KR20220164619A - 반제품 금속 제품의 제조 방법, 금속-세라믹 기판 및 금속-세라믹 기판의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다음을 포함하는 금속-구리 기판, 특히 구리-세라믹 기판을 위한 반제품 금속 제품(2), 특히 반제품 구리 제품을 제조하는 방법에 관한 것이다:
-제 1 금속층(11), 특히 제 1 구리 층 및 제 2 금속층(12), 특히 제 2 구리 층을 제공하는 단계,
-제 1 금속층(11)과 제 2 금속층(12)을 접합하여 반제품 금속 제품(2)을 형성하는 단계를 포함하고, 제 1 금속층(11)이 제 2 금속층(12)에 접합되기 전에 상이한 온도 처리에 의해, 제 1 금속 층(11) 및/또는 제 2 금속 층(12)에서의 결정립 성장은 생성된 반제품 금속 제품(2)에서 특히, 생성된 금속-구리 기판에서, 제 1 금속 층(11)에서의 제 1 입자 크기는 제 2 금속 층(12)에서의 제 2 입자 크기와 상이하다.
-제 1 금속층(11), 특히 제 1 구리 층 및 제 2 금속층(12), 특히 제 2 구리 층을 제공하는 단계,
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Description
본 발명은 반제품 금속 제품의 제조 방법, 금속-세라믹 기판 및 금속-세라믹 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
금속-세라믹 기판은 전기 또는 전자 부품을 위한 캐리어로 충분히 알려져있다. 전형적으로, 이러한 금속-세라믹 기판은 금속 공정를 갖는 세라믹 층을 포함하고, 세라믹 층은 전도체 트랙의 형성을 위한 절연 및 금속 공정 및, 전기 또는 전자 요소를 위한 연결 지점을 위해 구조화된다. 또한, 구리-세라믹 기판은 DE 10 2015 224 464 A1에 공지되어 있으며, 여기서 구리 층, 즉 금속 공정은 평균 제 1 입자 크기를 갖는 제 1 층 및 평균 제 2 입자 크기를 갖는 제 2 층을 가지며, 평균 평균 제 1 입자 크기는 평균 제 2 입자 크기와 상이하다. 이러한 설계는 세라믹 층과 면하는 구리 층이 세라믹 층으로부터 멀어지는 면의 구리 층보다 더 거칠게 세분화되는 금속 공정을 가능하게 한다.
이는 세라믹 층의 입자 크기가 클수록 항복 강도가 낮아져 내열 충격성이 향상된다는 점에서 바람직하다. 그 결과, 온도 변화 동안, 특히 구리와 세라믹 사이의 계면에서 금속 공정와 세라믹 층 사이 또는 세라믹 층 내에서 구리-세라믹 계면에 평행한 박리 또는 균열 형성 가능성이 감소된다. 동시에, 금속 공정의 외부 표면을 형성하는 더 미세한 세라믹 층은 전기 또는 전기 광학 시스템을 이용한 추가 처리, 전기 또는 전자 부품의 구리 층에의 결합 및 전체 시각적 인상에 유리하다.
상이한 평균 입자 크기의 형성을 위해, DE 10 2015 224 464 A1은 온도 처리 및/또는 상이한 구리 물질이 제공되는 방법을 제안하며, 특히 구리 층에 결합 공정 동안 입자 성장이 유도된다. 또한 상기 방법은 더 단순하고 비용 효율적이어야 한다.
이러한 배경에서 시작하여, 본 발명은 종래의 금속-세라믹 기판 또는 이의 제조 방법을 추가로 개선 특히 응용에 대해 가능한 최적으로 설정된 제 1 또는 제 2 입자 크기에 관련된 과제를 고려한다.
상기 과제는 제 1 항에 따른 금속-세라믹 기판의 제조 방법, 제 9 항에 따른 반제품 금속 제품의 제조 방법 및 제 10 항에 따른 금속-세라믹 기판에 의해 해결된다. 본 발명의 다른 장점 및 특징은 상세한 설명 및 첨부된 도면뿐만 아니라 종속항에서 비롯된다.
본 발명에 따르면, 다음을 포함하는 반제품 금속 제품 특히 금속-구리 기판을 위한 특히 구리-세라믹 기판을 위한 반제품 구리 제품을 제조하는 방법이 제공된다:
- 제 1 금속 층, 특히 제 1 구리 층 및 제 2 금속 층, 특히 제 2 구리 층을 제공하는 단계
-금속 반제품을 형성하기 위해 제 1 금속층과 제 2 금속층의 접합하는 단계를 포함한다.
여기서, 상이한 온도 처리에 의해 제 1 금속 층이 제 2 금속 층에 결합되기 전에, 제 1 금속 층 및/또는 제 2 금속 층의 결정 성장은 본 발명의 방법에 의해 시작된다. 유도된 반제품 금속 제품, 특히 생성된 금속-구리 기판에서, 제 1 금속 층의 제 1 입자 크기는 제 2 금속 층의 제 2 입자 크기와 상이하다.
종래 기술과 비교하여, 본 발명에 따른 방법은, 제 1 및 제 2 금속 층이 함께 결합되기 전에도, 제 1 입자 크기 및 제 2 입자 크기가 나중에 생산된 반제품 금속 제품에서 조정될 수 있는 입자 성장이 유도된다는 점에서 상이하다. 접합시 런업에서 유도된 결정립 성장을 통해 제 1 금속 층 및 제 2 금속 층은 간단한 방식으로 제조될 수 있고, 각각의 경우에 제 1 금속층과 제 2 금속층을 서로 나중에 접착시키거나, 금속-구리 기판을 형성하도록 반제품 금속 제품을 세라믹 층에 나중에 결합시기 위해 개별적으로 제어될 수 있다.
특히, 접합에 대한 런업에서의 상이한 온도 처리는 실현될 제 1 입자 크기와는 상이한 제 1 입자 크기 및 제 2 입자 크기의 형성 조건이 실현되고 접합된 상태의 제 1 금속 층 및 제 2 금속이 접합 온도로 처리되도록 한다. 바람직하게는 온도 처리에 의한 결합 이전의 입자 성장은 원하는 최종 제 1 또는 제 2 입자 크기가 얻어 질 때까지 수행되지 않지만, 최종 제 1 또는 제 2 입자 크기는 제 1 금속 층이 제 2 금속층에 결합될 때 또는 반제품 금속 제품이 세라믹 층에 결합될 때만 실현된다. 최종 제 1 또는 제 2 입자 크기에 의해, 전문가는 바람직하게는 생산된 반제품 금속 제품 또는 생산된 반제품 금속-구리 제품에 존재하는 입자 크기를 이해한다. 특히, 입자 성장은 제 2 금속 층에서만 배타적으로 시작되고 제 1 금속 층의 온도 처리는 실온에서 제 1 금속 층을 제공하는 것으로 구성된다.
원칙적으로, 생성된 반제품 금속 제품에서 제 1 금속 층과 제 2 금속 층 사이에 배열된 추가의 제 2 금속 층이 제공될 수 있다. 특히, 제 2 금속층에 대향하는 추가의 제 2 금속층은 예비 온도 처리된다. 바람직하게는, 제 1 및 제 2 금속 층으로 구성된 반제품 금속 제품은 층 방향으로 두께가 5 mm 미만, 바람직하게는 3 mm 미만, 보다 바람직하게는 1 mm 미만이어야 한다. 또한, 제 1 금속층과 제 2 금속층이 함께 결합될 때, 층 방향 또는 적층 방향으로 측정된 제 1 금속층의 제 1 층 두께와 층 방향 또는 적층 방향으로 측정된 제 2 금속 층의 제 2 층 두께 사이에 원하는 비율을 설정하는 것이 가능하다. 바람직하게는, 제 1 금속층은 제 2 금속층보다, 바람직하게는 1.1 내지 15 배, 바람직하게는 2 내지 10 배, 보다 바람직하게는 3 내지 8 배 두껍고, 또는 제 2 금속층은 제 1 금속보다, 바람직하게는 1.1 내지 15 배, 바람직하게는 2 내지 10 배, 보다 바람직하게는 3 내지 8 배 두껍다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제 1 금속층과 제 2 금속층은 동일한 금속 재료로 제조된다. 이것은 입자 크기 구배를 형성하기 위해 제 1 금속층과 제 2 금속층을 접합 할 때 제 1 또는 제 2 금속층에 대한 재료의 선택에 대해 절충 할 필요가 없는 유리한 방식으로 가능하다. 특히, 제 1 금속 층 및 제 2 금속 층은 이들의 산소 함량 또는 순도 측면에서 서로 상응한다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 금속 층은 Cu-OFE(Cu ≥ 99.99 wt.%)와 같은 고순도 구리로 제조될 수 있다. 결정립 성장에 영향을 주기 위해, 결정 제 또는 결정 핵이 제 1 및/또는 제 2 금속층에 첨가되어 각 금속층에서의 결정립 성장을 제한하는 것이 유리하다. 바람직하게는, 입자 정제제 또는 입자 핵은 이들이 입자 성장에 영향을 주지만 제 1 및 제 2 금속 층의 기계적 및 전기적 특성에는 영향을 미치지 않는 양으로 첨가된다. 바람직하게는, 곡물 정제제 또는 곡물 핵의 양은 동일하거나, 제 1 금속층의 입자 정제제 또는 입자 핵의 양이 제 2 금속층에서 입자 정제제 또는 입자 핵에 영향을 미치는 제제의 양의 1.5 내지 15,000 배, 바람직하게는 2 내지 2,000 배, 더욱 바람직하게는 4 내지 100 배이다. 또한, 제 2 금속층 또는 제 2 금속층의 결정립 화제 또는 입자 핵의 양이 바람직하게는 1.5 wt.% 미만, 바람직하게는 1.0 wt.% 미만, 보다 바람직하게는 0.1 wt.% 미만인 것이 제공된다. 제 1 입자 크기 또는 제 2 입자 크기는 특히 제 1 또는 제 2 금속 층의 금속에서 평균 입자 크기를 의미한다.
특히, 전문가에게 미세 구조는 평균 입자 크기가 비교적 작은 금속 층, 특히 100 μm 미만의 확장 또는 치수를 갖는 금속 층이고, 거친 구조는 평균 입자 크기가 비교적 큰 바람직하게는 100 ㎛ 이상의 연장 또는 치수를 갖는 금속 층이다. 또한, 제 1 금속층에서 제 1 평균 입자 크기 및 제 2 금속층에서, 특히 층 방향에 평행하고 및/또는 수직인 방향으로 제 2 평균 입자 크기가 실질적으로 일정한 것이 바람직하다. 각각의 경우. 이는 입자 크기에 영향을 미치는 수단의 균일 한 분포에 의해 유리하게 달성될 수 있다. 그러나, 입자 크기에 영향을 미치는 수단의 잘 정해진 국소 분포에 의해 제 1 금속 층 또는 제 2 금속 층 내에서 원하는 입자 크기 분포가 달성될 수 있음이 또한 고려될 수 있다.
제 1 평균 입자 크기는 제 2 평균 입자 크기보다 작은 것이 바람직하다. 바람직하게는, 제 2 평균 입자 크기는 160 내지 2,000 ㎛, 바람직하게는 200 내지 1,000 ㎛, 더욱 바람직하게는 250 내지 500 ㎛이어야 한다.
또한, 제 1 평균 입자 크기는 50 내지 200 ㎛, 바람직하게는 70 내지 150 ㎛, 더욱 바람직하게는 80 내지 120 ㎛ 인 것이 바람직하다. 평균 입자 크기는 층의 방향에 수직인 평면을 따라 분포된 입자 크기의 평균 값으로 결정된다.
본 발명의 추가의 실시예에서, 제 2 금속층은 제 1 금속층보다 두껍고, 바람직하게는 1.1 내지 15 배, 더 바람직하게는 2 내지 10 배, 보다 바람직하게는 3 내지 8 배 더 두껍다. 이는 제 2 금속층에 상응하는 설치 공간을 갖는 더 큰 제 1 평균 입자 크기를 제공하는 한편, 제 1 금속층의 경우 미세한 미세 구조가 더 작은 설치 공간을 필요로 하는 것으로 간주된다
바람직하게는, 입자 정제제는 산소에 대해 비교적 높은 친화도 및 가능한 가장 낮은 에지 용해도를 갖는 합금 금속이다. 이는 제 1 금속층 및 제 2 금속층의 메타가 제 1 금속층 및 제 2 금속과 같은 방식으로 오염되지 않도록 요구되는 양의 정련제를 가능한 한 낮게 유지하게 한다. 층은 전력 전자에서 금속 공정로 사용하기에 적합하지 않다. 특히, 곡물 정제제 B, Ca, Fe, Cr 및 지르코늄 비소의 경우, 곡물 성장에 결정적인 영향을 미치기 위해 밀(mille) 당 적어도 몇 개를 첨가해야 한다는 것이 밝혀졌으며, 첨가 후, 제 1 및 제 2 금속층의 금속으로서 구리의 경우, Cu OFE 또는 Cu PHC는 더 이상 존재하지 않는다. 대조적으로, 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 크롬 및/또는 니오브와 같은 합금 금속이 소량으로도 원하는 크기로 특정 입자 크기를 형성하는데 적합하다는 것이 밝혀졌다. 바람직하게는, 제 1 또는 제 2 금속 층에서 입자 정제제의 중량 백분율은 2.5 wt.% 미만, 바람직하게는 1.5 wt.% 미만, 더욱 바람직하게는 1 wt.% 미만 또는 심지어 0.5 wt.% 미만이다. 예를 들어, 제 1 금속층 또는 제 2 금속층, 특히 Cu-OFE로 제조된 제 1 금속층 및 제 2 금속층에 있어서의 입자 정제제의 농도는
- 티타늄의 경우 2.1 wt.% 미만,
- 지르코늄의 경우, 0.17 wt.% 미만,
- 하프늄의 경우 1.1 wt.% 미만인 경우,
- 크롬의 경우 0.73 wt.% 미만; 및/또는
- 니오븀의 경우 0.15 wt.% 미만이, 함께 또는 별도로, 바람직하게는 각각 0.01 wt.% 미만이다.
본 발명의 추가 실시예에서, 온도 처리는 어닐링 공정이며, 여기서 제 1 금속층에 대한 어닐링 공정은 바람직하게는 제 2 금속층에 대한 어닐링 공정과 상이하다. 특히, 어닐링 공정은 재결정 화 온도 이상의 제 1 및/또는 제 2 금속층의 가열이다. 바람직하게는 제 2 금속 층만이 어닐링 공정에 적용된다. 그러나, 제 1 금속층 및 제 2 금속층에 대한 어닐링 공정이 예를 들어 지속 시간, 온도 제어 및/또는 온도-수위 수준과 관련하여 상이하므로, 현저하게 다른 입자 성장이 고려될 수 있다. 제 1 금속층 및 제 2 금속층에서 실현된다.
금속 층 구조는 구리로 제조되는 것이 특히 바람직하다. 즉, 제 1 금속 층은 제 1 구리 층이고 제 2 금속 층은 제 2 구리 층이다. 또한, 제 1 금속층의 금속 조성이 제 2 금속층의 금속 조성과 상이할 수도 있다.
온도 처리는 불활성 가스 환경 또는 진공에서 적어도 일시적으로 수행되는 것이 바람직하다. 이는 온도 처리 동안 규정된 입자 성장을 달성하는데 유리하다. 이는 제조된 반제품 금속 제품 또는 제조된 금속-세라믹 기판에서 제 1 또는 제 2 입자 크기의 제어된 조정을 개선시킨다.
본 발명의 추가 실시예에서, 제 1 금속 층은 DCB 공정에 의해 제 2 금속 층에 결합되는 것으로 의도된다. 이는 예를 들어 롤링 또는 제 1 금속층과 제 2 금속층을 접합하는데 필요한 장비가 생략될 수 있다는 장점을 갖는다. "DCB 공정"(직접 구리 본드 기술)은 예를 들어 금속 층 또는 시트(예를 들어, 구리 시트 또는 포일)를 서로 및/또는 세라믹 또는 세라믹 층에 금속 또는 구리 시트 또는 금속의 화합물의 층 또는 코팅(용융 층) 및 반응성 기체, 바람직하게는 산소를 표면 측면에 갖는 금속 또는 구리 포일을 사용하여 본딩하는 역할을 하는 공정인 것으로 이해된다. 예를 들어 US-PS 37 44120 또는 DE-PS 23 19 854에 기술된 상기 방법에서, 상기 층 또는 코팅(용융 층)은 금속의 용융 온도 미만의 용융 온도(예를 들어, 구리)와 공융을 형성한다. 따라서, 호일을 세라믹 상에 배치하고 모든 층을 가열함으로써, 실질적으로 용융 층 또는 산화물 층의 영역에서만 금속 또는 구리를 용융시킴으로써 이들이 결합될 수 있다.
특히, DCB 방법은 예를 들어 다음 방법 단계를 가진다:
- 균일 한 산화 구리 층이 생성되도록 구리 호일을 산화시키는 단계;
- 세라믹 층 상에 구리 포일을 배치하는 단계;
- 복합체를 약 1025 내지 1083 ℃의 공정 온도 예를 들어 약 1071 ℃로 가열하는 단계;
- 실온으로 냉각하는 단계.
또한, 제 1 금속층 및/또는 제 2 금속층은 접합 전에 산화, 특히 화학적으로 및/또는 열적으로 산화되는 것이 바람직하다. 바람직하게는 산화는 온도 처리와 제 1 금속 층과 제 2 금속 층의 결합 사이에서 수행되는 것으로 의도된다. 산화에 의해 유리하게는 예를 들어 제 1 금속 층과 제 2 금속 층 또는 제 2 금속 층을 세라믹 층에 결합시키는 공융 층을 제공하는 것이 가능하다.
제 2 입자 크기를 제한하기 위해, 제 2 금속 층의 온도 처리 동안 온도 제어를 적응시키고/시키거나 금속 및 금속 산화물, 특히 구리 및 산화 구리로 구성된 페이스트로 제 2 금속 층을 코팅하는 것이 바람직하다. 제 2 입자 크기를 제한하는 장점은, 이는 제 2 금속 층의 약화 또는 제 2 금속의 균열을 방지하기 위해 세라믹 층에 결합 할 때 낮은 산소 함량을 설정할 필요가 없다는 것을 의미한다 층. 다르게는, 제 2 금속 층에서의 결정립계 면적이 결정립 크기가 증가함에 따라 감소하고 공융 코팅으로부터 결정립계로 산소의 예비 부착으로 인해 상응하는 낮은 산소-겐 함량의 사용이 필요할 것이다. 제 2 금속층에서 금속의 따라서, 제 2 입자 크기의 제한은 상응하는 산소 함량의 조정에 대응하는 데 유리하여, 화합물의 제조 방법이 단순화될 수 있다.
본 발명의 다른 양태는 다음 단계를 포함하는 금속-세라믹 기판, 특히 구리-세라믹 기판의 제조 방법이다:
- 제 1 금속층, 특히 제 1 구리 층 및 제 2 금속층, 특히 제 2 구리 층을 제공하는 단계,
- 제 1 및/또는 제 2 금속층을 세라믹 층에 접합하여 금속-세라믹 기판을 형성하는 단계;
여기서 상이한 온도 처리에 의해 제 1 금속층이 제 2 금속층에 결합되기 전에, 제 1 금속층 및/또는 제 2 금속층의 결정 성장이 생성된 반제품 금속에서 개시되는 방식 생성물, 특히 제조된 금속-구리 기판에서, 제 1 금속층의 제 1 입자 크기는 제 2 금속층의 제 2 입자 크기와 상이하다. 본 발명에 따른 반제품 금속 제품의 제조 방법에 대해 설명된 모든 특징 및 장점은 또한 본 발명에 따른 금속-세라믹 기판의 제조 방법과 유사하게 전달될 수 있다.
원칙적으로, 여기서 제 1 금속층 및 제 2 금속층은 반제품 금속 제품, 특히 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 세라믹 층, 또는 제 2 금속층, 제 2 금속층으로서 세라믹 층에 결합되는 것으로 생각할 수 있다. 금속층과 세라믹 층은 공통 결합 단계에서, 바람직하게는 공통 DCB 공정에서 서로 결합된다. 제 1 금속 층 및 제 2 금속 층이 반제품 금속 제품으로서 세라믹 층에 결합되면, 예를 들어 AMB 공정 또는 DCB 공정이 사용될 수 있다. 능동 납땜 공정, 즉 "AMB(active metal brazing)"공정, 예를 들어 금속 층 또는 금속 포일, 특히 세라믹 층과 구리 층 또는 구리 포일을 접합하기 위한 방법은 금속-세라믹 기판의 제조에 특히 사용되는 공정이다. 상기 공정에서 약 650-1000 ℃사이의 온도에서, 연결은 구리, 은 및/또는 금과 같은 주성분 이외에 활성 금속을 포함하는 브레이징 솔더를 사용하여 금속 호일, 예를 들어, 구리 호일 및 세라믹 기판, 예를 들어 질화 알루미늄 세라믹 사이에서 이루어진다. 예를 들어 그룹 Hf, Ti, Zr, Nb, Ce의 하나 이상의 원소인 상기 활성 금속은 화학 반응에 의해 땜납과 세라믹 사이의 결합을 형성하지만, 땜납과 금속 사이의 결합은 금속 납땜 연결이다.
이에 대응하여, 제 2 금속층에 비해 평균 제 1 입자 크기가 낮은 제 1 금속층의 설계는 제 1 금속층의 너무 거친 구조가 특히 얇은 와이어 본딩에서 전자 부품의 연결을 더욱 어렵게 하는 것을 방지한다. 또한, 비교적 미세한 구조는 자동 광학 검사(AOI), 즉 제조 후 금속-세라믹 기판의 검사를 단순화시킨다. 동시에, 금속 층 구조가 결합될 때 제 1 금속 층 및 제 2 금속 층이 캐리어 요소 상에 층을 이루는 층 방향을 따른 입자 크기 구배가 형성된다. 상기 공정에서 내부 응력 이 관련되는 홀-페치 관계(Re = σ0 + K/√dk); 항복점 Re, 초기 응력 σ0, 입계 저항 σ0 및 입도 dk)은 상기 구조의 입자 크기를 가진 금속 층에서 나타나며, 제 2 금속 층에서 비교적 거친 구조가 실현될 수 있고, 이에 의해 제 2 금속 층이 캐리어 요소에 결합되는 결합 영역에서의 응력 수준이 유리하게 감소된다.
세라믹 층이 형성되는 세라믹은 예를 들어 Al2O3, Si3N4, AlN 또는 HPSX 세라믹(즉, ZrO2의 x 퍼센트 함량을 포함하는 Al2O3 , 예를들어 9% ZrO2 = HPS9를 가진 Al2O3 또는 25% ZrO2 = HPS25를 가진 Al2O3 를 가진 세라믹)일 수 있다. 캐리어 요소는 열 전도성 물질로 채워진 기술 세라믹 또는 유기 절연 물질과 같은 높은 열전도율 바람직하게는 10 W/mK 초과 보다 바람직하게는 20 초과 또는 60 W/mK 초과 열전도열을 갖는, 비교적 높은 바람직하게는 5 kV/mm 초과, 보다 바람직하게는 10, 20 또는 30 kV/mm 초과 전기 절연 강도를 나타낸다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 생성된 금속-세라믹 기판의 제 2 금속 층은 세라믹 층에 결합되며, 여기서 생성된 금속-세라믹 기판에서 제 2 입자 크기는 제 1 입자 크기는 제 1 금속 층과 제 2 금속 층의 접합 전에 어닐링 공정에 의해 제 2 금속 층에서 실현된다. 이는 유리하게는 더 거친 입자의 제 2 금속 층이 세라믹 층에 결합되는 반면, 세라믹 층으로부터 멀어지는 제 1 금속 층은 제 2 금속 층에 비해 더 세분화된다.
본 발명의 다른 목적은 다음을 포함하는 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 금속-세라믹 기판을 포함하는 것이다.
- 세라믹 층 및
- 상기 제 1 금속층과 상기 제 2 금속층의 본딩된 제 2 금속층의 복합물, 상기 제 2 금속층의 제 2 입자 크기는 상기 제 1 금속층의 제 1 입자 크기보다 더 크다. 본 발명에 따른 금속-세라믹 기판의 제조 방법에 대해 설명된 모든 특징 및 장점은 또한 본 발명에 따른 금속-세라믹 기판과 유사하게 전달될 수 있다.
추가 장점 및 특징은 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 목적의 바람직한 실시예에 대한 다음의 설명으로부터 발생한다.
도 1 내지 5: 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 금속-세라믹 기판의 제조 방법의 방법 단계들 및
도 6은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 금속-세라믹 기판의 단면도.
도 6은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 금속-세라믹 기판의 단면도.
도 1 내지 5는 본 발명의 제 1 예시적인 실시예에 따른 금속-세라믹 기판(1)의 제조 방법의 방법 단계들을 도시한다. 이러한 금속-세라믹 기판(1)은 전기 또는 전자 구성 요소를 위한 캐리어로서 기능한다. 개별 전기 또는 전자 부품의 전기 전도성 연결을 위해, 특히 세라믹 층(10)의 세라믹 표면 또는 상부면(15) 상에 도체 트랙을 형성하기 위해 금속 공정이 제공된다. 특히, 금속 공정은 도체를 제공하기 위해 전자 또는 전기 부품의 트랙 또는 장착 지점에 구성된다.
세라믹 층에 적용된 금속 공정이 제 1 금속 층(11) 및 제 2 금속 층(12)을 갖는 경우, 여기서 유리한 것으로 입증되었으며, 여기서 제 1 금속 층(11)의 제 1 입자 크기, 즉 금속의 제 1 평균 입자 크기 제 1 금속 층(11)은 제 2 입자 크기, 즉 제 2 금속 층(12)에서 금속의 제 2 평균 입자 크기와 상이하다. 특히, 제 1 금속 층(11) 및 제 2 금속 층(12)은 화합물 2를 형성하는 것으로 의도된다 특히, 샌드위치 구조, 세라믹 층(10) 상에 금속 공정을 형성하기 위해, 즉 완성된 제품에서 제 1 금속 층(11) 및 제 2 금속 층(12)은 서로 수직으로 진행하는 적층 방향(S)으로 서로의 상부에 적층된다. 도 6은 제 1 금속 층(11) 및 제 2 금속 층(12)의 이러한 화합물(2)이 저면 및 상면 모두에 배열된 금속-세라믹 기판(1)을 도시한다. 각각의 경우, 제 2 금속 층(12)은 세라믹 층(10)을 향하고 제 1 금속 층(11)은 세라믹 층(10)으로부터 멀어지고, 특히 제 1 금속층(11)의 평균 제 1 입자 크기는 제 2 금속층(12)의 평균 제 2 입자 크기보다 작다.
제 2 금속층(12)과 비교하여 제 1 금속층(11)의 미세한 설계로 인해, 전자화 또는 전기 구성 요소의 금속 공정로의 연결을 실현하는 것이 유리하다. 또한, 세라믹 층(10) 상에 금속 공정을 위해 시각적으로 검출 가능하게 더 균질하거나 더 미세한 상부 층이 제공될 수 있다. 동시에, 제 1 금속 층(11)보다 굵은 입자 인 제 2 금속 층(12)은 상이한 열팽창 계수에도 불구하고 열 충격 저항과 관련하여 최적화되도록 금속 공정와 세라믹 층 사이의 연결을 설계하는 것이 가능하다. 이는 제 2 입자 크기가 바람직하게는 상이한 열 팽창 계수에 의해 야기된 기계적 응력이 가능한 한 낮게 유지되도록 선택된다는 것을 의미한다. 이는 유리하게는 금속-세라믹 기판(1)의 수명을 증가시킨다. 또한, 제 2 입자 크기는 제 2 금속층(12)의 제 2 층 두께(D2)에 상응하는 것으로 생각될 수 있다. 또한 제 2 층 두께(D2)가 예를 들어, 제 1 입자 크기는 100 μm 미만, 바람직하게는 50 μm 미만 및/또는 제 2 입자 크기는 100 ~ 100 μm 이상, 바람직하게는 250 ~ 1000 μm의 값을 가정하는 것으로 생각될 수 있다.
제 1 입자 크기 또는 제 2 입자 크기, 특히 제 1 입자 크기와 제 2 입자 크기 사이의 비율을 제어하기 위해, 바람직하게는 제 1 금속 층(11)과 제 2 금속 층(12)의 형태로 제 1 금속 시트 및 제 2 금속 시트가 제공되는 것으로 의도된다(도 1 참조). 제 1 금속 시트 및 제 2 금속 시트는 동일한 금속 재료로 제조되거나 예를 들어 그들의 산소 함량 또는 순도와 관련하여 동일한 사양을 가진다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 금속 층은 Cu-OFE, Cu-OF 또는 Cu-ETP이다. 도 2는 제 2 금속 층, 특히 제 2 금속 층만이 열처리되는 것을 보여준다(도 2 참조). 온도 처리는 바람직하게는 제 2 금속 층이 재결정화 온도 이상의 온도로 적어도 가열되는 어닐링 공정을 포함한다. 상기 어닐링 공정은 제 2 금속층에서 결정립 성장을 개시하는 장점을 가지며 온도 처리에 의해 결정된 정도로 수행된다. 바람직하게는, 어닐링 공정은 불활성 가스 환경 또는 진공에서 일어난다. 이러한 방식으로, 제 1 금속층(11)과 제 2 금속층(12)이 결합되기 전에도 제 2 금속층(12)에서 적어도 부분적으로 입자 성장이 일어난다. 가능한 한 균일한 제 1 금속층(11) 및/또는 제 2 금속층(12)에서 입자 구조를 달성하기 위해, 입자 정제제 또는 입자 핵이 제 1 금속층(11) 및/또는 제 2 금속층에 첨가된다. 특히, 입자 정제제 또는 입자 핵은 입자 성장에 대한 영향을 제외하고 제 1 금속 층 및/또는 제 2 금속 층의 기계적 및 전기적 특성에 영향을 미치지 않는 방식으로 선택된다. 예를 들어, 곡물 정제제는 Cr, Ti, Zr, Hf, Nb이다.
도 3에 도시된 방법 단계에서, 제 1 금속 층(11) 및 제 2 금속 층(12)은 DCB 공정에서 접합에 필요한 공융 층, 특히 Cu 및 O를 형성하기 위해 각각 열적 및/또는 화학적 산화된다. 산화를 위해 제 2 금속층(12)에 대해 추가의 온도 처리가 제공되는 경우, 원하는 제 2 입자 크기를 제한하기 위해 결정립 성장을 개시하기 위한 온도 처리 및 산화를 위한 온도 처리가 서로 조정되는 것이 바람직하다. 결정립계 면적의 감소로 인해, 너무 큰 제 2 결정립 크기는 제 2 금속층(12)을 세라믹 층(10)에 접합 할 때 비교적 낮은 산소 함량을 필요로 하기 때문에 거대한 결정립 성장을 피한다. 선택적으로, 특히 Cu 및 CuO에서 금속 및 금속 산화물의 페이스트가 제 2 금속층(12)에 도포될 수 있음을 생각할 수 있다. 제 2 금속층(12)의 산화가 필요없는 공융 조성물을 달성한다.
도 4는 반제품 금속 제품(2)을 형성하기 위해 제 1 금속층(11)과 제 2 금속층(12)의 접합을 도시한다. 상기 공정에서, 제 1 금속층(11)과 제 2 금속층(12)은 DCB 공정에서 함께 접합된다. 도 5는 금속-세라믹 기판(1)의 개략도를 도시하며, 여기서 금속 혼합물(2)은 세라믹 층의 상부 및 하부에 배열된다. 여기서 제 1 금속층(11), 제 2 금속층(12) 및 세라믹 층(10)은 공통 본딩 공정, 특히 공통 DCB 공정으로 함께 결합되는 것으로 생각할 수 있다. 선택적으로, 제 1 금속 층(11) 및 제 2 금속 층(21)은 도 4로부터 반제품 금속 제품(2)으로서 제공되고, 반제품 금속 제품(2)은 별도의 공정 단계, 예를 들어 DCB 공정 또는 AMB 공정에 의한 공정 단계으로 구리 층(10)에 결합되는 것으로 생각될 수 있다.
1: 금속-세라믹 기판 2: 반제품 금속 제품
10: 세라믹 층 11: 제 1 금속층
12: 제 2 금속층 15: 세라믹 상부 측면
S: 적재 방향 D1: 제 1 층 두께
D2: 제 2 층 두께
10: 세라믹 층 11: 제 1 금속층
12: 제 2 금속층 15: 세라믹 상부 측면
S: 적재 방향 D1: 제 1 층 두께
D2: 제 2 층 두께
Claims (7)
- 금속-세라믹 기판을 제조하는 방법에 있어서,
-제 1 금속 층(11) 및 제 2 금속 층(12)을 제공하는 단계,
-제 1 금속층(11)과 제 2 금속층(12)을 접합하여 반제품 금속 제품(2)을 형성하는 단계를 포함하고,
상이한 온도 기반 처리를 사용하여 상기 제 1 금속 층(11)과 제 2 금속층(12)에 결합하기 전에, 제조된 금속-구리 기판에서, 제 1 금속층(11)의 제 1 입자 크기가 제 2 금속층(12)의 제 2 입자 크기와 다르도록, 제 1 금속 층(11) 또는 제 2 금속 층(12)중 하나에서 입자 성장이 개시되고, 최종 제 1 입자 크기와 최종 제 2 입자 크기는 반제품 금속 제품이 상기 세라믹 층에 결합될 때에만 달성되고,
제 2 입자 크기를 제한하기 위해, 제 2 금속 층(12)의 온도 처리 동안 온도 제어가 적용되거나, 또는 제 2 금속 층(12)이 구리 및 구리 산화물로 이루어진 페이스트로 코팅되는 단계를 제공하고,
상기 제 1 금속 층과 제 2 금속 층은 반제품으로 세라믹 층에 접착될 때 능동 납땜 공정(AMB, active metal brazing)이 사용되는 것을 특징으로 하는 방법. - 제 1항에 있어서, 제 1 금속 층(11) 및 제 2 금속 층(12)은 동일한 금속재료로서, 구리로 제조되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 온도-처리는 어닐링 공정이고, 상기 제 1 금속층(11)에 대한 어닐링 공정은 상기 제 2 금속층(12)에 대한 어닐링 공정과 상이한 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 온도 처리는 불활성 가스 환경 또는 진공에서 적어도 일시적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 제 1 금속 층(11)은 DCB 공정에 의해 상기 제 2 금속 층(12)에 결합되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 제 1 금속 층(11) 또는 제 2 금속 층(12)은 접합 전에 산화되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 제조된 금속-세라믹 기판(1)의 제 2 금속 층(12)은 상기 세라믹 층(10)에 결합되고, 상기 제조된 금속-세라믹 기판(1)은 제 1 입자 크기보다 큰 제 2 입자 크기가 제 2 금속 층(12)에 제 1 금속 층(11)의 접합 전에 어닐링 공정에 의해 제 2 금속 층(12)에서 실현되는 것을 특징으로 하는 방법.
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