通过厚膜浆料增强的直接覆铜基板制造技术

本发明专利技术公开了一种金属‑陶瓷基板，其具有金属涂层和金属涂层周围的厚膜。

【技术实现步骤摘要】
通过厚膜浆料增强的直接覆铜基板
本专利技术涉及具有改善的热稳定性的金属-陶瓷基板(substrate)。本专利技术的另一个目的是提供制造本专利技术的金属-陶瓷基板的方法以及厚膜浆料用于提供具有改善的热稳定性的金属-陶瓷基板的用途。
技术介绍
对于功率电子器件的应用，例如在混合动力车辆和电动车辆的汽车工业中，所应用的电路必须具有承载高电流的能力和热循环及电循环下的高耐久性。这要求具有承载极高电流能力的导电材料的结构为例如以铜作为涂覆陶瓷基板的金属，其还具有良好的散热性。此外，需要提供铜表面的经由接合线的良好结合能力、良好的可焊性和通过化学镀层氧化保护的可能性。这些要求可以通过例如使用基于直接覆铜(DCB)技术的金属-陶瓷基板来实现。合适的单面或双面金属化陶瓷基板通常是已知的。这种金属-陶瓷基板特别是在电力半导体模块区域中用作电路载体。这些电路载体在基板的顶侧和底侧具有铜金属，其中至少一个金属化侧具有电路结构。通过共晶接合制造这种金属-陶瓷复合物的方法通常被称为直接接合工艺(直接覆铜，DCB)并且是本领域技术人员已知的。关于通过接合方法制备金属化陶瓷基板的方法的相应描述可以在专利文献US3,744,120、US3,994,430、EP0085914A或DE2319854A中找到，其相应的公开通过引用并入本专利技术中。除了DCB基板，其它被铝层金属化的陶瓷基板也是已知的。为了制造这些金属-陶瓷基板，需要比DCB方法显著更低的处理温度。然而，金属化基板的寿命受到基板和金属的不同热膨胀系数的限制。由于温度变化和不同的材料膨胀，在操作中会产生机械张力。这些不同的材料膨胀尤其会导致基板和金属之间的分层过程。其它缺点包括相对高的浪费和所谓的气体夹杂物的形成。为了减小张力，例如从专利DE4318241A1中已知，可以在金属层的边缘区域中引入结构，通过该结构延迟裂纹的出现。根据专利DE102012024063A1，已知一种用于制造金属化陶瓷基板的方法，其中铜层不是直接施加到陶瓷基板上，而是在铜层和陶瓷基板之间设置铝-镁层或铝-硅层。在DCB方法中结合温度通常在1000-1100℃之间，而这种铝和镁或铝和硅的附加层能够将结合温度降低到600-700℃的范围，由此所得的金属陶瓷基板的稳定性得到改善。US2005/0051253A公开了直接涂覆有若干金属导电涂层的陶瓷基板。在这些金属涂层之间印刷陶瓷浆料从而填充金属导电涂层之间的间隙。在本文中不使用陶瓷浆料来增强系统的端部机械稳定性。US2004/0163555A公开了具有金属导电涂层的陶瓷基板，其中陶瓷浆料填充在金属导电涂层之间的间隙中。相应的陶瓷浆料通过将陶瓷粉末(例如介电陶瓷、磁性陶瓷、玻璃、玻璃陶瓷的粉末或其它合适的陶瓷粉末)与有机载体混合而获得。没有提供关于陶瓷浆料的具体组成的其他信息。然而，用于制造热张力或机械张力减小的金属-陶瓷基板的已知方法在其可行性和作用方式方面仍不令人满意。此外，在操作期间仍存在基板和金属分层的问题。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种具有改善的热稳定性的金属-陶瓷基板。本专利技术的另一个目的是降低在操作期间基板和金属之间分层的风险。尤其是对于DCB技术、DAB技术或AMB技术(DCB＝直接覆铜；DAB＝直接覆铝；AMB＝活性金属钎焊)的金属陶瓷系统而言，这些目的应得以实现。此外，本文所述的技术还涉及金属-陶瓷基板，其中在陶瓷基板和金属箔之间提供厚膜浆料。这种金属-陶瓷基板在先前的但未公开的欧洲专利申请EP15201817.2(标题为“Thick-filmpastemediatedceramicsbondedwithmetalormetalhybridfoils(厚膜浆料居间的与金属箔或金属混合物箔结合的陶瓷)”)中有记载。本专利技术的目的通过金属-陶瓷基板实现，所述金属-陶瓷基板包括：a.陶瓷基板，b.金属涂层，其设置在所述陶瓷基板的至少一侧。本专利技术的金属-陶瓷基板本专利技术的金属-陶瓷基板的特征在于金属涂层直接施加到陶瓷基板上并且由烘烤的厚膜层包围。根据本专利技术，我们发现通过使用以特殊方式布置在陶瓷基板的金属涂层周围的烘烤的厚膜层可以改善金属-陶瓷基板的热稳定性。这样做可以降低在操作期间金属和陶瓷基板分层的风险。根据本专利技术提供的改善金属-陶瓷基板的热稳定性并降低操作期间分层风险的厚膜层通常以厚膜浆料起始制备，将所述厚膜浆料在金属-陶瓷基板上烘烤。在下文中，首先详细描述本专利技术所使用的厚膜浆料的组成。厚膜浆料的组成导电厚膜浆料在本专利技术的第一实施方案中，厚膜层由导电厚膜浆料获得。因此本专利技术的金属-陶瓷基板上所得的厚膜层也被设计为导电的。在该第一实施方案中，本专利技术使用的厚膜浆料优选包含至少一种金属、至少一种有机载体和至少一种粘合促进剂和/或玻璃材料。该厚膜浆料的第一组分，即金属，在厚膜浆料中的含量通常可以为厚膜浆料总重量的50-90wt％，优选60-90wt％，更优选为70-90wt％，更优选80-90wt％。在第一实施方案中，厚膜浆料优选包含至少一种金属组分，其可以选自第11族元素金属(铜、银和金)、铝、镍和其混合物。用于厚膜浆料中的金属可以具有任意粒度、任意颗粒形式，并具有任意堆积密度和导电性。此外，厚膜浆料可任选地包含粘合促进剂，其可选自例如氧化铜、氧化钛、氧化锆、硼树脂、锆树脂、无定形硼、磷酸锂、氧化铋、氧化铝和氧化锌。厚膜浆料中的粘合促进剂的含量可以为厚膜浆料总量的0.1-8wt％，更优选为1-6wt％，进一步优选为2-5wt％。所述厚膜浆料的另一任选组分是玻璃材料，玻璃材料的量优选为所述厚膜浆料总量的0.1至8wt％，优选1至6wt％，更优选2至5wt％。所述厚膜浆料的另一组分包括至少一种有机载体，其含量优选为所述厚膜浆料总量的5-20wt％，更优选5-15wt％。下面对玻璃材料和有机载体进行了描述。在第一实施方案背景下特别优选的实施方案中，所述厚膜浆料组合物包含铜作为金属组分、金属氧化物作为粘合促进剂、玻璃材料和有机载体。上述和下述的厚膜浆料的所有组分可作为粉末使用。在第一实施方案背景下另一个特别优选的实施方案中，所述厚膜浆料包含铜作为金属组分、Bi2O3作为粘合促进剂、玻璃材料和有机载体。在第一实施方案背景下的另一个特别优选的实施方案中，厚膜浆料组合物包含含量为80-90wt％的铜作为金属组分、含量为1-5wt％的Bi2O3作为粘合促进剂、含量为1-5wt％的玻璃材料、含量为5-15wt％的有机载体，各含量均相对于厚膜浆料的总量计。电绝缘厚膜浆料在本专利技术的第二实施方案中，厚膜层由电绝缘厚膜浆料获得。因此，本专利技术的金属-陶瓷基板上所得的厚膜层也被设计为电绝缘的。由于使用电绝缘的厚膜浆料，相邻金属涂层彼此间可以更紧密地设置而不引起金属层之间短路的风险。在第二实施方案中，厚膜浆料优选包含至少一种金属氧化物和/或至少一种玻璃材料、任选的至少一种颜料(例如铝酸钴)，以及至少一种有机载体。颜料用作颜色标记组分，这使最终的厚膜浆料成为可目视检测的材料，并且在本专利技术的意义上可以为厚膜浆料提供这种功能的每种颜料都是合适的。如果在本专利技术的第二实施方案中使用电绝缘的厚膜浆料，其中使用的金属氧化物则可以选自Al2O3、CuO、Cu2O、MnO、Mn2O3、MnO2、本文档来自技高网...

【技术保护点】
金属‑陶瓷基板，其包括：a.陶瓷基板，b.金属涂层，其设置在所述陶瓷基板的至少一侧，其特征在于所述金属涂层直接施加到所述陶瓷基板上并且至少部分地被烘烤的厚膜层包围。

【技术特征摘要】
2015.12.22 EP 15201819.81.金属-陶瓷基板，其包括：a.陶瓷基板，b.金属涂层，其设置在所述陶瓷基板的至少一侧，其特征在于所述金属涂层直接施加到所述陶瓷基板上并且至少部分地被烘烤的厚膜层包围。2.根据权利要求1所述的金属-陶瓷基板，其特征在于所述厚膜层由厚膜浆料获得，所述厚膜浆料被烘烤。3.根据权利要求2所述的金属-陶瓷基板，其特征在于所述厚膜层是以导电厚膜浆料或电绝缘厚膜浆料起始获得的。4.根据权利要求3所述的金属-陶瓷基板，其特征在于所述厚膜浆料是导电的，并且包含至少一种金属、至少一种有机载体、至少一种粘合促进剂和/或玻璃材料。5.根据权利要求3所述的金属-陶瓷基板，其特征在于所述厚膜浆料是电绝缘的，并且包含至少一种金属氧化物和/或玻璃材料、至少一种有机载体和任选的至少一种颜料。6.根据权利要求4所述的金属-陶瓷基板，其特征在于所述厚膜浆料包含Bi2O3作为粘合促进剂，其含量为所述厚膜浆料的量的0.1-5wt％。7.根据权利要求5或6所述的金属-陶瓷基板，其特征在于所述电绝缘厚膜浆料的固体含量为30-80wt％。8.根据权利要求1-7中任一项所述的金...

【专利技术属性】
技术研发人员：保罗·贡德勒，安东·米瑞科，克里斯蒂娜·莫德兹，加布里尔·齐尔，梅勒妮·鲍沃赫，卡伊·赫布斯特，
申请(专利权)人：德国贺利氏公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE