Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Metall-Keramik-Substraten gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1.The invention relates to a method for producing metal-ceramic substrates according to the preamble of claim 1.
Metall-Keramik-Substrate sind bekannt und bestehen in der Regel aus wenigstens einem Keramiksubstrat, z. B. in Form einer Platte oder Schicht aus Keramik, welches (Keramiksubstrat zumindest an einer Oberflächenseite mit einer Metallisierung oder Metallschicht versehen ist.Metal-ceramic substrates are known and usually consist of at least one ceramic substrate, for. Example in the form of a plate or layer of ceramic, which (ceramic substrate is provided at least on one surface side with a metallization or metal layer.
Bekannt ist hierbei das sogenannten „DCB-Verfahrens” (Direct-Copper-Bond-Technology) beispielsweise zum Verbinden von Metallschichten oder -folien (z. B. Kupferblechen oder -folien) mit einander und/oder mit Keramik oder Keramikschichten, und zwar unter Verwendung von Metallblechen oder -folien, insbesondere auch solchen aus Kupfer oder Kupferlegierungen, die an ihren Oberflächenseiten eine Schicht oder einen Überzug aus einer chemischen Verbindung aus dem Metall und einem reaktiven Gas, bevorzugt Sauerstoff aufweisen. Bei diesem beispielsweise in der US-PS 37 44 120 oder in der DE-PS 23 19 854 beschriebenen Verfahren bildet diese Schicht oder dieser Überzug zusammen mit dem angrenzenden Metall ein Eutektikum (Aufschmelzschicht) mit einer Schmelztemperatur unter der Schmelztemperatur des Metalls (z. B. Kupfers), so dass durch Auflegen der Folie auf die Keramik und durch Erhitzen sämtlicher Schichten diese miteinander verbunden werden können, und zwar durch Aufschmelzen des Metalls bzw. Kupfers im wesentlichen nur im Bereich der Aufschmelzschicht bzw. Oxidschicht.Known here is the so-called "DCB method" (Direct Copper Bond Technology), for example, for connecting metal layers or foils (for example copper sheets or foils) to one another and / or to ceramic or ceramic layers, namely under Use of metal sheets or foils, in particular also those of copper or copper alloys, having on their surface sides a layer or a coating of a chemical compound of the metal and a reactive gas, preferably oxygen. In this example, in the US-PS 37 44 120 or in the DE-PS 23 19 854 As described, this layer or coating forms together with the adjacent metal a eutectic (melting layer) with a melting temperature below the melting temperature of the metal (eg copper), so that by placing the film on the ceramic and by heating all the layers together can be connected, by melting the metal or copper substantially only in the region of the reflow layer or oxide layer.
Dieses DCB-Verfahren weist dann z. B. folgende Verfahrensschritte auf:
- • Oxidieren einer Metallfolie, z. B. Kupferfolie derart, das sich eine gleichmäßige Metall- oder Kupferoxidschicht ergibt;
- • Auflegen der Metallfolie, beispielsweise Kupferfolie auf die Keramikschicht;
- • Erhitzen des Verbundes auf eine Prozesstemperatur zwischen etwa 1025 bis 1083°C, z. B. auf ca. 1071°C;
- • Abkühlen auf Raumtemperatur.
This DCB method then has z. B. the following steps: - • Oxidizing a metal foil, eg. B. copper foil such that gives a uniform metal or copper oxide layer;
- • placing the metal foil, for example copper foil on the ceramic layer;
- • Heating the composite to a process temperature between about 1025 to 1083 ° C, z. B. to about 1071 ° C;
- • Cool to room temperature.
Metall-Keramik-Substrate, die nach diesem Verfahren (nachstehend auch als „DCB-Bonden” bezeichnet) hergestellt wurden, werden nachfolgend als „DCB-Substrate” bezeichnet, und zwar unabhängig von dem für die Metallschichten oder -folien verwendeten Metall. Das Verfahren selbst wird nachfolgend als „DCB-Bonden” bezeichnet, und zwar unabhängig von dem für die Metallschichten oder -folien verwendeten Metall.Metal-ceramic substrates produced by this method (hereinafter also referred to as "DCB bonding") are hereinafter referred to as "DCB substrates", irrespective of the metal used for the metal layers or foils. The process itself is hereinafter referred to as "DCB bonding", regardless of the metal used for the metal layers or foils.
Bekannt ist weiterhin das sogenannte Aktivlot-Verfahren ( DE 22 13 115 ; EP-A-153 618 ) z. B. zum Verbinden von Metallisierungen bildenden Metallschichten oder Metallfolien, insbesondere auch von Kupferschichten oder Kupferfolien mit Keramikmaterial. Bei diesem Verfahren, welches speziell auch zum Herstellen von Metall-Keramik-Substraten verwendet wird, wird bei einer Temperatur zwischen ca. 800–1000°C eine Verbindung zwischen einer Metallfolie, beispielsweise Kupferfolie, und einem Keramiksubstrat, beispielsweise Aluminiumnitrid-Keramik, unter Verwendung eines Hartlots hergestellt, welches zusätzlich zu einer Hauptkomponente, wie Kupfer, Silber und/oder Gold auch ein Aktivmetall enthält. Dieses Aktivmetall, welches beispielsweise wenigstens ein Element der Gruppe Hf, Ti, Zr, Nb, Ce ist, stellt durch chemische Reaktion eine Verbindung zwischen dem Lot und der Keramik her, während die Verbindung zwischen dem Lot und dem Metall eine metallische Hartlöt-Verbindung ist.Also known is the so-called active soldering method ( DE 22 13 115 ; EP-A-153 618 ) z. B. for joining metallizations forming metal layers or metal foils, in particular also of copper layers or copper foils with ceramic material. In this method, which is also used especially for the production of metal-ceramic substrates, at a temperature between about 800-1000 ° C, a connection between a metal foil, such as copper foil, and a ceramic substrate, such as aluminum nitride ceramic, using a brazing filler metal, which also contains an active metal in addition to a main component such as copper, silver and / or gold. This active metal, which is, for example, at least one element of the group Hf, Ti, Zr, Nb, Ce, establishes a chemical bond between the solder and the ceramic, while the bond between the solder and the metal is a metallic braze joint ,
Nachteilig bei den bisher üblichen Verfahren zum Herstellen von Metall-Keramik-Substraten ist, dass jedes Metall-Keramik-Substrat jeweils mit eigenen Metallfolien oder Metallfolienzuschnitten hergestellt wird und es insbesondere bei doppelseitiger Metallisierung der Keramiksubstrate in der Regel notwendig ist, das Hochtemperatur-Bonden zweimal durchzuführen, und zwar zum Aufbringen der Metallisierung auf die eine Oberflächenseite und anschließend zum Aufbringen der Metallisierung auf die andere Oberflächenseite des jeweiligen Keramiksubstrate.A disadvantage of the hitherto customary methods for producing metal-ceramic substrates is that each metal-ceramic substrate is produced in each case with its own metal foils or metal foil blanks and, in particular in the case of double-sided metallization of the ceramic substrates, it is usually necessary to perform high-temperature bonding twice to perform the metallization on the one surface side and then to apply the metallization on the other surface side of the respective ceramic substrate.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren aufzuzeigen, welches die Herstellung von Metall-Keramik-Substraten mit verbesserter Effektivität ermöglicht. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet.The object of the invention is to provide a method which enables the production of metal-ceramic substrates with improved effectiveness. To solve this problem, a method according to claim 1 is formed.
Die Metallfolien sind beispielsweise solche aus Kupfer, aus einer Kupferlegierung oder aus einer Kupfer enthaltenden Legierung oder aus Aluminium, aus einer Aluminiumlegierung oder aus einer Aluminium enthaltenden LegierungThe metal foils are, for example, those made of copper, of a copper alloy or of a copper-containing alloy or of aluminum, of an aluminum alloy or of an aluminum-containing alloy
„Keramiksubstrate” im Sinne der Erfindung sind die aus dem keramischen Werkstoff bestehenden, vorzugweise plattenförmigen Elemente, die an wenigstens einer ihrer Oberflächenseiten mit der von einer Metallfolie gebildeten Metallisierung versehen sind."Ceramic substrates" in the context of the invention are the ceramic material consisting of, preferably plate-shaped elements which are provided on at least one of its surface sides with the metallization formed by a metal foil.
„Metall-Keramik-Substrate” sind im Sinne der Erfindung Substrate, die aus wenigstens einem Keramiksubstrat und wenigstens einer eine Metallisierung bildenden Metallfolie bestehen.For the purposes of the invention, "metal-ceramic substrates" are substrates which consist of at least one ceramic substrate and at least one metal foil forming a metallization.
„Metall-Keramik-Verbund” bedeutet im Sinne der Erfindung ein Verbund oder eine Anordnung, die aus wenigstens einem Keramiksubstrat und aus wenigstens einer mit diesem durch Hochtemperatur-Bonden verbundenen Metallfolie besteht."Metal-ceramic composite" means in the context of the invention, a composite or an arrangement that consists of at least one ceramic substrate and at least one metal foil connected thereto by high-temperature bonding.
„Hochtemperatur-Bonden” bedeutet im Sinne der Erfindung ein Bonden oder Verbinden bei einer Prozesstemperatur größer 600°C, insbesondere ein Bonden oder Verbinden unter Anwendung des DCB-Verfahrens und/oder des Aktivlot-Verfahrens."High-temperature bonding" means in the context of the invention, a bonding or bonding at a process temperature greater than 600 ° C, in particular a bonding or bonding using the DCB process and / or the active soldering process.
Der Ausdruck „im Wesentlichen” bzw. „etwa” bedeutet im Sinne der Erfindung Abweichungen vom jeweils exakten Wert um +/–10%, bevorzugt um +/–5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen.The expression "essentially" or "approximately" in the sense of the invention means deviations from the exact value by +/- 10%, preferably by +/- 5% and / or deviations in the form of changes that are insignificant for the function.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.Further developments, advantages and applications of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments and from the figures. In this case, all described and / or illustrated features alone or in any combination are fundamentally the subject of the invention, regardless of their summary in the claims or their dependency. Also, the content of the claims is made an integral part of the description.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:The invention will be explained below with reference to the figures of embodiments. Show it:
1 in den Positionen a–e die verschiedene Verfahrensschritte zum Herstellen eines Metall-Keramik-Substrates; 1 in the positions a-e, the various method steps for producing a metal-ceramic substrate;
2 in den Positionen a–f die verschiedenen Verfahrensschritte zum Herstellen eines Metall-Keramik-Substrates bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; 2 in the positions a-f, the various method steps for producing a metal-ceramic substrate in a further embodiment of the invention;
3 in vereinfachter Darstellung und in Draufsicht ein als Mehrfach-Substrat ausgebildetes Metall-Keramik-Substrates; 3 in simplified representation and in plan view designed as a multi-substrate metal-ceramic substrate;
4 in vereinfachter Darstellung und im Schnitte eine Kapsel zur Verwendung bei dem Verfahren der 1 oder 2; 4 in a simplified representation and in sections a capsule for use in the process of 1 or 2 ;
5 und 6 in vereinfachter Darstellung und Draufsicht eine Metallfolie mit auf dieser angeordneten Keramik-Substraten; 5 and 6 in a simplified representation and plan view of a metal foil with arranged thereon ceramic substrates;
7 in vereinfachter schematischer Darstellung eine Anlage zum kontinuierlichen Herstellen von Metall-Keramik-Substraten. 7 in a simplified schematic representation of a plant for the continuous production of metal-ceramic substrates.
Die 1 zeigt in den Positionen a–e mehrere Verfahrensschritte zum Herstellen von Metall-Keramik-Substraten 1, jeweils bestehend aus einer Keramikschicht oder aus einem Keramiksubstrat 2 und einer Metallisierung 3, die durch Hochtemperatur-Bonden, d. h. bei der dargestellten Ausführungsform durch DCB-Bonden mit einer Oberflächenseite des Keramiksubstrats 2 flächig verbunden ist. Das keramische Material des Keramiksubstrats 2 ist beispielsweise Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Siliziumnitrid oder Siliziumcarbid. Das Metall der Metallisierung oder Metallschicht 3 ist beispielsweise Kupfer.The 1 shows in the positions a-e several process steps for the production of metal-ceramic substrates 1 each consisting of a ceramic layer or a ceramic substrate 2 and a metallization 3 By high-temperature bonding, ie, in the illustrated embodiment by DCB bonding to a surface side of the ceramic substrate 2 is connected flat. The ceramic material of the ceramic substrate 2 is for example aluminum oxide, aluminum nitride, silicon nitride or silicon carbide. The metal of the metallization or metal layer 3 is, for example, copper.
Zum Herstellen des Metall-Keramik-Substrates 1 werden wenigstens zwei, bei der dargestellten Ausführungsform jeweils rechteckförmige Keramiksubstrate 2 dicht aneinander anschließend oder von einander beabstandet (Abstand x) auf einen plattenförmigen Träger 4 aufgelegt, und zwar derart, dass sie in einer Reihe, beispielsweise mit ihren Längsseiten jeweils in einer gemeinsamen Achsrichtung RA ausgerichtet sind, wie dies auch den Positionen a und b der 1 zu entnehmen ist. Auf die beiden Keramiksubstrate 2 wird eine die spätere Metallisierung bildende voroxidierte Metallfolie 3.1 aufgelegt, deren Größe bzw. Zuschnitt so gewählt ist, dass sie die beiden Keramiksubstrate 2 überdeckt und an den einander abgewandten Rändern der Keramiksubstrate 2 leicht übersteht oder aber diese Enden frei lässt. Weiterhin ist die Breite der Metallfolie 3.1 so gewählt, dass die Keramiksubstrate 2 quer zur Achsrichtung RA seitlich über die Längsseiten der Metallfolie 3.1 etwas vorstehen.For producing the metal-ceramic substrate 1 be at least two, in the illustrated embodiment each rectangular ceramic substrates 2 adjacent to each other or spaced from each other (distance x) on a plate-shaped support 4 placed in such a way that they are aligned in a row, for example, with their longitudinal sides in each case in a common axial direction RA, as well as the positions a and b of the 1 can be seen. On the two ceramic substrates 2 becomes a pre-oxidized metal foil forming the later metallization 3.1 applied, whose size or cut is chosen so that they are the two ceramic substrates 2 covered and on the opposite edges of the ceramic substrates 2 easily overhangs or leaves these ends free. Furthermore, the width of the metal foil 3.1 chosen so that the ceramic substrates 2 transverse to the axial direction RA laterally over the longitudinal sides of the metal foil 3.1 to project something.
Die so gebildete Anordnung aus den Keramiksubstraten 2 und deren Metallfolien 3.1 wird mit dem Träger 4 auf die DCB-Bond-Prozesstemperatur im Bereich zwischen 1025 bis 1083°C, beispielsweise auf die DCB-Prozesstemperatur von ca. 1071°C erhitzt. Der Träger 4 besteht aus einem hitzebeständigen Material, beispielsweise aus Mullit oder einem keramischen Material (z. B. ZrO2, Al2O3, AlN, Si3N4, SiC). Das Hochtemperatur-Boden erfolgt beispielsweise dadurch, dass die aus den Keramiksubstraten 2 und der Metallfolie 3.1 bestehende Anordnung zusammen mit dem Träger 4 durch einen nicht dargestellten Tunnelofen bewegt wird. Um beim Hochtemperatur-Bonden ein unerwünschtes Verbinden der Keramiksubstrate mit dem plattenförmigen Träger 4 zu vermeiden, ist dieser einer Trennschicht 4.1, vorzugsweise mit einer porösen Trennschicht versehen. Die Trennschicht weist beispielsweise eine Dicke im Bereich zwischen 0,01 und 10 mm auf und besitzt eine Porösität (Verhältnis des Porenvolumens zum Feststoffvolumen) größer 20%. Die Trennschicht 4.1 besteht bevorzugt aus feinen und/oder feinsten Partikeln und/oder aus einem Pulver aus einem hochtemperaturfesten Material, beispielsweise aus Mullit, Al2O3, TiO2, ZrO2, MgO, CaO, CaCO2. Die Korngröße der die Trennschicht 4.1 bildenden Partikel ist beispielsweise kleiner als 30 μm.The thus formed arrangement of the ceramic substrates 2 and their metal foils 3.1 will be with the carrier 4 heated to the DCB bond process temperature in the range between 1025 to 1083 ° C, for example to the DCB process temperature of about 1071 ° C. The carrier 4 It is made of a heat-resistant material, such as mullite or a ceramic material (eg ZrO2, Al2O3, AlN, Si3N4, SiC). The high-temperature floor is made, for example, that of the ceramic substrates 2 and the metal foil 3.1 existing arrangement together with the carrier 4 is moved by a tunnel furnace, not shown. In the case of high-temperature bonding, undesired bonding of the ceramic substrates to the plate-shaped support 4 To avoid this is a separation layer 4.1 , preferably provided with a porous separating layer. The separating layer has, for example, a thickness in the range between 0.01 and 10 mm and has a porosity (ratio of the pore volume to the volume of solids) greater than 20%. The separation layer 4.1 consists preferably of fine and / or very fine particles and / or of a powder of a high-temperature-resistant material, for example of mullite, Al 2 O 3, TiO 2, ZrO 2, MgO, CaO, CaCO 2. The grain size of the separating layer 4.1 forming particles, for example, smaller than 30 microns.
Nach dem Abkühlen ist die Metallfolie 3.1 flächig mit beiden Keramiksubstraten 2 zu einem Metall-Keramik-Verbund verbunden. Im Anschluss daran erfolgt ein Trennen dieses Verbundes an der Metallfolie 3.1 im Bereich der einander zugewandten Ränder der Keramiksubstrate 2 entlang der Trennlinien 5.1, sodass die beiden in der Position c wiederum in Seitenansicht dargestellten Metall-Keramik-Substrate 1 erhalten sind.After cooling, the metal foil 3.1 flat with both ceramic substrates 2 to a metal Connected ceramic composite. This is followed by a separation of this composite on the metal foil 3.1 in the region of the mutually facing edges of the ceramic substrates 2 along the dividing lines 5.1 , so that the two in the position c in turn shown in side view metal-ceramic substrates 1 are obtained.
Bevorzugt erfolgt für eine Fertigstellung der Metall-Keramik-Substrate 1 noch ein Nachbehandeln, z. B. ein Entfernen der bis an den Rand der Keramiksubstrate 2 reichenden Metallisierung 3 beispielsweise durch Ätzen, sodass am gesamten Rand des Metall-Keramik-Substrates 1 der Rand der Metallisierung 3 gegenüber dem Rand des Keramiksubstrates 2 zurückversetzt ist, wie dies in den Positionen d und e wiedergegeben ist, die das Metall-Keramik-Substrat in Seitenansicht (Position d) bzw. in Draufsicht (Position e) zeigen. Dieses abschließende Ätzen der Metallisierung 3 im Randbereich kann auch bei einer späteren Strukturierung der Metallisierungen 3 zur Ausbildung von Leiterbahnen, Kontaktflächen usw. erfolgen.Preferably takes place for a completion of the metal-ceramic substrates 1 another aftertreatment, z. B. removing the up to the edge of the ceramic substrates 2 reaching metallization 3 for example, by etching, so that the entire edge of the metal-ceramic substrate 1 the edge of the metallization 3 opposite the edge of the ceramic substrate 2 as shown in positions d and e showing the metal-ceramic substrate in side view (position d) and in plan view (position e), respectively. This final etching of the metallization 3 in the edge region can also occur during a later structuring of the metallizations 3 for the formation of printed conductors, contact surfaces, etc. take place.
Der Abstand x zwischen den Keramiksubstraten 2 liegt beispielsweise im Bereich zwischen 0 und 140 mm. Die Keramiksubstrate 2 besitzen beispielsweise eine Länge zwischen 50 und 300 mm und eine Breite zwischen 20 und 180 mm.The distance x between the ceramic substrates 2 is for example in the range between 0 and 140 mm. The ceramic substrates 2 For example, have a length between 50 and 300 mm and a width between 20 and 180 mm.
Die 2 zeigt in verschiedenen Positionen a–f die Verfahrensschritte zur Herstellung von Metall-Keramik-Substraten 1a, die sich von den Metall-Keramik-Substraten 1 dadurch unterscheiden, dass die beispielsweise wiederum rechteckförmig oder quadratisch ausgebildeten Keramiksubstrate 2 jeweils an beiden Oberflächenseiten mit einer Metallisierung 3 durch Hochtemperatur-Bonden versehen sind.The 2 shows in various positions a-f the process steps for the production of metal-ceramic substrates 1a that differ from the metal-ceramic substrates 1 differ in that the again, for example, rectangular or square shaped ceramic substrates 2 each on both sides of the surface with a metallization 3 are provided by high-temperature bonding.
Auf den Träger 4 wird zunächst die Metallfolie 3.1 aufgelegt, auf der dann die beiden Keramiksubstrate 2 angeordnet werden, und zwar derart, dass sie in Längsrichtung der Metallfolie 3.1 ausgerichtet dicht aneinander anschließen oder von einander beabstandet sind (Abstand x) und mit jeweils zwei einander gegenüberliegenden Umfangsseiten über die Längsränder der Metallfolie 3.1 vorstehen. Auf die beiden Keramiksubstrate 2 wird eine weitere Metallfolie 3.1 aufgelegt, und zwar derart, dass sie parallel zur unteren Metallfolie 3.1 orientiert ist und die beiden Keramiksubstrate 2 mit den einander gegenüber liegenden Rändern auch über die obere Metallfolie 3.1 vorstehen, wie dies auch der Position b zu entnehmen ist, die wiederum die Anordnung der Position a in Draufsicht wiedergibt.On the carrier 4 First, the metal foil 3.1 put on, then on the two ceramic substrates 2 be arranged, in such a way that they are in the longitudinal direction of the metal foil 3.1 aligned close to each other or are spaced from each other (distance x) and with two opposite circumferential sides over the longitudinal edges of the metal foil 3.1 protrude. On the two ceramic substrates 2 will be another metal foil 3.1 applied, in such a way that they parallel to the lower metal foil 3.1 oriented and the two ceramic substrates 2 with the opposite edges also over the upper metal foil 3.1 protrude, as can be seen from the position b, which in turn reflects the arrangement of the position a in plan view.
Die aus den beiden Metallfolien 3.1 und den beiden Keramiksubstraten 2 gebildete Anordnung wird zusammen mit dem Träger 4 auf die DCB-Bondtemperatur erhitzt, sodass nach dem Abkühlen die beiden Metallfolien 3.1 mit den Oberflächenseiten der Keramiksubstrate 2 flächig durch DCB-Bonden verbunden sind und der Metall-Keramik-Verbund erhalten ist. Beim Erhitzen erfolgt auch eine unmittelbare Verbindung der Metallfolien 3.1 am Übergang zwischen den Keramiksubstraten 2, wie dies in den Position c und d der 2 mit 6 angedeutet ist, die den Metall-Keramik-Verbund in Seitenansicht bzw. im vergrößerten Teilschnitt (Position d) wiedergeben.The from the two metal foils 3.1 and the two ceramic substrates 2 formed arrangement will be together with the carrier 4 heated to the DCB bond temperature, so that after cooling, the two metal foils 3.1 with the surface sides of the ceramic substrates 2 surface are connected by DCB bonding and the metal-ceramic composite is obtained. Upon heating, there is also an immediate connection of the metal foils 3.1 at the junction between the ceramic substrates 2 as in the position c and d of the 2 With 6 is indicated, which reproduce the metal-ceramic composite in side view or in the enlarged partial section (position d).
Zum Vereinzeln der beiden Metall-Keramik-Substrate 1a erfolgt dann ein Trennen des Metall-Keramik-Verbundes durch Durchtrennen der von den Metallfolien 3.1 gebildeten Metallisierung zwischen den Keramiksubstraten 2, wie dies in der Position c mit der Trennlinie 5.2 angedeutet ist. Nach diesem Verfahrensschritt sind zwei Metall-Keramik-Substrate 1a erhalten, bei denen die beiden Metallisierungen 3 an den quer zur Reihenachse RA verlaufenden Randbereichen 6 miteinander verbunden sind. Diese Randbereiche 6 werden beispielsweise auch entfernt, und zwar z. B. dadurch, dass entlang der Randbereiche 6 bzw. entlang der entsprechenden Umfangsseiten die Metallisierungen 3 nutenförmig vollständig, d. h. bis auf die Oberflächenseiten der Keramiksubstrate 2 entfernt wird, beispielsweise mechanisch und/oder durch Ätzen, wie dies in der Position d mit den Nuten 7 angedeutet ist. Anschließend wird an wenigstens einer Oberflächenseite des jeweiligen Keramiksubstrates 2 im Bereich der dortigen Nuten 7 eine Sollbruchlinie 8, beispielsweise mechanisch durch Ritzen und/oder durch Laserbehandlung erzeugt, sodass die Randbereiche 6 dann durch Abbrechen entlang der jeweiligen Sollbruchlinie entfernt werden können und dadurch eventuell nach einer weiteren Randabätzung der Metallisierungen 3 die endgültige Form der Metall-Keramik-Substrate 1a erhalten wird, wie dies in den Positionen e (Seitenansicht) und f (Draufsicht) dargestellt ist. Um beim Hochtemperatur-Bonden ein unerwünschtes Verbinden der unteren Metallfolie 3.1 mit dem plattenförmigen Träger 4 zu vermeiden, ist dieser wiederum mit der Trennschicht 4.1 versehen.For separating the two metal-ceramic substrates 1a then takes place a separation of the metal-ceramic composite by cutting the of the metal foils 3.1 formed metallization between the ceramic substrates 2 like this in position c with the dividing line 5.2 is indicated. After this process step are two metal-ceramic substrates 1a obtained in which the two metallizations 3 at the transverse to the row axis RA extending edge regions 6 connected to each other. These border areas 6 be removed, for example, and z. B. in that along the edge areas 6 or along the corresponding peripheral sides of the metallizations 3 groove-shaped completely, that is, except for the surface sides of the ceramic substrates 2 is removed, for example mechanically and / or by etching, as in the position d with the grooves 7 is indicated. Subsequently, on at least one surface side of the respective ceramic substrate 2 in the region of the local grooves 7 a predetermined breaking line 8th For example, mechanically generated by scribing and / or laser treatment, so that the edge areas 6 can then be removed by breaking along the respective predetermined breaking line and thus possibly after a further Randabätzung the metallizations 3 the final form of metal-ceramic substrates 1a is obtained, as shown in the positions e (side view) and f (top view). To the high-temperature bonding unwanted bonding of the lower metal foil 3.1 with the plate-shaped carrier 4 To avoid this, in turn, is with the release layer 4.1 Mistake.
Das Trennen an den Trennlinien 5.1 und 5.2 erfolgt beispielsweise mechanisch durch Schneiden, Stanzen oder aber Laserschneiden.The separation at the dividing lines 5.1 and 5.2 takes place, for example, mechanically by cutting, punching or laser cutting.
Vorstehend wurde davon ausgegangen, dass die Breite der Metallfolien 3.1 kleiner ist als die entsprechende Breite der Keramiksubstrate 2, sodass diese jeweils über die beiden parallel zur Reihenachse RA verlaufenden Längsseiten der Metallfolie 3 vorstehen. Es sind aber auch Ausführungen möglich, bei denen die Breite der Metallfolien 3.1 größer ist als die entsprechende Breite der Keramiksubstrate 2, sodass die Metallfolien 3.1 mit ihren parallel zur Reihenachse RA verlaufenden Längsseiten über die Keramiksubstrate 2 wegstehen. Hierdurch ist es dann beispielsweise möglich, aus den über die Keramiksubstrate 2 überstehenden Bereichen wenigstens einer der Metallfolien 3.1 bei der weiteren Verarbeitung des Metall-Keramik-Substrates 1 bzw. 1a äußere elektrische Anschlüsse zu bilden. Bevorzugt liegt die Breite der Kupferfolien 3.1 im Bereich zwischen „Breite des Keramiksubstrates 2–15 mm” bis „Breite der Keramiksubstrate 2 + 30 mm”.Above, it was assumed that the width of the metal foils 3.1 smaller than the corresponding width of the ceramic substrates 2 so that they each have the two parallel to the row axis RA extending longitudinal sides of the metal foil 3 protrude. However, embodiments are also possible in which the width of the metal foils 3.1 larger than the corresponding width of the ceramic substrates 2 so that the metal foils 3.1 with their longitudinal sides running parallel to the row axis RA, over the ceramic substrates 2 protrude. This makes it possible, for example, from the on the ceramic substrates 2 projecting areas of at least one of the metal foils 3.1 in the further processing of the metal-ceramic substrate 1 respectively. 1a to form external electrical connections. Preferably, the width of the copper foils is 3.1 in the range between "width of the ceramic substrate 2-15 mm" to "width of the ceramic substrate 2 + 30 mm".
Die vorstehend im Zusammenhang mit den 1 und 2 beschriebenen Verfahren und dabei insbesondere auch das im Zusammenhang mit der 2 beschriebene Verfahren eignen sich zum Herstellen von Metall-Keramik-Substraten 1 oder 1a in Form von Mehrfach-Metall-Keramik-Substraten, die jeweils im Wesentlichen aus einer großformatigen, beispielsweise quadratischen oder rechteckförmigen plattenförmigen Keramiksubstrat 2 und aus Metallisierungen 3 vorzugsweise an beiden Oberflächenseiten des Keramiksubstrates 2 bestehen Ein derartige Metall-Keramik-Substrat 1a ist in der 3 dargestellt. Die von den Metallfolien 3.1 gebildeten Metallisierungen 3 sind wiederum durch Hochtemperatur-Boden, beispielsweise DCB-Bonden an den beiden Oberflächenseiten des Keramiksubstrates 2 vorgesehen. Die Metallisierungen 3, die in gleicher Form wie im Zusammenhang mit der 2 beschrieben auf zwei großformatige Keramiksubstrate 2 aufgebracht werden, werden nach dem Boden der Metallfolien 3.1 und nach dem Trennen des Metall-Keramik-Verbundes in die Metall-Keramik-Substrate 1a an der Trennlinie 5.2 so strukturiert, dass sie jeweils an den beiden Oberflächenseiten ihre Keramiksubstrats 2 eine Vielzahl von Metallflächen 9 bilden, die beispielsweise in mehreren senkrecht zu einem Rand des Metall-Keramik-Substrates 1a verlaufenden Reihen angeordnet sind. Jedem Metallbereich 9 an einer Oberflächenseite des Keramiksubstrates 2 liegt ein entsprechender Metallbereich 9 an der anderen Oberflächenseite unmittelbar gegenüber. Weiterhin sind an zwei einander gegenüberliegenden Umfangsseiten des Metall-Keramik-Substrates 1a die beiden metallischen Randbereiche 6 vorgesehen. An den beiden anderen, einander gegenüberliegenden Umfangsseiten des Metall-Keramik-Substrates ist durch Strukturieren der Metallisierung 3 jeweils ein sich entlang der entsprechenden Umfangsseiten des Metall-Keramik-Substrates 1a erstreckender metallischer Randbereich 10 gebildet, der mit seinen Enden in einem geringen Abstand von einem der beiden Randbereichen 6 endet. An wenigstens einer Oberflächenseite sind in das Keramiksubstrat 2 sich kreuzende Sollbruchlinien 8 und 8.1 eingebracht, und zwar Sollbruchlinien 8, die parallel zu den Randbereichen 6 verlaufen, zwischen diesen Randbereichen 6 und den benachbarten Metallflächen 9 sowie auch zwischen den Metallflächen 9 benachbarter Reihen sowie senkrecht zu den Randbereichen 6 verlaufende Sollbruchlinien 8.1. Diese sind zwischen den äußeren Randbereichen 10 und den benachbarten Metallflächen 9 sowie auch zwischen den benachbarten Metallflächen vorgesehen, sodass durch Brechen entlang der Sollbruchlinien 8 und 8.1 das als Mehrfachsubstrat ausgebildete Metall-Keramik-Substrat 1a in eine Vielzahl von Einzelsubstraten zertrennt werden kann, die dann jeweils aus einer von dem Keramiksubstrat 2 gebildeten Keramikschicht und aus einer Metallfläche 9 an beiden Oberflächenseiten dieser Keramikschicht bestehen.The above in connection with the 1 and 2 described method and in particular also in connection with the 2 described methods are suitable for the production of metal-ceramic substrates 1 or 1a in the form of multiple metal-ceramic substrates, each consisting essentially of a large-sized, for example, square or rectangular plate-shaped ceramic substrate 2 and from metallizations 3 preferably on both surface sides of the ceramic substrate 2 Such a metal-ceramic substrate 1a is in the 3 shown. The of the metal foils 3.1 formed metallizations 3 are in turn by high temperature ground, for example, DCB bonding on the two surface sides of the ceramic substrate 2 intended. The metallizations 3 which are in the same form as in connection with the 2 described on two large-sized ceramic substrates 2 be applied, are after the bottom of the metal foils 3.1 and after separating the metal-ceramic composite into the metal-ceramic substrates 1a at the dividing line 5.2 structured so that they each have their ceramic substrate on the two surface sides 2 a variety of metal surfaces 9 form, for example, in several perpendicular to an edge of the metal-ceramic substrate 1a extending rows are arranged. Every metal area 9 on a surface side of the ceramic substrate 2 lies a corresponding metal area 9 on the other surface side immediately opposite. Furthermore, on two opposite circumferential sides of the metal-ceramic substrate 1a the two metallic edge areas 6 intended. At the two other, opposite circumferential sides of the metal-ceramic substrate is by structuring the metallization 3 one each along the corresponding peripheral sides of the metal-ceramic substrate 1a extending metallic edge area 10 formed, with its ends at a small distance from one of the two edge areas 6 ends. On at least one surface side are in the ceramic substrate 2 intersecting break lines 8th and 8.1 introduced, namely predetermined breaking lines 8th parallel to the edge areas 6 run between these border areas 6 and the adjacent metal surfaces 9 as well as between the metal surfaces 9 adjacent rows and perpendicular to the edge areas 6 running predetermined breaking lines 8.1 , These are between the outer edge areas 10 and the adjacent metal surfaces 9 and also provided between the adjacent metal surfaces, so that by breaking along the predetermined breaking lines 8th and 8.1 the formed as a multi-substrate metal-ceramic substrate 1a can be divided into a plurality of individual substrates, which then each from one of the ceramic substrate 2 formed ceramic layer and a metal surface 9 exist on both surface sides of this ceramic layer.
Wie die 3 zeigt, erstrecken sich die parallel zu den Randbereichen 6 verlaufenden und unmittelbar an diesen Randbereichen vorgesehenen Sollbruchlinien 8 über die gesamte Länge der Randbereiche, d. h. von dem in der 3 oberen Rand bis an den in der 3 unteren Rand des Metall-Keramik-Substrates 1a. Die Sollbuchlinien 8 zwischen den Metallflächen 9 reichen jeweils bis an die Bandbereiche 10, zumindest aber bis an die Sollbruchlinie 8.1 zwischen einem PRandbereich 10 und den benachbarten Metallflächen 9. Die Sollbruchlinien 8.1 reichen jeweils wenigstens bis an die beiden äußeren Sollbruchlinien 8. Die Randbereiche 6 sowie auch die Randbereiche 10 bilden einen Schutzrand, der ein unerwünschtes Brechen des Metall-Keramik-Substrates 1a während des Handlings, beispielsweise während des Strukturierens der Metallflächen 9 an wenigstens einer Oberflächenseite zur Ausbildung von Kontaktflächen, Leiterbahnen usw. sowie ggs. auch während des Bestückens des Metall-Keramik-Substrates 1a bzw. der von den strukturierten Metallflächen 9 gebildeten Einzelsubstrate mit Bauelementen verhindert. Zum Zertrennen des Metall-Keramik-Substrates 1a wird der von den Randbereichen 6 und 10 gebildete Schutzrahmen entfernt, und zwar beginnend mit dem Abrechen der Randbereiche 6 entlang der benachbarten Sollbruchlinien 8 und folgend mit dem Abbrechen der Randbereiche 10 entlang der diesen benachbarten Sollbruchlinien 8.1. Erst im Anschluss daran kann das Metall-Keramik-Substrat 1a durch Brechen in die Einzelsubstrate getrennt werden.As the 3 shows that extend parallel to the edge regions 6 extending and provided directly on these edge areas predetermined breaking lines 8th over the entire length of the edge areas, ie of the in the 3 upper edge to the in the 3 bottom edge of the metal-ceramic substrate 1a , The debit lines 8th between the metal surfaces 9 each extend to the band areas 10 but at least up to the break line 8.1 between a PRand area 10 and the adjacent metal surfaces 9 , The predetermined breaking lines 8.1 each extend at least up to the two outer predetermined breaking lines 8th , The border areas 6 as well as the border areas 10 form a protective edge, which is an undesirable breaking of the metal-ceramic substrate 1a during handling, for example during structuring of the metal surfaces 9 on at least one surface side for the formation of contact surfaces, conductors, etc., and ggs. also during the placement of the metal-ceramic substrate 1a or the of the structured metal surfaces 9 formed individual substrates prevented with components. For dicing the metal-ceramic substrate 1a becomes the one of the border areas 6 and 10 formed protective frame, beginning with the breaking off of the edge areas 6 along the adjacent fracture lines 8th and following with aborting the edge areas 10 along these adjacent rupture lines 8.1 , Only then can the metal-ceramic substrate 1a be separated by breaking into the individual substrates.
Vorstehend wurde davon ausgegangen, dass die beiden Keramiksubstrate 2 zusammen mit der auf eine Oberflächenseite dieser Substrate angeordneten Metallfolie 3.1 oder aber mit den beiden die Keramik-Substrate 2 zwischen sich aufnehmenden Metallfolien 3.1 auf dem Träger 4 angeordnet und zusammen mit diesem Träger auf die Bondtemperatur (DCB-Temperatur) erhitzt werden, und zwar beispielsweise in einem Tunnelofen, wobei das Hochtemperatur-Bonden in der Schutzgasatmosphäre (z. B. Argon und/oder Stickstoff) des Ofenraumes erfolgt. Speziell beim DCB-Bonden ist es aber notwendig, dass die Schutzgasatmosphäre einen geringen Anteil an Sauerstoff enthält und dass dieser Sauerstoffgehalt im relativ großvolumigen Ofenraumes sehr exakt gesteuert auf einem vorgegebenen Wert geholten wird, bei dem das DCB-Bonden mit der erforderlichen Qualität erfolgt. Einerseits muss der Sauerstoffgehalt in der Schutzgasatmosphäre groß genug sein, um die Ausbildung der für das DCB-Bonden erforderlichen eutektischen Schmelze aus Kupferoxid und Kupfer sicher zu stellen, andererseits darf der Sauerstoffgehalt nicht zu hoch sein, um ein übermäßiges oder zusätzliches Oxidieren des Metalls bzw. Kupfers der Metallfolien 3.1 während des DCB-Bondens zu verhindert. Angestrebt wird ein Gleichgewichtssauerstoffgehalt zwischen der Schutzgsatmosphäre und dem Sauerstoffpartialdruck der eutektischen Schmelze.Above, it was assumed that the two ceramic substrates 2 together with the metal foil disposed on a surface side of these substrates 3.1 or with the two the ceramic substrates 2 between receiving metal foils 3.1 on the carrier 4 are arranged and heated together with this support to the bonding temperature (DCB temperature), for example in a tunnel furnace, wherein the high-temperature bonding in the protective gas atmosphere (eg argon and / or nitrogen) of the furnace chamber takes place. Especially in the case of DCB bonding, however, it is necessary for the protective gas atmosphere to contain a small proportion of oxygen and for this oxygen content in the relatively large-volume furnace space to be controlled very accurately to a predetermined value at which the DCB bonding takes place with the required quality. On the one hand, the must Oxygen content in the inert gas atmosphere be large enough to ensure the formation of the required for the DCB bonding eutectic melt of copper oxide and copper, on the other hand, the oxygen content must not be too high to over or additional oxidation of the metal or copper of the metal foils 3.1 during DCB bonding. The aim is an equilibrium oxygen content between the Schutzgsatmosphäre and the oxygen partial pressure of the eutectic melt.
Um diese sehr kritische Einstellung des Sauerstoffgehaltes der Schutzgasatmosphäre beim Hochtemperatur-Bonden zu vereinfachen, erfolgt das Hochtemperatur-Bonden beispielsweise gekapselt, d. h. in der Weise, dass die beiden Keramiksubstrate 2 und die Metallisierungen 3 jeweils in einem Innenraum 11 einer Kapsel 12 untergebracht sind und in dieser gekapselten Form auf die Bond-Temperatur erhitzt werden. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Kapsel 12 zweistöckig mit zwei getrennten Innenräumen 11 zur Aufnahme jeweils wenigstens einer Anordnung bestehend aus den beiden Keramiksubstraten 2 und den beiden Metallfolien 3.1. Im Detail besteht die Kapsel 12 aus zwei rechteckförmigen oder quadratischen Rahmen 13, von denen jeder einen Innenraum 11 an seinem Umfang begrenzt, und aus drei plattenförmigen Abschlusselementen 14, die die Innenräume 11 an der Oberseite und Unterseite begrenzen. Zumindest die Abschlusselemente 14, die den Boden des jeweiligen Innenraumes 11 bilden, sind von einem Träger 4 mit der Trennschicht 4.1 gebildet. Die Kapsel 12 ist weiterhin mit Fenstern 15 ausgeführt, über die die Innenräume 11 mit der Umgebung, d. h. mit der äußeren Schutzgasatmosphäre des Ofenraumes in Verbindung stehen. Die Größe dieser vorzugsweise im Rahmen 13 vorgesehenen Fenster 15 ist so gewählt, dass die Kapselung jedes Innenraumes 11 größer als 60%, vorzugsweise größer als 80% ist, bevorzugt im Bereich zwischen 80% und 95% liegt. Die Kapselung ist dabei das gesamte Flächenmaß der geschlossenen Innenfläche des jeweiligen Innenraumes 11 (ausgenommen das Flächenmaß der Fensteröffnungen der Fenster 15) bezogen auf das Flächenmaß der gesamten Innenfläche des jeweiligen Innenraumes 11 (einschließlich des Flächenmaßes der Fensteröffnungen). Der Sauerstoffgehalt deräußeren Schutzgasatmosphäre im Ofeninnenraum ist dabei beispielsweise zwischen 2 und 600 ppm eingestellt, und zwar bei einer Kapselung zwischen 80 und 95%, vorzugsweise im Bereich zwischen 50 bis 200 ppm.In order to simplify this very critical adjustment of the oxygen content of the protective gas atmosphere during high-temperature bonding, the high-temperature bonding takes place, for example, encapsulated, ie in such a way that the two ceramic substrates 2 and the metallizations 3 each in an interior 11 a capsule 12 are housed and heated in this encapsulated form to the bonding temperature. In the illustrated embodiment, the capsule is 12 two-storey with two separate interiors 11 for receiving in each case at least one arrangement consisting of the two ceramic substrates 2 and the two metal foils 3.1 , In detail, there is the capsule 12 from two rectangular or square frames 13 each of which has an interior 11 limited at its periphery, and three plate-shaped end elements 14 that the interiors 11 limit at the top and bottom. At least the final elements 14 that cover the floor of each interior 11 are from a carrier 4 with the separation layer 4.1 educated. The capsule 12 is still with windows 15 running over which the interiors 11 with the environment, ie with the outer protective gas atmosphere of the furnace chamber in communication. The size of these preferably in the frame 13 provided windows 15 is chosen so that the encapsulation of each interior 11 greater than 60%, preferably greater than 80%, preferably in the range between 80% and 95%. The encapsulation is the total area of the closed inner surface of the respective interior 11 (except the area size of the window openings of the windows 15 ) Based on the surface area of the entire inner surface of the respective interior 11 (including the size of the window openings). The oxygen content of the outer protective gas atmosphere in the furnace interior is set, for example, between 2 and 600 ppm, with an encapsulation between 80 and 95%, preferably in the range between 50 to 200 ppm.
Am Beginn des Hochtemperatur-Bondens wird zunächst durch einen Gasaustausch zwischen dem Innenraum 11 bzw. der dortigen inneren Atmosphäre und der äußeren Schutzgasatmosphäre Umgebungsluft verdrängt, die noch im gekapselten Innenraum 11 noch vorhanden ist.. Während des Hochtemperatur-Bondens wird durch die Kapselung der Einfluss des Sauerstoffgehaltes in der äußeren Schutzgasatmosphäre auf die Qualität des hergestellten Metall-Keramik-Substrates bzw. auf die Qualität des Metall-Keramik-Verbundes so stark reduziert, dass selbst dann, wenn die äußere Schutzgasatmosphäre einen Sauerstoffgehalt aufweist, der weit unter oder weit über dem Gleichgewichtssauerstoffgehalt liegt, Metall-Keramik-Substrate mit hoher Qualität erhalten werden. Dieses Ergebnis ist offenbar darauf zurückzuführen, dass bei der relativ hohen Prozesstemperatur, bei der das Hochtemperatur-Bonden erfolgt, die Diffusion von Sauerstoff aus der äußeren Schutzgasatmosphäre durch die Fenster 15 in die innere Schutzgasatmosphäre innerhalb der Innenräume 11 und umgekehrt sehr gering ist. Dieser Effekt kann durch eine gezielte Stromführung der äußeren Schutzgasatmosphäre im Innenraum des für das Hochtemperaturbonden verwendeten Ofens noch verstärkt werden, und zwar dadurch, dass am Anfang des Verfahrens zum Spülen der Innenräume 11 die Strömung der Schutzgasatmosphäre auf die Fenster 15 der Kapsel 12 und beim Hochtemperatur-Bonden auf die geschlossene Fläche der Kapsel 12 gerichtet ist.At the beginning of the high-temperature bonding is first by a gas exchange between the interior 11 or the inner atmosphere there and the outer protective gas atmosphere displaces ambient air, which is still in the encapsulated interior 11 is still present .. During the high-temperature bonding is encapsulated by the influence of the oxygen content in the outer protective gas atmosphere on the quality of the produced metal-ceramic substrate or on the quality of the metal-ceramic composite so much reduced that even then when the outer shielding gas atmosphere has an oxygen content far below or well above the equilibrium oxygen content, high quality metal-ceramic substrates are obtained. This result is apparently due to the fact that at the relatively high process temperature at which the high temperature bonding occurs, the diffusion of oxygen from the outer shielding gas atmosphere through the windows 15 in the inner inert gas atmosphere within the interiors 11 and vice versa is very low. This effect can be enhanced by a selective current conduction of the outer protective gas atmosphere in the interior of the furnace used for high-temperature bonding, namely, that at the beginning of the process for purging the interiors 11 the flow of inert gas atmosphere on the windows 15 the capsule 12 and during high temperature bonding to the closed area of the capsule 12 is directed.
Die Kapsel 12 bzw. deren Rahmen 13 und Abschlusselement 14 bestehen aus einem Material mit hoher Temperaturfestigkeit, vorzugsweise aus einem keramischen Werkstoff, z. B. aus Al2O3, Si3N4, SiC und/oder aus Forsterit und/oder aus Mullit.The capsule 12 or their frame 13 and conclusion element 14 consist of a material with high temperature resistance, preferably made of a ceramic material, for. B. from Al2O3, Si3N4, SiC and / or forsterite and / or mullite.
Vorstehend wurde davon ausgegangen, dass die Kapsel 12 mit zwei übereinander angeordneten Innenräumen 11 ausgebildet ist. Selbstverständlich sind auch Ausführungen möglich, bei denen die verwendete Kapsel nur einen Innenraum oder aber mehr als zwei Innenräume 11 aufweist.Above, it was assumed that the capsule 12 with two superimposed interiors 11 is trained. Of course, embodiments are possible in which the capsule used only an interior or more than two interiors 11 having.
Vorstehend wurde davon ausgegangen, dass im jeweiligen Verfahren jeweils zwei Keramiksubstrate einseitig mit einer Metallfolie 3.1 oder aber beidseitig mit jeweils zwei Metallfolien 3.1 durch Hochtemperatur-Bonden verbunden werden. Selbstverständlich kann die Anzahl der Keramiksubstrate 2 auch größer als zwei sein. Die 5 zeigt eine Anordnung, bei der insgesamt vier Keramiksubstrate 2 auf einer Metallfolie 3.1 angeordnet sind, und zwar in zwei Reihen mit jeweils zwei Keramiksubstraten 2. Die Metallfolie 3.1 liegt wiederum auf dem Träger 4, vorzugsweise auf dem Träger 4 mit der Zwischenschicht 4.1 auf. Auf die Keramiksubstrate 2 wird dann anschließend die weitere Metallfolie 3.1 aufgelegt und durch Hochtemperatur-Bonden wird dann der Metall-Keramik-Verbund mit den Metallfolien 3.1 und den Keramiksubstraten 2 hergestellt, und zwar in Verfahrensschritten analog zu den im Zusammenhang mit den Positionen der 2 beschriebenen Verfahrensschritten. Das DCB-Bonden erfolgt dann beispielsweise wiederum ungekapselt in der Schutzgasatmosphäre des verwendeten Ofens oder aber gekapselt im Innenraum einer Kapsel, beispielsweise im Innenraum 11 der Kapsel 12.In the above, it was assumed that in each case two ceramic substrates on one side with a metal foil 3.1 or on both sides with two metal foils each 3.1 be connected by high temperature bonding. Of course, the number of ceramic substrates 2 also be bigger than two. The 5 shows an arrangement in which a total of four ceramic substrates 2 on a metal foil 3.1 are arranged, in two rows, each with two ceramic substrates 2 , The metal foil 3.1 again lies on the carrier 4 , preferably on the support 4 with the intermediate layer 4.1 on. On the ceramic substrates 2 then becomes the further metal foil 3.1 By high-temperature bonding and then the metal-ceramic composite with the metal foils 3.1 and the ceramic substrates 2 produced, in process steps analogous to those associated with the positions of 2 described method steps. The DCB bonding is then again, for example unencapsulated in the protective gas atmosphere of the furnace used or encapsulated in the interior of a capsule, for example in the interior 11 the capsule 12 ,
Die 6 zeigt in einer Darstellung ähnlich der 5 eine weitere mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Hierbei werden Metallfolien 3.1 verwendet, die zwei parallele und voneinander und beabstandete Folienstreifen 3.1.1 bilden, welche leitersprossenartig über Stege 3.1.2 miteinander verbunden sind. Die Keramiksubstrate 2 sind dann jeweils zwischen zwei Stegen 3.1.2 angeordnet. Die in der 6 dargestellten Metallfolie 3.1 werden durch Stanzen aus dem metallischen Flachmaterial hergestellt. Die Verwendung dieser Metallfolien hat den Vorteil, dass nach dem Hochtemperatur-Bonden die Keramiksubstrate 2 bereits über die Längsseiten der Folienstreifen 3.1.1 vorstehen, wie dies in der Regel u. a. für die Spannungsfestigkeit des betreffenden Metall-Keramik-Substrates erforderlich ist, und zwar ohne dass in einer späteren Nachbearbeitung des Metall-Keramik-Substrates die Metallisierungen an den entsprechenden Randbereichen des Keramiksubstrates 2 entfernt werden muss.The 6 shows in a representation similar to the 5 another possible embodiment of the method according to the invention. Here are metal foils 3.1 used, the two parallel and spaced apart and film strips 3.1.1 form, which ladder rung-like over webs 3.1.2 connected to each other. The ceramic substrates 2 are then each between two bars 3.1.2 arranged. The in the 6 illustrated metal foil 3.1 are made by punching from the metallic sheet. The use of these metal foils has the advantage that after high-temperature bonding, the ceramic substrates 2 already over the long sides of the foil strips 3.1.1 protrude, as is usually required, inter alia, for the dielectric strength of the respective metal-ceramic substrate, without that in a subsequent post-processing of the metal-ceramic substrate, the metallizations on the corresponding edge regions of the ceramic substrate 2 must be removed.
Die 7 zeigt in schematischer Darstellung eine Anlage 16, mit der die Herstellung der Metall-Keramik-Substrate 1a mit den beidseitig metallisierten Keramiksubstraten 2 in einem kontinuierlichen Verfahren erfolgt. Hierfür werden die voroxidierten Kupferfolien 3.1 jeweils von einem Vorrat 3.2 in Form eines Coils als bandförmiges Material abgezogen (Pfeile A) und die Keramiksubstrate 2 in geeigneter Weise zwischen die beiden Kupferfolien 3.1 eingebracht. Nach dem Zusammenführen der Kupferfolien 3.1 und der Keramiksubstrate 2 wird die so gebildete Anordnung durch einen Tunneloffen 17 bewegt, in dem das Hochtemperatur-Bonden, vorzugsweise das DCB-Bonden zur Herstellung des Metall-Keramik-Verbundes erfolgt. Nach dem Verlassen des Tunnelofens 17 und Abkühlen werden die einzelnen Metall-Keramik-Substrate 1a durch Trennen der durchgehenden, von den Metallfolien 3.1 gebildeten Metallisierung erhalten, wie dies in der 7 mit der Trennlinie 5.1 angedeutet ist.The 7 shows a schematic representation of a plant 16 , with the production of the metal-ceramic substrates 1a with the metallized on both sides ceramic substrates 2 in a continuous process. For this purpose, the pre-oxidized copper foils 3.1 each from a supply 3.2 subtracted in the form of a coil as a band-shaped material (arrows A) and the ceramic substrates 2 suitably between the two copper foils 3.1 brought in. After merging the copper foils 3.1 and the ceramic substrates 2 The arrangement thus formed is opened by a tunnel 17 moved, in which the high-temperature bonding, preferably the DCB bonding for the production of the metal-ceramic composite takes place. After leaving the tunnel kiln 17 and cooling are the individual metal-ceramic substrates 1a by separating the continuous, from the metal foils 3.1 obtained metallization, as shown in the 7 with the dividing line 5.1 is indicated.
Um die Leistung der Anlage 16 zu erhöhen, besteht bei entsprechend großer Breite der Metallfolien 3.1 auch die Möglichkeit, quer zur Transportrichtung A jeweils zwei oder mehr als zwei Keramiksubstrate 2 zwischen den Metallfolien 3.1 anzuordnen, wobei dann die Metallfolien 3.1 beispielsweise in der vorstehend im Zusammenhang mit der 6 beschriebenen Weise ausgeführt sind.To the performance of the plant 16 To increase, there is a correspondingly large width of the metal foils 3.1 also the possibility, transverse to the transport direction A, two or more than two ceramic substrates 2 between the metal foils 3.1 to arrange, in which case the metal foils 3.1 For example, in the above in connection with the 6 described manner are executed.
Die Erfindung wurde voranstehend an verschiedenen Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche weitere Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird.The invention has been described above in various embodiments. It is understood that numerous other modifications are possible without thereby departing from the inventive concept underlying the invention.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
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1, 1a1, 1a
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Metall-Keramik-SubstratMetal-ceramic substrate
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22
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Keramiksubstratceramic substrate
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33
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Metallisierungmetallization
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3.13.1
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Metallfoliemetal foil
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3.1.13.1.1
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Folienstreifenfilm strips
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3.1.23.1.2
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Stegweb
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3.23.2
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MetallfolienvorratMetal foil stock
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44
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Trägercarrier
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4.14.1
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Zwischenschicht oder TrennschichtInterlayer or release layer
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5.1, 5.25.1, 5.2
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Trennlinieparting line
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66
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metallischer Randbereichmetallic border area
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77
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Nut in Metallisierung 3 Groove in metallization 3
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8, 8.18, 8.1
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SollbruchlinieLine of weakness
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99
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Metallfoliemetal foil
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1010
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metallischer Randbereichmetallic border area
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1111
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Innenrauminner space
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1212
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Kapselcapsule
-
1313
-
Rahmenframe
-
1414
-
Abdeckelementcover
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1515
-
Fensterwindow
-
1616
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Anlageinvestment
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1717
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Tunnelofentunnel kiln
-
AA
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Transportrichtungtransport direction
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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US 3744120 [0003] US 3744120 [0003]
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DE 2319854 [0003] DE 2319854 [0003]
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DE 2213115 [0006] DE 2213115 [0006]
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EP 153618 A [0006] EP 153618 A [0006]
