激光烧蚀金属-陶瓷衬底的方法；相应衬底技术

本申请涉及一种激光烧蚀金属‑陶瓷衬底的方法，其中激光在基本上避免在所述金属‑陶瓷衬底上形成固体金属粒子的工艺条件下使用，所述固体金属粒子有别于在烧蚀边缘附近通过激光烧蚀释放的金属粒子。本申请另外涉及一种包含陶瓷衬底且在所述陶瓷衬底的至少一侧上的金属敷物的陶瓷‑金属衬底，其中所述陶瓷衬底和所述金属敷物具有齐平的切割边缘。

Laser ablation of metal ceramic substrate

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】激光烧蚀金属-陶瓷衬底的方法；相应衬底本专利技术涉及一种激光切割金属-陶瓷衬底的方法。本专利技术的另一主题为一种通过根据本专利技术的方法获得的金属-陶瓷衬底和激光切割金属-陶瓷衬底的用途。激光切割也称为激光光束切割，是指通过连续或脉冲式激光辐射经由材料烧蚀来分离固体。根据现有技术水平，几乎每一种类型的材料，例如金属、电介质和有机材料，都可以通过激光辐射切割。出现的一个问题，特别是在用激光光束切割金属材料时出现的一个问题为微粒排放，其会在激光切割线附近产生不合需要的金属沉积物。相应的沉积物在电子组件中的铜层的加工中，例如在DCB衬底中特别麻烦。这些沉积物会导致电绝缘性降低和隔离距离减小，这最终会导致对基于DCB衬底的电路的破坏。直接铜粘结衬底(DCB，也称为DBC)为大功率电子应用中使用最广泛的电路载体。DCB技术为一种连接技术，通过所述技术，在高温下，在铜(通常为铜箔)与陶瓷之间产生共晶粘结。DCB衬底适合需要良好热解耦的高功率应用。DCB由充当绝缘层的陶瓷衬底和用于确保电导率的铜化合物组成，陶瓷衬底如Al2O3(或其它陶瓷材料，如ZTA、AlN、氮化硅(Si3N4))。DCB衬底为电力电子模组的主干且极其强大，例如与印刷电路板(printedcircuitboard，PCB)相比。首先，其携带半导体芯片且用以散热。另一方面，其确保对散热片和反相器外壳绝缘。为了最佳可靠性和性能，模组必须在热分布和耐温性以及负载反向稳定性方面具有良好特性。在此，个别层的分层现象提出了特别的挑战。金属-陶瓷衬底，例如通过DCB工艺获得的金属-陶瓷衬底，通常具有功能性凹槽。这些功能性凹槽例如为孔，经由所述孔，金属-陶瓷衬底通过用螺钉拧紧或穿孔镀敷(通孔)而固定。此类凹槽通常通过蚀刻掉金属覆盖层且随后例如通过激光烧蚀切穿陶瓷衬底而插入。这导致在金属陶瓷衬底中产生边缘结构，其中金属边缘相对于陶瓷边缘向后缩进。相对于陶瓷边缘向后缩进的金属边缘的缺点在于，所得金属-陶瓷衬底不太稳定，且在温度和负载改变期间可能发生金属层与衬底的分层。向后缩进的金属边缘的另一个缺点为陶瓷衬底的机械稳定性降低，这可能例如通过裂缝的形成而表现出来。此外，如上所述，将凹槽以常规方式引入金属-陶瓷衬底需要蚀刻掉金属覆盖层和激光烧蚀陶瓷衬底的两步工艺，这从经济观点来看是不利的。从此现有技术出发，本专利技术的目标首先在于提供一种激光烧蚀金属-陶瓷衬底的方法，利用所述方法，可以提供在金属层和/或陶瓷衬底中具有凹槽的金属-陶瓷衬底，所述金属-陶瓷衬底具有稳定的电绝缘。本专利技术的另一目标为提供一种在金属层和/或陶瓷衬底中设有凹槽的金属-陶瓷衬底，其优选机械稳定且优选没有裂缝。包含陶瓷衬底且在陶瓷衬底上设有至少一个金属层的金属-陶瓷衬底的激光烧蚀方法旨在实现金属-陶瓷衬底的经济型生产。这些目标是通过烧蚀金属-陶瓷衬底的方法实现。根据本专利技术的方法的特征在于所述方法是通过激光进行，所述激光在基本上避免在金属-陶瓷衬底上形成固体金属粒子(其有别于在烧蚀边缘附近通过激光烧蚀释放的金属粒子)的工艺条件下使用。此外，所述目标优选通过使用激光烧蚀金属-陶瓷衬底的方法实现，所述激光在允许同时激光烧蚀金属层和陶瓷衬底的工艺条件下使用。附图说明图1显示激光功率(W)与激光速度(m/sec)之间的关系。当根据本专利技术的方法在基本上避免在金属-陶瓷衬底上形成固体金属粒子(其有别于在烧蚀边缘附近通过激光烧蚀释放的金属粒子)的工艺条件下进行时，获得具有稳定绝缘特性的金属-陶瓷衬底，因为绝缘特性没有因为在金属-陶瓷衬底上沉积金属粒子而受到干扰。当根据本专利技术的方法在可以同时激光烧蚀金属层和陶瓷衬底的工艺条件下进行时，一方面避免了需要其它方法步骤的经济方法，且同时获得金属敷物(metallization)和陶瓷衬底具有齐平边缘的金属-陶瓷衬底。因此，提供一种机械稳定且避免金属层与衬底在温度和负载改变期间分层的金属-陶瓷衬底。通过根据本专利技术的方法处理的金属-陶瓷衬底在通过激光烧蚀形成的边缘侧基本上不含金属粒子。在本专利技术的情形下，术语“基本上不含金属粒子”应理解为意指通过激光烧蚀形成的金属粒子的残留如此之低，以致于对金属-陶瓷衬底的绝缘特性的损害不会达到干扰金属-陶瓷衬底用作电力电子应用的电路载体的程度。特定地说，根据本专利技术的方法是基于以下事实：在通过激光烧蚀形成的边缘侧，基本上避免经由激光烧蚀形成金属粒子。在本专利技术的情形下，“在通过激光烧蚀形成的边缘侧”的区域应特别理解为金属-陶瓷衬底的在使用除根据本专利技术的工艺条件外的工艺条件时发生金属粒子的沉积的区域。沉积物在通过激光烧蚀产生的凹槽中和/或在基本上平行于凹槽的相应边缘的区域中延伸，从凹槽边缘计算，宽度一般至多200μm、优选至多100μm、优选至多50μm、优选至多45μm、更优选至多40μm、更优选至多35μm、甚至更优选至多30μm。这个范围是指通过激光烧蚀在金属-陶瓷衬底中产生的凹槽。因此，在本专利技术的情形下，术语“在通过激光烧蚀形成的边缘侧”(“在烧蚀边缘附近”)“基本上不含金属粒子”应理解为意指表面积的小于50％、优选表面积的小于40％、更优选表面积的小于20％、更优选表面积的小于10％、更优选表面积的小于5％覆盖有在前述宽度范围中通过激光烧蚀产生的金属粒子。下面描述激光的优选实施例，利用所述激光基本上可防止在金属-陶瓷衬底的激光烧蚀处形成金属粒子且利用所述激光同时激光烧蚀金属层和陶瓷衬底是可能的。在本专利技术的情形下，虽然根据本专利技术，优选使用皮秒激光，但是激光可选自纳秒激光、皮秒激光或飞秒激光。而且，如果皮秒激光具有优选0.1至100ps、更优选0.5至50ps、再更优选1至30ps的脉冲持续时间，即激光脉冲持续时间，则进一步优选。利用所选脉冲持续时间，可以引导激光工艺，使得基本上不会出现金属残留，且因此基本上不会形成沉积在金属-陶瓷衬底的表面上的金属粒子。因为在本专利技术的情形下，基本上仅形成冷粉尘而不形成熔融相，且因为所选择的从光束源至衬底表面的距离足够大，所以可以使用处理气体，但这不是绝对必要的。激光的处理速度优选为至少0.2m/sec、更优选至少0.50m/sec、更优选至少0.60m/sec、更优选至少0.70m/sec、更优选至少0.80m/sec、更优选至少1.00m/sec。激光的处理速度优选为至多10.00m/sec、更优选至多8.00m/sec、更优选至多6.00m/sec、更优选至多5.00m/sec、更优选至多4.00m/sec。激光的处理速度为优选0.50至10.00m/sec、更优选0.60至8.00m/sec、更优选0.70至6.00m/sec、更优选0.80至5.00m/sec、更优选1.00至4.00m/sec。在本专利技术中，进一步发现，在激光功率(W＝瓦特(Watt))与激光的最大处理速度(m/sec)之间存在技术关系，其中将处理速度定义为有效激光速度(在本专利技术中，有效激光速度为在烧蚀期间施加的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于烧蚀金属-陶瓷衬底的方法，其特征在于所述方法是通过激光进行，所述激光在基本上避免在所述金属-陶瓷衬底上形成固体金属粒子的工艺条件下使用，所述固体金属粒子有别于在烧蚀边缘附近通过激光烧蚀释放的金属粒子。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170621 EP 17177113.21.一种用于烧蚀金属-陶瓷衬底的方法，其特征在于所述方法是通过激光进行，所述激光在基本上避免在所述金属-陶瓷衬底上形成固体金属粒子的工艺条件下使用，所述固体金属粒子有别于在烧蚀边缘附近通过激光烧蚀释放的金属粒子。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于使用的所述激光的激光功率(W)与所述激光的最大处理速度(m/sec)之间的关系对应于下式(1)：
y≤4,7lnx-15(1)
其中
x＝激光功率，W；且
y＝激光处理速度(有效)，m/sec。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于使用的所述激光的所述激光功率(W)与所述激光的最大处理速度(m/sec)之间的关系对应于下式(2)：
y≤5,0lnx-18(2)
其中
x＝激光功率，W；且
y＝激光速度(有效)，m/sec。


4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的方法，其特征在于所述激光为皮秒激光。


5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的方法，其特征在于所述激光的处理速度为至少0.50m/sec。


6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于所述皮秒激光具有0.10至1...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·罗格，B·利斯卡，
申请(专利权)人：贺利氏德国有限两合公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE