Abstract
Elastic and elasto-plastic stress analyses of AlN/Cu and AlN/W pints produced by active-metal brazing method using Ag-Cu-Ti insert-metal were performed with use of Finite-Element-Method(FEM). The results of stress analyses were compared with those from the pint strength tests and the observations of fracture behaviors. It was shown that a remarkably larger maximum principal stress is built in the AlN/Cu pint compared to the A1N/ W joint. Especially, the stress concentration with tensile component was confirmed at the free surface close to the bonded interface of AlN/Cu. The elasto-plastic analysis under consideration of stress relaxation effect of Ag-Cu-Ti insert possessing a so-called 'soft-metal effect' showed that the insert leads to a lowering of maximum principal stress in AlNiCu pint, even though an increase of the insert thickness above 100$\mu\textrm{m}$ could not bring its further decrease. The maximum pint strengths measured by shear test were 52 and 108 MPa for AlNiCu and AlN/W pints. respectively. Typical fractures of AlN/Cu pints occurred in a form of 'dome' which initiated from the free surface of AlN close to the bonded interface and proceeded towards the AlN inside forming a large angle. AlN/W pints were usually fractured at AlN side along the interface of AlN/insert-metal.
Ag-Cu-Ti 삽입금속을 이용하여 제조된 AlN/Cu와 AlN/W 활성금속브레이징 접합체의 잔류응력을 유한요소법으로 탄성 및 탄소성 해석을 행하여 그 결과를 접합강도 측정 결과와 파단 거동 관찰 결과와 비교, 분석하였다. 최대 잔류 주응력의 크기는 AlN/W 접합체보다 모재간 열팽창계수 차이가 큰 AlN/Cu 접합체에서 더 크게 나타났으며, 접합계면에 인접한 AlN 세라믹스 자유표면에 인장 성분의 응력집중이 확인되었다. 모재와 삽입금속의 탄소성 변형을 모두 고려할 경우, AlN/Cu 접합체의 경우 연질의 삽입금속에 의해 최대 잔류 주응력이 감소하여 소성변형에 의한 응력완화 효과가 있음을 확인하였으나, 100$\mu\textrm{m}$ 이상으로 삽입금속 두께를 증가시키더라도 잔류 주응력의 크기는 더 이상 크게 감소하지 않았다. 측정된 최대 접합강도는 AlN/Cu와 AlN/W 접합체에서 각각 52 MPa와 108 MPa이었으며, 파단 형태는 AlN/Cu 접합체는 AlN 자유표면으로부터 AlN 내부로 큰 각도를 이루면 진행되는 돔형의 파단이, AlN/W 접합체에서는 접합계면의 삽입금속층을 따라 AlN 측에서 파단이 일어나는 형태를 보였다.
