焊料材料、制造这种焊料材料的方法以及将这种焊料材料用于使金属层结合到陶瓷层上的应用技术

一种用于将金属层(20)结合到陶瓷层(10)上的焊料材料(30)，尤其用于构成作为电的元器件的载体的金属

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】焊料材料、制造这种焊料材料的方法以及将这种焊料材料用于使金属层结合到陶瓷层上的应用


[0001]本专利技术涉及一种焊料材料、一种用于制造这种焊料材料的方法以及这种焊料材料用于将金属层结合到陶瓷层上的一种应用。

技术介绍

[0002]金属
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陶瓷基底例如作为电路板或印刷电路板从现有技术中是充分已知的，例如从DE 10 2013 104 739 A1、DE 19 927 046 B4和DE 10 2009 033 029 A1中充分已知。通常，用于电的元器件和带状导线的连接面设置在金属
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陶瓷基底的元器件侧上，其中电的元器件和带状导线能够连接在一起以形成电路。金属
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陶瓷基底的主要组成部分是绝缘层和至少一个结合到绝缘层上的金属层，所述绝缘层优选由陶瓷制成。由于其相对高的绝缘强度，由陶瓷制成的绝缘层在功率电子设备中被证明为是特别有利的。通过对金属层进行结构化，于是能够实现用于电的元器件的带状导线和/或连接面。
[0003]提供这种金属
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陶瓷基底的前提条件是将金属层持久地结合到陶瓷层上。除了所谓的直接结合方法，即DCB或DAB方法，在现有技术中已知的是，经由焊料材料将金属层结合到陶瓷层上。
[0004]将例如用于将金属层或金属膜，尤其还有铜层或铜膜与陶瓷材料连接的活性焊料方法理解为如下方法，所述方法专门用于制造金属
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陶瓷基底。在此，在约650℃
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1000℃之间的温度中利用硬焊料建立在金属膜、例如铜膜和陶瓷基底、例如氮化铝陶瓷之间的连接，除了诸如铜、银和/或金的主要组分之外，所述硬焊料还含有活性金属。例如为出自Hf、Ti、Zr、Nb、Ce的至少一种元素的这种活性金属通过化学反应建立在焊料和陶瓷之间的连接，同时在焊料和金属之间的连接是金属硬焊接连接。
[0005]从US 2018 0 169 796 A中已知一种三层的焊料材料，其中外层片通过由活性金属构成的两个层形成。膜在此厚于100μm。
[0006]从US 6,722,002 B1中描述了一种方法，其中为了构成焊料膜，通过滚压将钛膜设置在铜膜或铜/镍膜之间。在此，膜厚度大于100μm。
[0007]在US 3,981,429中描述了一种多层的焊接膜，其中钛层具有薄于25μm的厚度。所述焊接膜应在飞机制造中使用，尤其在结合到蜂窝结构上时使用。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是，提供一种焊料材料，所述焊料材料相对于从现有技术中已知的焊料材料得以改进，尤其在将金属层结合到陶瓷层上方面得以改进。
[0009]本专利技术借助根据权利要求1所述的焊料材料、根据权利要求7所述的用于制造焊料材料的方法以及根据权利要求10所述的焊料材料的应用实现所述目的。其他实施形式能够在从属权利要求和说明书中得出。
[0010]根据本专利技术的第一方面提供一种焊料材料，所述焊料材料用于将金属层结合到陶
Zirkonoxid，四方稳定氧化锆)或ZTA作为用于陶瓷的材料。在此也可设想的是，陶瓷层构成为复合陶瓷或混合陶瓷，其中将分别关于其材料组成方面不同的多个陶瓷层上下相叠地设置并且接合在一起以形成绝缘层，以组合不同的所期望的特性。也可考虑是，在两个陶瓷层之间设置有金属中间层，所述金属中间层优选厚于1.5mm和/或厚于两个陶瓷层的总和。优选地，为了尽可能低的热阻使用尽可能导热的陶瓷。
[0019]符合目的地提出，焊料材料不含银。因此有利地避免了银迁移和/或在金属层和陶瓷层之间的边界层区域中构成难以蚀刻掉的银层，所述银层在金属层中建立结构化部以在“二次蚀刻”的过程中构成带状导线时是尤其不利的。此外，已证明为特别便宜的是，使用不含银的焊料材料，因为能够省去相对昂贵的银。优选地，其是基于铜的焊料材料。此外，对于本领域技术人员而言，如果在焊料材料中银的份额小于2重量％，优选小于1重量％并且特别优选小于0.2重量％，那么理解为是不含银的。也可考虑的是，在焊料材料中银的份额小于15重量％，优选小于10重量％，并且特别优选小于10重量％。
[0020]根据一个优选的实施形式提出，膜具有第三层，其中第三层包括基础材料或不同于该基础材料的另一基础材料，其中第二层沿着堆叠方向设置在第一层和第三层之间。因此有利地可行的是，能够提供夹层结构，其中优选地，活性金属设置在第一层和第三层之间。替选地，可设想的是，第一层和第三层由一种或不同的活性金属成形，而第二层提供基础材料并且设置在第一层和第三层之间。
[0021]根据另一优选的实施形式提出，第一层具有第一厚度，第二层具有第二厚度并且第三层具有第三厚度，其中第二厚度小于第一厚度和/或第三厚度，尤其小于第一和第三厚度的总和，其中尤其地，第二厚度与第一厚度的比具有在0.01和0.3之间、优选在0.01和0.2之间并且特别优选在0.01和0.1之间的值。换言之：优选具有活性金属或由活性金属构成的第二层与第一和第三层相比相对薄。已证实，即使借助相对少量的活性金属，尤其在第一层和第三层之间，在接合方之间的有意义的和有效的结合，即在金属层和陶瓷层之间的有意义的和有效的结合是可行的。在此已证实，第二层，尤其当所述第二层由活性金属形成时，也能够具有裂纹或者并非必须不中断地或连贯地构成以便能够经由焊料材料在金属层和陶瓷层之间形成有效的结合。也就是说，可设想的是，第二层在焊料材料中在平行于主延伸平面伸展的方向上具有中断部。
[0022]优选提出，第二层被图案化和/或具有中断部。尤其地，图案通过在第二层中的留空部或凹槽形成，在第一层和第二层接合之前，所述留空部或凹槽被引入第二层中。例如，在将第二层与第一层和/或第三层接合之前，将所述留空部和凹槽借助于压印工具和/或借助于激光引入第二层中以形成结构化部或图案化部。当经由轧制包覆或电镀进行接合时，这尤其被证明为是有利的，因为在这种情况下由于不同的屈服极限可行的是，让出自第一层和/或第二层的基础材料在第二层中的相应的凹槽和/或留空部中断裂或侵入，由此能够在第一层和第三层上进行实际的电镀。优选地，可设想的是，图案化根据在已制成的金属
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陶瓷基底中所规划的带状导线图案来进行。也就是说，所述图案化基本上对应于规划的线路图案或规划的线路图案的一部分。因此，能够有针对性地将活性金属堆积或积累到以下区域中，在所述区域中在稍后制成的金属
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陶瓷基底中规划有电带状导线和/或连接面，而在位于其中的区域中省去活性金属。这被证明为是有利的，因为于是能够简单地去除总归要露出的区域，例如在蚀刻的过程中，尤其“二次蚀刻”的过程中。例如可设想的是，图案设
计为，在生产金属
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陶瓷基底时，焊料材料的无活性金属的区域能够设置在规划的期望断裂线的伸展部上方。优选地，焊料材料包括取向辅助件，以便能够根据期望将焊料材料，尤其图案定向，或者以便在结构化或蚀刻之前识别：在哪个部位处设置有无活性金属的区域。对于本领域技术人员而言，也能够将第二层中的中断部理解为在第二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于将金属层(20)结合到陶瓷层(10)上的焊料材料(30)，尤其用于构成作为电的元器件的载体的金属
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陶瓷基底，所述焊料材料包括：
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基础材料，和
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活性金属，其中所述焊料材料(30)是膜，所述膜在第一层(31)中具有所述基础材料并且在第二层(32)中具有所述活性金属，并且其中所述膜的总厚度(GD)小于50μm，优选小于25μm，并且特别优选小于15μm。2.根据权利要求1所述的焊料材料(30)，其中所述膜具有第三层，其中所述第三层(33)包括所述基础材料或另一基础材料，其中所述第二层(32)沿着堆叠方向(S)设置在所述第一层(31)和所述第三层(33)之间。3.根据上述权利要求中任一项所述的焊料材料(30)，其中所述第一层(31)具有第一厚度(D1)，所述第二层(32)具有第二厚度(D2)，并且所述第三层(33)具有第三厚度(D3)，其中所述第二厚度(D2)小于所述第一厚度(D1)和/或所述第三厚度(D3)，其中尤其地，所述第二厚度(D2)与所述第一厚度(D1)之比具有在0.01和0.3之间、优选在0.01和0.2...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯特凡，
申请(专利权)人：罗杰斯德国有限公司，
类型：发明
国别省市：