DE102010025311A1 - Formation of metallic layer on ceramic substrate or ceramic layer, involves melting interfacial layer formed from eutectic mixture formed using oxide of metallic material and alumina, on ceramic substrate or ceramic layer - Google Patents

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Abstract

A metallic film or metallic layer is formed by melting an interfacial layer formed from eutectic mixture, on ceramic substrate or ceramic layer. The eutectic mixture is formed using oxide of metallic material and alumina as ceramic filler. An independent claim is included for composite.

Description

Technisches AnwendungsgebietTechnical application

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer metallischen Schicht auf ein Substrat oder eine Schicht aus einem keramischen Material, bei dem eine Folie oder Platte, die aus einem metallischen Material besteht, durch Aufschmelzen einer Zwischenschicht aus einem eutektischen Gemisch mit dem Substrat oder Schicht aus dem keramischen Material verbunden wird.The present invention relates to a method for applying a metallic layer to a substrate or a layer of a ceramic material, wherein a foil or plate consisting of a metallic material, by melting an intermediate layer of a eutectic mixture with the substrate or layer of the ceramic material is connected.

Keramische Substrate mit Metallisierung werden bspw. als Schaltungsträger leistungselektronischer Module eingesetzt, in denen sie die thermische und mechanische Anbindung sowie die elektrische Isolation gewährleisten. Die Lebensdauer der mit der Metallisierung versehenen Substrate wird durch die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Substrat und Metallisierung begrenzt. Diese induzieren bei thermischen Zyklen mechanische Spannungen im Substrat und führen dadurch zu Ermüdungsbrüchen.Ceramic substrates with metallization are used, for example, as a circuit carrier power electronic modules in which they ensure the thermal and mechanical connection and the electrical insulation. The lifetime of the substrates provided with the metallization is limited by the different thermal expansion coefficients of substrate and metallization. These induce mechanical stresses in the substrate during thermal cycles and thus lead to fatigue fractures.

Stand der TechnikState of the art

Das Aufbringen einer Metallisierung auf ein Keramiksubstrat kann mit einer Technik erfolgen, wie sie beispielsweise in der DE 23 19 854 A beschrieben ist. Hierbei wird ein Metallteil, bspw. eine Kupferplatte oder Kupferfolie, an den Oberflächenseiten mit einem Überzug aus einer chemischen Verbindung aus dem Metall und einem reaktiven Gas, insbesondere Sauerstoff, versehen. Dieser Überzug bildet mit einer dünnen Schicht des angrenzenden Metalls ein Eutektikum mit einer Schmelztemperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Metalls. Das Metallteil wird dann auf das Keramiksubstrat aufgelegt und zusammen mit der Keramik auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Eutektikums und unterhalb der Schmelztemperatur des Metalls erhitzt. Dadurch wird im Wesentlichen nur die eutektische Zwischenschicht aufgeschmolzen. Nach dem Abkühlen sind dann das Metallteil und das Keramiksubstrat miteinander verbunden. Bei Verwendung von Kupfer oder einer Kupferlegierung als Metall wird dieses Verfahren auch als DCB-Bonden oder DCB-Verfahren (DCB: Direct Copper Bonding) bezeichnet, lässt sich jedoch auch mit anderen Metallen (z. B. Aluminium) durchführen. Das DCB-Verfahren umfasst beispielsweise folgende Verfahrensschritte:

  • – Oxidieren einer Kupferfolie derart, dass sich eine gleichmäßige Kupferoxidschicht bildet;
  • – Auflegen der Kupferfolie auf die Keramikschicht;
  • – Erhitzen des Verbundes auf eine Prozesstemperatur zwischen etwa 1025 und 1083°C, z. B. auf ca. 1071°C; und
  • – Abkühlen auf Raumtemperatur.
The application of a metallization on a ceramic substrate can be done with a technique such as in the DE 23 19 854 A is described. Here, a metal part, for example. A copper plate or copper foil, on the surface sides with a coating of a chemical compound of the metal and a reactive gas, in particular oxygen, provided. This coating forms a eutectic with a thin layer of the adjacent metal having a melting temperature below the melting temperature of the metal. The metal part is then placed on the ceramic substrate and heated together with the ceramic to a temperature above the melting point of the eutectic and below the melting temperature of the metal. As a result, essentially only the eutectic intermediate layer is melted. After cooling, the metal part and the ceramic substrate are then joined together. When copper or a copper alloy is used as metal, this process is also referred to as DCB bonding or DCB (Direct Copper Bonding) process, but it can also be performed with other metals (eg, aluminum). The DCB method comprises, for example, the following method steps:
  • - Oxidizing a copper foil such that forms a uniform copper oxide layer;
  • - placing the copper foil on the ceramic layer;
  • - Heating the composite to a process temperature between about 1025 and 1083 ° C, z. B. to about 1071 ° C; and
  • - Cool to room temperature.

Der damit erhaltene Materialverbund, d. h. das Metall-Keramik-Substrat, lässt sich dann in der gewünschten Weise weiter verarbeiten.The resulting composite material, d. H. the metal-ceramic substrate can then be further processed in the desired manner.

Die Voraussetzung für die Bildung der bei dem Verfahren erforderlichen Zwischenschicht aus einem eutektischen Gemisch wird in der DE 23 19 854 A durch eine thermische Oxidation des Metallteils geschaffen. Eine weitere Technik zur Bildung der Zwischenschicht zwischen einer Kupferfolie und einem Keramiksubstrat ist in Y. Yoshino et al., „Interface Structure and Bond Strength of Copper-Bonded Alumina Substrates”, Journal of the American Ceramic Society, Vol. 74, No. 9, 1991, Seiten 2184–2188 , beschrieben. Bei dieser Technik wird als Festkörperquelle für die Bildung der Zwischenschicht zunächst eine CuO-Paste auf das Keramiksubstrat aufgebracht. Anschließend wird die Kupferfolie aufgelegt und durch Aufschmelzen der Zwischenschicht mit dem Keramiksubstrat verbunden.The prerequisite for the formation of the required in the process intermediate layer of a eutectic mixture is in the DE 23 19 854 A created by a thermal oxidation of the metal part. Another technique for forming the intermediate layer between a copper foil and a ceramic substrate is shown in FIG Y. Yoshino et al., "Interface Structure and Bond Strength of Copper-Bonded Alumina Substrate", Journal of the American Ceramic Society, Vol. 9, 1991, pages 2184-2188 , described. In this technique, as a solid source for the formation of the intermediate layer, a CuO paste is first applied to the ceramic substrate. Subsequently, the copper foil is placed and connected by melting the intermediate layer with the ceramic substrate.

Durch die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Metallisierung bzw. Metallschicht und Substrat treten bei thermischen Zyklen aufgrund der thermischen Spannungen Ermüdungsbrüche in dem Substrat auf. Zur Verminderung der Spannungen ist es bspw. aus der DE 43 18 241 A1 bekannt, Strukturen in den Randbereich der Metallschicht einzubringen, durch die das Auftreten von Rissen verzögert wird.Due to the different coefficients of thermal expansion of metallization or metal layer and substrate, fatigue fractures occur in the substrate during thermal cycles due to the thermal stresses. To reduce the voltages it is, for example, from the DE 43 18 241 A1 It is known to introduce structures into the edge region of the metal layer, by which the occurrence of cracks is delayed.

Eine weitere Möglichkeit besteht in der Verwendung besonders rissfester bzw. beständiger keramischer Materialien wie bspw. Si3N4 oder Zirkon dotiertes Aluminiumoxid. Eine weitere bekannte Technik zur Erhöhung der Zuverlässigkeit des Metall-Keramik-Verbundes besteht im Einsatz von plastisch fließenden Metallisierungen, wie bspw. Aluminium, in der möglichen Risszone.Another possibility is the use of particularly crack resistant or resistant ceramic materials such as Si 3 N 4 or zirconium doped alumina. Another known technique for increasing the reliability of the metal-ceramic composite is the use of plastically flowing metallizations, such as aluminum, in the possible cracking zone.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Aufbringen einer metallischen Schicht auf ein Substrat oder eine Schicht aus einem keramischen Material anzugeben, das eine höhere Zuverlässigkeit bzw. Lebensdauer des damit erhalten Materialverbundes gegenüber thermischen Beanspruchungen aufweist.The object of the present invention is to specify a method for applying a metallic layer to a substrate or a layer of a ceramic material, which has a higher reliability or service life of the composite material thus obtained with respect to thermal stresses.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Die Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie dem Ausführungsbeispiel entnehmen.The object is achieved by the method according to claim 1. Advantageous embodiments of the method are the subject of the dependent claims or can be found in the following description and the embodiment.

Das vorgeschlagene Verfahren nutzt die bekannte Bonding-Technik, bei der eine Folie oder Platte, die aus einem metallischen Material besteht, durch Aufschmelzen einer Zwischenschicht aus einem eutektischen Gemisch mit dem Substrat oder der Schicht aus dem keramischen Material verbunden wird. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass zur Bildung der Zwischenschicht ein Gemisch aus wenigstens dem metallischen Material, einem Oxid des metallischen Materials sowie Al2O3 als keramischer Füllstoff zwischen die Folie oder Platte und das Substrat oder die Schicht aus dem keramischen Material gebracht wird.The proposed method uses the known bonding technique in which a foil or plate made of a metallic material is melted by melting an intermediate layer of a eutectic mixture with the substrate or the layer of the ceramic material. The method is characterized in that a mixture of at least the metallic material, an oxide of the metallic material and Al 2 O 3 as a ceramic filler between the film or plate and the substrate or the layer of the ceramic material is brought to form the intermediate layer ,

Durch die Zusammensetzung dieses Gemisches, das eine Festkörperquelle für die Ausbildung der Zwischenschicht aus dem eutektischen Gemisch bildet, wird eine im thermischen Ausdehnungskoeffizienten an die benachbarten Schichten, d. h. die metallische und die keramische Schicht, angepasste Zwischenschicht erreicht. Dies führt zu geringeren Spannungsbeanspruchungen bei thermischen Belastungen des Materialverbundes und somit zu einer gesteigerten Zuverlässigkeit bei thermischen Zyklen. Dies gilt insbesondere für die Anwendung des Verfahrens zur Herstellung von Metall-Keramik-Substraten bzw. Keramik-Substraten mit Metallisierungen, die als Leiterplatten oder Träger für elektrische und elektronische Schaltkreise oder Module, speziell für Schaltkreise oder Module mit hoher Leistung, eingesetzt werden. Die Metallisierung kann dabei strukturiert werden, um Leiterbahnen oder Anschlüsse für die elektrischen oder elektronischen Schaltkreise zu bilden. Die Metallisierung kann auch, bspw. als Rückseitenmetallisierung des Substrates, der Abführung der Wärme, dienen.By virtue of the composition of this mixture, which forms a solid source for the formation of the intermediate layer of the eutectic mixture, a coefficient of thermal expansion is applied to the adjacent layers, i. H. the metallic and the ceramic layer, adapted intermediate layer achieved. This leads to lower stress loads under thermal loads of the composite material and thus to increased reliability in thermal cycles. This applies in particular to the use of the method for the production of metal-ceramic substrates or ceramic substrates with metallizations, which are used as printed circuit boards or supports for electrical and electronic circuits or modules, especially for circuits or modules with high performance. The metallization can be structured to form tracks or connections for the electrical or electronic circuits. The metallization may also serve, for example as a back-side metallization of the substrate, the dissipation of the heat.

Das Gemisch wird vorzugsweise durch Vermischung des metallischen Materials, des Oxids des metallischen Materials sowie des keramischen Füllstoffes, jeweils in Pulverform, erhalten. Über den Anteil des keramischen Füllstoffes lässt sich der thermische Ausdehnungskoeffizient in der gewünschten Weise anpassen, d. h. möglichst nahe an den Mittelwert der thermischen Ausdehnungskoeffizienten der metallischen Folie oder Platte sowie des Substrats oder der Schicht aus dem keramischen Material bringen. In einer weiteren Ausgestaltung werden dem Gemisch zusätzlich ein oder mehrere weitere keramische Materialien, vorzugsweise als Keramikpulver, beigemischt, um den resultierenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten in der gewünschten Weise einzustellen. Hierbei kann das Al2O3 bspw. auch als Beschichtung eines anderen Keramikpulvers vorliegen. Das Gemisch kann in Pulverform, vorzugsweise jedoch als Paste, auf die Folie oder Platte und/oder auf das Substrat oder die Schicht aufgebracht werden. Hierzu können herkömmliche Aufbringungsverfahren wie Siebdruck o. ä. oder auch Sprühtechnologien eingesetzt werden.The mixture is preferably obtained by mixing the metallic material, the oxide of the metallic material and the ceramic filler, each in powder form. By means of the proportion of the ceramic filler, the coefficient of thermal expansion can be adjusted in the desired manner, ie as close as possible to the mean value of the thermal expansion coefficients of the metallic foil or plate and of the substrate or layer of the ceramic material. In a further embodiment, one or more further ceramic materials, preferably as ceramic powder, are added to the mixture in order to adjust the resulting coefficient of thermal expansion in the desired manner. In this case, the Al 2 O 3 may, for example, also be present as a coating of another ceramic powder. The mixture can be applied in powder form, but preferably as a paste, to the film or plate and / or to the substrate or layer. For this purpose, conventional application methods such as screen printing o. Ä. Or spray technology can be used.

Der mit dem Verfahren erhaltene Materialverbund weist entsprechend eine Zwischenschicht aus einem eutektischen Gemisch zwischen der metallischen Schicht und der keramischen Schicht auf, die durch Aufschmelzen aus dem aufgebrachten Gemisch und einer Randschicht der metallischen Platte oder Folie gebildet wird. Die Schicht aus dem metallischen Material kann anschließend in geeigneter Weise, bspw. mittels Photolithographie in Verbindung mit einer Ätztechnik, strukturiert werden, um bspw. Leiterbahnen zu bilden. Mit einer derartigen Struktur kann auch bereits das Gemisch, bspw. mittels Siebdruck, auf das keramische Substrat oder die keramische Schicht aufgebracht werden, um anschließend die Zeit zur Strukturierung der metallischen Schicht bis auf das keramische Material zu verkürzen. Dies erfordert weniger Prozessschritte und spart damit Kosten.The composite material obtained by the method has accordingly an intermediate layer of a eutectic mixture between the metallic layer and the ceramic layer, which is formed by melting from the applied mixture and an edge layer of the metallic plate or foil. The layer of the metallic material can then be patterned in a suitable manner, for example by means of photolithography in conjunction with an etching technique, in order to form conductor tracks, for example. With such a structure, the mixture, for example by screen printing, can already be applied to the ceramic substrate or the ceramic layer in order subsequently to shorten the time for structuring the metallic layer down to the ceramic material. This requires fewer process steps and thus saves costs.

Selbstverständlich lassen sich beim vorgeschlagenen Verfahren metallische Schichten auch beidseitig auf das Substrat aufbringen, so dass bspw. eine vordere Seite für die elektrische Kontaktierung und Verbindung elektrischer oder elektronischer Schaltkreise und die Rückseite für eine verbesserte Wärmeabfuhr eingesetzt werden können.Of course, metallic layers can also be applied on both sides of the substrate in the proposed method, so that, for example, a front side for the electrical contacting and connection of electrical or electronic circuits and the back can be used for improved heat dissipation.

Durch den angepassten thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Zwischenschicht, die als Mittler zwischen Keramik und Metallisierung dient, wird die Beständigkeit gegenüber thermischen Zyklen erheblich erhöht. Dies ermöglicht bei gleichem Dickenverhältnis der metallischen Schicht und der keramischen Schicht zuverlässigere Substrate als beim bisher bekannten DCB-Prozess. Alternativ kann damit unter Beibehaltung der Zuverlässigkeit gegenüber thermischen Zyklen auch die Metallisierungsdicke und damit Wärmespreizung und Stromtragfähigkeit als Leistungsparameter des Substrats weiter erhöht werden.Due to the adapted thermal expansion coefficient of the intermediate layer, which serves as an intermediary between ceramic and metallization, the resistance to thermal cycling is significantly increased. This allows for the same thickness ratio of the metallic layer and the ceramic layer more reliable substrates than in the previously known DCB process. Alternatively, while maintaining the reliability with respect to thermal cycles, the metallization thickness and thus heat spread and current carrying capacity can be further increased as a performance parameter of the substrate.

Durch den Einsatz von Mischungen des Metalls, Metalloxids sowie von keramischen Beimischungen kann gegenüber reinem Metalloxid als Sauerstoffträger die Fließeigenschaft und die Dicke der Zwischenschicht gesteuert werden. Dadurch werden dickere Zwischenschichten und eine gegenüber anderen aufgeführten Oxidationsverfahren größere in den Bondprozess eingebrachte lokal verfügbare Sauerstoffmenge erreicht. Dies ermöglicht das Aufbringen dickerer Metallschichten, bspw. dickerer Kupferschichten im DCB-Prozess.By using mixtures of the metal, metal oxide and ceramic admixtures, the flow properties and the thickness of the intermediate layer can be controlled compared to pure metal oxide as an oxygen carrier. As a result, thicker interlayers and a larger amount of locally available oxygen introduced into the bonding process compared to other oxidation methods are achieved. This allows the application of thicker metal layers, for example thicker copper layers in the DCB process.

Gegenüber den bekannten thermischen und chemischen Oxidationsprozessen, welche die Metallisierung allseitig mit einer Oxidschicht versehen, hat die lokale Bereitstellung von Sauerstoff in Form eines Pulvers oder einer Paste den Vorteil, dass die in einem Leistungsmodul später als Löt- und Drahtbondflächen vorgesehenen Metallisierungsflächen nicht prozessiert und somit nicht in ihren Oberflächeneigenschaften beeinflusst werden. Dies minimiert den Aufwand für dem Bondprozess nachgelagerte Reinigungs- und Konditionierungsprozesse der Substratoberfläche, wie bspw. Schleifen oder Bürsten.Compared to the known thermal and chemical oxidation processes, which provide the metallization on all sides with an oxide layer, the local provision of oxygen in the form of a powder or a paste has the advantage that the metallization surfaces later provided as solder and wire bonding surfaces in a power module do not process, and thus not be influenced in their surface properties. This minimizes the Effort for the bonding process downstream cleaning and conditioning processes of the substrate surface, such as, for example, grinding or brushing.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Das vorgeschlagene Verfahren wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen:The proposed method will be explained in more detail using exemplary embodiments in conjunction with the drawings. Hereby show:

1 ein erstes Beispiel für eine Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens; und 1 a first example of an implementation of the proposed method; and

2 ein zweites Beispiel für eine Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens. 2 a second example of an implementation of the proposed method.

Wege zur Ausführung der ErfindungWays to carry out the invention

Im Folgenden werden zwei Beispiele zur Aufbringung einer Kupfermetallisierung auf ein keramisches Substrat aus Aluminiumnitrid (AlN) oder Aluminiumoxid (Al2O3) beschrieben. Hierbei wird der bekannte DCB-Prozess eingesetzt. Selbstverständlich lässt sich das vorgeschlagene Verfahren jedoch auch mit anderen Metallen oder metallischen Legierungen und anderen Keramiken einsetzen. Voraussetzung ist hierbei, dass das aufgebrachte Gemisch beim Aufschmelzen die Bildung eines eutektischen Gemisches ermöglicht, das einen niedrigeren Schmelzpunkt als das Metall oder die Metalllegierung aufweist. Weiterhin kann anstelle des keramischen Substrats ein Substrat aus einem anderen Material mit einer keramischen Oberflächenschicht genutzt werden.Two examples of depositing a copper metallization onto an aluminum nitride (AlN) or alumina (Al 2 O 3 ) ceramic substrate are described below. Here, the known DCB process is used. Of course, however, the proposed method can also be used with other metals or metallic alloys and other ceramics. Prerequisite here is that the applied mixture allows the melting of a formation of a eutectic mixture having a lower melting point than the metal or the metal alloy. Furthermore, instead of the ceramic substrate, a substrate made of another material with a ceramic surface layer can be used.

Im vorliegenden Beispiel wird zunächst ein Gemisch 2 aus Kupferoxid, Kupfer sowie dem Keramikpulver durch Vermischung hergestellt. Bei dem Kupferoxid kann es sich um CuO oder Cu2O handeln. Das zugemischte Keramikpulver ist ein Al2O3-Pulver – hier bei einem Keramiksubstrat aus diesem Material. Beispielhafte Zusammensetzungen des Gemisches liegen im Bereich von bis zu 20 Gew.% des Metalls, 10–100 Gew.% des Metalloxids und bis zu 90 Gew.% des Keramikpulvers. Alternativ kann das zugemischte Keramikpulver auch bspw. ein mit Al2O3-Überzug versehenes anderes Keramikpulver, bspw. AlN oder Si3N4 sein. Diese Beimischung eines zusätzlichen keramischen Materials dient dazu, den resultierenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten einzustellen. Je nach gewähltem Verfahren kann zur Erhöhung der Verarbeitbarkeit auch ein leicht flüchtiges Bindemittel zugemischt werden.In the present example, first a mixture 2 made of copper oxide, copper and the ceramic powder by mixing. The copper oxide may be CuO or Cu 2 O. The mixed ceramic powder is an Al 2 O 3 powder - here in a ceramic substrate made of this material. Exemplary compositions of the mixture are in the range of up to 20% by weight of the metal, 10-100% by weight of the metal oxide, and up to 90% by weight of the ceramic powder. Alternatively, the admixed ceramic powder can also be, for example, another ceramic powder provided with Al 2 O 3 coating, for example AlN or Si 3 N 4 . This admixture of an additional ceramic material serves to adjust the resulting coefficient of thermal expansion. Depending on the method chosen, a readily volatile binder can also be mixed in order to increase the processability.

Durch dieses Gemisch 2 wird die für den DCB-Bondprozess benötigte Sauerstoffmenge lokal zwischen der metallischen Schicht und der keramischen Schicht bereitgestellt. Das Gemisch 2 wird hierzu in einem Schritt auf das keramische Substrat 1 aufgebracht, wie dies in der 1 schematisch dargestellt ist. Dies kann bspw. mittels Siebdruck erfolgen.Through this mixture 2 For example, the amount of oxygen required for the DCB bonding process is provided locally between the metallic layer and the ceramic layer. The mixture 2 This is done in one step on the ceramic substrate 1 applied as in the 1 is shown schematically. This can be done, for example, by screen printing.

Im Anschluss auf das Aufbringen des Gemisches 2, im vorliegenden Beispiel einer Paste, wird ein Kupferblech 3 mechanisch aufgelegt. Der Schichtstapel wird dann entsprechend dem DCB-Prozess auf eine Temperatur aufgeheizt, die oberhalb der Schmelztemperatur der Zwischenschicht und unterhalb der Schmelztemperatur des Kupferbleches liegt. Die Prozesstemperatur beträgt in diesem Beispiel etwa zwischen 1025 und 1083°C, bspw. 1071°C. Hierbei bildet sich die Zwischenschicht 4 aus dem eutektischen Gemisch. Nach dem Abkühlen sind das Kupferblech 3 und das keramische Substrat 1 über die Zwischenschicht 4 miteinander verbunden. Anschließend kann eine Strukturierung der Metallisierung durch konventionelle Ätzprozesse erfolgen, wie dies im letzten Schritt der 1 angedeutet ist.Following the application of the mixture 2 , in the present example of a paste, a copper sheet 3 mechanically applied. The layer stack is then heated in accordance with the DCB process to a temperature which is above the melting temperature of the intermediate layer and below the melting temperature of the copper sheet. The process temperature in this example is approximately between 1025 and 1083 ° C., for example 1071 ° C. This forms the intermediate layer 4 from the eutectic mixture. After cooling, the copper sheet 3 and the ceramic substrate 1 over the intermediate layer 4 connected with each other. Subsequently, a structuring of the metallization by conventional etching processes take place, as in the last step of 1 is indicated.

In dem Beispiel der 1 wurde das Gemisch 2 für die Zwischenschicht vollflächig auf die Oberfläche des Keramiksubstrats 1 aufgebracht. Dies kann auch bereits in strukturierter Form erfolgen, wie dies in 2 angedeutet ist. Diese strukturierte Aufbringung der Cu/CuO/Keramik-Paste kann bspw. mittels Siebdruck erreicht werden. Die weitere Prozessierung erfolgt dann wie bereits im Zusammenhang mit 1 erläutert. Nach dem Verbinden des Kupferbleches 3 durch den DCB-Prozess mit dem keramischen Substrat 1 kann dann das Kupferblech 3 in der Form strukturiert werden, wie die strukturierte Zwischenschicht 4. Diese Strukturierung der Metallisierung erfolgt wieder über bekannte konventionelle Ätzprozesse.In the example of 1 became the mixture 2 for the intermediate layer over the entire surface of the surface of the ceramic substrate 1 applied. This can already be done in a structured way, as in 2 is indicated. This structured application of the Cu / CuO / ceramic paste can be achieved, for example, by means of screen printing. The further processing then takes place as already described in connection with 1 explained. After connecting the copper sheet 3 through the DCB process with the ceramic substrate 1 then can the copper sheet 3 be structured in the form as the structured intermediate layer 4 , This structuring of the metallization takes place again via known conventional etching processes.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Keramiksubstratceramic substrate
22
Gemisch zur Bildung der ZwischenschichtMixture for forming the intermediate layer
33
Kupferblechcopper sheet
44
Zwischenschichtinterlayer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • DE 4318241 A1 [0006] DE 4318241 A1 [0006]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Y. Yoshino et al., „Interface Structure and Bond Strength of Copper-Bonded Alumina Substrates”, Journal of the American Ceramic Society, Vol. 74, No. 9, 1991, Seiten 2184–2188 [0005] Y. Yoshino et al., "Interface Structure and Bond Strength of Copper-Bonded Alumina Substrate", Journal of the American Ceramic Society, Vol. 9, 1991, pages 2184-2188 [0005]

Claims (9)

Verfahren zum Aufbringen einer metallischen Schicht auf ein Substrat oder eine Schicht aus einem keramischen Material, bei dem eine Folie oder Platte, die aus einem metallischen Material besteht, durch Aufschmelzen einer Zwischenschicht aus einem eutektischen Gemisch mit dem Substrat oder der Schicht aus dem keramischen Material verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung der Zwischenschicht ein Gemisch aus wenigstens dem metallischen Material, einem Oxid des metallischen Materials sowie Al2O3 als keramischem Füllstoff zwischen die Folie oder Platte und das Substrat oder die Schicht aus dem keramischen Material gebracht wird.Method for applying a metallic layer to a substrate or a layer of a ceramic material, in which a foil or plate, which consists of a metallic material, by melting an intermediate layer of a eutectic mixture with the substrate or the layer of the ceramic material connected is characterized in that for forming the intermediate layer, a mixture of at least the metallic material, an oxide of the metallic material and Al 2 O 3 as a ceramic filler between the film or plate and the substrate or the layer of the ceramic material is brought. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch als Pulver oder Paste bereitgestellt und zwischen die Folie oder Platte und das Substrat oder die Schicht aus dem keramischen Material gebracht wird.A method according to claim 1, characterized in that the mixture is provided as a powder or paste and brought between the film or plate and the substrate or the layer of the ceramic material. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch zusätzlich mindestens ein weiteres keramisches Material enthält.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the mixture additionally contains at least one further ceramic material. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Al2O3 als Beschichtung auf Pulverpartikeln aus dem weiteren keramischen Material aufgebracht ist.A method according to claim 3, characterized in that the Al 2 O 3 is applied as a coating on powder particles of the further ceramic material. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine weitere keramische Material so gewählt wird, dass durch dieses weitere keramische Material der thermische Ausdehnungskoeffizient der Zwischenschicht näher an einem Mittelwert der thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Platte oder Folie und des Substrats oder der Schicht liegt als ohne dieses weitere keramische Material.A method according to claim 3 or 4, characterized in that the at least one further ceramic material is selected so that by this further ceramic material, the thermal expansion coefficient of the intermediate layer is closer to an average of the thermal expansion coefficient of the plate or film and the substrate or the layer as without this further ceramic material. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch mittels Siebdruck oder mittels einer Sprühtechnik auf die Platte oder Folie und/oder das Substrat oder die Schicht aufgebracht wird.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the mixture is applied by means of screen printing or by means of a spraying technique on the plate or film and / or the substrate or the layer. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Herstellung von Leiterplatten oder metallisierten Substraten für elektrische oder elektronische Schaltkreise.Method according to one of claims 1 to 6 for the production of printed circuit boards or metallized substrates for electrical or electronic circuits. Materialverbund aus einem keramischen Substrat oder einer keramischen Schicht und einer metallischen Schicht, der nach einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellt ist.Composite material of a ceramic substrate or a ceramic layer and a metallic layer, which is produced according to one of claims 1 to 6. Materialverbund nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Schicht auf dem keramischen Substrat oder der keramischen Schicht strukturiert ist.Composite material according to claim 8, characterized in that the metallic layer is patterned on the ceramic substrate or the ceramic layer.
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