用于生产具有至少一个过孔的金属陶瓷衬底的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于生产具有至少一个导电过孔(2，11)的金属陶瓷衬底(1，10)的方法，其中，在陶瓷层(3)的两个相反的表面侧中的每一个上分别有一个金属层(4，8)以平面方式附连到陶瓷板或陶瓷层(3)。根据本发明专利技术，在附连两个金属层(4，8)之前，或在附连两个金属层中的一个(4)之后但在附连两个金属层中的另一个(8)之前，将含金属的粉末状和/或液体物质(6，13)引入到陶瓷层(3)中的限定过孔(2，11)的孔眼(5，12)中，然后使组合体经受500℃以上的高温步骤，其中，含金属的物质(6，13)至少部分地以小于90°的润湿角润湿陶瓷层(3)。

【技术实现步骤摘要】
用于生产具有至少一个过孔的金属陶瓷衬底的方法
本专利技术涉及一种用于生产具有至少一个导电过孔的金属陶瓷衬底、特别是两侧均被金属化的陶瓷衬底的方法。
技术介绍
这种金属陶瓷衬底优选用于功率半导体模块领域中。在该方法中，陶瓷衬底、例如氧化铝陶瓷在其顶侧和底侧设置有金属化部，其中，一般而言，至少一个金属化侧之后具有借助于例如刻蚀工艺产生的电路结构。已知用于生产这些两侧均被金属化的陶瓷衬底的方法是借助于共晶结合进行的，其通常称为直接结合工艺。例如，从EP0085914A2可获得通过结合工艺生产被金属化的陶瓷衬底的方法的基本描述。例如，在直接铜结合(DCB：directcopperbonding)工艺的情况下，首先将铜片氧化，以形成基本均匀的铜氧化物层。然后将所得到的铜片设置在陶瓷衬底的一个表面侧上，并且将陶瓷衬底与铜片的复合体加热至约1025℃至1083℃之间的结合温度，这样形成了被金属化的陶瓷衬底。最后，被金属化的陶瓷衬底被冷却。此外，EP1403229B1描述了一种用于生产铝陶瓷复合衬底的方法，其中，用铝板代替铜附连到氧化铝或氮化铝陶瓷衬底的至少一个表面侧上。两侧均被金属化的陶瓷衬底的生产可以经由两级结合工艺进行，其中，首先将陶瓷衬底的第一表面侧金属化，然后将陶瓷衬底的与第一表面侧相反的第二表面侧金属化，或者两侧均被金属化的陶瓷衬底的生产可以替代性地经由单级结合工艺进行，其中，陶瓷衬底的两个表面侧同时被金属化。例如，DE102010023637B4描述了一种在单个工艺步骤中生产两侧均被金属化的陶瓷衬底的方法，其中，第一金属层、陶瓷层和第二金属层按指定次序相继定位在载体或结合助物上，然后根据DCB方法在高温步骤中将两个金属层同时结合到陶瓷上，以形成两侧均被金属化的金属陶瓷衬底。此外，从DE102010025311A1已知一种将金属层施加在陶瓷材料层上的方法，其中，金属片或金属板通过熔化共晶混合物的中间层结合到陶瓷材料层。为了形成中间层，将金属材料、金属材料的氧化物和作为陶瓷填料的氧化铝的混合物引入金属片或金属板与陶瓷层之间。通过混合物中的陶瓷材料的含量来调节中间层的热膨胀系数，使得在热循环期间产生较少的机械应力。在电子电路工程中通常需要在衬底的两个不同侧的例如导体路径、接触表面等之间建立导电连接的过孔。例如，在EP0627875A1中描述了一种用于生产金属陶瓷衬底的方法，所述金属陶瓷衬底由陶瓷衬底和两个分别设置在陶瓷层的一个表面侧上的金属层构成，并且具有至少一个过孔，在所述过孔处，金属层在陶瓷层中的开口的区域通过金属桥相互电连接。在陶瓷层根据DCB方法在一个表面侧已经结合到金属层之后，完全或几乎完全填充开口的金属体被插入陶瓷层中的限定过孔的开口中。在将金属体插入开口中之后，根据DCB方法，在另一工艺步骤中将第二金属层附连到陶瓷层的尚未被占据的一个表面侧，使得导电过孔同时由金属桥产生。针对金属体的形状提出了圆胚型、长方体或球形构型。为了产生一个可靠的过孔，所提出的方法要求金属体恰好具有陶瓷层的厚度，使得在插入开口中之后，金属体与第二金属层所施加的表面侧齐平，或者具有略大于陶瓷层的厚度的尺寸，在这种情况下，金属体必须在施加第二金属层之前用冲头压平。此外，DE4103294A1公开了一种用于在陶瓷衬底中产生导电过孔的方法，金属层借助于DCB方法附连到陶瓷衬底的表面，其中，陶瓷层中的限定过孔的孔眼完全填充有含金属的粉末。根据DCB方法，使陶瓷层、粉末填充的孔眼和设置在陶瓷层表面处的金属层的组合体经受单个高温步骤，其中，金属粉末的毛细管作用将位于孔眼的上方的金属吸入孔眼中，使得金属在非常小的孔眼直径的情况下填充孔眼，在较大孔眼直径的情况下以牢固粘合的方式覆盖孔眼壁。在EP0862209A2中描述了另一种用于生产金属陶瓷衬底的方法，其中，使用DCB方法以铜片的形式将第一金属化部施加到陶瓷层的第一表面侧，并且通过厚膜或薄膜技术使用含有第二金属化部的金属的膏剂将第二金属化部施加到陶瓷层的另一表面侧，其中，陶瓷层具有至少一个开口，并且在膏剂的施加期间也将膏剂施加在开口中和第一金属化部的暴露于开口中的表面上。施加到陶瓷层的第二表面侧的膏剂在氮气气氛下在与DCB方法的温度相比非常低的温度下烧制，以形成第二金属化部。
技术实现思路
在这种背景下，本专利技术的目的是提出一种用于生产具有至少一个导电过孔的金属陶瓷衬底的方法，所述方法改善了导电过孔的质量，因此，改善了整个金属陶瓷衬底的质量。在所述工艺中，所述方法应该确保过孔的导电性的形成，并且能够使陶瓷衬底的过孔实现大规模生产。必须注意，在以下描述中单独引用的特征可以以任何技术上有意义的方式彼此组合并且代表本专利技术的其它实施例。特别是结合附图的描述进一步表征和具体化本专利技术。根据本专利技术，在用于生产具有至少一个导电过孔的金属陶瓷衬底的方法中，在陶瓷层的两个相反的表面侧中的每一个上分别有一个金属层以平面方式附连到陶瓷板或陶瓷层，其中，在附连两个金属层之前，或在附连两个金属层中的一个之后但在附连两个金属层中的另一个之前，将含金属的粉末状和/或液体物质引入到陶瓷层中的限定过孔的孔眼中，然后使组合体经受500℃以上的高温步骤，其中，含金属的物质至少部分地以小于90°的润湿角润湿陶瓷层。以本身已知的方式，润湿角或接触角是指一滴液体(在这种情况下是高温步骤中的含金属的物质)在固体(在这种情况下为陶瓷层)的表面上相对于所述表面形成的角度。部分润湿通常是指润湿角度小于90°，即液滴在所述陶瓷层的表面上形成圆顶状而不会滚落。“至少部分地”包括完全润湿，在完全润湿中，液体以扁平盘的形式在所述陶瓷层的表面上扩展，不再提供宏观的接触角。换句话说，在完成状态下两侧均被金属化的陶瓷衬底中，在将两个金属层中的至少一个附连到相反的衬底表面之前，将含金属的物质引入到限定所述至少一个过孔的孔眼中，然后形成将两个衬底表面彼此电连接的过孔，其中，至少部分润湿所述陶瓷层的所述含金属的物质的性质有助于该物质中所含的金属与所述陶瓷层形成结合。由于在所述高温步骤中，两个金属层中的至多一个附连到两个衬底表面中的一个上，所以在所述高温步骤期间从含金属的物质释放的气体可以从过孔的孔眼不受阻碍地逸出。因此，可以可靠地避免在过孔中形成位于已经施加到所述衬底表面的两个金属层之间的影响导电性的空穴。根据本专利技术，只有在所述高温度步骤中例如借助于传统的DCB方法已经产生所述过孔之后，才将所述两个金属层或尚未附连的一个金属层附连到陶瓷衬底的相应衬底表面上。通过根据本专利技术的方法，可以确保最终两侧均被金属化的陶瓷衬底中实现大规模生产的过孔。限定过孔的孔眼可以具有在大约50微米至大约2000微米之间的直径。通过在烧结陶瓷之后激光加工或在烧结之前冲压生坯，可以将所述孔眼引入所述陶瓷层或陶瓷板。根据本专利技术的一个优选的有利实施例，在将含金属的物质引入到限定过孔的孔眼中之前，例如通过本身已知的DCB方法将两个金属层中的一个附连到陶瓷层的两个表面侧中的一个上。因此，在将所述含金属的物质引入到所述孔眼之前，所述孔眼已经在一侧被第一金属层封闭，使得所述含金属的物质可以在引入后更容易地保留在所述孔眼中，并且可以实现用所述含金属的物质更高程度地填充所述孔眼。优选地，所述孔眼的填充本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生产具有至少一个导电过孔(2，11)的金属陶瓷衬底(1，10)的方法，其中，在陶瓷层(3)的两个相反的表面侧中的每一个上分别有一个金属层(4，8)以平面方式附连到陶瓷板或陶瓷层(3)，其特征在于在附连两个金属层(4，8)之前，或在附连两个金属层中的一个(4)之后但在附连两个金属层中的另一个(8)之前，将含金属的粉末状和/或液体物质(6，13)引入到陶瓷层(3)中的限定过孔(2，11)的孔眼(5，12)中，然后使组合体经受500℃以上的高温步骤，其中，含金属的物质(6，13)至少部分地以小于90°的润湿角润湿陶瓷层(3)。

【技术特征摘要】
2016.08.29 EP 16001878.41.一种用于生产具有至少一个导电过孔(2，11)的金属陶瓷衬底(1，10)的方法，其中，在陶瓷层(3)的两个相反的表面侧中的每一个上分别有一个金属层(4，8)以平面方式附连到陶瓷板或陶瓷层(3)，其特征在于在附连两个金属层(4，8)之前，或在附连两个金属层中的一个(4)之后但在附连两个金属层中的另一个(8)之前，将含金属的粉末状和/或液体物质(6，13)引入到陶瓷层(3)中的限定过孔(2，11)的孔眼(5，12)中，然后使组合体经受500℃以上的高温步骤，其中，含金属的物质(6，13)至少部分地以小于90°的润湿角润湿陶瓷层(3)。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在将含金属的物质(6，13)引入到限定过孔(5，12)的所述孔眼中之前，将两个金属层中的一个(4)附连到陶瓷层(3)的两个表面侧中的一个上。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于含金属的物质(6)是由铜和另外来自由氧化亚铜(I)、氧化铜(II)和氢氧化铜(II)组成的组中的至少一种元素构成的粉末混合物，其中，粉末混合物中的铜含量为0％至约95％，来自上述组中的所述至少一种元素形成余量至100％。4.根据前述权利要求3所述的方法，其特征在于粉末混合物(6)的晶粒尺寸至多为限定过孔(2)的所述孔眼(5)的直径的90％。5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于粉末混合物(6)在引入到限定过孔(2)的所述孔眼(5)中之前与载体材料混合，以形成粘性膏剂。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于液体、特别是水或酒精用作载体...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·罗特，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE