화알루미늄 세라믹스 조성물의 제조방법에 관한 것이다.In addition, the present invention relates to a method for producing the aluminum nitride ceramic composition.

일반적으로 질화알루미늄(AlN)은 이론상 알루미나보다 10배 이상 높은 열전도도(319W/m·K)와 알루미나보다 낮은 열팽창계수(4×10-6)를 가지면서, 우수한 기계적강도(430MPa)와 전기저항(9×1013Ω·㎝)을 특징으로 한다. 따라서, 질화알루미늄은 고열전도 세라믹스의 반도체 기판이나 히터, 정전척 등의 세라믹 부품에 매우 유망하다.In general, aluminum nitride (AlN) has a thermal conductivity (319W/m·K) that is 10 times higher than that of alumina theoretically and a coefficient of thermal expansion (4×10 -6 ) lower than that of alumina, and has excellent mechanical strength (430MPa) and electrical resistance. (9×10 13 Ω·cm). Accordingly, aluminum nitride is very promising for semiconductor substrates of high thermal conductivity ceramics and ceramic parts such as heaters and electrostatic chucks.

질화알루미늄(AlN)은 이렇게 우수한 특성을 갖지만, 무엇보다도 제조시 그의 난소결성과 불순물의 영향으로 인하여 실제 열전도도 수준이 이론상 수치보다 크게 열화되는 문제가 극복해야할 도전과제로 되고 있다. Although aluminum nitride (AlN) has such excellent properties, above all, the problem that the actual thermal conductivity level is significantly deteriorated than the theoretical value due to its incombustibility and the influence of impurities during manufacture is a challenge to be overcome.

일반적으로, 질화알루미늄은 부품화를 위한 후막성형을 위하여 테이프 캐스팅된 후 내부 함유된 유기물을 가열 탈지하여 1700~1900℃ 범위의 고온에서 소결처리되는 방식으로 제조된다. 특히, 이때 AlN 원료분말의 표면 등에 부착되어있던 다량의 산소 등의 불순물이 소결시 AlN 결정 격자 중에 고용되거나 격자진동의 전파를 방해하는 Al-O-N 화합물과 같은 복합체를 생성하게 됨으로써 질화알루미늄 소결체의 열전도도를 크게 열화시킨다.In general, aluminum nitride is manufactured in such a way that it is subjected to sintering at a high temperature in the range of 1700 to 1900° C. by tape-casting and then heating and degreasing the organic material contained therein to form a thick film for componentization. In particular, at this time, a large amount of impurities such as oxygen adhering to the surface of the AlN raw material powder are dissolved in the AlN crystal lattice during sintering, or a complex such as an Al-ON compound that interferes with the propagation of lattice vibration is generated, thereby thermal conduction of aluminum nitride sinter greatly deteriorate the

따라서, 최근에는 위와 같이 상압 소결에 의해 질화알루미늄 소결체를 제조하는 경우, 소결체의 치밀화 및 산소 불순물이 결정입자 내에 고용되거나 Al-O-N 화합물 등을 생성하는 것을 방지하도록, Y2O3 등의 희토류인 소결조제를 첨가하는 것이 일반적이다. 이러한 소결조제는 AlN 소결시 상기 산소 불순물과 Al2O3와 반응하여 액상을 형성함으로써 소결체의 치밀화를 이루고 상기 산소 불순물을 입계에 포집함으로써 열전도도를 높이는 것으로 알려졌다. Therefore, recently, when the aluminum nitride sintered body is manufactured by atmospheric pressure sintering as above, in order to prevent the densification of the sintered body and oxygen impurities dissolved in the crystal grains or the formation of Al-ON compounds, etc., rare earths such as Y 2 O 3 It is common to add a sintering aid. Such a sintering aid is known to increase the thermal conductivity by forming a liquid phase by reacting with the oxygen impurity and Al 2 O 3 during AlN sintering to achieve densification of the sintered body and to collect the oxygen impurity at grain boundaries.

또한, 이 외에도, 질화알루미늄 소결체의 열전도도를 높이는 방안으로 테이프 캐스팅용 슬러리에 비수계 용매를 적용하여 산화문제를 방지하거나 소결 유지시간을 연장하여 내부 2차상들의 생성을 억제하는 방법도 제안되었다.In addition, as a method of increasing the thermal conductivity of the aluminum nitride sintered body, a method of preventing oxidation problems by applying a non-aqueous solvent to the slurry for tape casting or extending the sintering holding time to suppress the generation of internal secondary phases has also been proposed.

일반적으로, 테이프캐스팅 방법으로 제조된 질화알루미늄(AlN)의 그린시트(green sheet)는 부품화를 위해 내부 및 외부표면에 금속전극들이 인쇄되어 동시소성되어야하며, 따라서 소결 전에 상기 AlN 그린시트를 소정의 온도로 가열 유지하는 탈지공정을 적용하여 AlN과 상기 금속전극들의 산화를 억제하면서 상기 유기물들을 소산시켜야한다. 그러나, 그린시트의 형성을 위하여 조성에 첨가되는 바인더 등의 유기물은 일반적으로 10wt% 이상의 양으로 함유되므로, 소결시 상기 유기물은 잔류 탄소를 생성시키고 소결성을 저하시킨다.In general, a green sheet of aluminum nitride (AlN) manufactured by a tape casting method must be co-fired with metal electrodes printed on the inner and outer surfaces for componentization. Therefore, the AlN green sheet is pre-sintered prior to sintering. It is necessary to dissipate the organic materials while suppressing oxidation of AlN and the metal electrodes by applying a degreasing process of heating and maintaining at a temperature of . However, an organic material such as a binder added to the composition for the formation of the green sheet is generally contained in an amount of 10 wt% or more, so that the organic material generates residual carbon during sintering and reduces sinterability.

또한, 산소 불순물의 악영향을 막기위하여 위와 같이 Y2O3 등의 값비싼 희토류를 첨가제로서 사용하거나 소결 유지시간을 연장하는 방법은 질화알루미늄 소결체의 생산 단가를 지속적으로 낮출 수 없게 한다.In addition, in order to prevent the adverse effects of oxygen impurities, the method of using expensive rare earths such as Y 2 O 3 as an additive or extending the sintering holding time as above makes it impossible to continuously lower the production cost of the aluminum nitride sintered body.

국제공개공보 WO97/03031호(1997. 1. 30 공개)International Publication No. WO97/03031 (published on January 30, 1997) 일본특개평8-147261호(1996. 6. 18 공개)Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-147261 (published on June 18, 1996) 일본특개평8-147262호(1996. 6. 18 공개)Japanese Unexamined Patent Publication No. 8-147262 (published on June 18, 1996)

이에, 본 발명은 Y2O3 등의 값비싼 희토류를 소결조제로 사용하지 않으면서도 질화알루미늄(AlN) 소결체의 소결성과 열전도도 특성 모두를 개선하고 AlN 소결체의 제조단가를 크게 낮출 수 있는 질화알루미늄 세라믹스 조성물과 그의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.Accordingly, the present invention improves both the sintering and thermal conductivity properties of the aluminum nitride (AlN) sintered body without using expensive rare earths such as Y 2 O 3 as a sintering aid, and can greatly reduce the manufacturing cost of the AlN sintered body. To provide a ceramic composition and a method for manufacturing the same.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 관점에 의하면, AlN 세라믹스 조성물에 CaCO3·Al2O3·SiO2 글라스가 첨가되어 고용체를 이루는 질화알루미늄 세라믹스 조성물이 제공된다.In order to achieve the above object, according to one aspect of the present invention, CaCO 3 ·Al 2 O 3 ·SiO 2 glass is added to the AlN ceramic composition to form an aluminum nitride ceramics composition forming a solid solution is provided.

또한, 선택적으로 상기 글라스는 상기 글라스의 총 중량 대비 다음 함량(wt%) 범위의 성분들로 구성될 수 있다:In addition, optionally, the glass may be composed of components in the following content (wt%) range relative to the total weight of the glass:

CaCO3 55~65CaCO 3 55~65

Al2O3 30~45Al 2 O 3 30~45

SiO2 0.5~5.SiO 2 0.5~5.

또한, 선택적으로 상기 질화알루미늄 세라믹스 조성물은 희토류의 함유가 의도적으로 배제될 수 있다.In addition, optionally, the aluminum nitride ceramics composition may be intentionally excluded from containing rare earth.

또한, 선택적으로 상기 글라스의 함량은 상기 질화알루미늄 세라믹스 조성물의 총 중량대비 1~10wt% 범위일 수 있다.In addition, optionally, the content of the glass may be in the range of 1 to 10 wt% based on the total weight of the aluminum nitride ceramic composition.

또한, 본 발명의 다른 일 관점에 의하면, 하기 단계들을 포함하는 질화알루미늄 세라믹스 조성물의 제조방법이 제공된다:In addition, according to another aspect of the present invention, there is provided a method for producing an aluminum nitride ceramic composition comprising the following steps:

- AlN 분말에 CaCO3·Al2O3·SiO2 글라스 분말을 혼합하고 그린시트를 성형하는 단계와; - Mixing CaCO 3 ·Al 2 O 3 ·SiO 2 glass powder with AlN powder and forming a green sheet;

- 상기 그린시트를 탈지 처리한 후 소결하여 고용체를 형성하는 단계.- Forming a solid solution by sintering the green sheet after degreasing.

또한, 선택적으로 상기 혼합하는 상기 글라스 분말:Al 분말의 함량비는 1:99~10:90 wt% 범위일 수 있다.In addition, the content ratio of the glass powder:Al powder optionally mixed may be in the range of 1:99 to 10:90 wt%.

또한, 선택적으로 상기 그린시트는 희토류 성분을 의도적으로 함유하지않도록 구성될 수 있다.In addition, optionally, the green sheet may be configured not to intentionally contain rare earth components.

또한, 선택적으로 상기 글라스 분말은 상기 글라스 분말의 총 중량 대비 다음 함량(wt%) 범위의 성분들로 구성될 수 있다:In addition, optionally, the glass powder may be composed of components in the following content (wt%) range based on the total weight of the glass powder:

CaCO3 55~65CaCO 3 55~65

Al2O3 30~45Al 2 O 3 30~45

SiO2 0.5~5.SiO 2 0.5~5.

또한, 선택적으로 상기 탈지 처리는 대기중, N2 분위기, 진공중 및 습식(wet) N2 분위기 중의 하나에서 수행될 수 있다.In addition, optionally, the degreasing treatment may be performed in one of an atmosphere , an N 2 atmosphere, a vacuum, and a wet N 2 atmosphere.

또한, 선택적으로 상기 탈지 처리는 300~1000℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있다.In addition, optionally, the degreasing treatment may be performed at a temperature in the range of 300 ~ 1000 ℃.

또한, 선택적으로 상기 소결하는 온도는 1700~1900℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있다.In addition, optionally, the sintering temperature may be carried out at a temperature in the range of 1700 ~ 1900 ℃.

또한, 선택적으로 상기 그린시트는 바인더를 함유할 수 있다.In addition, optionally, the green sheet may contain a binder.

또한, 선택적으로 상기 바인더의 함량은 상기 그린시트의 총량대비 4~5wt% 범위일 수 있다.In addition, optionally, the content of the binder may be in the range of 4 to 5 wt% based on the total amount of the green sheet.

또한, 선택적으로 상기 그린시트는 분산제 및 가소제 중의 하나 이상을 함유할 수 있다.In addition, optionally, the green sheet may contain at least one of a dispersant and a plasticizer.

또한, 선택적으로 상기 분산제의 함량은 상기 그린시트의 총량대비 0.3~0.9wt% 범위일 수 있다.In addition, optionally, the content of the dispersant may be in the range of 0.3 to 0.9 wt% relative to the total amount of the green sheet.

또한, 선택적으로 상기 가소제의 함량은 상기 그린시트의 총량대비 1.8~2.2wt% 범위일 수 있다.In addition, optionally, the content of the plasticizer may be in the range of 1.8 to 2.2 wt% based on the total amount of the green sheet.

또한, 선택적으로 상기 그린시트를 성형하는 단계는 상기 그린시트의 내부 및 외부 중의 하나 이상에 하나 이상의 금속전극을 부착하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 금속전극은 상기 그린시트와 함께 동시소성될 수 있다.In addition, optionally forming the green sheet may include attaching one or more metal electrodes to one or more of the inside and the outside of the green sheet, and the metal electrode may be co-fired together with the green sheet. have.

본 발명의 조성물은 Y2O3 등의 값비싼 희토류를 소결조제로 사용하지 않으면서 테이프캐스팅 등의 후막공정으로 제조되어 소결된 질화알루미늄(AlN) 기판 내부의 잔류 탄소와 잔류 산소의 각 함량을 최소화하고 억제할 수 있음으로써, 기술적 측면에서는 AlN 소결체의 소결성과 열전도도 특성 모두를 효과적으로 개선하는 한편, 경제적 측면에서는 AlN 소결체의 제조단가를 크게 낮출 수 있다.The composition of the present invention is prepared by a thick film process such as tape casting without using expensive rare earths such as Y 2 O 3 as a sintering aid, and the content of residual carbon and residual oxygen inside the sintered aluminum nitride (AlN) substrate By being able to minimize and suppress, both the sintering properties and thermal conductivity of the AlN sintered body can be effectively improved from a technical point of view, while the manufacturing cost of the AlN sintered body can be greatly reduced from an economical point of view.

또한, 본 발명의 조성물은 위와 같이 잔류 산소 함량이 최소화되므로, 부품화를 위해 그린시트에 부착 인쇄된 금속전극들의 산화가 방지될 수 있어 금속전극들과의 효과적인 동시소성이 가능하므로 유리하다.In addition, since the composition of the present invention minimizes the residual oxygen content as described above, oxidation of the printed metal electrodes attached to the green sheet for componentization can be prevented, and effective simultaneous firing with the metal electrodes is possible, which is advantageous.

도 1은 본 발명의 실시예에서, 6장의 CAS 글라스 첨가 AlN 조성 그린시트를 적층하여 얻어진 그린 바(green bar)를 각각 대기중, N2, 진공중, 습식 N2 분위기에서 10시간 동안 탈지한 후 탈지온도(Debinding temperature)에 대한 각 분위기 조건에서의 무게 감량(weight loss)을 나타낸 그래프이다.
도 2a~2b는 도 1의 탈지된 그린 바의 탈지공정 온도 및 분위기에 따른 실제 잔류 산소 및 탄소의 함량을 나타내며, 도 2a는 잔류 산소 함량(oxygen content)을, 도 2b는 잔류 탄소 함량(carbon content)을 각각 나타낸다.
도 3은 본 발명 실시예 1~8의 탈지 및 소결 공정후 잔류 탄소 함량(Residual carbon contents)에 따른 AlN 기판의 벌크 밀도(Bulk density) 및 열전도도(Thermal conductivity)의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 표 1 및 도 3에 보인 본 발명 실시예들 중에서 실시예 4, 6 및 8의 소결된 AlN 기판의 잔류 탄소 함량에 따른 상변화를 나타내는 X선 회절분석 결과이며, 여기에 기재되어있는 잔류 탄소(residual carbon) 함량 "0.064wt%", "0.38wt%", "0.59wt%" 및 "1.1wt%"는 모두 소결전 AlN 기판의 잔류 탄소 함량을 나타낸다.
도 5a~5c는 표 1 및 도 3에 보인 본 발명 실시예들 중에서 실시예 4, 6 및 8의 소결된 각 AlN 기판에서 파단면의 미세구조를 보이는 주사전자현미경 사진으로서, 도 5a(실시예 4)는 진공분위기로 400℃에서 10시간 탈지한 후 1850℃에서 질소분위기로 3시간 소결한 시편이며, 도 5b(실시예 6)는 질소 분위기로 1000℃에서, 그리고 도 5c(실시예 8)는 질소분위기로 900℃에서 각각 탈지한 후 도 5a와 같은 조건으로 소결한 시편들이다.
도 6은 도 5a가 보인 본 발명 실시예 4 시편의 미세구조에서 관찰된 이차상의 성분을 보이는 EDS 분석 결과이다.
1 is a green bar obtained by laminating six CAS glass-added AlN composition green sheets in an embodiment of the present invention, respectively, in air, N 2 , vacuum, and wet N 2 atmosphere for 10 hours. It is a graph showing the weight loss in each atmospheric condition with respect to the post-debinding temperature.
2A to 2B show the actual residual oxygen and carbon contents according to the degreasing process temperature and atmosphere of the degreasing green bar of FIG. 1 , FIG. 2A is the residual oxygen content, and FIG. 2B is the residual carbon content. content) respectively.
3 is a graph showing changes in bulk density and thermal conductivity of AlN substrates according to residual carbon contents after degreasing and sintering processes of Examples 1 to 8 of the present invention.
4 is an X-ray diffraction analysis result showing the phase change according to the residual carbon content of the sintered AlN substrates of Examples 4, 6 and 8 among the examples of the present invention shown in Tables 1 and 3, and Residual carbon content "0.064wt%", "0.38wt%", "0.59wt%" and "1.1wt%" all represent the residual carbon content of the AlN substrate before sintering.
5a to 5c are scanning electron micrographs showing the microstructure of the fracture surface in each of the sintered AlN substrates of Examples 4, 6 and 8 among the embodiments of the present invention shown in Tables 1 and 3, and FIG. 5A (Example) 4) is a specimen degreased at 400° C. in a vacuum atmosphere for 10 hours and then sintered at 1850° C. for 3 hours in a nitrogen atmosphere, FIG. 5b (Example 6) is a nitrogen atmosphere at 1000° C., and FIG. 5c (Example 8) are specimens sintered under the same conditions as in FIG. 5A after each degreasing at 900° C. in a nitrogen atmosphere.
6 is an EDS analysis result showing the components of the secondary phase observed in the microstructure of the sample of Example 4 of the present invention shown in FIG. 5a.

본 발명은 Y2O3 등의 값비싼 희토류를 소결조제로 사용하지 않으면서 전술한 바와 같이 후막공정을 거친 질화알루미늄(AlN) 소결체에서의 잔류 탄소 문제 및 잔류 산소 문제를 해결함과 동시에 열전도도 특성을 개선하는 조성물과 탈지 방법을 개시한다.The present invention solves the problem of residual carbon and residual oxygen in the aluminum nitride (AlN) sintered compact that has undergone the thick film process as described above without using expensive rare earths such as Y 2 O 3 as a sintering aid, and at the same time thermal conductivity Compositions and methods for improving properties are disclosed.

이에 따른 본 발명의 조성물은 질화알루미늄(AlN)에 Ca-Al-Si-O계 글라스(이하 "CAS 글라스"라 함)가 첨가된 조성으로 구성되어 후막의 그린시트로 제조되며, 이 그린시트는 소결되기 전에 300~1000℃ 범위, 바람직하게는 400~1000℃ 범위의 온도에서 대기중, N2 분위기, 진공중, 또는 습식 N2(wet N2) 분위기 하에서 탈지 처리된다. 또한, 본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 상기 AlN 그린시트의 소결온도는 1700~1900℃이다.Accordingly, the composition of the present invention is composed of a composition in which Ca-Al-Si-O-based glass (hereinafter referred to as "CAS glass") is added to aluminum nitride (AlN) and is manufactured as a thick-film green sheet. Before sintering, the degreasing treatment is performed at a temperature in the range of 300 to 1000° C., preferably in the range of 400 to 1000° C. in the air, in a N 2 atmosphere, in a vacuum, or in a wet N 2 (wet N 2 ) atmosphere. In addition, in a preferred embodiment of the present invention, the sintering temperature of the AlN green sheet is 1700 ~ 1900 ℃.

본 발명에 의하면, 본 발명의 조성물에 함유되는 상기 CAS 글라스는 후막공정을 거친 AlN의 소결공정에서 AlN 및 CAS 글라스 내부의 산소 및 생성되어 잔류하는 탄소 상호간에 하기 식 1과 같이 열탄소환원 반응을 유도한다. 이러한 반응에 의하여, 후막공정에서 첨가된 바인더 등의 유기물에 의한 탄소를 CO로서 기화시킴으로써 탄소가 AlN 내부에 잔류하는 것을 방지한다. 이에 따라, AlN 소결체의 결정성이 증가되고 따라서 열전도도 특성이 증진된다.According to the present invention, the CAS glass contained in the composition of the present invention undergoes a thermal carbon reduction reaction as shown in Equation 1 between AlN and oxygen in the CAS glass and the generated residual carbon in the sintering process of AlN that has undergone the thick film process. induce By this reaction, carbon from organic substances such as binders added in the thick film process is vaporized as CO, thereby preventing carbon from remaining inside AlN. Accordingly, the crystallinity of the AlN sintered body is increased and thus the thermal conductivity property is improved.

Al2O3 + 3C + N2 → 2AlN + 3CO (식 1)Al 2 O 3 + 3C + N 2 → 2AlN + 3CO (Formula 1)

이에 따른 본 발명의 바람직한 일 구현예에서, 본 발명의 AlN 조성물에 첨가되는 상기 CAS 글라스는 하기 식 2의 조성으로 구성될 수 있고, 예컨대 상기 CAS 글라스는 하기 식 3과 같이 본 발명 조성물 총량대비 1~10wt% 범위, 더 바람직하게는 1wt%가 첨가될 수 있다.Accordingly, in a preferred embodiment of the present invention, the CAS glass added to the AlN composition of the present invention may be composed of a composition of Equation 2 below, for example, the CAS glass is 1 to the total amount of the composition of the present invention as shown in Equation 3 below. A range of ˜10 wt %, more preferably 1 wt % may be added.

CaCO3 55~65 wt%CaCO 3 55~65 wt%

Al2O3 30~45 wt%Al 2 O 3 30~45 wt%

SiO2 0.5~5 wt% (식 2)SiO 2 0.5~5 wt% (Formula 2)

AlN 90~99 wt%AlN 90~99 wt%

CAS 글라스 1~10 wt% (식 3)CAS Glass 1-10 wt% (Equation 3)

아울러, 본 발명의 바람직한 일 구현예에 의하면, 본 발명 조성물은 진공중 또는 습식 N2(wet N2) 분위기 하에서 상기 탈지 온도 범위로 탈지 처리하고 소결될 수 있고, 이 경우 아래 실시예들에서 관찰되듯이 AlN 내부의 잔류 탄소 함량이 미량으로 억제되면서도 잔류 산소 함량 또한 미량으로 억제된다. 이는 본 발명 AlN 조성물의 소결성과 열전도도 특성의 개선과 직결됨과 동시에, 부품화를 위해 AlN 그린시트에 인쇄된 금속전극들의 산화가 방지될 수 있어 AlN 조성물과 금속전극들과의 효과적인 동시소성이 가능함을 의미한다. 이는 아래 실시예들에서 상세히 관찰되고 입증된다.In addition, according to a preferred embodiment of the present invention, the composition of the present invention may be degreased and sintered in the above degreasing temperature range under vacuum or wet N 2 (wet N 2 ) atmosphere, in which case it is observed in the examples below. As such, while the residual carbon content inside AlN is suppressed to a trace amount, the residual oxygen content is also suppressed to a trace amount. This is directly related to the improvement of the sintering and thermal conductivity properties of the AlN composition of the present invention, and at the same time, oxidation of the metal electrodes printed on the AlN green sheet for componentization can be prevented, so that effective simultaneous firing of the AlN composition and the metal electrodes is possible. means This is observed and demonstrated in detail in the examples below.

또한, 본 발명의 실시예들에 있어서, AlN 그린시트에 함유되는 유기물들로서, 본 발명 조성물의 총량대비 분산제는 0.3~0.9wt% 범위, 바람직하게는 0.6wt%, 바인더는 4~5wt% 범위, 가소제는 1.8~2.2wt% 범위로서 각각 첨가될 수 있다. 일 예로서, 상기 바인더는 PVB(Poly vinylbutyral)이다.In addition, in embodiments of the present invention, as organic substances contained in the AlN green sheet, the dispersant relative to the total amount of the composition of the present invention is in the range of 0.3 to 0.9 wt%, preferably in the range of 0.6 wt%, and the binder is in the range of 4 to 5 wt%, The plasticizer may be added in the range of 1.8 to 2.2 wt %, respectively. As an example, the binder is poly vinylbutyral (PVB).

또한, 본 발명의 일 구현예에서, 위와 같은 본 발명의 AlN 세라믹 조성물은 80~160W/m·K 범위의 열전도도와 3.21~3.24g/cm3 범위의 부피밀도를 갖고, 단일 결정상을 갖는다. In addition, in one embodiment of the present invention, the AlN ceramic composition of the present invention as described above has a thermal conductivity in the range of 80 ~ 160 W / m · K and a bulk density in the range of 3.21 ~ 3.24 g / cm 3 , and has a single crystal phase.

이하, 본 발명을 해당 도면을 참조하며 본 발명의 다양한 실시예들과 함께 본 발명을 더 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail together with various embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings.

실시예Example

CAS 글라스 분말의 제조Preparation of CAS Glass Powder

먼저, 실시예들에서 사용할 CAS 글라스 조성을 60wt% CaCO3, 36wt% Al2O3, 4wt% SiO2로 구성하여 562g을 배치하고 24시간 동안 충분히 혼합시킨 후 1리터 용량의 백금 도가니에 담아 1480℃에서 용융시킨 후 급랭하여 글라스 컬릿을 얻었다. 이 글라스 컬릿을 글라스 프릿으로 만들기 위해서, 1차 분쇄로서 마노 유발에서 수십 ㎛ 크기로 조분쇄하였으며, 2차 분쇄로서 지르코니아 볼을 이용하여 48시간 동안 건식 볼 밀링한 후, 3차 분쇄로서 지르코니아 볼과 에탄올을 용매로 하여 24시간 동안 습식 볼 밀링을 하였다. 이렇게 제조된 CAS 글라스 분말을 100℃에서 24시간 건조하여 평균 입경이 1~2㎛ 인 CAS 글라스 분말을 최종 제조하였다.First, the CAS glass composition to be used in the Examples is composed of 60wt% CaCO 3 , 36wt% Al 2 O 3 , and 4wt% SiO 2 562 g is placed and thoroughly mixed for 24 hours, then placed in a 1 liter capacity platinum crucible at 1480° C. It was melted in a furnace and then quenched to obtain glass cullet. To make this glass cullet into glass frit, it was coarsely pulverized to a size of several tens of μm in an agate mortar as the first pulverization, and after dry ball milling for 48 hours using zirconia balls as the second pulverization, zirconia balls and zirconia balls were used as the third pulverization. Wet ball milling was performed for 24 hours using ethanol as a solvent. The CAS glass powder thus prepared was dried at 100° C. for 24 hours to finally prepare a CAS glass powder having an average particle diameter of 1 to 2 μm.

CAS 글라스 첨가 AlN 조성물의 제조 및 특성Preparation and properties of CAS glass-added AlN composition

이후, 상용 AlN 분말에 위 준비된 CAS 글라스 분말을 1~10wt% 범위로 첨가하여 200㎛ 두께의 그린시트를 성형하고 이들 6장의 그린시트를 총두께 1.2mm로 상하 적층한 다음, 400~1000℃에서 각각 다른 대기중(air), N2, 진공중, 습식(wet) N2 분위기에서 10시간 동안 탈지하여 각각의 산소 함량 및 탄소 함량을 측정하였다. After that, the CAS glass powder prepared above was added to the commercial AlN powder in the range of 1 to 10 wt% to form a green sheet with a thickness of 200 μm, and these 6 green sheets were stacked up and down to a total thickness of 1.2 mm, and then at 400 to 1000 ° C. Each of the oxygen content and carbon content was measured by degreasing in different air, N 2 , vacuum, and wet N 2 atmospheres for 10 hours.

먼저, 도 1은 본 발명의 실시예에서, 6장의 CAS 글라스 첨가 AlN 조성 그린시트를 적층하여 얻어진 그린 바(green bar)를 각각 대기중, N2, 진공중, 습식 N2 분위기에서 10시간 동안 탈지한 후 탈지온도(Debinding temperature)에 대한 각 분위기 조건에서의 무게 감량(weight loss)을 나타낸 그래프이다. First, FIG. 1 shows a green bar obtained by laminating six CAS glass-added AlN composition green sheets in an embodiment of the present invention in air, N 2 , vacuum, and wet N 2 atmosphere for 10 hours, respectively. It is a graph showing the weight loss in each atmospheric condition with respect to the debinding temperature after degreasing.

도 1을 참조하면, 탈지온도 400℃에서는 질소 분위기를 제외한 모든 분위기 조건에서 무게 감량이 최대 약 11%를 보였으며, 이후 온도가 증가하면서 AlN이 산화됨으로써 무게 감량이 점차 감소하는 것을 알 수 있다. 이때, 습식 N2 분위기의 경우, 진공 분위기보다는 대기중 분위기와 유사한 경향을 보였다. 반면에, 질소 분위기에서는 온도가 증가하면서 무게 감량은 계속 증가하였다. 여기서, 1000℃에서의 무게 감량은 9.3wt%인 것으로 보아 탈지가 원활하게 진행되지 않음이 확인되며, 이는 산소 분압이 낮을 경우 바인더가 제거되기 위해서는 더 높은 온도가 요구됨을 의미한다. 도 1로부터 탈지공정 조건에 따라서 잔류 산소 및 탄소 함량이 달라짐이 입증된다.Referring to FIG. 1 , at a degreasing temperature of 400° C., the weight loss was at most about 11% in all atmospheric conditions except for the nitrogen atmosphere, and then it can be seen that the weight loss gradually decreased as AlN was oxidized as the temperature increased. At this time, in the case of the wet N 2 atmosphere, it showed a tendency similar to the atmospheric atmosphere rather than the vacuum atmosphere. On the other hand, in a nitrogen atmosphere, the weight loss continued to increase as the temperature increased. Here, it is confirmed that the degreasing does not proceed smoothly as the weight loss at 1000° C. is 9.3 wt%, which means that a higher temperature is required to remove the binder when the oxygen partial pressure is low. It is demonstrated from FIG. 1 that the residual oxygen and carbon contents vary according to the degreasing process conditions.

도 2a~2b는 도 1의 탈지된 그린 바의 탈지공정 온도 및 분위기에 따른 실제 잔류 산소 및 탄소의 함량을 나타내며, 도 2a는 잔류 산소 함량(oxygen content)을, 도 2b는 잔류 탄소 함량(carbon content)을 각각 나타낸다. 2A to 2B show the actual residual oxygen and carbon contents according to the degreasing process temperature and atmosphere of the degreasing green bar of FIG. 1 , FIG. 2A shows the residual oxygen content, and FIG. 2B shows the residual carbon content. content) respectively.

도 2a에 나타내듯이, 800℃ 이상의 대기중 및 습식 N2 분위기를 제외한 나머지 분위기에서는 잔류 산소 함량이 1.5wt%이내로 검출되었다. 도 2b에 보이듯이, 탄소 함량은 대기중 분위기의 경우 400℃ 이상의 온도대역부터 0.052~0.079wt%의 극소량만이 검출되었다. 특히, 진공분위기와 습식 N2 분위기에서는 산소 함량의 증가가 미미하므로, 전극과의 동시 소성에 유리하게 적용될 수 있음을 알 수 있다. As shown in FIG. 2a, the residual oxygen content was detected to be within 1.5 wt% in the atmosphere except for the atmosphere of 800° C. or higher and the wet N 2 atmosphere. As shown in FIG. 2B, the carbon content was detected only in a very small amount of 0.052 to 0.079 wt% from a temperature range of 400° C. or higher in the case of an atmospheric atmosphere. In particular, since an increase in oxygen content is insignificant in a vacuum atmosphere and a wet N 2 atmosphere, it can be seen that it can be advantageously applied to simultaneous firing with an electrode.

한편, 도 2b에 보이듯이, 질소 분위기의 경우는 300℃에서 탄소 함량이 1.65wt%로 가장 높고, 온도가 증가함에 따라 탄소 함량이 감소하여 1000℃에서는 0.59wt%까지 낮아짐을 알 수 있고, 이는 도 1과 마찬가지로 주요 성분이 탄소인 바인더가 제거되면서 중량이 감소한 것을 의미한다. On the other hand, as shown in Fig. 2b, in the case of nitrogen atmosphere, the carbon content is the highest at 300 °C at 1.65 wt%, and as the temperature increases, the carbon content decreases and it can be seen that it is lowered to 0.59 wt% at 1000 °C, which is As in FIG. 1 , it means that the weight is reduced while the binder whose main component is carbon is removed.

아래의 표 1은 다양한 탈지 조건(온도 및 분위기)에 따른 본 발명 실시예 1~8의 소결후 내부 잔류하는 산소 및 탄소의 함량과 부피밀도 및 열전도도 데이터를 정리한 것이다. 또한, 도 3은 본 발명 실시예 1~8의 탈지 및 소결 공정후 잔류 탄소 함량(Residual carbon contents)에 따른 AlN 기판의 벌크 밀도(Bulk density) 및 열전도도(Thermal conductivity)의 변화를 나타낸 그래프이다. Table 1 below summarizes the contents of oxygen and carbon remaining inside after sintering of Examples 1 to 8 of the present invention according to various degreasing conditions (temperature and atmosphere), bulk density, and thermal conductivity data. 3 is a graph showing changes in bulk density and thermal conductivity of AlN substrates according to residual carbon contents after degreasing and sintering processes of Examples 1 to 8 of the present invention. .

탈지 조건
(온도/분위기)
degreasing conditions
(Temperature/Atmosphere)
잔류 산소
함량 (wt%)
residual oxygen
content (wt%)
잔류 탄소
함량 (wt%)
residual carbon
content (wt%)
부피 밀도 (g/cm3)bulk density (g/cm 3 ) 열전도도
(W/m·K)
thermal conductivity
(W/m K)
실시예 1Example 1 400oC/대기중400 o C/atmospheric 0.480.48 0.0770.077 3.213.21 82.1982.19 실시예 2Example 2 800oC/습식 N2 800 o C/wet N 2 0.470.47 0.0310.031 3.223.22 93.1993.19 실시예 3Example 3 800oC/진공중800 o C/in vacuum 0.470.47 0.0360.036 3.223.22 108.31108.31 실시예 4Example 4 400oC/진공중400 o C/vacuum 0.400.40 0.0270.027 3.213.21 126.29126.29 실시예 5Example 5 600oC/습식 N2 600 o C/wet N 2 0.230.23 0.0400.040 3.223.22 130.83130.83 실시예 6Example 6 1000oC/N2 1000 o C/N 2 0.190.19 0.0530.053 3.213.21 161.60161.60 실시예 7Example 7 300oC/진공중300 o C/in vacuum 0.190.19 0.0530.053 3.213.21 143.04143.04 실시예 8Example 8 900oC/N2 900 o C/N 2 0.120.12 0.0790.079 2.692.69 60.0160.01

표 1 및 도 3에 보이듯이, 소결된 AlN 기판의 잔류 탄소 함량은 최소 0.064wt%에서 최대 0.70wt%로 변화하는 동안, 벌크 밀도는 거의 3.21g/cm3으로 큰 변화를 보이지 않은 반면, 열전도도는 82W/mK에서 161W/mK으로 약 2배 증가함을 보였다. 즉, AlN 기판의 잔류 탄소 함량이 0.064~0.7wt% 범위에서는 밀도 변화가 거의 없어 밀도와 열전도도와의 상관관계가 보이지 않는다. 반면에, 소결된 AlN 기판의 잔류 탄소 함량이 0.83wt%이상으로 커질 경우, 벌크 밀도는 2.69g/cm3, 열전도도는 60 W/mK으로 모두 급격하게 감소하였다. 이는 내부 잔류 탄소에 의해 AlN 소결이 충분히 진행되지 않아 벌크 밀도 및 열전도도 특성 모두가 저하되었기 때문이다.As shown in Table 1 and FIG. 3, while the residual carbon content of the sintered AlN substrate changed from a minimum of 0.064 wt% to a maximum of 0.70 wt%, the bulk density showed almost no significant change to 3.21 g/cm 3 , while the thermal conductivity The figure showed an approximately two-fold increase from 82W/mK to 161W/mK. That is, in the range of 0.064 to 0.7 wt% of the residual carbon content of the AlN substrate, there is almost no change in density, so the correlation between density and thermal conductivity is not seen. On the other hand, when the residual carbon content of the sintered AlN substrate was increased to 0.83 wt% or more, the bulk density was 2.69 g/cm 3 , and the thermal conductivity was rapidly decreased to 60 W/mK. This is because AlN sintering did not proceed sufficiently due to internal residual carbon, and both bulk density and thermal conductivity properties were deteriorated.

도 4는 표 1 및 도 3에 보인 본 발명 실시예들 중에서 실시예 4, 6 및 8의 소결된 AlN 기판의 잔류 탄소 함량에 따른 상변화를 나타내는 X선 회절분석 결과이다. 이때, 도 4에 각각 기재되어있는 잔류 탄소(residual carbon) 함량 "0.064wt%", "0.38wt%", "0.59wt%" 및 "1.1wt%"는 모두 소결전 AlN 기판의 잔류 탄소 함량을 나타낸다.4 is an X-ray diffraction analysis result showing the phase change according to the residual carbon content of the sintered AlN substrates of Examples 4, 6, and 8 among the Examples of the present invention shown in Tables 1 and 3; At this time, the residual carbon content "0.064wt%", "0.38wt%", "0.59wt%", and "1.1wt%" respectively described in FIG. 4 is the residual carbon content of the AlN substrate before sintering. indicates.

도 4를 보면, 소결전 AlN 기판의 잔류 탄소 함량이 0.064wt%와 1.1wt%일 때 모두 SiO2 피크가 미미한 수준으로 검출되었으며, 이는 AlN에 첨가한 CAS 글라스의 성분인 SiO2가 검출된 것으로 판단된다. 다만, 첨가하지 않았음에도 불구하고, 일부 검출된 ZrN 피크는 본 실시예들의 볼 밀링 공정 중에 사용된 ZrO2볼이 일부 분쇄되면서 오염된 것으로 보여지나, 이의 상대적 강도는 매우 미약하므로 모든 조건에서 주결정상은 AlN 상임을 명확하게 확인할 수 있다. 4, when the residual carbon content of the AlN substrate before sintering was 0.064wt% and 1.1wt%, both SiO 2 peaks were detected at insignificant levels, which is a component of the CAS glass added to AlN, SiO 2 was detected. is judged However, although not added, some detected ZrN peaks appear to be contaminated while some of the ZrO 2 balls used during the ball milling process of these Examples are crushed, but their relative strength is very weak, so the main crystalline phase under all conditions It can be clearly confirmed that is an AlN phase.

도 4에서 주결정상들의 상대적인 회절 강도의 차이는 미약하기 때문에, 잔류 탄소 함량과 AlN 결정상의 상관관계는 관찰되지않고, 특히 모두가 AlN의 단일 결정상을 나타내었다. 이는 첨가한 CAS 글라스의 함량이 1wt%의 미량이므로 AlN과 크게 반응하지 않았기 때문에 X선 검출 한계에 도달하지 못하였거나 소결과정에서 상기 글라스가 증발했을 가능성이나 또는 AlN 입내에 고용되었을 가능성이 있는 것으로 판단된다. Since the difference in the relative diffraction intensities of the main crystalline phases in FIG. 4 is weak, the correlation between the residual carbon content and the AlN crystalline phase is not observed, and in particular, all of them exhibit a single crystalline phase of AlN. This is because the content of the added CAS glass is 1wt%, so it did not react significantly with AlN, so the X-ray detection limit was not reached, or the glass was evaporated during the sintering process, or it was determined that there is a possibility that it was dissolved in the AlN grain. do.

도 5a~5c는 표 1 및 도 3에 보인 본 발명 실시예들 중에서 실시예 4, 6 및 8의 소결된 각 AlN 기판에서 파단면의 미세구조를 보이는 주사전자현미경 사진으로서, 도 5a(실시예 4)는 진공분위기로 400℃에서 10시간 탈지한 후 1850℃에서 질소분위기로 3시간 소결한 시편이며, 도 5b(실시예 6)는 질소 분위기로 1000℃에서, 그리고 도 5c(실시예 8)는 질소분위기로 900℃에서 각각 탈지한 후 도 5a와 같은 조건으로 소결한 시편들이다. 또한, 도 6은 도 5a가 보인 본 발명 실시예 4 시편의 미세구조에서 관찰된 이차상의 성분을 보이는 EDS 분석 결과이다.5a to 5c are scanning electron micrographs showing the microstructure of the fracture surface in each of the sintered AlN substrates of Examples 4, 6 and 8 among the embodiments of the present invention shown in Tables 1 and 3, and FIG. 5A (Example) 4) is a specimen degreased at 400° C. in a vacuum atmosphere for 10 hours and then sintered at 1850° C. for 3 hours in a nitrogen atmosphere, FIG. 5b (Example 6) is a nitrogen atmosphere at 1000° C., and FIG. 5c (Example 8) are specimens sintered under the same conditions as in FIG. 5A after each degreasing at 900° C. in a nitrogen atmosphere. In addition, FIG. 6 is an EDS analysis result showing the components of the secondary phase observed in the microstructure of the sample of Example 4 of the present invention shown in FIG. 5A.

도 5a~5b에서 보이듯이, 소결전 AlN 기판의 잔류 탄소 함량이 0.38wt%, 0.59wt%이었던 실시예 4 및 6의 경우 모두 기공이 거의 없는 치밀한 미세구조가 관찰되었다. 다만, 도 5a 시편(실시예 4)은 AlN의 결정립계를 따라 연속적인 2차상이 관찰된 반면, 도 5b 시편(실시예 6)은 2차상이 관찰되지 않았다. 이에 관해, 도 6을 참조하면, 주상은 AlN으로 확인되며, 상기 2차상은 산소가 포함된 Al-Ca-O-N이 주성분이다. 따라서, 소결전 AlN 기판의 잔류 탄소 함량이 0.59wt%인 실시예 6 조성에서는 전술한 열탄소환원 반응에 의해서 2차상이 제거되어 열전도도 특성이 증가한 것임을 알 수 있다. As shown in Figs. 5a to 5b, in the case of Examples 4 and 6, in which the residual carbon content of the AlN substrate before sintering was 0.38 wt% and 0.59 wt%, a dense microstructure with almost no pores was observed. However, in the specimen of FIG. 5A (Example 4), a continuous secondary phase was observed along the grain boundary of AlN, whereas in the specimen of FIG. 5B (Example 6), no secondary phase was observed. In this regard, referring to FIG. 6 , the main phase is identified as AlN, and the secondary phase is Al-Ca-O-N containing oxygen as a main component. Therefore, it can be seen that in the composition of Example 6 in which the residual carbon content of the AlN substrate before sintering is 0.59 wt%, the secondary phase is removed by the above-described thermal carbon reduction reaction, thereby increasing the thermal conductivity properties.

한편, 도 3 및 표 1을 참조할 때, 도 5a 시편(실시예 4)의 열전도도는 126W/mK인 반면, 도 5b 시편(실시예 6)의 열전도도는 161W/mK이었다. 이러한 결과로부터 도 3의 열전도도 변화가 2차상의 형상에 기인한 것임을 유추해 볼 수 있다. 즉, 내부에 이와 같은 연속적인 2차상이 형성되어 이들이 포논 산란(phonon scattering)을 일으킴으로써 열전도도를 저하시킨 것으로 분석된다.Meanwhile, referring to FIGS. 3 and 1 , the thermal conductivity of the specimen of FIG. 5A (Example 4) was 126 W/mK, whereas that of the specimen of FIG. 5B (Example 6) was 161 W/mK. From these results, it can be inferred that the change in thermal conductivity of FIG. 3 is due to the shape of the secondary phase. That is, it is analyzed that such a continuous secondary phase is formed inside, and the thermal conductivity is lowered by causing phonon scattering.

한편, 소결전 AlN 기판의 잔류 탄소 함량이 1.1wt%인 경우, 도 5c 시편(실시예 8)와 같이 그레인이 완전히 성장하지 못하고 기공이 잔존하고 있음이 확인되며, 이는 잔류 탄소 함량이 많을 경우 분출되는 CO 또는 CO2가스량이 많기 때문에 기공이 제거되지 못하고 결정 성장을 억제시키는 것으로 유추된다. On the other hand, when the residual carbon content of the AlN substrate before sintering is 1.1wt%, it is confirmed that the grains do not grow completely and pores remain as in the specimen (Example 8) of FIG. 5c, which is ejected when the residual carbon content is large. Because the amount of CO or CO 2 gas used is large, pores cannot be removed and it is inferred that crystal growth is inhibited.

또한, 하기 표 2는 본 발명의 다른 실시예에서 CAS 글라스가 5wt% 첨가된 AlN 조성에 희토류인 Y2O3, CaCO3 및 Sm2O3를 각각 1~5wt% 첨가하여 후막공정이 아닌 벌크로 성형되어 1850oC에서 소결된 AlN 소결체들로서, 그의 소결성과 열전도도 특성을 관찰하여 정리한 것이다. In addition, Table 2 below shows that in another embodiment of the present invention, 1 to 5 wt% of rare earth Y 2 O 3 , CaCO 3 and Sm 2 O 3 were added to the AlN composition to which 5 wt% of CAS glass was added, respectively, so that the bulk, not the thick film process, was added. As AlN sintered compacts molded with and sintered at 1850 o C, their sinterability and thermal conductivity properties were observed and summarized.

조성Furtherance 부피밀도
(g/cm3)
bulk density
(g/cm 3 )
평균 그레인 크기
(㎛)
average grain size
(㎛)
열전도도
(W/m·K)
thermal conductivity
(W/m K)
저항률
(Ω·㎝)
resistivity
(Ω·cm)

실시예 9

Example 9
92wt% AlN;
1wt% Y2O3;
1wt% CaCO3;
1wt% Sm2O3;및
5wt% CAS 글라스
92 wt% AlN;
1wt% Y 2 O 3 ;
1wt% CaCO 3 ;
1 wt% Sm 2 O 3 ; and
5wt% CAS glass


3.26


3.26


2.32


2.32


105


105


1015


10 15

실시예 10

Example 10
87wt% AlN;
2wt% Y2O3;
1wt% CaCO3;
5wt% Sm2O3;및
5wt% CAS 글라스
87 wt % AlN;
2wt% Y 2 O 3 ;
1wt% CaCO 3 ;
5 wt % Sm 2 O 3 ; and
5wt% CAS glass


3.32


3.32


2.15


2.15


88


88


1014


10 14

표 2를 보면, 앞서의 CAS 글라스 첨가 AlN 조성에 희토류를 함께 더 첨가할 경우에도, 앞서 희토류를 의도적으로 배제하고 이를 CAS 글라스 첨가만으로 대체한 CAS 글라스 첨가 AlN 조성(실시예 1~8)과 대비하여(표 1 참조), 부피밀도와 열전도도에서 대체로 다소 열악한 수준을 보인다. 따라서, 본 발명은 AlN에 희토류를 첨가하지 않고 CAS 글라스만을 첨가하여도 양호한 소결성과 열전도도 특성을 얻을 수 있고 또한 부착된 금속전극들과의 동시소성이 가능하므로, 경제적 측면에서는 AlN 조성에 희토류의 첨가는 의도적으로 배제됨이 바람직하다.Referring to Table 2, even when rare earths are further added to the AlN composition added with CAS glass, compared to AlN compositions with CAS glass (Examples 1 to 8) in which the rare earth is intentionally excluded and replaced only with the addition of CAS glass As a result (see Table 1), the bulk density and thermal conductivity are generally rather poor. Therefore, in the present invention, good sintering and thermal conductivity characteristics can be obtained even if only CAS glass is added without adding rare earth to AlN, and simultaneous firing with attached metal electrodes is possible. It is preferred that the addition is intentionally excluded.

위와 같이, 본 발명은 Y2O3 등의 값비싼 희토류를 소결조제로 사용하지 않으면서 테이프캐스팅 등의 후막공정으로 제조되어 소결된 질화알루미늄(AlN) 기판 내부의 잔류 탄소와 잔류 산소의 각 함량을 최소화하고 억제할 수 있음으로써, 기술적 측면에서는 AlN 소결체의 소결성과 열전도도 특성 모두를 개선하는 한편, 경제적 측면에서는 AlN 소결체의 제조단가를 크게 낮출 수 있다.As described above, in the present invention, each content of residual carbon and residual oxygen inside a sintered aluminum nitride (AlN) substrate manufactured by a thick film process such as tape casting without using expensive rare earths such as Y 2 O 3 as a sintering aid. By being able to minimize and suppress the AlN sintered body, both the sintering and thermal conductivity properties of the AlN sintered body can be improved from a technical point of view, while the manufacturing cost of the AlN sintered body can be greatly reduced from an economical point of view.

또한, 본 발명 조성물은 위와 같이 잔류 산소 함량이 최소화되므로, 부품화를 위해 그린시트에 인쇄된 금속전극들의 산화가 방지될 수 있어 금속전극들과의 효과적인 동시소성이 가능하므로 유리하다.In addition, the composition of the present invention is advantageous because the residual oxygen content is minimized as described above, oxidation of the metal electrodes printed on the green sheet for componentization can be prevented, and effective simultaneous firing with the metal electrodes is possible.

이상, 상술된 본 발명의 구현예 및 실시예에 있어서, 조성분말의 평균입도, 분포 및 비표면적과 같은 분말특성과, 원료의 순도, 불순물 첨가량 및 소결 조건에 따라 통상적인 오차범위 내에서 다소 변동이 있을 수 있음은 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 지극히 당연하다. In the above-described embodiments and examples of the present invention, the powder characteristics such as the average particle size, distribution, and specific surface area of the composition powder, and the purity of the raw material, the amount of impurities added, and the sintering conditions slightly vary within the usual error range. It is very natural for those of ordinary skill in the field that this may exist.

또한, 상술한 본 발명의 바람직한 구현예들과 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이고, 이러한 수정, 변경, 부가 등은 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다. 일 예로서, 전술하였지만, 본 발명의 AlN 조성물은 위와 같이 잔류 산소 함량이 최소화되므로, 부품화를 위해 테이프캐스팅 등의 후막공정을 통해 형성된 그린시트는 그의 내부 및 외부 중의 하나 이상에 하나 이상의 금속전극이 부착될 수 있고, 이러한 금속전극은 상기 그린시트와 동시소성될 수 있다.In addition, the preferred embodiments and embodiments of the present invention described above are disclosed for the purpose of illustration, and various modifications, changes, additions, etc. are possible within the spirit and scope of the present invention by anyone skilled in the art. and such modifications, changes, additions, etc. should be considered to fall within the scope of the claims. As an example, as described above, since the AlN composition of the present invention minimizes the residual oxygen content as described above, the green sheet formed through a thick film process such as tape casting for componentization has one or more metal electrodes on one or more of its inside and outside. can be attached, and this metal electrode can be co-fired with the green sheet.

Claims (17)

AlN 세라믹스 조성물에 CaCO3·Al2O3·SiO2 글라스가 첨가되어 고용체를 이루는 질화알루미늄 세라믹스 조성물.An aluminum nitride ceramic composition in which CaCO 3 ·Al 2 O 3 ·SiO 2 glass is added to the AlN ceramic composition to form a solid solution. 제1항에 있어서,
상기 글라스는 상기 글라스의 총 중량 대비 다음 함량(wt%) 범위의 성분들로 구성된 질화알루미늄 세라믹스 조성물.
CaCO3 55~65
Al2O3 30~45
SiO2 0.5~5
The method of claim 1,
The glass is an aluminum nitride ceramics composition composed of components in the following content (wt%) range relative to the total weight of the glass.
CaCO 3 55~65
Al 2 O 3 30~45
SiO 2 0.5~5
제1항에 있어서,
상기 질화알루미늄 세라믹스 조성물은 희토류의 함유가 의도적으로 배제된 것인 질화알루미늄 세라믹스 조성물.
The method of claim 1,
The aluminum nitride ceramic composition is an aluminum nitride ceramic composition in which the content of rare earth is intentionally excluded.
제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 글라스의 함량은 상기 질화알루미늄 세라믹스 조성물의 총 중량대비 1~10wt% 범위인 질화알루미늄 세라믹스 조성물.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The content of the glass is an aluminum nitride ceramic composition in the range of 1 to 10 wt% based on the total weight of the aluminum nitride ceramic composition.
AlN 분말에 CaCO3·Al2O3·SiO2 글라스 분말을 혼합하고 그린시트를 성형하는 단계와;
상기 그린시트를 탈지 처리한 후 소결하여 고용체를 형성하는 단계를 포함하는 질화알루미늄 세라믹스 조성물의 제조방법.
Mixing CaCO 3 ·Al 2 O 3 ·SiO 2 glass powder with AlN powder and molding a green sheet;
and sintering the green sheet after degreasing to form a solid solution.
제5항에 있어서,
상기 혼합하는 상기 글라스 분말:Al 분말의 함량비는 1:99~10:90 wt% 범위인 질화알루미늄 세라믹스 조성물의 제조방법.
The method of claim 5,
The mixing ratio of the glass powder to the Al powder is in the range of 1:99 to 10:90 wt%.
제5항에 있어서,
상기 그린시트는 희토류 성분을 의도적으로 함유하지않도록 구성되는 질화알루미늄 세라믹스 조성물의 제조방법.
The method of claim 5,
The method for producing an aluminum nitride ceramic composition, wherein the green sheet is configured not to intentionally contain a rare earth component.
제5항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 글라스 분말은 상기 글라스 분말의 총 중량 대비 다음 함량(wt%) 범위의 성분들로 구성되는 질화알루미늄 세라믹스 조성물의 제조방법.
CaCO3 55~65
Al2O3 30~45
SiO2 0.5~5
8. The method according to any one of claims 5 to 7,
The method for producing an aluminum nitride ceramic composition, wherein the glass powder is composed of components in the following content (wt%) range relative to the total weight of the glass powder.
CaCO 3 55~65
Al 2 O 3 30~45
SiO 2 0.5~5
제5항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 탈지 처리는 대기중, N2 분위기, 진공중 및 습식(wet) N2 분위기 중의 하나에서 수행되는 질화알루미늄 세라믹스 조성물의 제조방법.
8. The method according to any one of claims 5 to 7,
The degreasing treatment is performed in one of the atmosphere, N 2 atmosphere, vacuum and wet (wet) N 2 atmosphere of the aluminum nitride ceramic composition manufacturing method.
제9항에 있어서,
상기 탈지 처리는 300~1000℃ 범위의 온도에서 수행되는 질화알루미늄 세라믹스 조성물의 제조방법.
The method of claim 9,
The degreasing process is a method for producing an aluminum nitride ceramic composition that is performed at a temperature in the range of 300 ~ 1000 ℃.
제5항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 소결하는 온도는 1700~1900℃ 범위의 온도에서 수행되는 질화알루미늄 세라믹스 조성물의 제조방법.
8. The method according to any one of claims 5 to 7,
The sintering temperature is a method of manufacturing an aluminum nitride ceramic composition that is performed at a temperature in the range of 1700 ~ 1900 ℃.
제5항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 그린시트는 바인더를 함유하는 질화알루미늄 세라믹스 조성물의 제조방법.
8. The method according to any one of claims 5 to 7,
The green sheet is a method of manufacturing an aluminum nitride ceramic composition containing a binder.
제12항에 있어서,
상기 바인더의 함량은 상기 그린시트의 총량대비 4~5wt% 범위인 질화알루미늄 세라믹스 조성물의 제조방법.
The method of claim 12,
The content of the binder is in the range of 4 to 5 wt% relative to the total amount of the green sheet, the method for producing an aluminum nitride ceramic composition.
제5항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 그린시트는 분산제 및 가소제 중의 하나 이상을 함유하는 질화알루미늄 세라믹스 조성물의 제조방법.
8. The method according to any one of claims 5 to 7,
The green sheet is a method for producing an aluminum nitride ceramic composition containing at least one of a dispersant and a plasticizer.
제14항에 있어서,
상기 분산제의 함량은 상기 그린시트의 총량대비 0.3~0.9wt% 범위인 질화알루미늄 세라믹스 조성물의 제조방법.
The method of claim 14,
The content of the dispersant is in the range of 0.3 to 0.9 wt % relative to the total amount of the green sheet.
제14항에 있어서,
상기 가소제의 함량은 상기 그린시트의 총량대비 1.8~2.2wt% 범위인 질화알루미늄 세라믹스 조성물의 제조방법.
The method of claim 14,
The content of the plasticizer is in the range of 1.8 to 2.2 wt % of the total amount of the green sheet. Method for producing an aluminum nitride ceramic composition.
제5항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 그린시트를 성형하는 단계는 상기 그린시트의 내부 및 외부 중의 하나 이상에 하나 이상의 금속전극을 부착하는 단계를 포함하고, 상기 금속전극은 상기 그린시트와 함께 동시소성되는 질화알루미늄 세라믹스 조성물의 제조방법.
8. The method according to any one of claims 5 to 7,
Forming the green sheet includes attaching one or more metal electrodes to at least one of the inside and outside of the green sheet, wherein the metal electrode is co-fired together with the green sheet. Method for producing an aluminum nitride ceramic composition .
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