金属陶瓷衬底或铜陶瓷衬底的制造方法以及用于所述方法中的支架技术

本发明专利技术公开了一种用于制造金属陶瓷衬底的方法，在其两侧利用直接键合工艺金属化。根据所述方法，通过加热到直接键合温度，在支架（１）的隔离层（２）上形成至少一个包括第一和第二金属层（３，５）以及位于所述金属层（３，５）之间的陶瓷层（４）的ＤＣＢ堆叠。在键合过程中，至少一个所述金属层（３，５）支撑在隔离层（２）上，该隔离层由多孔层或涂层组成，该多孔层或涂层由包括多铝红柱石、Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］、ＴｉＯ↓［３］、ＺｒＯ↓［２］、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＣａＣＯ↓［２］的组中的隔离层材料或所述材料中至少两种材料的混合物制成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及根据权利要求1前序部分的方法以及根据权利要求29前序部分的、在该方法中可以用作制造辅助物的载座。
技术介绍
利用所谓的直接键合工艺制造陶瓷、例如氧化铝陶瓷上的条形导线、连接器等所需要的金属化的方法是已知的，并且当铜被用作金属化以及DCB(直接铜键合)工艺时，即使用形成金属化的金属或铜箔或者金属或铜片，箔或片的表面具有由金属与反应气体，优选为氧气之间的化学键构成的层或涂层(熔融层melt-on layer)。例如在US-PS37 44 120和DE-PS 23 19 854中所描述的方法中，该层或涂层(热熔层)形成熔化温度低于金属(例如铜)的熔化温度的共晶体，从而可以通过将箔放在陶瓷上并且加热这些层而将所有层彼此键合在一起，即通过基本上仅在热熔层或氧化层的区域中熔化金属或铜。然后，该DCB工艺还包括例如以下工艺步骤●氧化铜箔，以产生平整的氧化铜层；●把铜箔放在陶瓷层上；●将合成物加热到大约1025℃和1083℃之间的工艺温度或键合温度，例如加热到大约1072℃；●冷却到室温。特别地，利用DCB工艺制造的双面金属化的金属陶瓷衬底或铜陶瓷衬底是公知的，其中，首先将第一铜层敷到陶瓷层或陶瓷板的表面，然后在第二步中，将第二铜层敷在另一表面。其缺点在于，双DCB键合增加了制造工艺的复杂性。
技术实现思路
本专利技术的目的是给出或提供一种方法，该方法可以通过一个处理或键合步骤制造双面金属化的金属陶瓷衬底，特别是制造双面金属化的铜陶瓷衬底。该目的是通过根据权利要求1所述的方法实现的。本方法中的处理辅助物包括至少一个载座，该载座优选被设计为根据权利要求29的基板，其中该基板至少在一个表面上配备有隔离层，以防止金属或铜接触与该隔离层和载座之间的键合。这使得可以在每一个隔离层上提供包括与该隔离层直接相邻的金属底层或板、该板上方的陶瓷层或板以及该板上的另一金属层或板的封包(packet)(以下也称为“DCB封包”)，然后借助于在氧含量低的保护气体环境中的DCB键合并通过加热到键合温度(例如1072℃)，将所述DCB封包键合到双面金属化的金属陶瓷衬底上。本专利技术的其他实施例由从属权利要求阐述。附图说明以下基于附图对本专利技术进行更详细的描述，附图示出了用于利用DCB技术或DCB方法制造金属陶瓷衬底的各种方法的示意性图示。在图1中，1表示在铜陶瓷衬底制造中用作制造辅助物的基板，所述基板由高耐热材料制成，例如多铝红柱石、ZrO2、Al2O3、AlN、Si3N4、SiC。在板1的表面上提供厚度在0.01mm和10mm之间并且孔隙率(孔体积与实体体积之比)大于20％的多孔性隔离层2。层2由耐高温材料的细微颗粒或粉末构成，例如多铝红柱石、Al2O3、TiO2、ZrO2、MgO、CaO、CaCO2，且颗粒尺寸例如小于30μm。两种或两种以上上述材料或成分的组合也适于隔离层2。为了制造隔离层2，使用浆状物质(pulpy mass)或悬浮液，其在液体或糊状基质中被敷到基板1的相应表面，即例如通过铺展或沉浸，其中在最简单的例子中，液体或糊状基质由水、并且可能具有键合剂构成。然后，通过加热、即例如在高于150℃的预处理温度下干燥和/或清除键合剂。随后，形成层2的颗粒可以以更高的、但低于层所用材料的烧结温度的温度“烘烤”或键合，例如在大约1070℃的温度，从而所述层2达到大于20％的高孔隙率。基板1的厚度在0.2mm和10mm之间。因此，基板1、并因此由所述基板所形成的制造辅助物和隔离层2必须非常平整，以便实现所要求的所制造金属陶瓷衬底的质量。从而，平整度大于例如可以是矩形的基板1长度的0.2％，并且在任何情况下都大于所述基板的宽度的0.1％，即与理想的、绝对平整的板的偏差在板的长度上必须小于0.2％，在板的宽度上必须小于0.1％。为了制造利用DCB技术配备有双铜金属化的铜陶瓷衬底，首先将例如经过预氧化的第一铜箔或板3放置于水平取向基板1的隔离层2上，然后设置陶瓷层或板4，接着设置例如经过预氧化的另一铜箔或板5。然后，在低氧保护气体环境中，在基板1上将这样形成在基板1上的DCB封包6加热到DCB温度，例如1070℃，使得在DCB工艺之后，两块铜箔3和5在具有陶瓷层的整个表面上键合到铜陶瓷衬底。冷却后，在一个处理步骤中所制造的双面金属化铜陶瓷衬底可以很容易被从基板1或者从提供在该处的隔离层2上移除。然后，借助于合适的工艺移除粘附到由铜箔3所形成的铜层的隔离层2的任何颗粒。这可以通过机械工艺适当地实现，诸如刷除，或者通过化学工艺，诸如将由铜箔3所形成的金属化的薄表层蚀除。也可考虑这些清洗工艺的组合。图2示出了作为另一可行实施例的工艺，在该工艺中，通过一个利用DCB工艺的处理步骤堆叠地制造多个双面金属化铜陶瓷衬底。为了这一目的，除了至少一块在两面都配备有多孔性隔离层2的另一基板1a之外，还使用分别具有多孔性隔离层2的两块基板1。正如所描绘的那样，由底部铜箔3、陶瓷层4和顶部铜箔5构成的DCB封包6被形成在较低的，同样水平取向的基板1上或被形成在其隔离层2上。然后，将具有包括隔离层2的表面的基板或中间板1a放置在该DCB封包6上。另一DCB封包6被设置在基板1a的另一顶部隔离层2上，其中顶部基板1如图2所示地作为重量板(weightplate)被放置在DCB封包上，使得其承受顶部DCB封包6上的隔离层2。在本实施例中，通常也可以提供两个以上具有中间基板或隔离板1a的DCB封包6。在完成DCB工艺后，即将由DCB封包6和基板1/1a构成的阵列加热到DCB或键合温度，并在冷却后，可以从基板1或1a上移除从DCB封包6所获得的双面金属化铜陶瓷衬底在本实施例中，隔离层2又防止将铜箔3和5无意地键合到相应的相邻基板1或1a上。图3示出了作为另一可行实施例的工艺，在该工艺中，通过一个处理步骤将多个垂直堆叠的DCB封包6的铜箔3和5以及陶瓷层4键合到双面金属化铜陶瓷衬底。在图3所示的实施例中，使用两块上下平行堆叠的水平基板1。为了间隔这两块基板1，使用框架式隔离元件7，其中框架式隔离元件7同样由耐高温材料制成，该材料优选也用于基板1。DCB封包6被放置在每个基板1的上水平隔离层2上。上盖板8位于上DCB封包6上方，并且通过隔离元件7与上基板1隔开，其中上盖板8也由耐高温材料制成，例如基板1的材料。将隔离元件7设计成使得下DCB封包6的顶面远离其上方的基板1，并且上DCB封包6的顶面远离其上方的盖板8。在完成DCB工艺后，本实施例又允许容易地移除所制造的双面金属化铜陶瓷衬底。图4示出作为另一实施例的阵列，在该阵列中使用矩形或正方形基板1b来代替基板1和隔离元件7，该矩形或正方形基板1b在至少两个相对侧的每一侧上配备有在底部10上突出并且用作隔离器的壁段(wall section)或边缘9。这些槽状或沟状基板1b的内部至少在底部10上配备有隔离层2。通过堆叠基板1b，又可以在一个处理步骤中将多个DCB封包6中每一个都键合到双面金属化铜陶瓷衬底。图5所示的阵列与图4所示的阵列的不同主要在于，附加基板1作为附加重量板被放置在每个DCB封包6上，隔离层2在下方，即位于附加基板和相应DCB封包之间。与图4所示的实施例一样，在图5所示的实施例中，可以堆叠两个以上基板1b本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造双面金属化金属陶瓷衬底、例如铜陶瓷衬底的方法，通过加热到直接键合温度而利用直接键合工艺，其特征在于：在至少一个基板（１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ）的隔离层（２）上形成至少一个由第一和第二金属层（３，５）和位于所述金属层之间的陶瓷层（４）构成的ＤＣＢ封包（６），并且至少一个所述金属层支撑于所述隔离层（２）上，所述隔离层由多孔层形成，其中所述多孔层由多铝红柱石、Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］、ＴｉＯ↓［３］、ＺｒＯ↓［２］、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＣａＣＯ↓［２］构成的组中的一种隔离材料制成，或者由这些材料中至少两种材料的组合制成，基板（１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ）由耐热材料、例如陶瓷材料构成，和在所述至少一个基板（１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ）上形成的所述至少一个ＤＣＢ封包（６）通过加热到直接键合温度而被键合到至少一个双面金属化金属陶瓷衬底。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：于尔根舒尔茨哈德，安德列斯K弗瑞茨曼，亚历山大罗格，卡尔伊格赛尔，
申请(专利权)人：库拉米克电子学有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]