用于产生金属-陶瓷基板的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于生产金属

【技术实现步骤摘要】
用于产生金属
‑
陶瓷基板的方法
[0001]本专利技术涉及一种用于生产金属
‑
陶瓷基板的方法。
[0002]金属
‑
陶瓷基板在电力电子领域中发挥着重要作用。它们是电子部件的设计中的关键元件，并且可确保在这些部件运行期间快速散发大量热量。金属
‑
陶瓷基板通常由陶瓷层和连接到陶瓷层的金属层组成。
[0003]从现有技术中已知几种用于将金属层连接到陶瓷层的方法。在称为直接铜键合(DCB)方法的情况下，铜箔表面设有通过铜与反应性气体(通常为氧气)反应而产生的铜化合物(通常为氧化铜)，该铜化合物具有比铜更低的熔点。如果将以这种方式处理的铜箔施加到陶瓷体上并烧制该复合材料，则该铜化合物熔化并润湿陶瓷体的表面，使得在该铜箔与该陶瓷体之间发生稳定的材料连接(material connection)。该方法例如在US 3744120 A或DE 2319854 C2中有描述。
[0004]尽管有明显的优点，但DCB方法具有两个主要缺点。首先，该方法必须在相对高(即，略低于铜的熔点)的温度下执行。其次，该方法可能只能用于基于氧化物的陶瓷诸如氧化铝或表面氧化的氮化铝。因此，需要一种在不那么严格的条件下产生金属
‑
陶瓷基板的替代方法。在一种替代方法中，可以在大约650℃至1000℃的温度下将金属箔连接到陶瓷体上，其中使用特殊焊料，该焊料含有熔点为至少700℃的金属(通常为银)和活性金属。该活性金属的作用是与陶瓷材料反应，从而使得陶瓷材料能够与其余焊料连接以形成反应层，而熔点为至少700℃的金属起到将该反应层连接到金属箔上的作用。例如，JP4812985 B2提出使用含有50重量％至89重量％的银并且此外还含有铜、铋和活性金属的焊料将铜箔连接到陶瓷体上。利用这种方法，可以可靠地将铜箔与陶瓷体接合。为了避免与银迁移相关的问题，可能有利的是使用无银焊料将金属箔与陶瓷体连接。这些焊料是例如基于高熔点金属(特别是铜)、低熔点金属(诸如铋、铟或锡)和活性金属(诸如钛)。例如，DE 102017114893A1中提出了此种技术。基本上，这种技术可产生一类新的、独立的连接，因为所使用的焊料的基料由不同的金属(铜而不是银)形成，这会导致材料特性发生变化，并产生对其他焊料组分和改良的接合条件的适应。因此，以这种方式产生的金属
‑
陶瓷基板除了具有金属层和陶瓷层之外，还具有位于金属层与陶瓷层之间的键合层，该键合层含有活性金属。
[0005]由于电力电子领域中的需求不断增加，也越来越需要进一步改进使用含有熔点为至少700℃的金属、熔点小于700℃的金属和活性金属的焊料材料产生的金属
‑
陶瓷基板的热传导性和电流传导性。
[0006]增加金属
‑
陶瓷基板的热传导性和电流传导性的现有方法集中在改变金属层与陶瓷层之间的键合层的组成。然而，出于若干原因，使键合层的组成保持不变可能是有利的。因此，例如，键合层的给定组成可以理想地满足除热传导性和电流传导性之外的技术要求，可以被容易地生产，或者甚至可以更具成本效益。因此，有利的是经由合适的工艺措施改进键合层的给定组成的金属
‑
陶瓷基板的热传导性和电流传导性。
[0007]因此，本专利技术的目的是提供一种方法，利用该方法，可以使用包含熔点为至少700℃的金属、熔点小于700℃的金属以及活性金属的焊料材料获得热传导性和电流传导性增加的金属
‑
陶瓷基板。
[0008]该目的经由权利要求1的方法实现。因此，本专利技术提供了一种用于产生金属
‑
陶瓷基板的方法，该方法包括以下步骤：
[0009]a)提供叠堆，该叠堆包含
[0010]a1)陶瓷体，
[0011]a2)金属箔，和
[0012]a3)与该陶瓷体和金属箔接触的焊料材料，该焊料材料包含：
[0013](i)熔点为至少700℃的金属，
[0014](ii)熔点小于700℃的金属，和
[0015](iii)活性金属；以及
[0016]b)加热该叠堆，其中满足以下条件中的至少一个条件：
[0017]b1)高温加热持续时间不超过60分钟，其中该高温加热持续时间是指叠堆在加热时暴露于对应于至少峰值温度
–
250℃的温度的持续时间；
[0018]b2)峰值温度加热持续时间不超过30分钟，其中该峰值温度加热持续时间是指叠堆在加热时暴露于对应于至少峰值温度
–
50℃的温度的持续时间；
[0019]b3)加热持续时间不超过60分钟，其中该加热持续时间表示从100℃的温度开始叠堆需要达到峰值温度的时间段。
[0020]在根据本专利技术的方法中，最初提供了叠堆，该叠堆含有陶瓷体、金属箔以及与该陶瓷体和该金属箔接触的焊料材料。
[0021]该焊料材料优选地位于叠堆中的陶瓷体与金属箔之间。根据一个优选实施方案，叠堆包含陶瓷体、(第一)金属箔、与陶瓷体和第一金属箔接触的(第一)焊料材料、第二金属箔以及与陶瓷体和第二金属箔接触的第二焊料材料。根据该实施方案，(第一)焊料材料优选地位于陶瓷体与(第一)金属箔之间，并且第二焊料材料优选地位于陶瓷体与第二金属箔之间。此外，根据该实施方案，第一焊料材料优选地对应于第二焊料材料。
[0022]因此，陶瓷体优选地具有第一表面和第二表面。金属箔优选地具有第一表面。第二金属箔(只要其存在)优选地具有第一表面。根据一个优选实施方案，在该叠堆中，(第一)焊料材料因此位于陶瓷体的第一表面与(第一)金属箔的第一表面之间。根据另一个优选实施方案，叠堆包含与陶瓷体的第二表面和第二金属箔的第一表面接触的第二焊料材料。根据该实施方案，在该叠堆中，(第一)焊料材料优选地位于陶瓷体的第一表面与(第一)金属箔的第一表面之间，并且第二焊料材料优选地位于陶瓷体的第二表面与第二金属箔的第一表面之间。根据另一个优选实施方案，除了根据本专利技术的焊料材料之外，没有另外的层位于陶瓷体与(第一)金属箔之间。根据又一个实施方案，除了根据本专利技术的焊料材料之外，没有另外的层位于陶瓷体与第二金属箔(只要其存在)之间。
[0023]陶瓷体的陶瓷优选地是绝缘陶瓷。根据一个优选实施方案，陶瓷选自由氧化物陶瓷、氮化物陶瓷和碳化物陶瓷组成的组。根据另一个优选实施方案，陶瓷选自由金属氧化物陶瓷、氧化硅陶瓷、金属氮化物陶瓷、氮化硅陶瓷、氮化硼陶瓷和碳化硼陶瓷组成的组。根据一个特别优选的实施方案，陶瓷选自由氮化铝陶瓷、氮化硅陶瓷和氧化铝陶瓷(诸如，例如氧化锆增韧氧化铝(ZTA)陶瓷)组成的组。陶瓷体优选地具有0.05mm
‑
10mm、更优选0.1mm
‑
5mm范围内、特别优选0.15mm
‑
3mm范围内的厚度。
[0024]金属箔的金属优选地选自由铜、铝和钼组成的组。根据一个特别优选的实施方案，
金属箔的金属选自由铜和钼组成的组。根据一个尤其优选的实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于产生金属
‑
陶瓷基板的方法，所述方法包括以下步骤：a)提供叠堆，所述叠堆包含a1)陶瓷体，a2)金属箔，和a3)焊料材料，所述焊料材料与所述陶瓷体和所述金属箔接触，其中所述焊料材料包含：(i)熔点为至少700℃的金属，(ii)熔点小于700℃的金属，和(iii)活性金属，以及b)加热所述叠堆，其中满足以下条件中的至少一个条件：b1)高温加热持续时间不超过60分钟，其中所述高温加热持续时间是指所述叠堆在加热时暴露于对应于至少峰值温度
–
250℃的温度的持续时间；b2)峰值温度加热持续时间不超过30分钟，其中所述峰值温度加热持续时间是指所述叠堆在加热时暴露于对应于至少峰值温度
–
50℃的温度的持续时间；b3)加热持续时间不超过60分钟，其中所述加热持续时间表示从100℃的温度开始所述叠堆需要达到峰值温度的时间段。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述陶瓷体的陶瓷选自由氮化铝陶瓷、氮化硅陶瓷和氧化铝陶瓷组成的组。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述金属箔的所述金属是铜。4.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，所述焊料材料是包含以下的糊料：(a)至少一种金属组分，所述金属组分具有熔点为至...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
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：