DE102020204989B3 - Process for the additive manufacturing of a circuit carrier and circuit carrier - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur additiven Fertigung eines Schaltungsträgers beschrieben. Zunächst werden ein keramisches Substrat (16) und ein metallisches Pulver (17) bereitgestellt. Anschließend wird eine stoffschlüssig mit dem keramischen Substrat (16) verbundene Leiterstruktur (15) erzeugt, indem eine Pulverschicht (P1) des metallischen Pulvers (17) auf das keramische Substrat (16) aufgetragen und zur Herstellung einer ersten Metallisierungsschicht (M1) selektiv aufgeschmolzen wird und mindestens eine weitere Pulverschicht (P2, P3) des metallischen Pulvers (17) aufgetragen und zur Herstellung mindestens einer weiteren Metallisierungsschicht (M2, M3) selektiv aufgeschmolzen wird. Zur Verbesserung des Verfahrens wird vorgeschlagen, dass das metallische Pulver (17) ein Material umfasst, das eine Dichteanomalie aufweist, und/oder dass das keramische Substrat (16) während des Erzeugens der Leiterstruktur (15) beheizt wird. Zudem wird ein Schaltungsträger be- schrieben.A method for additive manufacturing of a circuit carrier is described. First, a ceramic substrate (16) and a metallic powder (17) are provided. A conductive structure (15) connected to the ceramic substrate (16) is then produced by applying a powder layer (P1) of the metallic powder (17) to the ceramic substrate (16) and selectively melting it to produce a first metallization layer (M1) and at least one further powder layer (P2, P3) of the metallic powder (17) is applied and selectively melted to produce at least one further metallization layer (M2, M3). To improve the method, it is proposed that the metallic powder (17) comprise a material which has a density anomaly, and / or that the ceramic substrate (16) is heated during the creation of the conductor structure (15). A circuit carrier is also described.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur additiven Fertigung eines Schaltungsträgers, insbesondere eines Schaltungsträgers für die Leistungselektronik. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Schaltungsträger, insbesondere für die Leistungselektronik.The invention relates to a method for additive manufacturing of a circuit carrier, in particular a circuit carrier for power electronics. The invention also relates to a circuit carrier, in particular for power electronics.

Schaltungsträger dienen der Befestigung und leitenden Verbindung von elektronischen Bauteilen. Beispielhafte Schaltungsträger sind Leiterplatten. Insbesondere in der Leistungselektronik ist eine gute Wärmeabfuhr mittels des Schaltungsträgers erforderlich. Hierfür haben sich keramische Substrate mit einer darauf ausgebildeten Leiterstruktur bewährt. Derartige Schaltungsträger werden beispielsweise mittels Direct Copper Bonding (DCB) oder mittels Active Metal Brazing (AMB) hergestellt. Beide Verfahren basieren auf einer stoffschlüssigen Verbindung des keramischen Substrats mit einer Metallisierung anhand von Hochtemperatur-Brennvorgängen. Zur Erzeugung der Leiterstruktur aus der flächigen Metallisierung sind nachfolgende Lithographie-, Ätz- und Waschvorgänge erforderlich. Diese Verfahren sind komplex und erfordern umfangreiche hardwareseitige Anpassungen, beispielsweise in Form von Lithographiemasken, Druckschablonen und entsprechenden Werkzeugen. Daher ist die Herstellung derartiger Schaltungsträger aufwändig und eignet sich nicht für die Produktion von Kleinserien oder Prototypen. Schaltungsträger und deren Herstellung sind beispielsweise bekannt aus CN 104 822 223 A , US 2015 / 0 096 788 A1 , US 6 346 317 B1 und JP 2002- 33 566 A .Circuit carriers are used for the attachment and conductive connection of electronic components. Circuit boards are exemplary circuit carriers. In power electronics in particular, good heat dissipation by means of the circuit carrier is necessary. Ceramic substrates with a conductor structure formed thereon have proven useful for this. Circuit carriers of this type are produced, for example, by means of direct copper bonding (DCB) or by means of active metal brazing (AMB). Both processes are based on a material bond between the ceramic substrate and a metallization using high-temperature firing processes. Subsequent lithography, etching and washing processes are required to produce the conductor structure from the flat metallization. These processes are complex and require extensive hardware adjustments, for example in the form of lithography masks, printing stencils and corresponding tools. The production of such circuit carriers is therefore complex and is not suitable for the production of small series or prototypes. Circuit carriers and their production are known from, for example CN 104 822 223 A , US 2015/0 096 788 A1 , US 6,346,317 B1 and JP 2002- 33 566 A .

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsträgers anzugeben, insbesondere ein Verfahren anzugeben, das einfach durchführbar und flexibel ist und sich auch für die Fertigung von Kleinserien oder Prototypen eignet.It is the object of the present invention to specify an improved method for producing a circuit carrier, in particular to specify a method that can be carried out easily and flexibly and is also suitable for the production of small series or prototypes.

Diese Aufgabe ist gelöst durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Schritten. Zunächst werden ein keramisches Substrat und ein metallisches Pulver bereitgestellt. Eine Pulverschicht des metallischen Pulvers wird auf das keramische Substrat aufgetragen und zur Herstellung einer ersten Metallisierungssicht selektiv aufgeschmolzen. Mindestens eine weitere Pulverschicht des metallischen Pulvers wird aufgetragen und zur Herstellung mindestens einer weiteren Metallisierungssicht selektiv aufgeschmolzen. Mittels des selektiven Aufschmelzens der metallischen Pulver wird eine mit dem keramischen Substrat stoffschlüssig verbundene Leiterstruktur schichtweise erzeugt. Nach vollständiger Erzeugung der Leiterstruktur auf dem keramischen Substrat ist der Schaltungsträger fertiggestellt. Der gefertigte Schaltungsträger eignet sich aufgrund der Wärmeleitfähigkeit des keramischen Substrats hervorragend für die Leistungselektronik. Derartige Schaltungsträger werden auch als leistungselektronische Substrate (Power Electronic Substrates) bezeichnet.This object is achieved by a method with the steps specified in claim 1. First, a ceramic substrate and a metallic powder are provided. A powder layer of the metallic powder is applied to the ceramic substrate and selectively melted to produce a first layer of metallization. At least one further powder layer of the metallic powder is applied and selectively melted to produce at least one further metallization layer. By means of the selective melting of the metallic powder, a conductor structure that is cohesively connected to the ceramic substrate is produced in layers. After the conductor structure has been completely produced on the ceramic substrate, the circuit carrier is completed. Due to the thermal conductivity of the ceramic substrate, the manufactured circuit carrier is ideally suited for power electronics. Such circuit carriers are also referred to as power electronic substrates.

Das metallische Pulver umfasst ein Material, das eine Dichteanomalie aufweist. Geeignete Materialien sind beispielsweise Antimon, Bismut, Gallium, Germanium, Lithium, Silizium und/oder Tellur. Das entsprechende Material wird im Folgenden auch als eine Stabilisierungs-Komponente des metallischen Pulvers bezeichnet. Aufgrund der Dichteanomalie ist die Temperaturwechselbeständigkeit der erzeugten Metallisierungsschichten erhöht. Zudem sind Spannungen in den Metallisierungsschichten vermindert, insbesondere vermieden. Bevorzugt ist die Stabilisierungs-Komponente als Legierungsbestandteil zu weiteren Komponenten des metallischen Pulvers zulegiert. Ein Anteil der Stabilisierungs-Komponente in dem metallischen Pulver kann beispielsweise bis zu 10 Gew.-% betragen.The metallic powder includes a material that has an anomaly in density. Suitable materials are, for example, antimony, bismuth, gallium, germanium, lithium, silicon and / or tellurium. The corresponding material is also referred to below as a stabilization component of the metallic powder. Because of the density anomaly, the resistance to temperature changes of the metallization layers produced is increased. In addition, stresses in the metallization layers are reduced, in particular avoided. The stabilizing component is preferably added as an alloy component to further components of the metallic powder. A proportion of the stabilization component in the metallic powder can be up to 10% by weight, for example.

Diese Aufgabe ist auch gelöst durch ein Verfahren mit den im Anspruch 2 angegebenen Schritten. Das keramische Substrat wird während des Erzeugens der Leiterstruktur beheizt. Das Beheizen des keramischen Substrats hat den Vorteil, dass ein Aufschmelzen des darauf aufgebrachten metallischen Pulvers vereinfacht ist. Insbesondere ist ein geringerer Energieeintrag zum Aufschmelzen des metallischen Pulvers erforderlich. Zudem hat das Beheizen einen positiven Einfluss auf die geringe Thermoschockbeständigkeit des keramischen Substrats. Zudem verbindet sich das metallische Pulver besser mit dem beheizten keramischen Substrat. Das Verfahren ist stabil und effizient. Insbesondere wird das keramische Substrat auf eine Temperatur zwischen 200 °C und 700 °C aufgeheizt. Besonders bevorzugt wird das keramische Substrat knapp unter die Schmelztemperatur des metallischen Pulvers aufgeheizt.This object is also achieved by a method with the steps specified in claim 2. The ceramic substrate is heated during the creation of the conductor structure. The heating of the ceramic substrate has the advantage that melting of the metallic powder applied to it is simplified. In particular, less energy input is required to melt the metallic powder. In addition, the heating has a positive influence on the low thermal shock resistance of the ceramic substrate. In addition, the metallic powder bonds better with the heated ceramic substrate. The process is stable and efficient. In particular, the ceramic substrate is heated to a temperature between 200 ° C and 700 ° C. The ceramic substrate is particularly preferably heated to just below the melting temperature of the metallic powder.

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass sich das schichtweise Auftragen und selektive Aufschmelzen des metallischen Pulvers zur Herstellung einer zuverlässigen Metallisierung des keramischen Substrats eignet. Vorteilhafterweise ermöglicht das selektive Aufschmelzen des Pulvers eine direkte Fertigung der Leiterstruktur. Eine aufwändige Nachbearbeitung der Metallisierung zur Erzeugung der Leiterstruktur, insbesondere aufwändige Lithographie-, Ätz- und Waschvorgänge, sind nicht erforderlich. Das Verfahren ermöglicht eine effiziente und einfache Fertigung des Schaltungsträgers. Insbesondere sind hierdurch auch Kleinserien und Prototypen von Schaltungsträgern fertigbar. Das Verfahren weist eine hohe Flexibilität auf. According to the invention, it was recognized that the application of layers and selective melting of the metallic powder is suitable for producing a reliable metallization of the ceramic substrate. The selective melting of the powder advantageously enables the conductor structure to be manufactured directly. Complex post-processing of the metallization to produce the conductor structure, in particular complex lithography, etching and washing processes, are not required. The method enables an efficient and simple production of the circuit carrier. In particular, this also enables small series and prototypes of circuit carriers to be produced. The process has a high degree of flexibility.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass ein Schaltungslayout der Leiterstruktur flexibel gestaltet werden kann. Insbesondere ermöglicht das Verfahren die Erzeugung einer dreidimensionalen Struktur der Metallisierung, was auch als 3D-Metallisierung bezeichnet wird. Bei der schichtweisen Fertigung können in unterschiedlichen Schichten verschiedene Flächenbereiche aufgeschmolzen werden. Die unterschiedlichen Metallisierungsschichten sind daher nicht zwingend deckungsgleich. Zwei oder mehr Metallisierungsschichten können in einer parallel zur Oberfläche des Substrats verlaufenden Ebene unterschiedliche Geometrien aufweisen. Das Verfahren ist nicht auf die Erzeugung von zweidimensionalen Leiterstrukturen beschränkt, wie dies beispielsweise bei Lithographie- und Ätzprozessen der Fall ist.Another advantage of the method is that a circuit layout of the Conductor structure can be designed flexibly. In particular, the method enables the generation of a three-dimensional structure of the metallization, which is also referred to as 3D metallization. When manufacturing in layers, different surface areas can be melted in different layers. The different metallization layers are therefore not necessarily congruent. Two or more metallization layers can have different geometries in a plane running parallel to the surface of the substrate. The method is not limited to the production of two-dimensional conductor structures, as is the case, for example, with lithography and etching processes.

Die Leiterstruktur weist beispielsweise Leiterbahnen und/oder Kontaktflächen für elektrische Bauelemente auf. Die 3D-Metallisierung erlaubt nicht nur horizontale, sondern auch vertikale Integrationsmöglichkeiten für aktive und/oder passive Bauelemente. Weiterhin kann auf nachfolgende Montageschritte verzichtet werden, beispielsweise indem Lastenanschlüsse nicht separat montiert, sondern als Teil der Metallisierungsschichten erzeugt werden. Auch können Kühlköper und/oder ein Gehäuse integral hergestellt werden.The conductor structure has, for example, conductor tracks and / or contact areas for electrical components. The 3D metallization allows not only horizontal, but also vertical integration options for active and / or passive components. Furthermore, subsequent assembly steps can be dispensed with, for example in that load connections are not assembled separately, but rather are produced as part of the metallization layers. Cooling bodies and / or a housing can also be manufactured integrally.

Das bereitgestellte keramische Substrat kann eine Oxidkeramik oder eine Nicht-Oxidkeramik sein. Bevorzugt ist das keramische Substrat eine Aluminiumoxid-Keramik, Berylliumoxid-Keramik, Siliziumnitrid-Keramik oder Aluminiumnitrid-Keramik. Diese Keramiken weisen einen geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Sie sind für Anwendungen mit hohen Temperaturunterschieden und hohen Temperaturbelastungen besonders gut geeignet.The ceramic substrate provided can be an oxide ceramic or a non-oxide ceramic. The ceramic substrate is preferably an aluminum oxide ceramic, beryllium oxide ceramic, silicon nitride ceramic or aluminum nitride ceramic. These ceramics have a low coefficient of thermal expansion and high thermal conductivity. They are particularly well suited for applications with high temperature differences and high temperature loads.

Das bereitgestellte keramische Substrat ist insbesondere plattenförmig. Alternativ oder zusätzlich sind auch komplexere Formen des keramischen Substrats möglich. Das Verfahren ist nicht auf plattenförmige keramische Substrate beschränkt. Die Anwendungsmöglichkeiten des Verfahrens sind weiter erhöht. Das Bereitstellen des keramischen Substrats kann auch die Fertigung des keramischen Substrats und/oder von Teilen desselben umfassen. Beispielsweise ist es möglich, zumindest Teile des keramischen Substrats additiv zu fertigen.The ceramic substrate provided is in particular plate-shaped. Alternatively or additionally, more complex shapes of the ceramic substrate are also possible. The method is not limited to plate-shaped ceramic substrates. The application possibilities of the method are further increased. The provision of the ceramic substrate can also include the production of the ceramic substrate and / or parts thereof. For example, it is possible to additively manufacture at least parts of the ceramic substrate.

Das bereitgestellte metallische Pulver bildet den Werkstoff, aus welchem die Metallisierungsschichten und damit die Leiterstruktur gefertigt werden. Das metallische Pulver kann eine oder mehrere Komponenten, insbesondere ein oder mehrere Materialien umfassen. Bevorzugt weist das metallische Pulver unterschiedliche funktionale Komponenten auf. Beispielsweise können unterschiedliche funktionale Komponenten eine hohe elektrische Leitfähigkeit der Metallisierungsschichten, eine gute Benetzbarkeit des keramischen Substrats und/oder eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit der Leiterstruktur begünstigen, insbesondere gewährleisten. Verschiedene Komponenten des metallischen Pulvers können in Form unterschiedlicher Ausgangspulver, die zu dem metallischen Pulver vermischt werden, bereitgestellt werden. Zusätzlich oder alternativ hierzu können verschiedene Komponenten als Legierungsbestandteile in dem metallischen Pulver vorliegen. Verschiedene Komponenten des metallischen Pulvers sind bevorzugt flexibel kombinierbar. Insbesondere ist es möglich, dass das metallische Pulver zur Herstellung verschiedener der Metallisierungsschichten eine unterschiedliche Zusammensetzung aufweist, wie dies im Weiteren noch im Detail beschrieben ist.The provided metallic powder forms the material from which the metallization layers and thus the conductor structure are manufactured. The metallic powder can comprise one or more components, in particular one or more materials. The metallic powder preferably has different functional components. For example, different functional components can promote, in particular ensure, high electrical conductivity of the metallization layers, good wettability of the ceramic substrate and / or high thermal shock resistance of the conductor structure. Various components of the metallic powder can be provided in the form of different starting powders which are mixed to form the metallic powder. In addition or as an alternative to this, various components can be present as alloy constituents in the metallic powder. Various components of the metallic powder can preferably be flexibly combined. In particular, it is possible that the metallic powder for producing various of the metallization layers has a different composition, as will be described in detail below.

Es werden mindestens zwei Metallisierungsschichten oder mehr Metallisierungsschichten hergestellt. Das Verfahren ist nicht auf eine bestimmte Anzahl von zu herzustellenden Metallisierungsschichten beschränkt.At least two or more metallization layers are produced. The method is not restricted to a specific number of metallization layers to be produced.

Nach Erzeugung der Leiterstruktur kann überschüssiges metallisches Pulver, welches nicht aufgeschmolzen wurde, entfernt werden. Überschüssiges metallisches Pulver kann wieder verwendet werden.After the conductor structure has been created, excess metallic powder that has not been melted can be removed. Excess metallic powder can be reused.

Gemäß einem bevorzugten Aspekt des Verfahrens erfolgt das selektive Aufschmelzen des metallischen Pulvers durch selektives Laserschmelzen (engl. selective laser melting, kurz: SLM). Beim selektiven Laserschmelzen werden die Pulverpartikel vollständig aufgeschmolzen. Dies führt zu einer besonders dichten und homogen Metallisierung des keramischen Substrats. Zudem ist eine Benetzung des keramischen Substrats durch das selektive Laserschmelzen verbessert.According to a preferred aspect of the method, the metallic powder is selectively melted by selective laser melting (SLM for short). With selective laser melting, the powder particles are completely melted. This leads to a particularly dense and homogeneous metallization of the ceramic substrate. In addition, wetting of the ceramic substrate is improved by the selective laser melting.

Beim selektiven Laserschmelzen wird ein fokussierter Laserstrahl über die aufzuschmelzenden Bereiche der jeweiligen Pulverschicht geführt. Die Laserstrahlung kann kontinuierlich oder gepulst sein.With selective laser melting, a focused laser beam is guided over the areas of the respective powder layer to be melted. The laser radiation can be continuous or pulsed.

Für das Laserschmelzen kann Laserstrahlung mit unterschiedlichen Wellenlängen verwendet werden. Je nach verwendeter Wellenlänge spielen unterschiedliche Absorptionsmechanismen in dem metallischen Pulver und dem keramischen Substrat eine wesentliche Rolle. Beispielsweise kann Laserstrahlung mit Wellenlängen vom Infrarotbereich bis in den UV-Bereich verwendet werden. Bevorzugt werden Wellenlängen zwischen 380 nm und 750 nm, also im Bereich des sichtbaren Lichts, verwendet. Als besonders geeignet hat sich Laserstrahlung mit Wellenlängen von ca. 490 nm bis ca. 575 nm (grünes Licht) oder von ca. 420 nm bis ca. 490 nm (blaues Licht) erwiesen. Diese Wellenlängen sind optimal geeignet für die Verarbeitung bevorzugter metallischer Pulver, insbesondere metallischer Pulver mit hohem Kupferanteil.Laser radiation with different wavelengths can be used for laser melting. Depending on the wavelength used, different absorption mechanisms play an important role in the metallic powder and the ceramic substrate. For example, laser radiation with wavelengths from the infrared range to the UV range can be used. Wavelengths between 380 nm and 750 nm, that is to say in the range of visible light, are preferably used. Laser radiation with wavelengths from approx. 490 nm to approx. 575 nm (green light) or from approx. 420 nm to approx. 490 nm (blue light) has proven to be particularly suitable. These wavelengths are optimal suitable for processing preferred metallic powders, especially metallic powders with a high copper content.

Einstellbare Parameter beim Laserschmelzen sind weiterhin insbesondere die Laserleistung, der Fokusdurchmesser und/oder die Lasergeschwindigkeit, mit welcher der Laserstrahl über die Oberfläche geführt wird. Die Parameter können aneinander angepasst werden, um ein vollständiges Aufschmelzen des metallischen Pulvers zu gewährleisten. Insbesondere können die weiteren Parameter abhängig von der Wellenlänge der Laserstrahlung gewählt werden. Die Laserleistung liegt beispielsweise zwischen 30 W und 1000 W, insbesondere zwischen 50 W und 500 W. Der Fokusdurchmesser kann beispielsweise zwischen 20 µm und 200 µm betragen. Beispielhafte Lasergeschwindigkeiten liegen zwischen 15 mm/s und 7000 mm/s, insbesondere zwischen 50 mm/s und 1500 mm/s.Parameters that can be set during laser melting are, in particular, the laser power, the focus diameter and / or the laser speed with which the laser beam is guided over the surface. The parameters can be adapted to one another in order to ensure complete melting of the metallic powder. In particular, the further parameters can be selected as a function of the wavelength of the laser radiation. The laser power is, for example, between 30 W and 1000 W, in particular between 50 W and 500 W. The focus diameter can be, for example, between 20 μm and 200 μm. Exemplary laser speeds are between 15 mm / s and 7000 mm / s, in particular between 50 mm / s and 1500 mm / s.

Zur Erzeugung der Laserstrahlung können beliebige Lasertypen eingesetzt werden, insbesondere Faserlaser, Scheibenlaser oder Diodenlaser. Aufgrund ihrer hohen Strahlgüte haben sich Faserlaser als besonders geeignet erwiesen.Any laser types can be used to generate the laser radiation, in particular fiber lasers, disk lasers or diode lasers. Due to their high beam quality, fiber lasers have proven to be particularly suitable.

Ein weiterer Vorteil des selektiven Laserschmelzens besteht darin, dass die Größe eines beim Aufschmelzen erzeugten Schmelzbads durch einen Strahldurchmesser des Laserstrahls definiert ist. Folglich ist die minimal erreichbare Strukturgröße nur durch die Verfahrensparameter beim selektiven Laserschmelzen beschränkt. Die Schmelzbadbreite hängt unter anderem von der Strahlleistung, dem Strahldurchmesser, einer Lasergeschwindigkeit, mit welcher der Strahl über die Pulverschicht geführt wird, und den Materialeigenschaften der Pulverpartikel ab. Mit Hilfe des selektiven Laserstrahlschmelzens sind kleine Strukturgrößen möglich. Beispielsweise sind Strukturgrößen zwischen 50 µm und 80 µm erzielbar.Another advantage of selective laser melting is that the size of a weld pool generated during melting is defined by a beam diameter of the laser beam. As a result, the minimum structure size that can be achieved is only limited by the process parameters for selective laser melting. The weld pool width depends, among other things, on the beam power, the beam diameter, a laser speed with which the beam is guided over the powder layer and the material properties of the powder particles. With the help of selective laser beam melting, small structure sizes are possible. For example, structure sizes between 50 µm and 80 µm can be achieved.

Das selektive Aufschmelzen des Pulvers kann auch mittels selektiven Elektronenstrahlschmelzens (engl. electron beam melting, kurz: EBM) erfolgen. Hierbei wird ein fokussierter Elektronenstrahl über die aufzuschmelzenden Bereiche der jeweiligen Pulverschicht geführt. Die Vorteile des selektiven Elektronenstrahlschmelzens entsprechen denen des selektiven Laserstrahlschmelzens.The selective melting of the powder can also take place by means of selective electron beam melting (EBM for short). Here, a focused electron beam is guided over the areas of the respective powder layer to be melted. The advantages of selective electron beam melting are the same as those of selective laser beam melting.

Die Metallisierungsschichten können auch mittels Laserauftragsschweißens (engl. laser metal deposition, kurz: LMD) erzeugt werden. Hierbei wird ein Bearbeitungskopf über die Oberfläche des keramischen Substrats geführt. Das metallische Pulver wird über Düsen des Bearbeitungskopfes aufgetragen und mittels eines Laserstrahls aufgeschmolzen. Das metallische Pulver wird in jeder Pulverschicht nur in den Bereichen aufgetragen, die auch aufgeschmolzen werden. Das metallische Pulver wird selektiv aufgetragen und aufgeschmolzen. Es bedarf keines flächigen Auftragens des metallischen Pulvers. Ein nachträgliches Entfernen von nicht aufgeschmolzenem Pulver ist vermieden.The metallization layers can also be produced by means of laser metal deposition (LMD). Here, a processing head is guided over the surface of the ceramic substrate. The metallic powder is applied via nozzles on the machining head and melted using a laser beam. The metallic powder is only applied in each powder layer in the areas that are also melted. The metallic powder is selectively applied and melted. The metallic powder does not need to be applied over a large area. Subsequent removal of unmelted powder is avoided.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt des Verfahrens enthält das metallische Pulver mindestens eines der Metalle Gold, Aluminium, Kupfer und/oder Silber. Diese Metalle und damit erzeugte Metallisierungsschichten weisen eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf. Diese Metalle können eine Grundkomponente des metallischen Pulvers bilden. Insbesondere kann das metallische Pulver eine Legierung auf Basis eines oder mehrerer dieser Metalle sein. Als besonders geeignete Grundkomponente hat sich Kupfer oder eine Kupferlegierung erwiesen. Zur Erzielung einer hohen elektrischen Leitfähigkeit der Leiterstruktur ist es vorteilhaft ein metallisches Pulver mit einem möglichst hohen Anteil der Grundkomponente zu verwenden. Ein Anteil der Grundkomponente in dem metallischen Pulver kann beispielsweise zwischen 80 Gew.-% und 100 Gew.-%, insbesondere zwischen 85 Gew.-% und 99 Gew.-%, bevorzugt zwischen 90 Gew.-% und 95 Gew.-% betragen. Der Anteil der Grundkomponente kann in verschiedenen Metallisierungsschichten auch unterschiedlich sein. Beispielsweise kann der Anteil in der ersten Metallisierungsschicht geringer sein, insbesondere Null sein. In weiteren Metallisierungsschichten kann der Anteil der Grundkomponente zunehmen. Beispielsweise können weitere Metallisierungsschichten auch im Wesentlichen aus der Grundkomponente, insbesondere aus Kupfer, bestehen.According to a further preferred aspect of the method, the metallic powder contains at least one of the metals gold, aluminum, copper and / or silver. These metals and the metallization layers produced with them have a high electrical conductivity. These metals can form a basic component of the metallic powder. In particular, the metallic powder can be an alloy based on one or more of these metals. Copper or a copper alloy has proven to be a particularly suitable basic component. To achieve a high electrical conductivity of the conductor structure, it is advantageous to use a metallic powder with as high a proportion of the basic component as possible. A proportion of the basic component in the metallic powder can, for example, be between 80% by weight and 100% by weight, in particular between 85% by weight and 99% by weight, preferably between 90% by weight and 95% by weight. be. The proportion of the basic component can also be different in different metallization layers. For example, the proportion in the first metallization layer can be smaller, in particular zero. The proportion of the basic component can increase in further metallization layers. For example, further metallization layers can also essentially consist of the basic component, in particular of copper.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt des Verfahrens weist das metallische Pulver eine Benetzungs-Komponente auf, wobei die Benetzungs-Komponente mindestens eines der Elemente Titan, Hafnium, Zirkonium, Niob, Cer, Chrom, Vanadium, Yttrium und Scandium umfasst. Diese Materialien weisen gute Benetzungseigenschaften auf keramischen Oberflächen auf. Die Benetzungs-Komponente eignet sich daher besonders gut zur Benetzung des keramischen Substrats. Die als Benetzungs-Komponente verwendbaren Materialien werden auch als aktive Materialien bezeichnet. Die aktiven Materialien sind sehr reaktiv und können sich unter Temperaturzufuhr mit dem Oxid einer Oxidkeramik oder dem Stickstoff einer Nicht-Oxidkeramik verbinden. Mit Hilfe der Benetzungs-Komponente ist eine besonders stabile stoffschlüssige Verbindung der Leiterstruktur mit dem keramischen Substrat erzeugbar. Als besonders geeignete Benetzungs-Komponente hat sich Titan erwiesen.According to a further preferred aspect of the method, the metallic powder has a wetting component, the wetting component comprising at least one of the elements titanium, hafnium, zirconium, niobium, cerium, chromium, vanadium, yttrium and scandium. These materials have good wetting properties on ceramic surfaces. The wetting component is therefore particularly suitable for wetting the ceramic substrate. The materials that can be used as wetting components are also referred to as active materials. The active materials are very reactive and can combine with the oxide of an oxide ceramic or the nitrogen of a non-oxide ceramic when exposed to temperature. With the help of the wetting component, a particularly stable material connection between the conductor structure and the ceramic substrate can be produced. Titanium has proven to be a particularly suitable wetting component.

Bevorzugt ist ein Anteil der Benetzungs-Komponente in dem metallischen Pulver so gering wie möglich. Besonders bevorzugt wird der Anteil der Benetzungs-Komponente gerade so hoch wie nötig gewählt, um einen gewünschten Benetzungsgrad zu erzielen. Hierdurch kann der Anteil der Benetzungs-Komponente zugunsten andere Komponenten, insbesondere der Grundkomponente, reduziert werden. Ein Anteil der Benetzungs-Komponente in dem metallischen Pulver kann beispielsweise zwischen 0,5 Gew.-% und 15 Gew.-%, insbesondere zwischen 0,5 Gew.-% und 10 Gew.-%, betragen. Bevorzugt ist ein Anteil der Benetzungs-Komponente kleiner oder gleich 10 Gew.-%. Der Anteil der Benetzungs-Komponente kann auch von Metallisierungsschicht zu Metallisierungsschicht variieren. Beispielsweise kann in der ersten Metallisierungsschicht der Anteil der Benetzungs-Komponente höher sein. Insbesondere kann die erste Metallisierungsschicht im Wesentlichen aus einer Benetzungs-Komponente, beispielsweise aus Titan, bestehen. In weiteren Metallisierungsschichten kann der Anteil der Benetzungs-Komponente abnehmen. Insbesondere können weitere Metallisierungsschichten auch keine Benetzungs-Komponente enthalten.A proportion of the wetting component in the metallic powder is preferably as low as possible. The proportion of is particularly preferred Wetting component selected just as high as necessary to achieve a desired degree of wetting. As a result, the proportion of the wetting component can be reduced in favor of other components, in particular the basic component. A proportion of the wetting component in the metallic powder can be, for example, between 0.5% by weight and 15% by weight, in particular between 0.5% by weight and 10% by weight. A proportion of the wetting component less than or equal to 10% by weight is preferred. The proportion of the wetting component can also vary from metallization layer to metallization layer. For example, the proportion of the wetting component can be higher in the first metallization layer. In particular, the first metallization layer can essentially consist of a wetting component, for example titanium. The proportion of the wetting component can decrease in further metallization layers. In particular, further metallization layers cannot contain any wetting components.

Bevorzugt umfasst das metallische Pulver eine Grundkomponente aus einem Metall hoher Leitfähigkeit, insbesondere aus Kupfer, und eine Benetzungs-Komponente. Beispielsweise können die beiden Komponenten in Form zweier Pulver vorliegen, die zu dem metallischen Pulver vermischt werden. Je nach Mischungsverhältnis kann der Anteil der Benetzungs-Komponente variiert werden.The metallic powder preferably comprises a basic component made of a metal of high conductivity, in particular made of copper, and a wetting component. For example, the two components can be in the form of two powders that are mixed to form the metallic powder. Depending on the mixing ratio, the proportion of the wetting component can be varied.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt des Verfahrens weist das metallische Pulver eine die Benetzungs-Komponente umfassende Legierung auf. Weitere Pulver-Komponenten, insbesondere eine Grundkomponente des metallischen Pulvers, können in Form weiterer Legierungsbestandteile vorliegen. Die Kombination unterschiedlicher Pulver-Komponenten in einer Legierung gewährleistet eine besonders homogene Zusammensetzung des metallischen Pulvers. Ein Entmischen unterschiedlicher Pulver-Komponenten ist vermieden. Auch die aus dem metallischen Pulver erzeugten Metallisierungsschichten weisen eine homogene Zusammensetzung, insbesondere eine gleichmäßige Verteilung der Benetzungs-Komponente, auf. Hierdurch sind eine zuverlässige und gleichmäßige Benetzung des keramischen Substrats und eine zuverlässige stoffschlüssige Verbindung hiermit gewährleistet.According to a further preferred aspect of the method, the metallic powder has an alloy comprising the wetting component. Further powder components, in particular a basic component of the metallic powder, can be present in the form of further alloy constituents. The combination of different powder components in one alloy ensures a particularly homogeneous composition of the metallic powder. Separation of different powder components is avoided. The metallization layers produced from the metallic powder also have a homogeneous composition, in particular a uniform distribution of the wetting component. This ensures reliable and uniform wetting of the ceramic substrate and a reliable material connection with it.

Bevorzugt ist die Benetzungs-Komponente zu einem Metall mit hoher Leitfähigkeit, insbesondere zu Kupfer, legiert. Als besonders geeignet haben sich Kupfer-Titan-Legierungen erwiesen.The wetting component is preferably alloyed to form a metal with high conductivity, in particular to copper. Copper-titanium alloys have proven to be particularly suitable.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt des Verfahrens wird die Benetzungs-Komponente in Form einer Ummantelung von Primärpulver-Partikeln bereitgestellt. Die Ummantelung der Primärpulver-Partikel hat den Vorteil einer homogenen Verteilung der Benetzungs-Komponente in dem metallischen Pulver. Das Primärpulver kann insbesondere eine Grundkomponente des metallischen Pulvers aufweisen. Bevorzugt weist das Primärpulver eine Grundkomponente und eine Stabilitäts-Komponente des metallischen Pulvers auf. Die Primärpulver-Partikel können beispielsweise mit der Benetzungs-Komponente beschichtet sein oder werden. Hierdurch ist ein Anteil der Benetzungs-Komponente in dem metallischen Pulver flexibel einstellbar.According to a further preferred aspect of the method, the wetting component is provided in the form of a coating of primary powder particles. The coating of the primary powder particles has the advantage of a homogeneous distribution of the wetting component in the metallic powder. The primary powder can in particular have a basic component of the metallic powder. The primary powder preferably has a basic component and a stability component of the metallic powder. The primary powder particles can, for example, be or will be coated with the wetting component. As a result, a proportion of the wetting component in the metallic powder can be flexibly adjusted.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt des Verfahrens weist das metallische Pulver eine Partikelgrößenverteilung von d50 zwischen 10 µm und 100 µm auf. Eine entsprechende Partikelgrößenverteilung ermöglicht eine gleichmäßige und kompakte Auftragung der Pulverschichten und damit eine hohe Dichte und Homogenität der hergestellten Metallisierungsschichten. Besonders bevorzugt weist das metallische Pulver sphärische Pulverpartikel auf. Dies verbessert die Rieselfähigkeit des Pulvers.According to a further preferred aspect of the method, the metallic powder has a particle size distribution of d 50 between 10 μm and 100 μm. A corresponding particle size distribution enables a uniform and compact application of the powder layers and thus a high density and homogeneity of the metallization layers produced. The metallic powder particularly preferably has spherical powder particles. This improves the flowability of the powder.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt des Verfahrens wird zur Herstellung verschiedener der Metallisierungsschichten eine unterschiedliche Zusammensetzung des metallischen Pulvers verwendet. Hierdurch sind die Eigenschaften verschiedener Komponenten der metallischen Pulver flexibel kombinierbar. Hierdurch sind Metallisierungsschichten mit unterschiedlichen Eigenschaften fertigbar. Die Metallisierungsschichten können noch besser an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden. Die Leiterstruktur kann einen Materialgradienten aufweisen.According to a further preferred aspect of the method, a different composition of the metallic powder is used to produce different ones of the metallization layers. As a result, the properties of various components of the metallic powder can be flexibly combined. As a result, metallization layers with different properties can be produced. The metallization layers can be adapted even better to the respective requirements. The conductor structure can have a material gradient.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt des Verfahrens wird zumindest die erste Metallisierungsschicht mit einem im Vergleich zu mindestens einer weiteren Metallisierungsschicht erhöhten Anteil einer Benetzungs-Komponente, insbesondere einem erhöhten Titan-Anteil, hergestellt. Ein erhöhter Anteil der Benetzungs-Komponente in zumindest der ersten Metallisierungsschicht bewirkt eine besonders gute Benetzung des keramischen Substrats. Die stoffschlüssige Verbindung der Leiterstruktur mit dem keramischen Substrat ist besonders stabil.According to a further preferred aspect of the method, at least the first metallization layer is produced with an increased proportion of a wetting component, in particular an increased titanium proportion, compared to at least one further metallization layer. An increased proportion of the wetting component in at least the first metallization layer causes particularly good wetting of the ceramic substrate. The material connection between the conductor structure and the ceramic substrate is particularly stable.

Bevorzugt weist das metallische Pulver zumindest zur Herstellung der ersten Metallisierungsschicht ein Reintitan-Pulver auf. Titan hat sich als besonders geeignete Benetzungs-Komponente bewährt. Die Verwendung eines Reintitan-Pulvers zumindest zur Herstellung der ersten Metallisierungsschicht bewirkt eine optimale Benetzung des keramischen Substrats. The metallic powder preferably has a pure titanium powder at least for producing the first metallization layer. Titanium has proven to be a particularly suitable wetting component. The use of a pure titanium powder at least for the production of the first metallization layer causes optimal wetting of the ceramic substrate.

Die Stabilität des erzeugten Schaltungsträgers ist erhöht. Beispielsweise besteht das metallische Pulver zumindest zur Herstellung der ersten Metallisierungsschicht aus einem Reintitan-Pulver. Bevorzug besteht das metallische Pulver zumindest zur Herstellung der ersten Metallisierungsschicht aus einem Reintitan-Pulver und einer zulegierten Stabilisierungs-Komponente, insbesondere Silizium. Durch Zulegierung der Stabilisierungs-Komponente sind Spannungen in der erzeugten Metallisierungsschicht zuverlässig vermieden.The stability of the circuit carrier produced is increased. For example, the metallic powder is at least for the production of the first metallization layer made of a pure titanium powder. The metallic powder preferably consists of a pure titanium powder and an alloyed stabilization component, in particular silicon, at least for the production of the first metallization layer. By adding alloy to the stabilization component, stresses in the generated metallization layer are reliably avoided.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt des Verfahrens wird zumindest eine der weiteren Metallisierungsschichten mit einem im Vergleich zur ersten Metallisierungsschicht erhöhten Anteil von Gold, Aluminium, Kupfer und/oder Silber, insbesondere einem erhöhten Anteil von Kupfer, hergestellt. Die zumindest eine weitere Metallisierungsschicht kann einen erhöhten Anteil einer Grundkomponente des metallischen Pulvers aufweisen. Diese Metalle weisen eine hohe Leitfähigkeit auf, benetzen jedoch eine keramische Oberfläche weniger gut als eine der oben genannten Benetzungs-Komponenten, insbesondere als Titan. Ein erhöhter Anteil dieser Metalle, insbesondere ein erhöhter Kupfer-Anteil, in mindestens einer der weiteren Metallisierungsschichten gewährleistet eine hohe Leitfähigkeit der erzeugten Leiterstruktur. Gleichzeitig kann eine optimale Benetzung des keramischen Substrats durch zumindest die erste Metallisierungsschicht erfolgen.According to a further preferred aspect of the method, at least one of the further metallization layers is produced with an increased proportion of gold, aluminum, copper and / or silver compared to the first metallization layer, in particular an increased proportion of copper. The at least one further metallization layer can have an increased proportion of a basic component of the metallic powder. These metals have a high conductivity, but do not wet a ceramic surface as well as one of the above-mentioned wetting components, in particular as titanium. An increased proportion of these metals, in particular an increased copper proportion, in at least one of the further metallization layers ensures a high conductivity of the conductor structure produced. At the same time, optimal wetting of the ceramic substrate can take place through at least the first metallization layer.

In einer bevorzugten Variante wird zumindest die erste Metallisierungsschicht im Wesentlichen aus einer Benetzungs-Komponente, insbesondere aus einem Reintitan-Pulver, hergestellt. Mindestens eine weitere Metallisierungsschicht kann aus einer Grundkomponente, insbesondere aus Kupfer, gefertigt werde. Auf diese Weise können die vorteilhaften Benetzungseigenschaften der Benetzungs-Komponente, insbesondere von Titan, mit der hohen elektrischen Leitfähigkeit der Grundkomponente, insbesondere von Kupfer, besonders gut kombiniert werden.In a preferred variant, at least the first metallization layer is produced essentially from a wetting component, in particular from a pure titanium powder. At least one further metallization layer can be produced from a basic component, in particular from copper. In this way, the advantageous wetting properties of the wetting component, in particular of titanium, can be combined particularly well with the high electrical conductivity of the basic component, in particular of copper.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt des Verfahrens erfolgt das Erzeugen der Leiterstruktur auf dem keramischen Substrat unter Schutzgasatmosphäre, insbesondere unter einer inerten Schutzgasatmosphäre, bevorzugt unter Argon-Atmosphäre. Eine Oxidation der schichtweise erzeugten Leiterstruktur ist hierdurch zuverlässig vermieden. Die Metallisierungsschichten weisen eine hohe Qualität auf.According to a further preferred aspect of the method, the conductor structure is produced on the ceramic substrate under a protective gas atmosphere, in particular under an inert protective gas atmosphere, preferably under an argon atmosphere. Oxidation of the conductor structure produced in layers is thereby reliably avoided. The metallization layers are of high quality.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt des Verfahrens erfolgt ein Nachbehandlungsschritt zur Wärmebehandlung des Schaltungsträgers. Die Wärmebehandlung erhöht die Haftfestigkeit der Metallisierung auf dem keramischen Substrat. Zudem können hierdurch Spannungen in der Metallisierung reduziert werden. Die Wärmebehandlung wird insbesondere in Form einer Ofenbehandlung durchgeführt. Eine Nachbehandlungstemperatur wird insbesondere abhängig von der Materialzusammensetzung der Metallisierungsschichten gewählt. Bevorzugt liegt die Nachbehandlungstemperatur etwa 10 °C bis 20 °C unterhalb des Schmelzpunktes der Metallisierungsschichten. Beispielsweise wird der Schaltungsträger materialabhängig auf eine Nachbehandlungstemperatur zwischen 200 °C und 1080 °C erhitzt. Bevorzugt erfolgt die Nachbehandlung unter inerter, evakuierter oder reduzierender Atmosphäre.According to a further preferred aspect of the method, there is an aftertreatment step for heat treatment of the circuit carrier. The heat treatment increases the adhesive strength of the metallization on the ceramic substrate. In addition, this can reduce stresses in the metallization. The heat treatment is carried out in particular in the form of an oven treatment. A post-treatment temperature is selected in particular as a function of the material composition of the metallization layers. The post-treatment temperature is preferably about 10 ° C. to 20 ° C. below the melting point of the metallization layers. For example, depending on the material, the circuit carrier is heated to an aftertreatment temperature between 200 ° C and 1080 ° C. The aftertreatment is preferably carried out under an inert, evacuated or reducing atmosphere.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt des Verfahrens umfasst das Bereitstellen des keramischen Substrats die additive Fertigung von zumindest Teilen des keramischen Substrats. Beispielsweise können zusätzliche Strukturen an dem keramischen Substrat, insbesondere keramische Kühlkörper, additiv gefertigt werden. Auch das gesamte keramische Substrat kann additiv gefertigt werden. Insbesondere können hierdurch auch keramische Substrate mit dreidimensionaler Struktur erzeugt und bereitgestellt werden. Hierdurch sind 3D-Schaltungsträger auf einfache und flexible Weise fertigbar.According to a further preferred aspect of the method, the provision of the ceramic substrate comprises the additive manufacturing of at least parts of the ceramic substrate. For example, additional structures on the ceramic substrate, in particular ceramic heat sinks, can be manufactured additively. The entire ceramic substrate can also be manufactured additively. In particular, ceramic substrates with a three-dimensional structure can also be produced and provided in this way. As a result, 3D circuit carriers can be manufactured in a simple and flexible manner.

Die additive Fertigung von zumindest Teilen des keramischen Substrats kann beispielsweise durch Verarbeitung eines keramischen Pulvers erfolgen. Die Verarbeitung des keramischen Pulvers erfolgt insbesondere mit den gleichen Verarbeitungsprozessen und/oder -maschinen wie die Verarbeitung des metallischen Pulvers zur Erzeugung der Metallisierungsschichten. So ist beispielsweise die Verarbeitung von keramischen Pulvern mittels des selektiven Laserschmelzens möglich. Beispielsweise können hierfür höhere Vorheiztemperaturen gewählt werden, insbesondere Vorheiztemperaturen von 1000 °C oder mehr.The additive manufacturing of at least parts of the ceramic substrate can be done, for example, by processing a ceramic powder. The processing of the ceramic powder takes place in particular with the same processing processes and / or machines as the processing of the metallic powder for producing the metallization layers. For example, ceramic powders can be processed using selective laser melting. For example, higher preheating temperatures can be selected for this, in particular preheating temperatures of 1000 ° C. or more.

Bevorzugt können zumindest Teile des keramischen Substrats und die Leiterstruktur durch unterschiedliche Verfahren der additiven Fertigung erzeugt werden. Beispielsweise können Teile des keramischen Substrats oder das keramische Substrat insgesamt mittels eines für die Verarbeitung von keramischen Pulvern optimierten Verfahrens, insbesondere eines hierfür optimierten 3D-Druckverfahrens, gefertigt werden. Aufgrund der Kombination unterschiedlicher Verfahren ist eine hochwertige Verarbeitung der jeweiligen Materialien gewährleistet. Geeignete 3D-Druckverfahren sind insbesondere lichtaushärtende Verfahren. Hierbei werden beispielsweise Harze, in denen sich Keramikpartikel befinden, mittels Licht, insbesondere Laserstrahlung, polymerisiert. Besonders geeignete 3D-Druckverfahren sind insbesondere die Stereolithographie (kurz: SLA), das Digital Light Processing (kurz: DLP), das Binder Jetting oder das von der Firma XJET entwickele „NanoParticle Jetting“ (kurz: NPJ). Diese Verfahren sind dem Fachmann insbesondere für die additive Fertigung von Keramikbauteilen bekannt, wie dies beispielsweise in dem Artikel „3D Druck mit Keramik: Eine Revolution in der additiven Fertigung?“ (vgl. https://www.3dnatives.com/de/3d-druck-mit-keramik-featured-170420191/ abgerufen am 16.04.2020) beschrieben ist. Informationen zu den Verfahren SLA und DLP finden auch sich in dem Artikel „3D-Drucken mit Stereolithografie - lesen Sie hier wie's geht!“ (vgl. https://www.3dnatives.com/de/stereolithografie/abgerufen am 16.04.2020).At least parts of the ceramic substrate and the conductor structure can preferably be produced by different methods of additive manufacturing. For example, parts of the ceramic substrate or the ceramic substrate as a whole can be manufactured by means of a method optimized for processing ceramic powders, in particular a 3D printing method optimized for this purpose. Due to the combination of different processes, high-quality processing of the respective materials is guaranteed. Suitable 3D printing processes are, in particular, light-curing processes. Here, for example, resins in which there are ceramic particles are polymerized by means of light, in particular laser radiation. Particularly suitable 3D printing processes are in particular stereolithography (short: SLA), digital light processing (short: DLP), binder jetting or “NanoParticle Jetting” (short: NPJ) developed by XJET. These methods are known to the person skilled in the art, in particular for the additive manufacturing of ceramic components, as is the case, for example, in the Article "3D printing with ceramics: A revolution in additive manufacturing?" (See https://www.3dnatives.com/de/3d-druck-mit-keramik-featured-170420191/ accessed on April 16, 2020) . Information on the SLA and DLP processes can also be found in the article "3D printing with stereolithography - read how it's done here!" .

Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt des Verfahrens erfolgt die additive Fertigung von zumindest Teilen des keramischen Substrats durch Lithography-based Ceramic Manufacturing (kurz: LCM). Das LCM-Verfahren erlaubt die additive Fertigung qualitativ besonders hochwertiger Keramikbauteile. Besonders bevorzugt erfolgt zunächst eine additive Fertigung von zumindest Teilen des keramischen Substrats mittels des LCM-Verfahrens und anschließend die Fertigung der Metallisierungsschichten mittels eines für die Verarbeitung von metallischen Pulvern geeigneten additiven Fertigungsverfahrens, insbesondere mittels des selektiven Laserschmelzens oder des selektiven Elektronenstrahlschmelzens.According to a further preferred aspect of the method, the additive manufacturing of at least parts of the ceramic substrate takes place by lithography-based ceramic manufacturing (LCM for short). The LCM process allows the additive manufacturing of high quality ceramic components. Particularly preferably, at least parts of the ceramic substrate are first additive manufacturing using the LCM method and then the metallization layers are manufactured using an additive manufacturing method suitable for processing metallic powders, in particular using selective laser melting or selective electron beam melting.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Schaltungsträger bereitzustellen.It is a further object of the invention to provide an improved circuit carrier.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Schaltungsträger gemäß Anspruch 18. Der Schaltungsträger ist wie oben beschrieben hergestellt. Das Verfahren bewirkt einen verbesserten Schaltungsträger, insbesondere einen Schaltungsträger mit einem flexiblen Layout der Leiterstruktur. Insbesondere kann der Schaltungsträger eine 3D-Metallisierung aufweisen.This object is achieved by a circuit carrier according to claim 18. The circuit carrier is produced as described above. The method produces an improved circuit carrier, in particular a circuit carrier with a flexible layout of the conductor structure. In particular, the circuit carrier can have a 3D metallization.

Diese Aufgabe wird auch gelöst durch einen Schaltungsträger mit den in Anspruch 19 angegebenen Merkmalen. Der Schaltungsträger weist ein keramisches Substrat und eine stoffschlüssig mit dem Substrat verbundene Leiterstruktur auf. Die Leiterstruktur weist eine Mehrzahl von auf dem keramischen Substrat aufgebrachten Metallisierungsschichten auf. Der Schaltungsträger ist mittels des oben beschriebenen Verfahrens fertigbar. Der Schaltungsträger weist eine hohe Haftfestigkeit der Metallisierungsschichten auf dem keramischen Substrat auf.This object is also achieved by a circuit carrier with the features specified in claim 19. The circuit carrier has a ceramic substrate and a conductor structure that is firmly bonded to the substrate. The conductor structure has a plurality of metallization layers applied to the ceramic substrate. The circuit carrier can be manufactured using the method described above. The circuit carrier has a high adhesive strength of the metallization layers on the ceramic substrate.

Gemäß einem bevorzugten Aspekt des Schaltungsträgers sind mindestens zwei der Metallisierungsschichten in einer parallel zu der Oberfläche des Substrats verlaufenden Ebene nicht deckungsgleich. Der Schaltungsträger weist eine 3D-Metallisierung auf. Insbesondere weist die Leiterstruktur Bereiche auf, die in Richtung senkrecht zu einer Oberfläche des keramischen Substrats keine direkte Verbindung zu dem keramischen Substrat aufweisen. Derartige Bereiche können auch als freischwebende Bereiche bezeichnet werden. Beispielsweise können zwei Leiterbahn-Strukturen über einen freischwebenden Bereich in Form einer Brücke verbunden sein.According to a preferred aspect of the circuit carrier, at least two of the metallization layers are not congruent in a plane running parallel to the surface of the substrate. The circuit carrier has a 3D metallization. In particular, the conductor structure has regions which have no direct connection to the ceramic substrate in the direction perpendicular to a surface of the ceramic substrate. Such areas can also be referred to as free-floating areas. For example, two conductor track structures can be connected via a free-floating area in the form of a bridge.

Der Schaltungsträger weist insbesondere horizontale und/oder vertikale Integrationsmöglichkeiten für aktive und/oder passive Bauelemente auf. Bevorzugt sind Lastenanschlüsse durch die Metallisierungsschichten gebildet. Die Metallisierungsschichten können zudem Kühlkörper und/oder Gehäuseteile ausformen. Zusätzliche Montageschritte sind reduziert.The circuit carrier has, in particular, horizontal and / or vertical integration options for active and / or passive components. Load connections are preferably formed by the metallization layers. The metallization layers can also form heat sinks and / or housing parts. Additional assembly steps are reduced.

Weitere Vorteile und Details der Erfindung sind nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

  • 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Vorrichtung zur schichtweisen Fertigung eines Schaltungsträgers,
  • 2 einen schematischen Verfahrensablauf zur schichtweisen Fertigung eines Schaltungsträgers,
  • 3 eine schematische Darstellung eines metallischen Pulvers zur Verwendung in dem Verfahren gemäß 2,
  • 4 eine schematische Darstellung eines Zwischenschritts bei der Fertigung nach dem Verfahren gemäß 2,
  • 5 eine schematische Darstellung eines weiteren Zwischenschritts bei der Fertigung nach dem Verfahren gemäß 2,
  • 6 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Schaltungsträgers,
  • 7 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines metallischen Pulvers zur Verwendung in dem Verfahren gemäß 2,
  • 8 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines metallischen Pulvers zur Verwendung in dem Verfahren gemäß 2, und
  • 9 eine schematische Darstellung eines Zwischenschritts gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens.
Further advantages and details of the invention are explained in more detail below with reference to the drawings. In these show:
  • 1 a schematic sectional view of a device for the layer-by-layer production of a circuit carrier,
  • 2 a schematic process sequence for the layer-by-layer production of a circuit carrier,
  • 3 a schematic representation of a metallic powder for use in the method according to FIG 2 ,
  • 4th a schematic representation of an intermediate step in the production according to the method according to FIG 2 ,
  • 5 a schematic representation of a further intermediate step in the production according to the method according to FIG 2 ,
  • 6th a schematic representation of a further embodiment of a circuit carrier,
  • 7th a schematic representation of a further embodiment of a metallic powder for use in the method according to FIG 2 ,
  • 8th a schematic representation of a further embodiment of a metallic powder for use in the method according to FIG 2 , and
  • 9 a schematic representation of an intermediate step according to a further embodiment of the method.

In 1 ist eine Vorrichtung 1 für die additive Fertigung eines Schaltungsträgers 2 gezeigt. Die Vorrichtung 1 ist für die schichtweise Fertigung eines Schaltungsträgers 2 mittels selektiven Laserschmelzens (SLM) ausgelegt.In 1 is a device 1 for the additive manufacturing of a circuit carrier 2 shown. The device 1 is for the layer-by-layer production of a circuit carrier 2 using selective laser melting (SLM).

Die Vorrichtung 1 ist in einem Innenraum 3 eines nicht explizit dargestellten gasdichten Gehäuses angeordnet. Sie umfasst einen Bauraum 4 mit einer Bauteilplattform 5 und ein Pulverreservoir 6 mit einer Pulverdosierplattform 7. Die Bauteilplattform 5 und die Pulverdosierplattform 7 sind entlang einer Hubrichtung 8 verfahrbar. Hierdurch können die Pulverdosierplattform 7 und die Bauteilplattform 5 angehoben beziehungsweise abgesenkt werden.The device 1 is in an interior 3 a gas-tight housing not explicitly shown arranged. It includes a space 4th with a component platform 5 and a powder reservoir 6th with a powder dosing platform 7th . The component platform 5 and the powder dosing platform 7th are along a stroke direction 8th movable. This allows the powder metering platform 7th and the component platform 5 be raised or lowered.

Zudem ist eine Rakel 9 vorhanden. Die Rakel 9 ist in einer Ebene senkrecht zu der Hubrichtung 8 oberhalb des Pulverreservoirs 6 und des Bauraums 4 verfahrbar. Des Weiteren ist ein Laser 10 zur Erzeugung von Laserstrahlung 11 vorhanden. Die Laserstrahlung 11 kann mittels eines verstellbaren Scannerspiegels 12 gezielt auf einzelne Bereiche des Bauraums 4 eingestrahlt werden.There is also a squeegee 9 available. The squeegee 9 is in a plane perpendicular to the stroke direction 8th above the powder reservoir 6th and the installation space 4th movable. There is also a laser 10 for generating laser radiation 11 available. The laser radiation 11 can by means of an adjustable scanner mirror 12th targeted to individual areas of the installation space 4th be radiated.

Die Vorrichtung 1 umfasst zudem einen Überlaufschacht 13 für überschüssiges Pulver. Mit Hilfe einer Bauraumheizung 14 kann der Bauraum 4 erhitzt werden, um ein Aufschmelzen von Pulver mittels der Laserstrahlung 11 zu vereinfachen.The device 1 also includes an overflow shaft 13th for excess powder. With the help of a space heater 14th can the installation space 4th be heated to a melting of powder by means of the laser radiation 11 to simplify.

Mit der Vorrichtung 1 wird der Schaltungsträger 2 gefertigt, indem eine Leiterstruktur 15 schichtweise auf einem keramischen Substrat 16 aufgetragen wird. Die Leiterstruktur 15 wird aus einem metallischen Pulver 17 gefertigt, das in dem Pulverreservoir 6 bevorratet ist. Das metallische Pulver 17 ist schematisch mittels gepunkteter Flächen dargestellt. Zur schichtweisen Fertigung der Leiterstruktur 2 wird zunächst mit Hilfe der Rakel 9 metallisches Pulver 17 aus dem Pulverreservoir 6 als eine nicht näher dargestellte Pulverschicht auf dem auf der Bauteilplattform 5 platzierten keramischen Substrat 16 aufgetragen. Überschüssiges metallisches Pulver 17 wird mit der Rakel 9 abgetragen und in dem Überlaufschacht 13 gesammelt. Das in dem Überlaufschacht 13 gesammelte metallische Pulver 17 kann zu einem späteren Zeitpunkt wieder dem Pulverreservoir 6 zugeführt werden.With the device 1 becomes the circuit carrier 2 manufactured by a ladder structure 15th in layers on a ceramic substrate 16 is applied. The ladder structure 15th is made from a metallic powder 17th made that in the powder reservoir 6th is in stock. The metallic powder 17th is shown schematically by means of dotted areas. For the production of the conductor structure in layers 2 is done first with the help of the squeegee 9 metallic powder 17th from the powder reservoir 6th as a powder layer (not shown) on the component platform 5 placed ceramic substrate 16 applied. Excess metallic powder 17th is done with the squeegee 9 removed and in the overflow shaft 13th collected. That in the overflow shaft 13th collected metallic powder 17th can return to the powder reservoir at a later point in time 6th are fed.

Zur Formung einer Schicht der Leiterstruktur 15 werden entsprechende Bereiche der Pulverschicht durch gezieltes Einstrahlen der Laserstrahlung 11 aufgeschmolzen. Die Laserstrahlung 11 wird über die aufzuschmelzenden Bereiche geführt. Hierzu sind verschiedene Belichtungsstrategien bekannt und einsetzbar.For forming a layer of the conductor structure 15th corresponding areas of the powder layer are created by targeted laser radiation 11 melted. The laser radiation 11 is passed over the areas to be melted. Various exposure strategies are known and can be used for this purpose.

Nachdem alle zu verfestigenden Bereiche einer Pulverschicht mindestens einmal aufgeschmolzen worden sind, wird eine weitere Pulverschicht aufgetragen. Hierzu wird die Bauteilplattform 5 entlang der Hubrichtung 8 abgesenkt und die Pulverdosierplattform 7 in Hubrichtung 8 angehoben. Das über den oberen Rand des Pulverreservoirs 6 gehobene metallische Pulver 17 wird durch Verfahren der Rakel 9 abgetragen und als neue Pulverschicht in dem Bauraum 4 verteilt. An das Auftragen der neuen Pulverschicht schließt sich das selektive Aufschmelzen mittels der Laserstrahlung 11 an. Die so beschriebenen Verfahrensschritte werden so lange wiederholt, bis die Leiterstruktur 15 fertiggestellt ist.After all areas of a powder layer to be solidified have been melted at least once, another powder layer is applied. For this purpose, the component platform 5 along the stroke direction 8th lowered and the powder dosing platform 7th in stroke direction 8th raised. That over the top of the powder reservoir 6th upscale metallic powder 17th is made by moving the squeegee 9 removed and as a new powder layer in the installation space 4th distributed. The application of the new powder layer is followed by selective melting by means of laser radiation 11 at. The method steps described in this way are repeated until the conductor structure 15th is completed.

Um das Aufschmelzen des metallischen Pulvers zu vereinfachen, wird mit Hilfe der Bauraumheizung 14 das keramische Substrat 16 beheizt. Das Beheizen hat einen positiven Einfluss auf die geringe Thermoschockbeständigkeit des keramischen Substrats 16 und bewirkt ein besseres Verbinden des aufgeschmolzenen Pulvers 17 mit dem keramischen Substrat 16. Das keramische Substrat 16 wird auf eine Temperatur zwischen 200 °C und 700 °C erhitzt.In order to simplify the melting of the metallic powder, the installation space heater is used 14th the ceramic substrate 16 heated. The heating has a positive influence on the low thermal shock resistance of the ceramic substrate 16 and causes better bonding of the melted powder 17th with the ceramic substrate 16 . The ceramic substrate 16 is heated to a temperature between 200 ° C and 700 ° C.

Um ein Entzünden des metallischen Pulvers 17 zu vermeiden, wird der Innenraum 3 des gasdichten Gehäuses mit einem Schutzgas 18 geflutet. Als Schutzgas wird Argon eingesetzt. Hierdurch wird auch eine Reaktion, insbesondere eine Oxidation, der Schmelze des metallischen Pulvers 17 durch den Sauerstoffanteil der Umgebungsluft verhindert. Das Schutzgas 18 gewährleistet einen stabilen Prozess.To ignite the metallic powder 17th to avoid being the interior 3 the gas-tight housing with a protective gas 18th flooded. Argon is used as the protective gas. This also causes a reaction, in particular an oxidation, of the melt of the metallic powder 17th prevented by the oxygen content of the ambient air. The protective gas 18th ensures a stable process.

Das selektive Aufschmelzen der zu verfestigenden Bereiche der Pulverschichten bestimmt die Geometrie der zu fertigenden Leiterstruktur 15. Der schichtweise Aufbau der Leiterstruktur 15 kann beispielsweise mittels eines CAD-Programms entworfen und an einen nicht dargestellten Steuerrechner zum Verstellen des Scannerspiegels 12 weitergeleitet werden.The selective melting of the areas of the powder layers to be solidified determines the geometry of the conductor structure to be manufactured 15th . The layered structure of the ladder structure 15th can be designed, for example, by means of a CAD program and sent to a control computer (not shown) for adjusting the scanner mirror 12th to get redirected.

Mit Bezug auf die 2 bis 5 wird das Fertigungsverfahren im Detail erläutert. In 2 ist ein schematischer Ablauf eines Fertigungsverfahrens 20 dargestellt. Mit Hilfe der 3 bis 5 werden Zwischenschritte des Verfahrens erläutert. Das Fertigungsverfahren 20 kann mit der in 1 gezeigten Vorrichtung 1 durchgeführt werden. Alternativ können auch andere Vorrichtungen, die ein schichtweises Aufragen und selektives Aufschmelzen von metallischem Pulver 17 erlauben, verwendet werden.With reference to the 2 until 5 the manufacturing process is explained in detail. In 2 is a schematic sequence of a manufacturing process 20th shown. With the help of 3 until 5 intermediate steps of the procedure are explained. The manufacturing process 20th can with the in 1 device shown 1 be performed. Alternatively, other devices that apply layer by layer and selective melting of metallic powder can also be used 17th allow to be used.

Zunächst werden in einem Bereitstellungsschritt 21 das keramische Substrat 16 und das metallische Pulver 17 bereitgestellt. Das keramische Substrat 16 ist eine Substratplatte mit einer Dicke von beispielsweise 1 mm. Keramische Substrate haben eine gute Temperaturleitfähigkeit und eignen sich hervorragend für Schaltungsträger für die Leistungselektronik. Als keramisches Substrat kann jedes keramische Material dienen, das in derartigen Schaltungsträgern einsetzbar ist. Beispielsweise sind Oxid- und Nichtoxid-Keramiken mit unterschiedlichen Reinheiten verwendbar.First of all, in a deployment step 21 the ceramic substrate 16 and the metallic powder 17th provided. The ceramic substrate 16 is a substrate plate with a thickness of, for example, 1 mm. Ceramic substrates have good thermal conductivity and are ideal for circuit carriers for power electronics. Any ceramic material that can be used in such circuit carriers can serve as the ceramic substrate. For example, oxide and non-oxide ceramics with different purities can be used.

In 3 ist schematisch das bereitgestellte metallische Pulver 17 dargestellt. Das metallische Pulver 17 weist Pulverpartikel 19 auf. Die Pulverpartikel 19 sind sphärisch. Bei dem metallischen Pulver 17 handelt es sich um ein sphärisches Pulver. Die Pulverpartikel 19 weisen einen Durchmesser D auf. Der Durchmesser D variiert von Pulverpartikel 19 zu Pulverpartikel 19. Das metallische Pulver 17 weist eine Partikelgrößenverteilung von dso zwischen 10 µm und 100 µm auf. Der Wert von dso ist als mittlere Partikelgröße definiert.In 3 is schematically the provided metallic powder 17th shown. The metallic powder 17th exhibits powder particles 19th on. The powder particles 19th are spherical. With the metallic powder 17th it is a spherical powder. the Powder particles 19th have a diameter D. The diameter D varies from powder particles 19th to powder particles 19th . The metallic powder 17th has a particle size distribution of d 50 between 10 µm and 100 µm. The value of dso is defined as the mean particle size.

Das metallische Pulver 17 weist mehrere Komponenten auf. Das metallische Pulver 17 ist eine Legierung auf Basis von Kupfer. Kupfer weist eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf und eignet sich hervorragend zur Erstellung der Leiterstruktur. Der Kupferanteil in der Legierung bildet eine Grundkomponente des metallischen Pulvers 17. Ein weiterer Legierungsbestandteil ist Titan. Titan weist eine sehr gute Benetzung von keramischen Oberflächen auf. Der Titananteil in der Legierung bildet daher eine Benetzungs-Komponente des metallischen Pulvers 17. Ein Anteil der Benetzungs-Komponente in dem metallischen Pulver liegt zwischen 0,5 Gew.-% und 10 Gew.-%. Bei dem metallischen Pulver 17 handelt es sich um eine Kupfer-Titan-Legierung. Beispielsweise kann eine Kupfer-Titan-Legierung in einem Tiegel geschmolzen und zu dem metallischen Pulver 17 verdüst werden.The metallic powder 17th has several components. The metallic powder 17th is an alloy based on copper. Copper has a high electrical conductivity and is ideal for creating the conductor structure. The copper content in the alloy forms a basic component of the metallic powder 17th . Another alloy component is titanium. Titanium shows very good wetting of ceramic surfaces. The titanium content in the alloy therefore forms a wetting component of the metallic powder 17th . A proportion of the wetting component in the metallic powder is between 0.5% by weight and 10% by weight. With the metallic powder 17th it is a copper-titanium alloy. For example, a copper-titanium alloy can be melted in a crucible and turned into the metallic powder 17th be atomized.

Das metallische Pulver 17 weist zudem eine Stabilisierungs-Komponente auf. Die Stabilisierungs-Komponente ist zu den weiteren Komponenten des metallischen Pulvers 17 zulegiert und umfasst ein Material, das eine Dichteanomalie aufweist. Dies verbessert die Temperaturwechselbeständigkeit der Leiterstruktur 15 im Betrieb des zu fertigenden Schaltungsträgers 2. Geeignete Materialien mit Dichteanomalie sind beispielsweise Antimon, Bismut, Gallium, Germanium, Lithium, Silizium und/oder Tellur.The metallic powder 17th also has a stabilizing component. The stabilization component is one of the other components of the metallic powder 17th and comprises a material that has a density anomaly. This improves the thermal shock resistance of the conductor structure 15th during operation of the circuit carrier to be manufactured 2 . Suitable materials with anomalous density are, for example, antimony, bismuth, gallium, germanium, lithium, silicon and / or tellurium.

In weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen können für die Grundkomponente auch weitere Metalle und/oder Legierungen mit hoher Leitfähigkeit verwendet werden. Besonders gut geeignete Metalle sind beispielswiese Kupfer, Aluminium, Silber und/oder Gold.In further exemplary embodiments not shown, further metals and / or alloys with high conductivity can also be used for the basic component. Particularly suitable metals are, for example, copper, aluminum, silver and / or gold.

In weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispielen können auch andere Materialien, die eine hohe Benetzung von keramischen Oberflächen ermöglichen, als Benetzungs-Komponente verwendet werden. Geeignete Materialien sind Titan, Hafnium, Zirkonium, Niob, Cer, Chrom, Vanadium, Yttrium und/oder Scandium.In further exemplary embodiments, not shown, other materials that enable high wetting of ceramic surfaces can also be used as wetting components. Suitable materials are titanium, hafnium, zirconium, niobium, cerium, chromium, vanadium, yttrium and / or scandium.

An den Bereitstellungsschritt 21 schließen sich mehrere Metallisierungsschritte 22 an. Ein erster Metallisierungsschritt 22 ist schematisch in 4 dargestellt. 4 zeigt einen Ausschnitt des Bauraums 4 und des keramischen Substrats 16. In einem Pulverauftragungsschritt 23 des Metallisierungsschritts 22 wird eine erste Pulverschicht P1 des metallischen Pulvers 17 auf das keramische Substrat 16 aufgetragen. Die Pulverschicht P1 weist eine Schichtdicke d auf, die beispielsweise zwischen 20 µm und 50 µm beträgt. In einem Aufschmelzschritt 24 wird zur Herstellung einer ersten Metallisierungsschicht M1 das metallische Pulver 17 selektiv mit Hilfe der Laserstrahlung 11 aufgeschmolzen.To the deployment step 21 several metallization steps follow 22nd at. A first metallization step 22nd is schematically in 4th shown. 4th shows a section of the installation space 4th and the ceramic substrate 16 . In one powder application step 23 of the metallization step 22nd becomes a first powder layer P 1 of the metallic powder 17th onto the ceramic substrate 16 applied. The powder layer P 1 has a layer thickness d which is, for example, between 20 μm and 50 μm. In one melting step 24 the metallic powder is used to produce a first metallization layer M 1 17th selectively with the help of laser radiation 11 melted.

In dem Aufschmelzschritt 24 wird die Laserstrahlung 11 mit einer Lasergeschwindigkeit vL über die Pulverschicht P1 geführt. Die Lasergeschwindigkeit vL beträgt zwischen 15 mm/s und 7000 mm/s. Die Laserstrahlung 11 weist eine Laserleistung PL zwischen 30 W und 1000 W und einen Fokusdurchmesser FL zwischen 20 µm und 200 µm auf. Die Wellenlänge der Laserstrahlung 11 liegt bevorzugt im grünen oder blauen sichtbaren Bereich. Die Parameter der Laserstrahlung 11 sind derart an das metallische Pulver 17 angepasst, dass das metallische Pulver 17 in den vom Laser abgefahrenen Bereichen vollständig aufgeschmolzen wird. Die Laserstrahlung 11 erzeugt ein Schmelzbad 25. In 4 ist zudem ein Grenzbereich 26 zwischen dem metallischen Pulver 17 und dem Schmelzbad 25 gezeigt.In the melting step 24 becomes the laser radiation 11 guided over the powder layer P 1 at a laser speed v L. The laser speed v L is between 15 mm / s and 7000 mm / s. The laser radiation 11 has a laser power P L between 30 W and 1000 W and a focus diameter F L between 20 μm and 200 μm. The wavelength of the laser radiation 11 is preferably in the green or blue visible range. The parameters of the laser radiation 11 are so attached to the metallic powder 17th adjusted that the metallic powder 17th is completely melted in the areas covered by the laser. The laser radiation 11 creates a weld pool 25th . In 4th is also a border area 26th between the metallic powder 17th and the weld pool 25th shown.

In dem Aufschmelzschritt 24 werden alle aufzuschmelzenden Bereiche der Pulverschicht P1 aufgeschmolzen. Die Schmelze in dem Schmelzbad 25 benetzt das keramische Substrat 16. Nach dem Aufschmelzen kühlt die Schmelze ab und verfestigt sich zu der ersten Metallisierungsschicht M1. Die Metallisierungsschicht M1 ist stoffschlüssig mit dem keramischen Substrat 16 verbunden.In the melting step 24 all areas of the powder layer P 1 to be melted are melted. The melt in the weld pool 25th wets the ceramic substrate 16 . After melting, the melt cools down and solidifies to form the first metallization layer M 1 . The metallization layer M 1 is cohesive with the ceramic substrate 16 tied together.

Die Geometrie der Leiterstruktur 15 in der ersten Metallisierungsschicht M1 entspricht der Gesamtheit der aufzuschmelzenden Bereiche. Nachdem alle aufzuschmelzenden Bereiche in den Aufschmelzschritt 24 zumindest einmal aufgeschmolzen wurden, ist der Metallisierungsschritt 22 beendet. Der Metallisierungsschritt 22 wird anschließend so oft wiederholt, bis die Leiterstruktur 15 vollständig auf dem keramischen Substrat aufgebracht ist. In jedem Metallisierungsschritt 22 wird zunächst eine Pulverschicht des metallischen Pulvers 17 in einem Auftragungsschritt 23 aufgetragen und anschließend in einem Aufschmelzschritt 24 selektiv aufgeschmolzen.The geometry of the ladder structure 15th in the first metallization layer M 1 corresponds to the entirety of the areas to be melted on. After all areas to be melted in the melting step 24 have been melted at least once, is the metallization step 22nd completed. The metallization step 22nd is then repeated until the ladder structure 15th is completely applied to the ceramic substrate. In every metallization step 22nd first becomes a powder layer of the metallic powder 17th in one application step 23 applied and then in a melting step 24 selectively melted.

In 5 ist beispielhaft ein Metallisierungsschritt zur Erzeugung der dritten Metallisierungsschicht M3 dargestellt. Auf dem keramischen Substrat 16 sind bereits die Pulverschichten P1 bis P3 aufgetragen. Die Metallisierungsschichten M1 und M2 sind jeweils vollständig hergestellt, indem die Pulverschichten P1 und P2 selektiv aufgeschmolzen wurden. Mit Hilfe der Laserstrahlung 11 wird die Metallisierungsschicht M3 erzeugt. Durch das schichtweise Auftragen der Metallisierungsschichten M1 bis M3 wird die Leiterstruktur 15 erzeugt. Die Leiterstruktur 15 ist stoffschlüssig mit dem keramischen Substrat 16 verbunden.In 5 a metallization step for producing the third metallization layer M 3 is shown by way of example. On the ceramic substrate 16 the powder layers P 1 to P 3 have already been applied. The metallization layers M 1 and M 2 are each completely produced by selectively melting the powder layers P 1 and P 2. With the help of laser radiation 11 the metallization layer M 3 is produced. The conductor structure is created by applying the metallization layers M 1 to M 3 in layers 15th generated. The ladder structure 15th is firmly bonded with the ceramic substrate 16 tied together.

Die Leiterstruktur 15 ist auf einer Substratoberfläche 27 des keramischen Substrats 16 aufgebracht. Die Metallisierungsschichten M1 bis M3 sind in einer Ebene parallel zu der Substratoberfläche 27 nicht deckungsgleich. So weist die Leiterstruktur 25 beispielsweise Stufen 28 auf. Die unterschiedlich ausgeformten Metallisierungsschichten M1 bis M3 bewirken eine 3D-Metallisierung. Das Fertigungsverfahren 20 erlaubt eine erhöhte Designfreiheit bei der Herstellung der Leiterstruktur 15. Nach Durchführung aller Metallisierungsschritte 22 ist die Leiterstruktur 15 insgesamt erzeugt. Allgemein werden mindestens zwei Metallisierungsschritte 22 durchgeführt, also mindestens zwei Metallisierungsschichten erzeugt. Das Verfahren ist nicht auf eine bestimmte Anzahl von zu fertigenden Metallisierungsschichten beschränkt.The ladder structure 15th is on a substrate surface 27 of the ceramic substrate 16 upset. The metallization layers M 1 to M 3 are in a plane parallel to the substrate surface 27 not congruent. So shows the ladder structure 25th for example steps 28 on. The differently shaped metallization layers M 1 to M 3 bring about a 3-D metallization. The manufacturing process 20th allows increased design freedom in the manufacture of the conductor structure 15th . After completing all metallization steps 22nd is the ladder structure 15th total generated. There are generally at least two metallization steps 22nd carried out, so at least two metallization layers produced. The method is not limited to a specific number of metallization layers to be produced.

Nach Durchführung aller Metallisierungsschritte 22 ist der Schaltungsträger 2 an sich fertiggestellt. In einem Entfernungsschritt 29 wird überschüssiges, nicht umgeschmolzenes metallisches Pulver 17 entfernt. Bei Verwendung der Vorrichtung 1 kann der Schaltungsträger 2 beispielsweise aus dem Bauraum 4 entnommen und mit Hilfe von Druckluft von Pulverrückständen gereinigt werden.After completing all metallization steps 22nd is the circuit carrier 2 finished in itself. In one step of removal 29 becomes excess, unmelted metallic powder 17th removed. When using the device 1 can the circuit carrier 2 for example from the installation space 4th removed and cleaned of powder residue with the aid of compressed air.

Anschließend erfolgt ein Nachbehandlungsschritt 30. In dem Nachbehandlungsschritt 30 erfolgt eine Wärmebehandlung des Schaltungsträgers 2 in einem Ofenprozess. Der Schaltungsträger 2 wird in dem Nachbehandlungsschritt 30 auf eine Nachbehandlungstemperatur erwärmt. Die Nachbehandlungstemperatur liegt etwa 10 °C bis 20 °C unterhalb der Schmelztemperatur der Metallisierungsschichten. Beispielsweise liegt die Nachbehandlungstemperatur materialabhängig zwischen 200 °C und 1080 °C. Mit Hilfe des Nachbehandlungsschritts 30 werden Spannungen in der Leiterstruktur 15 reduziert.This is followed by a post-treatment step 30th . In the post-treatment step 30th there is a heat treatment of the circuit carrier 2 in an oven process. The circuit carrier 2 is used in the post-treatment step 30th heated to an aftertreatment temperature. The post-treatment temperature is about 10 ° C to 20 ° C below the melting temperature of the metallization layers. For example, the post-treatment temperature is between 200 ° C and 1080 ° C, depending on the material. With the help of the post treatment step 30th become tensions in the conductor structure 15th reduced.

In 6 ist eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Schaltungsträgers 2a gezeigt. Komponenten, die im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 5 bereits beschrieben worden sind, tragen die gleichen Bezugszeichen. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktional gleichartige Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgestellten a.In 6th is a schematic representation of a further embodiment of a circuit carrier 2a shown. Components that are used in connection with the exemplary embodiment according to FIGS 1 until 5 have already been described bear the same reference numerals. Parts that are structurally different but functionally identical are given the same reference numerals with an a after them.

6 zeigt einen Ausschnitt des Schaltungsträgers 2a. Der Schaltungsträger 2a ist mit Hilfe des Fertigungsverfahrens 20 hergestellt. Der Schaltungsträger 2a weist ein keramisches Substrat 16 und eine hiermit stoffschlüssig verbundene Leiterstruktur 15a auf. Die Leiterstruktur 15a weist eine Mehrzahl von auf dem keramischen Substrat 16 aufgebrachten, übereinanderliegenden Metallisierungsschichten M1 bis M3 auf. Die Leiterstruktur 15a ist eine 3D-Metallisierung. In der Leiterstruktur 15a sind zwei Leiterbahnen 31 über eine Brücke 32 miteinander verbunden. Die Brücke 32 ist ein freischwebender Metallisierungsbereich. Die dem keramischen Substrat 16 abgewandte Oberseite der Brücke 32 bildet eine Kontaktfläche zum Aufbringen elektronischer Bauelemente aus. Unter der Brücke 32 ist eine weitere Leiterbahn 33 geführt. Die Leiterbahn 33 ist von den Leiterbahnen 31 elektrisch isoliert. Mithilfe des Fertigungsverfahrens 20 sind komplexe Leiterstrukturen fertigbar. 6th shows a section of the circuit carrier 2a . The circuit carrier 2a is using the manufacturing process 20th manufactured. The circuit carrier 2a has a ceramic substrate 16 and a conductor structure connected to it in a materially bonded manner 15a on. The ladder structure 15a has a plurality of on the ceramic substrate 16 applied, superimposed metallization layers M 1 to M 3 . The ladder structure 15a is a 3D metallization. In the ladder structure 15a are two conductor tracks 31 over a bridge 32 connected with each other. The bridge 32 is a floating metallization area. The ceramic substrate 16 averted top of the bridge 32 forms a contact surface for applying electronic components. Under the bridge 32 is another track 33 guided. The conductor track 33 is from the conductor tracks 31 electrically isolated. Using the manufacturing process 20th complex conductor structures can be manufactured.

In 7 ist schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines metallischen Pulvers 17b gezeigt. Das metallische Pulver 17b weist sphärische Pulverpartikel 19b auf. Die sphärischen Pulverpartikel 19b weisen Primärpulver-Partikel 35 und eine die Primärpulver-Partikel 35 umgebende Ummantelung 36 auf. Die Primärpulver-Partikel 35 umfassen die Grundkomponente des metallischen Pulvers 17b. Die Grundkomponente ist insbesondere aus Kupfer oder einer Kupfer-Legierung. Die Primärpulver-Partikel 35 weisen zudem eine Stabilisierungs-Komponente aus einem Material auf, das eine Dichteanomalie zeigt. Die Ummantelung 36 enthält eine Benetzungs-Komponente aus einem geeigneten, das keramische Substrat gut benetzenden Material, insbesondere aus Titan. Die Benetzungs-Komponente in Form der Ummantelung 36 ist gleichmäßig in dem metallischen Pulver 17b verteilt. Die Ummantelung 36 kann beispielsweise durch Beschichten der Primärpulver-Partikel 35 erzeugt werden. Hierdurch ist der Anteil der Benetzungs-Komponente flexibel einstellbar.In 7th is schematically another embodiment of a metallic powder 17b shown. The metallic powder 17b has spherical powder particles 19b on. The spherical powder particles 19b exhibit primary powder particles 35 and one the primary powder particles 35 surrounding sheath 36 on. The primary powder particles 35 comprise the basic component of metallic powder 17b . The basic component is in particular made of copper or a copper alloy. The primary powder particles 35 also have a stabilization component made of a material that shows a density anomaly. The sheath 36 contains a wetting component made of a suitable material that wets the ceramic substrate well, in particular made of titanium. The wetting component in the form of the casing 36 is uniform in the metallic powder 17b distributed. The sheath 36 can for example by coating the primary powder particles 35 be generated. As a result, the proportion of the wetting component can be flexibly adjusted.

In 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines metallischen Pulvers 17c gezeigt. Das metallische Pulver 17c weist sphärische Pulverpartikel 19c auf. Das metallische Pulver 17c ist eine Pulvermischung. Die Pulvermischung umfasst Grundkomponenten-Pulverpartikel 37, die in 8 ohne Schraffur dargestellt sind. Bei den Grundkomponenten-Pulverpartikeln 37 handelt es sich bevorzugt um ein Kupfer-Pulver. Das metallische Pulver 17c weist zudem Benetzungs-Komponenten-Pulverpartikel 38 auf, die in 8 mit einer Schraffur dargestellt sind. Bei den Benetzungs-Komponenten-Pulverpartikeln 38 handelt es sich bevorzugt um ein Reintitan-Pulver.In 8th is another embodiment of a metallic powder 17c shown. The metallic powder 17c has spherical powder particles 19c on. The metallic powder 17c is a powder mixture. The powder mixture includes basic component powder particles 37 , in the 8th are shown without hatching. In the case of the basic components powder particles 37 it is preferably a copper powder. The metallic powder 17c also has wetting components powder particles 38 on that in 8th are shown with hatching. In the case of the wetting component powder particles 38 it is preferably a pure titanium powder.

Bei dem metallischen Pulver 17c werden die Grundkomponente und die Benetzungs-Komponente in Form unterschiedlicher Pulver bereitgestellt und vermischt. Auf diese Weise kann eine Zusammensetzung des metallischen Pulvers 17c besonders flexibel variiert werden.With the metallic powder 17c the basic component and the wetting component are provided and mixed in the form of different powders. In this way, a composition of the metallic powder 17c can be varied particularly flexibly.

Die unterschiedlichen Pulverpartikel 37, 38 des metallischen Pulvers 17c werden in dem Aufschmelzschritt 24 aufgeschmolzen. Die unterschiedlichen Materialien verschmelzen hierbei, so dass es zu einer in-situ-Legierung der unterschiedlichen Komponenten des metallischen Pulvers 17c kommt.The different powder particles 37 , 38 of metallic powder 17c are in the reflow step 24 melted. The different materials merge here, so that it too an in-situ alloy of the different components of the metallic powder 17c comes.

In weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen weist das metallische Pulver zudem eine Stabilisierungs-Komponente in Form von Stabilisierungs-Komponenten-Pulverpartikeln auf. Alternativ kann eine Stabilisierungs-Komponente auch zu den Grundkomponenten-Pulverpartikeln 37 und/oder den Benetzungs-Komponenten-Pulverpartikeln 38 zulegiert werden.In further exemplary embodiments, not shown, the metallic powder also has a stabilization component in the form of stabilization component powder particles. Alternatively, a stabilizing component can also be added to the basic component powder particles 37 and / or the wetting component powder particles 38 be alloyed.

In 9 ist schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Zwischenschritts bei der schichtweisen Fertigung einer Leiterstruktur 15d gezeigt. In 9 is schematically a further embodiment of an intermediate step in the layer-by-layer production of a conductor structure 15d shown.

Der Zwischenschritt zeigt die Fertigung einer dritten Metallisierungsschicht und entspricht im Wesentlichen dem in 5 gezeigten Verfahrens-Zwischenschritt. Komponenten, die im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 5 bereits beschrieben worden sind, tragen die gleichen Bezugszeichen. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktional gleichartige Teile erhalten die gleichen Bezugszeichen mit einem nachgestellten d.The intermediate step shows the production of a third metallization layer and essentially corresponds to that in FIG 5 Intermediate process step shown. Components that are used in connection with the exemplary embodiment according to FIGS 1 until 5 have already been described bear the same reference numerals. Parts that are structurally different but functionally identical are given the same reference numerals with a subsequent d.

Bei dem in 9 gezeigten Ausführungsbeispiel wird zur Herstellung verschiedener der Metallisierungsschichten M1 bis .M3 eine unterschiedliche Zusammensetzung des metallischen Pulvers 17d verwendet. Die unterschiedliche Zusammensetzung des metallischen Pulvers 17d ist in 9 durch eine unterschiedliche Punktierung der Pulverschicht P1 einerseits und der Pulverschichten P2 und P3 andererseits schematisch dargestellt. Entsprechend weist auch die Metallisierungsschicht M1 eine unterschiedliche Materialzusammensetzung auf als die Metallisierungsschichten M2 und M3, was durch eine unterschiedliche Schraffur gekennzeichnet ist.The in 9 The embodiment shown is a different composition of the metallic powder for producing different of the metallization layers M 1 to M 3 17d used. The different composition of the metallic powder 17d is in 9 shown schematically by different puncturing of the powder layer P 1 on the one hand and the powder layers P 2 and P 3 on the other hand. Accordingly, the metallization layer M 1 also has a different material composition than the metallization layers M 2 and M 3 , which is characterized by different hatching.

Zur Herstellung der ersten Metallisierungsschicht M1 wird ein im Vergleich zu den weiteren Metallisierungsschichten M2, M3 erhöhter Anteil einer Benetzungs-Komponente verwendet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird zur Herstellung der ersten Metallisierungsschicht M1 ein Reintitan-Pulver verwendet, zu dem eine Stabilisierungs-Komponente aus Silizium zulegiert wurde. Zur Herstellung der weiteren Metallisierungsschichten M2, M3 wird eine Zusammensetzung des metallischen Pulvers 17d mit einem im Vergleich zu der ersten Metallisierungsschicht M1 erhöhten Anteil einer Grundkomponente verwendet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Metallisierungsschichten M2, M3 erzeugt, indem Pulverschichten P2, P3 aus einem Kupferpulver aufgetragen und selektiv aufgeschmolzen werden.To produce the first metallization layer M 1 , an increased proportion of a wetting component is used compared to the further metallization layers M 2 , M 3. In the exemplary embodiment shown, a pure titanium powder, to which a stabilizing component made of silicon has been alloyed, is used to produce the first metallization layer M 1. A composition of the metallic powder is used to produce the further metallization layers M 2 , M 3 17d is used with an increased proportion of a basic component compared to the first metallization layer M 1. In the exemplary embodiment shown, the metallization layers M 2 , M 3 are produced by applying powder layers P 2 , P 3 from a copper powder and melting them selectively.

Mit Hilfe der variierenden Zusammensetzung des metallischen Pulvers 17d können Materialeigenschaften der unterschiedlichen Pulverkomponenten zielgerichtet angewandt und kombiniert werden. Durch den erhöhten Anteil einer Benetzungs-Komponente in der ersten Metallisierungsschicht M1 wird eine optimale Benetzung des keramischen Substrats 16 bewirkt. Durch die Verwendung eines erhöhten Anteils einer Grundkomponente, insbesondere eines erhöhten Kupferanteils, in den weiteren Metallisierungsschichten M2, M3 wird eine hohe elektrische Leitfähigkeit der erzeugten Leiterstruktur 15d gewährleistet.With the help of the varying composition of the metallic powder 17d material properties of the different powder components can be applied and combined in a targeted manner. The increased proportion of a wetting component in the first metallization layer M 1 results in optimal wetting of the ceramic substrate 16 causes. The use of an increased proportion of a basic component, in particular an increased copper proportion, in the further metallization layers M 2 , M 3 results in a high electrical conductivity of the conductor structure produced 15d guaranteed.

Zur Herstellung der verschiedenen Metallisierungsschichten M1 bis M3 mit einer anderen Zusammensetzung des metallischen Pulvers 17d kann zwischen den sequenziell durchgeführten Metallisierungsschritten 22 ein in 2 gestrichelt dargestellter Zusammensetzungsänderungs-Schritt 40 erfolgen. In dem Zusammensetzungsänderungs-Schritt 40 wird die Zusammensetzung des metallischen Pulvers 17d verändert. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, indem ein Anteil eines Legierungsbestandteils verändert wird. Alternativ kann auch eine Pulvermischung, wie sie beispielsweise bei dem Pulver 17c in 8 gezeigt ist, variiert werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass zur Herstellung mindestens der ersten Metallisierungsschicht M1 nur die Benetzungs-Komponente des metallischen Pulvers verwendet wird. In dem Zusammensetzungsänderungs-Schritt 40 wird dann die Benetzungs-Komponente gegen weitere Komponenten des metallischen Pulvers ausgetauscht.To produce the various metallization layers M 1 to M 3 with a different composition of the metallic powder 17d can be used between the sequential metallization steps 22nd an in 2 Composition change step shown in dashed lines 40 take place. In the composition change step 40 becomes the composition of the metallic powder 17d changes. This can be done, for example, by changing a proportion of an alloy component. Alternatively, a powder mixture, as is the case with the powder, for example 17c in 8th shown can be varied. It can also be provided that only the wetting component of the metallic powder is used to produce at least the first metallization layer M 1. In the composition change step 40 the wetting component is then exchanged for other components of the metallic powder.

In weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen wird das Pulver nicht mittels selektiven Laserschmelzens, sondern mittels selektiven Elektronenstrahlschmelzens aufgeschmolzen. In wiederum anderen Ausführungsbeispielen werden die Metallisierungsschichten mittel Laserauftragsschweißens erzeugt.In further exemplary embodiments, not shown, the powder is not melted by means of selective laser melting, but rather by means of selective electron beam melting. In yet other exemplary embodiments, the metallization layers are produced by means of laser deposition welding.

In weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen erfolgt im Bereitstellungsschritt eine additive Fertigung von zumindest Teilen des keramischen Substrats. Hierzu kann zunächst ein keramisches Pulver auf die Bauteilplattform schichtweise aufgebracht und selektiv aufgeschmolzen werden. So sind insbesondere dreidimensionale Strukturen des keramischen Substrats, beispielsweise Kühlkörper, einfach und flexibel fertigbar. In wiederum anderen, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen werden zunächst Teile des keramischen Substrats oder das gesamte keramische Substrat mittels des sogenannten Lithography-based Ceramic Manufacturing (LCM) erzeugt. Das LCM-Verfahren erlaubt die additive Fertigung qualitativ besonders hochwertiger Keramikbauteile. Die Leiterstruktur wird anschließend mit einem für die Verarbeitung metallischer Pulver geeigneten Verfahren, insbesondere dem selektiven Laserschmelzen oder dem selektiven Elektronenstrahlschmelzen, gefertigt. In weiteren Ausführungsbeispielen werden zur Bereitstellung des keramische Substrats zumindest Teile des keramischen Substrats durch eines der 3D-Druckverfahren Stereolithographie (kurz: SLA), Digital Light Processing (kurz: DLP), Binder Jetting oder „NanoPartide Jetting“ (kurz: NPJ) erzeugt.In further exemplary embodiments (not shown), additive manufacturing of at least parts of the ceramic substrate takes place in the preparation step. For this purpose, a ceramic powder can first be applied in layers to the component platform and selectively melted. In particular, three-dimensional structures of the ceramic substrate, for example heat sinks, can be manufactured easily and flexibly. In yet other exemplary embodiments (not shown), parts of the ceramic substrate or the entire ceramic substrate are first produced by means of what is known as lithography-based ceramic manufacturing (LCM). The LCM process allows the additive manufacturing of high quality ceramic components. The conductor structure is then manufactured using a method suitable for processing metallic powders, in particular selective laser melting or selective electron beam melting. In further exemplary embodiments, at least parts of the ceramic substrate are produced using one of the 3D printing processes stereolithography (SLA for short), digital light processing (DLP for short), binder jetting or “nano-partide jetting” (NPJ for short) to provide the ceramic substrate.

Claims (20)

Verfahren zur additiven Fertigung eines Schaltungsträgers, insbesondere für die Leistungselektronik, mit folgenden Schritten: - Bereitstellen -- eines keramischen Substrats (16) und -- eines metallischen Pulvers (17; 17b; 17c; 17d), - Erzeugen einer stoffschlüssig mit dem keramischen Substrat (16) verbundenen Leiterstruktur (15; 15a; 15d), indem -- eine Pulverschicht (P1) des metallischen Pulvers (17; 17b; 17c; 17d) auf das keramische Substrat (16) aufgetragen und zur Herstellung einer ersten Metallisierungsschicht (M1) selektiv aufgeschmolzen wird und -- mindestens eine weitere Pulverschicht (P2, P3) des metallischen Pulvers (17; 17b; 17c; 17d) aufgetragen und zur Herstellung mindestens einer weiteren Metallisierungsschicht (M2, M3) selektiv aufgeschmolzen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Pulver (17; 17b; 17c; 17d) ein Material umfasst, das eine Dichteanomalie aufweist.Method for additive manufacturing of a circuit carrier, in particular for power electronics, with the following steps: - providing - a ceramic substrate (16) and - a metallic powder (17; 17b; 17c; 17d), - producing a materially bonded with the ceramic substrate (16) connected conductor structure (15; 15a; 15d) by - a powder layer (P 1 ) of the metallic powder (17; 17b; 17c; 17d) is applied to the ceramic substrate (16) and for the production of a first metallization layer (M 1 ) is selectively melted and - at least one further powder layer (P 2 , P 3 ) of the metallic powder (17; 17b; 17c; 17d) is applied and selectively melted to produce at least one further metallization layer (M 2 , M 3), characterized in that the metallic powder (17; 17b; 17c; 17d) comprises a material having a density anomaly. Verfahren zur additiven Fertigung eines Schaltungsträgers, insbesondere für die Leistungselektronik, mit folgenden Schritten: - Bereitstellen -- eines keramischen Substrats (16) und -- eines metallischen Pulvers (17; 17b; 17c; 17d), - Erzeugen einer stoffschlüssig mit dem keramischen Substrat (16) verbundenen Leiterstruktur (15; 15a; 15d), indem -- eine Pulverschicht (P1) des metallischen Pulvers (17; 17b; 17c; 17d) auf das keramische Substrat (16) aufgetragen und zur Herstellung einer ersten Metallisierungsschicht (M1) selektiv aufgeschmolzen wird und -- mindestens eine weitere Pulverschicht (P2, P3) des metallischen Pulvers (17; 17b; 17c; 17d) aufgetragen und zur Herstellung mindestens einer weiteren Metallisierungsschicht (M2, M3) selektiv aufgeschmolzen wird, dadurch gekennzeichnet, dass während des Erzeugens der Leiterstruktur (15; 15a; 15d) das keramische Substrat (16) beheizt wird.Method for additive manufacturing of a circuit carrier, in particular for power electronics, with the following steps: - providing - a ceramic substrate (16) and - a metallic powder (17; 17b; 17c; 17d), - producing a materially bonded with the ceramic substrate (16) connected conductor structure (15; 15a; 15d) by - a powder layer (P 1 ) of the metallic powder (17; 17b; 17c; 17d) is applied to the ceramic substrate (16) and for the production of a first metallization layer (M 1 ) is selectively melted and - at least one further powder layer (P 2 , P 3 ) of the metallic powder (17; 17b; 17c; 17d) is applied and selectively melted to produce at least one further metallization layer (M 2 , M 3), characterized in that the ceramic substrate (16) is heated while the conductor structure (15; 15a; 15d) is being produced. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das selektive Aufschmelzen des metallischen Pulvers (17; 17b; 17c; 17d) durch selektives Laserschmelzen oder selektives Elektronenstrahlschmelzen erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the selective melting of the metallic powder (17; 17b; 17c; 17d) takes place by selective laser melting or selective electron beam melting. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Pulver (17; 17b; 17c; 17d) mindestens eines der Metalle Gold, Aluminium, Kupfer und/oder Silber umfasst.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the metallic powder (17; 17b; 17c; 17d) comprises at least one of the metals gold, aluminum, copper and / or silver. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Pulver (17; 17b; 17c; 17d) eine Benetzungs-Komponente aufweist, wobei die Benetzungs-Komponente mindestens eines der Elemente Titan, Hafnium, Zirkonium, Niob, Cer, Chrom, Vanadium, Yttrium und Scandium umfasst.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the metallic powder (17; 17b; 17c; 17d) has a wetting component, the wetting component of at least one of the elements titanium, hafnium, zirconium, niobium, cerium, chromium, Includes vanadium, yttrium and scandium. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Pulver (17; 17b; 17c; 17d) eine die Benetzungs-Komponente umfassende Legierung, insbesondere Kupfer-Legierung, bevorzugt Kupfer-Titan-Legierung, aufweist.Procedure according to Claim 5 , characterized in that the metallic powder (17; 17b; 17c; 17d) has an alloy comprising the wetting component, in particular a copper alloy, preferably a copper-titanium alloy. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Benetzungs-Komponente in Form einer Ummantelung (36) von Primärpulver-Partikeln (35) bereitgestellt wird.Procedure according to Claim 5 or 6th , characterized in that the wetting component is provided in the form of a casing (36) of primary powder particles (35). Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Pulver (17; 17b; 17c; 17d) eine Partikelgrößenverteilung von d50 zwischen 10 µm und 100 µm aufweist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the metallic powder (17; 17b; 17c; 17d) has a particle size distribution of d 50 between 10 µm and 100 µm. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Pulver (17; 17b; 17c; 17d) Antimon, Bismut, Gallium, Germanium, Lithium, Silizium und/oder Tellur umfasst.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the metallic powder (17; 17b; 17c; 17d) comprises antimony, bismuth, gallium, germanium, lithium, silicon and / or tellurium. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung verschiedener der Metallisierungsschichten (M1, M2, M3) eine unterschiedliche Zusammensetzung des metallischen Pulvers (17d) verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a different composition of the metallic powder (17d) is used to produce different ones of the metallization layers (M 1 , M 2 , M 3). Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die erste Metallisierungsschicht (M1) mit einem im Vergleich zu mindestens einer weiteren Metallisierungsschicht (M2, M3) erhöhten Anteil einer Benetzungs-Komponente, insbesondere mit einem erhöhten Titan-Anteil, hergestellt wird.Procedure according to Claim 10 , characterized in that at least the first metallization layer (M 1 ) is produced with an increased proportion of a wetting component, in particular with an increased titanium proportion, compared to at least one further metallization layer (M 2 , M 3). Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der weiteren Metallisierungsschichten (M2, M3) mit einem im Vergleich zur ersten Metallisierungsschicht erhöhten Anteil von Gold, Aluminium, Kupfer und/oder Silber, insbesondere einem erhöhten Anteil von Kupfer, hergestellt wird.Procedure according to Claim 10 or 11 , characterized in that at least one of the further metallization layers (M 2 , M 3 ) is produced with an increased proportion of gold, aluminum, copper and / or silver compared to the first metallization layer, in particular an increased proportion of copper. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen der Leiterstruktur (15; 15a; 15d) auf dem keramischen Substrat (16) unter einer Schutzgasatmosphäre (18), insbesondere unter einer inerten Schutzgasatmosphäre, bevorzugt unter einer Argon-Atmosphäre, erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the conductor structure (15; 15a; 15d) is produced on the ceramic substrate (16) under a protective gas atmosphere (18), in particular under an inert protective gas atmosphere, preferably under an argon atmosphere . Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Erzeugens der Leiterstruktur (15; 15a; 15d) das keramische Substrat (16) auf eine Temperatur zwischen 200 °C und 700 °C beheizt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the ceramic substrate (16) is heated to a temperature between 200 ° C and 700 ° C while the conductor structure (15; 15a; 15d) is being produced. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Nachbehandlungsschritt (30) zur Wärmebehandlung des Schaltungsträgers (2; 2a), insbesondere in einem Temperaturbereich zwischen 200 °C und 1080 °C.Method according to one of the preceding claims, characterized by an aftertreatment step (30) for heat treatment of the circuit carrier (2; 2a), in particular in a temperature range between 200 ° C and 1080 ° C. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bereitstellen des keramischen Substrats (16) die additive Fertigung von zumindest Teilen des keramischen Substrats (16), insbesondere von keramischen Kühlkörpern, umfasst.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the provision of the ceramic substrate (16) comprises the additive manufacturing of at least parts of the ceramic substrate (16), in particular of ceramic heat sinks. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die additive Fertigung von zumindest Teilen des keramischen Substrats (16) durch Lithography-based Ceramic Manufacturing erfolgt.Procedure according to Claim 16 , characterized in that the additive manufacturing of at least parts of the ceramic substrate (16) takes place by lithography-based ceramic manufacturing. Schaltungsträger, insbesondere für die Leistungselektronik, hergestellt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17.Circuit carriers, in particular for power electronics, produced according to one of the Claims 1 until 17th . Schaltungsträger, insbesondere für die Leistungselektronik, aufweisend, - ein keramisches Substrat (16) und - eine stoffschlüssig mit dem keramischen Substrat (16) verbundene Leiterstruktur (15; 15a; 15d), wobei die Leiterstruktur (15; 15a; 15d) eine Mehrzahl von auf dem keramischen Substrat (16) aufgebrachten Metallisierungsschichten (M1, M2, M3) aufweist, wobei die Metallisierungsschichten (M1, M2, M3) ein Material umfassen, das eine Dichteanomalie aufweist.Circuit carrier, in particular for power electronics, comprising - a ceramic substrate (16) and - a conductor structure (15; 15a; 15d) connected to the ceramic substrate (16) in a materially bonded manner, the conductor structure (15; 15a; 15d) having a plurality of has metallization layers (M 1 , M 2 , M 3 ) applied to the ceramic substrate (16), the metallization layers (M 1 , M 2 , M 3 ) comprising a material which has an anomaly in density. Schaltungsträger nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Metallisierungsschichten (M1, M2, M3) in einer parallel zur Oberfläche (27) des Substrats (16) verlaufenden Ebene nicht deckungsgleich sind.Circuit carrier according to Claim 19 , characterized in that at least two of the metallization layers (M 1 , M 2 , M 3 ) are not congruent in a plane running parallel to the surface (27) of the substrate (16).
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