CN111433017A - 制造金属半成品的方法,制造金属-陶瓷基板的方法和金属-陶瓷基板 - Google Patents
制造金属半成品的方法,制造金属-陶瓷基板的方法和金属-陶瓷基板 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111433017A CN111433017A CN201880077483.1A CN201880077483A CN111433017A CN 111433017 A CN111433017 A CN 111433017A CN 201880077483 A CN201880077483 A CN 201880077483A CN 111433017 A CN111433017 A CN 111433017A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- metal layer
- metal
- layer
- copper
- ceramic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
- B32B15/01—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
- B32B15/04—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
- B32B15/043—Layered products comprising a layer of metal comprising metal as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of metal
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
- B32B15/20—Layered products comprising a layer of metal comprising aluminium or copper
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
- B32B37/06—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the heating method
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B9/00—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
- B32B9/005—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising one layer of ceramic material, e.g. porcelain, ceramic tile
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B9/00—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
- B32B9/04—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising such particular substance as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
- B32B9/041—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising such particular substance as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material of metal
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B37/00—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating
- C04B37/02—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles
- C04B37/021—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles in a direct manner, e.g. direct copper bonding [DCB]
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2250/00—Layers arrangement
- B32B2250/05—5 or more layers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2255/00—Coating on the layer surface
- B32B2255/06—Coating on the layer surface on metal layer
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2255/00—Coating on the layer surface
- B32B2255/20—Inorganic coating
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2255/00—Coating on the layer surface
- B32B2255/20—Inorganic coating
- B32B2255/205—Metallic coating
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
- B32B2307/70—Other properties
- B32B2307/732—Dimensional properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2311/00—Metals, their alloys or their compounds
- B32B2311/12—Copper
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2457/00—Electrical equipment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
- C04B2237/32—Ceramic
- C04B2237/36—Non-oxidic
- C04B2237/366—Aluminium nitride
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
- C04B2237/32—Ceramic
- C04B2237/36—Non-oxidic
- C04B2237/368—Silicon nitride
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
- C04B2237/40—Metallic
- C04B2237/407—Copper
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
- C04B2237/54—Oxidising the surface before joining
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Parts Printed On Printed Circuit Boards (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
本发明涉及一种用于制造用于金属‑铜基板、尤其用于铜‑陶瓷基板的金属半成品(2)、尤其铜半成品的方法,所述方法包括:‑提供第一金属层(11),尤其第一铜层,和第二金属层(12),尤其第二铜层;‑将第一金属层(11)和第二金属层(12)连接以形成金属半成品(2),其中时间上在将第一金属层(11)与第二金属层(12)连接之前,借助于不同的温度处理引发在第一金属层(11)和/或第二金属层(12)中的晶粒生长,使得在制成的金属半成品(2)中,尤其在制成的金属‑铜基板中,在第一金属层(11)中的第一粒度与在第二金属层(12)中的第二粒度不同。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于制造金属半成品的方法,一种用于制造金属-陶瓷基板的方法和一种金属-陶瓷基板。
背景技术
金属-陶瓷基板作为用于电气或电子器件的承载件是充分已知的。典型地,这种金属-陶瓷基板包括具有金属化部的陶瓷层,其中用于绝缘的陶瓷层和用于构成用于电气或电子器件的连接部位和印制导线的金属化部是结构化的。此外,从DE 10 2015 224 464A1中已知一种铜-陶瓷基板,其中铜层,即金属化部具有第一层和第二层,所述第一层具有平均的第一粒度并且所述第二层具有平均的第二粒度,其中平均的第一粒度与平均的第二粒度不同。所述设计方案能够实现如下金属化部,在所述金属化部中朝向陶瓷层的铜层与背离陶瓷层的铜层相比是更粗颗粒的。
这就如下内容而言是有利的:借助在陶瓷层上的较大的粒度会出现较低的蠕变极限从而出现改善的耐温度变化性能。结果是在温度变化时在金属化部和陶瓷层之间或在平行于铜-陶瓷边界面的陶瓷层之内,尤其在铜和陶瓷之间的边界面上出现脱层或裂缝形成的可能性减小。同时,形成金属化部的外侧的更细颗粒的陶瓷层对于借助电气或光电系统的进一步加工,电气或电子器件与铜层的连接以及视觉总印象是有利的。
为了构成不同的平均粒度,在DE 10 2015 224 464 A1中提出一种方法,其中提出温度处理和/或不同的铜材料,其中尤其在与铜层的连接方法期间引起晶粒生长。所述方法也应当更简单地且更低成本地构成。
发明内容
在此背景下,本发明作为目的提出,进一步改进从现有技术中已知的金属-陶瓷基板或用于其制造的方法,尤其在针对应用情况尽可能优化地设定第一或第二粒度的方面。
所述目的通过根据权利要求1的用于制造金属-陶瓷基板的方法,根据权利要求9的用于制造金属半成品的方法和根据权利要求10的金属-陶瓷基板来实现。本发明的其他优点和特征在从属权利要求以及说明书和附图中得出。
根据本发明,提出一种用于制造用于金属-铜基板、尤其用于铜-陶瓷基板的金属半成品、尤其铜半成品的方法,所述方法包括:
-提供第一金属层,尤其第一铜层,和第二金属层,尤其第二铜层;
-将第一金属层和第二金属层连接以形成金属半成品,
其中时间上在将第一金属层与第二金属层连接之前,借助于不同的温度处理引发在第一金属层和/或第二金属层中的晶粒生长,使得在制成的金属半成品中,尤其在制成的金属-铜基板中,在第一金属层中的第一粒度与在第二金属层中的第二粒度不同。
相对于现有技术,根据本发明的方法的区别在于,在将第一和第二金属层彼此连接之前已经引起晶粒生长,借助所述晶粒生长在之后的制成的金属半成品中调节第一粒度和第二粒度。通过在连接的准备阶段中引起的晶粒生长,第一金属层和第二金属层能够以简单的方式并且分别以个性化控制的方式准备用于之后将第一金属层和第二金属层彼此连接或者之后将金属半成品与陶瓷层连接以形成金属-铜基板。
尤其,在连接的准备阶段中的不同的温度处理允许,实现用于构成第一粒度和与第一粒度不同的第二粒度的前提条件,并且第一金属层和第二金属层可以在连接状态中经受共同的温度处理。在此优选提出,在通过温度处理连接之前的晶粒生长并不执行直至期望的最终的第一或第二粒度,而是在将第一金属层与第二金属层连接时或在将金属半成品与陶瓷层连接时才实现最终的第一或第二粒度。本领域技术人员将最终的第一或第二粒度优选理解为在制成的金属半成品中或在制成的金属-铜半成品中存在的粒度。尤其提出,仅在第二金属层中引发晶粒生长,并且第一金属层的温度处理在于在室温下提供第一金属层。
原则上可设想的是,设有另外的第二金属层,所述另外的第二金属层在制成的金属半成品中设置在第一和第二金属层之间。在此尤其朝向第二金属层的另外的第二金属层经受准备好的温度处理。优选在此提出,由第一和第二金属层构成的制成的金属半成品具有沿层方向测量的厚度,所述厚度小于5mm,优选小于3mm并且特别优选小于1mm cm。此外,在将第一金属层和第二金属层拼合时,能有针对性地调节在第一金属层的沿层方向或堆叠方向测量的第一层厚度和第二金属层的沿层方向或堆叠方向测量的第二层厚度之间的期望的比例。优选地,第一金属层比第二金属层更厚,优选是其1.1倍至15倍厚,优选是其2倍至10倍厚,并且特别优选是其3倍至8倍厚,或者第二金属层比第一金属层更厚,优选是其1.1倍至15倍厚,优选是其2倍至10倍厚并且特别优选是其3倍至8倍厚。
根据本发明的另一实施方式提出,第一金属层和第二金属层由相同的金属材料制成。由此有利地可实现,在将第一金属层和第二金属层连接以形成晶粒梯度时,不用在第一或第二材料层的材料选择时妥协。尤其第一金属层和第二金属层在其含氧量或纯度方面相对应。例如可考虑的是,第一和第二金属层由高纯度的铜、如Cu-OFE(Cu≥99.99重量%)制成。对于影响晶粒生长有利的是,为第一和/或第二金属层添加晶粒细化剂或晶核,使得晶粒生长限于相应的金属层中。优选地,晶粒细化剂或晶核以一定量添加,使得其虽然影响晶粒生长,但是不对第一和第二金属层的机械特性和电特性产生影响。优选地,晶粒细化剂或晶核的量是相同的,或者在第一金属层中的晶粒细化剂或晶核的量是在第二金属层中的用于影响晶粒细化剂或晶核的剂的量的1.5倍至15000倍,优选2倍至2000倍并且特别优选4倍至100倍大。还优选提出,第二金属层的或在第二金属层中的晶粒细化剂或晶核的量小于1.5重量%,优选小于1.0重量%并且特别优选小于0.1重量%。将第一粒度或第二粒度尤其理解为在第一或第二金属层的金属中的平均粒度。
尤其,本领域技术人员将细的组织理解为具有相对小的平均粒度,尤其具有小于100μm的扩展或尺寸的金属层,并且将粗的组织理解为具有相对大的平均粒度,优选具有大于100μm的扩展或尺寸的金属层。还优选提出,在第一金属层中第一平均粒度和在第二金属层中第二平均粒度尤其沿平行于和/或垂直于层方向伸展的方向基本上分别是恒定的。这有利地能通过用于影响粒度的剂的均匀分布来实现。然而也可设想的是,借助于将用于影响粒度的剂有针对性地局部分布,能实现在第一金属层或第二金属层之内的期望的粒度分布。
适宜地提出,第一平均粒度小于第二平均粒度。优选地,第二平均粒度在160μm和2000μm之间,优选在200μm和1000μm之间并且特别优选在250μm和500μm之间大。还优选提出,第一平均粒度在50μm和200μm之间,优选在70μm和150μm之间并且特别优选在80μm和120μm之间大。平均粒度在此作为关于沿着垂直于层方向伸展的平面分布的粒度的平均值求取。
在本发明的另一实施方式中提出,第二金属层比第一金属层更厚,优选是其1.1倍至15倍厚,优选是其2倍至10倍厚并且特别优选是其3倍至8倍厚。由此,为具有较大的第一平均粒度的第二金属层提供相应的结构空间,而在第一金属层方面考虑,较细的组织结构需要较小的结构空间。
优选地,晶粒细化剂是具有相对高的氧亲和力和尽可能小的边缘溶解度的合金金属。由此能将晶粒细化剂的所需要的量保持得尽可能小,使得第一金属层和第二金属层的金属不被污染成,使得第一金属层和第二金属层不适合作为功率电子装置中的金属化部。尤其已经证实的是,在晶粒细化剂B、Ca、Fe、Cr和砷化锆的情况下,必须掺入至少千分之几,以便决定性地影响晶粒生长,以至于在其添加之后在将铜作为用于第一和第二金属层的金属的情况下不再存在Cu OFE或Cu PHC。与其相反已经证实的是,合金金属,例如钛、锆、铪、铬和/或铌已经在少量的情况下适合于以期望的大小构成特定的粒度。优选地,在第一或第二金属层中的晶粒细化剂的以重量百分比测量的份额小于2.5重量%,优选小于1.5重量%并且特别优选小于1重量%或者甚至小于0.5重量%。例如,在第一金属层或第二金属层中的晶粒细化剂的份额,尤其对于由Cu-OFE构成的第一金属层和第二金属层的情况,
-对于钛小于2.1重量%,
-对于锆小于0.17重量%,
-对于铪小于1.1重量%,
-对于铬小于0.73重量%和/或
-对于铌小于0.15重量%,
共同地或单独地、然而优选分别小于0.01重量%。
在本发明的另一实施方式中提出,温度处理是退火工艺,其中优选地,用于第一金属层的退火工艺与用于第二金属层的退火工艺不同。尤其,退火工艺是将第一和/或第二金属层加热到高于再结晶温度。优选地,仅第二金属层经受退火工艺。然而也可设想,用于第一金属层和第二金属层的退火工艺例如在时长、温度控制和/或温度高度方面不同从而分别实现在第一金属层和第二金属层中的表现不同的晶粒生长。
特别优选地提出,金属层结构由铜制成,即第一金属层是第一铜层而第二金属层是第二铜层。还可考虑的是,在第一金属层中的金属组分与在第二金属层中的金属组分不同。
优选提出,温度处理至少暂时地在惰性气体环境中或在真空中执行。由此能有利地实现在温度处理期间的限定的晶粒生长。这有利地改进在制成的金属半成品或制成的金属-陶瓷基板中的第一或第二粒度的受控制的调节。
在本发明的另一实施方式中提出,第一金属层与第二金属层借助于DCB法连接。由此可以有利地例如放弃否则为了连接第一金属层和第二金属层所需的辊或为此所需的装置。本领域技术人员将“DCB法”(Direct-Copper-Bond-Technology,直接键合铜技术)理解为如下方法,所述方法例如用于将金属层或金属板(例如铜板或铜膜)彼此连接和/或与陶瓷或陶瓷层连接,更确切地说在使用如下金属板或铜板或者金属膜或铜膜的条件下,所述金属板或铜板或者金属膜或铜膜在其表面侧上具有由金属和反应性气体、优选氧气组成的化学化合物构成的层或涂层(熔化层)。例如在US-PS 37 44 120中或在DE-PS 23 19 854中所描述的所述方法中,所述层或所述涂层(熔化层)在金属(例如铜)的熔化温度下形成具有熔化温度的共晶体,使得通过将膜放置到陶瓷上和通过加热所有层可以将这些层彼此连接,更确切地说通过基本上仅在熔化层或氧化层的区域中熔化金属或铜。
尤其DCB法那么例如具有下述方法步骤:
-将铜膜氧化,使得得到均匀的铜氧化层;
-将铜膜放置到陶瓷层上;
-将复合件加热至在例如1025℃至1083℃之间的工艺温度,例如加热至大约1071℃;
-冷却至室温。
此外优选提出,将第一金属层和/或第二金属层在时间上在连接之前氧化,尤其化学地和/或热学地氧化。优选提出,在温度处理和将第一金属层与第二金属层连接之间执行氧化。通过氧化有利地以简单的方式可实现提供共晶层,所述共晶层例如允许第一金属层和第二金属层或第二金属层与陶瓷层的连接。
适宜地提出,为了限制第二粒度在对第二金属层进行温度处理时调整温度控制和/或将第二金属层用由金属和金属氧化物,尤其由铜和氧化铜构成的膏覆层。限制第二粒度的优点在于,由此在连接到陶瓷层上时设定低的含氧量不是强制性必需的,以便对抗第二金属层的变薄或在第二金属层处形成裂缝。相应低的含氧量的这种应用否则由于随着粒度提高而减少的在第二金属层中的晶界的面积和共晶覆层中的氧在第二金属层中的金属的晶界处的优选的积聚是必需的。因此,可以借助限制第二粒度有利地抵抗相应的含氧量的调节,使得可以简化用于建立连接的方法。
本发明的另一方面是用于制造金属-陶瓷基板,尤其铜-陶瓷基板的方法,其包括如下步骤:
-提供第一金属层,尤其第一铜层,和第二金属层,尤其第二铜层,
-将第一金属层和/或第二金属层与陶瓷层连接以形成金属-陶瓷基板,其中在时间上在将第一金属层与第二金属层连接之前,借助于不同的温度处理引发在第一金属层和/或第二金属层中的晶粒生长,使得在制成的金属半成品中,尤其在制成的金属-铜基板中,在第一金属层中的第一粒度与在第二金属层中的第二粒度不同。所有针对根据本发明的用于制造金属半成品的方法所描述的特征及其优点符合意义地同样能够转用于根据本发明的用于制造金属-陶瓷基板的方法。
原则上在此可设想的是,将第一金属层和第二金属层作为金属半成品,尤其作为借助根据本发明的方法制造的金属半成品连接到陶瓷层上,或者将第一金属层、第二金属层和陶瓷层在共同的连接步骤中,优选在共同的DCB法中彼此连接。只要第一金属层和第二金属层作为金属半成品与陶瓷层连接,那么例如可以使用AMB法或DCB法。将例如用于将金属层或金属膜、尤其还有铜层或铜膜与陶瓷材料连接的活性焊料法,即“active metalbrazing(AMB)”法,理解为如下方法,所述方法专门也用于制造金属-陶瓷基板。在此,在大约650℃至1000℃之间的温度下,利用硬焊料建立在金属膜、例如铜膜和陶瓷基板、例如氮化铝陶瓷之间的连接,所述硬焊料除了主要成分,如铜、银和/或金之外,也包含活性金属。例如是Hf、Ti、Zr、Nb、Ce中的至少一种元素的所述活性金属通过化学反应建立焊料和陶瓷之间的连接,而焊料和金属之间的连接是金属硬焊连接。
相应地,与第二金属层相比具有较小的平均第一粒度的第一金属层的设计方案防止,在第一金属层中的过粗的组织使电子器件的连接、尤其在细线键合时的连接变难。此外,相对细的组织简化自动的光学检查(AOI),即对金属-陶瓷基板在其制成之后进行检查。同时,在金属层结构连接时形成沿着层方向的粒度梯度,沿着所述层方向将第一金属层和第二金属层覆层到承载元件上。在此,能在霍尔-帕奇关系的意义上(其中屈服极限Re、起始应力σ0、晶界阻力K和粒度dk),在金属层中存在的内部应力与组织的粒度关联地实现在第二金属层中的相对粗的组织,由此有利地减少在连接区域中的应力水平,在所述连接区域中第二金属层连接到承载元件上。
形成陶瓷层的陶瓷例如可以是Al2O3、Si3N4、AlN或HPSX陶瓷(即具有Al2O3基质的陶瓷,其包括x百分比的份额的ZrO2,例如为具有9%ZrO2的Al2O3=HPS9或具有25%ZrO2的Al2O3=HPS25)。承载元件优选具有相对高的电绝缘强度,所述电绝缘强度优选大于5kV/mm,特别优选大于10kV/mm、20kV/mm或甚至大于30kV/mm,和/或具有高的热导率,所述热导率优选大于10W/mK,特别优选大于20W/mK或甚至大于60W/mK,例如工业陶瓷或用导热材料填充的有机绝缘材料。
根据本发明的另一实施方式提出,第二金属层在制成的金属-陶瓷基板中连接在陶瓷层上,其中在制成的金属-陶瓷基板中通过退火工艺在将第一金属层与第二金属层连接之前实现在第二金属层中的与第一粒度相比更大的第二粒度。由此能有利地将更粗颗粒的第二金属层连接到陶瓷层上,而背离陶瓷层的第一金属层相对于第二金属层是更细颗粒的。
本发明的另一主题是借助根据本发明的方法制造的金属-陶瓷基板,所述金属-陶瓷基板包括:
-陶瓷层,和
-连接在陶瓷层上的、由第一金属层和第二金属层构成的复合件,其中在第二金属层中的第二粒度大于在第一金属层中的第一粒度。
所有针对根据本发明的用于制造金属-陶瓷基板的方法所描述的特征及其优点能符合意义地同样转用于根据本发明的金属-陶瓷基板。
附图说明
其他优点和特征参照附图从下面对根据本发明的主题的优选的实施方式的描述中得出。附图示出:
图1至5示出用于制造根据本发明的示例性的实施方式的金属-陶瓷基板的方法的方法步骤;以及
图6示出根据本发明的示例性的实施方式的金属-陶瓷基板的剖视图。
具体实施方式
在图1至5中示出用于制造根据本发明的第一示例性的实施方式的金属-陶瓷基板1的方法的方法步骤。这种金属-陶瓷基板1用作为用于电气或电子器件的承载件。为了各个电气或电子器件的导电连接,在此尤其设有金属化部,用于构成在陶瓷层10的陶瓷表面或上侧15上的印制导线。尤其,金属化部在此结构化为,以便提供用于电子或电气器件的印制导线或固定部位。
在此证实为有利的是,在陶瓷层上安置的金属化部具有第一金属层11和第二金属层12,其中在第一金属层11中的第一粒度、即在第一金属层11中的金属的第一平均粒度与第二粒度、即在第二金属层12中的金属的第二平均粒度不同。尤其提出,第一金属层11和第二金属层12为了在陶瓷层10上形成金属化部而构成复合件2,尤其夹层结构,即在制成状态中,第一金属层11和第二金属层12在垂直于陶瓷表面15伸展的堆叠方向S上上下相叠地覆层或堆叠。在图6中示出金属-陶瓷基板1,其中在下侧上以及在上侧上设置有由第一金属层11和第二金属层12构成的这种复合件2。在此,分别地第二金属层12朝向陶瓷层10而第一金属层11背离陶瓷层10,其中尤其在第一金属层11中的平均第一粒度小于在第二金属层12中的平均第二粒度。
由于第一金属层11的相对于第二金属层12的更细粒的设计方案有利地更简单的是,实现电子或电气器件在金属化部上的连接。此外,能为在陶瓷层10上的金属化部提供可视觉检测的均匀的或更细的覆盖层。同时以有利的方式可能的是,通过相对于第一金属层11更粗粒的第二金属层12,将金属化部和陶瓷层的连接设计成,使得所述金属化部和陶瓷层虽然具有不同的热膨胀系数,但是在其耐温度变化性的方面是优化的。也就是说,第二粒度优选选择为,使得由于不同的热膨胀系数引起的机械应力保持尽可能小。这有利地提高金属-陶瓷基板1的使用寿命。在此也可设想的是,第二粒度大致对应于第二金属层12的第二层厚度D2。还提出的是,第二层厚度D2大于第一金属层11的第一层厚度D1。例如也可考虑的是,第一粒度采用小于100μm,优选50μm的值和/或第二粒度采用大于100μm,优选在250μm和1000μm之间的值。
为了有针对性地控制第一粒度或第二粒度,尤其第一粒度和第二粒度之间的比例而提出,提供第一金属层11和第二金属层12,其优选呈第一金属板和第二金属板的形式(参见图1)。在此,第一金属板和第二金属板由相同的金属材料制成或者具有相同的规则,例如在其含氧量或其纯度方面。例如第一和第二金属层是Cu-OFE、Cu-OF或Cu-ETP。图2示出,第二金属层,尤其仅第二金属层经受温度处理(参见图2)。温度处理优选包括退火工艺,其中第二金属层至少暂时地加热至高于再结晶温度的温度。通过所述退火工艺有利地引发在第二金属层中的晶粒生长,并且进行直至通过温度处理规定的程度。优选地,退火工艺在此在惰性气体环境中或在真空中进行。由此,在第二金属层12中在将第一金属层11和第二金属层12连接之前,已经至少部分地发生晶粒生长。为了在第一金属层11和/或第二金属层12中的尽可能均匀的晶粒组织提出,为第一金属层11和/或第二金属层12混入晶粒细化剂或晶核。尤其,晶粒细化剂或晶核选择为,使得其除了其对晶粒生长的影响以外不影响第一金属层和/或第二金属层的机械特性和电特性。例如,晶粒细化剂是Cr、Ti、Zr、Hf、Nb。
在图3中示出的方法步骤中,使第一金属层11和第二金属层12分别经受热氧化和/或化学氧化,以便尤其由Cu和O构成对于在DCB法中连接所需的共晶层。只要为了用于第二金属层12的氧化设有另外的温度处理,优选提出,用于引发晶粒生长的温度处理和用于氧化的温度处理彼此配合,以便限制期望的第二粒度从而避免巨晶粒生长,因为过大的第二晶粒由于晶界的面积减小会在将第二金属层12连接到陶瓷层10上时需要相对低的含氧量,以便对抗在第二金属层12中变薄或甚至形成裂缝。替选地也可考虑,将由金属和金属氧化物,尤其Cu和CuO构成的膏涂覆到第二金属层12上,以便这样实现共晶的组合物,而不需要第二金属层12的氧化。
在图4中示出用于形成金属半成品2的第一金属层11和第二金属层12的连接。在此,第一金属层11和第二金属层12在DCB法中彼此连接。在图5中示意地示出金属-陶瓷基板1,其中分别在陶瓷层的上侧和下侧上设置有金属复合件2。在此可设想的是,第一金属层11、第二金属层12和陶瓷层10在共同的连接法,尤其共同的DCB法中彼此连接。替选地也可考虑的是,提供第一金属层11和第二金属层21作为图4中的金属半成品2并且将金属半成品2在单独的方法步骤中,例如借助于DCB法或AMB法连接到铜层10上。
附图标记列表
1 金属-陶瓷基板
2 金属半成品
10 陶瓷层
11 第一金属层
12 第二金属层
15 陶瓷上侧
S 堆叠方向
D1 第一层厚度
D2 第二层厚度
Claims (10)
1.一种用于制造用于金属-铜基板、尤其用于铜-陶瓷基板的金属半成品(2)、尤其铜半成品的方法,所述方法包括:
-提供第一金属层(11),尤其第一铜层,和第二金属层(12),尤其第二铜层;
-将所述第一金属层(11)和所述第二金属层(12)连接,以形成所述金属半成品(2),
其中在时间上在将所述第一金属层(11)与所述第二金属层(12)连接之前,借助于不同的温度处理引发在所述第一金属层(11)和/或所述第二金属层(12)中的晶粒生长,使得在制成的金属半成品(2)中,尤其在制成的金属-铜基板中,在所述第一金属层(11)中的第一粒度与在所述第二金属层(12)中的第二粒度不同。
2.根据权利要求1所述的方法,
其中所述第一金属层(11)和所述第二金属层(12)由相同的金属材料,尤其铜制成。
3.根据上述权利要求中任一项所述的方法,
其中所述温度处理是退火工艺,其中优选地,用于所述第一金属层(11)的退火工艺与用于所述第二金属层(12)的退火工艺不同。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法,
其中所述温度处理至少暂时地在惰性气体环境中或在真空中执行。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法,
其中所述第一金属层(11)与所述第二金属层(12)借助于DCB法连接。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法,
其中所述第一金属层(11)和/或所述第二金属层(12)在时间上在连接之前氧化。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法,
其中为了限制所述第二粒度,调整在所述第二金属层(12)的温度处理时的温度控制,和/或将所述第二金属层(12)用由金属和/或金属氧化物、尤其由铜和氧化铜构成的膏覆层。
8.一种用于制造金属-陶瓷基板(1)、尤其铜陶瓷基板的方法,所述方法包括如下步骤:
-提供第一金属层(11),尤其第一铜层,和第二金属层(12),尤其第二铜层,
-将所述第一金属层(11)和/或所述第二金属层(12)与陶瓷层(12)连接,以形成所述金属-陶瓷基板(1),
其中在时间上在将所述第一金属层(1)与所述第二金属层连接之前,借助于不同的温度处理引发在所述第一金属层(11)和/或所述第二金属层(12)中的晶粒生长,使得在制成的金属半成品(2)中,尤其在制成的金属-铜基板(1)中,在所述第一金属层(11)中的第一粒度与在所述第二金属层(12)中的第二粒度不同。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法,
其中所述第二金属层(12)在制成的金属-陶瓷基板(1)中连接在所述陶瓷层(10)上,其中在制成的金属-陶瓷基板(1)中通过所述退火工艺在将所述第一金属层(11)与所述第二金属层(12)连接之前实现在所述第二金属层(12)中的相对于所述第一粒度更大的第二粒度。
10.一种借助根据权利要求8或9所述的方法制造的金属-陶瓷基板(1),包括:
-陶瓷层(10),和
-连接在所述陶瓷层(10)上的、由第一金属层(11)和第二金属层(12)构成的复合件,其中在所述第二金属层(12)中的第二粒度大于在所述第一金属层(11)中的第一粒度。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102017128316.1 | 2017-11-29 | ||
DE102017128316.1A DE102017128316B4 (de) | 2017-11-29 | 2017-11-29 | Verfahren zur Herstellung eines Metall-Keramik-Substrats und Metall-Keramik-Substrat |
PCT/EP2018/082008 WO2019105814A1 (de) | 2017-11-29 | 2018-11-21 | Verfahren zur herstellung eines metallhalbzeugs, verfahren zur herstellung eines metall-keramik-substrats und metall-keramik-substrat |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN111433017A true CN111433017A (zh) | 2020-07-17 |
Family
ID=64426938
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201880077483.1A Pending CN111433017A (zh) | 2017-11-29 | 2018-11-21 | 制造金属半成品的方法,制造金属-陶瓷基板的方法和金属-陶瓷基板 |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11845700B2 (zh) |
EP (1) | EP3717236B1 (zh) |
JP (2) | JP2021503433A (zh) |
KR (2) | KR20200063213A (zh) |
CN (1) | CN111433017A (zh) |
DE (1) | DE102017128316B4 (zh) |
WO (1) | WO2019105814A1 (zh) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113939095B (zh) * | 2020-06-29 | 2023-02-10 | 比亚迪股份有限公司 | 一种陶瓷覆铜板及其制备方法 |
EP3967487A1 (de) * | 2020-09-11 | 2022-03-16 | Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG | Schichtenverbund |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5686190A (en) * | 1994-01-14 | 1997-11-11 | Brush Wellman Inc. | Multilayer laminate product and process |
CN104755445A (zh) * | 2012-10-29 | 2015-07-01 | 罗杰斯德国有限公司 | 金属-陶瓷-基材以及制备金属-陶瓷-基材的方法 |
DE102015224464A1 (de) * | 2015-12-07 | 2017-06-08 | Aurubis Stolberg Gmbh & Co. Kg | Kupfer-Keramik-Substrat, Kupferhalbzeug zur Herstellung eines Kupfer-Keramik-Substrats und Verfahren zur Herstellung eines Kupfer-Keramik-Substrats |
WO2017144329A1 (de) * | 2016-02-26 | 2017-08-31 | Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG | Kupfer-keramik-verbund |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3766634A (en) | 1972-04-20 | 1973-10-23 | Gen Electric | Method of direct bonding metals to non-metallic substrates |
US3744120A (en) | 1972-04-20 | 1973-07-10 | Gen Electric | Direct bonding of metals with a metal-gas eutectic |
JP3265895B2 (ja) | 1995-02-20 | 2002-03-18 | トヨタ自動車株式会社 | 空燃比センサのヒータ制御装置 |
JPH11121889A (ja) * | 1997-10-16 | 1999-04-30 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 回路基板 |
JP4368789B2 (ja) * | 2002-05-15 | 2009-11-18 | エレクトロヴァック アーゲー | セラミック−銅複合基板の製造方法 |
DE102010049499B4 (de) * | 2010-10-27 | 2014-04-10 | Curamik Electronics Gmbh | Metall-Keramik-Substrat sowie Verfahren zum Herstellen eines solchen Substrates |
US8692118B2 (en) | 2011-06-24 | 2014-04-08 | Tessera, Inc. | Reliable wire structure and method |
KR101522807B1 (ko) * | 2011-07-14 | 2015-05-26 | 가부시끼가이샤 도시바 | 세라믹스 회로 기판 |
WO2013021567A1 (ja) * | 2011-08-11 | 2013-02-14 | 三洋電機株式会社 | 金属の接合方法および金属接合構造 |
US8448842B1 (en) * | 2011-12-22 | 2013-05-28 | Vaclong Vacuum Technology Co., Ltd. | Advanced copper bonding (ACB) with ceramic substrate technology |
DE102012101057A1 (de) * | 2011-12-27 | 2013-06-27 | Curamik Electronics Gmbh | Verfahren zur Herstellung von DCB-Substraten |
-
2017
- 2017-11-29 DE DE102017128316.1A patent/DE102017128316B4/de active Active
-
2018
- 2018-11-21 KR KR1020207012815A patent/KR20200063213A/ko not_active IP Right Cessation
- 2018-11-21 CN CN201880077483.1A patent/CN111433017A/zh active Pending
- 2018-11-21 KR KR1020227041536A patent/KR20220164619A/ko not_active Application Discontinuation
- 2018-11-21 US US16/768,340 patent/US11845700B2/en active Active
- 2018-11-21 WO PCT/EP2018/082008 patent/WO2019105814A1/de active Search and Examination
- 2018-11-21 JP JP2020544977A patent/JP2021503433A/ja active Pending
- 2018-11-21 EP EP18807304.3A patent/EP3717236B1/de active Active
-
2022
- 2022-03-14 JP JP2022039034A patent/JP7337987B2/ja active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5686190A (en) * | 1994-01-14 | 1997-11-11 | Brush Wellman Inc. | Multilayer laminate product and process |
CN104755445A (zh) * | 2012-10-29 | 2015-07-01 | 罗杰斯德国有限公司 | 金属-陶瓷-基材以及制备金属-陶瓷-基材的方法 |
DE102015224464A1 (de) * | 2015-12-07 | 2017-06-08 | Aurubis Stolberg Gmbh & Co. Kg | Kupfer-Keramik-Substrat, Kupferhalbzeug zur Herstellung eines Kupfer-Keramik-Substrats und Verfahren zur Herstellung eines Kupfer-Keramik-Substrats |
WO2017144329A1 (de) * | 2016-02-26 | 2017-08-31 | Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG | Kupfer-keramik-verbund |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US11845700B2 (en) | 2023-12-19 |
WO2019105814A1 (de) | 2019-06-06 |
DE102017128316A1 (de) | 2019-05-29 |
JP2021503433A (ja) | 2021-02-12 |
JP7337987B2 (ja) | 2023-09-04 |
KR20220164619A (ko) | 2022-12-13 |
JP2022087102A (ja) | 2022-06-09 |
DE102017128316B4 (de) | 2019-12-05 |
EP3717236A1 (de) | 2020-10-07 |
EP3717236B1 (de) | 2021-11-10 |
KR20200063213A (ko) | 2020-06-04 |
US20200361828A1 (en) | 2020-11-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7219810B2 (ja) | 窒化珪素基板、窒化珪素-金属複合体、窒化珪素回路基板、及び、半導体パッケージ | |
CN108367994B (zh) | 铜陶瓷基板、制备铜陶瓷基板的铜半成品及制备铜陶瓷基板的方法 | |
CN107787259B (zh) | 用于制造复合材料的方法 | |
JP7337987B2 (ja) | 金属半製品を製造する方法および金属-セラミック基板を製造する方法 | |
KR20180030150A (ko) | 전기 회로용 기질 및 상기 형태의 기질을 생산하기 위한 방법 | |
CN109565939A (zh) | 陶瓷基板和电子部件内置模块 | |
EP3761764A1 (en) | Insulating circuit board | |
JP2010109069A (ja) | 配線基板およびその製造方法 | |
JP5880780B2 (ja) | 絶縁性セラミックペースト、セラミック電子部品およびその製造方法 | |
CN108698935B (zh) | 铜-陶瓷复合物 | |
CN108155103A (zh) | 一种氮化铝陶瓷覆铜基板及其制备方法 | |
JP4840507B2 (ja) | 多層セラミック基板、その製造方法およびその反り抑制方法 | |
JP6614240B2 (ja) | セラミック多層基板 | |
JP6493560B2 (ja) | 多層セラミック基板及び電子部品 | |
JP5648682B2 (ja) | 金属ベース基板 | |
US8241449B2 (en) | Method for producing ceramic body | |
JP2023509856A (ja) | 金属層をセラミック層に接合するためのはんだ材料、そのようなはんだ材料の製造方法、およびそのようなはんだ材料の使用 | |
CN108698945B (zh) | 铜-陶瓷复合物 | |
JPH0624880A (ja) | 金属−セラミックス複合体及びその製造方法 | |
US10457608B2 (en) | Multilayer ceramic substrate and electronic device | |
KR101993521B1 (ko) | 세라믹-메탈 패키지 및 그 제조방법 | |
CN206672901U (zh) | 用于产生陶瓷基板的翘曲的装置 | |
JP4406150B2 (ja) | 窒化アルミニウムメタライズ基板および半導体装置 | |
JP2757874B2 (ja) | 窒化アルミニウム基板の焼成方法 | |
WO2024170534A1 (de) | Metall-keramik-substrat und verfahren zur herstellung eines metall-keramik-substrats |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |