KR101393760B1 - Bonding method of ceramics substrate and metal foil - Google Patents

Bonding method of ceramics substrate and metal foil Download PDF

Info

Publication number
KR101393760B1
KR101393760B1 KR1020070037499A KR20070037499A KR101393760B1 KR 101393760 B1 KR101393760 B1 KR 101393760B1 KR 1020070037499 A KR1020070037499 A KR 1020070037499A KR 20070037499 A KR20070037499 A KR 20070037499A KR 101393760 B1 KR101393760 B1 KR 101393760B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
aerosol
thin film
substrate
metal thin
film
Prior art date
Application number
KR1020070037499A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20080093594A (en
Inventor
황덕기
김상복
Original Assignee
엘지이노텍 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지이노텍 주식회사 filed Critical 엘지이노텍 주식회사
Priority to KR1020070037499A priority Critical patent/KR101393760B1/en
Publication of KR20080093594A publication Critical patent/KR20080093594A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101393760B1 publication Critical patent/KR101393760B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/185Joining of semiconductor bodies for junction formation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/324Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/48Manufacture or treatment of parts, e.g. containers, prior to assembly of the devices, using processes not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326
    • H01L21/4814Conductive parts
    • H01L21/4846Leads on or in insulating or insulated substrates, e.g. metallisation
    • H01L21/4867Applying pastes or inks, e.g. screen printing

Abstract

본 발명은, 세라믹스 기판과 금속 박막의 접합방법에 있어서, 소정의 필러 분말을 포함하는 도전성 페이스트를 사용하여 세라믹스 기판에 후막을 인쇄하는 단계와, 상기 세라믹스 기판에 인쇄된 상기 후막을 건조하는 단계와, 건조된 상기 후막 위에 금속 박막을 적층한 후 열처리하는 단계를 포함하는 세라믹스 기판과 금속 박막의 접합방법에 관한 것이다.According to the present invention, there is provided a method of joining a ceramic substrate and a metal thin film, comprising the steps of: printing a thick film on a ceramics substrate using a conductive paste containing a predetermined filler powder; drying the thick film printed on the ceramics substrate; And laminating a metal thin film on the dried thick film, followed by a heat treatment, to a method of joining the metal thin film and the ceramic substrate.

본 발명에 의하면, 기판 위에 보다 균일한 산화물층을 형성할 수 있으며, 이러한 산화물의 순도를 증가시켜 세라믹스 기판과 금속 박막의 접합강도를 높여 공정의 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다.According to the present invention, a more uniform oxide layer can be formed on the substrate, and the purity of the oxide can be increased to increase the bonding strength between the ceramic substrate and the metal thin film, thereby greatly improving the reliability of the process.

금속 접합, 스크린 인쇄법, 에어로솔 증착 Metal bonding, screen printing, aerosol deposition

Description

세라믹스 기판과 금속 박막의 접합방법{BONDING METHOD OF CERAMICS SUBSTRATE AND METAL FOIL}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method for bonding a ceramics substrate and a metal thin film,

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 세라믹스 기판과 금속 박막의 접합방법을 설명하기 위한 도면.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view for explaining a method of joining a ceramic substrate and a metal thin film according to a first embodiment of the present invention. FIG.

도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 세라믹스 기판과 금속 박막의 접합방법을 설명하기 위한 도면.2 is a view for explaining a bonding method of a ceramic substrate and a metal thin film according to a second embodiment of the present invention.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >Description of the Related Art

100 : 알루미나 기판 110 : 후막100: alumina substrate 110: thick film

120 : Cu2O 페이스트 130 : 스퀴즈120: Cu 2 O paste 130: Squeeze

210 : 에어로솔 챔버 211 : 바이브레이터210: Aerosol chamber 211: Vibrator

212 : 노즐 220 : 가스 챔버212: nozzle 220: gas chamber

230 : 증착 챔버 240 : 포지셔너230: Deposition chamber 240: Positioner

250 : 알루미나 기판250: alumina substrate

본 발명은 세라믹스 기판과 금속 박막의 접합방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of joining a ceramic substrate and a metal thin film.

최근, 재료의 특성을 극대화하기 위하여 금속과 세라믹의 상호접합에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 마이크로일렉트로닉스(microelectronics) 분야에서도 세라믹 기판에 Au, Pt 및 Ag와 같은 귀금속의 도전성 재료를 접합시켜 회로로 사용하고 있으나 고가의 재료이기 때문에 저가 재료로의 대체가 요구되고 있다. In recent years, studies on the mutual bonding of metal and ceramics have been actively conducted to maximize the characteristics of materials. In the field of microelectronics, a conductive substrate made of a noble metal such as Au, Pt, or Ag is bonded to a ceramic substrate and used as a circuit. However, since it is an expensive material, replacement with a low-cost material is required.

일반적으로 산화물 등의 세라믹과 금속 간의 결합을 유지하기 위하여 통상 유리질의 바인더(binder)나 반응성이 큰 중간층을 사용하거나, Mo-Mn계와 같은 금속간 화합물을 삽입하여 접합하고 있다.Generally, in order to maintain the bond between ceramic and metal such as oxide, a binder of glassy material or a highly reactive intermediate layer is used, or an intermetallic compound such as Mo-Mn type is inserted and bonded.

상기에서 제시한 접합 방법의 기술적 한계를 상세히 서술하면 하기와 같다. 먼저, 유리질 바인더에 의한 접합은 결합력이 약하며 또한 유리질의 중간층이 형성되어 열충격성 및 전기전도도를 감소시키는 단점이 있다. 또한, 반응성이 큰 중간층을 사용하는 경우에는 접합 도중 취성이 큰 금속간 화합물이 형성되어 사용상 장애가 되고 있으며, 높은 열전도도와 전기전도도를 요구하는 부분에는 중간층이 열전도와 전기전도도를 감소시키기 때문에 이의 배제가 요구되고 있다. 또한, Mo-Mn계와 같은 금속간 화합물을 이용한 접합 방법은 금속-금속 간, 금속-세라믹 간, 세라믹-세라믹 간 접합에 널리 활용되는 방법이기는 하나, 접합 공정시 접합에 사용되는 금속 층의 산화를 방지해야 하는 문제로 인해 10-7이하의 극한적인 환원분위기에서만 접합이 용이한 단점과, 접합 시 1200oC 이상의 접합 온도를 요구하고 있어 Cu와 같은 저 융점의 금속을 접합하지 못하는 기술적 한계를 가지고 있다.The technical limitations of the bonding method described above will be described in detail as follows. First, the bonding by the glassy binder has a weak bonding force and also has the disadvantage of forming a glassy intermediate layer to reduce thermal shock and electrical conductivity. In addition, when an intermediate layer having a high reactivity is used, an intermetallic compound having a high brittleness is formed during bonding, which is a disadvantage in use. Since the intermediate layer reduces thermal conductivity and electrical conductivity at portions requiring high thermal conductivity and electrical conductivity, Is required. In addition, the bonding method using an intermetallic compound such as Mo-Mn system is widely used for bonding between metal and metal, between metal and ceramic, and between ceramic and ceramic. However, in the bonding process, , It has a disadvantage that it is easy to be bonded only in an extreme reducing atmosphere of 10-7 or less and a bonding temperature of 1200 ° C or more is required at the time of bonding so that it has a technical limitation that a low melting point metal such as Cu can not be bonded .

또한, 전술한 바와 같은 법들을 후막법이라고 하며 접합되는 금속층의 두께 가 25㎛이하의 것을 사용하는데, 이러한 얇은 막은 하이브리드 회로의 충격전류(surge current)를 낮은 값으로 한정시키게 되는바 큰 충격전류의 도입시 회로나 제품의 순간적인 파손을 야기시키게 되는 단점 또한 보유하고 있다. 따라서 높은 전력의 하이브리드 회로에서 높은 전류밀도와 열전도를 유지할 수 있으며 금속층의 두께가 수 밀리미터 정도인 저가의 후막 금속과 세라믹의 직접접합 기술이 요구되고 있다.Further, the above-mentioned methods are referred to as a thick film method, and a metal layer having a thickness of 25 탆 or less is used as a junction layer. Such a thin film limits the surge current of the hybrid circuit to a low value. It also causes disruption of the circuit or the product instantaneously when introduced. Therefore, a direct bonding technique of low-cost thick-film metal and ceramics which can maintain a high current density and thermal conductivity in a high-power hybrid circuit and has a metal layer thickness of several millimeters is required.

종래에는, 구리 박막(foil)을 이용하여 구리 표면에 대해 화학적 처리, 산소 분압 조절을 이용한 열처리 등을 수행하여 0.7~1.2㎛ 정도의 두께로 산화구리막을 형성시켜 알루미나(Al2O3)기판과 공정 온도(eutetic point)에서 불활성 분위기로 열처리하여 구리 박막과 알루미나 기판을 부착했다.Conventionally, a copper foil is used to perform a chemical treatment on a copper surface and a heat treatment using an oxygen partial pressure control to form a copper oxide film with a thickness of about 0.7 to 1.2 탆 to form an alumina (Al 2 O 3 ) The copper thin film and the alumina substrate were attached by heat treatment at an eutectic point in an inert atmosphere.

하지만, 상술한 바와 같은 방법으로 알루미나 기판과 구리 박막의 접합공정을 진행하게 되면, 구리 박막 자체를 산화시킴으로써, 부착면 이면까지 산화되어 마지막에 표면 산화층을 연마(grinding)해야 하는 문제와, 반응에 의한 결과물로 산화구리(Cu2O)막과 더불어 산화제2구리(CuO)막이 형성됨으로 인해 접합강도의 저하가 발생하고, 화학적 반응 및 열처리를 통해 산화막을 형성함으로써 산화 정도에 따른 부착 강도 조절이 용이치 않는 문제가 발생하게 된다.However, if the bonding process between the alumina substrate and the copper foil is performed by the above-described method, the copper foil itself is oxidized to oxidize the surface of the copper foil to the back of the adhered surface to finally grind the surface oxide layer. (CuO) film together with copper oxide (Cu 2 O) film is formed as a result of the chemical reaction and heat treatment to form an oxide film. A problem of inconvenience occurs.

본 발명은, 세라믹스 기판과 금속 박막의 접합강도를 크게 향상시킬 수 있다.The present invention can greatly improve the bonding strength between the ceramic substrate and the metal thin film.

본 발명은, 세라믹스 기판과 금속 박막의 접합방법에 있어서, 소정의 필러 분말을 포함하는 도전성 페이스트를 사용하여 세라믹스 기판에 후막을 인쇄하는 단계와, 상기 세라믹스 기판에 인쇄된 상기 후막을 건조하는 단계와, 건조된 상기 후막 위에 금속 박막을 적층한 후 열처리하는 단계를 포함하는 세라믹스 기판과 금속 박막의 접합방법을 제공한다.According to the present invention, there is provided a method of joining a ceramic substrate and a metal thin film, comprising the steps of: printing a thick film on a ceramics substrate using a conductive paste containing a predetermined filler powder; drying the thick film printed on the ceramics substrate; And laminating a metal thin film on the dried thick film and then performing a heat treatment on the dried thin metal film.

본 발명에서, 상기 후막을 건조하는 단계는 60 ~ 80℃에서 8 ~ 12분 동안 건조한다.In the present invention, the step of drying the thick film is performed at 60 to 80 DEG C for 8 to 12 minutes.

본 발명에서, 상기 필러 분말은 Ag, Ti, Ni, Cu, CuO, Cu2O, AgO 중 적어도 하나를 사용한다.In the present invention, at least one of Ag, Ti, Ni, Cu, CuO, Cu 2 O and AgO is used as the filler powder.

본 발명에서, 상기 필러 분말은 0.1 ~ 10.0㎛의 입도를 갖는다.In the present invention, the filler powder has a particle size of 0.1 to 10.0 mu m.

본 발명에서, 상기 금속 박막은 구리 박막이고 상기 세라믹스 기판은 알루미나 기판이며, 상기 필러 분말은 Cu2O이다.In the present invention, the metal thin film is a copper thin film, the ceramics substrate is an alumina substrate, and the filler powder is Cu 2 O.

본 발명에서, 상기 후막을 인쇄하는 단계에서, 상기 후막이 인쇄되는 양은 건조 후의 무게가 0.3 ~ 6×10-5g/mm2가 되도록 조절된다.In the present invention, in the step of printing the thick film, the amount of the thick film to be printed is adjusted so that the weight after drying is 0.3 to 6 × 10 -5 g / mm 2 .

본 발명에서, 상기 열처리 단계는 불활성 분위기 및 1050 ~ 1083℃ 온도에서 1 ~ 60분 동안 수행한다.In the present invention, the heat treatment step is performed in an inert atmosphere and at a temperature of 1050 to 1083 DEG C for 1 to 60 minutes.

본 발명에서, 상기 불활성 분위기는 N2, Ar 및 He 중 적어도 어느 하나의 가스를 이용한다.In the present invention, at least one of N 2 , Ar, and He is used as the inert atmosphere.

본 발명에서, 상기 세라믹스 기판에 후막을 스크린 인쇄법으로 인쇄한다.In the present invention, a thick film is printed on the ceramics substrate by a screen printing method.

또한, 본 발명은 세라믹스 기판과 금속 박막의 접합방법에 있어서, 필러 분말을 에어로솔 챔버에 장입한 후 에어로솔을 형성하는 단계와, 상기 에어로솔을 세라믹스 기판에 조사하는 단계와, 상기 에어로솔이 조사되어 형성된 에어로솔층 위에 금속 박막을 적층하는 단계와, 상기 에어로솔층 및 상기 금속 박막이 적층된 상기 세라믹스 기판을 열처리하는 단계를 포함하는 세라믹스 기판과 금속 박막의 접합방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of joining a ceramic substrate and a metal foil, comprising the steps of: forming an aerosol after filling a filler powder into the aerosol chamber; irradiating the ceramic substrate with the aerosol; And a step of heat treating the ceramic substrate on which the aerosol layer and the metal thin film are laminated. The present invention also provides a method of bonding a ceramic substrate and a metal thin film.

본 발명에서, 상기 필러 분말은 Ag, Ti, Ni, Cu, CuO, Cu2O, AgO 중 적어도 하나이다.In the present invention, the filler powder is at least one of Ag, Ti, Ni, Cu, CuO, Cu 2 O and AgO.

본 발명에서, 상기 금속 박막은 구리 박막이고 상기 세라믹스 기판은 알루미나 기판이며, 상기 필러 분말은 Cu2O이다.In the present invention, the metal thin film is a copper thin film, the ceramics substrate is an alumina substrate, and the filler powder is Cu 2 O.

본 발명에서, 상기 에어로솔을 형성하는 단계에서, 상기 필러 분말의 응집을 방지하도록 상기 에어로솔 챔버의 바이브레이터(vibrator) 속도를 150 ~ 350rpm으로 한다.In the present invention, in the step of forming the aerosol, a vibrator speed of the aerosol chamber is set to 150 to 350 rpm to prevent agglomeration of the filler powder.

본 발명에서, 상기 에어로솔을 상기 세라믹스 기판에 조사하는 단계에서, 상기 증착 챔버의 압력을 1 torr 이하로 하고, 상기 에어로솔의 조사 속도는 0.1 ~ 3mm/초로 한다.In the present invention, in the step of irradiating the aerosol on the ceramics substrate, the pressure of the deposition chamber is set to 1 torr or less and the irradiation speed of the aerosol is set to 0.1 to 3 mm / sec.

본 발명에서, 상기 열처리 단계는 불활성 분위기 및 1050 ~ 1083℃ 온도에서 1 ~ 60분 동안 수행한다.In the present invention, the heat treatment step is performed in an inert atmosphere and at a temperature of 1050 to 1083 DEG C for 1 to 60 minutes.

본 발명에서, 상기 필러 분말은 0.7 ~ 10.0㎛의 입도를 갖는 Cu2O 분말을 사용한다.In the present invention, the filler powder uses Cu 2 O powder having a particle size of 0.7 to 10.0 μm.

본 발명에서, 상기 에어로솔은 불활성 가스를 이용하여 형성한다.In the present invention, the aerosol is formed using an inert gas.

본 발명에서, 상기 에어로솔은 상기 에어로솔 챔버의 노즐을 통해 상기 세라믹스 기판에 조사한다.In the present invention, the aerosol is irradiated to the ceramics substrate through a nozzle of the aerosol chamber.

본 발명에서, 상기 세라믹스 기판은 상기 증착 챔버의 포지셔너(positioner)에 장착된다.In the present invention, the ceramics substrate is mounted in a positioner of the deposition chamber.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 세라믹스 기판과 금속 박막의 접합방법을 자세히 설명한다.Hereinafter, a method of joining a ceramic substrate and a metal thin film according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.Description of the technical contents which are well known in the technical field of the present invention and are not directly related to the present invention will be omitted. This is for the sake of clarity of the present invention without omitting the unnecessary explanation.

본 발명의 실시예에서는 구리(Cu) 박막에 알루미나(Al2O3) 기판을 접합하는 DCB(Direct Copper Bonding)를 예를 들어 설명하기로 한다.In the embodiment of the present invention, DCB (Direct Copper Bonding) bonding an alumina (Al 2 O 3 ) substrate to a copper (Cu) thin film will be described as an example.

먼저, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 페이스트(paste)법을 이용한 알루미나 기판과 구리 박막의 접합방법에 관하여 설명한다.First, a method of bonding an alumina substrate and a copper thin film using a paste method according to the first embodiment of the present invention will be described.

소정의 필러 분말을 포함하는 도전성 페이스트를 준비한다. 이때, 필러 분말은 Ag, Ti, Ni, Cu, CuO, Cu2O, AgO 중 적어도 하나를 사용하며, 본 발명의 제 1 실시예에서는 Cu2O 분말을 사용한다. 이러한 Cu2O 분말은 통상적인 분말 제조공정 에 의하여 제조되며, 0.1 ~ 10.0㎛의 입도를 갖고, 바람직하게는 0.1 ~ 3.0㎛의 입도를 갖는다.A conductive paste containing a predetermined filler powder is prepared. At this time, at least one of Ag, Ti, Ni, Cu, CuO, Cu 2 O and AgO is used as the filler powder, and Cu 2 O powder is used in the first embodiment of the present invention. Such Cu 2 O powder is produced by a conventional powder manufacturing process, has a particle size of 0.1 to 10.0 μm, and preferably has a particle size of 0.1 to 3.0 μm.

이어서, Cu2O 분말을 포함하는 도전성 페이스트는, 유기 바인더 수지를 포함하는데, 이때 유기 바인더 수지로는 에폭시 수지, 폴리에스터 수지 및 알키드 수지 중 적어도 어느 하나 또는 두 개 이상을 사용할 수 있다. 여기서, 에폭시 수지의 경화제로는 디시안디아마이드(DucyanDiamide), 이미다졸(Imidasol), 포리아민(Polyamine) 및 아민(Amine) 중 적어도 어느 하나 또는 두 개 이상을 사용할 수 있다. 또한, 폴리에스터 수지 및 알키드 수지의 용제로 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 에틸셀로솔브, 부틸셀로솔브, 초산셀로솔브, 부틸초산셀로솔브, 부틸카비톨 및 부틸초산카비톨 중 적어도 어느 하나 또는 두 개 이상을 사용하는 것이 바람직하다.Next, the conductive paste containing Cu 2 O powder includes an organic binder resin, wherein at least one or more of epoxy resin, polyester resin and alkyd resin can be used as the organic binder resin. As the curing agent of the epoxy resin, at least one or more of dicyanediamide, imidasol, polyamine and amine may be used. As a solvent for the polyester resin and the alkyd resin, at least one of benzene, toluene, xylene, ethyl cellosolve, butyl cellosolve, acetic acid cellosolve, butyl acetic acid cellosolve, butyl carbitol and butyl acetate carbitol Or two or more of them are preferably used.

이어서, 전술한 바와 같은 Cu2O 분말의 함량은 바인더 및 용재 등의 유기분의 총 중량에 대하여 15 ~ 80%의 비율인 것이 바람직하다. 즉, 고형분의 양이 15% 이하이면 여러 번 인쇄해야 하고, 80% 이상이면 페이스트의 도포 두께 제어가 어렵기 때문이다.Next, the content of the Cu 2 O powder as described above is preferably 15 to 80% with respect to the total weight of the oil components such as the binder and the wood. That is, if the amount of the solid content is 15% or less, it is necessary to print several times, and if it is 80% or more, it is difficult to control the coating thickness of the paste.

이렇게하여, Cu2O 분말 및 상기와 같은 바인더 수지를 혼합하여 형성된 Cu2O 페이스트를 준비한 상태에서, 도 1에 도시된 바와 같이, Cu2O 페이스트(120)를 사용하여 스크린 인쇄법으로 알루미나 기판(100)에 후막(110)을 인쇄한다. 구체적으로, 알루미나 기판(100) 위에, 준비된 Cu2O 페이스트(120)를 사용하여 스퀴즈(130) 등을 이용하는 통상적인 스크린 인쇄법으로 후막(110)을 인쇄한다. 이때, 후막이 인쇄되는 양은 건조 후의 무게가 0.3 ~ 6×10-5g/mm2가 되도록 조절되는 것이 바람직하다. 참고로, 알루미나 기판 이외에도 AlN, Si3N4 및 SiC등의 세라믹스 기판을 사용하여도 무방하다.1, a Cu 2 O paste 120 is applied to the alumina substrate 120 by a screen printing method in the state that a Cu 2 O paste formed by mixing the Cu 2 O powder and the binder resin as described above is prepared, The thick film 110 is printed on the substrate 100. Specifically, the thick film 110 is printed on the alumina substrate 100 by a conventional screen printing method using a prepared Cu 2 O paste 120 using a squeeze 130 or the like. At this time, it is preferable that the amount of the thick film to be printed is adjusted so that the weight after drying is 0.3 to 6 × 10 -5 g / mm 2 . For reference, ceramic substrates such as AlN, Si 3 N 4 and SiC may be used in addition to alumina substrates.

다음으로, Cu2O 페이스트(120)를 사용하여 알루미나 기판(100)에 인쇄된 후막(110)을 건조한다. 이때, 후막(110)을 건조하기 위한 공정 조건으로는 60 ~ 80℃에서 8 ~ 12분 동안 건조하는 것이 바람직하다. 이러한 범위 이하에서의 열처리시에는 부착 강도가 낮아지거나 후속하는 구리 박막과의 알루미나 기판의 접합 강도가 감소할 수 있으며, 위와 같은 범위 이상에서의 열처리시에는 과도한 공융 반응으로 구리 박막에 핀 홀(pin-hole)이 발생할 수 있다. Next, the thick film 110 printed on the alumina substrate 100 is dried using the Cu 2 O paste 120. At this time, it is preferable to dry the thick film 110 at 60 to 80 ° C. for 8 to 12 minutes. During the heat treatment below this range, the bonding strength may be lowered or the bonding strength of the alumina substrate with the subsequent copper thin film may be decreased. During the heat treatment above the above range, excessive eutectic reaction may cause pin holes -hole) may occur.

이어서, 도시하지는 않았지만, 건조된 후막(110) 위에 구리 박막을 형성하고, 불활성 분위기 및 1050 ~ 1083℃ 온도에서 1 ~ 60분 동안 열처리를 수행하여 알루미나 기판과 구리 박막을 접합시킨다. 이때, 불활성 분위기는 N2, Ar, He 중 어느 하나의 가스를 이용하여 형성할 수 있으며, 바람직하게는 N2 가스를 이용한다.Next, although not shown, a copper thin film is formed on the dried thick film 110, and the alumina substrate and the copper thin film are bonded by performing heat treatment in an inert atmosphere and at a temperature of 1050 to 1083 ° C for 1 to 60 minutes. At this time, the inert atmosphere may be formed using any one of N 2 , Ar, and He, preferably N 2 Gas is used.

다음으로, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 에어로솔(Aerosol) 증착 방법에 의한 알루미나 기판과 구리 박막의 접합방법에 관하여 설명한다.Next, a method of bonding an alumina substrate and a copper foil by an aerosol deposition method according to a second embodiment of the present invention will be described.

Cu2O 분말을 에에로솔 챔버(210)에 장입하고, Cu2O 분말의 응집을 방지하도록 에어로솔 챔버의 바이브레이터(211) 속도(vibrator speed)를 150 ~ 350rpm으로 하며, 가스 챔버(220)로부터 유입한 He, O2, Ar 등의 기체가스를 이용하여 에어로솔을 형성한다. 이때, He, O2 , Ar 등의 기체가스는 4.5 ~ 10L/분 로 소진되며, Cu2O 분말은 0.7 ~ 10.0㎛의 입도를 갖는다. The Cu 2 O powder is charged into the aerosol chamber 210 and the vibrator speed of the aerosol chamber 211 is adjusted to 150 to 350 rpm so as to prevent the Cu 2 O powder from agglomerating. The aerosol is formed by using the inflow gas such as He, O 2 , or Ar. At this time, the gas such as He, O 2 , and Ar is exhausted to 4.5 to 10 L / min, and the Cu 2 O powder has a particle size of 0.7 to 10.0 μm.

이렇게 형성된 에어로솔을 에어로솔 챔버(210)의 노즐(212)을 통해 분사하여 증착 챔버(230)의 포지셔너(positioner)(240)에 장착된 알루미나 기판(250)의 표면에 조사시킨다. 이때, 증착 챔버(230) 내의 공정 조건으로는, 챔버(230)의 온도는 실온으로 하고, 압력은 1 torr 이하로 하며, 알루미나 기판(250)과 노즐(212)의 분사 거리는 4 ~ 35mm로 조절할 수 있다. 그리고, 알루미나 기판(250)의 표면에 조사되어 형성된 에어로솔층 즉, Cu2O 에어로솔층은 조사 속도(scanning rate)에 따라 조절이 가능하며, 예컨대 0.1 ~ 3mm/초로 했을 때 후속의 열처리 후 안정된 부착 강도를 얻을 수 있다. The aerosol thus formed is injected through the nozzle 212 of the aerosol chamber 210 and irradiated onto the surface of the alumina substrate 250 mounted on the positioner 240 of the deposition chamber 230. The temperature of the chamber 230 is set to room temperature and the pressure is set to 1 torr or less and the spray distance between the alumina substrate 250 and the nozzle 212 is adjusted to 4 to 35 mm . The aerosol layer irradiated on the surface of the alumina substrate 250, that is, the Cu 2 O aerosol layer, can be adjusted according to the irradiation rate. For example, when the irradiation speed is 0.1 to 3 mm / sec, Strength can be obtained.

그리하여, 전술한 바와 같이, Cu2O 에어로솔층이 형성된 알루미나 기판(250)을 증착 챔버(230)에서 분리한 후, 도시하지는 않았지만, 다시 Cu2O 에어로솔층 위에 구리 박막을 적층하고, Cu2O 에어로솔층 및 구리박막이 적층된 세라믹스 기판을열처리한다. 이때, 열처리는 본 발명의 제 1 실시예에서와 동일하게 불활성 분위기 및 1050 ~ 1083℃에서 1 ~ 60분 동안 수행할 수 있다.As described above, after the alumina substrate 250 having the Cu 2 O aerosol layer formed thereon is separated from the deposition chamber 230, a copper thin film is stacked on the Cu 2 O aerosol layer again, and then Cu 2 O The ceramic substrate on which the aerosol layer and the copper thin film are laminated is heat-treated. At this time, the heat treatment can be performed in an inert atmosphere and at 1050 to 1083 캜 for 1 to 60 minutes as in the first embodiment of the present invention.

따라서, 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 의하면 알루미나 기판 위에 산화물층을 균일하게 형성할 수 있으며, 또한 산화물의 순도를 증가시켜 알루미 나 기판과 구리 박막의 접합강도를 높일 수 있어 공정의 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다.Therefore, according to the first and second embodiments of the present invention, the oxide layer can be uniformly formed on the alumina substrate, and the purity of the oxide can be increased to increase the bonding strength between the alumina substrate and the copper thin film, Can be greatly improved.

지금까지 본 발명의 구체적인 구현예를 도면을 참조로 설명하였지만 이것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 평균적 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것이고 발명의 기술적 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 따라서 본 발명의 기술적 범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의하여 정하여지며, 도면을 참조로 설명한 구현예는 본 발명의 기술적 사상과 범위 내에서 얼마든지 변형하거나 수정할 수 있다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the invention. Accordingly, the technical scope of the present invention is defined by the matters described in the claims, and the embodiments described with reference to the drawings may be modified or modified within the technical spirit and scope of the present invention.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 기판 위에 보다 균일한 산화물층을 형성할 수 있으며, 이러한 산화물의 순도를 증가시켜 세라믹스 기판과 금속 박막의 접합강도를 높여 공정의 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to form a more uniform oxide layer on the substrate, increase the purity of the oxide, and increase the bonding strength between the ceramic substrate and the metal thin film, thereby greatly improving the reliability of the process.

또한, 종래에 금속 박막 자체를 산화시킴으로 인해 부착면의 이면까지 산화되어 마지막 표면 산화층을 연마(grinding)해야 하는 문제가 발생하지 않아 공정의 간소화 및 원가 절감의 향상을 실현한다.In addition, since the metal thin film itself has been oxidized to the rear surface of the mounting surface in the related art, there is no problem of grinding the last surface oxide layer, thereby simplifying the process and reducing the cost.

Claims (19)

세라믹스 기판과 금속 박막의 접합방법에 있어서,In a method of bonding a ceramic substrate and a metal thin film, 0.1 ~ 10.0㎛의 입도를 갖는 필러 분말을 포함하는 도전성 페이스트를 사용하여 세라믹스 기판에 후막을 인쇄하는 단계와,Printing a thick film on a ceramics substrate by using a conductive paste containing filler powder having a particle size of 0.1 to 10.0 mu m, 상기 세라믹스 기판에 인쇄된 상기 후막을 건조하는 단계와,Drying the thick film printed on the ceramics substrate, 건조된 상기 후막 위에 금속 박막을 적층한 후 열처리하는 단계를 포함하는 세라믹스 기판과 금속 박막의 접합방법.And laminating a metal thin film on the dried thick film and then subjecting the thin metal film to heat treatment. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 후막을 건조하는 단계는 60 ~ 80℃에서 8 ~ 12분 동안 건조하는 것을 특징으로 하는 세라믹스 기판과 금속 박막의 접합방법.Wherein the step of drying the thick film is performed at 60 to 80 ° C. for 8 to 12 minutes. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 필러 분말은 Ag, Ti, Ni, Cu, CuO, Cu2O, AgO 중 적어도 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 세라믹스 기판과 금속 박막의 접합방법.Wherein the filler powder comprises at least one of Ag, Ti, Ni, Cu, CuO, Cu 2 O, and AgO. 삭제delete 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 금속 박막은 구리 박막이고 상기 세라믹스 기판은 알루미나 기판이며, 상기 필러 분말은 Cu2O인 것을 특징으로 하는 세라믹스 기판과 금속 박막의 접합방법. Wherein the metal thin film is a copper thin film, the ceramics substrate is an alumina substrate, and the filler powder is Cu 2 O. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 후막을 인쇄하는 단계에서, 상기 후막이 인쇄되는 양은 건조 후의 무게가 0.3 ~ 6×10-5g/mm2가 되도록 조절된 것을 특징으로 하는 세라믹스 기판과 금속 박막의 접합방법.Wherein the amount of the thick film to be printed is adjusted so that the weight after drying is 0.3 to 6 x 10 &lt; -5 &gt; g / mm &lt; 2 &gt; in the step of printing the thick film. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 열처리 단계는 불활성 분위기 및 1050 ~ 1083℃ 온도에서 1 ~ 60분 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 세라믹스 기판과 금속 박막의 접합방법.Wherein the heat treatment step is performed in an inert atmosphere and at a temperature of 1050 to 1083 占 폚 for 1 to 60 minutes. 제 7 항에 있어서,8. The method of claim 7, 상기 불활성 분위기는 N2, Ar 및 He 중 적어도 어느 하나의 가스를 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 세라믹스 기판과 금속 박막의 접합방법.Wherein the inert atmosphere is formed by using at least one of N 2 , Ar, and He gas. 제 1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 세라믹스 기판에 후막을 스크린 인쇄법으로 인쇄하는 것을 특징으로 하는 세라믹스 기판과 금속 박막의 접합방법.And printing a thick film on the ceramic substrate by a screen printing method. 세라믹스 기판과 금속 박막의 접합방법에 있어서,In a method of bonding a ceramic substrate and a metal thin film, 필러 분말을 에어로솔 챔버에 장입한 후 에어로솔을 형성하는 단계와,Filling the filler powder into an aerosol chamber to form an aerosol, 상기 에어로솔을 증착챔버 내의 세라믹스 기판에 조사하는 단계와,Irradiating the ceramic substrate in the deposition chamber with the aerosol, 상기 에어로솔이 조사되어 형성된 에어로솔층 위에 금속 박막을 적층하는 단계와,Laminating a thin metal film on the aerosol layer formed by irradiating the aerosol; 상기 에어로솔층 및 상기 금속 박막이 적층된 상기 세라믹스 기판을 열처리하는 단계를 포함하는 세라믹스 기판과 금속 박막의 접합방법.And thermally treating the ceramics substrate having the aerosol layer and the metal thin film laminated thereon. 제 10 항에 있어서,11. The method of claim 10, 상기 필러 분말은 Ag, Ti, Ni, Cu, CuO, Cu2O, AgO 중 적어도 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 세라믹스 기판과 금속 박막의 접합방법.Wherein the filler powder comprises at least one of Ag, Ti, Ni, Cu, CuO, Cu 2 O, and AgO. 제 10 항에 있어서,11. The method of claim 10, 상기 금속 박막은 구리 박막이고 상기 세라믹스 기판은 알루미나 기판이며, 상기 필러 분말은 Cu2O인 것을 특징으로 하는 세라믹스 기판과 금속 박막의 접합방법.Wherein the metal thin film is a copper thin film, the ceramics substrate is an alumina substrate, and the filler powder is Cu 2 O. 제 10 항에 있어서,11. The method of claim 10, 상기 에어로솔을 형성하는 단계에서, 상기 필러 분말의 응집을 방지하도록 상기 에어로솔 챔버의 바이브레이터(vibrator) 속도를 150 ~ 350rpm으로 하는 것을 특징으로 하는 세라믹스 기판과 금속 박막의 접합방법.Wherein a vibrator speed of the aerosol chamber is set to 150 to 350 rpm so as to prevent agglomeration of the filler powder in the step of forming the aerosol. 제 10 항에 있어서,11. The method of claim 10, 상기 에어로솔을 상기 세라믹스 기판에 조사하는 단계에서, 상기 증착 챔버의 압력을 1 torr 이하로 하고, 상기 에어로솔의 조사 속도는 0.1 ~ 3mm/초로 하는 것을 특징으로 하는 세라믹스 기판과 금속 박막의 접합방법.Wherein a pressure of the deposition chamber is set to 1 torr or less and an irradiation speed of the aerosol is set to 0.1 to 3 mm / sec in the step of irradiating the aerosol to the ceramic substrate. 제 10 항에 있어서,11. The method of claim 10, 상기 열처리 단계는 불활성 분위기 및 1050 ~ 1083℃ 온도에서 1 ~ 60분 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 세라믹스 기판과 금속 박막의 접합방법.Wherein the heat treatment step is performed in an inert atmosphere and at a temperature of 1050 to 1083 占 폚 for 1 to 60 minutes. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,The method according to claim 10 or 11, 상기 필러 분말은 0.7 ~ 10.0㎛의 입도를 갖는 Cu2O 분말을 사용하는 것을 특징으로 하는 세라믹스 기판과 금속 박막의 접합방법.Wherein the filler powder is a Cu 2 O powder having a particle size of 0.7 to 10.0 탆. 제 10 항에 있어서,11. The method of claim 10, 상기 에어로솔은 불활성 가스를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 세라 믹스 기판과 금속 박막의 접합방법.Wherein the aerosol is formed using an inert gas. 제 10 항에 있어서,11. The method of claim 10, 상기 에어로솔은 상기 에어로솔 챔버의 노즐을 통해 상기 세라믹스 기판에 조사하는 것을 특징으로 하는 세라믹스 기판과 금속 박막의 접합방법.Wherein the aerosol is irradiated to the ceramics substrate through a nozzle of the aerosol chamber. 제 10 항에 있어서,11. The method of claim 10, 상기 세라믹스 기판은 상기 증착 챔버의 포지셔너(positioner)에 장착된 것을 특징으로 하는 세라믹스 기판과 금속 박막의 접합방법.Wherein the ceramic substrate is mounted on a positioner of the deposition chamber.
KR1020070037499A 2007-04-17 2007-04-17 Bonding method of ceramics substrate and metal foil KR101393760B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070037499A KR101393760B1 (en) 2007-04-17 2007-04-17 Bonding method of ceramics substrate and metal foil

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070037499A KR101393760B1 (en) 2007-04-17 2007-04-17 Bonding method of ceramics substrate and metal foil

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20080093594A KR20080093594A (en) 2008-10-22
KR101393760B1 true KR101393760B1 (en) 2014-05-30

Family

ID=40154075

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070037499A KR101393760B1 (en) 2007-04-17 2007-04-17 Bonding method of ceramics substrate and metal foil

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101393760B1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170003287A (en) 2015-06-30 2017-01-09 주식회사 코멧네트워크 Method of manufacturing ceramic circuit board
KR20170029481A (en) 2017-03-08 2017-03-15 주식회사 코멧네트워크 Method of manufacturing ceramic circuit board
CN107481953A (en) * 2016-06-08 2017-12-15 日本特殊陶业株式会社 It is laminated heater
KR102212836B1 (en) 2020-05-19 2021-02-05 주식회사 코멧네트워크 Method of manufacturing ceramic circuit board
KR102293181B1 (en) 2020-08-27 2021-08-25 주식회사 코멧네트워크 Ceramic circuit board for power module of double-faced cooling, manufacturing method thereof, power module of double-faced cooling with the same
KR20220109171A (en) 2021-01-28 2022-08-04 주식회사 알엔투세라믹스 Ceramic circuit board with cooling fin for power module of double-faced cooling, manufacturing method thereof, power module of double-faced cooling with the same
KR102492742B1 (en) 2021-08-11 2023-01-31 주식회사 알엔투세라믹스 Trimming method of printed pattern and manufacturing method of ceramic circuit board using the same

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8397379B2 (en) 2010-08-26 2013-03-19 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Method for fabricating ceramic substrate
KR102030688B1 (en) * 2017-01-17 2019-10-10 주식회사 케이씨씨 Ceramic circuit board and method of manufacturing the same
CN113601678B (en) * 2021-08-12 2023-05-12 江西全兴化工填料有限公司 Ceramic filler forming equipment

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0513920A (en) * 1991-07-05 1993-01-22 Denki Kagaku Kogyo Kk Manufacture of ceramic circuit substrate
JP2001348658A (en) * 2000-06-06 2001-12-18 Natl Inst Of Advanced Industrial Science & Technology Meti Ceramic structure manufacturing apparatus

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0513920A (en) * 1991-07-05 1993-01-22 Denki Kagaku Kogyo Kk Manufacture of ceramic circuit substrate
JP2001348658A (en) * 2000-06-06 2001-12-18 Natl Inst Of Advanced Industrial Science & Technology Meti Ceramic structure manufacturing apparatus

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170003287A (en) 2015-06-30 2017-01-09 주식회사 코멧네트워크 Method of manufacturing ceramic circuit board
CN107481953A (en) * 2016-06-08 2017-12-15 日本特殊陶业株式会社 It is laminated heater
CN107481953B (en) * 2016-06-08 2021-01-05 日本特殊陶业株式会社 Laminated heating element
KR20170029481A (en) 2017-03-08 2017-03-15 주식회사 코멧네트워크 Method of manufacturing ceramic circuit board
KR102212836B1 (en) 2020-05-19 2021-02-05 주식회사 코멧네트워크 Method of manufacturing ceramic circuit board
KR102293181B1 (en) 2020-08-27 2021-08-25 주식회사 코멧네트워크 Ceramic circuit board for power module of double-faced cooling, manufacturing method thereof, power module of double-faced cooling with the same
KR20220109171A (en) 2021-01-28 2022-08-04 주식회사 알엔투세라믹스 Ceramic circuit board with cooling fin for power module of double-faced cooling, manufacturing method thereof, power module of double-faced cooling with the same
KR102492742B1 (en) 2021-08-11 2023-01-31 주식회사 알엔투세라믹스 Trimming method of printed pattern and manufacturing method of ceramic circuit board using the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR20080093594A (en) 2008-10-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101393760B1 (en) Bonding method of ceramics substrate and metal foil
EP0153737B1 (en) Circuit substrate having high thermal conductivity
JP5156566B2 (en) Metal surface connection method and paste therefor
JPH11504159A (en) Glass bonding layer for ceramic circuit board support substrate
US8815648B1 (en) Multi-step sintering of metal paste for semiconductor device wire bonding
CN110034090B (en) Nano metal film auxiliary substrate and preparation method thereof
JP2003101217A (en) Circuit substrate and its manufacturing method
KR101526568B1 (en) Bonding method of ceramics substrate and metal fiol, light emitting diode and method for fabricating the same
TWI668199B (en) Ceramic circuit board and method of manufacturing the same
JPH1074858A (en) Wiring board and production thereof
JP3112258B2 (en) Circuit board and its manufacturing method
JPH05156303A (en) Metallizing metal powder composition and production of metallized substrate using the composition
JP4299421B2 (en) Manufacturing method of ceramic circuit board
JPH1154865A (en) Multilayered printed wiring board and its manufacture
JPH09162511A (en) Wiring board and its manufacture
JP3393768B2 (en) Wiring board and method of manufacturing the same
JP3297574B2 (en) Wiring board and method of manufacturing the same
JP3292645B2 (en) Wiring board and method of manufacturing the same
JP3297575B2 (en) Wiring board and method of manufacturing the same
JP3605235B2 (en) Manufacturing method of wiring board
JP3393769B2 (en) Wiring board and method of manufacturing the same
KR20230002070A (en) Method for producing a metal-ceramic substrate
JP3297576B2 (en) Wiring board and method of manufacturing the same
JPH10154780A (en) Heat radiating parts, its manufacturing method, and semiconductor device using it
JPH10335764A (en) Wiring substrate

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170405

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180409

Year of fee payment: 5