DE102013104739B4 - Metal-ceramic substrates and method for producing a metal-ceramic substrate - Google Patents

Metal-ceramic substrates and method for producing a metal-ceramic substrate Download PDF

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Abstract

Metall-Keramik-Substrat umfassend zumindest eine Keramikschicht (2), die an zumindest einer Oberflächenseite (2.1) mit wenigstens einer Metallisierung (3) mit einer Schichtdicke (D) von wenigstens 0,1 mm versehen ist, die zur Ausbildung von Leiterbahnen und/oder Kontakt- oder Anschlussflächen (5, 5a, 5b) derart strukturiert ist, dass im äußeren Randbereich (3') der strukturierten Metallisierung (3) ein sich zumindest abschnittsweise entlang des äußeren Randbereiches (3') erstreckender Metallisierungsabschnitt (3a, 3b) mit reduzierter Schichtdicke (DR) entsteht, wobei der schichtdickenreduzierte Metallisierungsabschnitt (3a, 3b) mit einer Beschichtung aus einem Füllmaterial (6) versehen ist, wobei das Füllmaterial (6) aus einem Kunststoffmaterial mit einem Keramikanteil und/oder graphitisierten Kohlenstoffanteil hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein bündiger Übergang zwischen der Oberseite der Metallisierung (3) und der Oberseite der Beschichtung aus dem Füllmaterial (6) gebildet ist.Metal-ceramic substrate comprising at least one ceramic layer (2), which is provided on at least one surface side (2.1) with at least one metallization (3) with a layer thickness (D) of at least 0.1 mm, which is used to form conductor tracks and/or or contact or connection surfaces (5, 5a, 5b) is structured in such a way that in the outer edge area (3') of the structured metallization (3) there is a metallization section (3a, 3b) that extends at least in sections along the outer edge area (3'). reduced layer thickness (DR), the layer-thickness-reduced metallization section (3a, 3b) being provided with a coating of a filling material (6), the filling material (6) being made of a plastic material with a ceramic content and/or graphitized carbon content, characterized that a flush transition between the top of the metallization (3) and the top of the coating of the filler material (6) born ildet is.

Description

Die Erfindung betrifft Metall-Keramik-Substrate gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 13 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Metall-Keramik-Substrates gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 14.The invention relates to metal-ceramic substrates according to the preambles of claims 1 and 13 and a method for producing a metal-ceramic substrate according to the preamble of patent claim 14.

Metall-Keramik-Substrate in Form von Leiterplatten bestehend aus einer Keramikschicht und wenigstens einer mit einer Oberflächenseite der Keramikschicht verbundenen und zur Ausbildung von Leiterbahnen, Kontakten, Kontakt- oder Anschlussflächen strukturierten Metallisierung sind in verschiedensten Ausführungen bekannt. Derartige Metall-Keramik-Substrate finden beispielsweise Verwendung zum Aufbau von Leistungshalbleiter-Modulen.Metal-ceramic substrates in the form of printed circuit boards consisting of a ceramic layer and at least one metallization connected to a surface side of the ceramic layer and structured to form conductor tracks, contacts, contact or connection surfaces are known in a wide variety of designs. Such metal-ceramic substrates are used, for example, to construct power semiconductor modules.

Zum Verbinden von die Metallisierung bildenden Metallfolien oder Metallschichten miteinander oder mit einem Keramiksubstrat bzw. einer Keramikschicht ist ferner das sogenannte „DCB-Verfahren“ („Direct-Copper-Bonding“) bekannt. Dabei werden Metallschichten, vorzugsweise Kupferschichten oder -folien miteinander und/oder mit einer Keramikschicht verbunden, und zwar unter Verwendung von Metall- bzw. Kupferblechen oder Metall- bzw. Kupferfolien, die an ihren Oberflächenseiten eine Schicht oder einen Überzug („Aufschmelzschicht“) aus einer chemischen Verbindung aus dem Metall und einem reaktiven Gas, bevorzugt Sauerstoff aufweisen. Bei diesem beispielsweise in der US 3 744 120 A oder in der DE 23 19 854 A beschriebenen Verfahren bildet diese Schicht oder dieser Überzug („Aufschmelzschicht“) ein Eutektikum mit einer Schmelztemperatur unter der Schmelztemperatur des Metalls (z.B. Kupfers), so dass durch Auflegen der Metall- bzw. Kupferfolie auf die Keramikschicht und durch Erhitzen sämtlicher Schichten diese miteinander verbunden werden können, und zwar durch Aufschmelzen der Metallschicht bzw. Kupferschicht im Wesentlichen nur im Bereich der Aufschmelzschicht bzw. Oxidschicht. Ein derartiges DCB-Verfahren weist dann beispielsweise folgende Verfahrensschritte auf:

  • • - Oxidieren einer Kupferfolie derart, dass sich eine gleichmäßige Kupferoxidschicht ergibt;
  • • - Auflegen des Kupferfolie mit der gleichmäßige Kupferoxidschicht auf die Keramikschicht;
  • • - Erhitzen des Verbundes auf eine Prozesstemperatur zwischen etwa 1025 bis 1083°C, beispielsweise auf ca. 1071 °C;
  • • - Abkühlen auf Raumtemperatur.
The so-called “DCB method” (“direct copper bonding”) is also known for connecting metal foils or metal layers forming the metallization to one another or to a ceramic substrate or a ceramic layer. In this case, metal layers, preferably copper layers or foils, are connected to one another and/or to a ceramic layer, using metal or copper sheets or metal or copper foils which have a layer or a coating (“melting layer”) on their surface sides a chemical compound of the metal and a reactive gas, preferably oxygen. In this example in the U.S. 3,744,120A or in the DE 23 19 854 A In the method described, this layer or this coating (“melting layer”) forms a eutectic with a melting temperature below the melting temperature of the metal (e.g. copper), so that by placing the metal or copper foil on the ceramic layer and heating all the layers, these are connected to one another can, namely by melting the metal layer or copper layer essentially only in the region of the melting layer or oxide layer. Such a DCB method then has the following method steps, for example:
  • • - oxidizing a copper foil in such a way that a uniform copper oxide layer results;
  • • - Laying the copper foil with the even layer of copper oxide on the ceramic layer;
  • • - heating the composite to a process temperature between about 1025 to 1083°C, for example to about 1071°C;
  • • - Cooling down to room temperature.

Ferner ist aus den Druckschriften DE 22 13 115 A und EP 0 153 618 A das sogenannte Aktivlot-Verfahren zum Verbinden von Metallisierungen bildenden Metallschichten oder Metallfolien, insbesondere auch von Kupferschichten oder Kupferfolien mit einem Keramikmaterial bzw. einer Keramikschicht bekannt. 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 einer 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 eine chemische Reaktion eine Verbindung zwischen dem Hartlot und der Keramik her, während die Verbindung zwischen dem Hartlot und dem Metall eine metallische Hartlöt-Verbindung ist.Furthermore, from the publications DE 22 13 115 A and EP 0 153 618 A the so-called active soldering process for connecting metal layers or metal foils forming metallizations, in particular also copper layers or copper foils, to a ceramic material or a ceramic layer is known. In this process, which is also used specifically for the production of metal-ceramic substrates, a connection is made between a metal foil, for example copper foil, and a ceramic substrate, for example aluminum nitride ceramic, at a temperature of between approx. 800-1000°C Manufactured using a brazing alloy which, in addition to a main component such as copper, silver and/or gold, also contains an active metal. This active metal, which is for example at least one element from the group Hf, Ti, Zr, Nb, Ce, creates a connection between the brazing alloy and the ceramic by a chemical reaction, while the connection between the brazing alloy and the metal is a metallic brazing connection is.

Auch sind Verfahren zur flächigen Verbindung einer Aluminiumschicht mit einer Keramikschicht unter der Bezeichnung „Direct-Aluminium-Bonding“ („DAB-Verfahren“) bekannt. Grundsätzlich können auch Klebeverbindungen oder Klebe-Techniken unter Verwendung von Kunststoff-Klebern, beispielsweise unter Verwendung von Klebern auf Epoxyharz-Basis für ein derartiges Bonden zweier Schichten verwendet werden, und zwar insbesondere auch faserverstärkte Kleber. Bekannt ist insbesondere auch die Verwendung von speziellen Klebern, die Carbon-Fasern und/oder Carbon-Nanofasern und/oder Carbon-Nanotubes enthalten, und/oder Kleber, mit denen eine thermische und/oder elektrisch gut leitende Klebeverbindung möglich ist. Genannte Verbindungstechnologien können bei Vorsehen mehrere Metallschichten sowohl an der Unter- als auch der Oberseite der Keramikschicht selbstverständlich auch in Kombination Anwendung finden.Methods for the surface connection of an aluminum layer with a ceramic layer are also known under the designation “direct aluminum bonding” (“DAB method”). In principle, adhesive connections or adhesive techniques using plastic adhesives, for example using adhesives based on epoxy resin, can also be used for such a bonding of two layers, and in particular also fiber-reinforced adhesives. In particular, the use of special adhesives that contain carbon fibers and/or carbon nanofibers and/or carbon nanotubes and/or adhesives with which a thermally and/or electrically highly conductive adhesive connection is possible is also known. Said connection technologies can, of course, also be used in combination if several metal layers are provided both on the underside and on the top side of the ceramic layer.

Es ist bekannt, dass derartige Metall-Keramik-Substrate in vielen Anwendungen hohen Temperaturwechselbelastungen unterliegen, bei denen beispielsweise Temperaturänderungen zwischen -40°C und + 125 °C auftreten können. Bedingt durch den unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Keramikschicht und der Metallisierung bzw. Metallschicht ergeben sich am Übergang zwischen diesen Schichten bei Temperaturschwankungen erhebliche mechanische Druck- oder Zugspannungen, deren Gradient im Keramikmaterial am Rand der Metallschicht besonders groß ist und zu Rissen im Bereich der Oberfläche der Keramikschicht führt.It is known that such metal-ceramic substrates are subject to high thermal cycling stresses in many applications, in which, for example, temperature changes between −40° C. and +125° C. can occur. Due to the different thermal expansion coefficients of the ceramic layer and the metallization or metal layer, considerable mechanical compressive or tensile stresses arise at the transition between these layers during temperature fluctuations, the gradient of which is particularly large in the ceramic material at the edge of the metal layer and leads to cracks in the area of the surface of the ceramic layer .

Auch ist bekannt, dass durch eine Strukturierung der Metallisierung bzw. Metallschicht, die bereits häufig durch das für den Schaltkreis notwendige Layout vorgegeben ist, der Gradient der Zug- und Druckspannungen verringert werden kann.It is also known that the gradient of the tensile and compressive stresses can be reduced by structuring the metallization or metal layer, which is already often predetermined by the layout required for the circuit.

Zur Vermeidung derartiger Rissbildung und Erhöhung der Temperaturwechselbeständigkeit des Metall-Keramik-Substrates sind bereits unterschiedliche Maßnahmen bekannt. Beispielsweise ist aus der DE 40 04 844 C1 bereits ein Verfahren zur Herstellung einer strukturierten Kupfermetallisierung eines Metall-Keramik-Substrates bekannt, bei dem durch entsprechende Ätztechniken eine strukturierte Metallisierung geschaffen wird, die an ihren Rändern zur Reduzierung des Gradienten der Zug- und Druckspannungen stellenweise geschwächt ist. Die hierbei vermittelte Lehre umfasst in ihrer allgemein gehaltenen Form auch bereits vorher bekannte Ausgestaltungen von Leiterbahnen, Kontaktflächen oder dergl. strukturierten Metallisierungen sowie auch Kantenabschwächungen, wie sie beim Ätzen von Strukturen von Metallisierungen zwangsläufig erhalten werden und sich nicht vermeiden lassen.Various measures are already known for avoiding such cracking and increasing the thermal shock resistance of the metal-ceramic substrate. For example, from the DE 40 04 844 C1 a method for producing a structured copper metallization of a metal-ceramic substrate is already known, in which a structured metallization is created by appropriate etching techniques, which is weakened in places at its edges to reduce the gradient of the tensile and compressive stresses. In its general form, the teaching imparted here also includes previously known configurations of conductor tracks, contact surfaces or similarly structured metallizations as well as edge weakening, as are inevitably obtained when etching structures of metallizations and cannot be avoided.

Aus der US 2008 / 0 164 588 A1 ist ein Leistungshalbleitermodul bekannt, welches eine Keramikschicht aufweist, auf deren Oberseite wenigstens eine Metallisierung vorgesehen ist, welche zur Ausbildung von Kontakt- oder Anschlussflächen strukturiert ist. Ferner weist zumindest eine der eine Kontakt- oder Anschlussflächen bildenden Metallisierung einen sich zumindest abschnittsweise entlang des äußeren Randbereiches der Metallisierung erstreckenden Metallisierungsabschnitt mit reduzierter Schichtdicke auf. Das gesamte Leistungshalbleitermodul ist oberseitig eingekapselt ausgebildet.A power semiconductor module is known from US 2008/0 164 588 A1, which has a ceramic layer, on the upper side of which at least one metallization is provided, which is structured to form contact or connection surfaces. Furthermore, at least one of the metallizations forming a contact or connection area has a metallization section with a reduced layer thickness that extends at least in sections along the outer edge region of the metallization. The entire power semiconductor module is encapsulated on the top.

Ferner ist aus der US 6 054 762 A , DE 199 27 046 B4 , EP 0 789 397 A2 ein Metall-Keramik-Substrat mit Keramikschicht und einer darauf befindlichen Metallisierung bekannt, bei der im äußeren Randbereich der Metallisierung zumindest abschnittsweise ein schichtdickenreduzierter Metallisierungsbereich vorgesehen ist.Furthermore, from the U.S. 6,054,762 A , DE 199 27 046 B4 , EP 0 789 397 A2 a metal-ceramic substrate with a ceramic layer and a metallization located thereon is known, in which a metallization area with a reduced layer thickness is provided at least in sections in the outer edge region of the metallization.

Aus der US 2007 / 0 224 400 A1 ist ein Metall-Keramik-Substrat mit einer Keramikschicht und auf dieser angeordneten Kontaktflächen bekannt, wobei die Kontaktflächen mit einer Metallisierung versehen sind und eine Schichtdicke von lediglich 20µm aufweisen. In einzelnen Ausführungsvarianten ist im äußeren Randbereich der Kontaktflächen eine Glasschicht mit einem zweischichtigen Aufbau, und zwar umfassend eine erste Glasunterschicht und eine zweite Glasunterschicht, vorgesehen, welche sich über die äußeren Randbereich der Kontaktflächen auf die Unterseite der Keramikschicht erstreckt und damit den vollständigen Randbereich, einschließlich der Stirnseiten der Kontaktflächen abdeckt.A metal-ceramic substrate with a ceramic layer and contact surfaces arranged on this is known from US 2007/0 224 400 A1, the contact surfaces being provided with a metallization and having a layer thickness of only 20 μm. In individual design variants, a glass layer with a two-layer structure is provided in the outer edge area of the contact surfaces, namely comprising a first glass sub-layer and a second glass sub-layer, which extends over the outer edge area of the contact surfaces onto the underside of the ceramic layer and thus the entire edge area, including covers the front sides of the contact surfaces.

Aus der gattungsbildenden JP 2002 - 76 197 A und der EP 0 921 565 A2 sind jeweils Metall-Keramik-Substrate bekannt, bei denen die Metallisierung und die Keramik von einer Beschichtung aus einem Füllmaterial bedeckt sind. Insbesondere aus der JP 2002 - 76 197 A ist es bekannt, das Füllmaterial mit einem Keramikmaterial zu ergänzen.From the generic JP 2002 - 76 197 A and the EP 0 921 565 A2 are known in each case metal-ceramic substrates in which the metallization and the ceramic are covered by a coating of a filling material. In particular from the JP 2002 - 76 197 A it is known to supplement the filling material with a ceramic material.

Ausgehend von dem voranstehend genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Metall-Keramik-Substrates als auch zugehöriges Verfahren zur Herstellung eines Metall-Keramik-Substrates aufzuzeigen, welches eine verbesserte Temperaturwechselbeständigkeit aufweist. Die Aufgabe wird durch ein Metall-Keramik-Substrat bzw. ein Verfahren zu dessen Herstellung gemäß der Patentansprüche 1, 13 . und 14 gelöst.Proceeding from the prior art mentioned above, the invention is based on the object of demonstrating a metal-ceramic substrate as well as the associated method for producing a metal-ceramic substrate which has improved thermal shock resistance. The object is achieved by a metal-ceramic substrate and a method for its production according to claims 1, 13 . and 14 solved.

Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Metall-Keramik-Substrat vorgesehen, umfassend zumindest eine Keramikschicht, die an zumindest einer Oberflächenseite mit wenigstens einer Metallisierung mit einer Schichtdicke von wenigstens 0,1 mm versehen ist, die zur Ausbildung von Leiterbahnen und/oder Kontakt- oder Anschlussflächen derart strukturiert ist, dass im äußeren Randbereich der strukturierten Metallisierung ein sich zumindest abschnittsweise entlang des äußeren Randbereiches erstreckender Metallisierungsabschnitt mit reduzierter Schichtdicke entsteht, wobei der schichtdickenreduzierte Metallisierungsabschnitt mit einer Beschichtung aus einem Füllmaterial versehen ist, wobei das Füllmaterial aus einem Kunststoffmaterial mit einem Keramikanteil und/oder graphitisierten Kohlenstoffanteil hergestellt ist, wobei ein bündiger Übergang zwischen der Oberseite der Metallisierung und der Oberseite der Schicht Beschichtung aus dem Füllmaterial gebildet istAccording to a first aspect, a metal-ceramic substrate is provided, comprising at least one ceramic layer which is provided on at least one surface side with at least one metallization with a layer thickness of at least 0.1 mm, which is used to form conductor tracks and/or contact or connecting surfaces is structured in such a way that in the outer edge area of the structured metallization there is a metallization section with a reduced layer thickness that extends at least in sections along the outer edge area, the metallization section with the reduced layer thickness being provided with a coating of a filling material, the filling material consisting of a plastic material with a ceramic content and / or graphitized carbon portion is produced, wherein a flush transition between the top of the metallization and the top of the coating layer is formed from the filler material

Der wesentliche Aspekt des erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Substrates ist darin zu sehen, dass der schichtdickenreduzierte Metallisierungsabschnitt mit einer Beschichtung aus einem Füllmaterial versehen ist. Besonders vorteilhaft wird durch die erfindungsgemäße Beschichtung des schichtdickenreduzierten Randbereiches der strukturierten Metallisierung eine merkliche Verbesserung der Temperaturwechselbeständigkeit erreicht. Das verwendete Füllmaterial ist vorzugsweise kompatibel mit diversen Metallisierungsverfahren, beispielsweise Nickelbad, Goldbad, Silberbad und auch säuren- und laugenbeständig. Schließlich weist das Füllmaterial auch eine Hitzebeständigkeit größer 350°C auf.The essential aspect of the metal-ceramic substrate according to the invention can be seen in the fact that the layer-thickness-reduced metallization section is provided with a coating of a filling material. A noticeable improvement in the resistance to temperature changes is particularly advantageously achieved by the coating according to the invention of the edge region of reduced layer thickness of the structured metallization. The filling material used is preferably compatible with various metallization processes, for example nickel bath, gold bath, silver bath, and is also resistant to acids and alkalis. Finally, the filling material also has a heat resistance of more than 350°C.

Besonders vorteilhaft ist in einer ersten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Substrat der schichtdickenreduzierte Metallisierungsabschnitt durch einen stufenartig ausgebildeten äußeren Randabschnitt der Metallisierung gebildet, der vorzugsweise vollflächig mit dem Füllmaterial beschichtet ist. Die reduzierte Schichtdicke des Metallisierungsabschnittes und die Schichtdicke des Füllmaterials entsprechen in Summe näherungsweise der Schichtdicke der Metallisierung, d.h. es entsteht erfindungsgemäß ein bündiger Übergang zwischen Oberseite Metallisierung und Oberseite der Schicht aus dem Füllmaterial. Auch kann sich die Schicht aus dem Füllmaterial über den äußeren Randabschnitt in den anschließenden freigeätzten Bereich der Keramikschicht erstrecken.In a first variant of the metal-ceramic substrate according to the invention, the layer-thickness-reduced metallization section is particularly advantageously formed by a step-like outer edge section of the metallization, which is preferably coated over the entire surface with the filling material. The reduced layer thickness of the metallization section and the layer The total thickness of the filling material corresponds approximately to the layer thickness of the metallization, ie according to the invention there is a flush transition between the top side of the metallization and the top side of the layer made of the filling material. The layer of the filling material can also extend over the outer edge section into the adjoining etched-free area of the ceramic layer.

In einer zweiten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Substrates ist der schichtdickenreduzierte Metallisierungsabschnitt durch eine vorzugsweise einen wannenartiger Querschnitt aufweisende Ausnehmung im äußeren Randbereich der Metallisierung gebildet. Vorteilhaft ergibt sich durch das Ätzen einer derartigen einen wannenartigen Querschnitt aufweisenden Ausnehmung ein Ausnehmungsrand, der ein randseitiges Abfließen des Füllmaterials in den freigeätzten Bereich der Keramikschicht effektiv verhindert. Vorzugsweise ist die wannenartige Ausnehmung mit dem Füllmaterial vollständig verfüllt.In a second embodiment variant of the metal-ceramic substrate according to the invention, the layer-thickness-reduced metallization section is formed by a recess preferably having a trough-like cross-section in the outer edge region of the metallization. The etching of such a recess having a trough-like cross-section advantageously results in a recess edge which effectively prevents the filling material from flowing off the edge into the etched-away region of the ceramic layer. The trough-like recess is preferably completely filled with the filling material.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante ist das erfindungsgemäße Metall-Keramik-Substrat derart ausgebildet, dass der schichtdickenreduzierte Metallisierungsabschnitt durch entsprechendes Maskieren und Ätzen der Metallisierung und/oder durch eine mechanische Oberflächenbearbeitung, insbesondere Fräsen erzeugt ist und/oder
dass der äußeren Randbereiches einen zentralen Metallisierungsbereich einschließt, welcher eine Kontakt- oder Bondfläche zum Anschluss eines elektrischen Bauelementes bildet, wobei
als Kunststoffmaterial beispielsweise Polyimid, Polyamide, Epoxid oder Polyetheretherketon und als Keramikanteil beispielsweise Siliziumnitrid, Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid oder Glas vorgesehen sind, und/oder dass der thermische Ausdehnungskoeffizient des Füllmaterials kleiner als der thermische Ausdehnungskoeffizient der Metallisierung ist, und/oder dass die Keramikschicht aus Oxid-, Nitrid- oder Karbidkeramiken wie Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid oder Siliziumnitrid oder Siliziumkarbid oder Aluminiumoxid mit Zirkonoxid hergestellt ist, und/oder
dass die weitere Oberflächenseite der Keramikschicht mit wenigstens einer weiteren Metallisierung versehen ist, wobei die vorgenannten Merkmale wiederum jeweils einzeln oder in beliebiger Kombination vorgesehen sein können. Ferner ist der Gegenstand der Erfindung ein Metall-Keramik-Substrat, wobei das Metall-Keramik-Substrat zumindest eine Keramikschicht umfasst, die an zumindest einer Oberflächenseite mit wenigstens einer Metallisierung mit einer Schichtdicke von wenigstens 0,1 mm versehen ist, die zur Ausbildung von Leiterbahnen und/oder Kontakt- oder Anschlussflächen derart strukturiert ist, dass im äußeren Randbereich der strukturierten Metallisierung ein sich zumindest abschnittsweise entlang des äußeren Randbereiches erstreckender Metallisierungsabschnitt mit reduzierter Schichtdicke entsteht, wobei der schichtdickenreduzierte Metallisierungsabschnitt mit einer Beschichtung aus einem Füllmaterial versehen ist, wobei das Füllmaterial aus einem Kunststoffmaterial mit einem Keramikanteil und/oder graphitisierten Kohlenstoffanteil hergestellt ist, wobei der schichtdickenreduzierte Metallisierungsabschnitt durch eine Vielzahl von Ausnehmungen gebildet ist und wobei ein bündiger Übergang zwischen der Oberseite der Metallisierung und der Oberseite der Schicht aus dem Füllmaterial gebildet ist.
In a further advantageous embodiment variant, the metal-ceramic substrate according to the invention is designed in such a way that the layer-thickness-reduced metallization section is produced by appropriate masking and etching of the metallization and/or by mechanical surface processing, in particular milling, and/or
that the outer edge region includes a central metallization region, which forms a contact or bonding surface for connecting an electrical component, wherein
polyimide, polyamide, epoxy or polyetheretherketone as the plastic material and silicon nitride, aluminum nitride, aluminum oxide or glass as the ceramic component, for example, and/or that the thermal expansion coefficient of the filling material is smaller than the thermal expansion coefficient of the metallization, and/or that the ceramic layer consists of oxide -, Nitride or carbide ceramics such as aluminum oxide or aluminum nitride or silicon nitride or silicon carbide or aluminum oxide is made with zirconium oxide, and / or
that the further surface side of the ceramic layer is provided with at least one further metallization, wherein the aforementioned features can in turn be provided individually or in any combination. Furthermore, the subject of the invention is a metal-ceramic substrate, wherein the metal-ceramic substrate comprises at least one ceramic layer which is provided on at least one surface side with at least one metallization with a layer thickness of at least 0.1 mm, which is used to form Conductor tracks and/or contact or connection surfaces is structured in such a way that a metallization section with a reduced layer thickness that extends at least in sections along the outer edge region is formed in the outer edge area of the structured metallization, the metallization section with the reduced layer thickness being provided with a coating of a filler material, the filler material is made of a plastic material with a ceramic component and/or graphitized carbon component, the layer-thickness-reduced metallization section being formed by a multiplicity of recesses and a flush transition between the upper side of the metallization and the top of the layer is formed from the filling material.

Ferner ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Metall-Keramik-Substrates umfassend zumindest eine Keramikschicht, die an zumindest einer Oberflächenseite mit wenigstens einer Metallisierung mit einer Schichtdicke von wenigstens 0,1 mm versehen ist, bei dem zur Ausbildung von Leiterbahnen und/oder Kontakt- oder Anschlussflächen die Metallisierung derart strukturiert wird, dass im äußeren Randbereich der strukturierten Metallisierung ein sich zumindest abschnittsweise entlang des äußeren Randbereiches erstreckender Metallisierungsabschnitt mit reduzierter Schichtdicke erzeugt wird. Erfindungsgemäß wird der schichtdickenreduzierte Metallisierungsabschnitt mit einem Füllmaterial beschichtet, wobei das Füllmaterial aus einem Kunststoffmaterial mit einem Keramikanteil und/oder graphitisierten Kohlenstoffanteil hergestellt ist, wobei ein bündiger Übergang zwischen der Oberseite der Metallisierung und der Oberseite der Schicht aus dem Füllmaterial gebildet wird. Vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren technisch einfach umsetzbar, so dass zur Herstellung der erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Substrate kein erwähnenswerter Mehraufwand erforderlich ist.The invention also relates to a method for producing a metal-ceramic substrate comprising at least one ceramic layer which is provided on at least one surface side with at least one metallization with a layer thickness of at least 0.1 mm, in which for the formation of conductor tracks and/or Contact or connection surfaces, the metallization is structured in such a way that a metallization section with a reduced layer thickness that extends at least in sections along the outer edge region is produced in the outer edge region of the structured metallization. According to the invention, the layer-thickness-reduced metallization section is coated with a filler material, the filler material being made of a plastic material with a proportion of ceramic and/or graphitized carbon, with a flush transition between the top of the metallization and the top of the layer of the filler material being formed. Advantageously, the method according to the invention is technically easy to implement, so that no additional effort worth mentioning is required for the production of the metal-ceramic substrates according to the invention.

In einer vorteilhaften Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die Metallisierung eine Ätzresistschicht aufgebracht, und zwar dort, wo die Metallisierung mit bestehender Schichtdicke verbleiben soll. Anschließend wird die mit der Ätzresistschicht versehene Metallisierung zur Erzeugung des schichtdickenreduzierten Metallisierungsabschnittes solange mit einer Ätzlösung beaufschlagt, bis Ausnehmungen einer vorgegebenen Tiefe in den von Ätzresistschicht freigegebenen Bereichen der Metallisierung freigeätzt sind. Die Ätzresistschicht wird von der Metallisierung wieder entfernt und die freigeätzten Ausnehmungen mit dem Füllmaterial verfüllt, vorzugsweise vollständig. Schließlich wird zumindest teilweise auf die Metallisierung und auf die Schicht aus dem Füllmaterial eine weitere Ätzresistschicht aufgebracht, und zwar dort, wo die Metallisierung und die Schicht aus dem Füllmaterial zur Ausbildung einer oder mehrerer Anschlussflächen verbleiben und die von der weiteren Ätzresistschicht freigegebenen Bereiche der Metallisierung werden mit einer Ätzlösung beaufschlagt und vollständig bis zur Keramikschicht entfernt.In an advantageous embodiment variant of the method according to the invention, an etching resist layer is applied to the metallization, namely where the metallization is to remain with the existing layer thickness. The metallization provided with the etching resist layer is then treated with an etching solution to produce the metallization section with reduced layer thickness until recesses of a predetermined depth are etched free in the areas of the metallization exposed by the etching resist layer. The etching resist layer is again removed from the metallization and the etched-open recesses are filled with the filling material, preferably completely. Finally, a further layer of etch resist is applied at least partially over the metallization and over the layer of filler material, specifically where the metallization and layer of filler material remain to form one or more pads and those from the width Areas of the metallization exposed to the etching resist layer are treated with an etching solution and completely removed down to the ceramic layer.

Die Ausdrucke „näherungsweise“, „im Wesentlichen“ oder „etwa“ bedeuten 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 expressions “approximately”, “substantially” or “roughly” mean deviations from the respective exact value by +/-10%, preferably by +/-5% and/or deviations in the form of changes that are insignificant for the function .

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine vereinfachte Schnittdarstellung durch eine erste Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßes Metall-Keramik-Substrat,
  • 2 eine vereinfachte Schnittdarstellung durch eine zweite Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßes Metall-Keramik-Substrat,
  • 3 eine vereinfachte Schnittdarstellung durch eine dritte Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßes Metall-Keramik-Substrat,
  • 4 eine vereinfachte Draufsicht auf das Metall-Keramik-Substrates gemäß 1,
  • 5 eine vereinfachte Draufsicht auf das Metall-Keramik-Substrates gemäß 2,
  • 6 eine vereinfachte Schnittdarstellung durch ein Metall-Keramik-Substrat umfassend eine vollflächig auf einer Keramikschicht aufgebrachte Metallisierung,
  • 7 das Metall-Keramik-Substrat gemäß 6 nach Aufbringen einer Ätzresistschicht,
  • 8 das Metall-Keramik-Substrat gemäß 7 mit der aufgebrachten Ätzresistschicht und nach dem Freiätzen von Ausnehmungen in der Metallisierung,
  • 9 das Metall-Keramik-Substrat gemäß 8 nach dem Entfernen der Ätzresistschicht,
  • 10 das Metall-Keramik-Substrat gemäß 9 nach Aufbringen einer weiteren Ätzresistschicht,
  • 11 das Metall-Keramik-Substrat gemäß 10 nach Entfernen der randseitigen Metallisierung mittels Ätzen,
  • 12 das Metall-Keramik-Substrat gemäß 11 nach Entfernen der weiteren Ätzresistschicht,
  • 13 das Metall-Keramik-Substrat gemäß 7 nach Einbringen von kanal- oder bahnartigen Aussparungen in die Metallisierung,
  • 14 das Metall-Keramik-Substrat gemäß 13 nach Einbringen einer randseitigen gestuften Ausnehmung in die Metallisierung mittels Ätzen,
  • 15 das Metall-Keramik-Substrat gemäß 14 nach Auffüllen der freigeätzten Bereiche mit dem Füllmaterial und anschließenden Entfernen der weiteren Ätzresistschicht,
  • 16 das Metall-Keramik-Substrat gemäß 7 nach Einbringen von kanal- oder bahnartigen Aussparungen in die Metallisierung,
  • 17 das Metall-Keramik-Substrat gemäß 13 nach Einbringen einer randseitig gestuften Ausnehmung in die Metallisierung mittels Ätzen und Entfernen der randseitigen Metallisierungsabschnitte und
  • 18 das Metall-Keramik-Substrat gemäß 17 nach Auffüllen des gestuften Randbereiches und eines Teils der anschließenden Oberfläche der Keramikschicht mit dem Füllmaterial sowie anschließenden Entfernen der weiteren Ätzresistschicht.
The invention is explained in more detail below with reference to the figures of exemplary embodiments. Show it:
  • 1 a simplified sectional view through a first embodiment of a metal-ceramic substrate according to the invention,
  • 2 a simplified sectional view through a second embodiment variant of a metal-ceramic substrate according to the invention,
  • 3 a simplified sectional view through a third embodiment of a metal-ceramic substrate according to the invention,
  • 4 a simplified top view of the metal-ceramic substrate according to FIG 1 ,
  • 5 a simplified top view of the metal-ceramic substrate according to FIG 2 ,
  • 6 a simplified sectional view through a metal-ceramic substrate comprising a metallization applied over the entire surface of a ceramic layer,
  • 7 according to the metal-ceramic substrate 6 after application of an etching resist layer,
  • 8th according to the metal-ceramic substrate 7 with the applied etching resist layer and after the etching of recesses in the metallization,
  • 9 according to the metal-ceramic substrate 8th after removing the etch resist layer,
  • 10 according to the metal-ceramic substrate 9 after applying another layer of etching resist,
  • 11 according to the metal-ceramic substrate 10 after removing the peripheral metallization by etching,
  • 12 according to the metal-ceramic substrate 11 after removing the further etching resist layer,
  • 13 according to the metal-ceramic substrate 7 after introducing channel or track-like recesses in the metallization,
  • 14 according to the metal-ceramic substrate 13 after introducing a stepped recess on the edge into the metallization by means of etching,
  • 15 according to the metal-ceramic substrate 14 after filling the etched areas with the filling material and subsequent removal of the further etching resist layer,
  • 16 according to the metal-ceramic substrate 7 after introducing channel or track-like recesses in the metallization,
  • 17 according to the metal-ceramic substrate 13 after making a recess with stepped edges in the metallization by means of etching and removing the metallization sections at the edges and
  • 18 according to the metal-ceramic substrate 17 after filling the stepped edge area and a part of the adjoining surface of the ceramic layer with the filling material and then removing the further layer of etching resist.

1 zeigt in vereinfachter schematischer Darstellung einen Schnitt durch eine Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Substrates 1 umfassend zumindest eine Keramikschicht 2 mit zwei gegenüberliegenden Oberflächenseiten, und zwar einer ersten und zweiten Oberflächenseite 2.1, 2.2. 1 shows a simplified schematic representation of a section through an embodiment variant of a metal-ceramic substrate 1 according to the invention comprising at least one ceramic layer 2 with two opposite surface sides, namely a first and second surface side 2.1, 2.2.

2 und 3 zeigen ebenfalls schematische Schnittdarstellungen weiterer Ausführungsvarianten und 4 zeigt eine Draufsicht auf die erste Oberflächenseite 2.1 des erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Substrat 1 gemäß den 1 und 5 eine Draufsicht auf die erste Oberflächenseite 2.1 des erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Substrat 1 gemäß 2. 2 and 3 also show schematic sectional representations of further embodiment variants and FIG. 4 shows a plan view of the first surface side 2.1 of the metal-ceramic substrate 1 according to the invention according to FIGS 1 and 5 a top view of the first surface side 2.1 of the metal-ceramic substrate 1 according to the invention 2 .

Die erste Oberflächenseite 2.1 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit wenigstens einer Metallisierung 3 versehen, die vorzugsweise durch eine Folie oder Schicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildet bzw. hergestellt ist und welche direkt und flächig auf der Keramikschicht 2 aufgebracht ist. In einer Ausführungsvariante der Erfindung ist die der ersten Oberflächenseite 2.1 gegenüberliegenden zweite Oberflächenseite 2.2 mit einer weiteren Metallisierung 4 versehen, die vorzugsweise ebenfalls durch eine Folie oder Schicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und/oder Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet bzw. hergestellt sind. Vorzugsweise weisen die Metallisierungen 3, 4 aus Kupfer oder einer Kupferlegierung eine Schichtdicke D von wenigstens 0,1 mm, vorzugsweise zwischen 0,3 mm und 0,8 mm und bei Realisierung in Aluminium oder einer Aluminiumlegierung eine Schichtdicke D zwischen 0,1 mm und 25 mm, vorzugsweise zwischen 0,3 mm und 3,0 mm auf.In the present exemplary embodiment, the first surface side 2.1 is provided with at least one metallization 3, which is preferably formed or produced by a foil or layer made of copper or a copper alloy and which is applied directly and extensively to the ceramic layer 2. In one embodiment of the invention, the second surface side 2.2 opposite the first surface side 2.1 is provided with a further metallization 4, which is preferably also formed or produced by a foil or layer made of copper or a copper alloy and/or aluminum or an aluminum alloy. The metallizations 3, 4 made of copper or a copper alloy preferably have a layer thickness D of at least 0.1 mm, preferably between 0.3 mm and 0.8 mm and when made of aluminum or an aluminum wire a layer thickness D between 0.1 mm and 25 mm, preferably between 0.3 mm and 3.0 mm.

Die Metallisierungen 3, 4 aus Kupfer oder einer Kupferlegierung sind vorzugsweise direkt unter Verwendung des eingangs beschriebenen DCB-Verfahrens flächig mit der ersten bzw. zweiten Oberflächenseite 2.1, 2.2 der Keramikschicht 2 verbunden. Die Keramikschicht 2 ist hierbei beispielsweise aus einer Oxid-, Nitrid- oder Karbidkeramik wie Aluminiumoxid (Al2O3) oder Aluminiumnitrid (AlN) oder Siliziumnitrid (Si3N4) oder Siliziumkarbid (SiC) oder aus Aluminiumoxid mit Zirkonoxid (Al2O3 + ZrO2) hergestellt und weist eine Schichtdicke beispielsweise zwischen 0,1 mm und 1,0 mm, vorzugsweise zwischen 0,2 mm und 0,7 mm auf.The metallizations 3, 4 made of copper or a copper alloy are preferably connected over a large area directly to the first or second surface side 2.1, 2.2 of the ceramic layer 2 using the DCB method described above. The ceramic layer 2 is made here, for example, from an oxide, nitride or carbide ceramic such as aluminum oxide (Al2O3) or aluminum nitride (AlN) or silicon nitride (Si3N4) or silicon carbide (SiC) or aluminum oxide with zirconium oxide (Al2O3 + ZrO2) and has a layer thickness for example between 0.1 mm and 1.0 mm, preferably between 0.2 mm and 0.7 mm.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die mit der ersten Oberflächenseite 2.1 flächig verbundene Metallisierung 3 zur Ausbildung zumindest eines Anschlussbereiches bzw. einer Anschlussfläche 5 für zumindest ein elektronisches Bauelement, insbesondere Halbleiterbauelement 7 strukturiert ausgebildet. Die Strukturierung der Metallisierung 3 erfolgt vorzugsweise durch entsprechendes Maskieren und anschließendes Ätzen einer vollflächig auf die Keramikschicht 2 aufgebrachten noch unstrukturierten Metallisierung (siehe 6), wobei die Strukturierung aufgrund des für den Schaltkreis notwendigen Layouts zumindest teilweise bereits vorgegeben ist. Die Metallisierung 3 kann somit auch zur Ausbildung von Leiterbahnen, Kontakten und/oder weiteren Befestigungsbereichen noch weitergehend strukturiert sein.In the present exemplary embodiment, the metallization 3 that is connected to the surface of the first surface side 2.1 is structured in order to form at least one connection region or a connection area 5 for at least one electronic component, in particular a semiconductor component 7 . The structuring of the metallization 3 is preferably carried out by appropriate masking and subsequent etching of an as yet unstructured metallization applied over the entire area to the ceramic layer 2 (see FIG 6 ), with the structuring being at least partially already specified due to the layout required for the circuit. The metallization 3 can thus also be further structured to form conductor tracks, contacts and/or other fastening areas.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Grundgedanke der Erfindung an einer beispielsweise rechteckförmig strukturierten Metallisierung 3 zur Ausbildung einer Anschlussfläche 5 näher erläutert, welche vollständig von freigeätzten Bereichen 2' der Keramikschicht 2 umgeben ist. Es versteht sich, dass basierend auf diesem Grundgedanken eine Vielzahl von unterschiedlichen Strukturierungen der Metallisierung 3 eines Metall-Keramik-Substrates 1 herstellbar sind, welche ebenfalls durch den erfindungsgemäßen Gedanken getragen werden.In the present exemplary embodiment, the basic idea of the invention is explained in more detail using, for example, a rectangularly structured metallization 3 for forming a connection surface 5, which is completely surrounded by exposed areas 2' of the ceramic layer 2. It goes without saying that, based on this basic idea, a large number of different structurings of the metallization 3 of a metal-ceramic substrate 1 can be produced, which are also supported by the idea according to the invention.

Wie bereits hinreichend bekannt treten bei Temperaturschwankungen in den freigeätzten Bereichen 2' der Keramikschicht 2 Zugspannungen auf, während die mit der strukturierten Metallisierung 3 verbundenen Bereiche der Keramikschicht 2 unter Druckspannung stehen.As is already well known, temperature fluctuations cause tensile stresses in the etched-free areas 2' of the ceramic layer 2, while the areas of the ceramic layer 2 connected to the structured metallization 3 are under compressive stress.

Dadurch kann es aufgrund des Gradienten der Zug- und Druckspannungen am Übergang zwischen der strukturierten Metallisierung 3 zur den nichtmetallisierten Bereichen 2' der Keramikschicht 2 des Metall-Keramik-Substrates 1 zu einer Rissbildung in der Keramikschicht 2 kommen.As a result, due to the gradient of the tensile and compressive stresses at the transition between the structured metallization 3 and the non-metallized areas 2 ′ of the ceramic layer 2 of the metal-ceramic substrate 1 , cracks can form in the ceramic layer 2 .

Zur Reduzierung dieser mechanischen Spannungen in der Keramikschicht 2 und damit Verbesserung der Temperaturwechselbeständigkeit weist die strukturierte Metallisierung 3 einen äußeren Randbereich 3' auf, welcher einen vorzugsweise zentralen Metallisierungsbereich 3" zur flächigen Anbindung des elektronisches Bauelementes 7 umgibt, der derart strukturiert ist, dass im äußeren Randbereich 3' der strukturierten Metallisierung 3 ein sich zumindest abschnittsweise entlang des äußeren Randbereiches 3' erstreckender Metallisierungsabschnitt 3a, 3b mit reduzierter Schichtdicke DR entsteht. Erfindungsgemäß ist dieser schichtdickenreduzierte Metallisierungsabschnitt 3a, 3b mit einer Schicht aus einem Füllmaterial 6 versehen. Hierbei wird der aufgrund der Schichtdickenreduzierung entfernte Anteil der strukturierten Metallisierung 3 sozusagen durch die Schicht aus dem Füllmaterial 6 „aufgefüllt“, wodurch eine Erhöhung der Temperaturwechselbeständigkeit erreicht wird.In order to reduce these mechanical stresses in the ceramic layer 2 and thus improve the thermal shock resistance, the structured metallization 3 has an outer edge region 3', which surrounds a preferably central metallization region 3" for the planar connection of the electronic component 7, which is structured in such a way that the outer Edge region 3 'of the structured metallization 3 is a metallization section 3a, 3b with a reduced layer thickness DR that extends at least in sections along the outer edge region 3'. According to the invention, this metallization section 3a, 3b with a reduced layer thickness is provided with a layer of a filling material 6. Here, the Layer thickness reduction removes part of the structured metallization 3, so to speak, “filled in” by the layer of the filling material 6, as a result of which an increase in the thermal shock resistance is achieved.

In 1 ist beispielsweise eine erste Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Substrates 1 dargestellt, gemäß der die schichtdickenreduzierte Metallisierungsabschnitt durch einen stufenartig ausgebildeten äußeren Randabschnitt 3a der Metallisierung 3 gebildet ist, d.h. die Schichtdicke D der strukturierten Metallisierung 3 ist im Bereich des äußeren Randbereiches 3' derart reduziert, dass ein stufenartiger Randabschnitt 3a entsteht, d.h. ein gestufter Übergang S vom zentralen Metallisierungsabschnitt 3" in den äußeren Randbereich 3'. Sowohl die Breite B als auch die reduzierte Schichtdicke DR sind abhängig von den äußeren Abmessungen und der Schichtdicke D der Metallisierung 3 gewählt, wobei die reduzierte Schichtdicke DR jedoch aus Gründen der elektrischen Leitfähigkeit die Hälfte der Schichtdicke D der Metallisierung 3 nicht unterschreiten sollte. Beispielsweise bei einer Schichtdicke D der Metallisierung 3 von ca. 0,3 mm weist der stufenartige Randabschnitt 3a eine Breite B zwischen 0,2 mm und 0,3 mm und eine reduzierte Schichtdicke DR zwischen 0,1 mm und 0,15 mm auf.In 1 shows, for example, a first embodiment variant of the metal-ceramic substrate 1 according to the invention, according to which the layer-thickness-reduced metallization section is formed by a stepped outer edge section 3a of the metallization 3, i.e. the layer thickness D of the structured metallization 3 is such in the area of the outer edge region 3' reduced that a step-like edge section 3a is formed, ie a stepped transition S from the central metallization section 3" to the outer edge region 3'. Both the width B and the reduced layer thickness DR are selected depending on the external dimensions and the layer thickness D of the metallization 3 However, for reasons of electrical conductivity, the reduced layer thickness DR should not be less than half the layer thickness D of the metallization 3. For example, with a layer thickness D of the metallization 3 of approximately 0.3 mm, the step-like edge section 3a has a width B between 0.2 mm and 0.3 mm and a reduced layer thickness DR between 0.1 mm and 0.15 mm.

Alternativ oder zusätzlich kann der schichtdickenreduzierte Metallisierungsabschnitt auch durch eine Vielzahl von Ausnehmungen unterschiedlicher Form und Größe gebildet sein.Alternatively or additionally, the layer-thickness-reduced metallization section can also be formed by a multiplicity of recesses of different shape and size.

Die Ausnehmungen können durch ovale, schlitzförmige, karo- oder rautenförmige Vertiefungen und/oder durch einen mäanderförmigen, briefmarkenrandförmigen oder sägezahnförmigen Randverlauf des schichtdickenreduzierten Metallisierungsabschnittes gebildet sein. Aufgrund der Ausnehmungen ist eine Erhöhung der Verbindungsstärke zwischen dem Füllmaterial 6 und der Metallisierung 3 möglich.The recesses can be formed by oval, slit-shaped, diamond-shaped or diamond-shaped indentations and/or by a meandering, stamp-shaped or sawtooth-shaped edge profile of the metallization section with reduced layer thickness. Due to the recesses, the connection is increased tion strength between the filling material 6 and the metallization 3 possible.

Der stufenartige Randabschnitt 3a ist vorzugsweise derart mit dem Füllmaterial 6 beschichtet, dass ein nahezu bündiger Übergang zwischen dem zentralen Metallisierungsbereich 3" der strukturierten Metallisierung 3 und der Oberfläche der Schicht aus dem Füllmaterial 6 entsteht. Auch kann die Oberfläche des Füllmaterials 6 über das Niveau des zentralen Metallisierungsbereiches 3" der strukturierten Metallisierung 3 hinaus stehen.The step-like edge section 3a is preferably coated with the filling material 6 in such a way that there is an almost flush transition between the central metallization area 3" of the structured metallization 3 and the surface of the layer of the filling material 6. The surface of the filling material 6 can also be above the level of the Central metallization area 3 "of the structured metallization 3 are also available.

In einer zweiten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Substrates 1 gemäß 2 ist der schichtdickenreduzierte Metallisierungsabschnitt durch eine einen wannenartigen Querschnitt aufweisende Ausnehmung 3b im äußeren Randbereich 3' der Metallisierung 3 gebildet, welche durch entsprechendes Maskieren und Ätzen der Oberseite der Metallisierung 3 erzeugt wird. Diese wannenartige Ausnehmung 3b ist vorzugsweise vollständig mit dem Füllmaterial 6 verfüllt, so dass vorzugsweise ein mit der Oberseite der Metallisierung 3 bündiger Verschluss der wannenartigen Ausnehmung 3b durch die Schicht aus dem Füllmaterial 6 gegeben ist. Die wannenartige Ausnehmung 3b erstreckt sich entlang des äußeren Randbereiches 3' der strukturierten Metallisierung 3, wobei ein die Schichtdicke D der Metallisierung 3 im zentralen Metallisierungsbereich 3" aufweisender, vorzugsweise umlaufender Ausnehmungsrand 3b' entsteht. Ferner weist die wannenartige Ausnehmung 3b bei Schichtdicke D von 0,3 mm der Metallisierung 3 beispielsweise eine Breite B' zwischen 0,2 mm und 0,3 mm und eine Tiefe T zwischen 0,1 mm und 0,15 mm auf.In a second embodiment of the metal-ceramic substrate 1 according to the invention 2 the metallization section with reduced layer thickness is formed by a recess 3b having a trough-like cross section in the outer edge region 3' of the metallization 3, which is produced by appropriate masking and etching of the upper side of the metallization 3. This trough-like recess 3b is preferably completely filled with the filling material 6, so that the trough-like recess 3b is preferably closed flush with the upper side of the metallization 3 by the layer of the filling material 6. The trough-like recess 3b extends along the outer edge region 3' of the structured metallization 3, with a preferably circumferential recess edge 3b' having the layer thickness D of the metallization 3 in the central metallization region 3". Furthermore, the trough-like recess 3b has a layer thickness D of 0 3 mm of the metallization 3 has, for example, a width B' between 0.2 mm and 0.3 mm and a depth T between 0.1 mm and 0.15 mm.

Als Füllmaterial 6 findet vorzugsweise ein Kunststoffmaterial, vorzugsweise Epoxidharze mit einem Anteil eines Keramikmaterials oder graphitisierten Kohlenstoff Anwendung. Als Kunststoffmaterial kann beispielsweise Polyimid oder Polyamide und als Keramikmaterial Siliziumnitrid, Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid oder Glas Verwendung finden, und zwar ALN, Si3N4, SiC, AL2O3. Der thermische Ausdehnungskoeffizient bzw. Wärmeausdehnungskoeffizient des Füllmaterials 6 ist vorzugsweise kleiner als der thermische Ausdehnungskoeffizient bzw. Wärmeausdehnungskoeffizient der Metallisierung 3 gewählt. Ferner weist das Füllmaterial 6 beispielsweise eine relative Permittivität bzw. Dielektrizitätszahl zwischen 2,5 und 6,5, vorzugsweise zwischen 3,2 und 4,0 auf.A plastic material, preferably epoxy resins with a proportion of a ceramic material or graphitized carbon, is preferably used as the filling material 6 . For example, polyimide or polyamides can be used as the plastic material and silicon nitride, aluminum nitride, aluminum oxide or glass can be used as the ceramic material, namely ALN, Si 3 N 4 , SiC, AL 2 O 3 . The thermal expansion coefficient or thermal expansion coefficient of the filling material 6 is preferably selected to be smaller than the thermal expansion coefficient or thermal expansion coefficient of the metallization 3 . Furthermore, the filling material 6 has, for example, a relative permittivity or dielectric constant between 2.5 and 6.5, preferably between 3.2 and 4.0.

In einer dritten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Substrates 1 gemäß 3 ist der schichtdickenreduzierte Metallisierungsabschnitt wiederum in Form eines stufenartig ausgebildeten äußeren Randabschnittes 3a der strukturierten Metallisierung 3 analog zur 1 ausgebildet. Hier erstreckt sich jedoch unterschiedlich zur ersten Ausführungsvariante die Schicht aus dem Füllmaterial 6 über den äußeren Randbereich 3' der Metallisierung 3 in den freigeätzten Bereich 2' der Keramikschicht 2, d.h. der Übergangsbereich zwischen dem äußeren Randabschnitt 3a der strukturierten Metallisierung 3 und dem freigeätzten Bereich 2' der Keramikschicht 2 ist vollständig mit dem Füllmaterial 6 versiegelt bzw. verfüllt. Bei dieser Ausführungsvariante ist ein Teil der Schicht aus dem Füllmaterial 6 sowohl mit der strukturierten Metallisierung 3 als auch mit der Keramikschicht 2 flächig verbunden.In a third embodiment of the metal-ceramic substrate 1 according to the invention 3 the layer-thickness-reduced metallization section is again in the form of a step-like outer edge section 3a of the structured metallization 3 analogous to FIG. Here, however, unlike the first embodiment variant, the layer of filling material 6 extends over the outer edge region 3' of the metallization 3 into the etched-free region 2' of the ceramic layer 2, i.e. the transition region between the outer edge section 3a of the structured metallization 3 and the etched-away region 2 'The ceramic layer 2 is completely sealed with the filling material 6 or filled. In this embodiment variant, a part of the layer made of the filling material 6 is connected over a large area both to the structured metallization 3 and to the ceramic layer 2 .

Ferner ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines voranstehend beschriebenen Metall-Keramik-Substrates 1, dessen wesentliche Verfahrensschritte in den 5 bis 15 beispielhaft dargestellt sind.Furthermore, the invention is a method for producing a metal-ceramic substrate 1 described above, the main process steps in the 5 until 15 are shown as examples.

In 6 ist beispielhaft ein Querschnitt durch ein Metall-Keramik-Substrates 1 dargestellt, welches im Wesentlichen aus einer Keramikschicht 2 und einer mit der ersten Oberflächenseite 2a der Keramikschicht 2 vollflächig verbundenen und noch unstrukturierten Metallisierung 3 besteht. Die Verbindung der Metallisierung 3, die vorzugsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt ist, mit der Keramikschicht 2 erfolgt über das eingangs beschriebene DCB-Verfahren. Es versteht sich, dass auch eine Metallisierung 3 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung vorgesehen sein kann, welche über ein Direct-Aluminium-Bonding-Verfahren mit der Keramikschicht 2 flächig verbunden ist. Ebenso können weitere eingangs beschriebene Verbindungsverfahren wie ein Aktivlot-Verfahren oder ein geeignetes Klebeverfahren Verwendung finden. In 6 ist lediglich beispielhaft nur eine erste Metallisierung 3 vorgesehen. Weitere Metallisierungen 4 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen.In 6 A cross section through a metal-ceramic substrate 1 is shown as an example, which consists essentially of a ceramic layer 2 and a metallization 3 that is connected to the first surface side 2a of the ceramic layer 2 over its entire surface and is still unstructured. The metallization 3, which is preferably made of copper or a copper alloy, is connected to the ceramic layer 2 using the DCB method described above. It goes without saying that a metallization 3 made of aluminum or an aluminum alloy can also be provided, which is connected over a large area to the ceramic layer 2 via a direct aluminum bonding method. Other connection methods described at the outset, such as an active soldering method or a suitable adhesive method, can also be used. In 6 only a first metallization 3 is provided as an example. Further metallizations 4 have been omitted for reasons of clarity.

Gemäß 7 wird in einem ersten Verfahrensschritt auf die noch unstruktrierte Metallisierung 3 eine Ätzresistschicht 8 aufgebracht, und zwar dort, wo die Metallisierung 3 aus Kupfer oder einer Kupferlegierung mit Schichtdicke D verbleiben soll. Die Ätzresistschicht 8 wird mittels an sich bekannter Techniken erzeugt. Beispielsweise durch Aufbringen einer Photolackschicht unter entsprechender Maskierung der Oberfläche der Metallisierung 3, anschließendem Belichten und Aushärten der Photolackschicht.According to 7 In a first method step, an etching resist layer 8 is applied to the still unstructured metallization 3, specifically where the metallization 3 made of copper or a copper alloy with a layer thickness D is to remain. The etching resist layer 8 is produced by means of techniques known per se. For example, by applying a photoresist layer with appropriate masking of the surface of the metallization 3, subsequent exposure and curing of the photoresist layer.

In 7 sind bereits mittels strichliert gezeichneter Linien diejenigen, nicht von der Ätzresistschicht 8 überdeckten Bereiche der Metallisierung 3 angedeutet, welche im nachfolgenden zweiten Verfahrenschritt durch Ätzen entfernt werden sollen. Hierzu wird im zweiten Verfahrensschritt die mit der Ätzresistschicht 8 versehene Metallisierung 3 mit einem Ätzmittel beaufschlagt, und zwar für eine vorgegebene Zeitdauer. Die Zeitdauer ist abhängig von Ätzmittel und derart dimensioniert, dass Ausnehmungen 9 gewünschter Tiefe T aus der Metallisierung 3 freigeätzt werden. 8 zeigt das mit der Ätzresistschicht 8 versehenen Metall-Keramik-Substrates 1 nach Durchführung des Ätzschrittes und die durch das Ätzen freigelegten Ausnehmungen 9.In 7 those areas of the metallization 3 which are not covered by the etching resist layer 8 and which are to be removed by etching in the subsequent second method step are already indicated by dashed lines. For this purpose, in the second step, the metallization 3 provided with the etch resist layer 8 is subjected to an etchant for a predetermined period of time. The length of time depends on the etchant and is dimensioned in such a way that recesses 9 of the desired depth T are etched out of the metallization 3 . 8 shows the metal-ceramic substrate 1 provided with the etching resist layer 8 after the etching step has been carried out and the recesses 9 exposed by the etching.

In einem nachfolgenden dritten Verfahrenschritt wird nun die Ätzresistschicht 8 von der Oberfläche der Metallisierung 3 entfernt, und zwar unter Verwendung an sich bekannter Lösungsmittel. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Metall-Keramik-Substrat 1 solange mit dem Ätzmittel beaufschlagt, bis die Ausnehmung 9 mit der gewünschten Tiefe T in die Metallisierung 3 eingebracht ist, wobei die reduzierte Schichtdicke DR im Bereich der Ausnehmung 9 mindestens die Hälfte der ursprünglichen Schichtdicke D der Metallisierung 3 beträgt. Schließlich wird das derart bearbeitete Metall-Keramik-Substrates 1 einer weiteren Oberflächenreinigung unterzogen.In a subsequent third method step, the etching resist layer 8 is now removed from the surface of the metallization 3, using solvents known per se. In the present exemplary embodiment, the metal-ceramic substrate 1 is treated with the etchant until the recess 9 has been made with the desired depth T in the metallization 3, with the reduced layer thickness DR in the area of the recess 9 being at least half the original layer thickness D of metallization is 3. Finally, the metal-ceramic substrate 1 processed in this way is subjected to further surface cleaning.

In einem vierten Verfahrenschritt werden die freigeätzten Ausnehmungen 9 in der Metallisierung 3 mit dem Füllmaterial 6 verfüllt und hierdurch eine Schicht gebildet, welche die Ausnehmungen 9 vorzugsweise vollständig ausfüllt. Zum Aufbringen des Füllmaterials 6 eignet sich beispielsweise ein Siebdruckverfahren oder Schablobendruckverfahren. Auch kann überschüssiges Füllmaterial mittels einer Rakel entfernt werden. Ggf. ist der Druckvorgang mehrmals zu wiederholen, um eine homogene Füllung der Ausnehmungen 9 zu erhalten. Nach Aushärten des Füllmaterials 6 kann eine mechanische Oberflächenbearbeitung der Metallisierung 3 und der befüllten Ausnehmungen 9 vorgenommen werden. 9 zeigt das Metall-Keramik-Substrat 1 nach dem Befüllen der Ausnehmungen 9 und dem Aushärten des Füllmaterials bzw. der Isolationsschicht 6. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß 9 bildet die von der Schicht aus dem Füllmaterial 6 umgebene Oberfläche der Metallisierung 3 der zentralen Metallisierungsbereich 3" der strukturierten Metallisierung 3 aus.In a fourth method step, the etched-free recesses 9 in the metallization 3 are filled with the filling material 6 and a layer is thereby formed, which preferably completely fills the recesses 9 . A screen printing method or stencil printing method, for example, is suitable for applying the filling material 6 . Excess filling material can also be removed using a squeegee. If necessary, the printing process has to be repeated several times in order to obtain a homogeneous filling of the recesses 9 . After the filling material 6 has hardened, the surface of the metallization 3 and the filled recesses 9 can be mechanically processed. 9 shows the metal-ceramic substrate 1 after the recesses 9 have been filled and the filling material or the insulating layer 6 has hardened. In the present exemplary embodiment according to FIG structured metallization 3 from.

Gemäß einem fünften Verfahrenschritt wird auf die Metallisierung 3 und die Schicht aus dem Füllmaterial 6 eine weitere Ätzresistschicht 10 aufgebracht, und zwar dort, wo der den zentralen Metallisierungsbereich 3" bildende Teil der Metallisierung 3 aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und die Schicht aus dem Füllmaterial 6 verbleiben sollen. Die weitere Ätzresistschicht 10 wird wiederum mittels an sich bekannter Techniken erzeugt. 10 zeigt das Metall-Keramik-Substrat 1 mit der weiteren Ätzresistschicht 10.According to a fifth method step, a further etching resist layer 10 is applied to the metallization 3 and the layer of the filling material 6, namely where the part of the metallization 3 made of copper or a copper alloy that forms the central metallization region 3" and the layer of the filling material 6 The further etching resist layer 10 is again produced by means of techniques known per se. 10 shows the metal-ceramic substrate 1 with the further etching resist layer 10.

Anschließend werden in einem sechsten Verfahrenschritt gemäß 11 die nicht durch die weitere Ätzresistschicht 10 abgedeckten Bereich der Metallisierung 3 durch Ätzen entfernt, und zwar vollständig bis zur Keramikschicht 2 und hierdurch die freigeätzten Bereiche der Keramikschicht 2 gebildet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel verbleibt damit lediglich die mit der weiteren Ätzresistschicht 10 abgedeckte Anschlussfläche 5.Subsequently, in a sixth step according to 11 the area of the metallization 3 that is not covered by the further etching resist layer 10 is removed by etching, namely completely up to the ceramic layer 2 and the etched-free areas of the ceramic layer 2 are thereby formed. In the present exemplary embodiment, only the connection surface 5 covered with the further etching resist layer 10 remains.

Schließlich wird einem siebten Verfahrensschritt gemäß 12 die weitere Ätzresistschicht 10 durch ein entsprechendes Lösungsmittel entfernt und die verbleibende gestuft ausgebildete Metallisierung 3 mit aufgebrachter Schicht aus dem Füllmaterial 6 bildet die erfindungsgemäße Anschlussfläche 5 aus. Damit entsteht im äußeren Randbereich 3' der Metallisierung 3 ein stufenartiger Übergang zum freigeätzten Bereich der Keramikschicht 2.Finally, according to a seventh step 12 the further etching resist layer 10 is removed by a suitable solvent, and the remaining stepped metallization 3 with the applied layer of the filling material 6 forms the connection surface 5 according to the invention. This creates a step-like transition to the etched-free area of the ceramic layer 2 in the outer edge area 3' of the metallization 3.

In einer alternativen Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß den 13 bis 15 wird in einem zweiten Verfahrensschritt die mit der Ätzresistschicht 8 versehene Metallisierung 3 mit einem Ätzmittel beaufschlagt und eine kanal- oder bahnartige Aussparung 11 aus der Metallisierung 3 freigeätzt, welche sich vorzugsweise über die vollständig Schichtdicke der Metallisierung 3, d.h. bis zur Keramikschicht 2 erstreckt. Die kanal- oder bahnartige Aussparung 11 weist beispielsweise eine Breite von 0,3 mm bis 2 mm auf.In an alternative embodiment of the method according to the 13 until 15 In a second process step, the metallization 3 provided with the etch resist layer 8 is treated with an etchant and a channel or track-like recess 11 is etched out of the metallization 3, which preferably extends over the entire layer thickness of the metallization 3, ie up to the ceramic layer 2. The channel or web-like recess 11 has a width of 0.3 mm to 2 mm, for example.

Anschließend wird die Ätzresistschicht 8 zumindest teilweise entfernt. Alternativ kann dies auch vollständig entfernt und neu aufgebracht werden, so dass gemäß 14 die gegenüberliegenden und durch die kanal- oder bahnartige Aussparung 11 voneinander getrennten Randabschnitte der Metallisierung 3 randseitig nicht abgedeckt sind. In einem weiteren Verfahrenschritt wird der nicht abgedeckte Teil der Metallisierung 3 mit einem Ätzmittel beaufschlagt, und zwar derart, dass nur ein Teil der Metallisierung 3 entfernt wird und ein stufenartig ausgebildeter Rand der Metallisierung 3 entsteht.The etching resist layer 8 is then at least partially removed. Alternatively, this can also be completely removed and reapplied, so that according to 14 the opposite edge sections of the metallization 3, which are separated from one another by the channel-like or track-like recess 11, are not covered at the edge. In a further method step, the part of the metallization 3 that is not covered is exposed to an etchant in such a way that only part of the metallization 3 is removed and a step-like edge of the metallization 3 is formed.

Im nächsten Verfahrensschritt wird sowohl der stufenartige Rand der Metallisierung 3 als auch die kanal- oder bahnartige Aussparung 11 zwischen den freigeätzten Abschnitten der Metallisierung 3 mit dem Füllmaterial verfüllt und hierdurch eine sich über die kanal- oder bahnartige Aussparung 11 und die Isolationsschicht 6 gebildet.In the next method step, both the step-like edge of the metallization 3 and the channel-like or track-like recess 11 between the etched-free sections of the metallization 3 are filled with the filling material, thereby forming a gap over the channel-like or track-like recess 11 and the insulation layer 6.

Abschließend wird wiederum die Ätzresistschicht 10 durch ein entsprechendes Lösungsmittel entfernt und die verbleibende gestuft ausgebildeten Metallisierung 3 mit aufgebrachter Isolationsschicht 6 bildet nun mehrere Anschlussflächen 5, 5a, 5b aus.Finally, the etch resist layer 10 is again removed by a suitable solvent and the remaining stepped metallization 3 with the applied insulation layer 6 now forms a plurality of connection surfaces 5, 5a, 5b.

Die Erzeugung der wannenartigen Ausnehmung 3b erfolgt analog zu den beschriebenen Verfahrensschritten durch entsprechende Maskierung und anschließendes gesteuertes Ätzen.The production of the trough-like recess 3b takes place analogously to the method steps described by appropriate masking and subsequent controlled etching.

Alternativ können der stufenartige Randabschnitt 3a oder die wannenartige Ausnehmung 3b auch durch ein mechanisches Oberflächenbearbeitungsverfahren, beispielsweise Fräsen erzeugt werden.Alternatively, the step-like edge section 3a or the trough-like recess 3b can also be produced by a mechanical surface treatment method, for example milling.

In einer weiteren alternativen Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß den 16 bis 18 wird in einem zweiten Verfahrensschritt die mit der Ätzresistschicht 8 versehene Metallisierung 3 mit einem Ätzmittel beaufschlagt und eine kanal- oder bahnartige Aussparung 11 aus der Metallisierung 3 freigeätzt, welche sich vorzugsweise über die vollständig Schichtdicke der Metallisierung 3, d.h. bis zur Keramikschicht 2 erstreckt. Anschließend wird zur Erzeugung eines gestuft ausgebildeten Randabschnittes 3a die Ätzresistschicht 8 zumindest in den sich an die kanal- oder bahnartige Aussparung 11 anschließenden Randereichen entfernt und ein erneut mit einem Ätzmittel beaufschlagt. Alternativ kann diese auch vollständig entfernt und eine neue weitere Ätzresistschicht 10 aufgebracht werden, so dass die in 16 strichliert angedeuteten Bereiche Randabschnitte der Metallisierung 3 weggeätzt werden können. Hierzu wird in einem weiteren Verfahrenschritt der nicht abgedeckte Teil der Metallisierung 3 mit einem Ätzmittel beaufschlagt, und zwar derart, dass nur ein Teil der Metallisierung 3 entfernt wird und ein stufenartig ausgebildeter Randabschnitt 3a der Metallisierung 3 entsteht und in einer bevorzugten Ausführungsvariante auch der anschließende Randabschnitt der Keramikschicht 2 vollständig von der Metallisierung 3 befreit ist. In a further alternative embodiment of the method according to the 16 until 18 In a second process step, the metallization 3 provided with the etch resist layer 8 is treated with an etchant and a channel or track-like recess 11 is etched out of the metallization 3, which preferably extends over the entire layer thickness of the metallization 3, ie up to the ceramic layer 2. Then, in order to produce a stepped edge section 3a, the etching resist layer 8 is removed at least in the edge areas adjoining the channel-like or track-like recess 11 and an etchant is applied again. Alternatively, this can also be completely removed and a new, further etching resist layer 10 applied, so that the areas indicated by dashed lines in FIG. 16, edge sections of the metallization 3, can be etched away. For this purpose, in a further method step, the uncovered part of the metallization 3 is treated with an etchant in such a way that only a part of the metallization 3 is removed and a step-like edge section 3a of the metallization 3 is formed and, in a preferred embodiment, also the subsequent edge section the ceramic layer 2 is completely freed from the metallization 3.

Im nächsten Verfahrensschritt wird sowohl der stufenartige Randabschnitt 3a der Metallisierung 3 als auch ein Teil der daran unmittelbar anschließenden Oberfläche der Keramikschicht 2 mit dem Füllmaterial verfüllt und hierdurch eine sich über den Randabschnitt 3a auf die Oberfläche der Keramikschicht erstreckende Isolationsschicht 6 gebildet. Abschließend wird wiederum die Ätzresistschicht 10 durch ein entsprechendes Lösungsmittel entfernt und die verbleibende gestuft ausgebildeten Metallisierung 3 mit aufgebrachter Isolationsschicht 6 bildet nun zumindest eine Anschlussfläche 5 aus.In the next process step, both the step-like edge section 3a of the metallization 3 and a part of the surface of the ceramic layer 2 directly adjoining it are filled with the filling material, thereby forming an insulating layer 6 extending over the edge section 3a onto the surface of the ceramic layer. Finally, the etch resist layer 10 is again removed by a suitable solvent and the remaining stepped metallization 3 with the applied insulation layer 6 now forms at least one connection surface 5 .

In einer vorteilhaften Ausführungsvariante können die Metallisierungen 3, 4 zumindest teilweise mit einer metallischen Oberflächenschicht versehen werden, beispielsweise einer Oberflächenschicht aus Nickel, Gold, Silber oder einer Nickel-, Gold- und Silber-Legierungen. Die Schichtdicke der Oberflächenschicht beträgt beispielsweise zwischen 0.1 Mikrometer und 10 Mikrometer. Eine derartige metallische Oberflächenschicht wird vorzugsweise nach dem Aufbringen der Metallisierungen 3, 4 auf die Keramikschicht 2 aufgebracht. Das Aufbringen der Oberflächenschicht erfolgt in einem geeigneten Verfahren, beispielsweise galvanisch und/oder durch chemisches Abscheiden und/oder durch Spritzen.In an advantageous embodiment variant, the metallizations 3, 4 can be at least partially provided with a metallic surface layer, for example a surface layer made of nickel, gold, silver or a nickel, gold and silver alloy. The layer thickness of the surface layer is between 0.1 microns and 10 microns, for example. Such a metallic surface layer is preferably applied to the ceramic layer 2 after the metallizations 3, 4 have been applied. The surface layer is applied using a suitable method, for example galvanically and/or by chemical deposition and/or by spraying.

In einer in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsvariante kann zwischen der Anschlussfläche 5 und dem Füllmaterial 6 eine die Anschlussfläche 5 zumindest abschnittsweise umgebende Lötstopstruktur vorgesehen ist, welche beispielsweise ebenfalls aus dem Füllmaterial hergestellt ist. Diese ist auf die Oberfläche der Metallisierung 3 aufgebracht, beispielsweise mittels eines Siebdruckverfahrens. Alternativ kann die Lötstopstruktur durch eine glashaltige Paste erzeugt werden, welche in die Metallisierung eingebrannt wird und im eingebrannten Zustand einen im Vergleich zu einer aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildeten Metallisierung 3 einen kleinen Ausdehnungskoeffizienten aufweist.In an embodiment variant that is not shown in the figures, a solder stop structure that at least partially surrounds the connection surface 5 can be provided between the connection surface 5 and the filling material 6, which solder stop structure is also produced from the filling material, for example. This is applied to the surface of the metallization 3, for example by means of a screen printing process. Alternatively, the solder stop structure can be produced by a glass-containing paste, which is burned into the metallization and, in the burned-in state, has a small coefficient of expansion compared to a metallization 3 formed from copper or a copper alloy.

Bezugszeichenlistereference list

11
Metall-Keramik-Substratmetal-ceramic substrate
22
Keramikschichtceramic layer
2'2'
freigeätzte Bereicheetched areas
2.12.1
erste Oberflächenseitefirst surface side
2.22.2
zweite Oberflächenseitesecond surface side
33
strukturierte Metallisierungstructured metallization
3'3'
äußerer Randbereichouter edge area
3"3"
zentraler Metallisierungsbereichcentral metallization area
3a3a
Metallisierungsabschnitt bzw. stufenartiger RandabschnittMetallization section or step-like edge section
3b3b
Metallisierungsabschnitt bzw. wannenartige AusnehmungMetallization section or trough-like recess
3b'3b'
Ausnehmungsrandrecess edge
44
weitere Metallisierungfurther metallization
55
Anschlussflächeland
66
Füllmaterialfilling material
77
Halbleiterbauteilsemiconductor device
88th
Ätzresistschichtetch resist layer
99
Ausnehmungenrecesses
1010
weitere Ätzresistschichtanother layer of etch resist
1111
kanal- oder bahnartige Aussparungchannel or web-like recess
SS
Übergangsbereichtransition area
DD
Schichtdickelayer thickness
DRDR
reduzierte Schichtdickereduced layer thickness
BB
Breite des stufenartigen RandabschnittesWidth of the stepped border section
B'B'
Breite der Ausnehmungwidth of the recess
TT
Tiefe der Ausnehmungdepth of recess

Claims (20)

Metall-Keramik-Substrat umfassend zumindest eine Keramikschicht (2), die an zumindest einer Oberflächenseite (2.1) mit wenigstens einer Metallisierung (3) mit einer Schichtdicke (D) von wenigstens 0,1 mm versehen ist, die zur Ausbildung von Leiterbahnen und/oder Kontakt- oder Anschlussflächen (5, 5a, 5b) derart strukturiert ist, dass im äußeren Randbereich (3') der strukturierten Metallisierung (3) ein sich zumindest abschnittsweise entlang des äußeren Randbereiches (3') erstreckender Metallisierungsabschnitt (3a, 3b) mit reduzierter Schichtdicke (DR) entsteht, wobei der schichtdickenreduzierte Metallisierungsabschnitt (3a, 3b) mit einer Beschichtung aus einem Füllmaterial (6) versehen ist, wobei das Füllmaterial (6) aus einem Kunststoffmaterial mit einem Keramikanteil und/oder graphitisierten Kohlenstoffanteil hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein bündiger Übergang zwischen der Oberseite der Metallisierung (3) und der Oberseite der Beschichtung aus dem Füllmaterial (6) gebildet ist.Metal-ceramic substrate comprising at least one ceramic layer (2), which is provided on at least one surface side (2.1) with at least one metallization (3) with a layer thickness (D) of at least 0.1 mm, which is used to form conductor tracks and/or or contact or connection surfaces (5, 5a, 5b) is structured in such a way that in the outer edge area (3') of the structured metallization (3) there is a metallization section (3a, 3b) that extends at least in sections along the outer edge area (3'). reduced layer thickness (DR), the layer-thickness-reduced metallization section (3a, 3b) being provided with a coating of a filler material (6), the filler material (6) being made of a plastic material with a ceramic content and/or graphitized carbon content, characterized That ge a flush transition between the top of the metallization (3) and the top of the coating of the filling material (6). forms is. Metall-Keramik-Substrat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der schichtdickenreduzierte Metallisierungsabschnitt (3a, 3b) durch einen stufenartig ausgebildeten äußeren Randabschnitt (3a) der Metallisierung (3) gebildet ist.metal-ceramic substrate claim 1 , characterized in that the layer-thickness-reduced metallization section (3a, 3b) is formed by a stepped outer edge section (3a) of the metallization (3). Metall-Keramik-Substrat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Beschichtung aus dem Füllmaterial (6) über den äußeren Randabschnitt (3a) in einen anschließenden freigeätzten Bereich (2') der Keramikschicht (2) erstreckt.metal-ceramic substrate claim 2 , characterized in that the coating of the filling material (6) extends over the outer edge section (3a) into a subsequent etched-free area (2') of the ceramic layer (2). Metall-Keramik-Substrat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der schichtdickenreduzierte Metallisierungsabschnitt (3a, 3b) durch eine einen wannenartigen Querschnitt aufweisende Ausnehmung (3b) im äußeren Randbereich (3') der Metallisierung (3) gebildet ist.metal-ceramic substrate claim 1 , characterized in that the layer-thickness-reduced metallization section (3a, 3b) is formed by a recess (3b) having a trough-like cross section in the outer edge region (3') of the metallization (3). Metall-Keramik-Substrat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wannenartige Ausnehmung (3b) mit dem Füllmaterial (6) vollständig verfüllt ist.metal-ceramic substrate claim 4 , characterized in that the trough-like recess (3b) is completely filled with the filling material (6). Metall-Keramik-Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der schichtdickenreduzierte Metallisierungsabschnitt (3a, 3b) durch entsprechendes Maskieren und Ätzen der Metallisierung (3) und/oder durch eine mechanische Oberflächenbearbeitung erzeugt ist.Metal-ceramic substrate according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that the layer-thickness-reduced metallization section (3a, 3b) is produced by appropriate masking and etching of the metallization (3) and/or by mechanical surface processing. Metall-Keramik-Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Randbereich (3') einen zentralen Metallisierungsbereich (3") einschließt, welcher eine Kontakt- oder Bondfläche zum Anschluss eines elektrischen Bauelementes (7) bildet.Metal-ceramic substrate according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that the outer edge region (3') includes a central metallization region (3"), which forms a contact or bonding surface for connecting an electrical component (7). Metall-Keramik-Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Kunststoffmaterial Polyimid, Polyamide, Epoxide oder Polyetheretherketon und als Keramikanteil Siliziumnitrid, Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid oder Glas vorgesehen ist.Metal-ceramic substrate according to one of Claims 1 until 7 , characterized in that the plastic material is polyimide, polyamide, epoxide or polyether ether ketone and the ceramic component is silicon nitride, aluminum nitride, aluminum oxide or glass. Metall-Keramik-Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient des Füllmaterials (6) kleiner als der thermische Ausdehnungskoeffizient der Metallisierung (3) ist.Metal-ceramic substrate according to one of Claims 1 until 8th , characterized in that the thermal expansion coefficient of the filling material (6) is smaller than the thermal expansion coefficient of the metallization (3). Metall-Keramik-Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikschicht (2) aus Oxid-, Nitrid- oder Karbidkeramiken wie Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid oder Siliziumnitrid oder Siliziumkarbid oder Aluminiumoxid mit Zirkonoxid hergestellt ist.Metal-ceramic substrate according to one of Claims 1 until 9 , characterized in that the ceramic layer (2) is made of oxide, nitride or carbide ceramics such as aluminum oxide or aluminum nitride or silicon nitride or silicon carbide or aluminum oxide with zirconium oxide. Metall-Keramik-Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Oberflächenseite (2.2) der Keramikschicht (2) mit wenigstens einer weiteren Metallisierung (4) versehen ist.Metal-ceramic substrate according to one of Claims 1 until 9 , characterized in that a further surface side (2.2) of the ceramic layer (2) is provided with at least one further metallization (4). Metall-Keramik-Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierungen (3, 4) mittels einem „Direct-Copper-Bonding“ Verfahren mit der Keramikschicht (2) verbunden sind.Metal-ceramic substrate according to one of Claims 1 until 11 , characterized in that the metallizations (3, 4) are connected to the ceramic layer (2) by means of a "direct copper bonding" method. Metall-Keramik-Substrat umfassend zumindest eine Keramikschicht (2), die an zumindest einer Oberflächenseite (2.1) mit wenigstens einer Metallisierung (3) mit einer Schichtdicke (D) von wenigstens 0,1 mm versehen ist, die zur Ausbildung von Leiterbahnen und/oder Kontakt- oder Anschlussflächen (5, 5a, 5b) derart strukturiert ist, dass im äußeren Randbereich (3') der strukturierten Metallisierung (3) ein sich zumindest abschnittsweise entlang des äußeren Randbereiches (3') erstreckender Metallisierungsabschnitt (3a, 3b) mit reduzierter Schichtdicke (DR) entsteht, wobei der schichtdickenreduzierte Metallisierungsabschnitt (3a, 3b) mit einer Beschichtung aus einem Füllmaterial (6) versehen ist, wobei das Füllmaterial (6) aus einem Kunststoffmaterial mit einem Keramikanteil und/oder graphitisierten Kohlenstoffanteil hergestellt ist, wobei der schichtdickenreduzierte Metallisierungsabschnitt (3a, 3b) durch eine Vielzahl von Ausnehmungen gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein bündiger Übergang zwischen der Oberseite der Metallisierung (3) und der Oberseite der Beschichtung aus dem Füllmaterial (6) gebildet ist.Metal-ceramic substrate comprising at least one ceramic layer (2), which is provided on at least one surface side (2.1) with at least one metallization (3) with a layer thickness (D) of at least 0.1 mm, which is used to form conductor tracks and/or or contact or connection surfaces (5, 5a, 5b) is structured in such a way that in the outer edge area (3') of the structured metallization (3) there is a metallization section (3a, 3b) that extends at least in sections along the outer edge area (3'). reduced layer thickness (DR), the layer-thickness-reduced metallization section (3a, 3b) being provided with a coating of a filling material (6), the filling material (6) being made of a plastic material with a ceramic content and/or graphitized carbon content, with the metallization with reduced layer thickness ing section (3a, 3b) is formed by a multiplicity of recesses, characterized in that a flush transition is formed between the upper side of the metallization (3) and the upper side of the coating of the filling material (6). Verfahren zum Herstellen eines Metall-Keramik-Substrates (2) umfassend zumindest eine Keramikschicht (2), die an zumindest einer Oberflächenseite (2.1) mit wenigstens einer Metallisierung (3) mit einer Schichtdicke (D) von wenigstens 0,1 mm versehen ist, bei dem zur Ausbildung von Leiterbahnen und/oder Kontakt- oder Anschlussflächen (5, 5a, 5b) die Metallisierung (3) derart strukturiert wird, dass im äußeren Randbereich (3') der strukturierten Metallisierung (3) ein sich zumindest abschnittsweise entlang des äußeren Randbereiches (3') erstreckender Metallisierungsabschnitt (3a, 3b) mit reduzierter Schichtdicke (DR) erzeugt wird, wobei der schichtdickenreduzierte Metallisierungsabschnitt (3a, 3b) mit einem Füllmaterial (6) beschichtet wird, wobei das Füllmaterial (6) aus einem Kunststoffmaterial mit einem Keramikanteil und/oder graphitisierten Kohlenstoffanteil hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein bündiger Übergang zwischen der Oberseite der Metallisierung (3) und der Oberseite der Beschichtung aus dem Füllmaterial (6) gebildet wird.Method for producing a metal-ceramic substrate (2) comprising at least one ceramic layer (2), which is provided on at least one surface side (2.1) with at least one metallization (3) with a layer thickness (D) of at least 0.1 mm, in which, in order to form conductor tracks and/or contact or connection surfaces (5, 5a, 5b), the metallization (3) is structured in such a way that in the outer edge region (3') of the structured metallization (3) there is at least a section along the outer Metallization section (3a, 3b) with a reduced layer thickness (DR) extending from the edge area (3') is produced, the metallization section (3a, 3b) with the reduced layer thickness being coated with a filling material (6), the filling material (6) being made of a plastic material with a Ceramic portion and / or graphitized carbon portion is made, characterized in that a flush transition between the top of the metallization (3) and the upper side of the coating of the filling material (6) is formed. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Metallisierung (3) eine Ätzresistschicht (8) aufgebracht wird, und zwar dort, wo die Metallisierung (3) mit der bestehenden Schichtdicke (D) verbleiben soll.procedure after Claim 14 , characterized in that an etching resist layer (8) is applied to the metallization (3), specifically where the metallization (3) is to remain with the existing layer thickness (D). Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Ätzresistschicht (8) versehene Metallisierung (3) zur Erzeugung des schichtdickenreduzierten Metallisierungsabschnittes (3a, 3b) solange mit einer Ätzlösung beaufschlagt wird, bis Ausnehmungen (9) einer vorgegebenen Tiefe (T) in den von Ätzresistschicht (8) freigegebenen Bereichen der Metallisierung (3) freigeätzt sind.procedure after claim 15 , characterized in that the with the etch resist layer (8) provided metallization (3) to produce the layer-thickness-reduced metallization section (3a, 3b) is applied with an etching solution until recesses (9) of a predetermined depth (T) in the etching resist layer ( 8) released areas of the metallization (3) are etched free. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Ätzresistschicht (8) von der Metallisierung (3) wieder entfernt wird.procedure after Claim 16 , characterized in that the etching resist layer (8) is removed again from the metallization (3). Verfahren nach Anspruch 16 oder 17 dadurch gekennzeichnet, dass die freigeätzten Ausnehmungen (9) mit dem Füllmaterial (6) verfüllt werden.procedure after Claim 16 or 17 characterized in that the etched-out recesses (9) are filled with the filling material (6). Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest teilweise auf die Metallisierung (3) und auf die Beschichtung aus dem Füllmaterial (6) eine weitere Ätzresistschicht (10) aufgebracht wird, und zwar dort, wo die Metallisierung (3) zur Ausbildung einer oder mehrerer Anschlussflächen (5, 5a, 5b) verbleibt.procedure after Claim 18 , characterized in that a further etching resist layer (10) is applied at least partially to the metallization (3) and to the coating of the filling material (6), specifically where the metallization (3) is used to form one or more connection surfaces (5 , 5a, 5b) remains. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die von der weiteren Ätzresistschicht (10) freigegebenen Bereiche der Metallisierung (3) mit einer Ätzlösung beaufschlagt werden und vollständig bis zur Keramikschicht (2) entfernt werden.procedure after claim 19 , characterized in that the areas of the metallization (3) released by the further etching resist layer (10) are exposed to an etching solution and completely removed down to the ceramic layer (2).
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