KR101972497B1 - Bonding Material for device bonding having bonding-surface layers with different coefficient of expansion, and Preparing method thereof - Google Patents

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본 발명은 서로 다른 열팽창계수를 갖는 접합표면층을 포함하는 소자 접합용 접합소재 및 이것의 제조방법에 대한 것으로, 특히 접합전도층의 양측에 서로 다른 열팽창계수를 가지는 제1 접합표면층과 제2 접합표면층을 각각 가지는 것을 특징으로 하여, 서로 다른 소자를 접합하는 경우에, 상기 서로 다른 소자의 열팽창계수 차이에 의한 응력 발생과 열피로를 억제하여, 제품의 수명을 증가시키고, 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a bonding material for device bonding comprising bonding surface layers having different thermal expansion coefficients and a method for producing the same, and more particularly, to a bonding material for bonding a device having a first bonding surface layer and a second bonding surface layer having different thermal expansion coefficients, It is possible to suppress stress generation and thermal fatigue due to the difference in thermal expansion coefficient between the different elements, thereby increasing the service life of the product and improving the reliability. have.

Description

서로 다른 열팽창계수를 갖는 접합표면층을 포함하는 소자 접합용 접합소재 및 이것의 제조방법{Bonding Material for device bonding having bonding-surface layers with different coefficient of expansion, and Preparing method thereof} BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bonding material for bonding a device including a bonding surface layer having a different thermal expansion coefficient and a method of manufacturing the bonding material,

본 발명은 소자를 접합하는데 사용되는 접합소재에 대한 것으로, 구체적으로는 열/전기 전도도가 우수하면서도, 높은 열적 안정성을 가지는 소자 접합용 접합소재 및 이것의 제조방법에 대한 것이다. The present invention relates to a bonded material used for bonding an element, and more specifically, to a bonded material for device bonding having excellent thermal / electrical conductivity and high thermal stability and a method of manufacturing the same.

전기자동차(Electric Vehicle: EV)는 고전압 배터리 전원을 3상 교류 전원으로 변환하여 영구자석형 동기전동기나 유도 전동기 등의 3상 교류전동기를 구동시키고, 전동기 축과 감속기 등을 통해 연결된 바퀴를 구동시켜 차량을 움직인다. 또한 전기자동차는 주행 중 감속모드에서 교류전동기를 통해 발전모드인 회생발전(re-generation)을 통해 차량의 관성에너지를 전기에너지로 변환하여 고전압배터리로 재충전하여 에너지 재활용률을 높인다.An electric vehicle (EV) converts high-voltage battery power to three-phase alternating current power to drive a three-phase alternating current motor such as a permanent magnet type synchronous motor or an induction motor, drives a wheel connected through a motor shaft and a speed reducer Move the vehicle. In addition, the electric vehicle converts the inertia energy of the vehicle into electric energy through re-generation in the power generation mode through the AC motor in the deceleration mode while driving, and recharges the electric energy with the high-voltage battery to increase the energy recycling rate.

인버터에는 주 전력부 구성요소로 전력용 반도체와 직류링크 커패시터(DC Link Capacitor)가 구비되며, 또한 스위칭 소자 등에서 발생하는 열을 방열하기 위한 냉각부, 고전압 배터리나 모터, 혹은 전력분배기(Power Distribute Unit) 등과 연결하기 위한 부스바와 커넥터, 스위칭 소자를 제어하기 위한 제어보드, 게이트보드 등이 구비된다.The inverter is equipped with a power semiconductor and a DC link capacitor (DC link capacitor) as a main power component, and a cooling part for dissipating the heat generated by the switching device, a high voltage battery or motor, or a power distri- bution unit And the like, a control board for controlling the switching elements, and a gate board.

도 1은 종래의 전기자동차에 사용되는 전력변환 파워 모듈의 일례를 나타내는 단면이다. 일반적인 전기자동차용 전력변환 장치는 전력용 반도체 모듈(200) 및 전력용 반도체 모듈이 장착되는 하우징(210)을 포함하여 구성된다.1 is a cross-sectional view showing an example of a power conversion power module used in a conventional electric vehicle. A general electric vehicle power conversion apparatus includes a power semiconductor module 200 and a housing 210 on which a power semiconductor module is mounted.

전력용 반도체 모듈(200)은 세라믹 기판을 기본 베이스로 하여, 복수의 전력용 반도체(201)와, 복수의 전력용 반도체(201)가 설치되는 공간을 제공하되 전력용 반도체(201)에서 발생되는 열을 흡수하여 방출하기 위한 전력용 반도체 플레이트(202)가 포함되어 구성된다. 또한, 전력용 반도체 모듈(200)은 방열 성능을 증대시키기 위하여 전력용 반도체 플레이트(202)의 일면에 배열되는 방열핀(203)을 더 포함하여 구성된다.The power semiconductor module 200 includes a plurality of power semiconductors 201 and a space for installing a plurality of power semiconductors 201 with a ceramic substrate as a basic base, And a power semiconductor plate 202 for absorbing and discharging heat. The power semiconductor module 200 further includes a heat dissipation fin 203 arranged on one surface of the power semiconductor plate 202 to enhance heat dissipation performance.

상기 전력용 반도체(201)는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), MOSFET(Metal Oxide [0023] Semiconductor Field Effect Transistor) 등의 전력 스위치용 반도체 소자를 포함하며, 이러한 전력용 반도체(201)들은 본 발명의 전력 변환 장치의 인버터 회로부, 컨버터 회로부 등을 구성한다. The power semiconductor 201 includes a power semiconductor device such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) and a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) An inverter circuit portion of a power conversion device, and a converter circuit portion.

상기 전력용 반도체 플레이트(202)는 복수의 전력용 반도체(201)가 일측면에 실장되는 금속판 또는 금속성 부재를 지칭한다. 또한, 전력용 반도체 플레이트(202)는 장치 작동시에 많은 열이 발생되므로, 이러한 열을 외부로 신속히 방출하기 위하여 플레이트의 적어도 일부에 열전도성이 우수한 금속판이나 금속성 부재가 구비된다.The power semiconductor plate 202 refers to a metal plate or a metallic member on which a plurality of power semiconductors 201 are mounted on one side. Further, since the power semiconductor plate 202 generates a lot of heat during operation of the apparatus, at least a part of the plate is provided with a metal plate or a metallic member having a good thermal conductivity in order to rapidly discharge such heat to the outside.

상기 방열핀(203)은 전력용 반도체 플레이트(202)의 일면, 바람직하게는 전력용 반도체(201)에서 발생된 열을 최단거리로 방출하기 위하여, 전력용 반도체 플레이트(202)의 전력용 반도체(201)가 실장된 반대측 면에 가공 또는 부착 형성된다. The heat dissipation fin 203 is disposed on one side of the power semiconductor plate 202, preferably the power semiconductor 201 of the power semiconductor plate 202 in order to discharge the heat generated from the power semiconductor 201 to the shortest distance. Is formed or adhered on the opposite side of the mounting surface.

여기서, 상기 전력용 반도체(201)는 별도의 접합소재(도시하지 않음)를 통하여 반도체 플레이트(202)나 또는 세라믹 기판으로 이루어진 전력용 반도체 모듈(200) 상부 표면에 실장된다. 그리고, 상기 접합소재는 전력변환시 많은 열이 발생되는 전력용 반도체(201)와 접촉하며 세라믹 기판과 연결되어서 열과 전기를 아래로 전달하는 역할을 한다. 또한, 상기 접합소재는 전력용 반도체(201)의 구동 과정에서 초당 수십 회의 on/off에 의한 반복적인 열적 피로환경에 노출된다. 그래서, 상기 접합소재는 높은 열전도도와 전기전도도를 가지면서도 우수한 신뢰성을 갖는 것이 요구되고 있다. Here, the power semiconductor 201 is mounted on the upper surface of the power semiconductor module 200 including the semiconductor plate 202 or the ceramic substrate through a separate bonding material (not shown). The bonding material is in contact with the power semiconductor 201, which generates a lot of heat during power conversion, and is connected to the ceramic substrate to transmit heat and electricity downward. In addition, the bonding material is exposed to repeated thermal fatigue environment by on / off several tens of times per second in the driving process of the power semiconductor 201. Therefore, the bonded material is required to have high reliability and high thermal conductivity and electrical conductivity.

종래에는 이러한 접합소재로서 페이스트 형태의 접합소재가 사용되었다. 즉, 솔벤트 안에 열전도성재료로서 은(Ag)을 포함하고 여기에 바인더로서 유리 프릿(glass frit)을 포함하는 페이스트를 전력용 반도체 모듈(200)의 세라믹 기판에 도포하고, 그 위에 목적하는 전력용 반도체(201)를 위치시킨 다음, 상기 페이스트를 소결시켜서 전력용 반도체(201)를 고정시키는 것이다. Conventionally, a paste type bonding material has been used as such a bonding material. That is, a paste containing silver (Ag) as a thermally conductive material in the solvent and containing glass frit as a binder is applied to the ceramic substrate of the power semiconductor module 200, After positioning the semiconductor 201, the paste is sintered to fix the power semiconductor 201.

그러나, 이러한 페이스트형 접합소재는 소결시에 유기 첨가제 또는 비히클(바인더, 솔벤트 등)이 휘발되어서 없어져 버리고, 소결시에 가스가 발생하며, 접합부 주변이 오염되는 등의 문제점이 있었다. 뿐만 아니라, 소결시에 접합소재 내부에 기공(void)이 형성되어서, 열 및/또는 전기 전도성이 급격히 떨어지는 심각한 문제점이 있었다. However, such a paste-type bonded material has a problem that an organic additive or a vehicle (binder, solvent, etc.) is volatilized and lost during sintering, gas is generated at the time of sintering, and the vicinity of the joint is contaminated. In addition, voids are formed in the bonding material at the time of sintering, and there is a serious problem that thermal and / or electrical conductivity is rapidly lowered.

이에 따라, 전력변환 소자용 접합소재로서 열/전기 전도도가 우수하면서도, 높은 열적 안정성을 가지고, 기계적 신뢰성도 우수한 새로운 형태의 접합소재가 절실히 필요한 실정이었다.As a result, a new type of bonding material excellent in thermal / electrical conductivity, excellent in thermal stability and excellent in mechanical reliability is desperately required as a bonding material for a power conversion element.

대한민국 등록특허공보 제10-1541181호Korean Patent Registration No. 10-1541181

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 열/전기 전도도가 우수하면서도, 높은 열적 안정성을 가지고, 기계적 신뢰성도 우수한 새로운 형태의 접합소재를 제공하는 것이 목적이다. 또한, 본 발명은 기존에 페이스트형 접합소재를 전이 액체상 소결(transient liquid phase sintering, TLPS) 공정으로 부착하는 것보다, 현저히 간단하고 용이하게 전력용 반도체를 고정시킬 수 있는 후막형(thick film type) 접합소재를 제공하기 위한 것이다. 또한, 본 발명은 접합 공정 온도를 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 접합력을 증가시킬 수 있고, 동시에 전도성도 높일 수 있는 소자 접합용 접합소재를 제공하고자 한다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems and it is an object of the present invention to provide a new type of bonded material having excellent thermal / electrical conductivity, high thermal stability and excellent mechanical reliability. In addition, the present invention provides a thick film type which is capable of fixing a power semiconductor remarkably easily and easily, rather than attaching a paste type bonding material by a transient liquid phase sintering (TLPS) So as to provide a bonding material. Further, the present invention is intended to provide a bonding material for bonding a device, which can not only lower the bonding process temperature but also increase the bonding force and increase the conductivity at the same time.

또한, 본 발명은 접합소재를 이용하여 서로 다른 소자를 접합하는 경우에, 상기 서로 다른 소자의 열팽창계수 차이에 의한 응력 발생과 열피로를 억제하여, 제품의 수명을 증가시키고, 신뢰성을 높이기 위한 것이다. Further, the present invention is intended to increase the lifetime and reliability of a product by suppressing stress generation and thermal fatigue due to the difference in thermal expansion coefficient between the different devices when bonding the different devices using the bonding material .

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시형태에 따른 소자 접합용 접합소재는, 도전성 소재를 주요성분으로 하는 접합전도층; 상기 접합전도층의 일측에 형성되고, 제1 비정질 합금(amorphous alloy)을 주요성분으로 하는 제1 접합표면층; 및 상기 접합전도층의 타측에 형성되고, 제2 비정질 합금을 주요성분으로 하는 제2 접합표면층;을 포함하고, 상기 제1 접합표면층과 제2 접합표면층의 열팽창계수(coefficient of expansion)는 서로 다른 것을 특징으로 한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a bonding material for bonding a device, comprising: a bonding conductive layer containing a conductive material as a main component; A first bonding surface layer formed on one side of the junction conductive layer and including a first amorphous alloy as a main component; And a second bonding surface layer formed on the other side of the bonding conductive layer and having a second amorphous alloy as a main component, wherein a coefficient of expansion of the first bonding surface layer and the second bonding surface layer are different from each other .

여기서, 상기 제1 접합표면층과 제2 접합표면층은 서로 다른 융점(melting point)을 갖는 것이 가능하다. Here, the first bonding surface layer and the second bonding surface layer may have melting points different from each other.

그리고, 상기 접합전도층은 비정질 합금을 더 포함하는 것일 수 있다. The junction conductive layer may further include an amorphous alloy.

또한, 상기 접합전도층은 상기 도전성 소재 내부에 비정질 합금 입자들이 혼재된 것이 바람직하다. It is preferable that the junction conductive layer includes amorphous alloy particles mixed in the conductive material.

또한, 상기 제1 접합표면층 및 제2 접합표면층은 도전성 소재를 더 포함하는 것이 가능하다. In addition, the first bonding surface layer and the second bonding surface layer may further include a conductive material.

또한, 상기 제1 비정질 합금과 제2 비정질 합금은 서로 다른 종류인 것일 수 있다. In addition, the first amorphous alloy and the second amorphous alloy may be of different kinds.

또한, 상기 제1 비정질 합금과 제2 비정질 합금은 서로 동일한 종류이고, 상기 제1 접합표면층 안에 포함된 제1 비정질 합금의 양과 상기 제2접합표면층 안에 포함된 제2 비정질 합금의 양은 서로 다른 것이 가능하다. The first amorphous alloy and the second amorphous alloy are of the same kind and the amount of the first amorphous alloy included in the first bonding surface layer and the amount of the second amorphous alloy contained in the second bonding surface layer may be different from each other Do.

또한, 상기 접합전도층과 제1 접합표면층 및 상기 접합전도층과 제2 접합표면층은 경계(boundary)가 없이 연속되어 형성된 것이 바람직하다.It is preferable that the bonding conductive layer and the first bonding surface layer and the bonding conductive layer and the second bonding surface layer are formed continuously without a boundary.

또한, 상기 접합전도층의 두께는 상기 제1 접합표면층 또는 제2 접합표면층의 두께보다 두꺼운 것일 수 있다. The thickness of the bonding conductive layer may be greater than the thickness of the first bonding surface layer or the second bonding surface layer.

또한, 상기 소자는 반도체 소자 또는 발광 소자인 것이 바람직하다.It is preferable that the device is a semiconductor device or a light emitting device.

또한, 상기 소자는 전력변환용 반도체인 것이 더욱 바람직하다.It is further preferable that the device is a power conversion semiconductor.

또한, 상기 소자 접합용은, 상기 소자를 피접합물에 접합시키기 위한 용도이며, 상기 소자와 피접합물은 서로 다른 열팽창계수를 갖는 것이 가능하다.In addition, the above-mentioned element-joining use is for bonding the element to the member to be bonded, and the element and the member to be bonded can have different thermal expansion coefficients.

또한, 상기 접합소재는 후막형(thick film type)인 것이 바람직하고, 상기 후막형은 테이프(tape), 호일(foil), 시트(sheet), 리본(ribbon) 또는 필름(film) 형상인 것이 더욱 바람직하다. It is preferable that the bonding material is a thick film type and the thick film type is a tape, a foil, a sheet, a ribbon, or a film. desirable.

또한, 본 발명은 상기 제1 접합표면층 또는 제2 접합표면층의 일면에 구비된 이형층을 더 포함하는 것일 수 있다. In addition, the present invention may further comprise a release layer provided on one surface of the first bonding surface layer or the second bonding surface layer.

또한, 상기 제1 접합표면층 또는 제2 접합표면층은, 상기 이형층에 비정질 합금을 열 플라즈마로 분사(spraying)해서 형성된 것이 바람직하다. The first bonding surface layer or the second bonding surface layer is preferably formed by spraying the amorphous alloy to the release layer with a thermal plasma.

본 발명의 다른 실시형태는, 비정질 합금(amorphous alloy)을 열 플라즈마로 분사(spraying)해서 제1접합표면층을 형성하는 단계; 상기 제1접합표면층에 도전성 소재를 열 플라즈마로 분사해서 접합전도층을 형성하는 단계; 및 상기 접합전도층에 비정질 합금을 열 플라즈마로 분사해서 제2접합표면층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 제1 접합표면층과 제2 접합표면층의 열팽창계수(coefficient of expansion)는 서로 다른 것을 특징으로 한다. Another embodiment of the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a first bonding surface layer by spraying an amorphous alloy with a thermal plasma; Forming a bonding conductive layer by spraying a conductive material on the first bonding surface layer with a thermal plasma; And forming a second bonding surface layer by spraying an amorphous alloy to the bonding conductive layer with a thermal plasma, wherein the first bonding surface layer and the second bonding surface layer have different coefficients of expansion .

여기서, 상기 제1 접합표면층을 형성하는 단계는, 서브스트레이트에 이형층을 구비하는 단계; 및 상기 구비한 이형층에 도전성 소재와 제1 비정질 합금을 열 플라즈마로 분사하되, 상기 도전성 소재보다 제1 비정질 합금을 더 많이 분사해서 제1 접합표면층을 형성하는 단계;를 포함하는 것이 가능하다. The forming of the first bonding surface layer may include: forming a release layer on the substrate; And forming a first bonding surface layer by spraying a conductive material and a first amorphous alloy on the release layer with a thermal plasma and injecting a first amorphous alloy more than the conductive material.

그리고, 상기 접합전도층을 형성하는 것은, 상기 제1 접합표면층에 도전성 소재와 비정질 합금을 열 플라즈마로 분사하되, 상기 도전성 소재를 비정질 합금보다 더 많이 분사해서 접합전도층을 형성하는 것일 수 있다.The bonding conductive layer may be formed by spraying a conductive material and an amorphous alloy with a thermal plasma on the first bonding surface layer and spraying the conductive material more than the amorphous alloy to form a bonding conductive layer.

또한, 상기 제2 접합표면층을 형성하는 것은, 상기 접합전도층에 도전성 소재와 제2 비정질 합금을 열 플라즈마로 분사하되, 상기 도전성 소재보다 제2 비정질 합금을 더 많이 분사해서 제2 접합표면층을 형성하는 것이 바람직하다. The formation of the second bonding surface layer may be performed by spraying a conductive material and a second amorphous alloy with the thermal plasma to the bonding conductive layer and spraying a second amorphous alloy more than the conductive material to form a second bonding surface layer .

또한, 본 발명은 상기 제2 접합표면층이 형성된 이형층을 서브스트레이트로부터 분리하는 단계;를 포함할 수 있다.Further, the present invention may include separating the release layer on which the second bonding surface layer is formed from the substrate.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. The details of other embodiments are included in the detailed description and drawings.

이러한 본 발명은 도전성 소재와 비정질 합금이 포함된 접합층을 갖는 것을 특징으로 하여, 열/전기 전도도가 우수하면서도, 높은 열적 안정성을 가지고, 기계적 신뢰성도 우수한 전력변환 소자 접합용 접합소재이다. 또한, 본 발명은 기존에 페이스트형 접합소재를 이용하는 것보다, 현저히 간단하고 용이하게 전력용 반도체를 고정시킬 수 있는 후막형 접합소재를 제공하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명은 접합전도층의 양측에 비정질 합금을 주요성분으로 하는 접합표면층을 가지는 것을 특징으로 하여, 접합층의 양쪽 표면 융점을 낮게 함으로서 접합 공정 온도를 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 상기 접합표면층에 의해 접합력을 증가시킬 수 있고, 동시에 상기 접합전도층에 의해 전도성도 높일 수 있는 효과가 있다. The present invention is a junction material for a power conversion device junction, which has a junction layer including a conductive material and an amorphous alloy and has excellent thermal / electrical conductivity, high thermal stability, and excellent mechanical reliability. Further, it is possible to provide a thick film type bonding material which can fix a power semiconductor remarkably easily and easily, compared to the past using a paste type bonding material. Further, the present invention is characterized by having a bonding surface layer mainly composed of an amorphous alloy on both sides of the bonding conductive layer. By lowering both surface melting points of the bonding layer, not only the bonding process temperature can be lowered, It is possible to increase the bonding force, and at the same time, the conductivity can be increased by the bonding conductive layer.

또한, 본 발명은 접합전도층의 양측에 서로 다른 열팽창계수를 가지는 제1 접합표면층과 제2 접합표면층을 각각 가지는 것을 특징으로 하여, 서로 다른 소자를 접합하는 경우에, 열팽창계수 차이에 의한 응력 발생과 열피로를 억제하여, 제품의 수명을 증가시키고, 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.Further, the present invention is characterized in that a first bonding surface layer and a second bonding surface layer having different thermal expansion coefficients are provided on both sides of the bonding conductive layer, respectively. In case of bonding different elements, stress caused by a difference in thermal expansion coefficient And thermal fatigue can be suppressed, the life of the product can be increased, and reliability can be improved.

또한, 본 발명은 열 플라즈마 분사(spraying) 방법에 의해 상기한 바와 같은 접합소재를 제조할 수 있는 방법을 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide a method of manufacturing a bonded material as described above by a thermal plasma spraying method.

도 1은 종래의 전기자동차에 사용되는 전력변환 파워 모듈의 일례를 나타내는 단면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소자 접합용 접합소재의 구성 및 사용상태를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 종래의 전력변환 모듈에서 열피로 파괴의 주 원인이 열팽창계수의 불일치에 의한 것임을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4는 종래의 전력변환 모듈에서 구성요소 간에 열이 전달되는 상태의 일례를 설명하기 위한 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 소자 접합용 접합소재의 내부 구성 상태를 설명하기 위한 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 소자 접합용 접합소재에 이형층이 포함된 상태를 설명하기 위한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 소자 접합용 접합소재를 제조하기 위한 열 플라즈마 장치의 일례를 설명하기 위한 모식도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 소자 접합용 접합소재의 제조방법 일례를 설명하기 위한 모식도이다.
도 9는 본 발명에 따른 소자 접합용 접합소재를 제조하기 위한 열 플라즈마 장치의 토치에서 시간에 따라 원료물질인 도전성 소재와 비정질 합금의 공급 비율을 다르게 하는 것의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 소자 접합용 접합소재의 사용상태를 설명하기 위한 전력변환 장치의 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing an example of a power conversion power module used in a conventional electric vehicle.
2 is a cross-sectional view illustrating a configuration and a use state of a bonded material for device bonding according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic view for explaining that the main cause of thermal fatigue failure in the conventional power conversion module is due to mismatch of thermal expansion coefficient.
4 is a schematic diagram for explaining an example of a state where heat is transferred between components in a conventional power conversion module.
5 is a schematic view for explaining an internal configuration of a bonded material for device bonding according to an embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view illustrating a state where a release layer is included in a bonded material for device bonding according to an embodiment of the present invention.
7 is a schematic view for explaining an example of a thermal plasma apparatus for manufacturing a bonded material for device bonding according to an embodiment of the present invention.
8 is a schematic view for explaining an example of a method of manufacturing a bonded material for device bonding according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a graph showing an example in which the supplying rate of the conductive material and the amorphous alloy is changed over time in the torch of the thermal plasma apparatus for manufacturing the bonded material for device bonding according to the present invention.
10 is a cross-sectional view of a power conversion device for explaining a state of use of a bonded material for device bonding according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and will be described in detail in the detailed description. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

본 발명은 전자/전기 부품 소자를 접합하는데 사용되는 소자 접합용 접합소재에 대한 것이다. 상기 소자는 특별히 제한되지는 않으며, 예를 들면 반도체 소자 또는 발광 소자(LED)인 것이 가능하고, 그 중에서도 전력변환시에 사용되는 전력변환용 반도체일 수 있다. 전력변환용 반도체의 경우, 전력변환시 많은 열이 발생되는데, 이렇게 발생된 열은 접합소재를 통하여 상기 전력변환용 반도체와 접촉하는 세라믹 기판이나 반도체 플레이트를 거쳐서 방열판으로 배출된다. 그래서, 상기 접합소재는 접합소재는 높은 열전도도와 전기전도도를 가지면서도 우수한 신뢰성을 갖는 것이 요구되고 있다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bonded material for device bonding used for bonding an electronic / electric component. The device is not particularly limited and may be, for example, a semiconductor device or a light emitting device (LED), and may be a power conversion semiconductor used for power conversion. In the case of a power conversion semiconductor, a large amount of heat is generated during power conversion, and the generated heat is discharged to the heat sink through the ceramic substrate or the semiconductor plate which contacts the power conversion semiconductor through the bonding material. Therefore, it is required that the bonded material has a high thermal conductivity and an excellent conductivity while having a high reliability.

그러나, 종래에 사용되는 페이스트 형태의 접합소재의 경우, 소결시에 접합소재 내부에 기공(void)이 형성되어서, 열 및/또는 전기 전도성이 급격히 떨어지는 심각한 문제점이 있었고, 나아가 유기 첨가제 또는 비히클(바인더, 솔벤트 등)이 휘발되어서 없어져 버릴 뿐만 아니라, 소결시에 가스가 발생하며, 접합부 주변이 오염되는 등의 문제점이 있었다. However, in the case of paste materials in the past, there has been a serious problem that voids are formed in the interior of the joint material during sintering and the heat and / or electrical conductivity thereof is drastically lowered. Further, the organic additive or vehicle , Solvent, etc.) are volatilized and disappear, gas is generated at the time of sintering, and contamination around the joints is caused.

이에 본 발명자들은 새로운 형태의 접합소재에 대하여 끊임없는 연구와 노력을 지속한 결과, 도전성 소재 내부에 비정질 합금이 내재되거나 함침된 접합소재(바람직하게는, 후막형 접합소재)를 이용하면, 열/전기 전도도가 우수하면서도, 높은 열적 안정성을 가지고, 기계적 신뢰성도 우수한 새로운 형태의 접합소재를 제공할 수 있다는 것을 확인한 후, 본 발명을 완성하였다. As a result of continuing research and efforts on a new type of bonded material, the present inventors have found that when a bonding material (preferably a thick film type bonding material) in which an amorphous alloy is embedded or impregnated in a conductive material is used, The present inventors have completed the present invention after confirming that it is possible to provide a new type of bonded material having excellent electrical conductivity, high thermal stability and excellent mechanical reliability.

아래에서는, 피접합물(11)에 접합시키는 접합소자(12)로서 전력변환용 소자, 바람직하게는 전기자동차용 전력변환 반도체 소자를 예로 들어서 설명하지만 본 발명은 특별히 여기에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, a power conversion element, preferably a power conversion semiconductor element for an electric vehicle, is described as an example of the junction element 12 to be bonded to the member 11 to be joined, but the present invention is not particularly limited thereto.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소자 접합용 접합소재의 구성 및 사용상태를 설명하기 위한 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating a configuration and a use state of a bonded material for device bonding according to an embodiment of the present invention.

여기에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 소자 접합용 접합소재는, 접합전도층(4); 제1 접합표면층(6); 및 제2 접합표면층(5)이 포함된 것이다. 상기 접합전도층(4)과 접합표면층(5, 6)은 하나의 접합층(1)을 구성한다. As shown therein, the bonding material for device bonding according to the present invention comprises a bonding conductive layer 4; A first bonding surface layer 6; And a second bonding surface layer (5). The bonding conductive layer 4 and the bonding surface layers 5 and 6 constitute one bonding layer 1.

상기 접합전도층(4)은 도전성 소재(2)를 주요성분으로 한다. 상기 도전성 소재(2)는 본 발명에 따른 접합소재에서 충진재(filler)로서의 기능을 가진다. The junction conductive layer 4 has the conductive material 2 as its main component. The conductive material (2) has a function as a filler in the bonded material according to the present invention.

상기 도전성 소재(2)는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 열/전기 전도성이 우수한 은(silver, Ag), 금(gold, Au), 알루미늄(Al), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 나트륨(Na), 코발트(Co), 아연(Zn), 니켈(Ni), 구리(copper, Cu) 및 이것들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 것일 수 있다. 그 중에서도, 제조 원가 절감을 위해서는 구리를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 접합전도층(4)은 도전성 소재(2)를 주요성분으로 포함하고, 그 함량은 상기 접합전도층(4) 전체에 대하여 10~100wt% 만큼 포함될 수 있고, 50~99.9wt% 만큼 포함되는 것이 바람직하다. The conductive material 2 is not particularly limited and may be selected from silver, Ag, gold, aluminum, calcium, magnesium, And may be selected from the group consisting of sodium (Na), cobalt (Co), zinc (Zn), nickel (Ni), copper (Cu) and combinations thereof. Among them, it is preferable to use copper to reduce manufacturing cost. The bonding conductive layer 4 includes a conductive material 2 as a main component and may be contained in an amount of 10 to 100 wt% with respect to the entire bonding conductive layer 4 and may be contained in an amount of 50 to 99.9 wt% .

상기 제1 접합표면층(6)은 접합전도층(4)의 일측에 형성되고, 상기 제2 접합표면층(5)은 상기 접합전도층(4)의 타측에 형성되며, 각각 비정질 합금(amorphous alloy)을 주요성분으로 한다. 즉, 상기 접합전도층(4)의 일측면에는 제1접합표면층(6)이 형성되고, 타측면에는 제2접합표면층(5)이 형성될 수 있다.The first bonding surface layer 6 is formed on one side of the bonding conductive layer 4 and the second bonding surface layer 5 is formed on the other side of the bonding conductive layer 4 and is made of an amorphous alloy, As a main component. That is, the first bonding surface layer 6 may be formed on one side of the bonding conductive layer 4, and the second bonding surface layer 5 may be formed on the other side.

상기 비정질 합금(3)은 본 발명에 따른 접합소재에서 바인더(binder)로서의 기능을 가진다. 비정질 합금(3)은 단일 금속 또는 결정질 합금에 비하여 비교적 융점이 낮기 때문에, 접합 소자를 피접합물에 부착시키기 위한 접합소재로 사용 가능하다. 종래에 전력변환용 소자의 페이스트형 접합소재에서는 바인더로서 대부분 유리 프릿을 사용하였는데, 이는 유리 프릿의 단가가 싸기도 하지만, 유리 프릿만큼 융점이 낮은 비정질 합금을 찾기가 어려웠기 때문이다. 그래서, 기존에는 일반적인 접합소재에서 유리프릿을 대체하는 바인더로서 비정질 합금을 사용한다는 것은 생각해 내기가 어려웠다.The amorphous alloy 3 has a function as a binder in the bonded material according to the present invention. Since the amorphous alloy 3 has a relatively low melting point as compared with a single metal or a crystalline alloy, the amorphous alloy 3 can be used as a bonding material for adhering the bonding element to a member to be bonded. Conventionally, most of the glass frit is used as the binder in the paste-type bonded material of the power conversion element. This is because it is difficult to find an amorphous alloy having a melting point as low as that of the glass frit, though the glass frit costs little. Thus, it has been difficult to conceive of using an amorphous alloy as a binder to replace glass frit in conventional bonding materials.

그러나, 본 발명자들은 작동 온도 300℃ 내외의 고온에서 사용되는 전력변환 반도체용 접합소재의 경우, 바인더로서 비정질 합금(3)을 사용하더라도 상기 비정질 합금(3)의 비교적 낮은 융점 때문에 접합소재로서의 기능을 다할 수 있으며(즉, 피접합물에 소자의 접합이 가능하며), 접합된 후에는 열적 안정성이 우수하다는 것을 알게 되었다. 즉, 상기 비정질 합금(3)을 주요성분으로 하는 접합표면층(5, 6)이 접합층(1)의 외부 표면에 형성되어 있고, 상기 접합표면층(5, 6)은 접합전도층(4)에 비교하여 상대적으로 비교적 낮은 융점을 갖기 때문에 접합층(1)의 외부 표면에 보다 더 높은 접착성을 부여할 수 있으며, 접합소재의 젖음성을 향상시킬 수 있다. However, the inventors of the present invention have found that, even in the case of the amorphous alloy (3) used as a binder in the case of a junction material for a power conversion semiconductor used at a high temperature of around 300 캜, the amorphous alloy (3) (That is, the device can be bonded to the member to be bonded), and that after bonding, the thermal stability is excellent. That is, bonding surface layers 5 and 6 having the amorphous alloy 3 as a main component are formed on the outer surface of the bonding layer 1 and the bonding surface layers 5 and 6 are formed on the bonding conductive layer 4 It is possible to impart higher adhesion to the outer surface of the bonding layer 1 and to improve the wettability of the bonding material.

상기 비정질 합금(3)은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 2 또는 3 성분계 비정질 합금일 수 있고, 4 또는 5 이상의 성분계 조성을 가지는 것도 가능하다. 그 중에서도, 접합소재의 소결조제 및/또는 바인더로 사용하기 위해서는, 낮은 융점 및 전이온도를 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, Sn계 합금(Sn-Cu, Sn-Ag, Sn-Au, Sn-Al, Sn-Ca, Sn-Mg, Sn-Ni, Sn-Zn 등), Zn계 합금(Zn-Cu, Zn-Ag, Zn-Au, Zn-Al, Zn-Ca, Zn-Mg, Zn-Ni, Zn-Sn 등), Al계 합금(Al-Cu, Al-Ag, Al-Au, Al-Ca, Al-Mg, Al-Ni, Al-Sn, Al-Zn 등), 및/또는 Cu계 합금(Cu-Ag, Cu-Au, Cu-Al, Cu-Ca, Cu-Mg, Cu-Ni, Cu-Sn, Cu-Zn 등) 등과 같은 2성분계 조성을 사용할 수 있다. 또한, 상기 2성분계 조성에 C, P, Si, S, Na, K, Ti, Mn, Fe, Co, Ga, Ge, As, Y 등의 금속 또는 비금속 원자들이 첨가된 3~5 성분계 조성의 비정질 합금을 이용하는 것도 가능하다. 상기 비정질 합금(3)의 함량은 특별히 제한되지는 않지만, 본 발명에 따른 접합표면층(5, 6) 각각에서 10~100wt% 만큼 포함될 수 있고, 50~99.9wt% 만큼 포함되는 것이 바람직하다. The amorphous alloy (3) is not particularly limited, and may be, for example, a two- or three-component amorphous alloy, and may have a composition of 4 or 5 or more. Among them, for use as a sintering auxiliary agent and / or a binder of a bonded material, it is preferable to have a low melting point and a transition temperature. For example, Sn-based alloys (Sn-Cu, Sn-Ag, Sn-Au, Sn-Al, Sn-Ca, Sn-Mg, Sn- (Al-Cu, Al-Ag, Al-Au, Al-Ca, or the like), Zn-Ag, Zn-Au, Zn-Al, Zn-Ca, Zn- (Cu-Ag, Cu-Au, Cu-Al, Cu-Ca, Cu-Mg, Cu-Ni, Cu -Sn, Cu-Zn, etc.) and the like can be used. The amorphous composition of the three to five component system to which the metal or nonmetal atoms such as C, P, Si, S, Na, K, Ti, Mn, Fe, Co, Ga, Ge, It is also possible to use an alloy. The content of the amorphous alloy (3) is not particularly limited, but may be included in the bonding surface layer (5, 6) according to the present invention by 10 to 100 wt%, preferably 50 to 99.9 wt%.

또한, 본 발명은 상기 제1 접합표면층(6)과 제2 접합표면층(5)의 열팽창계수(coefficient of expansion)가 서로 다른 것을 특징으로 한다. 즉, 상기 제1 접합표면층(6)과 제2 접합표면층(5)은 서로 다른 융점(melting point)을 갖는 것도 가능하다. Further, the present invention is characterized in that the first bonding surface layer 6 and the second bonding surface layer 5 have different coefficients of expansion. That is, the first bonding surface layer 6 and the second bonding surface layer 5 may have melting points different from each other.

도 3은 종래의 전력변환 모듈에서 열피로 파괴의 주 원인이 열팽창계수의 불일치에 의한 것임을 설명하기 위한 모식도이고, 도 4는 종래의 전력변환 모듈에서 구성요소 간에 열이 전달되는 상태의 일례를 설명하기 위한 모식도이다. FIG. 3 is a schematic view for explaining that the main cause of thermal fatigue failure in a conventional power conversion module is due to a mismatch of thermal expansion coefficients. FIG. 4 illustrates an example of a state where heat is transferred between components in a conventional power conversion module Fig.

도 3에 나타난 바와 같이, 종래의 전력변환 모듈을 예로 들어서 설명하면, 열피로 파괴의 주원인은 상기 전력변환 모듈을 구성하는 각 구성요소(소자)들 간의 열팽창계수의 불일치였다. 예를 들어, 세라믹(ceramic) 소자와 금속(metal) 소자가 접합되는 경우, 세라믹 소자의 열팽창계수(αc)가 금속 소자의 열팽창계수(αm)보다 작은 경우(도 3의 (a)참조)에는 세라믹 소자의 양 끝에서 크랙(crack)이 발생한다. 또한, 세라믹 소자의 열팽창계수(αc)가 금속 소자의 열팽창계수(αm)보다 큰 경우(도 3의 (b)참조)에는 세라믹 소자의 가운데에서 크랙(crack)이 발생한다. 이와 같이, 서로 다른 소자들이 접합되는 경우, 상기 서로 다른 소자들의 열팽창계수 차이가 크면, 더욱 많은 크랙이 크게 발생한다. As shown in FIG. 3, the conventional power conversion module will be described as an example. The main cause of the thermal fatigue failure is the inconsistency of the thermal expansion coefficients between the components constituting the power conversion module. For example, when a ceramic element and a metal element are bonded, when the thermal expansion coefficient c of the ceramic element is smaller than the thermal expansion coefficient? M of the metal element (refer to Fig. 3 (a) ) Cracks are generated at both ends of the ceramic element. Further, when the thermal expansion coefficient c of the ceramic element is larger than the thermal expansion coefficient? M of the metal element (see Fig. 3 (b)), cracks are generated in the center of the ceramic element. In this way, when the different elements are bonded, a larger difference in the thermal expansion coefficient of the different elements results in larger cracks.

그래서, 이러한 열팽창계수의 차이로 인한 문제점을 해결하는 것이 필요하였고, 본 발명은 바로 접합층(1)의 양측 표면층의 열팽창계수를 서로 다르게 함으로서, 서로 접합되는 다른 소자들간의 열팽창계수 차이를 최소화하고자 하였다. 즉, 본 발명은 제1 접합표면층(6)의 열팽창계수를 상기 제1 접합표면층(6)이 접합하는 한쪽 소자의 열팽창계수와 동일하거나 그와 유사하도록 조절하고, 제2 접합표면층(5)의 열팽창계수를 상기 제2 접합표면층(5)이 접합하는 다른 한쪽 소자의 열팽창계수와 동일하거나 그와 유사하도록 조절하여, 본 발명에 따른 접합층(1)을 이용해서 서로 다른 소자 간의 접합시 상기 소자 간의 열팽창계수 차이를 줄이는 것이 가능하다. In order to minimize the difference in thermal expansion coefficient between the other elements bonded to each other by making the thermal expansion coefficients of the opposite side surface layers of the bonding layer 1 different from each other, Respectively. That is, in the present invention, the coefficient of thermal expansion of the first bonding surface layer 6 is adjusted to be equal to or similar to the coefficient of thermal expansion of one element to which the first bonding surface layer 6 is bonded, The thermal expansion coefficient is adjusted so as to be equal to or similar to the thermal expansion coefficient of the other element to which the second bonding surface layer 5 is bonded so that when the bonding layer 1 according to the present invention is used to bond the elements to each other, It is possible to reduce the difference in the thermal expansion coefficient.

도 4에 나타난 바와 같이, 일반적인 전력변환 모듈의 전력변환칩(107)에서 발생된 열은 접합금속재(104)를 양측에 가지는 세라믹기판(103)를 거치고, 베이스플레이트를 지나 그 아래의 방열판으로 전달되어 배출되어야 한다. 전력모듈 작동시 1초당 수십번의 on/off가 반복되기 때문에, 각 구성요소 간에 큰 열피로 현상이 발생하고, 이로 인해 제품의 수명과 신뢰성을 저하시킨다. As shown in FIG. 4, the heat generated in the power conversion chip 107 of the general power conversion module passes through the ceramic substrate 103 having the bonded metal members 104 on both sides, passes through the base plate to the heat sink . Since the power module is repeatedly turned on / off several times per second during operation, a large thermal fatigue phenomenon occurs between the components, thereby degrading the life and reliability of the product.

이에 따라, 본 발명은 상기 전력변환칩(107)과 접합금속재(104)를 접합시키는 다이접합재(111) 및/또는 상기 베이스플레이트와 접합금속재(104)를 접합시키는 기판접합재(113)로서, 상기한 바와 같이 서로 다른 열팽창계수를 갖는 접합표면층(5, 6)을 포함하는 접합층(1)을 이용하여, 전력변환 모듈의 각 구성요소 간의 열팽창계수가 점진적으로 작아지거나 커지도록 매칭시켜서 조절할 수 있는 것이다. 즉, 본 발명에 따른 제1 접합표면층(6); 접합전도층(4); 및 제2 접합표면층(5) 각각에 포함된 도전성 소재 및/또는 비정질 합금의 양을 조절하여, 상기 각 층의 열팽창계수를 점진적으로 변화시킬 수 있고, 이러한 경사 구조를 통하여 하나의 접합층(1) 양측의 열팽창계수를 서로 다르게 조절할 수 있다.Accordingly, the present invention provides a die bonding material 111 for bonding the power conversion chip 107 and the bonding metal material 104 and / or a substrate bonding material 113 for bonding the base plate and the bonding metal material 104, As described above, the bonding layer 1 including the bonding surface layers 5 and 6 having different thermal expansion coefficients can be used to adjust the thermal expansion coefficient of each component of the power conversion module so as to be gradually decreased or increased will be. That is, the first bonding surface layer 6 according to the present invention; A junction conductive layer 4; The thermal expansion coefficient of each of the layers can be gradually changed by adjusting the amount of the conductive material and / or the amorphous alloy contained in each of the first bonding surface layer 5 and the second bonding surface layer 5, ) The thermal expansion coefficients of both sides can be controlled differently.

상기한 본 발명은 기본적으로 도전성 소재(2)와 비정질 합금(3)이 포함된 접합층(1)을 갖는 것을 특징으로 하여, 열/전기 전도도가 우수하면서도, 높은 열적 안정성을 가지고, 기계적 신뢰성도 우수한 전력변환 소자 접합용 접합소재이다. 또한, 본 발명은 접합전도층(4)의 양측에 비정질 합금(3)을 주요성분으로 하는 접합표면층(5, 6)을 가지는 것을 특징으로 하여, 접합층(1)의 양쪽 표면 융점을 낮게 함으로서 접합 공정 온도를 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 상기 접합표면층(5, 6)에 의해 접합력을 증가시킬 수 있고, 동시에 상기 접합전도층(4)에 의해 전도성도 높일 수 있는 효과가 있다. The present invention is basically characterized by having a bonding layer (1) including a conductive material (2) and an amorphous alloy (3), and has excellent thermal / electrical conductivity, high thermal stability and mechanical reliability It is a bonding material for excellent power conversion device bonding. Further, the present invention is characterized in that bonding surface layers (5, 6) having amorphous alloy (3) as a main component are provided on both sides of the bonding conductive layer (4), and by lowering both surface melting points of the bonding layer Not only the bonding process temperature can be lowered but also the bonding strength can be increased by the bonding surface layers 5 and 6 and also the conductivity can be increased by the bonding conductive layer 4. [

또한, 본 발명은 접합전도층(4)의 양측에 위치하는 제1 접합표면층(5)과 제2 접합표면층(5)이 서로 다른 열팽창계수를 가지는 것을 특징으로 하여, 서로 다른 소자를 접합하는 경우에, 열팽창계수 차이에 의한 응력 발생과 열피로를 억제하여, 제품의 수명을 증가시키고, 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.Further, the present invention is characterized in that the first bonding surface layer 5 and the second bonding surface layer 5 located on both sides of the bonding conductive layer 4 have different thermal expansion coefficients, and when bonding different elements It is possible to suppress stress generation and thermal fatigue due to the difference in thermal expansion coefficient, thereby increasing the service life of the product and improving the reliability.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 소자 접합용 접합소재의 내부 구성 상태를 설명하기 위한 모식도이다.5 is a schematic view for explaining an internal configuration of a bonded material for device bonding according to an embodiment of the present invention.

여기에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 소자 접합용 접합소재는, 접합전도층(4)을 가운데에 두고 그 양측 면으로 제1접합표면층(6)과 제2접합표면층(5)이 형성되어서 하나의 접합층(1)을 구성한다. As shown in the figure, in the bonded material for device bonding according to the present invention, the first bonding surface layer 6 and the second bonding surface layer 5 are formed on both sides of the bonding conductive layer 4 at the center thereof Thereby constituting one bonding layer 1.

그리고, 상기 접합전도층(4)은 도전성 소재(2)를 주요성분으로 하고, 상기 접합표면층(5, 6)은 비정질 합금(3)을 주요성분으로 한다. 상기 접합전도층(4)이 도전성 소재(2)를 주요성분으로 한다는 것은, 상기 접합전도층(4)이 접합표면층(5, 6)보다 도전성 소재(2)를 더 많이 포함한다는 것이다. 또한, 접합표면층(5, 6)이 비정질 합금(3)을 주요성분으로 한다는 것은, 상기 접합표면층(5, 6) 각각이 접합전도층(4) 보다 비정질 합금(3)을 더 많이 포함한다는 것이다.The bonding conductive layer 4 mainly contains a conductive material 2 and the bonding surface layers 5 and 6 comprise an amorphous alloy 3 as a main component. The reason why the bonding conductive layer 4 is mainly composed of the conductive material 2 is that the bonding conductive layer 4 contains more conductive material 2 than the bonding surface layers 5 and 6. The fact that the bonding surface layers 5 and 6 comprise the amorphous alloy 3 as a main component means that each of the bonding surface layers 5 and 6 includes more amorphous alloy 3 than the bonding conductive layer 4 .

그래서, 본 발명에 따른 접합전도층(4)은 도전성 소재(2)만으로 이루어질 수도 있고, 도전성 소재(2) 이외에 비정질 합금(3)을 더 포함할 수 있다. 접합전도층(4)에서 비정질 합금(3)은 1.0~49.9wt% 만큼 포함될 수 있다. 그리고, 접합전도층(4)에서 상기 도전성 소재(2) 내부에 비정질 합금(3) 입자들이 혼재된 것일 수 있다. 즉, 비정질 합금(3) 입자들이 도전성 소재(2) 내부 및/또는 외부에 혼재되어 있는 것일 수 있다. 또한, 접합전도층(4)은 도전성 소재(2)의 층간 사이에 비정질 합금(3) 입자들이 혼재된 라멜라 구조(lamella structure)를 갖는 것이 가능하다. 또한, 상기 접합전도층(4) 내부에는 융해되지 않은(unmolten) 도전성 입자(2b)가 더 혼재된 것이 가능하다. 즉, 상기 접합전도층(4)의 도전성 소재(2)는 융해된(molten) 도전성 입자(2a)와 융해되지 않은(unmolten) 도전성 입자(2b)를 포함할 수 있다. 이와 같이, 비정질 합금(3)이 도전성 소재(2)의 내부 및/또는 외부에 함침되어 있으면, 보다 더 치밀한 구조를 형성하기 때문에 기계적인 접착 강도를 증가시킬 수 있고, 도전성 소재(2)로 사용되는 구리 충진재의 내산화성을 향상시키는 것도 가능한 효과를 가진다.Therefore, the junction conductive layer 4 according to the present invention may be made of only the conductive material 2, or may further include the amorphous alloy 3 in addition to the conductive material 2. In the junction conductive layer 4, the amorphous alloy 3 may be contained in an amount of 1.0 to 49.9 wt%. The amorphous alloy (3) particles may be mixed in the conductive material (2) in the junction conductive layer (4). That is, amorphous alloy (3) particles may be mixed in the inside and / or outside of the conductive material (2). It is also possible for the junction conductive layer 4 to have a lamella structure in which amorphous alloy (3) particles are mixed between the layers of the conductive material 2. It is also possible that unmolten conductive particles 2b are mixed in the inside of the junction conductive layer 4. That is, the conductive material 2 of the junction conductive layer 4 may include molten conductive particles 2a and unmolten conductive particles 2b. When the amorphous alloy 3 is impregnated in the inside and / or the outside of the conductive material 2, a more compact structure can be formed, so that the mechanical bonding strength can be increased and used as the conductive material 2 It is possible to improve the oxidation resistance of the copper filler.

이와 함께, 본 발명에 따른 접합표면층(5, 6)은 비정질 합금(3)만으로 이루어질 수도 있고, 비정질 합금(3) 이외에 도전성 소재(2)를 더 포함할 수 있다. 접합표면층(5, 6)에서 도전성 소재(2)는 1.0~49.9wt% 만큼 포함될 수 있다. 그리고, 접합표면층(5, 6)에서 상기 도전성 소재(2)는 그 내부에 비정질 합금(3) 입자들이 혼재된 것일 수 있고, 라멜라 구조(lamella structure)를 가질 수도 있으며, 융해된(molten) 도전성 입자(2a)와 융해되지 않은(unmolten) 도전성 입자(2b)를 포함할 수 있다는 것은 상기한 바와 같다. In addition, the bonding surface layers 5 and 6 according to the present invention may be made of only the amorphous alloy 3, or may further include the conductive material 2 in addition to the amorphous alloy 3. In the bonding surface layers 5 and 6, the conductive material 2 may be contained in an amount of 1.0 to 49.9 wt%. In the bonding surface layers 5 and 6, the conductive material 2 may be a mixture of amorphous alloy particles in the inside thereof, may have a lamella structure, and may have a molten conductivity It is possible to include the particles 2a and the unmolten conductive particles 2b as described above.

또한, 본 발명에서 상기 제1 비정질 합금(3a)과 제2 비정질 합금(3b)은 서로 다른 종류인 것이 가능하다. 즉, 제1 접합표면층(6) 안에 포함된 제1 비정질 합금(3a)은 제2접합표면층(5) 안에 포함된 제2 비정질 합금(3b)과 서로 상이한 것일 수 있다. 이와 같이, 서로 다른 물질을 이용하면, 본질적으로 제1 접합표면층(6)과 제2접합표면층(5)의 열팽창계수를 서로 다르게 할 수 있어서, 명확한 구분이 가능하며, 각각의 접합표면층이 접하는 소자의 열팽창계수와 더욱 근접하게 제조할 수 있는 효과가 있다.In the present invention, the first amorphous alloy 3a and the second amorphous alloy 3b may be of different kinds. That is, the first amorphous alloy 3a contained in the first bonding surface layer 6 may be different from the second amorphous alloy 3b contained in the second bonding surface layer 5. As described above, when different materials are used, the thermal expansion coefficients of the first bonding surface layer 6 and the second bonding surface layer 5 can be made different from each other, and a clear division can be made. The thermal expansion coefficient can be made closer to the thermal expansion coefficient.

또한, 본 발명에서 상기 제1 비정질 합금(3a)과 제2 비정질 합금(3b)은 서로 동일한 종류이고, 상기 제1 접합표면층(6) 안에 포함된 제1 비정질 합금(3a)의 양과 상기 제2접합표면층(5) 안에 포함된 제2 비정질 합금(3b)의 양이 서로 다른 것을 특징으로 할 수 있다. 즉, 제1 비정질 합금(3a)과 제2 비정질 합금(3b)을 동일한 것으로 사용하더라도, 그 양을 달리 함으로서 제1 접합표면층(6)과 제2접합표면층(5)의 열팽창계수를 상이하게 조절할 수 있다. 이 경에는 하나의 비정질 합금만을 이용하면 족하기 때문에, 제조과정이 더욱 간단하고 편리해 진다.In the present invention, the first amorphous alloy 3a and the second amorphous alloy 3b are of the same kind, and the amount of the first amorphous alloy 3a contained in the first bonding surface layer 6, The amount of the second amorphous alloy 3b contained in the bonding surface layer 5 may be different from each other. That is, even if the first amorphous alloy 3a and the second amorphous alloy 3b are used in the same manner, the thermal expansion coefficients of the first bonding surface layer 6 and the second bonding surface layer 5 can be adjusted differently, . In this case, since only one amorphous alloy needs to be used, the manufacturing process becomes simpler and more convenient.

또한, 본 발명은 가운데 접합전도층(4)보다 그 양측의 접합표면층(5, 6)이 비정질 합금(3)을 상대적으로 더 많은 비율로 포함하는 것이 가능하다. 이에 따르면, 상기 접합표면층(5, 6)에 포함된 비정질 합금(3)의 밀도는 상기 접합전도층(4)에 포함된 비정질 합금(3)의 밀도보다 높은 것이 바람직하다. 즉, 상기 접합표면층(5, 6)은 접합전도층(4)보다 절대적으로 많은 양의 비정질 합금(3)을 포함할 수 있고, 상대적으로 도전성 소재와 같은 다른 것보다 비정질 합금(3)을 더 많이 포함하는 것이 가능하며, 비정질 합금(3)의 밀도가 접합전도층(4)에서보다 접합표면층(5, 6)에서 더 높을 수도 있다.Further, in the present invention, it is possible that the bonding surface layers 5 and 6 on both sides of the middle junction conductive layer 4 include the amorphous alloy 3 in a relatively larger proportion. It is preferable that the density of the amorphous alloy 3 included in the bonding surface layers 5 and 6 is higher than the density of the amorphous alloy 3 contained in the bonding conductive layer 4. That is, the bonding surface layers 5 and 6 may comprise an absolutely greater amount of the amorphous alloy 3 than the junction conductive layer 4 and may be made of a material that is more amorphous than the other, And the density of the amorphous alloy 3 may be higher in the bonding surface layers 5 and 6 than in the bonding conductive layer 4.

또한, 상기 접합표면층(5, 6)에 포함된 비정질 합금(3)의 밀도는 상기 접합전도층(4) 방향으로 점차 작아지는 것이 바람직하다. 즉, 접합표면층(5, 6) 각각의 최외각에서 비정질 합금(3)의 밀도가 가장 높고, 상기 접합표면층(5, 6) 각각의 내부 방향(접합전도층(4) 방향)으로 갈수록 비정질 합금(3)의 밀도가 점진적으로 작아지는 것이다. 이와 같이, 비정질 합금(3)의 밀도가 점진적인 경사구조를 갖도록 하면, 접합표면층(5, 6)의 최외각에서 융점을 최대한 낮출 수 있고, 동시에 내부 접합전도층(4)에서는 전도성을 최대한 높일 수 있으며, 이와 함께 기계적으로도 더욱 안정적인 구조를 가진 접합소재를 제조할 수 있다. It is also preferable that the density of the amorphous alloy 3 contained in the bonding surface layers 5 and 6 gradually decreases in the direction of the junction conductive layer 4. That is, the amorphous alloy 3 has the highest density at the outermost periphery of each of the bonding surface layers 5 and 6, and the amorphous alloy 3 has the highest density in the inner direction of each of the bonding surface layers 5 and 6 (toward the bonding conductive layer 4) (3) gradually decreases in density. As described above, when the density of the amorphous alloy 3 is gradually increased, the melting point can be minimized at the outermost portions of the bonding surface layers 5 and 6, and at the same time, the conductivity of the internal bonding conductive layer 4 can be maximized In addition, a bonded material having a more stable mechanical structure can be manufactured.

또한, 상기 접합전도층(4)의 두께는 상기 접합전도층(4)의 일측에 형성된 접합표면층(5, 6)의 두께보다 두꺼운 것이 바람직하다. 즉, 본 발명에 따른 접합소재에서 상기 접합표면층(5, 6)은 소자를 피접착물에 부착시키는 것이 주요한 기능인데, 이것의 두께를 최소화하더라도 충분히 접합가능하다. 이와 함께, 접합전도층(4)의 두께를 더 두껍게 함으로서 열/전기 전도도를 높여서 접합소재의 본연의 기능인 소자의 열을 더욱 효과적으로 방출시킬 수 있다.It is preferable that the thickness of the bonding conductive layer 4 is thicker than the thickness of the bonding surface layers 5 and 6 formed on one side of the bonding conductive layer 4. That is, in the bonded material according to the present invention, the bonding surface layer 5, 6 is a main function of attaching the element to the adherend, and even if the thickness is minimized, the bonding surface layer 5, 6 can be sufficiently bonded. In addition, by increasing the thickness of the bonding conductive layer 4, the heat / electrical conductivity can be increased, and the heat of the element, which is the essential function of the bonding material, can be released more effectively.

또한, 상기 접합전도층(4)과 접합표면층(5, 6)은 경계(boundary)가 없이 연속되어 형성된 것이 바람직하다. 즉, 상기 접합전도층(4)과 접합표면층(5, 6)이 각각 따로 형성되어서 그것의 경계가 명확하게 구분되는 것이 아니라, 하나의 연속된 공정에 의해 접합전도층(4)과 접합표면층(5, 6)이 연속적으로 형성되어서 하나의 층을 가지는 것이다. 이와 같이, 접합전도층(4)과 접합표면층(5, 6)이 연속되어 형성되면, 기계적으로 더욱 안정적인 구조를 가질 수 있다. It is preferable that the bonding conductive layer 4 and the bonding surface layers 5 and 6 are formed continuously without a boundary. That is, the bonding conductive layer 4 and the bonding surface layers 5 and 6 are formed separately and their boundaries are not clearly divided, but the bonding conductive layer 4 and the bonding surface layer 5 and 6 are continuously formed to have one layer. As described above, if the junction conductive layer 4 and the bonding surface layers 5 and 6 are formed continuously, it is possible to have a mechanically more stable structure.

나아가, 본 발명의 다른 특징은 상기 접합소재가 후막형(thick membrane type)인 것이다. 상기 후막형은 테이프(tape), 호일(foil), 시트(sheet), 리본(ribbon) 또는 필름(film) 형상인 것이 가능하다. 후막형 접합소재의 폭과 길이는 생산 조건 및 장비에 따라 다양하게 변형할 수 있으며, 두께는 1~200㎛ 범위 내인 것이 접착력과 열/전기 전도도를 위해 바람직하다.Furthermore, another feature of the present invention is that the bonding material is a thick membrane type. The thick film may be in the form of tape, foil, sheet, ribbon, or film. The width and length of the thick-film bonded material can be variously modified depending on the production conditions and equipment, and the thickness is preferably in the range of 1 to 200 μm for adhesion and thermal / electrical conductivity.

종래에 페이스트형 접합소재의 경우, 넓은 온도범위에서 상대적으로 천천히 용융되고, 접합을 위해서는 상대적으로 더 많은 양이 필요했다. 또한, 접합소재 내부에는 큰 결정립이 형성되고, 다수의 기공이 형성되어서 다공성 접합이 이루어지는 단점이 있었다. 또한, 조립 공정이 복잡하고 어려우며, 솔벤트를 사용하기 때문에 환경을 오염시키고 브레이징(brazing)로를 열화시키는 문제점이 있었다.Conventionally, in the case of paste-type bonded materials, relatively slowly melted in a wide temperature range, and a relatively large amount was required for bonding. In addition, there is a disadvantage in that a large crystal grain is formed in the inside of the bonded material, and a large number of pores are formed, thereby causing porous bonding. In addition, the assembling process is complicated and difficult, and since the solvent is used, the environment is contaminated and the brazing furnace is deteriorated.

이에 본 발명자들은 후막형 접합소재로 제조함으로서 종래에 페이스트형 접합소재가 가지는 문제점을 해결하였다. 즉, 본 발명에 따른 후막형 접합소재는 100% 금속성 박판 또는 박막일 수 있고, 좁은 온도 범위에서 빠른 용융이 가능하며, 기공이 없이 치밀하기 때문에 높은 강도로 접합시킬 수 있다. 또한, 부품 사이의 정확한 위치에 배치 가능하기 때문에, 높은 경제적 효율성을 가지고, set-up 및 조립 공정 시간을 단축시킬 수 있다. 나아가, 환경 유해물질도 배출하지 않으면, 진공로에 손상도 없다. Accordingly, the present inventors have solved the problems of the paste-type bonded material in the prior art by using the thick-film type bonding material. That is, the thick film type bonding material according to the present invention can be 100% metallic thin plate or thin film, can be rapidly melted in a narrow temperature range, and can be bonded with high strength because it is dense without pores. Also, since it can be disposed at the precise position between the parts, it has high economic efficiency and can shorten set-up and assembling process time. Furthermore, if no environmentally harmful substances are discharged, there is no damage to the vacuum furnace.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 소자 접합용 접합소재에 이형층이 포함된 상태를 설명하기 위한 단면도이다.6 is a cross-sectional view illustrating a state where a release layer is included in a bonded material for device bonding according to an embodiment of the present invention.

여기에 도시된 본 발명은 상기 접합층(1) 또는 접합표면층(5, 6)의 일면에 구비된 이형층(40, 50)을 더 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어, 제1 접합표면층(6)의 일측면에는 제1 이형층(40)이 구비될 수 있고, 제2 접합표면층(5) 타측면에는 제2 이형층(50)이 구비될 수 있다. The present invention shown here may further comprise a release layer 40, 50 provided on one side of the bonding layer 1 or the bonding surface layer 5, 6. For example, a first release layer 40 may be provided on one side of the first bonding surface layer 6, and a second release layer 50 may be provided on the other side of the second bonding surface layer 5 .

즉, 본 발명에 따른 접합소재가 후막형(thick film type)인 경우, 상기 접합층(1)의 일면 및/또는 양면에 이형층을 갖는 것이다. That is, when the bonding material according to the present invention is a thick film type, the bonding layer 1 has a release layer on one surface and / or both surfaces.

상기 이형층(40, 50)은 특별히 제한되지 않고, 이 기술분야에 알려진 다양한 형태를 모두 포함하는 것이 가능하다. 상기 이형층(40, 50)을 접합층(1)에 부착하는 방법 역시 특별히 제한되지 않으며, 제1 이형층(40)에 접합층(1)을 형성한 뒤 그 위에 제2 이형층(50)을 구비시킬 수 있다. 사용시에는 이형층(40, 50)을 제거한 뒤 접합층(1)만을 이용해서 피접합물(11)에 접합소자(12)를 접합시키는 것이 가능하다(도 2 참조). The release layers 40 and 50 are not particularly limited and may include various forms known in the art. A method of attaching the release layers 40 and 50 to the bonding layer 1 is also not particularly limited and the bonding layer 1 may be formed on the first release layer 40 and the second release layer 50 may be formed thereon. . It is possible to bond the bonding element 12 to the member 11 by using only the bonding layer 1 after removing the release layers 40 and 50 (see FIG. 2).

또한, 상기 접합층(1)은, 상기 이형층(40, 50)에 도전성 소재 및/또는 비정질 합금을 함께 또는 선택적으로 열 플라즈마로 분사(spraying)해서 형성할 수 있다. 즉, 상기 제1 접합표면층(6) 또는 제2 접합표면층(5)은, 상기 이형층(40, 50)에 비정질 합금을 열 플라즈마로 분사해서 형성하는 것이 가능하다. 예를 들어, 제1 이형층(40)에 열 플라즈마 방법으로 원료물질인 제1 비정질 합금(3a)을 분사해서 제1 접합표면층(6)을 제조하고, 그 위에 도전성 소재(2)를 분사해서 접합전도층(4)을 제조하며, 다시 그 위에 제2 비정질 합금(3b)을 분사해서 제2 접합표면층(5)을 제조할 수 있다. 어떠한 솔벤트를 사용하지 않고 도전성 소재와 비정질 합금을 이용해서 후막형 또는 박막형 접합소재를 제조하는 것은 쉽지 않다. 본 발명자들은 금속성 재료만을 이용해서 테이프 형상의 접합소재를 제조하기 위하여 오랜 연구와 노력을 거듭한 끝에, 열 플라즈마 방법을 이용한다면 도전성 소재 및/또는 비정질 합금이 조합된 박막을 형성할 수 있다는 것을 확인한 후, 본 발명을 완성하였다. 이에 대해서는 아래에서 더욱 자세하게 설명한다.The bonding layer 1 may be formed by spraying a conductive material and / or an amorphous alloy to the release layers 40 and 50 together or selectively with a thermal plasma. That is, the first bonding surface layer 6 or the second bonding surface layer 5 can be formed by jetting an amorphous alloy to the release layers 40 and 50 with a thermal plasma. For example, the first amorphous alloy 3a is sprayed onto the first release layer 40 by the thermal plasma method to form the first bonding surface layer 6, and the conductive material 2 is sprayed thereon The second bonding surface layer 5 can be manufactured by manufacturing the bonding conductive layer 4 and spraying the second amorphous alloy 3b thereon. It is not easy to manufacture a thick film or thin film type junction material using a conductive material and an amorphous alloy without using any solvent. The present inventors have conducted extensive research and efforts to produce a tape-shaped bonded material using only a metallic material. As a result, it has been found that a thin film combined with a conductive material and / or an amorphous alloy can be formed using a thermal plasma method After that, the present invention was completed. This is explained in more detail below.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 소자 접합용 접합소재를 제조하기 위한 열 플라즈마 장치의 일례를 설명하기 위한 모식도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 소자 접합용 접합소재의 제조방법 일례를 설명하기 위한 모식도이며, 도 9는 본 발명에 따른 소자 접합용 접합소재를 제조하기 위한 열 플라즈마 장치의 토치에서 시간에 따라 원료물질인 도전성 소재와 비정질 합금의 공급 비율을 다르게 하는 것의 일례를 나타내는 그래프이다.FIG. 7 is a schematic view for explaining an example of a thermal plasma apparatus for manufacturing a bonded material for device bonding according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a process for manufacturing a bonded material for device bonding according to an embodiment of the present invention FIG. 9 is a view showing an example of changing supply rates of a conductive material and an amorphous alloy as a raw material with time in a torch of a thermal plasma apparatus for manufacturing a bonded material for device bonding according to the present invention. FIG.

여기에 도시된, 본 발명의 다른 실시형태는, 제1 접합표면층을 형성하는 단계(S10); 접합전도층을 형성하는 단계(S20); 및 제2 접합표면층을 형성하는 단계(30);를 포함하는, 소자 접합용 접합소재의 제조방법이다. Another embodiment of the present invention shown here includes: forming a first bonding surface layer (S10); Forming a junction conductive layer (S20); And a step (30) of forming a first bonding surface layer and a second bonding surface layer.

상기 제1접합표면층을 형성하는 단계(S10)는 제1 비정질 합금(3a)을 열 플라즈마로 분사(spraying)해서 제1 접합표면층(6)을 형성하는 것이다. 그리고, 상기 접합전도층(4)을 형성하는 단계(S20)는 상기 제1 접합표면층(6)에 도전성 소재(2)를 열 플라즈마로 분사해서 접합전도층(4)을 형성하는 것이다. 또한, 상기 제2 접합표면층(5)을 형성하는 단계(30)는 상기 접합전도층(4)에 제2 비정질 합금(3b)을 열 플라즈마로 분사해서 제2 접합표면층(5)을 형성하는 것이다. 상기 도전성 소재(2)와 제1 비정질 합금(3a) 및 제2 비정질 합금(3b)은 상기한 바와 같다. The step (S10) of forming the first bonding surface layer is to form the first bonding surface layer 6 by spraying the first amorphous alloy 3a with a thermal plasma. The step S20 of forming the bonding conductive layer 4 forms the bonding conductive layer 4 by spraying the conductive material 2 on the first bonding surface layer 6 with a thermal plasma. In the step 30 of forming the second bonding surface layer 5, the second bonding surface layer 5 is formed by spraying the second amorphous alloy 3b with the thermal plasma on the bonding conductive layer 4 . The conductive material 2, the first amorphous alloy 3a and the second amorphous alloy 3b are as described above.

여기서, 본 발명은 상기 제1 접합표면층(6)과 제2 접합표면층(5)의 열팽창계수가 서로 다른 것이 특징이다. 이를 위하여, 상기 제1 비정질 합금(3a)과 제2 비정질 합금(3b)이 서로 다른 것이거나, 그것의 양을 다르게 하여, 열팽창계수를 다르게 할 수 있는 것은 상기한 바와 같다.Here, the present invention is characterized in that the first bonding surface layer 6 and the second bonding surface layer 5 have different thermal expansion coefficients. For this purpose, the first amorphous alloy 3a and the second amorphous alloy 3b may be different from each other, or their amounts may be different, and the thermal expansion coefficient may be different.

기존에 열 플라즈마 방법을 이용해서 분말을 합성하는 기술과 용사 증착하는 기술은 이미 공지되어 있다. 이 중에서, DC 이송식 열 플라즈마와 RF 열 플라즈마의 경우, 분말 형성은 가능하지만 어떤 코팅층을 형성하기에는 부적합하다. 이에 따라, 본 발명자들은 DC 비이송식 열플라즈마 방법 및/또는 장치를 이용해서, 원료물질인 도전성 소재(2) 및/또는 비정질 합금(3)을 함께 또는 선택적으로 또는 비율을 다르게 하여 분사함으로서, 도전성 소재(2) 또는 비정질 합금(3)을 주요성분으로 포함하거나, 도전성 소재(2) 내부 또는/및 외부에 비정질 합금(3)이 내재된 코팅층 또는 박막층을 연속적으로 형성할 수 있었다. Techniques for synthesizing powders using a thermal plasma method and techniques for thermal spray deposition have already been known. Among them, in the case of DC transfer type thermal plasma and RF thermal plasma, powder formation is possible, but it is not suitable for forming any coating layer. Accordingly, the present inventors have found that by using the DC non-transferring thermal plasma method and / or apparatus, the conductive material 2 and / or the amorphous alloy 3, which are raw materials, are injected together or selectively or in different ratios, The coating layer or the thin film layer including the conductive material 2 or the amorphous alloy 3 as the main component or the amorphous alloy 3 inside and / or outside the conductive material 2 can be continuously formed.

상기 열 플라즈마로 분사하는 방법과 장치는 이 기술분야에 알려진 다양한 모든 것을 이용할 수 있다. 다만, 본 발명은 원료물질로서 도전성 소재(2)와 비정질 합금(3)을 이용하는 것이고, 특별히 열 플라즈마 토치(20) 하단의 서로 다른 원료주입구로 도전성 소재(2)와 비정질 합금(3) 각각을 구분해서 공급하는 것이 특징이다. 예를 들어, 제1 원료주입구(22)로는 도전성 소재(2)를 공급하고, 제2 원료주입구(23)로는 제1 비정질 합금(3a) 및/또는 제2 비정질 합금(3b)을 공급하는 것이 가능하다. The method and apparatus for spraying with the thermal plasma may utilize all of a variety of things known in the art. In the present invention, the conductive material 2 and the amorphous alloy 3 are used as the raw material. Especially, the conductive material 2 and the amorphous alloy 3 are formed by using different raw material injection ports at the lower end of the thermal plasma torch 20, It is characterized by supplying separately. For example, it is possible to supply the conductive material 2 to the first raw material inlet 22 and supply the first amorphous alloy 3a and / or the second amorphous alloy 3b to the second raw material inlet 23 It is possible.

이와 함께, 열 플라즈마 토치(20) 아래에는 본 발명에 따른 접합층(1)을 형성하기 위한 서브스트레이트(substrate, 10)가 롤투롤 장비(30)에 의해 한쪽으로 이동가능하다. 그러면, 열 플라즈마에 의해 증발(evaporation) 및 냉각(cooling)된 원료물질이 상기 서브스트레이트(10) 표면에 증착되면서 박막층을 형성하게 된다. 상기 서브스트레이트(10)는 이형층을 포함할 수도 있다. A substrate 10 for forming the bonding layer 1 according to the present invention is movable under the thermal plasma torch 20 by the roll-to-roll equipment 30 on one side. Then, raw material evaporated and cooled by thermal plasma is deposited on the surface of the substrate 10 to form a thin film layer. The substrate 10 may include a release layer.

이에 따라, 상기 제1접합표면층을 형성하는 단계(S10)는, 서브스트레이트(10)에 제1 이형층(40)을 구비하는 단계; 및 상기 구비한 제1 이형층(40)에 도전성 소재(2)와 제1 비정질 합금(3a)을 열 플라즈마로 분사하되, 상기 도전성 소재(2)보다 제1 비정질 합금(3a)을 더 많이 분사해서 제1 접합표면층(6)을 형성하는 단계;를 포함하는 것이 가능하다. 상기 도전성 소재(2) 없이 제1 비정질 합금(3a)만을 분사해서 제1접합표면층(6)을 형성할 수도 있다.Accordingly, the step (S10) of forming the first bonding surface layer may include: providing a first release layer 40 on the substrate 10; And spraying the conductive material (2) and the first amorphous alloy (3a) with the thermal plasma on the first release layer (40) provided thereon, wherein the first amorphous alloy (3a) is injected more than the conductive material To form the first bonding surface layer 6, as shown in Fig. The first bonding surface layer 6 may be formed by spraying only the first amorphous alloy 3a without the conductive material 2. [

그리고, 상기 접합전도층(4)을 형성하는 것은, 상기 제1 접합표면층(4)에 도전성 소재(2)와 비정질 합금(3)을 열 플라즈마로 분사하되, 상기 도전성 소재(2)를 비정질 합금(3)보다 더 많이 분사해서 접합전도층(4)을 형성하는 것이 가능하다. 상기 비정질 합금(3) 없이 도전성 소재(2)만을 분사해서 접합전도층(4)을 형성할 수도 있다.The bonding conductive layer 4 is formed by spraying the conductive material 2 and the amorphous alloy 3 with the thermal plasma on the first bonding surface layer 4 so that the conductive material 2 is bonded to the amorphous alloy 3, It is possible to form the bonding conductive layer 4 by spraying more than the bonding layer 3. The junction conductive layer 4 may be formed by spraying only the conductive material 2 without the amorphous alloy 3.

또한, 상기 제2 접합표면층(5)을 형성하는 것은, 상기 접합전도층(4)에 도전성 소재(2)와 제2 비정질 합금(3b)을 열 플라즈마로 분사하되, 상기 도전성 소재(2)보다 제2 비정질 합금(3b)을 더 많이 분사해서 제2 접합표면층(5)을 형성하는 것이 가능하다. 상기 도전성 소재(2) 없이 제2 비정질 합금(3b)만을 분사해서 제2접합표면층(5)을 형성할 수도 있다.The second bonding surface layer 5 is formed by spraying the conductive material 2 and the second amorphous alloy 3b with the thermal plasma to the bonding conductive layer 4, It is possible to form the second bonding surface layer 5 by further spraying the second amorphous alloy 3b. The second bonding surface layer 5 may be formed by spraying only the second amorphous alloy 3b without the conductive material 2. [

또한, 본 발명은 상기 제2접합표면층(5)이 형성된 제1 이형층(40)을 서브스트레이트(10)로부터 분리하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 상기 서브스트레이트(10)에 이형층을 구비시키는 방법과 이형층을 서브스트레이트(10)로부터 분리하는 방법은 특별히 제한되지 않는다. The method may further include separating the first release layer (40) having the second bonding surface layer (5) from the substrate (10). The method of providing the release layer on the substrate 10 and the method of separating the release layer from the substrate 10 are not particularly limited.

나아가, 본 발명은 상기 제2접합표면층(5)을 형성한 다음에, 그 위에 제2 이형층(50)을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.Further, the present invention may further include forming the second bonding surface layer 5, and then forming a second release layer 50 thereon.

본 발명자들은 종래에 열 플라즈마 방법으로 나노 분말을 제조하는 것 이외에, 열 플라즈마 분사 방법으로 코팅막을 형성하는 것이 가능하다는 것에 기반해서, 도전성 소재 및/또는 비정질 합금을 포함하는 용융 금속 합금을 플라즈마 이후에 급속 냉각시키면 비정질 합금 박막의 형성이 가능할 수 있다는 것에 착안하여, 본 발명을 하게 되었다. 즉, 박막 전체가 비정질화 되지 않더라도 도전성 소재(Cu-rich계) 박막 내에 국부적으로 비정질 합금(Sn계)이 포함되어 있는 박막층을 만들어 낸다면, 300℃ 내외에서 사용 가능한 접합소재용 테이프(tape)를 제조할 수 있음을 알게된 후, 본 발명을 완성하였다.Based on the fact that it is possible to form a coating film by a thermal plasma spraying method in addition to a conventional method of producing a nano powder by a thermal plasma method, the inventors of the present invention have succeeded in forming a molten metal alloy containing a conductive material and / or an amorphous alloy, It is possible to form an amorphous alloy thin film by rapid cooling, thereby making the present invention. That is, even if the entire thin film is not amorphized, if a thin film layer containing a locally amorphous alloy (Sn-based) is formed in a conductive material (Cu-rich) thin film, The present invention has been completed.

이러한 본 발명은 열 플라즈마 분사(spraying) 방법에 의해, 접합전도층(4)의 양측에 서로 다른 열팽창계수를 갖는 접합표면층(5, 6)을 포함하는 소자 접합용 접합소재를 제조하는 방법 및 그 장치를 제공할 수 있다. The present invention relates to a method for manufacturing a bonding material for device bonding comprising bonding surface layers (5, 6) having different thermal expansion coefficients on both sides of a bonding conductive layer (4) by a thermal plasma spraying method and Device can be provided.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 소자 접합용 접합소재의 사용상태를 설명하기 위한 전력변환 장치의 단면도이다.10 is a cross-sectional view of a power conversion device for explaining a state of use of a bonded material for device bonding according to an embodiment of the present invention.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 접합소재는 전자부품 소자를 접합시키는데 사용되는 것이고, 특별히 제한되지는 않지만, 반도체 소자 또는 발광 소자(LED)인 것이 가능하다. 그 중에서도 고온의 환경조건에서 높은 열전도도와 전기전도도가 요구되는 전력변환 소자(전력변환용 반도체)를 접합시키는 용도로 사용되는 것이 바람직하다. 즉, 본 발명에서 상기 소자는 전력변환 소자인 것이 바람직하고, 상기 전력변환 소자는 전력변환용 반도체인 것이 더욱 바람직하다. 그리고, 상기 소자 접합용은, 상기 소자를 피접합물에 접합하기 위한 용도인 것일 수 있다. 또한, 상기 소자와 피접합물은 서로 다른 열팽창계수를 갖는 것이 가능하다.As described above, the bonding material according to the present invention is used for bonding electronic component devices, and is not particularly limited, but may be a semiconductor device or a light emitting device (LED). Among them, it is preferable to be used for bonding a power conversion element (power conversion semiconductor) which requires high thermal conductivity and electrical conductivity under high temperature environmental conditions. That is, in the present invention, the element is preferably a power conversion element, and the power conversion element is more preferably a power conversion semiconductor. The device for bonding may be one for bonding the device to a member to be bonded. Further, the element and the member to be bonded can have different thermal expansion coefficients.

도 10에는 전력변환 소자의 일 예로서 전기자동차에 사용되는 전력변환 반도체와 이를 포함하는 전력변환 모듈이 도시되어 있다. FIG. 10 shows a power conversion semiconductor used in an electric vehicle and a power conversion module including the power conversion semiconductor as an example of the power conversion element.

즉, 전기자동차용 전력변환 모듈(100)은 기본적으로 전력변환 반도체 모듈(101)과 이것을 둘러싸는 하우징(102)을 포함한다. 도 10에서는 전력변환 반도체 모듈(101)의 상단을 감싸는 플라스틱 패키징 케이스로 이루어진 상부 하우징(102) 만이 도시되어 있으나, 방열판(106)을 둘러싸는 하부 하우징을 더 포함할 수도 있다. That is, the power conversion module 100 for an electric vehicle basically includes a power conversion semiconductor module 101 and a housing 102 surrounding the same. 10 shows only the upper housing 102 made of a plastic packaging case that covers the upper end of the power conversion semiconductor module 101. The lower housing 102 may further include a lower housing surrounding the heat dissipating plate 106. [

그리고, 상기 전력변환 반도체 모듈(101)은 전력 스위치용 반도체 소자로 이루어진 하나 이상의 전력변환칩(107)과, 그 아래에 순차적으로 위치하는 세라믹기판(103)과, 베이스플레이트(105) 및 방열판(106)을 포함할 수 있다. 상기 베이스플레이트(105)는 전력변환칩(107)에서 발생하는 열을 방열판(106)으로 전달하는 기능을 가진다. 여기서, 상기 세라믹기판(103)은 전력변환칩(107)을 지지하는 것으로, 그것의 양측 표면에는 구리와 같은 금속으로 본딩된 접합금속재(104)가 위치할 수 있다. 또한, 복수의 전력변환칩(107)을 연결하는 본딩와이어(108) 및 외부와의 연결을 위한 외부연결단자(109)를 더 포함하는 것도 가능하다. The power conversion semiconductor module 101 includes at least one power conversion chip 107 made of a semiconductor switch element for power switching, a ceramic substrate 103 sequentially positioned thereunder, a base plate 105, and a heat sink 106). The base plate 105 has a function of transferring heat generated in the power conversion chip 107 to the heat sink 106. Here, the ceramic substrate 103 supports the power conversion chip 107, and a bonding metal material 104 bonded with a metal such as copper may be disposed on both sides of the chip. It is also possible to further include a bonding wire 108 for connecting the plurality of power conversion chips 107 and an external connection terminal 109 for connection to the outside.

이와 함께, 상기 전력변환 반도체 모듈(101)에서, 상기 전력변환칩(107)은 다이접합재(111)에 의해 세라믹기판(103)의 상부 접합금속재(104)에 접합될 수 있고, 상기 외부연결단자(109)는 다이접합재(111)와 동일하거나 유사한 솔더조인트(112)에 의해 접합금속재(104)에 접합될 수 있으며, 세라믹기판(103)의 하부 접합금속재(104)는 기판접합재(113)를 사이에 두고 베이스플레이트(105)와 접합가능하다. 또한, 베이스플레이트(105)와 방열판(106)은 방열판접합재(114)를 통하여 접합될 수 있다.In addition, in the power conversion semiconductor module 101, the power conversion chip 107 can be bonded to the upper bonding metal member 104 of the ceramic substrate 103 by the die bonding material 111, The lower bonding metal material 104 of the ceramic substrate 103 may be bonded to the bonding metal material 104 by a solder joint 112 which is the same as or similar to the die bonding material 111, And can be joined to the base plate 105. Also, the base plate 105 and the heat sink 106 may be joined together through the heat sink bonding material 114.

이러한 전력변환 반도체 모듈(101)에서 본 발명에 따른 접합소재는 다양한 층에서, 서로 같거나 다른 소자를 접합시키기 위해서 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 접합소재는 상기한 다이접합재(111), 솔더조인트(112), 기판접합재(113) 및/또는 방열판접합재(114)를 대체해서 사용가능하다. 그 중에서도, 본 발명에 따른 접합소재는 가장 많은 열이 발생하는 전력변환칩(107)을 세라믹기판(103) 또는 그것의 상부 접합금속재(104)에 접합시키기 위한 용도로 사용되는 것이 바람직하다. In this power conversion semiconductor module 101, the bonding material according to the present invention can be used for bonding the same or different elements in various layers. For example, the bonding material according to the present invention can be used in place of the die bonding material 111, the solder joint 112, the substrate bonding material 113, and / or the heat sink bonding material 114 described above. In particular, the bonding material according to the present invention is preferably used for bonding the power conversion chip 107, which generates the most heat, to the ceramic substrate 103 or the upper bonding metal member 104 thereof.

이에 따르면, 본 발명의 또 다른 실시형태는 상기한 접합소재가 전력변환칩(107) 등의 접합소재로 사용된 것을 특징으로 하는 전력변환 모듈인 것도 가능하다. According to this, another embodiment of the present invention is also a power conversion module characterized in that the above-mentioned bonded material is used as a bonding material such as the power conversion chip 107 and the like.

상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 기술적 특징이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이다. Although the present invention has been shown and described with respect to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the following claims It will be apparent to those skilled in the art.

1 : 접합층
2 : 도전성 소재
3 : 비정질 합금
4 : 접합전도층
5 : 제2 접합표면층
6 : 제1 접합표면층
10 : 서브스트레이트(substrate)
11 : 피접합물
12 : 접합 소자
20 : 플라즈마 토치
22 : 제1 원료주입구
23 : 제2 원료주입구
30 : 롤투롤 장비
40 : 제1 이형층
50 : 제2 이형층
100 : 전력변환 모듈
101 : 반도체 모듈
102 : 하우징
103 : 세라믹기판
104 : 접합금속재
105 : 베이스플레이트
106 : 방열판
107 : 전력변환칩
108 : 본딩와이어
109 : 외부연결단자
111 : 다이접합재
112 : 솔더조인트
113 : 기판접합재
114 : 방열판접합재1: bonding layer
2: conductive material
3: amorphous alloy
4: junction conductive layer
5: second bonding surface layer
6: first bonding surface layer
10: Substrate
11: Material to be bonded
12:
20: Plasma torch
22: First raw material inlet
23: Second raw material inlet
30: Roll-to-roll equipment
40: first release layer
50: second release layer
100: power conversion module
101: Semiconductor module
102: Housing
103: Ceramic substrate
104: Bonding metal material
105: base plate
106: heat sink
107: Power conversion chip
108: bonding wire
109: External connection terminal
111: Die bonding material
112: Solder joint
113: substrate bonding material
114: heat sink bonding material

Claims (21)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 비정질 합금(amorphous alloy)을 열 플라즈마로 분사(spraying)해서 제1접합표면층을 형성하는 단계;
상기 제1접합표면층에 도전성 소재를 열 플라즈마로 분사해서 접합전도층을 형성하는 단계; 및
상기 접합전도층에 비정질 합금을 열 플라즈마로 분사해서 제2접합표면층을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 제1 접합표면층과 제2 접합표면층의 열팽창계수(coefficient of expansion)는 서로 다르며,
상기 제1 접합표면층을 형성하는 단계는,
서브스트레이트에 이형층을 구비하는 단계; 및
상기 구비한 이형층에 도전성 소재와 제1 비정질 합금을 열 플라즈마로 분사하되, 상기 도전성 소재보다 제1 비정질 합금을 더 많이 분사해서 제1 접합표면층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 소자 접합용 접합소재의 제조방법.
Forming a first bonding surface layer by spraying an amorphous alloy with a thermal plasma;
Forming a bonding conductive layer by spraying a conductive material on the first bonding surface layer with a thermal plasma; And
And forming a second bonding surface layer by spraying the amorphous alloy with the thermal plasma on the bonding conductive layer,
Wherein the first bonding surface layer and the second bonding surface layer have different coefficients of expansion,
Wherein forming the first bonding surface layer comprises:
Providing a release layer on the substrate; And
Forming a first bonding surface layer by spraying a conductive material and a first amorphous alloy on the release layer with a thermal plasma to further spray the first amorphous alloy more than the conductive material; (Method for manufacturing bonded material for device bonding).
삭제delete 제17항에 있어서,
상기 접합전도층을 형성하는 것은,
상기 제1 접합표면층에 도전성 소재와 비정질 합금을 열 플라즈마로 분사하되, 상기 도전성 소재를 비정질 합금보다 더 많이 분사해서 접합전도층을 형성하는 것을 특징으로 하는, 소자 접합용 접합소재의 제조방법.
18. The method of claim 17,
The formation of the junction conductive layer is carried out,
Wherein a bonding conductive layer is formed by injecting a conductive material and an amorphous alloy into the first bonding surface layer with a thermal plasma and injecting the conductive material more than the amorphous alloy to form a bonding conductive layer.
제19항에 있어서,
상기 제2 접합표면층을 형성하는 것은,
상기 접합전도층에 도전성 소재와 제2 비정질 합금을 열 플라즈마로 분사하되, 상기 도전성 소재보다 제2 비정질 합금을 더 많이 분사해서 제2 접합표면층을 형성하는 것을 특징으로 하는, 소자 접합용 접합소재의 제조방법.
20. The method of claim 19,
The formation of the second bonding surface layer may be performed,
Characterized in that a second bonding surface layer is formed by spraying a conductive material and a second amorphous alloy to the junction conductive layer with a thermal plasma and further injecting a second amorphous alloy more than the conductive material Gt;
제20항에 있어서,
상기 제2 접합표면층이 형성된 이형층을 서브스트레이트로부터 분리하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소자 접합용 접합소재의 제조방법.
21. The method of claim 20,
And separating the release layer having the second bonding surface layer from the substrate.
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