일방향 다공성 구리를 이용한 DBC 접합계면 신뢰성 향상

초록

본 논문에서는 DBC(Direct Bonded Copper) 접합된 알루미나 세라믹 기판의 신뢰성을 향상시키기 위해, 로터스 타입의 일방향 다공성 구리를 DBC 기술로 접합하는 방법을 조사하였다. 세라믹 기판의 피로 메커니즘과 수명을 규명하기 위해, 접합계면의 열응력 및 소성변형 분포를 유한요소법(Finite Element Method, FEM)으로 해석하였다. 연성 구리의 탄소성 거동(elastic?plastic behavior) 을 모사하기 위해, 비선형 운동 경화(non-linear kinematic hardening)를 포함한 Chaboche 모델을 적용하였다. 또한, 로터스 구리의 특징인 일방향 기공의 기하학적 설계 인자가 열기계적 성능에 미치는 영향을 열충격 실험을 통해 평가하였다. 설계된 로터스 구리 DBC 기판은 열사이클 조건에서 높은 견고성을 나타냈다. 기존 구리 압연재보다 열응력과 소성변형률이 낮았고, 접합계면에서는 구리 의 기하학적 구조에 의해 크랙 성장 억제 효과가 확인되었다. 결과적으로, 로터스 타입의 다공성 구리를 접합한 DBC 기판은 기존 구리 포일 접합 DBC 기판보다 높은 신뢰성을 확보하였으며, 세라믹 기판 분야에서 다공성 구리 소재의 적용 가능성을 입증하였다.