具有其表面已金属化的陶瓷体的结构部件制造技术

随着大功率电子进入越来越高的电压范围对高绝缘电压和大的部分放电耐受度的要求越来越强烈。因此本发明专利技术建议一种具有陶瓷体（２）的结构部件（１）。所述陶瓷体在它的表面（３、４）上的至少一个区域用金属化部５、６；１１）覆盖住，并且其中，该陶瓷体（２）为空间结构（７），并且在由相同的类型或者不相同的材料构成的金属化部５、６）的至少两个涂层之间，以及在金属化部涂层（５；１１）和陶瓷之间的部分放电耐受度＜２０ｐＣ。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有其表面已金属化的陶瓷体的结构部件本专利技术涉及一种具有一个陶瓷体的结构部件，所述陶瓷体在至少一个区域中在它 的表面上用金属化部覆盖。随着大功率电子装置越来越进入更高的电压范围关于高绝缘电压和大的部分放 电耐受度的要求在增加。此外绝缘强度和部分放电耐受度和底板绝缘的厚度、材料和均质 性，和壳体材料、填充材料有关，并且在必要时也和芯片的布局有关。由以频率大体低于3KHz，并且主要是在间歇式运行时，例如主要是在牵引、提升和 脉冲应用时，引起模块内部的连接，也就是粘接连接、芯片的背面钎焊，DCB/底板的钎焊和 基质层(Al2O3或者AlN上的铜)的温度交变应力。单个层的不同的线膨胀系数在制造和运 行期间引起热应力。这些应力最终导致材料疲劳和磨损。寿命(可能的换向循环的次数) 随着在这些循环期间的芯片温度的变化幅度的提高而下降。DE 10 2004 033 227 Al公开了一种板形的金属陶瓷基质。这种基质可靠地包含 有< IOpC 的部分放电耐受度(Teilentladungsfestigkeit)。本专利技术的任务是提供一种具有在它的表面上金属化的陶瓷体的结构部件。这种结 构部件不仅是板形的，平整的，并且具有高的部分放电耐受度。本专利技术的任务借助权利要求1的特性特征得以完成。在从属权利要求中介绍了本 专利技术的一些有利的方案。根据本专利技术的结构部件是立体设计。陶瓷体不是一个平板，而是一个三维的物体。这样例如可在一个平板上可连接另一些部件，这样就可以产生任何形状的物体。但是整个 物体是整体的，也就是说它不是由单个部件组成。例如当多个另外的平板垂直在一个平板 上，则例如可产生一个E形的总物体。散热器(Heatsink)例如具有这样的形状。根据本专利技术，由相同类型的或者不同的材料构成的金属化部的至少两层之间，以 及在金属化部的层和陶瓷之间的部分放电耐受度<20pC。按照规定的相同的或者不相同的 测量方法，在相同的或者不相同的，或者变化的规定测量电压下或者在相同的或者不相同 的或者变化的测量条件下达到这一部分放电耐受度。测量条件例如可以是压力或者温度或 者空气湿度或者金属化部的相同的或者不相同的距离。当在陶瓷体上施加金属化部时，或重叠的几个金属化部时可能在边缘区域形成气 泡和空腔以及分离。在相连接的结构部件和金属化部之间的过渡处也会出现这种情况。 在两个金属化部之间以及在一个金属化部和陶瓷体之间，或者在一个连接的结构部件和 金属化部之间的过渡处的这些缺陷对部分放电耐受度有不良的影响。为了不超过所要求 的< 20pC的部分放电耐受度，这些缺陷处的直径不得超过100 μ m，并且其高度不得超过 100 μ m。这个直径表示一个任意形成的缺陷的内接一个圆的投影。此外通过金属化部的结构化形成的在结构部件的表面上的突起部或者凹陷形状 的缺陷由于在这些部位的电场的干扰而对部分放电耐受度有影响。因此这些缺陷只允许有 这样的边缘曲线，即它的曲率半径不低于10 μ m，这样就不超过所要求的< 20pC的部分放 电耐受度。作为金属化部优选地金属以涂层或者薄膜或者薄片的形式全表面或者部分表面地和陶瓷体材料连接或机械形状配合连接。所述金属具有和陶瓷体相同或者不同的导热 性。金属化部例如可由钨、银、金、铜、钼、钯、镍、铝或者钢以纯的或者技术的质量构成，或者 由至少两个不同的金属的混合物构成。金属化部例如也可附加地或者单独地由反应焊料、 软焊料或者硬焊料构成。给以涂层或者薄膜或者薄片的形式金属化部的金属添加增加附着力的添加材料 或者其它的添加材料，例如玻璃或者聚合的材料，或者可用这些材料给所述金属涂层，以提 高陶瓷体上的金属化部的附着性。金属化部的层或者一些层是在使用一种DCB方法(Direct CopperBonding-直接 铜熔接)，或者AMB方法(Active Metal Brazing-活性金属钎焊)，或者丝网印刷方法，或 者电解方法，或者化学沉积，或者蒸镀方法，或者借助粘接或者粘贴，或者这些方法的组合 施加到对置的，和/或相邻的表面上的陶瓷体的表面上。陶瓷体上的金属化部由每个金属化表面的至少一个层构成。金属化部作为金属体 部分表面地，或者全表面地，或者部分地，或者全部地以平面平行或者几乎平面平行的形式 或者任意几何形状成形地，或者这些形式组合地覆盖陶瓷体的表面。金属化部的层厚度应低于2毫米，这样就不超过所要求的< 20pC的部分放电耐受度。陶瓷体上的一个或者多个金属化部可仅由铜构成。和陶瓷体的连接可借助丝网印刷方法，并且接着进行热处理，或者借助DCB方法完成。在陶瓷体上的一个或者多个金属化部可仅由铝构成。和陶瓷体的连接可借助丝网印刷方法，并且接着进行热处理，或者借助AMB方法完成。若应在陶瓷体的或者在一个金属化部的表面上施加另一个层，下述做法是有利 的，即为了增加附着力施加一个中间层。这样一个中间层优选地具有< 20cm的厚度。若应 借助DCB方法例如将由铜构成的金属化部施加到氮化铝_陶瓷上，则下述做法是有利的，即 在陶瓷体的表面上产生一个由Al2O3构成的中间层。通过这一措施提高了带铜的金属化的 附着强度。至少一个金属化部和/或另一金属化部与陶瓷体的连接> 90%。至少一个金属化部用至少12N/厘米的附着强度和陶瓷体连接。通过这一措施保证，特别是通过热负荷也不会使金属化部从陶瓷体上分离。结构部件的本体由陶瓷材料构成。所述陶瓷材料在它的组成上可和所要求的特性，例如绝缘、部分放电耐受度和热稳定性相协调。陶瓷材料作为主成份含有50. 1重量％至100重量％的&02/Hf02，或者51. 1重 量％至100重量％ WAl2O3，或者50. 1重量％至100重量％&Α1Ν，或者50. 1重量％至100 重量^WSi3N4，或者50. 1重量％至100重量％&Be0，50. 1重量％至100重量％&SiC，或 者以规定的比例范围按任意组合的至少两个主成份的组合，以及作为副成份含有在至少一 种氧化阶段里和/或化合物里的元素Ca、Sr、Si、Mg、B、Y、Sc、Ce、Cu、Zn、Pb，所述元素的氧 化物和/或化合物单独地或者按规定份额范围以任意组合具有< 49. 9重量％的份额。主 成份和副成份在扣除< 3重量％的杂质份额的情况下以任意的组合彼此组合成一个100重 量％的总组成。优选地将结构部件的陶瓷体设计为散热件。这个散热件可以理解为这样的物体，即它支承着电气的或者电子的结构元件或者线路，并且它是如此形成的，即它可如此地排 走在结构元件或者线路中出现的热量，即不出现可损害结构元件或者线路的蓄热。这个支 承体是由这样一种材料构成的物体，即它不导电或者几乎不导电，并且具有良好的导热性 能。用于这种物体的理想材料是陶瓷。该物体是整件的，并且具有用于保护电子结构元件或线路的排热或者输热部件。优选地支承体是一个印制电路板，元件是孔、通道、肋，和/或空隙，可给它们提供热或者冷 却介质。介质可以是流体或者气体。支承体，和/或冷却部件优选地由至少一个陶瓷的部 件或者一个由不同的陶瓷材料的混合物构成。借助一个实施例对本专利技术进行更加详细的说明。示出一个结构部件。它具有一个 陶本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有陶瓷体（２）的结构部件（１），其在至少一个区域中在它的表面（３、４）上用金属化部（５、６；１１）覆盖住，其特征在于，在由相同类型的或者不同的材料构成的金属化部（５、６）的至少两个层之间，以及在金属化部的层（５；１１）和陶瓷之间的部分放电耐受度＜２０ｐＣ；并且陶瓷体（２）为空间结构（７）。

【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：CP克卢格，
申请(专利权)人：陶瓷技术股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]