KR20220169686A - Bonding metal laminate, laminated structure for metal bonding and method for metal bonding - Google Patents
Bonding metal laminate, laminated structure for metal bonding and method for metal bonding Download PDFInfo
- Publication number
- KR20220169686A KR20220169686A KR1020210080076A KR20210080076A KR20220169686A KR 20220169686 A KR20220169686 A KR 20220169686A KR 1020210080076 A KR1020210080076 A KR 1020210080076A KR 20210080076 A KR20210080076 A KR 20210080076A KR 20220169686 A KR20220169686 A KR 20220169686A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- metal layer
- solder
- metal
- bonding
- alloy
- Prior art date
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 838
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 838
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 42
- 239000006023 eutectic alloy Substances 0.000 claims abstract description 155
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 109
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 73
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 73
- 230000003064 anti-oxidating effect Effects 0.000 claims abstract description 52
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 claims description 278
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 190
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 102
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 102
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 87
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 87
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 75
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 64
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 38
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 32
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 32
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 26
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 25
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 17
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 14
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 10
- 238000010030 laminating Methods 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 16
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 23
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 11
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 10
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 7
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 6
- 239000003985 ceramic capacitor Substances 0.000 description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 6
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 4
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 4
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 3
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 3
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 238000010587 phase diagram Methods 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
Images
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
- 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
- B23K35/26—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 400 degrees C
- B23K35/262—Sn as the principal 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
- 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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C13/00—Alloys based on tin
Abstract
Description
본 발명은 접합 금속 적층체, 금속 접합용 적층 구조체 및 접합 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수의 금속층을 적층한 접합 금속 적층체, 금속 접합용 적층 구조체 및 접합 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a bonded metal laminate, a laminated structure for metal bonding, and a bonding method, and more particularly, to a bonded metal laminate in which a plurality of metal layers are laminated, a laminated structure for metal bonding, and a bonding method.
금속 접합은 전기 또는 열 전달의 목적으로 두 개의 대상물을 접합하는 공정이다. 이러한 금속 접합은 플립칩 본딩, 레이저 다이오드 칩 본딩, 고출력 발광 다이오드 칩 본딩, 고출력 전자 소자 칩 본딩 등 동작 시 고열이 발생되는 소자의 방열을 위한 패키징에 본딩하는 공정에 사용된다. 추가로, 금속 접합은 적층 세라믹 콘덴서(multi-layer ceramic condenser; MLCC) 등의 칩 캐패시터, 칩 다이오드, 칩 저항 등 다양한 부품의 전기적 결선을 위한 솔더 본딩에도 사용된다.Metal bonding is the process of joining two objects for the purpose of electrical or thermal transfer. Such metal bonding is used in a bonding process for heat dissipation of a device generating high heat during operation, such as flip chip bonding, laser diode chip bonding, high power light emitting diode chip bonding, and high power electronic device chip bonding. In addition, metal bonding is also used for solder bonding for electrical connection of various components such as chip capacitors such as multi-layer ceramic condensers (MLCCs), chip diodes, and chip resistors.
금속 접합에 사용되는 솔더 금속으로는 주석(Sn)과 납(Pb)이 있으며, 납(Pb)은 환경 오염 등의 문제로 주석(Sn)이 주로 사용되고 있다. 주석(Sn)은 대기압에서 녹는점이 232℃로 대부분의 금속과 공융계(eutectic) 합금을 이루어 낮은 온도에서 두 개의 대상물을 접합시킬 수 있다는 장점이 있다.Solder metals used for metal bonding include tin (Sn) and lead (Pb), and tin (Sn) is mainly used for lead (Pb) due to problems such as environmental pollution. Tin (Sn) has a melting point of 232 ° C. at atmospheric pressure, and has the advantage of being able to bond two objects at a low temperature by forming a eutectic alloy with most metals.
이때, 주석(Sn)과 합금을 형성하여 접합되는 접합 금속 적층체에 주로 금(Au)이 사용된다. 금(Au)은 열 및 전기전도도가 양호하고 표면 산화막이 형성되지 않는다는 장점이 있다. 그러나 금은 귀금속으로서 매우 고가의 재료로 금속 접합에 사용 시 공정 단가가 증가하는 단점이 있다.At this time, gold (Au) is mainly used in a joint metal laminate that is joined by forming an alloy with tin (Sn). Gold (Au) has good thermal and electrical conductivity and has the advantage of not forming a surface oxide film. However, gold is a very expensive material as a precious metal, and when used for metal bonding, the process unit cost increases.
따라서, 금(Au)을 대체하여 금속 접합의 단가를 낮추면서도 높은 전기 및 열전도도를 갖는 접합 금속 적층체의 형성 기술이 요구된다.Therefore, there is a need for a technique for forming a metal laminate having high electrical and thermal conductivity while lowering the cost of metal bonding by replacing gold (Au).
본 발명은 반응 금속층 및 산화 방지 금속층을 포함하는 접합 금속 적층체를 통해 산화막 형성을 억제하여 접합력을 증가시킬 수 있는 접합 금속 적층체, 금속 접합용 적층 구조체 및 접합 방법을 제공한다.The present invention provides a bonded metal laminate, a laminated structure for metal bonding, and a bonding method capable of increasing bonding strength by suppressing formation of an oxide film through a bonded metal stack including a reactive metal layer and an oxidation-preventing metal layer.
본 발명의 일실시예에 따른 접합 금속 적층체는 접합 대상물 중 어느 하나 상에 제공되어, 외부에서 제공되는 주석(Sn)과 반응하여 공융계 합금을 형성할 수 있는 반응 금속층; 및 상기 반응 금속층의 상에 제공되어, 상기 반응 금속층의 산화를 방지하는 산화 방지 금속층;을 포함할 수 있다.A bonding metal laminate according to an embodiment of the present invention includes a reaction metal layer provided on any one of objects to be bonded and reacting with tin (Sn) provided from the outside to form a eutectic alloy; and an anti-oxidation metal layer provided on the reactive metal layer to prevent oxidation of the reactive metal layer.
상기 산화 방지 금속층의 두께는 상기 반응 금속층의 두께의 10% 이하일 수 있다.A thickness of the anti-oxidation metal layer may be 10% or less of a thickness of the reactive metal layer.
상기 접합 대상물 중 어느 하나와 상기 반응 금속층의 사이에 제공되어, 상기 주석(Sn), 반응 금속층 및 이들의 합금 중 적어도 어느 하나가 상기 접합 대상물 중 어느 하나로 확산하는 것을 방지하는 장벽 금속층;을 더 포함할 수 있다.A barrier metal layer provided between any one of the objects to be joined and the reactive metal layer to prevent diffusion of at least one of the tin (Sn), the reactive metal layer, and an alloy thereof into any one of the objects to be joined; further comprising can do.
상기 공융계 합금은 금속 접합을 위한 열처리 온도에서 적어도 부분적으로 용융되고, 상기 장벽 금속층과 공융계 합금이 반응하여 형성된 합금의 용융 온도는, 상기 공융계 합금의 용융 온도보다 높을 수 있다.The eutectic alloy is at least partially melted at a heat treatment temperature for metal bonding, and the melting temperature of the alloy formed by the reaction between the barrier metal layer and the eutectic alloy may be higher than the melting temperature of the eutectic alloy.
상기 접합 대상물 중 어느 하나와 상기 장벽 금속층의 사이에 제공되어, 상기 주석(Sn), 반응 금속층 및 이들의 합금 중 적어도 어느 하나가 상기 접합 대상물 중 어느 하나로 확산하는 것을 추가로 방지하는 추가 장벽 금속층;을 더 포함하고, 상기 추가 장벽 금속층은 상기 장벽 금속층에 포함된 금속과 상이한 금속을 포함할 수 있다.An additional barrier metal layer provided between any one of the objects to be joined and the barrier metal layer to further prevent diffusion of at least one of the tin (Sn), the reactive metal layer, and an alloy thereof into any one of the objects to be joined; Further, the additional barrier metal layer may include a metal different from the metal included in the barrier metal layer.
상기 추가 장벽 금속층과 공융계 합금이 반응하여 형성된 합금의 용융 온도는, 상기 장벽 금속층과 공융계 합금이 반응하여 형성된 합금의 용융 온도보다 높을 수 있다.A melting temperature of an alloy formed by reacting the additional barrier metal layer with the eutectic alloy may be higher than a melting temperature of an alloy formed by reacting the barrier metal layer with the eutectic alloy.
상기 반응 금속층은 은(Ag), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 산화 방지 금속층은 니켈(Ni) 또는 크롬(Cr)을 포함할 수 있다.The reactive metal layer may include at least one of silver (Ag), copper (Cu), and aluminum (Al), and the anti-oxidation metal layer may include nickel (Ni) or chromium (Cr).
본 발명의 다른 일실시예에 따른 금속 접합용 적층 구조체는 본 발명의 일실시예에 따른 접합 금속 적층체; 및 접합 대상물 중 다른 하나 상에 제공되고, 주석(Sn)을 포함하는 솔더 금속층을 구비하는 솔더 금속 적층체;를 포함할 수 있다.A laminated structure for metal bonding according to another embodiment of the present invention includes a metal bonding laminate according to an embodiment of the present invention; and a solder metal laminate provided on the other one of the objects to be joined and having a solder metal layer containing tin (Sn).
상기 솔더 금속 적층체는 상기 접합 금속 적층체와 서로 대향하도록 접촉될 수 있다. The solder metal laminate may be in contact with the bonding metal laminate to face each other.
상기 솔더 금속 적층체는, 상기 접합 대상물 중 다른 하나와 상기 솔더 금속층의 사이에 제공되어, 상기 주석(Sn), 반응 금속층 및 이들의 합금 중 적어도 어느 하나가 상기 접합 대상물 중 다른 하나로 확산하는 것을 방지하는 솔더 장벽 금속층;을 더 포함할 수 있다.The solder metal laminate is provided between the solder metal layer and another one of the objects to be joined to prevent diffusion of at least one of the tin (Sn), the reactive metal layer, and alloys thereof to the other object to be joined. It may further include; a solder barrier metal layer to.
상기 솔더 장벽 금속층과 공융계 합금이 반응하여 형성된 합금의 용융 온도는, 상기 공융계 합금의 용융 온도보다 높을 수 있다.A melting temperature of an alloy formed by reacting the solder barrier metal layer with the eutectic alloy may be higher than the melting temperature of the eutectic alloy.
상기 솔더 금속 적층체는, 상기 접합 대상물 중 다른 하나와 상기 솔더 장벽 금속층의 사이에 제공되어, 상기 주석(Sn), 반응 금속층 및 이들의 합금 중 적어도 어느 하나가 상기 접합 대상물 중 다른 하나로 확산하는 것을 추가로 방지하는 솔더 추가 장벽 금속층;을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 솔더 추가 장벽 금속층은 상기 솔더 장벽 금속층에 포함된 금속과 상이한 금속을 포함하고, 상기 솔더 추가 장벽 금속층과 공융계 합금이 반응하여 형성된 합금의 용융 온도는, 상기 솔더 장벽 금속층과 공융계 합금이 반응하여 형성된 합금의 용융 온도보다 높을 수 있다.The solder metal laminate is provided between the other one of the bonding objects and the solder barrier metal layer to prevent diffusion of at least one of the tin (Sn), the reactive metal layer, and an alloy thereof into the other one of the bonding objects. It may further include; a barrier metal layer to prevent additional solder addition. In this case, the solder additional barrier metal layer includes a metal different from the metal included in the solder barrier metal layer, and the melting temperature of the alloy formed by the reaction between the solder additional barrier metal layer and the eutectic alloy is may be higher than the melting temperature of the alloy formed by this reaction.
상기 솔더 금속 적층체는, 상기 솔더 금속층의 상에 제공되어, 상기 솔더 금속층의 산화를 방지하는 솔더 산화 방지 금속층;을 더 포함할 수 있다.The solder metal laminate may further include a solder oxidation preventing metal layer provided on the solder metal layer to prevent oxidation of the solder metal layer.
상기 솔더 산화 방지 금속층의 두께는 상기 솔더 금속층의 두께의 10% 이하일 수 있다.A thickness of the solder oxidation preventing metal layer may be 10% or less of a thickness of the solder metal layer.
상기 솔더 산화 방지 금속층은 니켈(Ni) 또는 크롬(Cr)을 포함할 수 있다.The solder oxidation preventing metal layer may include nickel (Ni) or chromium (Cr).
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 금속 접합 방법은 접합 대상물 중 어느 하나 상에, 주석(Sn)을 포함하는 솔더 금속층을 구비하는 솔더 금속 적층체를 준비하는 과정; 접합 대상물 중 다른 하나 상에, 상기 주석(Sn)과 반응하여 공융계 합금을 형성할 수 있는 반응 금속층 및 상기 반응 금속층의 산화를 방지하는 산화 방지 금속층을 구비하는 접합 금속 적층체를 준비하는 과정; 준비된 상기 접합 금속 적층체와 준비된 상기 솔더 금속 적층체를 서로 대향하도록 적층하여 금속 접합용 적층 구조체를 형성하는 과정; 및 형성된 상기 금속 접합용 적층 구조체를 열처리하는 과정;을 포함할 수 있다.A metal bonding method according to another embodiment of the present invention includes the steps of preparing a solder metal laminate having a solder metal layer containing tin (Sn) on any one of the objects to be joined; preparing a bonding metal laminate including a reaction metal layer capable of forming a eutectic alloy by reacting with tin (Sn) and an oxidation preventing metal layer preventing oxidation of the reaction metal layer on another one of the objects to be bonded; forming a laminated structure for metal bonding by laminating the prepared bonding metal laminate and the prepared solder metal laminate to face each other; and heat-treating the formed multilayer structure for metal bonding.
상기 솔더 금속 적층체는, 상기 주석(Sn), 반응 금속층 및 이들의 합금 중 적어도 어느 하나가 상기 접합 대상물 중 어느 하나로 확산하는 것을 방지하는 솔더 장벽 금속층;을 더 포함할 수 있다.The solder metal laminate may further include a solder barrier metal layer preventing diffusion of at least one of the tin (Sn), the reactive metal layer, and an alloy thereof to one of the objects to be joined.
상기 솔더 장벽 금속층과 공융계 합금이 반응하여 형성된 합금의 용융 온도는, 상기 공융계 합금의 용융 온도보다 높을 수 있다.A melting temperature of an alloy formed by reacting the solder barrier metal layer with the eutectic alloy may be higher than the melting temperature of the eutectic alloy.
상기 솔더 금속 적층체는, 상기 솔더 금속층의 상에 제공되어 상기 솔더 금속층의 산화를 방지하는 솔더 산화 방지 금속층;을 더 포함할 수 있다.The solder metal laminate may further include a solder oxidation preventing metal layer provided on the solder metal layer to prevent oxidation of the solder metal layer.
상기 접합 금속 적층체는, 상기 주석(Sn), 반응 금속층 및 이들의 합금 중 적어도 어느 하나가 상기 접합 대상물 중 다른 하나로 확산하는 것을 방지하는 장벽 금속층;을 더 포함할 수 있다.The bonding metal laminate may further include a barrier metal layer preventing diffusion of at least one of the tin (Sn), the reactive metal layer, and an alloy thereof to another one of the bonding objects.
상기 공융계 합금은 금속 접합을 위한 열처리 온도에서 적어도 부분적으로 용융되고, 상기 장벽 금속층과 공융계 합금이 반응하여 형성된 합금의 용융 온도는, 상기 공융계 합금의 용융 온도보다 높을 수 있다.The eutectic alloy is at least partially melted at a heat treatment temperature for metal bonding, and the melting temperature of the alloy formed by the reaction between the barrier metal layer and the eutectic alloy may be higher than the melting temperature of the eutectic alloy.
본 발명의 실시 형태에 따른 접합 금속 적층체는 주석(Sn)과 공융계 합금을 형성하는 반응 금속층과 산화 방지 금속층을 포함함으로써, 산화막 형성을 억제하여 접합력을 증가시킬 수 있다. 그리고 접합 금속 적층체는 장벽 금속층 및 추가 장벽 금속층을 더 포함하여 공융계 합금을 형성하는 금속이 접합 대상물로 확산하는 것을 방지하여 접합 대상물을 보호할 수 있다. 공융계 합금은 금속 접합을 위한 열처리 온도에서 적어도 부분적으로 용융됨으로써, 주석(Sn)과 반응 금속층이 합금화될 수 있다. 이때, 장벽 금속층 및 추가 장벽 금속층 각각이 공융계 합금과 반응하여 형성된 합금의 용융 온도는 공융계 합금의 용융 온도보다 높을 수 있다. 이로 인해, 장벽 금속층 및 추가 장벽 금속층은 용융 상태의 공융계 합금과 반응하여 고체화시킬 수 있고, 이에 따라 접합 대상물 간에 금속 접합이 진행될 수 있다. The bonding metal laminate according to the embodiment of the present invention includes a reactive metal layer and an oxidation preventing metal layer forming a eutectic alloy with tin (Sn), thereby suppressing formation of an oxide film and increasing bonding strength. In addition, the bonding metal laminate may further include a barrier metal layer and an additional barrier metal layer to prevent the diffusion of the metal forming the eutectic alloy to the bonding object, thereby protecting the bonding object. The eutectic alloy is at least partially melted at a heat treatment temperature for metal bonding, so that tin (Sn) and the reactive metal layer may be alloyed. In this case, the melting temperature of the alloy formed by reacting each of the barrier metal layer and the additional barrier metal layer with the eutectic alloy may be higher than the melting temperature of the eutectic alloy. Due to this, the barrier metal layer and the additional barrier metal layer may react with and solidify the eutectic alloy in a molten state, and accordingly, metal bonding may proceed between objects to be joined.
금속 접합용 적층 구조체는 접합 대상물 중 어느 하나 상에 제공되는 접합 금속 적층체와 접합 대상물 중 다른 하나 상에 제공되는 솔더 금속 적층체를 포함함으로써, 산화막 형성을 억제하여 접합력을 증가시킬 수 있다. 특히, 솔더 금속 적층체는 접합 금속 적층체에 주석(Sn)을 제공하는 솔더 금속층과 솔더 금속층의 산화를 방지하는 솔더 산화 방지 금속층을 포함함으로써, 주석(Sn)의 산화막 형성이 억제되어 금속 접합이 원활하게 진행될 수 있다. 또한, 솔더 금속 적층체는 솔더 장벽 금속층을 더 포함하여 공융계 합금을 형성하는 금속이 접합 대상물로 확산하는 것을 방지하여 접합 대상물을 보호할 수 있다. 솔더 장벽 금속층이 공융계 합금과 반응하여 형성된 합금의 용융 온도는 공융계 합금의 용융 온도보다 높을 수 있다. 이로 인해, 솔더 장벽 금속층은 용융 상태의 공융계 합금과 반응하여 고체화시킬 수 있고, 이에 따라 접합 대상물 간에 금속 접합이 진행될 수 있다. The laminated structure for metal bonding may include a bonding metal laminate provided on one of the bonding objects and a solder metal laminate provided on the other of the bonding objects, thereby suppressing formation of an oxide film and increasing bonding strength. In particular, the solder metal laminate includes a solder metal layer for providing tin (Sn) to the joint metal laminate and a solder oxidation preventing metal layer for preventing oxidation of the solder metal layer, thereby suppressing the formation of an oxide film of tin (Sn) to ensure metal bonding. can proceed smoothly. In addition, the solder metal laminate may further include a solder barrier metal layer to protect the object to be joined by preventing diffusion of the metal forming the eutectic alloy to the object to be joined. The melting temperature of the alloy formed by the reaction of the solder barrier metal layer with the eutectic alloy may be higher than the melting temperature of the eutectic alloy. Due to this, the solder barrier metal layer may react with and solidify the eutectic alloy in a molten state, and accordingly, metal bonding may proceed between objects to be joined.
그리고 금속 접합 방법은 접합 금속 적층체와 솔더 금속 적층체를 서로 대향하도록 적층하여 금속 접합용 적층 구조체를 형성하는 과정을 포함할 수 있다. 이때, 접합 금속 적층체는 산화 방지 금속층을, 솔더 금속 적층체는 솔더 산화 방지 금속층을 포함함으로써, 금속 접합 시 산화막 형성을 억제하여 접합력을 증가시킬 수 있다.Further, the metal bonding method may include forming a multilayer structure for metal bonding by stacking the bonding metal laminate and the solder metal laminate to face each other. In this case, bonding strength may be increased by suppressing formation of an oxide film during metal bonding by including the oxidation-preventing metal layer in the bonding metal laminate and the solder oxidation-preventing metal layer in the solder metal laminate.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 접합 금속 적층체를 설명하기 위한 단면도.
도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 접합용 적층 구조체의 접합 금속 적층체 및 솔더 금속 적층체의 접촉 전후를 설명하기 위한 단면도.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 금속 접합 방법을 나타낸 순서도.1 is a cross-sectional view for explaining a bonded metal laminate according to an embodiment of the present invention.
2a to 2b are cross-sectional views for explaining before and after contact between the bonding metal laminate and the solder metal laminate of the laminated structure for metal bonding according to another embodiment of the present invention.
Figure 3 is a flow chart showing a metal bonding method according to another embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 설명 중, 동일 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하도록 하고, 도면은 본 발명의 실시예를 정확히 설명하기 위하여 크기가 부분적으로 과장될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, only these embodiments will complete the disclosure of the present invention, and will fully cover the scope of the invention to those skilled in the art. It is provided to inform you. During the description, the same reference numerals are assigned to the same components, and the drawings may be partially exaggerated in size in order to accurately describe the embodiments of the present invention, and the same numerals refer to the same elements in the drawings.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 접합 금속 적층체를 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view for explaining a bonded metal laminate according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 접합 금속 적층체(100)는 접합 대상물 중 어느 하나(10) 상에 제공되어, 외부에서 제공되는 주석(Sn)과 반응하여 공융계 합금을 형성할 수 있는 반응 금속층(110); 및 상기 반응 금속층(110)의 상에 제공되어, 상기 반응 금속층(110)의 산화를 방지하는 산화 방지 금속층(120);을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , a
상기 반응 금속층(110)은 접합 대상물 중 어느 하나 상에 제공되어, 상기 접합 금속 적층체(100)의 외부에서 제공되는 주석(Sn)과 반응하여 공융계 합금을 형성할 수 있다. 이때, 상기 반응 금속층(110)은 금속 접합을 위한 열처리 온도(예를 들어, 약 250℃)에서 상기 주석(Sn)과 반응하여 적어도 부분적으로 용융 상태일 수 있다. 그리고 상기 반응 금속층(110)과 상기 주석(Sn)이 반응하여 형성된 이들의 합금의 용융 온도는 상기 주석(Sn)의 용융 온도보다 낮을 수 있다.The
이때, 상기 주석(Sn)은 외부에서 와이어, 볼 및 페이스트 형태로 공급할 수 있다. 예를 들어, 두 접합 대상물 상에 접합 금속 적층체를 각각 형성시키고, 형성된 접합 금속 적층체 사이에 와이어, 볼 및 페이스트 형태로 주석(Sn)을 공급할 수 있다. 또한, 상기 주석(Sn)은 후술하는 바와 같이 솔더 금속 적층체로부터 공급할 수 있다.At this time, the tin (Sn) may be supplied from the outside in the form of a wire, ball, or paste. For example, a bonding metal laminate may be formed on two objects to be bonded, respectively, and tin (Sn) may be supplied in the form of a wire, ball, or paste between the formed bonding metal laminates. In addition, the tin (Sn) may be supplied from a solder metal laminate as described below.
상기 산화 방지 금속층(120)은 상기 반응 금속층(110)의 산화를 방지하기 위해, 산소 결합성이 낮은 금속을 포함할 수 있다. 본 발명의 접합 금속 적층체(100)는 후술하는 바와 같이 반응 금속층(110)으로 금(Au)을 대체하여 상대적으로 저가의 재료인 은(Ag), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al)을 사용할 수 있다. 그러나 은(Ag), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al)의 높은 산소 결합성으로 인하여, 은(Ag), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 반응 금속층(100)은 상기 반응 금속층(100)의 산화를 방지하는 산화 방지 금속층(120)이 필요할 수 있다. 즉, 본 발명의 접합 금속 적층체(100)는 반응 금속층(110)의 산화를 방지하는 산화 방지 금속층(120)을 포함함으로써, 고가의 금(Au)을 대체하여 금속 접합 단가를 절감할 수 있다.The
이렇게 상기 접합 금속 적층체(100)는 상기 반응 금속층(110) 및 상기 산화 방지 금속층(120)을 포함함으로써, 산화막 형성이 억제되어 금속 접합 시 접합 대상물 간의 접합력이 증가될 수 있다. 이때, 산화막은 금속의 국부적인 상호 확산 및 용융화를 억제하여, 상기 반응 금속층(110)과 상기 솔더 금속층(210)의 합금화를 위한 반응을 방해함으로써, 접합 대상물 간의 금속 접합을 방해할 수 있다. 이로 인해, 상기 접합 금속 적층체(100)는 상기 산화 방지 금속층(120)을 포함함으로써, 상기 반응 금속층(110)의 산화막 형성이 억제되어 금속 접합이 원활하게 진행될 수 있다In this way, the
이러한 상기 접합 금속 적층체(100)는 접합 대상물 중 어느 하나(10) 상에 형성하여 전기 또는 열 전달의 목적으로 두 개의 접합 대상물을 금속 접합할 수 있다. 이러한 상기 접합 금속 적층체(100)는 플립칩 본딩, 레이저 다이오드 칩 본딩, 고출력 발광 다이오드 칩 본딩, 고출력 전자 소자 칩 본딩 등 동작 시 고열이 발생되는 소자의 방열을 위한 패키징에 본딩하는 공정에 사용될 수 있다. 또한, 상기 접합 금속 적층체(100)는 적층 세라믹 콘덴서(multi-layer ceramic condenser; MLCC) 등의 칩 캐패시터, 칩 다이오드, 칩 저항 등 다양한 부품의 전기적 결선을 위한 솔더 본딩에도 사용될 수 있다.The
상기 산화 방지 금속층(120)의 두께는 상기 반응 금속층(110)의 두께의 10% 이하일 수 있다.A thickness of the
상기 산화 방지 금속층(120)의 두께가 상기 반응 금속층(110)의 두께의 10% 이하일 경우, 상기 공융계 합금을 형성하는 반응이 진행될 수 있다. 즉, 상기 산화 방지 금속층(120)의 얇은 두께로 인해 상기 반응 금속층(110)은 외부에서 제공되는 상기 주석(Sn)과 반응할 수 있다. 이렇게 상기 산화 방지 금속층(120)의 두께가 상기 반응 금속층(110)의 두께의 10% 이하임으로써, 상기 산화 방지 금속층(120)은 상기 반응 금속층(110)의 산화를 막으면서 상기 반응 금속층(110)과 상기 주석(Sn)의 반응을 방해하지 않을 수 있다.When the thickness of the
특히, 상기 산화 방지 금속층(120)에 포함된 금속은, 주석(Sn)과 반응 시 주석(Sn)과 반응하는 함량이 증가할수록 용융 온도를 급격히 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 산화 방지 금속층(120)에 포함된 금속이 니켈(Ni)일 경우, 니켈(Ni)-주석(Sn) 상태도를 참조하면, 니켈(Ni)의 조성이 0at%일 때 이들의 합금의 용융 온도는 약 230℃이고, 니켈(Ni)의 조성이 10at%일 때 이들의 합금의 용융 온도는 약 700℃일 수 있다. 이로 인해, 상기 산화 방지 금속층(120)에 포함된 금속의 함량이 높을 경우, 금속 접합을 위한 열처리 온도(예를 들어, 약 250℃)에서 상기 산화 방지 금속층(120)이 용융되지 않을 수 있다. 이때, 상기 산화 방지 금속층(120)의 두께가 두꺼울수록, 상기 산화 방지 금속층(120)에 포함된 금속의 함량이 증가될 수 있다. 이에 따라, 상기 산화 방지 금속층(120)의 두께가 상기 반응 금속층(110)의 두께의 10% 이상일 경우, 상기 주석(Sn)과 상기 반응 금속층(110)의 공융계 합금 형성을 위한 반응이 진행되지 않을 수 있다. In particular, when the metal included in the
여기서, 상기 산화 방지 금속층(120)에 포함된 금속의 함량이 적을 경우, 금속 접합을 위한 열처리 온도(예를 들어, 약 250℃)에서 상기 산화 방지 금속층(120)은 적어도 부분적으로 용융 상태를 유지할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 상기 산화 방지 금속층(120)은 두께가 상기 반응 금속층(110)의 두께의 10% 이하로써, 금속 접합을 위한 열처리 온도(예를 들어, 약 250℃)에서 상기 산화 방지 금속층이 적어도 부분적으로 용융 상태로 유지되므로 상기 주석(Sn)과 상기 반응 금속층(110)이 상호확산되어 상기 공융계 합금을 형성할 수 있다.Here, when the content of the metal included in the
이때, 상기 산화 방지 금속층(120)의 두께가 상기 반응 금속층(110)의 두께의 10% 이상일 경우, 상기 공융계 합금을 형성하는 반응이 진행되지 않을 수 있다. 즉, 상기 산화 방지 금속층(120)의 두꺼운 두께와 용융 온도를 증가시키는 특성으로 인해, 상기 산화 방지 금속층(120)은 금속 접합을 위한 열처리 온도(예를 들어, 약 250℃)에서 용융되지 않고 고체 상태로 유지될 수 있다. 이에 따라, 상기 반응 금속층(110)이 외부에서 제공되는 상기 주석(Sn)과 반응하지 못할 수 있다. 즉, 상기 산화 방지 금속층(120)의 고체인 상태와 두꺼운 두께로 인해, 상기 반응 금속층(110)과 상기 주석(Sn)은 상호확산만으로 반응하지 못하여 공융계 합금을 형성할 수 없다. 이로 인해, 상기 산화 방지 금속층(120)이 상기 반응 금속층(110)과 상기 주석(Sn)의 반응을 방해하여, 접합 대상물 간의 금속 접합이 진행되지 않을 수 있다.In this case, when the thickness of the
또한, 상기 산화 방지 금속층(120)의 두께가 상기 반응 금속층(110)의 두께의 10% 이상일 경우, 열처리 시 형성되는 합금에 상기 산화 방지 금속층(120)에 포함된 금속의 함량이 증가하여 조성 변화로 인한 합금 특성이 변화될 수 있다. 이로 인해, 금속 접합 시 접합 대상물 간의 접합력 또는 전기 및 열전도도가 변화될 수 있다.In addition, when the thickness of the
상기 접합 대상물 중 어느 하나(10)와 상기 반응 금속층(110)의 사이에 제공되어, 상기 주석(Sn), 반응 금속층(110) 및 이들의 합금 중 적어도 어느 하나가 상기 접합 대상물 중 어느 하나(10)로 확산하는 것을 방지하는 장벽 금속층(130);을 더 포함할 수 있다.It is provided between any one of the bonding objects 10 and the
상기 장벽 금속층(130)은 상기 접합 대상물 중 어느 하나(10)와 상기 반응 금속층(110)의 사이에 제공되어, 상기 접합 대상물 중 어느 하나(10)로의 금속의 확산을 방지함으로써 상기 접합 대상물 중 어느 하나(10)를 보호할 수 있다. 이때, 상기 장벽 금속층(130)은 상기 공융계 합금의 용융 온도를 증가시키는 금속을 포함할 수 있다. 이로 인해, 적어도 부분적으로 용융 상태인 상기 공융계 합금이 상기 장벽 금속층(130)으로 확산 시, 상기 공융계 합금이 고체화될 수 있다. 이렇게 상기 장벽 금속층(130)은 상기 공융계 합금과 반응하여 고체화시킴으로써, 상기 주석(Sn), 반응 금속층(110) 및 이들의 합금 중 적어도 어느 하나가 상기 접합 대상물 중 어느 하나(10)로 확산하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 장벽 금속층(130)은 적어도 부분적으로 용융 상태인 상기 공융계 합금과 반응하여 고체화시킴으로써, 접합 대상물 간의 접합이 이루어질 수 있다.The
상기 공융계 합금은 금속 접합을 위한 열처리 온도에서 적어도 부분적으로 용융되고, 상기 장벽 금속층(130)과 공융계 합금이 반응하여 형성된 합금의 용융 온도는, 상기 공융계 합금의 용융 온도보다 높을 수 있다.The eutectic alloy is at least partially melted at a heat treatment temperature for metal bonding, and the melting temperature of the alloy formed by the reaction between the
상기 공융계 합금은 금속 접합을 위한 열처리 온도(예를 들어, 약 250℃)에서 적어도 부분적으로 용융될 수 있다. 이로 인해, 상기 반응 금속층(110)과 상기 주석(Sn)이 반응하여 합금화가 진행될 수 있다.The eutectic alloy may be at least partially melted at a heat treatment temperature for metal bonding (eg, about 250° C.). Due to this, alloying may proceed by reacting the
상기 장벽 금속층(130)과 공융계 합금이 반응하여 형성된 합금의 용융 온도는, 상기 공융계 합금의 용융 온도보다 높을 수 있다. 즉, 상기 장벽 금속층(130)은 상기 공융계 합금의 용융 온도를 높이는 금속을 포함할 수 있다. 이로 인해, 상기 장벽 금속층(130)은 적어도 부분적으로 용융 상태인 상기 공융계 합금과 반응하여 고체화시킬 수 있다. 이렇게 상기 장벽 금속층(130)과 공융계 합금이 반응하여 형성된 합금은 고체화되어, 상기 주석(Sn), 반응 금속층(110) 및 이들의 합금 중 적어도 어느 하나가 상기 접합 대상물 중 어느 하나(10)로 확산하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 장벽 금속층(130)은 적어도 부분적으로 용융 상태인 상기 공융계 합금과 반응하여 고체화시킴으로써, 접합 대상물 간의 접합이 이루어질 수 있다.The melting temperature of the alloy formed by the reaction between the
이때, 상기 장벽 금속층(130)과 공융계 합금이 반응하여 형성된 합금의 용융 온도가 상기 공융계 합금의 용융 온도보다 낮을 경우, 상기 장벽 금속층(130)과 공융계 합금이 반응하여 형성된 합금은 금속 접합을 위한 열처리 온도(예를 들어, 약 250℃)에서 고체화가 되지 않고 적어도 부분적으로 용융 상태일 수 있다. 이로 인해, 상기 접합 금속 적층체(100)의 적어도 일부분과 상기 접합 대상물 중 어느 하나(10)가 분리되어 접합 대상물 간의 금속 접합이 진행되지 않을 수 있다.In this case, when the melting temperature of the alloy formed by the reaction of the
상기 접합 대상물 중 어느 하나(10)와 상기 장벽 금속층(130)의 사이에 제공되어, 상기 주석(Sn), 반응 금속층(110) 및 이들의 합금 중 적어도 어느 하나가 상기 접합 대상물 중 어느 하나(10)로 확산하는 것을 추가로 방지하는 추가 장벽 금속층(140);을 더 포함하고, 상기 추가 장벽 금속층(140)은 상기 장벽 금속층(130)에 포함된 금속과 상이한 금속을 포함할 수 있다.It is provided between any one of the bonding objects 10 and the
상기 추가 장벽 금속층(140)은 상기 접합 대상물 중 어느 하나(10)와 상기 장벽 금속층(130)의 사이에 제공되어, 금속의 확산을 추가로 방지함으로써 상기 접합 대상물 중 어느 하나(10)를 보호할 수 있다. 이러한 상기 추가 장벽 금속층(140)은 외부에서 제공되는 주석(Sn)의 함량이 높음으로써 상기 장벽 금속층(130)과 공융계 합금이 반응하여 형성된 합금이 적어도 부분적으로 용융 상태일 경우 필요할 수 있다. The additional
이때, 상기 추가 장벽 금속층(140)은 상기 장벽 금속층(130)에 포함된 금속과 상이한 금속을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 장벽 금속층(130)에는 니켈(Ni)을, 상기 추가 장벽 금속층(140)에는 크롬(Cr)을 포함할 수 있다.In this case, the additional
그리고 상기 추가 장벽 금속층(140)은 상기 장벽 금속층(130)에 포함된 금속보다 상기 공융계 합금의 용융 온도를 더 증가시키는 금속을 포함할 수 있다. 이로 인해, 상기 공융계 합금이 상기 추가 장벽 금속층(140)으로 확산 시, 상기 공융계 합금 전체가 고체화될 수 있다. 이렇게 상기 추가 장벽 금속층(140)은 상기 공융계 합금과 반응하여 추가로 더 고체화시킴으로써, 상기 주석(Sn), 반응 금속층(110), 및 이들의 합금 중 적어도 어느 하나가 상기 접합 대상물 중 어느 하나(10)로 확산하는 것을 추가로 방지할 수 있다. 또한, 상기 추가 장벽 금속층(140)은 적어도 부분적으로 용융 상태인 상기 공융계 합금과 반응하여 고체화시킴으로써, 접합 대상물 간의 접합이 이루어질 수 있다.Further, the additional
여기서, 외부에서 제공되는 주석(Sn)이 진공 증착으로 형성됐을 경우, 상기 주석(Sn)을 포함하는 금속층의 두께를 정확하게 조절할 수 있으므로 추가 장벽 금속층은 필요 없을 수 있다. 반면에, 외부에서 제공되는 주석(Sn)이 와이어나 볼의 형태로 공급되는 경우, 높은 주석(Sn)의 함량으로 인해 상기 공융계 합금이 고체화되지 않고 용융 상태로 유지될 수 있으므로 추가 장벽 금속층이 필요할 수 있다. 예를 들어, 추가 장벽 금속층 없이 외부에서 높은 함량의 주석(Sn)이 제공될 경우, 실리콘 웨이퍼, 유리, 에프알피(FRP; fiber glass reinforced plastics) 등의 기판에서 접합 금속 적층체(100)의 금속층이 분리될 수 있다.Here, when tin (Sn) provided from the outside is formed by vacuum deposition, since the thickness of the metal layer including the tin (Sn) can be precisely controlled, an additional barrier metal layer may not be required. On the other hand, when tin (Sn) supplied from the outside is supplied in the form of a wire or ball, the eutectic alloy can be maintained in a molten state without being solidified due to the high content of tin (Sn), so an additional barrier metal layer is required. may be needed For example, when a high content of tin (Sn) is provided from the outside without an additional barrier metal layer, the metal layer of the bonded
상기 추가 장벽 금속층(140)과 공융계 합금이 반응하여 형성된 합금의 용융 온도는, 상기 장벽 금속층과 공융계 합금이 반응하여 형성된 합금의 용융 온도보다 높을 수 있다.The melting temperature of the alloy formed by the reaction between the additional
상기 추가 장벽 금속층(140)과 공융계 합금이 반응하여 형성된 합금의 용융 온도가 상기 장벽 금속층(130)과 공융계 합금이 반응하여 형성된 합금의 용융 온도보다 높음으로써, 상기 추가 장벽 금속층(140)은 금속의 확산을 추가로 방지할 수 있다. 즉, 상기 추가 장벽 금속층(140)은 상기 추가 장벽 금속층(140)으로 확산되는 상기 공융계 합금과 반응하여 고체화시킴으로써, 상기 접합 대상물 중 어느 하나를 보호할 수 있다. 또한, 상기 추가 장벽 금속층(140)은 적어도 부분적으로 용융 상태인 상기 공융계 합금과 반응하여 고체화시킴으로써, 접합 대상물 간의 접합이 이루어질 수 있다.Since the melting temperature of the alloy formed by the reaction of the additional
상기 반응 금속층(110)은 은(Ag), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 산화 방지 금속층(120)은 니켈(Ni) 또는 크롬(Cr)을 포함할 수 있다.The
상기 반응 금속층(110)은 은(Ag), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속 또는 합금일 수 있다. 은(Ag), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al)은 주석(Sn)과 합금화가 가능하며 금속 접합을 위한 열처리 온도에서 적어도 부분적으로 용융될 수 있다. The
종래기술은 접합 금속 적층체의 반응 금속층으로 금(Au)을 사용하였다. 그러나 금(Au)은 고가의 재료로 대체할 필요가 있었다. 금(Au)을 대체하기 위해, 반응 금속층은 상대적으로 저가의 재료인 은(Ag), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al)을 사용할 수 있다. 그러나 은(Ag), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al)은 높은 산소 결합성으로 인해 접합 금속 적층체에 사용되지 않았다. In the prior art, gold (Au) was used as a reactive metal layer of a bonded metal laminate. However, gold (Au) needed to be replaced with an expensive material. In order to replace gold (Au), the reactive metal layer may use relatively inexpensive materials such as silver (Ag), copper (Cu), and aluminum (Al). However, silver (Ag), copper (Cu), and aluminum (Al) have not been used in bonded metal laminates due to their high oxygen bonding properties.
반면에 본 발명의 접합 금속 적층체(100)는 반응 금속층(110)의 산화를 방지하는 산화 방지 금속층(120)을 포함함으로써, 은(Ag), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 반응 금속층(110)을 사용할 수 있다. 이로 인해, 본 발명의 접합 금속 적층체(100)는 은(Ag), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 반응 금속층(110)을 포함함으로써, 저가로 접합 대상물을 금속 접합할 수 있다. 특히, 은(Ag)은 주석(Sn)과의 합금 형성 상태가 금(Au)과 매우 유사하여 금(Au)을 대체하기 유리할 수 있다. 또한, 은(Ag)은 금(Au)보다 전기 및 열전도도가 높으므로, 은(Ag)을 포함한 접합 금속 적층체(100)는 높은 전기 및 열전도도를 가질 수 있다.On the other hand, the
상기 산화 방지 금속층(120)은 니켈(Ni) 또는 크롬(Cr)을 포함하는 금속 또는 합금일 수 있다. 니켈(Ni) 및 크롬(Cr)은 산소 결합성이 낮아 산화가 쉽게 일어나지 않고 내화학성이 우수할 수 있다. 이로 인해, 상기 산화 방지 금속층(120)에 포함된 니켈(Ni) 및 크롬(Cr)은 상기 접합 금속 적층체(100) 표면의 산화막 형성을 효과적으로 방지할 수 있다.The
이렇게 상기 반응 금속층(110)은 은(Ag)을, 상기 산화 방지 금속층(120)은 니켈(Ni)을 포함함으로써, 상기 반응 금속층(110)과 상기 산화 방지 금속층(120)을 구비하는 상기 접합 금속 적층체(100)는 금속 접합 공정의 비용을 절감할 수 있다.In this way, the
추가로, 상기 접합 금속 적층체(100)는 상기 접합 대상물 중 어느 하나(10)와 상기 장벽 금속층(130)의 사이에 제공되어, 상기 접합 대상물 중 어느 하나(10)와 상기 장벽 금속층(130)의 접착력을 증가시키는 접착 금속층(150)을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 접합 금속 적층체(100)에 상기 추가 장벽 금속층(140)이 포함될 경우, 상기 접착 금속층(150)은 상기 접합 대상물 중 어느 하나(10)와 상기 추가 장벽 금속층(140)의 사이에 제공될 수 있다. 상기 접착 금속층(150)은 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 알루미늄(Al) 및 크롬(Cr) 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금일 수 있다.In addition, the
예를 들어, 이러한 접합 금속 적층체(100)는 50㎚ 이하의 상기 접착 금속층(150), 0.1 내지 0.3㎛의 상기 추가 장벽 금속층(140), 0.1 내지 0.3㎛의 상기 장벽 금속층(130), 0.1 내지 3㎛의 상기 반응 금속층(110), 상기 반응 금속층(110)의 두께의 10% 이하인 상기 산화 방지 금속층(120)을 포함할 수 있다.For example, the
도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 접합용 적층 구조체의 접합 금속 적층체 및 솔더 금속 적층체의 접촉 전후를 설명하기 위한 단면도이다. 도 2a는 금속 접합용 적층 구조체에 포함된 접합 금속 적층체 및 솔더 금속 적층체가 서로 접촉되기 전의 단면도를 나타낸다. 또한, 도 2b는 금속 접합용 적층 구조체에 포함된 접합 금속 적층체 및 솔더 금속 적층체가 서로 대향하도록 접촉된 단면도를 나타낸다.2A to 2B are cross-sectional views for explaining before and after contact between the bonding metal laminate and the solder metal laminate of the laminated structure for metal bonding according to another embodiment of the present invention. Figure 2a shows a cross-sectional view before the bonding metal laminate and the solder metal laminate included in the laminated structure for metal bonding come into contact with each other. In addition, FIG. 2B shows a cross-sectional view in which the bonding metal laminate and the solder metal laminate included in the multilayer structure for metal bonding are in contact with each other so as to face each other.
도 2를 참조하여 이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 접합용 적층 구조체를 보다 상세히 살펴보는데, 본 발명의 일실시예에 따른 접합 금속 적층체와 관련하여 앞서 설명된 부분과 중복되는 사항들은 생략하도록 한다.Referring to FIG. 2, a laminated structure for metal bonding according to another embodiment of the present invention will be looked at in more detail below. Matters overlapping with those described above in relation to the metal-bonded laminate according to an embodiment of the present invention are omit it.
본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 접합용 적층 구조체는 본 발명의 일실시예에 따른 접합 금속 적층체(100); 및 접합 대상물 중 다른 하나(20) 상에 제공되고, 주석(Sn)을 포함하는 솔더 금속층(210)을 구비하는 솔더 금속 적층체(200);를 포함할 수 있다.A laminated structure for metal bonding according to another embodiment of the present invention includes a
상기 접합 금속 적층체(100)는 접합 대상물 중 어느 하나(10) 상에 제공되고, 주석(Sn)과 반응하여 공융계 합금을 형성할 수 있는 반응 금속층(110) 및 상기 반응 금속층(110)의 산화를 방지하는 산화 방지 금속층(120)을 구비할 수 있다.The
상기 솔더 금속 적층체(200)는 접합 대상물 중 다른 하나(20) 상에 제공되고, 상기 접합 금속 적층체(100)의 상기 반응 금속층(110)에 주석(Sn)을 제공하는 솔더 금속층(210)을 구비할 수 있다. 이때, 상기 솔더 금속층(210)은 주석(Sn)을 포함하는 금속 또는 합금일 수 있다.The
상기 접합 금속 적층체(100)의 상기 반응 금속층(110)은 상기 솔더 금속 적층체(200)의 상기 솔더 금속층(210)의 주석(Sn)과 반응하여 공융계 합금을 형성할 수 있다. 이때, 상기 공융계 합금은 금속 접합을 위한 열처리 온도(예를 들어, 약 250℃)에서 적어도 부분적으로 용융 상태일 수 있다. 그리고 상기 공융계 합금의 용융 온도는 상기 주석(Sn)의 용융 온도보다 낮을 수 있다. 적어도 부분적으로 용융 상태인 상기 공융계 합금은, 상기 장벽 금속층(130) 및 후술하는 바와 같이 상기 솔더 금속 적층체(200)에 포함된 솔더 장벽 금속층(220)으로 확산되면서 고체화될 수 있다. 이에 따라, 상기 접합 금속 적층체(100)와 상기 솔더 금속 적층체(200)는 고체 상태가 되어 금속 접합이 진행될 수 있다.The
상기 금속 접합용 적층 구조체는 금속 접합을 위한 열처리를 함으로써 접합 대상물을 금속 접합시킬 수 있다. 이때, 접합 대상물 중 주석(Sn)을 증착하기 용이한 접합 대상물에 상기 솔더 금속 적층체(200)를 형성시킬 수 있다. 예를 들어, 적층 세라믹 콘덴서(multi-layer ceramic condenser; MLCC)에 상기 솔더 금속 적층체(200)를 형성하고, 피씨비 기판에 상기 접합 금속 적층체(100)을 형성하여, 적층 세라믹 콘덴서(multi-layer ceramic condenser; MLCC)와 피씨비 기판을 금속 접합할 수 있다.The multilayer structure for metal bonding may bond objects to be bonded to metal by performing a heat treatment for metal bonding. At this time, the
상기 솔더 금속 적층체(200)는 상기 접합 금속 적층체(100)와 서로 대향하도록 접촉될 수 있다. The
상기 솔더 금속 적층체(200)는 상기 접합 금속 적층체(100)와 서로 대향하도록 접촉되어, 금속 접촉을 위한 열처리 시 상기 솔더 금속층(210)의 주석(Sn)을 상기 접합 금속 적층체(100)의 상기 반응 금속층(110)에 제공할 수 있다. 이로 인해, 금속 접합을 위한 열처리 온도(예를 들어, 약 250℃)에서 상기 반응 금속층(110)과 상기 솔더 금속층(210)이 반응하여 공융계 합금을 형성할 수 있다. 이때, 상기 공융계 합금은 적어도 부분적으로 용융되었다가 상기 장벽 금속층(130) 및 상기 솔더 장벽 금속층(220)으로 확산되면서 고체화될 수 있다. 이에 따라, 상기 접합 금속 적층체(100)와 상기 솔더 금속 적층체(200)는 고체 상태가 되어 금속 접합이 진행될 수 있다.The
상기 솔더 금속 적층체(200)는, 상기 접합 대상물 중 다른 하나(20)와 상기 솔더 금속층(210)의 사이에 제공되어, 상기 주석(Sn), 반응 금속층(110) 및 이들의 합금 중 적어도 어느 하나가 상기 접합 대상물 중 다른 하나(20)로 확산하는 것을 방지하는 솔더 장벽 금속층(220);을 더 포함할 수 있다.The
상기 솔더 장벽 금속층(220)은 상기 접합 대상물 중 다른 하나(20)와 상기 솔더 금속층(210)의 사이에 제공되어, 상기 접합 대상물 중 다른 하나(20)로의 금속의 확산을 방지함으로써 상기 접합 대상물 중 다른 하나(20)를 보호할 수 있다. 이때, 상기 솔더 장벽 금속층(220)은 상기 공융계 합금의 용융 온도를 증가시키는 금속을 포함할 수 있다. 이로 인해, 적어도 부분적으로 용융 상태인 상기 공융계 합금이 상기 솔더 장벽 금속층(220)으로 확산 시, 상기 공융계 합금이 고체화될 수 있다. 이렇게 상기 솔더 장벽 금속층(220)은 상기 공융계 합금과 반응하여 고체화시킴으로써, 상기 주석(Sn), 반응 금속층(110) 및 이들의 합금 중 적어도 어느 하나가 상기 접합 대상물 중 다른 하나(20)로 확산하는 것을 방지할 수 있다.The solder
상기 솔더 장벽 금속층(220)과 공융계 합금이 반응하여 형성된 합금의 용융 온도는, 상기 공융계 합금의 용융 온도보다 높을 수 있다.A melting temperature of an alloy formed by a reaction between the solder
상기 공융계 합금은 금속 접합을 위한 열처리 온도(예를 들어, 약 250℃)에서 적어도 적어도 부분적으로 용융될 수 있다. 이로 인해, 상기 반응 금속층(110)과 상기 솔더 금속층(210)의 주석(Sn)이 반응하여 합금화가 진행될 수 있다.The eutectic alloy may at least partially melt at a heat treatment temperature for metal bonding (eg, about 250° C.). Due to this, alloying may proceed by reacting tin (Sn) of the
상기 솔더 장벽 금속층(220)과 공융계 합금이 반응하여 형성된 합금의 용융 온도는, 상기 공융계 합금의 용융 온도보다 높을 수 있다. 즉, 상기 솔더 장벽 금속층(220)은 상기 공융계 합금의 용융 온도를 높이는 금속을 포함할 수 있다. 이로 인해, 상기 솔더 장벽 금속층(220)은 적어도 부분적으로 용융 상태인 상기 공융계 합금과 반응하여 고체화시킬 수 있다. 이렇게 상기 솔더 장벽 금속층(220)과 공융계 합금이 반응하여 형성된 합금은 고체화되어, 상기 주석(Sn), 반응 금속층(110) 및 이들의 합금 중 적어도 어느 하나가 상기 접합 대상물 중 다른 하나(20)로 확산하는 것을 방지할 수 있다.A melting temperature of an alloy formed by a reaction between the solder
이때, 상기 솔더 장벽 금속층(220)과 공융계 합금이 반응하여 형성된 합금의 용융 온도가 상기 공융계 합금의 용융 온도보다 낮을 경우, 상기 솔더 장벽 금속층(220)과 공융계 합금이 반응하여 형성된 합금이 적어도 부분적으로 용융 상태일 수 있다. 이로 인해, 상기 솔더 금속 적층체(200)의 적어도 일부분과 상기 접합 대상물 중 다른 하나(20)가 분리되어 접합 대상물 간의 금속 접합이 진행되지 않을 수 있다.In this case, when the melting temperature of the alloy formed by the reaction between the solder
상기 솔더 금속 적층체는, 상기 접합 대상물 중 다른 하나와 상기 솔더 장벽 금속층의 사이에 제공되어, 상기 주석(Sn), 반응 금속층 및 이들의 합금 중 적어도 어느 하나가 상기 접합 대상물 중 다른 하나로 확산하는 것을 추가로 방지하는 솔더 추가 장벽 금속층;을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 솔더 추가 장벽 금속층은 상기 솔더 장벽 금속층에 포함된 금속과 상이한 금속을 포함하고, 상기 솔더 추가 장벽 금속층과 공융계 합금이 반응하여 형성된 합금의 용융 온도는, 상기 솔더 장벽 금속층과 공융계 합금이 반응하여 형성된 합금의 용융 온도보다 높을 수 있다.The solder metal laminate is provided between the other one of the bonding objects and the solder barrier metal layer to prevent diffusion of at least one of the tin (Sn), the reactive metal layer, and an alloy thereof into the other one of the bonding objects. It may further include; a barrier metal layer to prevent additional solder addition. In this case, the solder additional barrier metal layer includes a metal different from the metal included in the solder barrier metal layer, and the melting temperature of the alloy formed by the reaction between the solder additional barrier metal layer and the eutectic alloy is may be higher than the melting temperature of the alloy formed by this reaction.
솔더 추가 장벽 금속층(240)는 상기 접합 대상물 중 다른 하나(20)와 상기 솔더 장벽 금속층(220)의 사이에 제공될 수 있다. 이때, 상기 솔더 추가 장벽 금속층(240)은 상기 주석(Sn), 반응 금속층(110) 및 이들의 합금 중 적어도 어느 하나가 상기 접합 대상물 중 다른 하나(20)로 확산하는 것을 추가로 방지할 수 있다. 그리고 상기 솔더 추가 장벽 금속층(240)은 상기 솔더 장벽 금속층(220)에 포함된 금속과 상이한 금속을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 솔더 장벽 금속층(220)에는 니켈(Ni)을, 상기 추가 솔더 장벽 금속층(220)에는 크롬(Cr)을 포함할 수 있다.A solder additional
그리고 상기 솔더 추가 장벽 금속층(240)은 상기 솔더 장벽 금속층(220)에 포함된 금속보다 상기 공융계 합금의 용융 온도를 더 증가시키는 금속을 포함할 수 있다. 이로 인해, 상기 공융계 합금이 상기 솔더 추가 장벽 금속층(240)으로 확산 시, 상기 공융계 합금 전체가 고체화될 수 있다. 이렇게 상기 추가 장벽 금속층(240)은 상기 공융계 합금과 반응하여 추가로 더 고체화시킴으로써, 상기 주석(Sn), 반응 금속층(110), 및 이들의 합금 중 적어도 어느 하나가 상기 접합 대상물 중 다른 하나(20)로 확산하는 것을 추가로 방지할 수 있다.The solder additional
상기 솔더 추가 장벽 금속층(240)과 공융계 합금이 반응하여 형성된 합금의 용융 온도가 상기 솔더 장벽 금속층(220)과 공융계 합금이 반응하여 형성된 합금의 용융 온도보다 높음으로써, 상기 솔더 추가 장벽 금속층(240)은 금속의 확산을 추가로 방지할 수 있다. 즉, 상기 솔더 추가 장벽 금속층(240)은 상기 솔더 추가 장벽 금속층(240)으로 확산되는 상기 공융계 합금과 반응하여 고체화시킴으로써, 상기 접합 대상물 중 어느 하나를 보호할 수 있다. 또한, 상기 솔더 추가 장벽 금속층(240)은 적어도 부분적으로 용융 상태인 상기 공융계 합금과 반응하여 고체화시킴으로써, 접합 대상물 간의 접합이 이루어질 수 있다.Since the melting temperature of the alloy formed by the reaction of the solder additional
상기 솔더 금속 적층체(200)는, 상기 솔더 금속층(210)의 상에 제공되어, 상기 솔더 금속층(210)의 산화를 방지하는 솔더 산화 방지 금속층(230);을 더 포함할 수 있다.The
상기 솔더 산화 방지 금속층(230)은 상기 솔더 금속층(210)의 산화를 방지하기 위해, 산소 결합성이 낮은 금속을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 솔더 금속층(210)이 산화되어 형성된 산화막은 금속 접합을 방해하여 금속 접합이 진행되지 않을 수 있다. 산화막은 금속의 국부적인 상호 확산 및 용융화를 억제하여, 상기 반응 금속층(110)과 상기 솔더 금속층(210)의 합금화를 위한 반응을 방해함으로써, 접합 대상물 간의 금속 접합을 방해할 수 있다. 즉, 상기 솔더 산화 방지 금속층(230)은 주석(Sn)의 산화막 형성을 억제시켜 금속 접합이 원활하게 진행되도록 할 수 있다. 특히, 주석(Sn)은 공기 중에 노출되면 표면에 산화막이 쉽게 형성되므로, 주석(Sn)의 산화를 방지하기 위하여 상기 솔더 금속 적층체(200)는 상기 솔더 산화 방지 금속층(230)을 더 포함할 수 있다.The solder oxidation preventing
상기 솔더 산화 방지 금속층(230)의 두께는 상기 솔더 금속층(210)의 두께의 10% 이하일 수 있다. 특히, 상기 솔더 금속층(210)과 상기 반응 금속층(110)의 반응을 위해, 상기 솔더 금속층(210)과 상기 반응 금속층(110)의 사이에 구비되는 상기 솔더 산화 방지 금속층(230)의 두께는 상기 솔더 금속층(210)의 두께의 2% 이하일 수 있다.A thickness of the solder oxidation preventing
상기 솔더 산화 방지 금속층(230)의 두께가 상기 솔더 금속층(210)의 두께의 10% 이하일 경우, 상기 공융계 합금을 형성하는 반응이 진행될 수 있다. 즉, 상기 솔더 산화 방지 금속층(230)의 얇은 두께로 인해 상기 접합 금속 적층체(100)의 상기 반응 금속층(110)이 상기 솔더 금속층(210)의 상기 주석(Sn)과 반응할 수 있다. 이렇게 상기 솔더 산화 방지 금속층(230)의 두께가 상기 솔더 금속층(210)의 두께의 10% 이하임으로써, 상기 솔더 산화 방지 금속층(230)은 상기 솔더 금속층(210)의 산화를 막으면서 상기 솔더 금속층(210)과 상기 반응 금속층(110)의 반응을 방해하지 않을 수 있다.When the thickness of the solder oxidation-preventing
특히, 상기 솔더 산화 방지 금속층(230)에 포함된 금속은, 주석(Sn)과 반응 시 주석(Sn)과 반응하는 함량이 증가할수록 용융 온도를 급격히 증가시킬 수 있다. 이로 인해, 금속 접합을 위한 열처리 온도(예를 들어, 약 250℃)에서 적어도 부분적으로 용융 상태인 주석(Sn)이 상기 솔더 산화 방지 금속층(230)과 반응하여 고체화됨으로써, 상기 주석(Sn)과 상기 반응 금속층(110)의 공융계 합금 형성을 위한 반응이 진행되지 않을 수 있다. 그러나, 상기 솔더 산화 방지 금속층(230)의 두께가 얇을 경우, 금속 접합을 위한 열처리 온도(예를 들어, 약 250℃)에서 주석(Sn)과 반응하여도 고체화가 되지 않을 수 있다. 이에 따라, 상기 솔더 산화 방지 금속층(230)의 두께가 상기 솔더 금속층(210)의 두께의 10% 이하로써, 금속 접합을 위한 열처리 온도(예를 들어, 약 250℃)에서 상기 주석(Sn) 또는 상기 공융계 합금이 적어도 부분적으로 용융 상태로 유지될 수 있다.In particular, when the metal included in the solder oxidation preventing
이때, 상기 솔더 산화 방지 금속층(230)의 두께가 상기 솔더 금속층(210)의 두께의 10% 이상일 경우, 상기 공융계 합금을 형성하는 반응이 진행되지 않을 수 있다. 즉, 상기 솔더 산화 방지 금속층(230)의 두꺼운 두께와 용융 온도를 증가시키는 특성으로 인해, 상기 솔더 금속층(210)이 상기 반응 금속층(110)과 반응하지 못할 수 있다. 이때, 상기 솔더 산화 방지 금속층(230)은 금속 접합을 위한 열처리 온도(예를 들어, 약 250℃)에서 적어도 부분적으로 용융 상태인 주석(Sn)을 고체화시킴으로써, 상기 반응 금속층(110)과 상기 주석(Sn)의 반응을 방해할 수 있다. 이로 인해, 상기 솔더 금속층(210)과 상기 반응 금속층(110)이 합금을 형성하지 못하여 접합 대상물 간의 금속 접합이 진행되지 않을 수 있다. In this case, when the thickness of the solder oxidation preventing
그리고 상기 솔더 산화 방지 금속층(230)의 두께는 상기 접합 금속 적층체(100)의 상기 산화 방지 금속층(120)의 두께와 유사하게 유지될 수 있다.Also, the thickness of the solder
상기 솔더 산화 방지 금속층(230)은 니켈(Ni) 또는 크롬(Cr)을 포함할 수 있다.The solder oxidation preventing
상기 솔더 산화 방지 금속층(230)은 니켈(Ni) 또는 크롬(Cr)을 포함하는 금속 또는 합금일 수 있다. 니켈(Ni) 및 크롬(Cr)은 산소 결합성이 낮아 산화가 쉽게 일어나지 않고 내화학성이 우수할 수 있다. 이로 인해, 상기 솔더 산화 방지 금속층(230)에 포함된 니켈(Ni) 및 크롬(Cr)은 상기 솔더 금속 적층체(200) 표면의 산화막 형성을 효과적으로 방지할 수 있다.The solder oxidation preventing
추가로, 상기 솔더 금속 적층체(200)는 상기 접합 대상물 중 다른 하나(20)와 상기 솔더 장벽 금속층(220)의 사이에 제공되어, 상기 접합 대상물 중 다른 하나(20)와 상기 솔더 장벽 금속층(220)의 접착력을 증가시키는 솔더 접착 금속층(250)을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 솔더 금속 적층체(200)에 상기 솔더 추가 장벽 금속층(240)이 포함될 경우, 상기 솔더 접착 금속층(250)은 상기 접합 대상물 중 다른 하나(20)와 상기 솔더 추가 장벽 금속층(240)의 사이에 제공될 수 있다. 상기 솔더 접착 금속층(250)은 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 알루미늄(Al) 및 크롬(Cr) 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금일 수 있다.In addition, the
예를 들어, 이러한 상기 솔더 금속 적층체(200)는 50㎚ 이하의 상기 솔더 접착 금속층(250), 0.1 내지 0.3㎛의 상기 솔더 추가 장벽 금속층(240), 0.1 내지 0.3㎛의 상기 솔더 장벽 금속층(220), 1 내지 3㎛의 상기 솔더 금속층(210), 상기 솔더 금속층(210)의 두께의 10% 이하인 상기 솔더 산화 방지 금속층(230)을 포함할 수 있다.For example, the
이러한 본 발명의 접합 금속 적층체(100) 및 솔더 금속 적층체 각각은, 접합 대상물 중 어느 하나에만 적용하고 접합 대상물 중 다른 하나에는 종래기술의 금속 적층체를 적용하여도 무방할 수 있다. 통상적으로 칩을 제조하는 업체와 칩을 마운팅하는 패키지 부분을 제조하는 업체가 다르므로, 각 기업별로 원하는 방식으로 금속 접합용 적층 구조체를 제조할 수 있다.Each of the
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 금속 접합 방법을 나타낸 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a metal bonding method according to another embodiment of the present invention.
도 3을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 금속 접합 방법을 보다 상세히 살펴보는데, 본 발명의 일실시예에 따른 접합 금속 적층체 및 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 접합용 적층 구조체와 관련하여 앞서 설명된 부분과 중복되는 사항들은 생략하도록 한다.Referring to FIG. 3, a metal bonding method according to another embodiment of the present invention will be described in more detail. In relation to the above, overlapping matters are omitted.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 금속 접합 방법은 접합 대상물 중 어느 하나 상에, 주석(Sn)을 포함하는 솔더 금속층(210)을 구비하는 솔더 금속 적층체(200)를 준비하는 과정(S100); 접합 대상물 중 다른 하나 상에, 상기 주석(Sn)과 반응하여 공융계 합금을 형성할 수 있는 반응 금속층(110) 및 상기 반응 금속층(110)의 산화를 방지하는 산화 방지 금속층(120)을 구비하는 접합 금속 적층체(100)를 준비하는 과정(S200); 준비된 상기 접합 금속 적층체(100)와 준비된 상기 솔더 금속 적층체(200)를 서로 대향하도록 적층하여 금속 접합용 적층 구조체를 형성하는 과정(S300); 및 형성된 상기 금속 접합용 적층 구조체를 열처리하는 과정(S400);을 포함할 수 있다.A metal bonding method according to another embodiment of the present invention is a process of preparing a
먼저, 접합 대상물 중 어느 하나 상에, 주석(Sn)을 포함하는 솔더 금속층(210)을 구비하는 솔더 금속 적층체(200)를 준비한다(S100). 이때, 상기 솔더 금속 적층체(200)의 솔더 금속층(210)은 진공 증착으로 형성시킬 수 있다. 그리고 상기 솔더 금속 적층체(200)는 상기 솔더 금속층(210)의 산화를 방지하는 솔더 산화 방지 금속층(230)을 더 포함할 수 있다.First, a
다음으로, 접합 대상물 중 다른 하나 상에, 상기 주석(Sn)과 반응하여 공융계 합금을 형성할 수 있는 반응 금속층(110) 및 상기 반응 금속층(110)의 산화를 방지하는 산화 방지 금속층(120)을 구비하는 접합 금속 적층체(100)를 준비한다(S200). 상기 반응 금속층(110)은 상기 솔더 금속 적층체(200)의 솔더 금속층(210)과 반응하여 공융계 합금을 형성할 수 있다. Next, a
그 다음 준비된 상기 접합 금속 적층체(100)와 준비된 상기 솔더 금속 적층체(200)를 서로 대향하도록 적층하여 금속 접합용 적층 구조체를 형성한다(S300). 이때, 상기 접합 금속 적층체(100)의 산화 방지 금속층(120)과 상기 솔더 금속 적층체(200)의 솔더 산화 방지 금속층(230)이 접촉하도록 적층시킬 수 있다.Then, the prepared
그리고 형성된 상기 금속 접합용 적층 구조체를 열처리한다(S400). 상기 금속 접합용 적층 구조체를 금속 접합을 위한 열처리 온도(예를 들어, 약 250℃)로 열처리하면, 상기 솔더 금속 적층체(200)의 상기 솔더 금속층(210)이 용융되어 적어도 부분적으로 용융 상태가 될 수 있다. 그리고 용융 상태가 된 상기 솔더 금속층(210)에 상기 산화 방지 금속층(120) 및 상기 솔더 산화 방지 금속층(230)이 흡수될 수 있다. 이때, 상기 반응 금속층(110)도 흡수되어 이들의 합금(상기 솔더 금속층(210), 솔더 산화 방지 금속층(230), 산화 방지 금속층(120) 및 반응 금속층(110)의 합금)의 용융 온도가 낮아짐으로써 이들의 합금은 적어도 부분적으로 용융 상태가 될 수 있다. 여기서, 적어도 부분적으로 용융 상태인 이들의 합금에 흡수되는 상기 반응 금속층(110)의 함량이 증가하여, 이들의 합금의 용융 온도가 증가할 수 있다. 그리고 이들의 합금에 상기 장벽 금속층(130) 및 솔더 장벽 금속층(220)이 흡수되면, 이들의 합금과 상기 장벽 금속층(130) 및 솔더 장벽 금속층(220)이 반응하여 형성된 합금의 용융 온도는 급격히 상승하여 고체화가 될 수 있다. Then, the formed multilayer structure for metal bonding is subjected to heat treatment (S400). When the laminated structure for metal bonding is subjected to heat treatment at a heat treatment temperature for metal bonding (eg, about 250° C.), the
이렇게 상기 열처리하는 과정(S400)을 통해 상기 금속 접합용 적층 구조체는 적어도 부분적으로 용융 상태인 합금을 형성한 후 고체화됨으로써, 접합 대상물 간의 금속 접합이 진행될 수 있다. 즉, 상기 열처리하는 과정(S400)은 금속 접합을 위한 열처리 온도(예를 들어, 약 250℃)로 유지되나, 접합 대상물 간의 금속 접합이 완료되면 상기 금속 접합용 적층 구조체는 고체 상태가 되어 안정적인 접합을 유지할 수 있다.Through the heat treatment process (S400), the metal bonding between the objects to be joined may proceed as the multilayer structure for metal bonding is solidified after at least partially forming an alloy in a molten state. That is, the heat treatment process (S400) is maintained at the heat treatment temperature for metal bonding (eg, about 250 ° C.), but when metal bonding between objects to be joined is completed, the laminated structure for metal bonding becomes a solid state and is bonded stably. can keep
추가로, 용융 상태의 상기 공융계 합금이 상기 장벽 금속층(130) 및 상기 솔더 장벽 금속층(220)을 흡수하여 충분히 고체화가 될 경우에는, 상기 추가 장벽 금속층(140) 또는 상기 솔더 추가 장벽 금속층(240)이 필요 없을 수 있다. 그러나 상기 주석(Sn)의 함량이 높아 상기 공융계 합금이 상기 장벽 금속층(130) 및 상기 솔더 장벽 금속층(220)을 흡수한 이후에도 용융 상태로 유지될 경우에는, 상기 추가 장벽 금속층(140) 또는 상기 솔더 추가 장벽 금속층(240)이 반드시 필요할 수 있다. 이때, 상기 추가 장벽 금속층(140) 및 상기 솔더 추가 장벽 금속층(240) 각각은 주석(Sn)과 반응하여 형성된 합금의 용융 온도를 급격히 상승시켜 고체화시킬 수 있다.In addition, when the eutectic alloy in a molten state absorbs the
상기 솔더 금속 적층체(200)는, 상기 주석(Sn), 반응 금속층(110) 및 이들의 합금 중 적어도 어느 하나가 상기 접합 대상물 중 어느 하나로 확산하는 것을 방지하는 솔더 장벽 금속층(220);을 더 포함할 수 있다.The
상기 솔더 장벽 금속층(220)은 상기 접합 대상물 중 다른 하나와 상기 솔더 금속층(210)의 사이에 제공되어, 상기 접합 대상물 중 다른 하나로의 금속의 확산을 방지함으로써 상기 접합 대상물 중 다른 하나를 보호할 수 있다. 이때, 상기 솔더 장벽 금속층(220)은 상기 공융계 합금의 용융 온도를 증가시키는 금속을 포함할 수 있다. 이로 인해, 적어도 부분적으로 용융 상태인 상기 공융계 합금이 상기 솔더 장벽 금속층(220)으로 확산 시, 상기 공융계 합금이 고체화될 수 있다. 이렇게 상기 솔더 장벽 금속층(220)은 상기 공융계 합금과 반응하여 고체화시킴으로써, 상기 주석(Sn), 반응 금속층(110) 및 이들의 합금 중 적어도 어느 하나가 상기 접합 대상물 중 다른 하나로 확산하는 것을 방지할 수 있다.The solder
상기 솔더 장벽 금속층(220)과 공융계 합금이 반응하여 형성된 합금의 용융 온도는, 상기 공융계 합금의 용융 온도보다 높을 수 있다.A melting temperature of an alloy formed by a reaction between the solder
상기 공융계 합금은 금속 접합을 위한 열처리 온도(예를 들어, 약 250℃)에서 적어도 적어도 부분적으로 용융될 수 있다. 이로 인해, 상기 반응 금속층(110)과 상기 솔더 금속층(210)의 주석(Sn)이 반응하여 합금화가 진행될 수 있다.The eutectic alloy may at least partially melt at a heat treatment temperature for metal bonding (eg, about 250° C.). Due to this, alloying may proceed by reacting tin (Sn) of the
상기 솔더 장벽 금속층(220)과 공융계 합금이 반응하여 형성된 합금의 용융 온도는, 상기 공융계 합금의 용융 온도보다 높을 수 있다. 즉, 상기 솔더 장벽 금속층(220)은 상기 공융계 합금의 용융 온도를 높이는 금속을 포함할 수 있다. 이로 인해, 상기 솔더 장벽 금속층(220)은 적어도 부분적으로 용융 상태인 상기 공융계 합금과 반응하여 고체화시킬 수 있다. 이렇게 상기 솔더 장벽 금속층(220)과 공융계 합금이 반응하여 형성된 합금은 고체화되어, 상기 주석(Sn), 반응 금속층(110) 및 이들의 합금 중 적어도 어느 하나가 상기 접합 대상물 중 다른 하나로 확산하는 것을 방지할 수 있다.A melting temperature of an alloy formed by a reaction between the solder
이때, 상기 솔더 장벽 금속층(220)과 공융계 합금이 반응하여 형성된 합금의 용융 온도가 상기 공융계 합금의 용융 온도보다 낮을 경우, 상기 솔더 장벽 금속층(220)과 공융계 합금이 반응하여 형성된 합금이 적어도 부분적으로 용융 상태일 수 있다. 이로 인해, 상기 솔더 금속 적층체(200)의 적어도 일부분과 상기 접합 대상물 중 다른 하나가 분리되어 접합 대상물 간의 금속 접합이 진행되지 않을 수 있다.In this case, when the melting temperature of the alloy formed by the reaction between the solder
상기 솔더 금속 적층체(200)는, 상기 솔더 금속층(210)의 상에 제공되어 상기 솔더 금속층(210)의 산화를 방지하는 솔더 산화 방지 금속층(230);을 더 포함할 수 있다.The
상기 솔더 산화 방지 금속층(230)은 상기 솔더 금속층(210)의 산화를 방지하기 위해, 산소 결합성이 낮은 금속을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 솔더 금속층(210)이 산화되어 형성된 산화막은 금속 접합을 방해하여 금속 접합이 진행되지 않을 수 있다. 특히, 주석(Sn)은 공기 중에 노출되면 표면에 산화막이 쉽게 형성되므로, 주석(Sn)의 산화를 방지하기 위하여 상기 솔더 금속 적층체(200)는 상기 솔더 산화 방지 금속층(230)을 더 포함할 수 있다.The solder oxidation preventing
상기 접합 금속 적층체(100)는, 상기 주석(Sn), 반응 금속층(110) 및 이들의 합금 중 적어도 어느 하나가 상기 접합 대상물 중 다른 하나로 확산하는 것을 방지하는 장벽 금속층(130);을 더 포함할 수 있다.The
상기 장벽 금속층(130)은 상기 접합 대상물 중 어느 하나와 상기 반응 금속층(110)의 사이에 제공되어, 상기 접합 대상물 중 어느 하나로의 금속의 확산을 방지함으로써 상기 접합 대상물 중 어느 하나를 보호할 수 있다. 이때, 상기 장벽 금속층(130)은 상기 공융계 합금의 용융 온도를 증가시키는 금속을 포함할 수 있다. 이로 인해, 적어도 부분적으로 용융 상태인 상기 공융계 합금이 상기 장벽 금속층(130)으로 확산 시, 상기 공융계 합금이 고체화될 수 있다. 이렇게 상기 장벽 금속층(130)은 상기 공융계 합금과 반응하여 고체화시킴으로써, 상기 주석(Sn), 반응 금속층(110) 및 이들의 합금 중 적어도 어느 하나가 상기 접합 대상물 중 어느 하나로 확산하는 것을 방지할 수 있다.The
상기 공융계 합금은 금속 접합을 위한 열처리 온도에서 적어도 부분적으로 용융되고, 상기 장벽 금속층(130)과 공융계 합금이 반응하여 형성된 합금의 용융 온도는, 상기 공융계 합금의 용융 온도보다 높을 수 있다.The eutectic alloy is at least partially melted at a heat treatment temperature for metal bonding, and the melting temperature of the alloy formed by the reaction between the
상기 공융계 합금은 금속 접합을 위한 열처리 온도(예를 들어, 약 250℃)에서 적어도 부분적으로 용융될 수 있다. 이로 인해, 상기 반응 금속층(110)과 상기 주석(Sn)이 반응하여 합금화가 진행될 수 있다.The eutectic alloy may be at least partially melted at a heat treatment temperature for metal bonding (eg, about 250° C.). Due to this, alloying may proceed by reacting the
상기 장벽 금속층(130)과 공융계 합금이 반응하여 형성된 합금의 용융 온도는, 상기 공융계 합금의 용융 온도보다 높을 수 있다. 즉, 상기 장벽 금속층(130)은 상기 공융계 합금의 용융 온도를 높이는 금속을 포함할 수 있다. 이로 인해, 상기 장벽 금속층(130)은 적어도 부분적으로 용융 상태인 상기 공융계 합금과 반응하여 고체화시킬 수 있다. 이렇게 상기 장벽 금속층(130)과 공융계 합금이 반응하여 형성된 합금은 고체화되어, 상기 주석(Sn), 반응 금속층(110) 및 이들의 합금 중 적어도 어느 하나가 상기 접합 대상물 중 어느 하나로 확산하는 것을 방지할 수 있다.The melting temperature of the alloy formed by the reaction between the
이때, 상기 장벽 금속층(130)과 공융계 합금이 반응하여 형성된 합금의 용융 온도가 상기 공융계 합금의 용융 온도보다 낮을 경우, 상기 장벽 금속층(130)과 공융계 합금이 반응하여 형성된 합금이 적어도 부분적으로 용융 상태일 수 있다. 이로 인해, 상기 접합 금속 적층체(100)의 적어도 일부분과 상기 접합 대상물 중 어느 하나가 분리되어 접합 대상물 간의 금속 접합이 진행되지 않을 수 있다In this case, when the melting temperature of the alloy formed by the reaction of the
예를 들어, 이러한 상기 접합 금속 적층체(100) 또는 상기 솔더 금속 적층체(200)는 접합 대상물로서 플립칩, 레이저 다이오드 칩, 고출력 발광 다이오드 칩, 고출력 전자 소자 칩 등의 상에 형성하여, 동작 시 고열이 발생되는 소자의 방열을 위한 패키징에 본딩하는 공정에 사용될 수 있다. 또한, 상기 접합 금속 적층체(100) 또는 상기 솔더 금속 적층체(200)는 접합 대상물로서 적층 세라믹 콘덴서(multi-layer ceramic condenser; MLCC) 등의 칩 캐패시터, 칩 다이오드, 칩 저항 등의 상에 형성하여, 다양한 부품의 전기적 결선을 위한 솔더 본딩에도 사용될 수 있다.For example, the
특히, 적층 세라믹 콘덴서와 피씨비 기판의 금속 접합을 위해, 상기 접합 금속 적층체(100) 및 상기 솔더 금속 적층체(200)를 적층 세라믹 콘덴서 및 피씨비 기판의 상에 형성할 수 있다. 이를 위해, 적층 세라믹 콘덴서(multi-layer ceramic condenser; MLCC)를 외부 전극 형성을 위한 양끝 단에 구리(Cu) 페이스트에 딥핑(dipping) 한 후 경화 처리하여 준비할 수 있다. 그리고 경화 처리된 적층 세라믹 콘덴서에 솔더 장벽 금속층으로서 니켈(Ni)을 도금하고, 솔더 금속층으로서 주석(Sn)을 도금할 수 있다. 다음으로, 주석(Sn)이 도금된 적층 세라믹 콘덴서에 솔더 산화 방지 금속층으로서 니켈(Ni)을 도금할 수 있다. 이렇게 적층 세라믹 콘덴서(multi-layer ceramic condenser; MLCC)의 상에 상기 솔더 금속 적층체(200)를 형성할 수 있다.In particular, for metal bonding between the multilayer ceramic capacitor and the PCB substrate, the
그리고 피씨비(PCB) 기판 상에 장벽 금속층으로서 니켈(Ni)을 도금하고, 반응 금속층으로 은(Ag)을 도금하며, 산화 방지 금속층으로서 니켈(Ni)을 도금할 수 있다. 이렇게 피씨비(PCB) 기판 상에 상기 접합 금속 적층체(100)를 형성할 수 있다.In addition, nickel (Ni) may be plated on the PCB substrate as a barrier metal layer, silver (Ag) may be plated as a reactive metal layer, and nickel (Ni) may be plated as an anti-oxidation metal layer. In this way, the bonded
이어, 적층 세라믹 콘덴서(multi-layer ceramic condenser; MLCC)와 피씨비(PCB) 기판이 서로 대향하도록 접촉시키고 약 250℃의 온도를 가할 수 있다. 이에 따라, 적층 세라믹 콘덴서(multi-layer ceramic condenser; MLCC)의 상기 솔더 금속 적층체(200) 및 피씨비(PCB) 기판의 상기 접합 금속 적층체(100)가 반응하여 공융계 합금을 형성할 수 있다. 이때, 상기 공융계 합금은 적어도 부분적으로 용융되었다가 상기 장벽 금속층(130) 및 상기 솔더 장벽 금속층(220)으로 확산되면서 고체화될 수 있다. 이에 따라, 상기 접합 금속 적층체(100)와 상기 솔더 금속 적층체(200)는 고체 상태가 되어 금속 접합이 진행될 수 있다. 이렇게 상기 접합 금속 적층체(100) 및 상기 솔더 금속 적층체(200)를 적층 세라믹 콘덴서 및 피씨비 기판의 상에 형성함으로써, 적층 세라믹 콘덴서와 피씨비 기판을 금속 접합할 수 있다.Subsequently, a multi-layer ceramic condenser (MLCC) and a PCB substrate may be brought into contact with each other so as to face each other, and a temperature of about 250° C. may be applied. Accordingly, the
이처럼, 본 발명에서는 접합 금속 적층체가 주석(Sn)과 공융계 합금을 형성하는 반응 금속층과 산화 방지 금속층으로 이루어짐으로써, 산화막 형성을 억제하여 접합력을 증가시킬 수 있다. 그리고 접합 금속 적층체는 장벽 금속층 및 추가 장벽 금속층을 더 포함하여 공융계 합금을 형성하는 금속이 접합 대상물로 확산하는 것을 방지하여 접합 대상물을 보호할 수 있다. As described above, in the present invention, since the bonding metal laminate is composed of a reactive metal layer forming a eutectic alloy with tin (Sn) and an oxidation preventing metal layer, the bonding strength can be increased by suppressing the formation of an oxide film. In addition, the bonding metal laminate may further include a barrier metal layer and an additional barrier metal layer to prevent the diffusion of the metal forming the eutectic alloy to the bonding object, thereby protecting the bonding object.
그리고 금속 접합용 적층 구조체는 접합 대상물 중 어느 하나 상에 제공되는 접합 금속 적층체와 접합 대상물 중 다른 하나 상에 제공되는 솔더 금속 적층체를 포함함으로써, 산화막 형성을 억제하여 접합력을 증가시킬 수 있다. 그리고 솔더 금속 적층체는 접합 금속 적층체에 주석(Sn)을 제공하는 솔더 금속층과 솔더 금속층의 산화를 방지하는 솔더 산화 방지 금속층을 포함함으로써, 주석(Sn)의 산화막 형성이 억제되어 금속 접합이 원활하게 진행될 수 있다. 또한, 솔더 금속 적층체는 솔더 장벽 금속층을 더 포함하여 공융계 합금을 형성하는 금속이 접합 대상물로 확산하는 것을 방지하여 접합 대상물을 보호할 수 있다.The laminated structure for metal bonding may include a bonding metal laminate provided on one of the bonding objects and a solder metal laminate provided on the other of the bonding objects, thereby suppressing oxide film formation and increasing bonding strength. In addition, the solder metal laminate includes a solder metal layer for providing tin (Sn) to the joint metal laminate and a solder oxidation prevention metal layer for preventing oxidation of the solder metal layer, so that the formation of an oxide film of tin (Sn) is suppressed and metal bonding is smooth. can proceed In addition, the solder metal laminate may further include a solder barrier metal layer to protect the object to be joined by preventing diffusion of the metal forming the eutectic alloy to the object to be joined.
그리고 금속 접합 방법은 접합 금속 적층체와 솔더 금속 적층체를 서로 대향하도록 적층하여 금속 접합용 적층 구조체를 형성하는 과정을 포함할 수 있다. 이때, 접합 금속 적층체는 산화 방지 금속층을, 솔더 금속 적층체는 솔더 산화 방지 금속층을 포함함으로써, 금속 접합 시 산화막 형성을 억제하여 접합력을 증가시킬 수 있다.Further, the metal bonding method may include forming a multilayer structure for metal bonding by stacking the bonding metal laminate and the solder metal laminate to face each other. In this case, bonding strength may be increased by suppressing formation of an oxide film during metal bonding by including the oxidation-preventing metal layer in the bonding metal laminate and the solder oxidation-preventing metal layer in the solder metal laminate.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been shown and described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and common knowledge in the field to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Those who have will understand that various modifications and other equivalent embodiments are possible from this. Therefore, the technical protection scope of the present invention should be determined by the claims below.
10 : 접합 대상물 중 어느 하나 20 : 접합 대상물 중 다른 하나
100: 접합 금속 적층체 110: 반응 금속층
120: 산화 방지 금속층 130: 장벽 금속층
140: 추가 장벽 금속층 150: 접착 금속층
200: 솔더 금속 적층체 210: 솔더 금속층
220: 솔더 장벽 금속층 230: 솔더 산화 방지 금속층
240: 솔더 추가 장벽 금속층 250: 솔더 접착 금속층10: one of the bonding objects 20: the other of the bonding objects
100: bonded metal laminate 110: reactive metal layer
120: anti-oxidation metal layer 130: barrier metal layer
140: additional barrier metal layer 150: adhesive metal layer
200: solder metal laminate 210: solder metal layer
220: solder barrier metal layer 230: solder oxidation prevention metal layer
240: Solder addition barrier metal layer 250: Solder adhesion metal layer
Claims (21)
상기 반응 금속층의 상에 제공되어, 상기 반응 금속층의 산화를 방지하는 산화 방지 금속층;을 포함하는 접합 금속 적층체.a reactive metal layer provided on any one of the objects to be joined and capable of forming a eutectic alloy by reacting with tin (Sn) provided from the outside; and
A junction metal laminate including an anti-oxidation metal layer provided on the reactive metal layer to prevent oxidation of the reactive metal layer.
상기 산화 방지 금속층의 두께는 상기 반응 금속층의 두께의 10% 이하인 접합 금속 적층체.The method of claim 1,
The thickness of the anti-oxidation metal layer is 10% or less of the thickness of the reactive metal layer.
상기 접합 대상물 중 어느 하나와 상기 반응 금속층의 사이에 제공되어, 상기 주석(Sn), 반응 금속층 및 이들의 합금 중 적어도 어느 하나가 상기 접합 대상물 중 어느 하나로 확산하는 것을 방지하는 장벽 금속층;을 더 포함하는 접합 금속 적층체.The method of claim 1,
A barrier metal layer provided between any one of the objects to be joined and the reactive metal layer to prevent diffusion of at least one of the tin (Sn), the reactive metal layer, and an alloy thereof into any one of the objects to be joined; further comprising a bonded metal laminate.
상기 공융계 합금은 금속 접합을 위한 열처리 온도에서 적어도 부분적으로 용융되고,
상기 장벽 금속층과 공융계 합금이 반응하여 형성된 합금의 용융 온도는, 상기 공융계 합금의 용융 온도보다 높은 접합 금속 적층체.The method of claim 3,
the eutectic alloy is at least partially melted at a heat treatment temperature for metal bonding;
The junction metal laminate of claim 1 , wherein a melting temperature of an alloy formed by a reaction between the barrier metal layer and the eutectic alloy is higher than the melting temperature of the eutectic alloy.
상기 접합 대상물 중 어느 하나와 상기 장벽 금속층의 사이에 제공되어, 상기 주석(Sn), 반응 금속층 및 이들의 합금 중 적어도 어느 하나가 상기 접합 대상물 중 어느 하나로 확산하는 것을 추가로 방지하는 추가 장벽 금속층;을 더 포함하고,
상기 추가 장벽 금속층은 상기 장벽 금속층에 포함된 금속과 상이한 금속을 포함하는 접합 금속 적층체.The method of claim 3,
An additional barrier metal layer provided between any one of the objects to be joined and the barrier metal layer to further prevent diffusion of at least one of the tin (Sn), the reactive metal layer, and an alloy thereof into any one of the objects to be joined; Including more,
Wherein the additional barrier metal layer includes a metal different from the metal included in the barrier metal layer.
상기 추가 장벽 금속층과 공융계 합금이 반응하여 형성된 합금의 용융 온도는, 상기 장벽 금속층과 공융계 합금이 반응하여 형성된 합금의 용융 온도보다 높은 접합 금속 적층체.The method of claim 5,
The junction metal laminate of claim 1 , wherein a melting temperature of an alloy formed by the reaction of the additional barrier metal layer and the eutectic alloy is higher than a melting temperature of an alloy formed by the reaction of the barrier metal layer and the eutectic alloy.
상기 반응 금속층은 은(Ag), 구리(Cu) 및 알루미늄(Al) 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
상기 산화 방지 금속층은 니켈(Ni) 또는 크롬(Cr)을 포함하는 접합 금속 적층체.The method of claim 1,
The reactive metal layer includes at least one of silver (Ag), copper (Cu), and aluminum (Al),
Wherein the anti-oxidation metal layer includes nickel (Ni) or chromium (Cr).
접합 대상물 중 다른 하나 상에 제공되고, 주석(Sn)을 포함하는 솔더 금속층을 구비하는 솔더 금속 적층체;를 포함하는 금속 접합용 적층 구조체.Claims 1 to 7 of any one of the bonding metal laminate; and
A laminated structure for metal bonding comprising: a solder metal laminate provided on another one of the objects to be joined and having a solder metal layer containing tin (Sn).
상기 솔더 금속 적층체는 상기 접합 금속 적층체와 서로 대향하도록 접촉되는 금속 접합용 적층 구조체.The method of claim 8,
The solder metal laminate is a laminated structure for metal bonding in contact with the bonding metal laminate to face each other.
상기 솔더 금속 적층체는,
상기 접합 대상물 중 다른 하나와 상기 솔더 금속층의 사이에 제공되어, 상기 주석(Sn), 반응 금속층 및 이들의 합금 중 적어도 어느 하나가 상기 접합 대상물 중 다른 하나로 확산하는 것을 방지하는 솔더 장벽 금속층;을 더 포함하는 금속 접합용 적층 구조체.The method of claim 8,
The solder metal laminate,
A solder barrier metal layer provided between the other one of the objects to be joined and the solder metal layer to prevent diffusion of at least one of the tin (Sn), the reactive metal layer, and an alloy thereof to the other one of the objects to be joined; A laminated structure for metal bonding comprising:
상기 솔더 장벽 금속층과 공융계 합금이 반응하여 형성된 합금의 용융 온도는, 상기 공융계 합금의 용융 온도보다 높은 금속 접합용 적층 구조체.The method of claim 10,
The melting temperature of the alloy formed by the reaction between the solder barrier metal layer and the eutectic alloy is higher than the melting temperature of the eutectic alloy.
상기 솔더 금속 적층체는,
상기 접합 대상물 중 다른 하나와 상기 솔더 장벽 금속층의 사이에 제공되어, 상기 주석(Sn), 반응 금속층 및 이들의 합금 중 적어도 어느 하나가 상기 접합 대상물 중 다른 하나로 확산하는 것을 추가로 방지하는 솔더 추가 장벽 금속층;을 더 포함하고,
상기 솔더 추가 장벽 금속층은 상기 솔더 장벽 금속층에 포함된 금속과 상이한 금속을 포함하고,
상기 솔더 추가 장벽 금속층과 공융계 합금이 반응하여 형성된 합금의 용융 온도는, 상기 솔더 장벽 금속층과 공융계 합금이 반응하여 형성된 합금의 용융 온도보다 높은 금속 접합 방법.The method of claim 10,
The solder metal laminate,
A solder additional barrier provided between the other one of the bonding objects and the solder barrier metal layer to further prevent diffusion of at least one of the tin (Sn), the reactive metal layer, and an alloy thereof into the other one of the bonding objects. A metal layer; further comprising,
The solder additional barrier metal layer includes a metal different from the metal included in the solder barrier metal layer,
The melting temperature of the alloy formed by the reaction of the solder barrier metal layer and the eutectic alloy is higher than the melting temperature of the alloy formed by the reaction of the solder barrier metal layer and the eutectic alloy.
상기 솔더 금속 적층체는,
상기 솔더 금속층의 상에 제공되어, 상기 솔더 금속층의 산화를 방지하는 솔더 산화 방지 금속층;을 더 포함하는 금속 접합용 적층 구조체.The method of claim 8,
The solder metal laminate,
The multilayer structure for metal bonding further comprising a solder oxidation preventing metal layer provided on the solder metal layer to prevent oxidation of the solder metal layer.
상기 솔더 산화 방지 금속층의 두께는 상기 솔더 금속층의 두께의 10% 이하인 금속 접합용 적층 구조체.The method of claim 13,
The thickness of the solder oxidation preventing metal layer is 10% or less of the thickness of the solder metal layer laminated structure for metal bonding.
상기 솔더 산화 방지 금속층은 니켈(Ni) 또는 크롬(Cr)을 포함하는 금속 접합용 적층 구조체.The method of claim 13,
The solder oxidation preventing metal layer is a metal bonding laminated structure containing nickel (Ni) or chromium (Cr).
접합 대상물 중 다른 하나 상에, 상기 주석(Sn)과 반응하여 공융계 합금을 형성할 수 있는 반응 금속층 및 상기 반응 금속층의 산화를 방지하는 산화 방지 금속층을 구비하는 접합 금속 적층체를 준비하는 과정;
준비된 상기 접합 금속 적층체와 준비된 상기 솔더 금속 적층체를 서로 대향하도록 적층하여 금속 접합용 적층 구조체를 형성하는 과정; 및
형성된 상기 금속 접합용 적층 구조체를 열처리하는 과정;을 포함하는 금속 접합 방법.preparing a solder metal laminate having a solder metal layer containing tin (Sn) on any one of the objects to be joined;
preparing a bonding metal laminate including a reaction metal layer capable of forming a eutectic alloy by reacting with tin (Sn) and an oxidation preventing metal layer preventing oxidation of the reaction metal layer on another one of the objects to be bonded;
forming a laminated structure for metal bonding by laminating the prepared bonding metal laminate and the prepared solder metal laminate to face each other; and
A process of heat-treating the formed multilayer structure for metal bonding; metal bonding method comprising a.
상기 솔더 금속 적층체는, 상기 주석(Sn), 반응 금속층 및 이들의 합금 중 적어도 어느 하나가 상기 접합 대상물 중 어느 하나로 확산하는 것을 방지하는 솔더 장벽 금속층;을 더 포함하는 금속 접합 방법.The method of claim 16
The solder metal laminate may further include a solder barrier metal layer preventing diffusion of at least one of the tin (Sn), the reactive metal layer, and an alloy thereof to any one of the objects to be joined.
상기 솔더 장벽 금속층과 공융계 합금이 반응하여 형성된 합금의 용융 온도는, 상기 공융계 합금의 용융 온도보다 높은 금속 접합 방법.The method of claim 17
The melting temperature of the alloy formed by the reaction of the solder barrier metal layer and the eutectic alloy is higher than the melting temperature of the eutectic alloy.
상기 솔더 금속 적층체는, 상기 솔더 금속층의 상에 제공되어 상기 솔더 금속층의 산화를 방지하는 솔더 산화 방지 금속층;을 더 포함하는 금속 접합 방법.The method of claim 16
The solder metal laminate may further include a solder oxidation preventing metal layer provided on the solder metal layer to prevent oxidation of the solder metal layer.
상기 접합 금속 적층체는, 상기 주석(Sn), 반응 금속층 및 이들의 합금 중 적어도 어느 하나가 상기 접합 대상물 중 다른 하나로 확산하는 것을 방지하는 장벽 금속층;을 더 포함하는 금속 접합 방법.The method of claim 16
The bonding metal laminate may further include a barrier metal layer preventing diffusion of at least one of the tin (Sn), the reactive metal layer, and an alloy thereof to another one of the bonding objects.
상기 공융계 합금은 금속 접합을 위한 열처리 온도에서 적어도 부분적으로 용융되고,
상기 장벽 금속층과 공융계 합금이 반응하여 형성된 합금의 용융 온도는, 상기 공융계 합금의 용융 온도보다 높은 금속 접합 방법.
The method of claim 20
the eutectic alloy is at least partially melted at a heat treatment temperature for metal bonding;
The melting temperature of the alloy formed by the reaction of the barrier metal layer and the eutectic alloy is higher than the melting temperature of the eutectic alloy.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210080076A KR102591964B1 (en) | 2021-06-21 | 2021-06-21 | Bonding metal laminate, laminated structure for metal bonding and method for metal bonding |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210080076A KR102591964B1 (en) | 2021-06-21 | 2021-06-21 | Bonding metal laminate, laminated structure for metal bonding and method for metal bonding |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20220169686A true KR20220169686A (en) | 2022-12-28 |
| KR102591964B1 KR102591964B1 (en) | 2023-10-23 |
Family
ID=84538298
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210080076A KR102591964B1 (en) | 2021-06-21 | 2021-06-21 | Bonding metal laminate, laminated structure for metal bonding and method for metal bonding |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102591964B1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080210971A1 (en) * | 2006-06-30 | 2008-09-04 | Matthew Donofrio | Nickel tin bonding system with barrier layer for semiconductor wafers and devices |
| JP2013080863A (en) * | 2011-10-05 | 2013-05-02 | Hitachi Cable Ltd | Semiconductor element with connection material and method for manufacturing the same |
| KR20170080536A (en) | 2014-11-13 | 2017-07-10 | 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤 | Au-Sn ALLOY SOLDER PASTE, METHOD FOR MANUFACTURING Au-Sn ALLOY SOLDER LAYER, AND Au-Sn ALLOY SOLDER LAYER |
| KR102061565B1 (en) * | 2014-03-13 | 2020-01-02 | 삼성전자주식회사 | The fabrication method of bonding metal and the fabrication method of semiconductor light emitting device using the same |
-
2021
- 2021-06-21 KR KR1020210080076A patent/KR102591964B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080210971A1 (en) * | 2006-06-30 | 2008-09-04 | Matthew Donofrio | Nickel tin bonding system with barrier layer for semiconductor wafers and devices |
| JP2013080863A (en) * | 2011-10-05 | 2013-05-02 | Hitachi Cable Ltd | Semiconductor element with connection material and method for manufacturing the same |
| KR102061565B1 (en) * | 2014-03-13 | 2020-01-02 | 삼성전자주식회사 | The fabrication method of bonding metal and the fabrication method of semiconductor light emitting device using the same |
| KR20170080536A (en) | 2014-11-13 | 2017-07-10 | 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤 | Au-Sn ALLOY SOLDER PASTE, METHOD FOR MANUFACTURING Au-Sn ALLOY SOLDER LAYER, AND Au-Sn ALLOY SOLDER LAYER |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102591964B1 (en) | 2023-10-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5601275B2 (en) | Bonding material, manufacturing method thereof, and manufacturing method of bonding structure | |
| US7511232B2 (en) | Substrate for mounting electronic part and electronic part | |
| JP3688429B2 (en) | Electronic component mounting substrate and electronic component mounting substrate | |
| KR102154889B1 (en) | Method for manufacturing assembly and method for manufacturing power-module substrate | |
| KR20190123727A (en) | Copper / ceramic bonded body, insulated circuit board, and manufacturing method of copper / ceramic bonded body, manufacturing method of insulated circuit board | |
| US20070057021A1 (en) | Semiconductor device and automotive AC generator | |
| US20050218525A1 (en) | Soldered material, semiconductor device, method of soldering, and method of manufacturing semiconductor device | |
| CN109755208B (en) | Bonding material, semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| US20130043594A1 (en) | Method for manufacturing semiconductor device and semiconductor device | |
| JP2006108604A (en) | Semiconductor device and its manufacturing method | |
| JP4961165B2 (en) | Electronic component mounting substrate, electronic component and electronic device | |
| US8679964B2 (en) | Prevention and control of intermetallic alloy inclusions | |
| JP2008238233A (en) | Non-lead based alloy joining material, joining method, and joined body | |
| JPH0238309B2 (en) | ||
| JP2013176780A (en) | Junction material, method of manufacturing the same, and method of manufacturing junction structure | |
| JP2005032834A (en) | Joining method of semiconductor chip and substrate | |
| JP2008080392A (en) | Joining body and joining method | |
| KR102591964B1 (en) | Bonding metal laminate, laminated structure for metal bonding and method for metal bonding | |
| KR102591963B1 (en) | Laminated structure for metal bonding and method for metal bonding | |
| JP2014003242A (en) | Die bond material and light emitting device | |
| WO2009122912A1 (en) | Solder structure, method for forming solder structure, semiconductor module comprising solder structure, and portable device | |
| JP5723225B2 (en) | Bonding structure | |
| WO2011036829A1 (en) | Semiconductor device and process for production thereof | |
| JP4745878B2 (en) | Solder film and soldering method using the same | |
| JP5821991B2 (en) | Semiconductor module and bonding material |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |