制造金属陶瓷基板的方法和借助这种方法制造的金属陶瓷基板技术

一种用于制造金属陶瓷基板(1)的方法，包括：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制造金属陶瓷基板的方法和借助这种方法制造的金属陶瓷基板


[0001]本专利技术涉及一种用于制造金属陶瓷基板的方法和一种借助这种方法制造的金属陶瓷基板。

技术介绍

[0002]金属陶瓷基板例如作为电路板或印刷电路板从现有技术中充分已知，例如从DE 10 2013 104 739 A1、DE 19 927 046 B4和DE 10 2009 033 029 A1中已知。典型地，在金属陶瓷基板的器件侧上设置用于电器件和印制导线的端子面，其中电器件和印制导线可一起连接为电路。金属陶瓷基板的主要组成部分是绝缘层和至少一个键合(angebundene)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电力电子学中证实为是特别有利的。通过将金属层结构化，那么可以实现用于电器件的印制导线和/或端子面。
[0003]对于提供这种金属陶瓷基板的前提是将金属层持久地键合到陶瓷层上。除了所述的直接金属键合法，即DCB或DAB法之外，从现有技术中已知的是，将金属层经由焊料材料键合到陶瓷层上。
[0004]将活性焊料法，例如用于将金属层或金属膜、尤其铜层或铜膜与陶瓷材料连接的活性焊料法，理解为专门用于制造金属陶瓷基板的方法。在此，在大约650℃
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1000℃之间的温度，通过使用硬焊料在金属膜、例如铜膜和陶瓷基板、例如氮化铝陶瓷之间建立连接，所述硬焊料除了主要组分如铜、银和/或金之外也包含活性金属。例如是Hf、Ti、Zr、Nb、Ce中的至少一种元素的所述活性金属通过化学反应建立在焊料和陶瓷之间的连接，而在焊料和金属之间的连接是金属的硬焊料连接。
[0005]此外，例如从DE 10 2013 113 734 B4中以及从JP 4
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325 470中已知一种方法，其中借助于热等静压执行金属层与陶瓷层的键合，以构成金属陶瓷基板。热等静压此外也用于后处理，以便降低形成的缩孔的数量，所述缩孔在借助焊料法或借助直接金属键合法键合期间产生。

技术实现思路

[0006]以现有技术为出发点，本专利技术的目的是，提供一种用于制造金属陶瓷基板的方法，所述方法相对于已知的方法进一步改进，尤其在将金属成功地、尽可能无缩孔地、节省能量地且工艺安全地键合于陶瓷的方面进一步改进。
[0007]本专利技术借助根据权利要求1的用于制造金属陶瓷基板的方法和根据权利要求15的金属陶瓷基板实现所述目的。其他实施方式在从属权利要求和说明书中得出。
[0008]根据本专利技术的第一方面提出一种用于制造金属陶瓷基板的方法，包括：
[0009]‑
提供陶瓷元件、金属板层和至少一个金属层，
[0010]‑
由陶瓷元件、金属板层和至少一个金属层构成总体，
[0011]‑
构成气密的、包围陶瓷元件的容器，其中在容器中至少一个金属层设置在陶瓷元件和金属板层之间，并且
[0012]‑
通过热等静压构成金属陶瓷基板。
[0013]相对于从现有技术中已知的方法，根据本专利技术，除了金属板层之外，在金属板层和陶瓷元件之间引入至少一个金属层，并且接着将金属板层、至少一个金属层和陶瓷元件彼此接合。换言之：将附加的金属层引入到容器中，所述附加的金属层与金属板层一起在热等静压的范围内变成金属化部的一部分，所述金属化部在制成的金属陶瓷基板处构成。使用其中在金属板层和陶瓷元件之间引入附加的金属层的这种设置尤其允许在生产容器时的较大的自由度并且此外给出可以根据期望设定在制成的金属陶瓷基板处的随后的金属化部的特性的自由度。
[0014]优选地提出，在热等静压的情况下，容器，尤其金属容器，在加热和压力设备中承受在100bar和2000bar之间，优选在150bar和1200bar之间并且特别优选在300bar和1000bar之间的气体压力和300℃直至金属板层和/或另外的金属板层的熔化温度、尤其直至低于金属板层和/或另外的金属板层的熔化温度的温度的工艺温度。已经证实为有利的是，可行的是，将金属层，即至少一个金属层或金属容器的金属板层和/或另外的金属板层键合于陶瓷元件，而不达到直接金属键合法，例如DCB法或DAB法的所需的温度，和/或无需在活性焊接中使用的焊料基本材料。此外，利用或使用对应的气体压力允许尽可能无缩孔地、即在金属层和陶瓷元件之间没有气体夹杂物的情况下制成金属陶瓷基板的可能性。尤其使用在DE 10 2013 113 734 A1中提到并且借此详尽地结合热等静压参引的工艺参数。
[0015]在热等静压中尤其提出，进行加热，尤其烧结和/或退火，其中金属容器的金属板层和/或另外的金属板层，尤其金属陶瓷基板的随后的金属化部不转变到熔化阶段中。以相应的方式，在热等静压中需要比在直接金属键合法、尤其DCB法中更低的温度。在热等静压中使用或利用压力在此此外证实为是有利的，因为由此可以减少在一侧的金属板层和/或另外的金属板层或至少一个金属层和另一侧的陶瓷元件之间的气体夹杂物或孔，由此可以减少或甚至避免在形成的或制成的金属陶瓷基板中构成缩孔的频率。这有利地作用于在至少一个金属层或金属容器的金属板层和/或另外的金属板层和陶瓷元件之间的键合的质量。尤其，以这种方式实现“固态扩散键合(solid state diffusion bonding)”(SDB)法。
[0016]优选地，金属陶瓷基板设为电路板，其中在制成状态下，键合到陶瓷元件上的金属化部是结构化的。例如为此提出，为了构成金属陶瓷基板，除了热等静压以外，也进行结构化，例如通过激光、刻蚀和/或机械加工，借助所述结构化实现印制导线和/或用于电器件或电子器件的端子。优选提出，在制成的金属陶瓷基板处，在陶瓷元件上在与金属化部或器件金属化部相对置的侧上设有背侧金属化部和/或冷却元件。在此，背侧金属化部优选用于抵抗压弯，并且冷却元件用于将热量极为有效地引出，所述热量来自电器件或电子器件的运行，所述电器件或电子器件键合到电路板或金属陶瓷基板上。
[0017]作为用于金属板层、另外的金属板层和/或至少一个金属层的材料可考虑铜、铝、钼、钨和/或其合金，例如CuZr、AlSi或AlMgSi，以及叠层，如CuW、CuMo、CuAl和/或AlCu或MMC(metal matrix composite，金属基复合材料)，如CuW、CuMo或AlSiC。此外优选提出，在制成的金属陶瓷基板上的金属板层、另外的金属板层和/或至少一个金属层，尤其作为器件金属化部，是表面改性的。作为表面改性例如可考虑用贵金属，尤其银；和/或金，或(无电镀的)
镍或ENIG(“electroless nickel immersion gold，无电镍金”)封牢或在金属化部处进行封边以抑制裂缝形成或扩展。例如，金属板层也与另外的金属板层不同。
[0018]优选地，陶瓷元件作为用于陶瓷的材料具有Al2O3、Si3N4、AlN、HPSX陶瓷(即具有Al2O3基体的陶瓷，所述Al2O3基体包括百分之x份额的ZrO2，例如具有9％ZrO2的Al2O3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】1.一种用于制造金属陶瓷基板(1)的方法，包括：
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提供陶瓷元件(10)、金属板层(40)和至少一个金属层(30)，
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由所述陶瓷元件(10)、所述金属板层(40)和所述至少一个金属层(30)构成总体(18)，
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构成气密的、包围所述陶瓷元件(10)的容器，其中在所述容器中所述至少一个金属层(30)设置在所述陶瓷元件(10)和所述金属板层(40)之间，并且
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通过热等静压构成所述金属陶瓷基板(1)。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属板层(40)比所述至少一个金属层(30)更薄。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属板层(40)的第一厚度(D1)与所述至少一个金属层(30)的第二厚度(D2)的比值(D1/D2)具有在0.01和2之间，优选在0.1和2之间并且特别优选在0.15和2之间的值或者反之。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属板层(40)比所述至少一个金属层(30)更厚。5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中在构成所述金属陶瓷基板(1)时在所述容器中存在不具有氧气的气氛。6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一厚度(D1)具有在10μm和500μm之间，优选在50μm和400μm之间并且特别优选在100μm和300μm之间的值。7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第二厚度(D2)具有在100μm和10000μm之间，优选在150μm和6000μm之间并且特别优选在600μm和5000μm之间的值。8.根据...

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