KR101412207B1 - Solder Paste And metal bonded Ceramic Substrates - Google Patents
Solder Paste And metal bonded Ceramic Substrates Download PDFInfo
- Publication number
- KR101412207B1 KR101412207B1 KR1020120056162A KR20120056162A KR101412207B1 KR 101412207 B1 KR101412207 B1 KR 101412207B1 KR 1020120056162 A KR1020120056162 A KR 1020120056162A KR 20120056162 A KR20120056162 A KR 20120056162A KR 101412207 B1 KR101412207 B1 KR 101412207B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- weight
- parts
- metal
- paste
- substrate
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
- B23K1/19—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering taking account of the properties of the materials to be soldered
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
- B23K35/0222—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in soldering, brazing
- B23K35/0244—Powders, particles or spheres; Preforms made therefrom
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
- B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
- B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
- B23K35/3006—Ag as the principal constituent
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C5/00—Alloys based on noble metals
- C22C5/06—Alloys based on silver
- C22C5/08—Alloys based on silver with copper as the next major constituent
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
- B23K2101/36—Electric or electronic devices
- B23K2101/42—Printed circuits
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
- B23K2103/50—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26
- B23K2103/52—Ceramics
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
본 발명은 금속판과 세라믹스 기판을 접합하기 위한 납재 페이스트에 있어서, 1~40 중량부의 Cu, 60~99 중량부의 Ag, 상기 Cu 및 Ag의 합계 100 중량 대비0.5~4.5 중량부의 활성금속, 0.1~3.0 중량부의 Y2O3, 0~2.0 중량부의 ZrO2를 포함하여 이루어진 금속(금속 산화물을 포함) 성분 및 유기 비이클(Vihicle)을 포함하여 이루어진 납재 페이스트 및 항절강도 및/또는 접합강도 저하부분을 개선한 금속접합 세라믹스 회로기판을 제공한다. The present invention relates to a leadframe paste for bonding a metal plate and a ceramic substrate, which comprises 1 to 40 parts by weight of Cu, 60 to 99 parts by weight of Ag, 0.5 to 4.5 parts by weight of the total of 100 parts by weight of Cu and Ag, parts by weight of Y 2 O 3, 0 ~ 2.0 weight parts, including ZrO 2 the brazing material paste and the die strength and / or bond strength decreased portion consisting including consisting of metal (including a metal oxide) component and the organic vehicle (Vihicle) There is provided an improved metal bonded ceramics circuit substrate.
Description
본 기재는 납재 페이스트 및 금속접합 세라믹스 회로기판 등에 관한 것이다.
The present invention relates to a leadframe paste, a metal bonded ceramics circuit board, and the like.
근래, 로봇(robot)이나 모터(motor) 등의 산업 기기의 고성능화에 적용되고 고전력, 고능률 인버터(inverter) 등 고전력모듈(High power module)이 요구됨에 따라서 반도체 소자로부터 발생되는 열도 증가하고 있다. 이 열을 효율적으로 방산하기 위해 고전력모듈(High power module) 기판에서는 종래보다 다양한 방법이 취해지고 있다. 특히 요즘 양호한 열전도율을 가는 세라믹스 기판 개발됨에 따라서 이 세라믹스 기판에 금속판을 접합하고 회로를 형성 한 후 반도체 소자를 탑재하는 구조로 모듈의 개발이 진행되고 있다. 2. Description of the Related Art In recent years, a high power module such as a high power and a high efficiency inverter has been required for high performance of industrial devices such as a robot and a motor, and heat generated from semiconductor devices is also increasing. In order to efficiently dissipate the heat, a variety of methods have been used in a high power module substrate. Particularly, as a ceramic substrate having good thermal conductivity is developed recently, the development of a module is progressing with a structure in which a metal plate is bonded to the ceramics substrate, a circuit is formed, and then a semiconductor element is mounted.
이러한 반도체 장치에 사용되는 전기절연성 기판으로서는 종래부터 알루미나, 질화알루미늄, 질화규소, 탄화규소 등의 세라믹 소재가 사용되고 있다. 이러한 세라믹스의 열전도율은 알루미나, 질화알루미늄, 질화규소의 순으로 W/m?K의 단위로 25, 170, 60 정도이다.Ceramic materials such as alumina, aluminum nitride, silicon nitride, and silicon carbide are conventionally used as the electrically insulating substrate used in such a semiconductor device. The thermal conductivity of these ceramics is about 25, 170 and 60 in units of W / m? K in the order of alumina, aluminum nitride and silicon nitride.
금속과 세라믹스를 접합하는 방법에는 여러가지 방법이 있는데 통상적으로 Mo-Mn법, 활성금속 접합법, 직접 접합법 등이 많이 이용되고 있다. 하지만 고전력모듈(High power module)에서는 종래보다 양호한 열전도율을 요구하고 전기적 특성이 우수해야 하므로 활성금속 접합법 또는 직접 접합법이 주류가 되고 있고 세라믹기판으로서는 질화알루미늄을 절연기판으로서 사용하는 것이 일반적이다. There are various methods of joining metals and ceramics, and Mo-Mn method, active metal bonding method, direct bonding method and the like are commonly used. However, in a high power module, a better thermal conductivity is required and an excellent electrical characteristic is required. Therefore, an active metal bonding method or a direct bonding method becomes mainstream, and aluminum nitride is generally used as an insulating substrate as a ceramic substrate.
활성금속 접합법은 동판과 질화알루미늄 기판과의 사이에 활성금속을 포함하는 납재를 위치시키고 가열처리 하고 접합체를 형성하는 방법이고(일본특허 : 60-177634), 직접 접합법의 경우에는 동판과 질화알루미늄 기판의 표면을 산화시킨 후 동의 융점 이하와 CuO-O의 공정온도 이상으로 가열하여 접합하는 방법(일본특허 : 56-163093) 이 알려져 있다. The active metal bonding method is a method in which a brazing filler metal containing an active metal is placed between a copper plate and an aluminum nitride substrate and heat treated to form a bonded body (Japanese Patent 60-177634). In the direct bonding method, (JP-A-56-163093) is known in which the surface of the copper foil is oxidized and then heated to a temperature not lower than the melting point of the copper and higher than the process temperature of CuO-O.
활성금속 접합법의 경우에는 직접 접합법에 비교하여 다음과 같은 장점을 갖는다. The active metal bonding method has the following advantages in comparison with the direct bonding method.
1) 접합 처리 온도가 낮기 때문에 금속-세라믹이 갖는 잔류응력이 작다.1) Since the bonding treatment temperature is low, the residual stress of the metal-ceramics is small.
2) 접합층이 연성 금속이기 때문에 열충격이나 열적변화(Temperature cycle)에 대해서 신뢰성이 크다.2) Since the bonding layer is a soft metal, it is highly reliable against thermal shock or temperature cycle.
3) 접합 시 계면에서 발생하는 미세기공(micro void)발생이 적어 전기적인 특성이 우수하다.3) Micro voids generated at the interface at the time of bonding are small, and the electrical characteristics are excellent.
하지만 활성금속 접합법으로 얻어진 세라믹스 회로기판의 경우 활성금속의 접합 시 세라믹과의 반응에 의한 반응층이 형성되는데 이 반응층이 구조가 취약하여 기계적 강도부분에 있어서는 취약하게 되며 이는 보다 큰 기계적 강도를 요구하는 최근의 파워모듈에서는 큰 단점으로 작용한다.
However, in the case of a ceramic circuit board obtained by the active metal bonding method, a reaction layer is formed by reaction with ceramics when the active metal is bonded. Since the reaction layer is weak in structure, it is weak in mechanical strength, Which is a major disadvantage in recent power modules.
본 발명의 다양한 실시예는, 다음과 같은 어느 하나 이상의 과제를 목적으로 한다. Various embodiments of the present invention are directed to any one or more of the following problems.
즉, 상기와 같은 종래의 문제점을 감안하고 세라믹스 회로기판의 내구성을 항샹시킬 수 있는 금속-세라믹스 접합 기판에 사용되는 신규의 납재 페이스트를 제공하는 것을 목적으로 한다. That is, it is an object of the present invention to provide a new lead-free paste for use in a metal-ceramic bonded substrate capable of improving the durability of a ceramic circuit board in view of the above-described conventional problems.
또한, 항절강도 및/또는 접합강도가 우수한 세라믹스 회로기판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
It is also an object of the present invention to provide a ceramic circuit board excellent in anti-stiffness and / or bonding strength.
상기의 과제를 해결하기 위한 수단으로서, As means for solving the above problem,
본 발명은 금속판과 세라믹스 기판을 접합하기 위한 납재 페이스트에 있어서, 1~40 중량부의 Cu, 60~99 중량부의 Ag, 상기 Cu 및 Ag의 합계 100 중량 대비 0.5~4.5 중량부의 활성금속, 0.1~3.0 중량부의 Y2O3, 0~2.0 중량부의 ZrO2를 포함하여 이루어진 금속(금속 산화물을 포함) 성분 및 유기 비이클(Vihicle)을 포함하여 이루어진 납재 페이스트를 제공한다.The present invention relates to a leadframe paste for bonding a metal plate and a ceramic substrate, which comprises 1 to 40 parts by weight of Cu, 60 to 99 parts by weight of Ag, 0.5 to 4.5 parts by weight of the total of 100 parts by weight of Cu and Ag, A metal (including a metal oxide) component and an organic vehicle (Vihicle) comprising 0 to 2.0 parts by weight of Y 2 O 3 and 0 to 2.0 parts by weight of ZrO 2 .
또한, 상기 납재 페이스트의 금속(금속 산화물을 포함) 성분은 5~30 중량부의 Cu, 70~95 중량부의 Ag, 상기 Cu 및 Ag의 합계 100 중량 대비 1.0~3.0 중량부의 활성금속, 0.2~1.0 중량부의 Y2O3, 0.1~0.9 중량부의 ZrO2를 포함하여 이루어질 수 있다. The metal (including a metal oxide) component of the lead paste includes 5 to 30 parts by weight of Cu, 70 to 95 parts by weight of Ag, 1.0 to 3.0 parts by weight of the total of 100 parts by weight of Cu and Ag, Y 2 O 3 , and 0.1 to 0.9 part by weight of ZrO 2 .
또한, 상기 활성금속은 Ti, Zr, Hf, TiH2, ZrH2 중에서 적어도 하나 이상 포함될 수 있다.In addition, the active metal may be included at least one of Ti, Zr, Hf, TiH 2, ZrH 2.
또한, 상기 유기 비히클은 상기 납재 페이스트의 분말 100 중량 대비 10~40 중량부 포함될 수 있다.
The organic vehicle may include 10 to 40 parts by weight based on 100 parts by weight of the powder of the lead paste.
본 발명은 또한, 납재 페이스트로 금속판과 세라믹스 기판이 접합되는 금속-세라믹스 접합기판에 있어서, 상기 납재 페이스트는 상기 납재 페이스트인 금속접합 세라믹스 회로기판을 제공한다.The present invention also provides a metal-bonded ceramic substrate bonded to a metal plate and a ceramics substrate as a lead paste, wherein the lead paste is the lead paste.
또한, 상기 금속판은 세라믹스 기판의 양면에 접합되고, 그 중 한 면의 금속판은 에칭되어 회로가 형성된 금속접합 세라믹스 회로기판이며, 항절강도는 270Mpa 이상, 접합강도는 11N/mm 이상일 수 있다.
The metal plate is bonded to both surfaces of a ceramic substrate, and a metal plate on one surface of the metal plate is etched to form a circuit. The circuit board may have an elastic strength of 270 Mpa or more and a bonding strength of 11 N / mm or more.
본 발명에 따른 회로기판은 다음의 효과를 적어도 하나 이상 제공한다. 즉, 활성접합법에 의해 발생될 수 있는 기판의 항절강도 및/또는 접합강도 저하부분을 개선하여 금속접합 세라믹스 회로기판의 사용 중에 발생할 수 있는 소재의 파손을 방지할 수 있다. 이러한 금속접합 세라믹기판은 고신뢰성을 요구하는 파워모듈 산업분야에 적용할 수 있다.
The circuit board according to the present invention provides at least one or more of the following effects. That is, the anti-tensile strength and / or the reduced bonding strength of the substrate, which may be generated by the active bonding method, can be improved to prevent breakage of the material that may occur during use of the metal bonded ceramics circuit substrate. Such a metal bonded ceramic substrate can be applied to a power module industry requiring high reliability.
이하, 본 발명에 따른 납재 페이스트 및 금속접합 세라믹스 회로기판을 상세하게 설명한다. 하기의 설명은 본 발명의 이해를 돕기 위한 구체적 설명으로서, 비록 한정적인 표현이나 단정적인 표현이 있더라도 특허청구범위로부터 정해지는 권리범위를 제한하는 것은 아니다.
Hereinafter, the leadframe paste and the metal bonded ceramics circuit board according to the present invention will be described in detail. Although the present invention has been fully described by way of example with reference to the accompanying drawings, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments.
본 발명의 일실시예에 따른 금속판과 세라믹스 기판을 접합하기 위한 납재 페이스트는, 1~40 중량부의 Cu, 60~99 중량부의 Ag, 상기 Cu 및 Ag의 합계 100 중량 대비 0.5~4.5 중량부의 활성금속, 0.1~3.0 중량부의 Y2O3, 0~2.0 중량부의 ZrO2를 포함하여 이루어진 금속 성분 및 유기 비이클(Vihicle)을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 본 명세서에서 금속 성분이란 금속 산화물 형태도 포함되는 넓은 의미이다.The lead paste for bonding the metal plate and the ceramic substrate according to an embodiment of the present invention may contain 1 to 40 parts by weight of Cu, 60 to 99 parts by weight of Ag, 0.5 to 4.5 parts by weight of the total of 100 parts by weight of Cu and Ag, , 0.1 to 3.0 parts by weight of Y 2 O 3 , and 0 to 2.0 parts by weight of ZrO 2 , and an organic vehicle (Vihicle). In the present specification, the metal component means a wide range including a metal oxide form.
본 발명은 내구성이 우수한 금속-세라믹스 접합기판을 제조할 수 있는 납재 페이스트를 제공할 수 있다.
The present invention can provide a solder paste capable of producing a metal-ceramic bonded substrate having excellent durability.
상기 금속 성분의 분말의 형태는 제한되지 않으며, 각 성분의 물리적 결합 형태 역시 제한되지 않는다. 각 성분은 각각의 분말 형태로 페이스트에 혼합될 수 있으며, 일부 성분들은 미리 합금되어 이루어진 분말 형태로 혼합될 수 있다. 바람직하게는 Cu와 Ag는 합금되어 하나의 분말 형태로 혼합되는 것이 좋다. Ag 성분과 Cu 성분의 비율은 Ag 성분 60~99 중량부, Cu 성분 1~40 중량부일 수 있으며, 보다 바람직하기로는 Ag 성분 70~95 중량부, Cu 성분 5~30 중량부, 특히 Ag 성분 70~80 중량부, Cu성분 30~20중량부가 좋다.
The form of the powder of the metal component is not limited, and the physical bonding form of each component is also not limited. Each component can be mixed into a paste in the form of each powder, and some components can be mixed in the form of a powder that is pre-alloyed. Preferably, Cu and Ag are alloyed and mixed in one powder form. The ratio of the Ag component to the Cu component may be from 60 to 99 parts by weight of the Ag component and from 1 to 40 parts by weight of the Cu component and more preferably from 70 to 95 parts by weight of the Ag component and from 5 to 30 parts by weight of the Cu component, To 80 parts by weight, and the Cu component is 30 to 20 parts by weight.
본 발명에서 사용되는 활성금속 납재의 금속분으로서는 제한되지 않으나 Ti, Zr, Hf, TiH2, ZrH2 등이 사용될 수 있는데 이중 Ti가 바람직하다. 그 함량은 상기 Cu 및 Ag의 합계 100 중량 대비 0.5~4.5 중량부 사용될 수 있다.
The metal component of the active metal brazing material used in the present invention is not limited, but Ti, Zr, Hf, TiH 2 , ZrH 2 and the like can be used. The content thereof may be 0.5 to 4.5 parts by weight based on 100 parts by weight of the total of Cu and Ag.
본 발명에서는 금속 성분으로서 Y2O3를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 그 함량은 상기 Cu 및 Ag의 합계 100 중량 대비 0.1~3.0 중량부를 포함하는 것이 좋다. 0.1 중량부 미만에서는 내구성 향상이 이뤄지지 않아 우수한 금속-세라믹스 접합기판을 제조할 수 없고, 한편 3중량부를 넘는 것은 오히려 내구성 및 접합특성의 저하가 나타날 수 있다(실시예 참고). 항절강도와 접합강도를 더욱 우수하게 하기 위해서는 0.2~1.0 중량부의 Y2O3를 사용할 수 있다.
The present invention is characterized by further comprising Y 2 O 3 as a metal component. And the content thereof is 0.1 to 3.0 parts by weight based on 100 parts by weight of the total of the Cu and Ag. If the amount is less than 0.1 parts by weight, the durability is not improved and a superior metal-ceramics bonded substrate can not be manufactured. On the other hand, if it exceeds 3 parts by weight, durability and bonding properties may be deteriorated. In order to further improve the strength and bond strength, 0.2 to 1.0 part by weight of Y 2 O 3 can be used.
본 발명에서는 선택적으로 ZrO2를 더 포함할 수 있다. 그 함량은 상기 Cu 및 Ag의 합계 100 중량 대비 0~2.0 중량부를 사용할 수 있으며, 더 바람직하게는 0.1~0.9 중량부 사용될 수 있다. 실시예에서 보듯이 ZrO2를 적정량 첨가함으로써 항절강도를 높일 수 있다.
In the present invention, ZrO 2 may be optionally added. The content of Cu and Ag may be 0 to 2.0 parts by weight, more preferably 0.1 to 0.9 parts by weight based on 100 parts by weight of the total amount of Cu and Ag. As shown in the examples, by adding an appropriate amount of ZrO 2 , the anti-tensile strength can be increased.
본 발명의 납재 페이스트는 유기 비이클(Vihicle)이 더 포함되며, 일례로 유기용제나 유기 결합제가 사용될 수 있다. 유기용제로는 제한되지 않으나 메틸계알콜, 에틸계알콜, 테레피네올, 톨루엔 등의 유기용제를 사용할 수 있으며, 유기 결합제로는 취급성을 위해 에틸셀룰로오즈, 메틸셀룰로오즈 등의 셀룰로오스계나 아크릴계 유기 결합제를 사용할 수 있다. The lead-free paste of the present invention further includes an organic vehicle, for example, an organic solvent or an organic binder may be used. The organic solvent is not limited, but organic solvents such as methyl alcohol, ethyl alcohol, terepineol, and toluene can be used. As the organic binder, a cellulose or acrylic organic binder such as ethyl cellulose, methyl cellulose, Can be used.
유기 비이클의 사용량은 제한되지 않으나 납재 페이스트의 금속 성분 100 중량 대비 10~40 중량부 사용될 수 있다. 구체적으로, 유기용제는 10~40 중량부, 유기 결합제는 금속 성분 100 중량 대비 0~5 중량부 사용되는 것이 좋다. 납재 페이스트의 점도는 25℃에서 1000~20000cps가 바람직하다.
The amount of the organic vehicle to be used is not limited, but may be 10 to 40 parts by weight based on 100 parts by weight of the metal component of the lead paste. Specifically, the organic solvent is preferably 10 to 40 parts by weight, and the organic binder may be 0 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the metal component. The viscosity of the lead paste is preferably 1000 to 20,000 cps at 25 占 폚.
납재 페이스트를 제조하는 방법은 통상적인 페이스트 제조방법으로 얻어질 수 있으며 제한되지 않는다. 일례로 금속 성분과 함께 유기용제 또는 유기용제와 유기 결합제를 동시에 3롤밀(Roll Mill), 혼합기(Mixer), 니더(Kneader)를 이용하여 혼합하여 제조될 수 있다.
The method of producing the lead-free paste can be obtained by a conventional paste production method and is not limited. For example, an organic solvent or an organic solvent and an organic binder together with a metal component may be simultaneously mixed using a roll mill, a mixer, and a kneader.
이하 본 발명에 의한 금속-세라믹스 접합 기판 및 그것에서 이용하는 납재의 실시예에 관해서 상세하게 설명한다.
Hereinafter, embodiments of the metal-ceramics bonded substrate and the brazing material used in the metal-ceramics bonded substrate according to the present invention will be described in detail.
실시예 1Example 1
성분비율이 72중량부의 Ag와 28중량부의 Cu 로 이루어진 합금분말에 2중량부의 Ti 분말과 0.1중량부의 Y2O3분말을 혼합하여 금속분말을 얻은 후 금속분말 100 중량부에 대해 20 중량부의 유기 용제 (α-terpineol)와 5~20 중량부의 아크릴(Acryl)계 바인더를 포함하여 혼합시켜 납재 페이스트를 제작했다. 이 납재 페이스트를 질화알루미늄 세라믹스 기판의 양면에 스크린인쇄(Screen printing) 하여 도포한 뒤 세라믹스 기판의 양면에 0.3mm 동판을 겹쳐 접합로에 넣고 920℃에서 가열하여 접합시켰다. 그 뒤, 금속판상에 소정의 회로 패턴을 에칭에 의하여 형성하고, 다시 솔더를 녹이는 약품을 이용하여 불필요한 금속 및 납재를 제거하여 소정의 회로패턴이 형성되는 금속-세라믹스 접합 기판을 얻었다. 2 parts by weight of Ti powder and 0.1 part by weight of Y 2 O 3 powder were mixed with an alloy powder composed of 72 parts by weight of Ag and 28 parts by weight of Cu to obtain a metal powder and then 20 parts by weight of organic A mixture of a solvent (α-terpineol) and 5 to 20 parts by weight of an acrylic binder was mixed to prepare a solder paste. The lead paste was coated on both surfaces of the aluminum nitride ceramic substrate by screen printing, and then 0.3 mm copper plates were stacked on both sides of the ceramic substrate and put in the joint furnace and heated at 920 캜 for bonding. Thereafter, a predetermined circuit pattern was formed on the metal plate by etching, and a metal-ceramics bonded substrate was obtained by removing unnecessary metal and brazing material by using a medicine to dissolve the solder to form a predetermined circuit pattern.
본 실시예로 얻어진 금속-세라믹스 접합 기판에 관해서 통상적으로 알려진방법에 의해 항절강도(ASTM F417) 와 접합강도(속도:50mm/min) 평가를 통하여 기판의 강도를 측정하였다. 이 때의 회로기판의 항절강도는 382.2MPa 이었고 접합강도는 14.00 N/mm 이었다.
The strength of the substrate was measured by a method commonly known to the metal-ceramics bonded substrate obtained in this example through evaluation of the anti-stiffness (ASTM F417) and the bonding strength (speed: 50 mm / min). The circuit strength of the circuit board at this time was 382.2 MPa and the bonding strength was 14.00 N / mm.
실시예 2Example 2
성분비율이 72중량부의 Ag와 28중량부의 Cu 합금분말에 2중량부의 Ti 분말과 0.25중량부의 Y2O3분말을 혼합하여 금속분말을 얻은 후, 실시예1과 동일한 방법으로 납재 페이스트를 제조하였으며, 제조된 납재 페이스트를 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 금속-세라믹스 접합기판을 제조하고 접합 기판에 관해서 항절강도와 접합강도 평가를 통하여 기판의 강도를 측정하였다. 이 때의 회로기판의 항절강도는 372.9 MPa 이었고 접합강도는 14.90 N/mm 이었다.
2 parts by weight of Ti powder and 0.25 part by weight of Y 2 O 3 powder were mixed with 72 parts by weight of Ag and 28 parts by weight of Cu alloy powder to obtain a metal powder and then a rod paste was prepared in the same manner as in Example 1 , A metal-ceramics bonded substrate was manufactured in the same manner as in Example 1 using the produced lead-based paste, and the strength of the bonded substrate was measured by evaluating the bond strength and the bond strength. The circuit strength of the circuit board was 372.9 MPa and the bonding strength was 14.90 N / mm.
실시예 3Example 3
성분비율이 72중량부의 Ag와 28중량부의 Cu 합금분말에 2중량부의 Ti 분말과 0.5중량부의 Y2O3분말을 혼합하여 금속분말을 얻은 후, 실시예1과 동일한 방법으로 납재 페이스트를 제조하였으며, 제조된 납재 페이스트를 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 금속-세라믹스 접합기판을 제조하고 접합 기판에 관해서 항절강도와 접합강도 평가를 통하여 기판의 강도를 측정하였다. 이 때의 항절강도는 372.2 MPa 이었고 접합강도는 16.49 N/mm 이었다.
72 parts by weight of Ag and 28 parts by weight of Cu alloy powder were mixed with 2 parts by weight of Ti powder and 0.5 part by weight of Y 2 O 3 powder to obtain a metal powder and then a lead material paste was prepared in the same manner as in Example 1 , A metal-ceramics bonded substrate was manufactured in the same manner as in Example 1 using the produced lead-based paste, and the strength of the bonded substrate was measured by evaluating the bond strength and the bond strength. The bond strength at this time was 372.2 MPa and the bond strength was 16.49 N / mm.
실시예 4Example 4
성분비율이 72중량부의 Ag와 28중량부의 Cu 합금분말에 2중량부의 Ti 분말과 1.0중량부의 Y2O3분말을 혼합하여 금속분말을 얻은 후, 실시예1과 동일한 방법으로 납재 페이스트를 제조하였으며, 제조된 납재 페이스트를 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 금속-세라믹스 접합기판을 제조하고 접합 기판에 관해서 항절강도와 접합강도 평가를 통하여 기판의 강도를 측정하였다. 이 때의 항절강도는 372.0 MPa 이었고 접합강도는 14.50 N/mm 이었다.
72 parts by weight of Ag and 28 parts by weight of Cu alloy powder were mixed with 2 parts by weight of Ti powder and 1.0 part by weight of Y 2 O 3 powder to obtain a metal powder to prepare a brazing material paste in the same manner as in Example 1 , A metal-ceramics bonded substrate was manufactured in the same manner as in Example 1 using the produced lead-based paste, and the strength of the bonded substrate was measured by evaluating the bond strength and the bond strength. The bond strength at this time was 372.0 MPa and the bond strength was 14.50 N / mm.
실시예 5Example 5
성분비율이 72중량부의 Ag와 28중량부의 Cu 합금분말에 2중량부의 Ti 분말과 3.0중량부의 Y2O3분말을 혼합하여 금속분말을 얻은 후, 실시예1과 동일한 방법으로 납재 페이스트를 제조하였으며, 제조된 납재 페이스트를 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 금속-세라믹스 접합기판을 제조하고 접합 기판에 관해서 항절강도와 접합강도 평가를 통하여 기판의 강도를 측정하였다. 이 때의 항절강도는 270 MPa 이었고 접합강도는 11.25 N/mm 이었다.
72 parts by weight of Ag and 28 parts by weight of Cu alloy powder were mixed with 2 parts by weight of Ti powder and 3.0 parts by weight of Y 2 O 3 powder to obtain a metal powder and then a rod paste was prepared in the same manner as in Example 1 , A metal-ceramics bonded substrate was manufactured in the same manner as in Example 1 using the produced lead-based paste, and the strength of the bonded substrate was measured by evaluating the bond strength and the bond strength. The bond strength at this time was 270 MPa and the bond strength was 11.25 N / mm.
실시예 6Example 6
성분비율이 72중량부의 Ag와 28중량부의 Cu 합금분말에 2중량부의 Ti 분말과 0.1중량부의 Y2O3분말과 0.1 중량부의 ZrO2 분말을 혼합하여 금속분말을 얻은 후, 실시예1과 동일한 방법으로 납재 페이스트를 제조하였으며, 제조된 납재 페이스트를 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 금속-세라믹스 접합기판을 제조하고 접합 기판에 관해서 항절강도와 접합강도 평가를 통하여 기판의 강도를 측정하였다. 이 때의 항절강도는 390.6 MPa 이었고 접합강도는 13.40 N/mm 이었다.
2 parts by weight of Ti powder, 0.1 part by weight of Y 2 O 3 powder and 0.1 part by weight of ZrO 2 powder were mixed with 72 parts by weight of Ag and 28 parts by weight of Cu alloy powder to obtain a metal powder. A metal-ceramic bonded substrate was prepared in the same manner as in Example 1 using the prepared lead paste, and the strength of the substrate was measured by evaluating the bond strength and the bond strength of the bonded substrate. The bond strength at this time was 390.6 MPa and the bond strength was 13.40 N / mm.
실시예 7Example 7
성분비율이 72중량부의 Ag와 28중량부의 Cu 합금분말에 2중량부의 Ti 분말과 0.5중량부의 Y2O3분말과 0.5중량부의 ZrO2 분말을 혼합하여 금속분말을 얻은 후, 실시예1과 동일한 방법으로 납재 페이스트를 제조하였으며, 제조된 납재 페이스트를 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 금속-세라믹스 접합기판을 제조하고 접합 기판에 관해서 항절강도와 접합강도 평가를 통하여 기판의 강도를 측정하였다. 이 때의 항절강도는 422.4 MPa 이었고 접합강도는 13.89 N/mm 이었다.
2 parts by weight of Ti powder, 0.5 parts by weight of Y 2 O 3 powder and 0.5 part by weight of ZrO 2 powder were mixed with 72 parts by weight of Ag and 28 parts by weight of Cu alloy powder to obtain a metal powder. A metal-ceramic bonded substrate was prepared in the same manner as in Example 1 using the prepared lead paste, and the strength of the substrate was measured by evaluating the bond strength and the bond strength of the bonded substrate. At this time, the tensile strength was 422.4 MPa and the bond strength was 13.89 N / mm.
실시예 8Example 8
성분비율이 72중량부의 Ag와 28중량부의 Cu 합금분말에 2중량부의 Ti 분말과 1.0중량부의 Y2O3분말과 1.0 중량부의 ZrO2를 혼합하여 금속분말을 얻은 후, 실시예1과 동일한 방법으로 납재 페이스트를 제조하였으며, 제조된 납재 페이스트를 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 금속-세라믹스 접합기판을 제조하고 접합 기판에 관해서 항절강도와 접합강도 평가를 통하여 기판의 강도를 측정하였다. 이 때의 항절강도는 307.2 MPa 이었고 접합강도는 13.50 N/mm 이었다.
2 parts by weight of Ti powder, 1.0 part by weight of Y 2 O 3 powder and 1.0 part by weight of ZrO 2 were mixed with 72 parts by weight of Ag and 28 parts by weight of Cu alloy powder to obtain a metal powder. The metal-ceramic bonded substrate was prepared in the same manner as in Example 1 using the prepared lead paste, and the strength of the bonded substrate was measured through evaluation of bond strength and bond strength. The tensile strength at this time was 307.2 MPa and the bond strength was 13.50 N / mm.
비교예Comparative Example
성분비율이 72중량부의 Ag와 28중량부의 Cu 합금분말에 2중량부의 Ti 분말을 혼합하여 금속분말을 얻은 후, 실시예1과 동일한 방법으로 납재 페이스트를 제조하였으며, 제조된 납재 페이스트를 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 금속-세라믹스 접합기판을 제조하고 접합 기판에 관해서 항절강도와 접합강도 평가를 통하여 기판의 강도를 측정하였다. 이 때의 항절강도는 236.5 MPa 이었고 접합강도는 12.02 N/mm 이었다.
72 parts by weight of Ag and 28 parts by weight of Cu alloy powder were mixed with 2 parts by weight of Ti powder to obtain a metal powder. Then, a lead paste was prepared in the same manner as in Example 1, and the prepared paste was used A metal-ceramics bonded substrate was prepared in the same manner as in Example 1, and the strength of the bonded substrate was measured through evaluation of bond strength and bond strength. The bond strength was 12.02 N / mm and the bond strength was 236.5 MPa.
하기의 표 1에 실시예 1~8 및 비교예의 각 조성 및 강도 테스트 결과를 나타내었다.
The composition and strength test results of Examples 1 to 8 and Comparative Examples are shown in Table 1 below.
(중량부)Alloy composition
(Parts by weight)
(중량부)Additional Composition
(Parts by weight)
(MPa)Anti-Zhejiang Province
(MPa)
(N/mm)Bond strength
(N / mm)
표 1로부터 알 수 있듯이 실시 예 1~8의 금속-세라믹스 접합기판에서는 비교예의 금속-세라믹스 접합기판과 비교하여 볼 때 Y2O3 첨가 시 항절강도의 개선이 확인되며, 다만 3%를 넘게되면 항절강도 및 접합강도가 급격히 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 또한, ZrO2를 추가할 경우 보다 큰 항절강도 개선 효과 볼 수 있으나 접합강도는 다소 Y2O3 단독으로 적용했을 경우보다 다소 떨어지므로 이에 대해서 선택적으로 적용하여 금속접합 세라믹스 회로기판을 제조할 수 있다. As can be seen from Table 1, in the metal-ceramics bonded substrates of Examples 1 to 8, when the Y 2 O 3 was added as compared with the metal-ceramics bonded substrates of the comparative example, the improvement of the tensile strength was confirmed, , It can be confirmed that the tensile strength and the bonding strength are drastically decreased. In addition, ZrO 2 can improve the anti-stiffness, but the bond strength is somewhat lower than that of Y 2 O 3 alone. Therefore, it is possible to manufacture a metal bonded ceramics circuit board have.
본 발명의 일실시예에 따른 금속접합 세라믹스 회로기판은 항절강도는 270Mpa 이상, 접합강도는 11N/mm 이상으로서 매우 우수한 강도 및 내구성을 갖는 것을 확인할 수 있다.
It can be confirmed that the metal bonded ceramics circuit board according to an embodiment of the present invention has excellent strength and durability with an adhesive strength of 270 MPa or more and a bonding strength of 11 N / mm or more.
Claims (6)
1~40 중량부의 Cu, 60~99 중량부의 Ag, 상기 Cu 및 Ag의 합계 100 중량 대비0.5~4.5 중량부의 활성금속, 0.1~0.2 중량부의 Y2O3를 포함하여 이루어진 금속(금속 산화물을 포함) 성분 및 유기 비이클(Vihicle)을 포함하여 이루어진 납재 페이스트.
A lead-free paste for joining a metal plate and a ceramics substrate,
1 to 40 parts by weight of Cu, 60 to 99 parts by weight of Ag, 0.5 to 4.5 parts by weight of a total of 100 parts by weight of Cu and Ag of an active metal, and 0.1 to 0.2 parts by weight of Y 2 O 3 ) Component and an organic vehicle (Vihicle).
상기 활성금속은 Ti, Zr, Hf, TiH2, ZrH2 중에서 적어도 하나 이상 포함되는 납재 페이스트.
The method according to claim 1,
The active metal brazing material paste containing Ti, Zr, Hf, TiH 2 , at least one of ZrH 2.
상기 유기 비이클은 상기 납재 페이스트의 금속 성분100 중량 대비 10~40 중량부 포함되는 납재 페이스트.
The method according to claim 1,
Wherein the organic vehicle comprises 10 to 40 parts by weight based on 100 parts by weight of the metal component of the lead-free paste.
상기 납재 페이스트는 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항의 납재 페이스트인 금속접합 세라믹스 회로기판.
A metal-ceramic bonded substrate having a metal plate and a ceramics substrate bonded by a lead paste,
The leadframe paste is the lead paste of any one of claims 1, 3, and 4.
상기 금속판은 세라믹스 기판의 양면에 접합되고, 그 중 한 면의 금속판은 에칭되어 회로가 형성된 금속접합 세라믹스 회로기판이며, 항절강도는 270Mpa 이상, 접합강도는 11N/mm 이상인, 금속접합 세라믹스 회로기판.6. The method of claim 5,
Wherein the metal plate is bonded to both surfaces of a ceramic substrate, and a metal plate on one surface of the metal plate is etched to form a circuit, wherein the metal plate is a metal bonded ceramics circuit substrate having an elastic strength of 270 Mpa or more and a bonding strength of 11 N / .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120056162A KR101412207B1 (en) | 2012-05-25 | 2012-05-25 | Solder Paste And metal bonded Ceramic Substrates |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120056162A KR101412207B1 (en) | 2012-05-25 | 2012-05-25 | Solder Paste And metal bonded Ceramic Substrates |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20130132683A KR20130132683A (en) | 2013-12-05 |
| KR101412207B1 true KR101412207B1 (en) | 2014-06-27 |
Family
ID=49981262
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020120056162A KR101412207B1 (en) | 2012-05-25 | 2012-05-25 | Solder Paste And metal bonded Ceramic Substrates |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101412207B1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003285195A (en) * | 2002-03-26 | 2003-10-07 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Ceramic circuit board and method for manufacturing the same |
| KR100477866B1 (en) * | 1997-03-12 | 2005-06-13 | 도와 고교 가부시키가이샤 | Metal-Ceramic Composite Substrate, Method of Manufacturing the Same, and Soldering Materials Used in the Method |
| JP2008208013A (en) * | 2007-02-28 | 2008-09-11 | Dowa Metaltech Kk | Metal/ceramic binding substrate and brazing filler metal for use therein |
-
2012
- 2012-05-25 KR KR1020120056162A patent/KR101412207B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100477866B1 (en) * | 1997-03-12 | 2005-06-13 | 도와 고교 가부시키가이샤 | Metal-Ceramic Composite Substrate, Method of Manufacturing the Same, and Soldering Materials Used in the Method |
| JP2003285195A (en) * | 2002-03-26 | 2003-10-07 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Ceramic circuit board and method for manufacturing the same |
| JP2008208013A (en) * | 2007-02-28 | 2008-09-11 | Dowa Metaltech Kk | Metal/ceramic binding substrate and brazing filler metal for use therein |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20130132683A (en) | 2013-12-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102163532B1 (en) | Semiconductor device, ceramic circuit board, and semiconductor device manufacturing method | |
| JP6319643B2 (en) | Ceramics-copper bonded body and method for manufacturing the same | |
| WO2014129626A1 (en) | Connecting structure, and semiconductor device | |
| EP1965423B1 (en) | Method for producing a metal/ceramic bonding substrate and brazing filler metal for use therein | |
| KR20150092150A (en) | Substrate for power modules, substrate with heat sink for power modules, power module, method for producing substrate for power modules, paste for copper plate bonding, and method for producing bonded body | |
| KR102225427B1 (en) | Substrate for power module, method for manufacturing same, and power module | |
| KR102380037B1 (en) | SUBSTRATE FOR POWER MODULE WITH Ag UNDERLAYER AND POWER MODULE | |
| JP5165629B2 (en) | Metal-ceramic bonding substrate and brazing material used therefor | |
| TWI651814B (en) | Substrate and power module for power module with Ag substrate layer | |
| JP2005150120A (en) | Thick film conductor paste composition for ltcc tape | |
| KR101412207B1 (en) | Solder Paste And metal bonded Ceramic Substrates | |
| KR101431174B1 (en) | Solder Paste And metal bonded Ceramic Substrates | |
| JP6717379B2 (en) | SiC heater | |
| JPH0613755A (en) | Ceramic multilayer wiring board and manufacture thereof | |
| JP2002043757A (en) | Multilayer board and manufacturing method | |
| TWI668199B (en) | Ceramic circuit board and method of manufacturing the same | |
| JP7192100B2 (en) | Silicon nitride circuit board and electronic component module | |
| JP2004256347A (en) | Glass-ceramic composition, glass-ceramic sintered compact, its producing method, wiring board using the sintered compact, and its mounting structure | |
| JP5050070B2 (en) | Ceramic copper circuit board and semiconductor device | |
| KR20210026890A (en) | Method for Manufacturing Ceramic Board and Ceramic Board Manufactured by The Same | |
| EP3961694B1 (en) | Electronic component module and silicon nitride circuit substrate | |
| Zheng | Processing and Properties of Die-attachment on Copper Surface by Low-temperature Sintering of Nanosilver Paste | |
| JP2000178081A (en) | Metal-ceramic jointed substrate | |
| JPH0748180A (en) | Ceramic-metal conjugate | |
| KR101929613B1 (en) | Ceramic circuit board and method of manufacturing the same |
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 |