CN115515916A - 制造金属陶瓷基板的方法和用该方法制造的金属陶瓷基板 - Google Patents

制造金属陶瓷基板的方法和用该方法制造的金属陶瓷基板 Download PDF

Info

Publication number
CN115515916A
CN115515916A CN202180032878.1A CN202180032878A CN115515916A CN 115515916 A CN115515916 A CN 115515916A CN 202180032878 A CN202180032878 A CN 202180032878A CN 115515916 A CN115515916 A CN 115515916A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
metal
ceramic element
sub
container
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.)
Granted
Application number
CN202180032878.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115515916B (zh
Inventor
法比安·韦格尔
蒂洛·韦尔克
安德烈亚斯·迈尔
卡斯滕·施密特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rogers Germany GmbH
Original Assignee
Rogers Germany GmbH
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rogers Germany GmbH filed Critical Rogers Germany GmbH
Publication of CN115515916A publication Critical patent/CN115515916A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115515916B publication Critical patent/CN115515916B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/03—Use of materials for the substrate
    • H05K1/0306—Inorganic insulating substrates, e.g. ceramic, glass
    • 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
    • C04B37/023—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles characterised by the interlayer used
    • C04B37/026—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles characterised by the interlayer used consisting of metals or metal salts
    • 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
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C04B35/645—Pressure sintering
    • C04B35/6455—Hot isostatic pressing
    • 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]
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/38—Improvement of the adhesion between the insulating substrate and the 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/658—Atmosphere during thermal treatment
    • C04B2235/6581—Total pressure below 1 atmosphere, e.g. vacuum
    • 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
    • C04B2237/02—Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/12—Metallic interlayers
    • 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
    • C04B2237/02—Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/12—Metallic interlayers
    • C04B2237/122—Metallic interlayers based on refractory metals
    • 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
    • C04B2237/02—Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/12—Metallic interlayers
    • C04B2237/126—Metallic interlayers wherein the active component for bonding is not the largest fraction of the interlayer
    • C04B2237/127—The active component for bonding being a refractory 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
    • 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
    • C04B2237/34—Oxidic
    • 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
    • C04B2237/34—Oxidic
    • C04B2237/343—Alumina or aluminates
    • 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
    • C04B2237/34—Oxidic
    • C04B2237/345—Refractory metal oxides
    • C04B2237/348—Zirconia, hafnia, zirconates or hafnates
    • 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
    • C04B2237/365—Silicon carbide
    • 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
    • C04B2237/401—Cermets
    • 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
    • C04B2237/402—Aluminium
    • 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
    • C04B2237/404—Manganese or rhenium
    • 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
    • C04B2237/55—Pre-treatments of a coated or not coated substrate other than oxidation treatment in order to form an active joining layer
    • 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
    • C04B2237/59—Aspects relating to the structure of the interlayer
    • C04B2237/592—Aspects relating to the structure of the interlayer whereby the interlayer is not continuous, e.g. not the whole surface of the smallest substrate is covered by the interlayer
    • 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
    • C04B2237/70—Forming laminates or joined articles comprising layers of a specific, unusual thickness
    • C04B2237/706—Forming laminates or joined articles comprising layers of a specific, unusual thickness of one or more of the metallic layers or articles
    • 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
    • C04B2237/70—Forming laminates or joined articles comprising layers of a specific, unusual thickness
    • C04B2237/708—Forming laminates or joined articles comprising layers of a specific, unusual thickness of one or more of the interlayers
    • 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
    • C04B2237/84—Joining of a first substrate with a second substrate at least partially inside the first substrate, where the bonding area is at the inside of the first substrate, e.g. one tube inside another tube
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/03—Conductive materials
    • H05K2201/0332—Structure of the conductor
    • H05K2201/0335—Layered conductors or foils
    • H05K2201/0355—Metal foils
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)

Abstract

一种用于制造金属陶瓷基板(1)的方法，包括：‑提供陶瓷元件(10)和金属子层，‑提供气密的容器(25)，所述容器环绕陶瓷元件(10)，其中容器(25)优选由金属子层形成或包括金属子层，‑通过借助于热等静压将金属子层连结到陶瓷元件(10)上构成金属陶瓷基板(1)，其中为了构成金属陶瓷基板(1)，在金属子层和陶瓷元件(10)之间至少部段地设置活性金属层(15)或包括活性金属的接触层，以辅助金属子层连结到陶瓷元件(10)上。

Description

制造金属陶瓷基板的方法和用该方法制造的金属陶瓷基板
技术领域
本发明涉及一种用于制造金属陶瓷基板的方法和一种借助这种方法制造的金属陶瓷基板。
背景技术
金属陶瓷基板例如作为电路板或印刷电路板从现有技术中充分已知，例如从DE10 2013 104 739 A1、DE 19 927 046 B4和DE 10 2009 033 029A1中已知。典型地，在金属陶瓷基板的器件侧上设置用于电器件和印制导线的端子面，其中电器件和印制导线可一起连接为电路。金属陶瓷基板的主要组成部分是绝缘层和至少一个连结到绝缘层上的金属层，所述绝缘层优选由陶瓷制成。由于其相对高的绝缘强度，由陶瓷制成的绝缘层在电力电子学中证实为是特别有利的。通过将金属层结构化，那么可以实现用于电器件的印制导线和/或端子面。
对于提供这种金属陶瓷基板的前提是将金属层持久地连结到陶瓷层上。除了所述的直接金属连结法，即DCB或DAB法之外，从现有技术中已知的是，将金属层经由焊料材料连结到陶瓷层上。
将活性焊料法，例如用于将金属层或金属膜、尤其铜层或铜膜与陶瓷材料连接的活性焊料法，理解为专门用于制造金属陶瓷基板的方法。在此，在大约650℃至1000℃之间的温度下，通过使用硬焊料在金属膜、例如铜膜和陶瓷基板、例如氮化铝陶瓷之间建立连接，所述硬焊料除了主要组分如铜、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在焊料和陶瓷之间的连接，而在焊料和金属之间的连接是金属的硬焊料连接。
此外，例如从DE 10 2013 113 734 B4中以及从JP 4-325 470中已知一种方法，其中借助于热等静压执行金属层与陶瓷层的连结，以构成金属陶瓷基板。热等静压此外也用于后处理，以便降低形成的缩孔的数量，所述气孔在借助焊料法或借助直接金属连结法连结期间产生。
发明内容
以现有技术为出发点，本发明的目的是，提供一种用于制造金属陶瓷基板的方法，所述方法相对于已知的方法进一步地改进，尤其在将金属成功地、尽可能无气孔地、节省能量地且工艺安全地连结到陶瓷上的方面。
本发明借助根据权利要求1的用于制造金属陶瓷基板的方法和根据权利要求10的金属陶瓷基板实现所述目的。其他实施方式在从属权利要求和说明书中得出。
根据本发明的第一方面，提出一种用于制造金属陶瓷基板的方法，包括：
-提供陶瓷元件和金属子层，
-提供气密的容器，其环绕陶瓷元件，
-通过借助于热等静压将金属子层连结到陶瓷元件上构成金属陶瓷基板，
其中为了构成金属陶瓷基板，在金属子层和陶瓷元件之间至少部段地设置活性金属层或包括活性金属的接触层，以辅助尤其金属容器的金属子层连结到陶瓷元件上。
相对于从现有技术中已知的方法，为了将金属子层或金属层连结到陶瓷元件上使用热等静压，其中在金属子层和陶瓷元件之间至少部段地设置有活性金属层，以辅助金属子层连结到陶瓷元件上。在此已证实的是，通过使用活性金属层提高将例如是气密的金属容器的一部分的金属子层成功地且工艺安全地连结以及持久地连结到陶瓷元件上的概率。在此尤其提出，制成的金属陶瓷基板的连结的金属层或金属化部最初是气密的容器的一部分或是单独的金属子层，所述金属子层在容器中，优选在玻璃容器中，与陶瓷元件一起设置。随后在热等静压的范围内，将金属子层连结到陶瓷元件上。容器在此优选作为金属容器由金属子层和/或另一个金属子层形成。替选地也可设想的是，使用玻璃容器。
在热等静压中尤其提出，进行加热，尤其烧结，其中金属容器的金属子层和/或另一个金属子层，尤其金属陶瓷基板的之后的金属层，不转变到金属子层和/或另一个金属子层的熔化阶段中。以相应的方式，在热等静压中需要比在直接金属连结法、尤其DCB法中更低的温度。与通常使用低于金属层的熔化温度的温度借助于焊料材料将金属层连结到陶瓷层上相比，在当前的方式中能够有利地弃用焊料基本材料并且仅需要活性金属。在热等静压中使用或利用压力在此还证实为是有利的，因为由此可以减少在一侧的金属子层和/或另一个金属子层和另一侧的陶瓷元件之间的气体夹杂物，由此可以减少或甚至避免在形成的或制成的金属陶瓷基板中构成缩孔的频率。这有利地作用于在金属容器的金属层或金属子层和/或另一个金属子层和陶瓷元件之间的连结的质量。尤其，以这种方式实现“固态扩散键合(solid state diffusion bonding)”(SDB)法。
尤其，本领域技术人员将包括活性金属的接触层理解为以下层，所述层的活性金属的份额大于15重量％，优选大于25重量％并且特别优选大于50重量％。借此，对于本领域技术人员，含活性金属的接触层不是在小的范围内同样可以包含活性金属的活性焊料材料。
也可设想的是，使用多个活性金属层，其上下相叠地设置。此外可设想的是，在金属子层和陶瓷元件上分别涂覆活性金属和/或含活性金属的接触层。优选地，在金属子层和陶瓷元件之间不仅设置活性金属层、而且设置含活性金属的接触层。优选地，活性金属层设置在陶瓷元件上并且在组装状态下由接触层覆盖。
此外，可以实现较窄的绝缘槽，例如以对应于绝缘槽的在借助于DCB法制造的基板中能够实现的宽度的尺寸。尤其，绝缘槽可以减小大约200μm，因为不将焊料残留物考虑在内，所述焊料残留物在使用活性焊料法时通常伸入到绝缘槽中直至大约200μm。所述焊料残留物在此从刻蚀侧边的端部起朝向绝缘槽的方向测量。焊料残留物在此以彼此相对置的金属部段的总和测量，所述金属部段沿平行于主延伸平面伸展的方向对绝缘槽限界。
优选地，金属陶瓷基板设为电路板，其中在制成状态下，连结到陶瓷元件上的金属层或金属化部是结构化的。例如为此提出，为了构成金属陶瓷基板，除了热等静压以外也进行结构化，例如通过激光、刻蚀和/或机械加工，借助所述结构化实现印制导线和/或用于电器件或电子器件的端子。优选提出，在制成的金属陶瓷基板处，在陶瓷元件上在与金属层相对置的侧上设有背侧金属化部和/或冷却元件。在此，背侧金属化部优选用于抵抗压弯，并且冷却元件用于将热量极为有效地引出，所述热量来自电器件或电子器件的运行，所述电器件或电子器件连结到电路板或金属陶瓷基板上。
优选提出，在金属容器和陶瓷元件之间仅设有活性金属层或仅设有活性金属。尤其，连结在没有焊料基本材料的情况下或在弃用焊料基本材料的条件下执行。
活性金属的实例是钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、铬(Cr)、铌(Nb)、铈(Ce)、钽(Ta)、镁(Mg)、镧(La)和钒(V)。在此要注意的是，金属La、Ce、Ca和Mg易于氧化。还指出，元素Cr、Mo和W不是传统的活性金属，然而适合作为Si3N4和至少一个金属层或焊料系统或焊料材料之间的接触层，因为其与至少一个金属层，例如铜不形成金属间相并且不具有边缘可溶性。尤其，在方法中被弃用的焊料基本材料是基于金属的基本材料，优选是基于银的或基于铜的基本材料。在基于银的基本材料中，银是主要组分，即关于重量百分比份额最高的组成部分，而在基于铜的基本材料中铜是主要组分。基于银的基本材料的实例是AgCu，尤其AgCu28、AgCuIn、AgCuSn和AgCuGa。基于铜的基本材料的实例是铜CuSn、CuAg、CuIn、CuGa、CuInSn、CuInMb、CuGaSn。也可设想的是，弃用基于NiCrMn或SnCu的焊料基本材料。
此外将包括活性金属的接触层理解为以下层，所述层例如包括包含活性金属的化合物，例如TiN、TiC或TiO，尤其以不同的氧化级或不同的化学计量的和非化学计量的化合物。也可考虑的是，在此涉及合金，所述合金具有一种或多种活性金属。
对于不借助焊料基本材料的连结替选地，也可设想的是，在活性金属层或接触层和金属容器之间设置焊料基本材料或焊料材料，其包括活性金属。由此引起附加的连结。在此可设想的是，连结在低于或高于焊料材料或焊料基本材料的工艺温度的温度进行。此外，在此情况下有利的是，使用不含银的焊料材料或焊料基本材料。
作为用于在金属陶瓷基板中的至少一个金属层和/或至少一个另外的金属层或绝缘元件的材料可考虑铜、铝、钼、钨、镍和/或其合金，例如CuZr、AlSi或AlMgSi，以及叠层，如CuW、CuMo、CuAl和/或AlCu或MMC(metal matrix composite，金属基复合材料)，如CuW、CuMo或AlSiC。此外优选提出，在制成的金属陶瓷基板上的至少一个金属层，尤其作为器件金属化部，是表面改性的。作为表面改性例如可考虑用贵金属，尤其银；和/或金，或(无电镀的)镍或ENIG(“electroless nickel immersion gold，无电镍金”)封牢或在金属化部处进行封边以抑制裂缝形成或扩展。
优选地，陶瓷元件作为用于陶瓷的材料具有Al2O3、Si3N4、AlN、HPSX陶瓷(即具有Al2O3基体的陶瓷，所述Al2O3基体包括百分之x份额的ZrO2，例如具有9％ZrO2的Al2O3＝HPS9或具有25％ZrO2的Al2O3＝HPS25)、SiC、BeO、MgO、高密度MgO(＞90％理论密度)、TSZ(四方稳定氧化锆)。在此也可设想的是，陶瓷元件构成为复合或杂化陶瓷，其中为了将不同的期望特性组合，分别在其材料组成方面不同的多个陶瓷层上下相叠地设置并且拼合成绝缘元件。
优选地，活性金属层通过物理和/或化学气相沉积，例如溅镀，和/或电化学或化学地涂覆到陶瓷元件和/或金属容器的内侧上。通过使用气相沉积过程，例如溅镀，有利地可行的是，提供相对薄的活性金属层，所述活性金属层尤其可以在其厚度方面设计为，使得其有利地作用于键合性能，然而例如不进一步损害其他的加工步骤，如对结构的刻蚀。活性金属层在此可以在构成金属容器之前或之后涂覆到金属子层和/或另一个金属子层上，使得在所提供的金属容器中在内侧上构成有活性金属层。
尤其提出，将活性金属层结构化地涂覆和/或结构化。由此可以有针对性地引起，特定的区域不具有活性金属层，尤其是在制成的金属陶瓷基板中应当为以下区域的区域，在这些区域中不设有金属或局部地不期望连结。在这些区域中例如构成所谓的绝缘槽。通过有针对性地去除活性金属或避开活性金属，可以将结构化过程，尤其“二次刻蚀(secondetching)”，在生产工艺中简化或取消，因为不必耗费地将活性金属在金属层和陶瓷元件之间的连结区域中再次移除。在此可设想的是，例如在气相沉积的范围内借助于掩模确保，在陶瓷元件的上侧和/或金属容器的内侧处的特定区域保持不具有活性金属。替代地可设想的是，在连结工艺之前，例如通过刻蚀和/或通过激光再次移除所涂覆的活性金属层的一部分。因为在此状态下还未实现在陶瓷元件和活性金属之间的连结，在此时间点，移除是相对简单的。
适宜地提出，活性金属层在热等静压之前经受能量输入。例如可设想的是，借助于闪光对活性金属层添加能量，如在“闪光灯退火”的范围内所进行的那样。由此进一步改进金属容器经由活性金属层到陶瓷元件上的连结性能，或可以进一步降低在HIP工艺中的峰值温度，尤其在低熔点的金属中，例如在铝及其合金中。在此，能量输入优选在将活性金属层施加到绝缘元件或至少一个金属层上之后进行。
优选提出，气密的金属容器的构成在真空中或在限定的气氛中执行，其中尤其将金属容器的内部空间抽真空和/或用氮气注满。
还可设想的是，活性金属层的第一厚度与金属子层和/或另一个金属子层的第二厚度的比值具有小于0.003，优选小于0.0015，特别优选小于0.001的值，其中金属容器由所述金属子层和/或另一个金属子层形成或者金属容器是由所述金属子层和/或另一个金属子层形成的。此外优选提出，第一厚度与第二厚度的比值具有大于0.00015，优选大于0.0002，并且特别优选大于0.0003的值。例如，第一厚度与第二厚度的比值具有在0.00015和0.003之间，优选在0.0002和0.0015之间并且特别优选在0.0003和0.001之间的值。当前的值尤其适用于在300μm和1000μm之间的第二厚度。由此，与金属子层和/或另一个金属子层相比提供薄的活性金属层，所述活性金属层尤其在生产工艺之后或在将金属子层和/或另一个金属子层连结到陶瓷元件上之后可以相对简单地通过刻蚀过程再次移除。
尤其对于大于1mm的第二厚度提出，活性金属层的第一厚度与金属子层和/或另一个金属子层的第二厚度的比值具有小于0.0006，优选小于0.0004，特别优选小于0.0003的值，其中金属容器由所述金属子层和/或另一个金属子层形成或者金属容器是由所述金属子层和/或另一个金属子层形成的。此外优选提出，第一厚度与第二厚度的比值具有大于0.00005，优选大于0.00008，并且特别优选大于0.0001的值。例如，第一厚度与第二厚度的比值具有在0.00005和0.0006之间，优选在0.00008和0.0004之间并且特别优选在0.0001和0.0003之间的值。
优选提出，在热等静压时金属容器在加热和压力设备中承受在100bar和2000bar，优选150bar和1200bar并且特别优选300bar和1000bar之间的气压，和300℃至熔化温度，尤其至低于金属子层和/或另一个金属子层的熔化温度的温度的工艺温度。有利地已证实，可行的是，将金属容器的金属层，即金属子层和/或另一个金属子层连结到陶瓷元件上，而无需达到直接金属连结法，例如DCB或DAB法的需要的温度，和/或在活性焊接中所使用的焊料基本材料。此外，利用或使用相应的气压允许以下可能性：尽可能无缩孔地，即在金属层和陶瓷元件之间没有气体夹杂物的情况下生产金属陶瓷基板。尤其，使用以下工艺参数，所述工艺参数在DE 102013 113 734A1中提到并且通过参引结合于此。
此外优选提出，为了构成金属容器设有金属子层和另一个金属子层，其尺寸设计为，使得金属子层和另一个金属子层的各一个部段相对于陶瓷元件的最靠外的边缘突出，其中将突出的部段连接以构成金属容器，优选在突出的部段已借助拉力变形之后连接。已证实的是，能够以这种方式制成气密的金属容器，其中金属子层和另一个金属子层的突出的部段在连接之后构成连接的区域，该区域在平行于主延伸平面伸展的平面中环绕地或框架式地包围陶瓷元件。尤其在此提出，为了构成金属容器，将金属子层和另一个金属子层的自由的边缘部段在其直接连接之前通过加载拉力变形并且接着将金属层的自由的边缘部段在边缘侧通过焊接，尤其接触焊接或激光焊接或通过钎焊，还有硬焊彼此连接。替选地或补充地，可以借助于机械连接或加工法建立金属子层和另一个金属子层的边缘侧的直接连接，所述加工法例如是将自由的边缘部段辊压、压合和/或卷边。为了构成金属容器，本申请明确地参照申请DE 10 2013 113 734 A1的公开内容。
此外优选地提出，将活性金属层作为膜提供。例如可设想的是，活性金属层与形成金属容器的金属子层和/或另一个金属子层一起提供。例如，将二者，即金属子层和/或另一个金属子层和活性金属层一起提供并且优选借助于辊压来辊压至优选的厚度。替选地可设想的是，活性金属层单独地作为单个膜设置到陶瓷元件上或设置到陶瓷元件和金属容器之间。因此，膜的使用尤其证实为是有利的，因为可以提供活性金属层的尽可能均匀的且保持不变的厚度。此外，由此能实现相对薄的活性金属层。此外可设想的是，将活性金属层涂覆在至少一个金属层上。
优选提出，金属子层是容器的一部分或至少部分地形成容器。在此情况下，金属子层和/或另一个金属子层成为之后的金属陶瓷基板的一部分。优选地，在热等静压期间气密的容器，尤其玻璃容器以其内侧贴靠在金属子层和/或另一个金属子层上，以便均匀地将金属子层和/或另一个金属子层压紧到陶瓷元件上，其中容器对总体的压紧作用被传递。为此，在容器之外存在相应的压力，所述压力推动对总体的压紧作用。
本发明的另一主题是借助根据本发明的方法制造金属陶瓷基板。所有针对方法所描述的特性和优点能类似地转用于金属陶瓷基板并且反之亦然。
尤其，通过提出的方法提供金属陶瓷基板，其中由于目前存在的压力关系近似不再出现缩孔或缩孔的数量相对于借助AMB或DCB法制造的金属陶瓷基板减少。此外，构成在轮廓中恒定的金属层厚度，其跟随陶瓷表面的轮廓伸展。所述方法还允许弃用含银的焊料基本材料，这简化了二次刻蚀。因此，可以实现较窄的绝缘槽，例如其尺寸对应于绝缘槽的在借助于DCB法制造的基板中可实现的宽度。尤其，绝缘槽可以减小大约200μm，因为不将焊料残留物计算在内，所述焊料残留物通常在每侧伸入到绝缘槽中直至100μm。所述焊料残留物在此从刻蚀侧边的端部起朝向绝缘槽的方向被测量。焊料残留物在此以彼此相对置的金属部段的总和测量，所述金属部段沿平行于主延伸平面伸展的方向对绝缘槽限界。此外，可以减少在金属层和陶瓷元件之间的边界伸展处的形成边缘效应，因为在焊料材料中的银份额否则造成难以控制的刻蚀，这明显地在类似于边缘效应的伸展中沿平行于主延伸平面伸展的方向上表现出来。此外，这允许金属层的恒定厚度，其在整个金属陶瓷基板之上不改变，以相同方式对金属陶瓷基板的所有区域执行刻蚀法，而不必将在金属层中的厚度方面的改变一起考虑。恒定厚度通过如下方式出现，即在热等静压时使用的压力使金属子层或金属层均匀地匹配于陶瓷元件的轮廓伸展。因此，还有利地可行的是，通过在金属层中的均匀的材料分布设定在金属陶瓷基板之上观察均匀的或一致的刻蚀侧边几何形状。
尤其提出，至少一个金属层和绝缘元件沿着主延伸平面延伸并且沿着垂直于主延伸平面伸展的堆叠方向上下相叠地设置，其中在制成的承载基板中在至少一个金属层和绝缘元件之间构成有连结层，其中连结层的增附层具有大于5Ohm/sq，优选大于10Ohm/sq，并且特别优选大于20Ohm/sq的表面电阻。
相对于从现有技术中已知的承载基板根据本发明提出，连结层的增附层的表面电阻大于5Ohm/sq，优选大于10Ohm/sq，并且特别优选大于20Ohm/sq。求取的表面电阻在此与增附层中的活性金属的份额直接相关联，所述增附层对于将至少一个金属层连结到绝缘元件上是决定性的。在此，表面电阻随着连结层中的活性金属份额减少而增加。由此，相应高的表面电阻对应于增附层中的少量的活性金属份额。在此已证实的是，随着活性金属的份额增加，有助于形成脆的金属间相，这又对于金属层在绝缘层处的耐剥离强度是不利的。换言之：借助根据要求的表面电阻提供如下连结层，所述连结层的耐剥离强度由于减少地形成脆的金属间相而改善，即增大。由此，通过有针对性地设定根据要求的表面电阻能实现至少一个金属层到陶瓷元件上的特别强的连结。
在此，为了确定表面电阻提出，在制成的承载基板上首先将金属层和可选的焊料基本层例如通过刻蚀再次移除。借助于四点测量，随后在不具有至少一个金属层和焊料基本层的承载基板的上侧或下侧上测量表面电阻。尤其，将材料样品的表面电阻理解为其关于正方形表面区域的电阻。在此通常将表面电阻用单位Ohm/sq表示。表面电阻的物理单位是Ohm(欧姆)。
优选提出，连结层的沿堆叠方向测量的厚度，关于平行于主延伸平面伸展的一个预定的面或多个面之内的多个测量点进行平均，所取的值小于0.20mm，优选小于10μm，并且特别优选小于6μm。只要讨论多个面，尤其表示，将至少一个金属层划分为尽可能同样大的面并且在所述将至少一个金属层划分的面中的每个面中检测对于厚度的至少一个值，优选多个测量值。对这样在不同部位处求取的厚度地求算数平均值。
因此，相对于从现有技术中已知的承载基板，在至少一个金属层和绝缘元件之间构成有相对薄的连结层。在此提出，为了确定连结层的决定性的厚度，将测量出的厚度关于位于预定的或规定的面之内的多个测量点进行平均。由此有利地一起考虑，绝缘元件，尤其陶瓷元件通常经受波动，即将波度传递给绝缘元件。尤其，本领域技术人员将波度理解为，沿着平行于主延伸平面伸展的方向在数毫米或厘米范围观察，绝缘元件的整体平坦的伸展的改变。借此，这种波动与绝缘元件的通常附加地在绝缘元件处存在的表面粗糙度区分开。通过将绝缘元件的这种通常不可避免的波动考虑到厚度的确定中，连结层由于波动必要时会变化，尤其在绝缘元件的谷区域中会比在绝缘元件的峰区域中更大。
不管所述波动，平均的厚度值仍然明显比在现有技术中的承载基板中已知的厚度值更小。这尤其或例如通过以下方式实现，即所需的活性金属层设置在绝缘元件和至少一个金属层之间，所述活性金属层尤其单个地，即单独地设置，例如对于焊料基本材料附加地设置。优选地，活性金属借助于化学和/或物理气相沉积，例如借助于溅镀，涂覆在焊料基本材料和/或至少一个金属层和/或绝缘元件上，以便实现相对薄的活性金属层，所述相对薄的活性金属层又造成相对薄的连结层，尤其造成均匀的且薄的增附层。可设想的是，通过使用等离子体，在真空中和/或借助于蒸镀也可将活性金属层在焊料基本材料、绝缘元件和/或至少一个金属层上提供。也可考虑的是，活性金属层电镀地实现。特别优选地提出，将活性金属层作为膜提供。
构成相对薄的连结层尤其减少了必须投入的耗费，以便例如在“二次刻蚀”中，至少局部地，将连结层再次移除，以便将承载基板，尤其是其至少一个金属层和连结层结构化。优选地，用于将至少一个金属层的多个金属部段彼此电绝缘的所述结构化通过刻蚀和/或机械加工步骤和/或借助激光进行。此外证实为有利的是，通过使用小的层厚度，例如能够有利地减少在连结层中例如由于在焊料材料中的材料缺陷而引起的可能的缺陷的数量。将在连结层中的缺陷或在焊料材料中的材料缺陷例如理解为在焊料材料中的大的颗粒，例如活性金属颗粒，所述颗粒会造成在连结层中形成巨大的颗粒，和/或所述颗粒不完全熔化从而作为间隔保持件阻碍最小焊缝。通过涂覆，尤其借助于溅镀，能够以简单的方式防止，相对大的颗粒变成活性金属层和尤其随后的连结层的组成部分。最后有利的是，均匀地在制造的承载基板之上构成薄的连结层。
特别优选地，提出用于——与承载基板的尺寸无关地——确定和选择贡献于确定的测量区域的方法：
在第一步骤中，将承载基板的至少一个金属层划分为九个同样大的矩形，尤其正方形，即划分为多个面。在这样规定的测量区域中，分别产生两个或三个切面图，所述切面图用于在每个切面图中为至少一个金属层确定平均厚度。切面图优选地借助于REM法记录，例如放大2000倍或2500倍。接着，在第二步骤中，关于总共18个或27个在切面图中检测的平均厚度进行平均，所述厚度分布在所有九个矩形的测量区域范围。以这种方式有利地确保，该平均厚度为至少一个金属层和绝缘元件之间的连结层的代表值。换言之：在此段中所描述的方式提出平均厚度，其在至少一个金属层范围观察在均匀分布的测量区域中确定。在此所描述的用于选择贡献于确定对于厚度的平均值的测量区域的方法可类似地用于确定表面电阻。
优选提出，连结层和/或另外的连结层是包括活性金属的增附层。尤其提出，连结层仅由包括活性金属的增附层构成。在此，连结层中的增附层具有与陶瓷元件的组成部分，例如氮、氧或碳，和陶瓷的其他组成部分的化合物。以相应的方式，增附层例如包括氮化钛、氧化钛和/或碳化钛。在此情况下提出，连结层的沿堆叠方向测量的厚度，关于平行于主延伸平面伸展的面之内的多个测量点或多个面进行平均，所取的值小于0.003mm，优选小于0.001mm，并且特别优选小于0.0005，或甚至小于0.00035。尤其对于弃用焊料基本材料和/或银份额的这种连结层能以相应的方式构成依然较薄的连结层。
附图说明
其他优点和特性从下面参照附图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1a至1e示出根据本发明的示例性的第一实施方式的用于制造金属陶瓷基板的方法。
具体实施方式
在图1a至1e中示出根据本发明的示例性的第一实施方式的用于制造金属陶瓷基板1的方法。这种金属陶瓷基板1优选用作为用于电子器件或电器件的承载件或电路板，其可连结到金属陶瓷基板1的金属层20上。在此优选提出，金属层20是结构化的，以便构成相应的印制导线和/或端子面。基本上沿着主延伸平面HSE延伸的金属层20和陶瓷元件10在此沿着垂直于主延伸平面HSE伸展的堆叠方向S上下相叠地设置并且优选彼此接合或连接。优选地，金属陶瓷基板1除了金属层20外包括背侧金属化部20’，所述背侧金属化部沿堆叠方向S观察设置和连结在陶瓷元件10的与金属层20相对置的侧上。背侧金属化部20’和/或例如附加的冷却元件尤其用于抵抗金属陶瓷基板1压弯和/或用于将通过在金属陶瓷基板1上的电器件或电子器件引起的热量输入引出。
在图1a至1e中所描述的方法尤其用于将金属层20和/或背侧金属化部20’连结到陶瓷元件10上。为此，首先提供陶瓷元件10(参见图1a)。在图1b和1c中形成总体30，其中总体30除了陶瓷元件10外包括活性金属层15和金属容器25。在示出的实施例中，首先将活性金属层15，优选在两侧，设置在陶瓷元件10上。这例如可以借助于物理和/或化学气相沉积过程和/或电化学地进行。替选地，活性金属层15也可以在金属容器25的内侧上构成。金属容器25的内侧在此在总体30中朝向陶瓷元件10。
在图1c中示出的总体30中，金属容器25完全地环绕陶瓷元件10和活性金属层15。在此，环绕涉及活性金属层15的设置在金属容器25之内的部分(活性金属层15例如可以延伸超过陶瓷元件10的边缘并且设置在金属子层的要接合的端部之间)。在此，沿堆叠方向S观察，活性金属层15设置在金属容器25的内侧和陶瓷元件10之间。尤其，金属容器25是气密的金属容器25，所述金属容器尤其面状地，尤其整面地以其内侧贴靠在活性金属层15和/或陶瓷元件10上。
例如，这种金属容器25能借助于金属子层和另一个金属子层制造，其方式为：在金属子层和另一个金属子层之间设置部分总体，所述部分总体由陶瓷元件10和优选在两侧设置在陶瓷元件10上的活性金属层15构成。在此，金属子层和另一个金属子层优选尺寸确定为，使得其朝主延伸平面HSE的方向相对于陶瓷元件10和/或活性金属层15的最靠外的边缘突出。替选地也可设想的是，金属容器25通过将金属子层和/或另一个金属子层例如通过硬焊连结到陶瓷元件10上进行。在此情况下，金属子层和/或另一个金属子层不相对于陶瓷元件10突出。金属子层和另一个金属子层的分别突出的部段于是随后可以优选沿着由陶瓷元件10和活性金属层15构成的部分总体的环周彼此连接，使得构成气密的金属容器25。优选地，在真空下构成金属容器25。也可设想的是，由金属子层形成袋，在所述袋中设置陶瓷元件10和活性金属层15。接着，将袋气密地封闭。
此外优选提出，活性金属层15沿平行于堆叠方向S伸展的方向具有第一厚度D1并且形成金属容器25的金属子层和/或另一个金属子层具有沿同一方向测量的第二厚度D2，尤其在部分总体的上侧和/或下侧的区域中。在此提出，第一厚度D1与第二厚度D2的比值小于0.0006，优选小于0.0004，特别优选小于0.0003。换言之：活性金属层15与用于构成金属容器25的金属子层和/或另一个金属子层的第二厚度相比是相对薄的。
还提出，将总体30输送至加热和压力设备40(图1d)，所述总体包括金属容器25、陶瓷元件10和沿堆叠方向S观察在金属容器25和陶瓷元件10之间设置的活性金属层15。在加热和压力设备40中将金属容器至少部段地连结到陶瓷元件10上借助于热等静压进行，在所述热等静压中，总体30承受在100bar和2000bar，优选150bar和1200bar并且特别优选300bar和1000bar之间的气压和在300℃直至低于金属子层的熔化温度的温度或直至熔化温度之间的工艺温度。尤其在热等静压中提出，进行烧结，即进行加热，而不构成熔融物，经由所述熔融物在DCB法的范围内典型地进行金属层到陶瓷元件上的连结。借此可行的是，实现在金属容器25的金属子层和陶瓷元件10之间的连结，而不必施加DCB法的更需要的温度。同时，在等热静压中的气压降低缩孔，即金属子层和/或另一个金属子层和陶瓷元件10之间的气体夹杂物的数量或频率。由此可实现在陶瓷元件10和金属层20之间的改进的连结和质量更高的连接。
在此已证实，使用活性金属层15有利地作用于连结工艺和金属容器25的金属子层和/或另一个金属子层到陶瓷元件10上的连结。尤其，利用活性金属层15的热等静压与焊接工艺的区别在于，在焊料工艺中除了活性金属外典型地需要焊料基本材料，以便确保在金属层20和陶瓷元件10之间的连结。在金属容器25的金属层20或金属子层和/或另一个金属子层连结到陶瓷元件10上之后紧接着提出，总体30不具有气密的金属容器25的部分或部段，尤其其方式为：将金属子层和/或另一个金属子层的形成金属容器25的部分再次移除。
优选地，同时进行金属子层和/或另一个金属子层或金属层20的结构化，其在热等静压的范围内已连结到陶瓷元件10上。尤其移除以下部段，所述部段为了构成金属容器25相对于陶瓷元件10和/或活性金属层15沿主延伸平面HSE的方向突出并且彼此连接以构成气密的金属容器25(参见图1c)。换言之：优选将金属容器25的包围陶瓷元件10且框架式的部段移除。
此外提出，制成的金属基板1的金属子层和/或另一个金属子层或金属层20，即金属化部是结构化的或被结构化为，使得陶瓷元件10相对于金属层20的最靠外的边缘在平行于主延伸平面HSE伸展的方向的方向上突出。以这种方式产生所谓的缩回部，所述缩回部贡献于在金属层20和背侧金属化部20’之间的电绝缘并且防止飞弧。
附图标记列表：
1 金属陶瓷基板
10 陶瓷元件
15 活性金属层
20 金属层
20’ 背侧金属化部
25 金属容器
30 总体
40 加热和压力设备
S 堆叠方向
D1 第一厚度
D2 第二厚度
HSE 主延伸平面

Claims (12)

1.一种用于制造金属陶瓷基板(1)的方法，包括：
-提供陶瓷元件(10)和金属子层，
-提供气密的容器(25)，其环绕所述陶瓷元件(10)，其中所述容器(25)优选由所述金属子层形成或包括所述金属子层，
-通过借助于热等静压将所述金属子层连结到所述陶瓷元件(10)上构成所述金属陶瓷基板(1)，
其中为了构成所述金属陶瓷基板(1)，在所述金属子层和所述陶瓷元件(10)之间至少部段地设置活性金属层(15)或包括活性金属的接触层，以辅助所述金属子层连结到所述陶瓷元件(10)上。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中将所述活性金属层(15)通过气相沉积和/或电化学地或化学地涂覆到所述陶瓷元件(10)和/或所述金属子层的一侧、尤其所述容器(25)的内侧上。
3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其中将所述活性金属层(15)结构化地涂覆和/或结构化。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其中所述活性金属层(15)在热等静压之前经受能量输入。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其中在真空中或在限定的气氛中构成气密的所述容器(25)，其中尤其将所述容器(25)的内部空间抽真空和/或用氮气注满。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其中所述活性金属层(15)的第一厚度(D1)与形成所述容器(25)的一个金属子层和/或另一个金属子层的第二厚度(D2)的比值小于0.003，优选小于0.0015，特别优选小于0.001。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其中在热等静压时，所述容器(25)在加热和压力设备(40)中承受在100bar和2000bar，优选150bar和1200bar并且特别优选300bar和1000bar之间的气压，以及在300℃与直至熔化温度的温度、尤其直至低于所述金属子层的熔化温度的温度之间的工艺温度。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其中为了构成金属容器(25)设有金属子层和另一个金属子层，所述金属子层和另一个金属子层的尺寸确定为，使得所述金属子层和所述另一个金属子层的部段分别相对于所述陶瓷元件(10)的最靠外的边缘突出，其中将突出的部段连接以构成所述金属容器(25)，优选在突出的部段已借助拉力变形之后连接。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其中所述金属子层作为单独构件设置在所述容器(25)中。
10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其中在所述接触层中的活性金属的份额大于15重量％，优选大于25重量％，并且特别优选大于50重量％。
11.根据上述权利要求中任一项所述的方法，
其中为了构成所述金属陶瓷基板(1)，在所述金属子层和所述陶瓷元件(10)之间至少部段地设置活性金属层(15)和包括活性金属的接触层，以辅助所述金属子层连结到所述陶瓷元件(10)上。
12.一种金属陶瓷基板(1)，所述金属陶瓷基板借助根据上述权利要求中任一项所述的方法制造。
CN202180032878.1A 2020-04-29 2021-03-24 制造金属陶瓷基板的方法和用该方法制造的金属陶瓷基板 Active CN115515916B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020111698.5 2020-04-29
DE102020111698.5A DE102020111698A1 (de) 2020-04-29 2020-04-29 Verfahren zur Herstellung eines Metall-Keramik-Substrats und ein Metall-Keramik-Substrat hergestellt mit einem solchen Verfahren
PCT/EP2021/052470 WO2021219260A1 (de) 2020-04-29 2021-03-24 Verfahren zur herstellung eines metall-keramik-substrats und ein metall-keramik-substrat hergestellt mit einem solchen verfahren

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115515916A true CN115515916A (zh) 2022-12-23
CN115515916B CN115515916B (zh) 2024-05-31

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6471592A (en) * 1987-09-11 1989-03-16 Nikon Corp Ceramics-metal joining material
JP2000117427A (ja) * 1998-10-09 2000-04-25 Dai Ichi High Frequency Co Ltd スパッタリング用ターゲット板の接合方法
TW397808B (en) * 1995-02-09 2000-07-11 Ngk Insulatdrs Ltd Joined ceramic structures and a process for the production thereof
DE102013113736A1 (de) * 2013-12-10 2015-06-11 Rogers Germany Gmbh Verfahren zum Herstellen eines Metall-Keramik-Substrates sowie Metall-Keramik-Substrat
CN105900222A (zh) * 2013-12-10 2016-08-24 罗杰斯德国有限公司 制备金属陶瓷基材的方法
CN110891733A (zh) * 2017-07-04 2020-03-17 罗杰斯德国有限公司 用于活性焊接的焊接材料和用于活性焊接的方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6471592A (en) * 1987-09-11 1989-03-16 Nikon Corp Ceramics-metal joining material
TW397808B (en) * 1995-02-09 2000-07-11 Ngk Insulatdrs Ltd Joined ceramic structures and a process for the production thereof
JP2000117427A (ja) * 1998-10-09 2000-04-25 Dai Ichi High Frequency Co Ltd スパッタリング用ターゲット板の接合方法
DE102013113736A1 (de) * 2013-12-10 2015-06-11 Rogers Germany Gmbh Verfahren zum Herstellen eines Metall-Keramik-Substrates sowie Metall-Keramik-Substrat
CN105900222A (zh) * 2013-12-10 2016-08-24 罗杰斯德国有限公司 制备金属陶瓷基材的方法
CN110891733A (zh) * 2017-07-04 2020-03-17 罗杰斯德国有限公司 用于活性焊接的焊接材料和用于活性焊接的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KATSUAKSIU GANUMA等: "Effect of Interlayers in Ceramic-Metal Joints with Thermal Expansion Mismatches", vol. 67, no. 12, pages 256 *

Also Published As

Publication number Publication date
EP4114809B1 (de) 2024-02-07
EP4114809A1 (de) 2023-01-11
WO2021219260A1 (de) 2021-11-04
KR20220158277A (ko) 2022-11-30
DE102020111698A1 (de) 2021-11-04
JP2023523085A (ja) 2023-06-01
US20230164913A1 (en) 2023-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6676528B2 (ja) 金属セラミック基板を製造する方法
KR20090032037A (ko) 고융점 금속 합금, 고융점 금속 규화물, 고융점 금속 탄화물, 고융점 금속 질화물 혹은 고융점 금속 붕소화물의 난소결체로 이루어지는 타겟 및 그 제조 방법 그리고 동스퍼터링 타겟-백킹 플레이트 조립체 및 그 제조 방법
EP4019483A1 (en) Copper/ceramic assembly, insulated circuit board, method for producing copper/ceramic assembly, and method for producing insulated circuit board
JP7461506B2 (ja) キャリア基板およびキャリア基板の製造方法
WO2020044590A1 (ja) 銅／セラミックス接合体、絶縁回路基板、及び、銅／セラミックス接合体の製造方法、及び、絶縁回路基板の製造方法
JP4360847B2 (ja) セラミック回路基板、放熱モジュール、および半導体装置
CN115515916B (zh) 制造金属陶瓷基板的方法和用该方法制造的金属陶瓷基板
CN115515916A (zh) 制造金属陶瓷基板的方法和用该方法制造的金属陶瓷基板
US20230031736A1 (en) Solder material, method for producing a solder material of this type and use of a solder material of this type in order to connect a metal layer to a ceramic layer
CN115884953A (zh) 制造金属陶瓷基板的方法和借助这种方法制造的金属陶瓷基板
US11945054B2 (en) Method for producing a metal-ceramic substrate, solder system, and metal-ceramic substrate produced using such a method
CN111201598B (zh) 多个适配器元件的复合件和用于制造复合件的方法
JP7400109B2 (ja) 金属－セラミック基板を生産する方法及びそのような方法によって生産された金属－セラミック基板
JP7398565B2 (ja) 金属－セラミック基板を生産する方法及びそのような方法によって生産された金属－セラミック基板
EP4378914A1 (en) Copper/ceramic bonded body and insulated circuit board
WO2023190253A1 (ja) 回路基板及びその製造方法、並びにパワーモジュール
JPH02208033A (ja) 回路基板用セラミックス板
EP4378913A1 (en) Copper/ceramic bonded body and insulated circuit board
CN117043934A (zh) 制造金属陶瓷基板的方法和借助这种方法制造的金属陶瓷基板
KR20230029955A (ko) 온도 센서 및 이러한 종류의 온도 센서를 제조하기 위한 방법
JPH02208032A (ja) 回路基板用金属板
JP2001062586A (ja) Ａｌ回路板用ろう材とそれを用いたセラミックス回路基板
JP2003039593A (ja) セラミック積層材の製造方法
JP2003039598A (ja) セラミック積層材およびセラミック積層材を用いた部品

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
GR01 Patent grant