金属陶瓷基片以及用于制造这种基片的方法技术

特别用于电路或模块的金属陶瓷基片包括至少一个第一外部金属层，该第一外部金属层形成金属陶瓷基片的第一表面侧，该金属陶瓷基片还包括至少一个第二外部金属层，该第二外部金属层形成金属陶瓷基片的第二表面侧，第一、第二外部金属层分别通过两维结合而与板形基片本体的表面侧结合。

【技术实现步骤摘要】
金属陶瓷基片以及用于制造这种基片的方法
本专利技术涉及一种金属陶瓷基片以及用于制造这种基片的方法。
技术介绍
在不同实施例中已知陶瓷基片，特别是用于电和电子电路或模块的这种基片，即特别作为用于这些电路或模块的印刷电路板。还已知“DCB处理”(直接铜结合技术)，下文中称为DCB结合，它用于使得金属层或板(例如铜板或铜箔)相互结合和/或与陶瓷或陶瓷层结合，也就是使用金属板或铜板，或者金属箔或铜箔，它们由于在金属和反应气体(优选是氧气)之间的化学键而在表面上提供有层或覆层(热熔层)。在这种方法中(该方法例如在US-PS3744120和DE-PS2319854中所述)，该层或覆层(热熔层)形成共晶体，该共晶体的熔化温度低于金属(例如铜)的熔化温度，因此，通过将箔布置在陶瓷上并加热所有层(即通过使得金属或铜基本只在热熔层或氧化物层的区域中熔化)，这些层能够相互结合。这样的DCB方法包括例如以下步骤：氧化铜箔，以便产生均匀的氧化铜层；将铜箔布置在陶瓷层上；加热复合材料至在大约1025℃和1083℃之间的处理温度，例如加热至大约1071℃；冷却至室温。还已知用于使得金属层或金属箔(特别是铜层或铜箔)与陶瓷材料结合的所谓活性钎焊方法(DE2213115、EP-A-153618)。在，特别用于制造金属陶瓷基片的这种方法中，在大约800-1000℃的温度下在金属箔(例如铜箔)和陶瓷基片(例如铝-氮化物陶瓷)之间利用硬钎料而产生结合，该硬钎料除了主要组分例如铜、银和/或金之外还包含活性金属。活性金属是组Hf、Ti、Zr、Nb、Ce中的至少一种元素，该活性金属在焊料和陶瓷之间通过化学反应而产生结合，同时在钎料和金属之间的结合是金属硬钎焊结合。
技术实现思路
在本专利技术中使用的术语“结合”总体上是指连接，例如DCB结合、活性钎焊、硬钎焊、粘接剂结合等。在本专利技术中使用的术语“基本上”是指偏离确切值+/-10％，优选是+/-5％，和/或以功能并不明显变化的形式偏离。本专利技术的目的是提供一种金属陶瓷基片，它具有提高的机械特性、热特性和电特性。该目的通过根据本专利技术的金属陶瓷基片而实现。用于制造金属陶瓷基片的方法也是本申请的主题。在优选实施例中，根据本专利技术的金属陶瓷基片包括至少两个陶瓷层，这两个陶瓷层通过中间层而相互分离，陶瓷层例如由Al2O3、Al2O3-ZrO2、AlN和/或Si3N4制造，并通过中间层而相互分离，该中间层包括与两个陶瓷层都相邻的至少一个内部金属层或者分别与一个陶瓷层相邻的至少两个内部金属层。各内部金属层与陶瓷层连接，使得在内部金属层和相邻陶瓷层之间的粘接或剥离强度大于10N/mm，以便获得很高的弯曲强度和断裂强度。还有，为了特别在由于温度变化而产生应变时防止在各相邻陶瓷层中产生损坏或裂缝，内部金属层的金属具有小于75的布氏硬度，优选是布氏硬度小于40。然后，这样形成的金属陶瓷基片优选是具有比单个陶瓷层(该陶瓷层的层厚等于本专利技术的基片的两个分离陶瓷层的层厚)的断裂强度显著更高的断裂强度，至少大1.5倍。而且，本专利技术的金属陶瓷基片具有比只有一个陶瓷层(该陶瓷层的层厚等于本专利技术的基片的两个分离陶瓷层的层厚的总和)的基片的耐电强度或绝缘强度显著更高的耐电强度或绝缘强度，至少大1.4倍。在本专利技术的基片中，在产生电击穿之前，在层厚为大约0.3mm的陶瓷层内能够有至少18kV/mm的电场强度。本专利技术的其它实施例、优点和应用也在下面对示例实施例和附图的说明中公开。所述和/或所示的所有特征(单独或者任意组合)是本专利技术的主题，而不管它们如何在权利要求中概括或表述。权利要求的内容也是说明书的整体部分。附图说明下面将根据示例实施例更详细地介绍本专利技术，附图中：图1显示了本专利技术的金属陶瓷基片的简化剖视图；图2和3显示了用于确定本专利技术的金属陶瓷基片的断裂强度或用于确定在内部金属层和相邻陶瓷层之间的粘接强度或剥离强度的测量结构；图4-7分别显示了本专利技术不同实施例的金属陶瓷基片的剖视图；图8和9分别显示了本专利技术的其他金属陶瓷基片的放大局部剖视图。具体实施方式图1中总体以附图标记1表示的、具有提高的机械、热和电特性的金属陶瓷基片基本包括：两个扁平的板形陶瓷层2；中间层3，该中间层3成布置在这些陶瓷层2之间的单个内部金属层3.1的形式，并分别与陶瓷层的相互面对表面侧进行两维连接；以及两个外部金属化部分，这两个外部金属化部分成施加在陶瓷层2的、相互背离的表面侧上的金属层4、5的形式。优选是，金属层3、4和5是铜或铜合金或铝的金属箔和/或金属层。陶瓷层2包括用于金属陶瓷基片的合适陶瓷，例如Al2O3、Al2O3-ZrO2、AlN和/或Si3N4。为了实现金属陶瓷基片1至少在热特性方面相对于基片中间平面(该中间平面平行于陶瓷层2的表面侧，并在这些层之间的中部延伸)对称设计，并因此防止当热负载作用在金属陶瓷基片1上时的双金属效应，优选是陶瓷层2为相同陶瓷，具有相同的层厚d2。而且，外部金属层4和5(该外部金属层4和5通过它们背离各相邻陶瓷层2的表面侧而形成金属陶瓷基片1的顶侧(金属层4)和底侧(金属层5))，优选具有相同厚度d4和d5(d4＝d5)。不过，总体上来说，也可以考虑其它实施例，特别是当并不希望和/或需要金属陶瓷基片1相对于基片中间平面对称设计时。陶瓷层2优选是使用所谓的DCB技术(即通过DCB结合和/或活性钎焊)来与金属层3.1、4和5连接。制造优选是在单个处理步骤中进行，其中，包括两个陶瓷层2、内部金属层3.1和两个外部金属层4和5的堆垛通过DCB结合或通过活性钎焊而连接成金属陶瓷基片。原则上，金属陶瓷基片1也能够在多个在时间上连续的处理步骤中制造，例如以这样的方式，即在第一处理步骤中，各陶瓷层2只在一个表面侧提供有金属层4或5，例如通过DCB结合或活性钎焊，然后，在再一处理步骤中，使得两个陶瓷层2的、背离金属层4或5的表面侧分别与中间金属层3.1接触，并例如通过DCB结合或活性钎焊而与该中间金属层连接。两个陶瓷层2和内部金属层3.1形成基片本体，该基片本体的厚度比外部金属层4和5的厚度d4和d5相比大得多，该基片本体厚度等于陶瓷层2的厚度d2的两倍与中间金属层3.1的厚度d3.1的总和。陶瓷层2的层厚d2例如在大约0.2mm和1.3mm之间。内部金属层3的层厚d3.1大约在0.1mm和0.8mm之间，外部金属层4和5的层厚d4和d5例如同样在大约在0.1mm和0.8mm之间。不过，层厚d4和d5也可以与此不同，即也取决于金属陶瓷基片1的相应用途。实际上，至少顶部金属层4以本领域技术人员已知的方式构成，以便形成相互电绝缘的金属层区域，即例如通过机械处理和/或使用本领域技术人员已知的掩模和蚀刻技术而形成电接触表面和/或条带导体和/或连接件。由于图1中所示的结构，上面所述的金属陶瓷基片与包括双侧面金属化的单个陶瓷层的普通金属陶瓷基片相比，令人惊讶地大大提高了机械特性、热特性和电特性。例如，金属陶瓷基片1有更高的弯曲强度和提高的断裂强度，与一个陶瓷层2的金属陶瓷基片的断裂强度相比提高了至少1.5倍。断裂强度s由图2中示意表示的三点负载测试来确定。在这种测试中，当从上面看为矩形的测试件6(该测试件6例如为两个陶瓷层2中的一个或者金属陶瓷基片1自身)在两本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2010.10.27 DE 102010049499.21.一种金属陶瓷基片，用于电路或模块，该金属陶瓷基片包括至少一个第一外部金属层(4)，该第一外部金属层(4)形成金属陶瓷基片(1、1a-1f)的第一表面侧，该金属陶瓷基片还包括至少一个第二外部金属层(5)，该第二外部金属层(5)形成金属陶瓷基片(1、1a-1f)的第二表面侧，所述第一外部金属层(4)和第二外部金属层(5)分别通过两维结合而与板状基片本体的表面侧结合，为了提高机械特性、热特性和电特性，所述板状基片本体包括至少两个陶瓷层(2)和至少一个中间层(3、3a-3f)，该至少一个中间层(3、3a-3f)布置在这些陶瓷层(2)之间，并使得陶瓷层(2)相互分离，所述中间层通过直接铜结合或活性钎焊而与陶瓷层(2)两维连接，所述中间层包括具有至少两个内部金属层(3.1、3.3)的多层式结构，其特征在于，所述中间层的所述内部金属层通过活性钎焊或硬钎焊或使用粘接剂来两维连接，至少形成所述中间层(3、3a-3f)的金属层(3.1-3.3)或该金属层的材料具有小于75的布氏硬度，该金属陶瓷基片的断裂强度大于单个陶瓷层的断裂强度，该单个陶瓷层的层厚等于由所述中间层(3、3a-3f)所分离的所述至少两个陶瓷层(2)的层厚(d2)的总和，该金属陶瓷基片的耐电强度或绝缘强度为至少18kV/mm。2.根据权利要求1所述的金属陶瓷基片，其特征在于：在该至少两个陶瓷层(2)之间有单个中间层(3、3a-3f)，该单个中间层(3、3a-3f)在陶瓷层(2)的、邻近该单个中间层的整个表面侧上延伸。3.根据权利要求1所述的金属陶瓷基片，其特征在于：在该至少两个陶瓷层(2)之间有单个中间层(3、3a-3f)，该单个中间层(3、3a-3f)在陶瓷层(2)的、邻近该单个中间层的基本整个表面侧上延伸。4.根据权利要求1－3之一所述的金属陶瓷基片，其特征在于：中间层(3、3a-3f)的层厚(d3、d3a-d3f)至少等于第一外部金属层(4)的层厚(d4)、第二外部金属层(5)的层厚(d5)。5.根据权利要求1－3之一所述的金属陶瓷基片，其特征在于：所述中间层(3、3a-3f)的层厚(d3、d3a-d3f)大于第一外部金属层(4)的层厚(d4)、第二外部金属层(4、5)的层厚(d5)，和/或大于至少一个陶瓷层(2)的层厚(d2)。6.根据权利要求1－3之一所述的金属陶瓷基片，其特征在于：所述中间层包括布置在两个内部金属层之间的一个内部绝缘层(16)。7.根据权利要求1－3之一所述的金属陶瓷基片，其特征在于：所述中间层包括用于形成槽道或腔室的...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·梅耶尔，J·舒尔策哈德，
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：