金属陶瓷衬底和用于制造金属陶瓷衬底的方法技术

一种金属陶瓷衬底(1)，所述金属陶瓷衬底包括：‑具有陶瓷的绝缘层(11)，所述绝缘层具有第一厚度(D1)；和‑连结在绝缘层(11)上的金属化层(12)，所述金属化层具有第二厚度(D2)，其中第二厚度(D2)大于250μm并且第一厚度(D1)小于300μm，其中第一厚度(D1)和第二厚度(D2)的尺寸确定为，使得‑‑金属化层(12)的热膨胀系数和金属陶瓷衬底(1)的热膨胀系数之间的差值与‑‑金属陶瓷衬底(1)的热膨胀系数的比值具有小于0.25，优选小于0.2并且，并且特别优选小于0.15或甚至小于0.1的值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】金属陶瓷衬底和用于制造金属陶瓷衬底的方法
本专利技术涉及一种用于电气的、尤其电子的器件的金属陶瓷衬底和一种用于制造金属陶瓷衬底的方法。
技术介绍
金属陶瓷衬底例如作为电路板或印刷电路板从现有技术中是长久已知的。典型地，在金属陶瓷衬底的器件侧上设置有用于电气器件的连接面和印制导线，其中电气器件和印制导线可连接在一起形成电回路。金属陶瓷衬底的主要组成部分是绝缘层和连结于绝缘层的金属化层，所述绝缘层由陶瓷制成。由于其相对高的绝缘强度，由陶瓷制成的绝缘层证实为是特别有利的。通过金属化层的结构化于是可以实现用于电气器件的印制导线和/或连接面。从WO2017056666A1中已知一种具有双侧的金属化层的Si3N4绝缘层，其中Si3N4绝缘层的尺寸确定为比0.26mm更薄并且金属化层的尺寸确定为比0.6mm更厚。原则上，除了低的热阻以外也期望高的耐温度变化性，这有利于相应的金属陶瓷衬底的耐久性。
技术实现思路
以此背景为出发点，本专利技术的目的是，提供一种金属陶瓷衬底，所述金属陶瓷衬底具有低的热阻和相对高的耐温度变化性。所述目的通过根据权利要求1的金属陶瓷衬底和根据权利要求8的方法实现。本专利技术的其他优点和特征在从属权利要求以及说明书和附图中得到。根据本专利技术，提出一种金属陶瓷衬底，其包括：-具有陶瓷的绝缘层，所述绝缘层具有第一厚度；和-连结在绝缘层上的金属化层，所述金属化层具有第二厚度，其中第二厚度大于200μm并且第一厚度小于300μm，其中第一厚度和第二厚度的尺寸确定为，使得·金属化层的热膨胀系数和金属陶瓷衬底的热膨胀系数之间的差值与·金属陶瓷衬底的热膨胀系数的比值具有小于0.25，优选小于0.2并且特别优选小于0.15，或甚至小于0.1的值。相对于现有技术，借助于根据本专利技术的设计方案或第一厚度和第二厚度的尺寸确定有利地可行的是，实现改善的耐温度变化性，尤其也针对如下金属陶瓷衬底，所述金属陶瓷衬底的热阻由于相对薄的绝缘层降低，即所述绝缘层具有小于250μm，优选小于200μm并且特别优选小于150μm的第一厚度。根据本专利技术在此为了确定第一厚度和/或第二厚度的尺寸使用金属陶瓷衬底的热膨胀系数(即考虑所有层，尤其绝缘层和金属化层的总热膨胀系数)和金属化层的热膨胀系数。在此令人惊讶地证实，只要根据权利要求确定第二厚度或第一厚度的尺寸，虽然绝缘层的第一厚度相对小，但是能改善耐温度变化性。尤其已证实，在温度变化下金属陶瓷衬底的失效越小，金属化层的热膨胀系数和金属陶瓷衬底的热膨胀系数之间的差就越小。除了相对薄的绝缘层的降低的热阻以外的另一优点是，随着层厚度减小，组织缺陷的数量和大小也降低。相应地，具有陶瓷的绝缘层的故障的概率也降低。第一厚度和第二厚度在此沿着垂直于主延伸平面伸展的方向测量，其中主延伸平面平行于绝缘层伸展。金属化层在此经由连结面直接连结于绝缘层。作为耐温度变化性优选理解为绝缘层在与金属化层的边界区域中的裂纹。所述裂纹又随着周期数量升高而造成脱层。金属陶瓷衬底的在温度变化下可观察的使用寿命在此在借助于US显微术可证实裂缝时终止，所述裂缝又妨碍在热源下方或在围绕热源的一半的铜厚度的区域中的散热或者限制衬底的绝缘强度。已证实的是，在金属陶瓷衬底根据权利要求确定尺寸时，在温度变化下观察的使用寿命会延长。优选地，绝缘层具有Al2O3，Si3N4，AlN，HPSX陶瓷(即具有Al2O3基体的陶瓷，其包括x百分比份额的ZrO2，例如是具有9％的ZrO2的Al2O3＝HPS9或具有25％的ZrO2的Al2O3＝HPS25)，SiC，BeO，MgO，高密度的MgO(＞90％的理论密度)，TSZ(四方稳定氧化锆)或ZTA作为用于陶瓷的材料。在此也可考虑，绝缘层构成为复合陶瓷或混合陶瓷，其中为了将不同的期望的特性组合，将多个陶瓷层上下相叠地设置并且拼合成绝缘层，所述陶瓷层分别在其材料组成方面不同。作为用于金属化层的材料可考虑铜、铝、钼和/或其合金，以及叠层，如CuW、CuMo、CuAl、AlCu和/或CuCu，尤其铜夹层结构，所述铜夹层结构具有第一铜层和第二铜层，其中第一铜层中的粒度与第二铜层中不同。还可考虑的是，绝缘层例如包括氧化锆增强的氧化铝，这有利地提高绝缘层的稳定性，而例如绝缘层可由Al2O3相对便宜地生产。例如在由铜制成的金属化层的第二厚度具有基本上0.6mm的值时，由陶瓷HPS9构成的绝缘层具有0.26mm或0.32mm的第一厚度。根据本专利技术的另一实施方式提出，第一厚度大于30μm，优选大于60μm并且特别优选大于90μm。已证实的是，这种第一厚度可以保证金属陶瓷衬底的相应的绝缘强度和稳定性。此外，用于具有大于90μm的第一厚度的绝缘层的生产耗费小于用于尺寸确定为更薄的绝缘层的生产耗费。优选地提出，在与金属化层相对置的侧上在绝缘层上连结有具有第三厚度的另外的金属化层，其中第一厚度、第二厚度和/或第三厚度的尺寸确定为，使得-另外的金属化层和/或金属化层的热膨胀系数和金属陶瓷衬底的热膨胀系数之间的差值与-金属陶瓷衬底的热膨胀系数的比值具有小于0.25，优选小于0.2并且特别优选小于0.15，或甚至小于0.1的值。优选地，金属陶瓷衬底热机械对称地构成。尤其，金属化层、绝缘层和另外的金属化层沿着垂直于主延伸平面伸展的堆叠方向上下相叠地设置。在此，第三厚度沿垂直于主延伸平面伸展的方向测量。优选地，另外的金属化层或金属化层的热膨胀系数选择为，其更接近金属陶瓷衬底的热膨胀系数。对于本领域技术人员显而易见的是，所列出的条件可转用于由多于三个层组成的金属陶瓷衬底。优选地，这种具有多于三个层的多层的金属陶瓷衬底能转换成具有绝缘层、金属化层和另外的金属化层的金属陶瓷衬底，即三层的金属陶瓷衬底。优选地，用于第二金属化层的材料选择为，使得其提高整个金属陶瓷衬底的强度。由此能有针对性地调整整个金属陶瓷衬底的机械负荷能力。在此可考虑，对此，用于第一金属化层的材料与第二金属化层的金属不同。例如，用于另外的金属化层的材料是钼。作为用于另外的金属化层的材料同样可考虑铜、铝、钨和/或其合金，以及叠层，如CuW、CuMo、CuAl、AlCu和/或CuCu，尤其具有第一铜层和第二铜层的铜夹层结构，其中第一铜层中的粒度与第二铜层不同。此外，也可考虑基于MMC’s、如例如CuSiC、CuC、AlSiC或MgSiC的后侧金属化部，其CTE尤其可以匹配于衬底和/或芯片的组合的CTE。特别优选地提出，另外的金属化层的厚度在金属化层的1.1倍和10倍之间，优选在1.5倍和8倍之间并且特别优选在2倍和6倍之间。优选地，另外的金属化层为了稳定而不具有中断部，尤其不具有绝缘槽。由此能避免，金属陶瓷衬底在绝缘槽的区域中仅由薄的绝缘层形成并且相应地容易引起在该区域中的断裂部。换言之：另外的金属化层用作为用于相对薄的绝缘层的稳定层。也可考虑，金属化部和另外的金属化部构成为，使得沿着堆叠方向，在金属化层中的绝缘槽和在另外的金属化层中的绝缘槽不上下相叠地设置。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属陶瓷衬底(1)，所述金属陶瓷衬底包括：/n-具有陶瓷的绝缘层(11)，所述绝缘层具有第一厚度(D1)；和/n-连结在所述绝缘层(11)上的金属化层(12)，所述金属化层具有第二厚度(D2)，/n其中所述第一厚度(D1)小于250μm并且所述第二厚度(D2)大于200μm并且其中所述第一厚度(D1)和所述第二厚度(D2)的尺寸确定为，使得/n--所述金属化层(12)的热膨胀系数和所述金属陶瓷衬底(1)的热膨胀系数之间的差值与/n--所述金属陶瓷衬底(1)的热膨胀系数的比值具有小于0.25、优选小于0.2并且特别优选小于0.15或甚至小于0.1的值。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180228 DE 102018104521.21.一种金属陶瓷衬底(1)，所述金属陶瓷衬底包括：
-具有陶瓷的绝缘层(11)，所述绝缘层具有第一厚度(D1)；和
-连结在所述绝缘层(11)上的金属化层(12)，所述金属化层具有第二厚度(D2)，
其中所述第一厚度(D1)小于250μm并且所述第二厚度(D2)大于200μm并且其中所述第一厚度(D1)和所述第二厚度(D2)的尺寸确定为，使得
--所述金属化层(12)的热膨胀系数和所述金属陶瓷衬底(1)的热膨胀系数之间的差值与
--所述金属陶瓷衬底(1)的热膨胀系数的比值具有小于0.25、优选小于0.2并且特别优选小于0.15或甚至小于0.1的值。


2.根据权利要求1所述的金属陶瓷衬底(1)，
其中所述第一厚度(D1)大于30μm，优选大于60μm并且特别优选大于90μm。


3.根据上述权利要求中任一项所述的金属陶瓷衬底(1)，
其中所述绝缘层(11)在与所述金属化层(12)相对置的那一侧上连结有具有第三厚度(D3)的另外的金属化层(13)，其中所述第一厚度(D1)、所述第二厚度(D2)和/或所述第三厚度(D3)的尺寸确定为，使得
-所述另外的金属化层(13)和/或所述金属化层(12)的热膨胀系数和所述金属陶瓷衬底(1)的热膨胀系数之间的差值与
-所述金属陶瓷衬底(1)的热膨胀系数的比值具有小于0.25，优选小于0.2并且特别优选小于0.15或甚至小于0.1的值。


4.根据权利要求3所述的金属陶瓷衬底(1)，
其中为了稳定，所述另外的金属化层(13)不具有中断部，尤其不具有绝缘槽。


5.根据上述权利要求中任一项所述的金属陶瓷衬底(1)，
其...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈亚斯·迈尔，斯特凡·布里廷，
申请(专利权)人：罗杰斯德国有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE