DE102014106694B3

DE102014106694B3 - Method for metallizing at least one plate-shaped ceramic substrate and metal-ceramic substrate

Info

Publication number: DE102014106694B3
Application number: DE201410106694
Authority: DE
Inventors: Andreas Meyer; Karl Exel
Original assignee: Rogers Germany GmbH
Current assignee: Rogers Germany GmbH
Priority date: 2014-05-13
Filing date: 2014-05-13
Publication date: 2015-04-02
Anticipated expiration: 2034-05-14

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Metallisierung zumindest eines plattenförmigen Keramiksubstrates (2) mit einer Ober- und Unterseite (2.1, 2.2) zur Herstellung eines Metall-Keramik-Substrates (1), bei dem die Ober- und/oder Unterseite (2.1, 2.2) der zumindest einen Keramiksubstrates (2) mittels außenstromloser Metallabscheidung mit Kupfer, Nickel, Silber oder Gold zur Erzeugung zumindest einer ersten Metallisierungsschicht (3, 4) beschichtet wird und dass das mit der zumindest ersten Metallisierungsschicht (3, 4) beschichtete Keramiksubstrat (2) in einem Behandlungsraum (5) bei einem Gasdruck (P) zwischen 500 und 2000 bar und einer Behandlungstemperatur (T) zwischen 300°C bis 1000°C mittels eines heißisostatischen Pressverfahrens nachbehandelt wird. The invention relates to a method for metallizing at least one plate-shaped ceramic substrate (2) with a top and bottom side (2.1, 2.2) for producing a metal-ceramic substrate (1), in which the top and / or bottom (2.1, 2.2). the at least one ceramic substrate (2) is coated with copper, nickel, silver or gold by electroless metal deposition to produce at least one first metallization layer (3, 4) and the ceramic substrate (2) coated with the at least first metallization layer (3, 4) a treatment chamber (5) at a gas pressure (P) between 500 and 2000 bar and a treatment temperature (T) between 300 ° C to 1000 ° C is aftertreated by means of a hot isostatic pressing process.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Metallisierung zumindest eines plattenförmigen Keramiksubstrates sowie ein nach diesem Verfahren hergestelltes Metall-Keramik-Substrat. The invention relates to a method for metallizing at least one plate-shaped ceramic substrate and a metal-ceramic substrate produced by this method.

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, d.h. sind für höhere Betriebsspannungen, und zwar 600 V und mehr bestimmt. Eine der Anforderungen an derartige Leistungshalbleiter-Module ist eine ausreichend hohe Teilentladungsfestigkeit, wobei auch Metall-Keramik-Substrate dieser Anforderung genügen müssen. Weiterhin ist es wünschenswert eine zuverlässige Verbindung mit hoher Haftkraft der Metallisierung mit zumindest einer der Oberflächenseiten der Keramikschicht zu erhalten. 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 printed conductors, contacts, contact surfaces or connection surfaces are known in various designs. Such metal-ceramic substrates find use, for example, in the construction of power semiconductor modules, i. are intended for higher operating voltages, namely 600 V and more. One of the requirements for such power semiconductor modules is a sufficiently high partial discharge resistance, whereby metal-ceramic substrates must meet this requirement. Furthermore, it is desirable to obtain a reliable high adhesion bond of the metallization with at least one of the surface sides of the ceramic layer.

Zum Verbinden von die Metallisierung bildenden Metallfolien oder Metallschichten miteinander oder mit einem Keramiksubstrat bzw. einer Keramikschicht ist beispielsweise 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 C2 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 der Kupferfolie mit der gleichmäßigen Kupferoxidschicht auf die Keramikschicht;
– Erhitzen des Verbundes auf eine Prozesstemperatur zwischen etwa 1025 bis 1083°C, beispielsweise auf ca. 1071°C;
– Abkühlen auf Raumtemperatur.

For joining metallization forming metal foils or metal layers with each other or with a ceramic substrate or a ceramic layer, for example, the so-called "DCB method"("Direct Copper Bonding") is known. Here, metal layers, preferably copper layers or foils are connected to each other and / or with a ceramic layer, using metal or copper sheets or metal or copper foils, on their surface sides of a layer or a coating ("reflow layer") a chemical compound of the metal and a reactive gas, preferably oxygen. In this example, in the US Pat. No. 3,744,120 or in the DE 23 19 854 C2 described method, this layer or coating ("reflow layer") forms a eutectic having a melting temperature below the melting temperature of the metal (eg copper), so that by laying the metal or copper foil on the ceramic layer and by heating all the layers are joined together can, by melting the metal layer or copper layer substantially only in the region of the Aufschmelzschicht or oxide layer. Such a DCB method then has, for example, the following method steps:

- Oxidizing a copper foil such that a uniform copper oxide layer results;
- placing the copper foil with the uniform copper oxide layer on the ceramic layer;
- Heating the composite to a process temperature between about 1025 to 1083 ° C, for example, to about 1071 ° C;
- Cool to room temperature.

Ein Nachteil des DCB-Verfahrens besteht darin, dass prozessbedingte Fehlstellen zwischen der jeweiligen Kupferschicht und der Keramikschicht auftreten können. Diese Fehlstellen beeinträchtigen zwar die thermischen Eigenschaften eines unter Verwendung des DCB-Verfahrens hergestellten Metall-Keramik-Substrates kaum, jedoch ergibt sich aufgrund der Fehlstellen eine Verschlechterung der Teilentladungsfestigkeit des daraus hergestellten Leistungshalbleiter-Moduls. A disadvantage of the DCB method is that process-related defects can occur between the respective copper layer and the ceramic layer. Although these defects hardly affect the thermal properties of a metal-ceramic substrate produced by using the DCB method, there is a deterioration in the partial discharge resistance of the power semiconductor module produced therefrom due to the defects.

Ferner ist aus den Druckschriften DE 22 13 115 A und EP 0 153 618 A2 das so genannte 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. Nachteilig ist jedoch das erforderliche Hartlot sehr kostenintensiv und die Strukturierung der mittels eines Aktivlot-Verfahrens aufgebrachten Metallisierung prozesstechnisch aufwendig. Furthermore, from the publications DE 22 13 115 A and EP 0 153 618 A2 the so-called active soldering method for joining metallization-forming metal layers or metal foils, in particular also of copper layers or copper foils with a ceramic material or a ceramic layer. In this method, which is also used specifically for the production of metal-ceramic substrates, at a temperature between about 800-1000 ° C, a connection between a metal foil, such as copper foil, and a ceramic substrate, such as an aluminum nitride ceramic, under Use of a brazing alloy, which also contains an active metal in addition to a main component such as copper, silver and / or gold. This active metal, which is, for example, at least one element of the group Hf, Ti, Zr, Nb, Ce, establishes a bond between the braze and the ceramic by a chemical reaction, while the bond between the braze and the metal forms a metallic braze joint is. However, the disadvantage is that the required brazing material is very cost-intensive and the structuring of the metallization applied by means of an active brazing process is technically complex.

Aus der EP 1 716 624 B1 ist bereits ein Verfahren zum Herstellen eines Stapels aus mehreren Metallplatten zur Bildung eines Kühlers zu entnehmen, bei dem mehrere dünne Metallplatten bzw. Metallfolien miteinander zu einem Stapel verbunden werden, welche dann einen Kühler, insbesondere einen Mikrokühler bilden. Zur Vermeidung des Entstehens von Mikrolunkern in den Übergangsbereiches zwischen den Metallplatten findet eine Nachbehandlung des Plattenstapels in einer Schutzgasatmosphäre bei einer hohen Behandlungstemperatur unterhalb der Fügetemperatur und bei einem hohen Gasdruck im Bereich zwischen 200 und 2000 bar statt. Diese Nachbehandlung wird auch als heißisostatisches Pressen („HIP-Verfahren“) bezeichnet. Das Beaufschlagung des Plattenstapels mit hohem Gasdruck in der Schutzgasatmosphäre bei den genannten Temperaturbedingungen führt u.a. dazu, dass die Verbindung zwischen den Platten weitestgehend frei von Mikrolunkern ist, d.h. Ausnehmungen oder Hohlräumen im Verbindungsbereich zweier Metallplatten nicht bestehen. Als Schutzgas finden hierbei Stickstoff, Argon oder andere Inert- oder Edelgase Anwendung. Die Behandlungstemperatur ist derart eingestellt, dass Fehlstellen durch Diffusionsschweißen geschlossen werden können. From the EP 1 716 624 B1 is already a method for producing a stack of a plurality of metal plates to form a cooler, in which a plurality of thin metal plates or metal foils are joined together to form a stack, which then form a cooler, in particular a micro-cooler. To avoid the formation of micro-shrinkers in the transition region between the metal plates, a post-treatment of the plate stack takes place in a protective gas atmosphere at a high treatment temperature below the bonding temperature and at a high gas pressure in the range between 200 and 2000 bar. This post-treatment is also referred to as hot isostatic pressing ("HIP process"). The exposure of the plate stack with high gas pressure in the inert gas atmosphere at the temperature conditions mentioned causes, inter alia, that the Connection between the plates is largely free from micro-shrinkage, ie recesses or cavities in the connection region of two metal plates do not exist. As a protective gas find here nitrogen, argon or other inert or noble gases application. The treatment temperature is adjusted so that imperfections can be closed by diffusion bonding.

Aus der EP 1 774 841 B1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Metall-Keramik-Substrates bekannt, bei dem auf mindestens einer Oberflächenseite einer Keramikschicht eine Kupferschicht unter Verwendung des DCB-Verfahrens aufgebracht wird. Hierbei wird in einem nachfolgenden Verfahrensschritt das Metall-Keramik-Substrat einem Gasdruck im Bereich von 400–2000 bar unterzogen und bei einer Nachbehandlungstemperatur im Bereich zwischen 450 und 1060°C nachbehandelt. Zur Vermeidung von Fehlstellen bzw. Mikrolunkern im Bereich des Metall-Keramik-Überganges nach dem DCB-Prozess wird das Substrat in einem geschlossenen Druckraum in einer Schutzgasatmosphäre, beispielsweise Argonatmosphäre durch Erhitzen auf eine Temperatur von etwa 560°C bei einem Druck von etwa 1100 bar der beschriebenen Nachbehandlung unterzogen. Hierdurch wird die Anbindung der Kupfermetallisierungen an die Keramikschicht erhöht und das Entstehen von Fehlstellen deutlich reduziert. From the EP 1 774 841 B1 For example, a method for producing a metal-ceramic substrate is known in which a copper layer is applied on at least one surface side of a ceramic layer using the DCB method. Here, in a subsequent process step, the metal-ceramic substrate is subjected to a gas pressure in the range of 400-2000 bar and post-treated at an after-treatment temperature in the range between 450 and 1060 ° C. To avoid defects or micro-shrinkage in the region of the metal-ceramic transition after the DCB process, the substrate is in a closed pressure chamber in a protective gas atmosphere, such as argon atmosphere by heating to a temperature of about 560 ° C at a pressure of about 1100 bar subjected to the aftertreatment described. As a result, the connection of the copper metallization is increased to the ceramic layer and significantly reduces the formation of defects.

Ferner kann zum Aufbringen zumindest einer Metallisierung mit geringer Schichtdicke auf einem Keramiksubstrat ein chemisches Abscheidungsverfahren, und zwar eine außenstromlose bzw. stromlose Metallabscheidung zur Anwendung kommen. Hierbei wird häufig die nicht leitenden Oberfläche des Keramiksubstrates mittels einer Katalyse für eine außenstromlose Metallabscheidung katalytisch gemacht. Daraufhin wird die katalysierte Oberfläche mit einer Lösung zur außenstromlosen Metallabscheidung in Kontakt gebracht, so dass sich in Abwesenheit einer äußeren Stromquelle Metall auf der katalysierten Oberfläche des Keramiksubstrates abscheidet. Die Metallabscheidung wird so lange fortgesetzt bis sich ein Metallüberzug mit definierter Dicke ergibt, welche typischerweise zwischen 1 Mikrometer und 10 Mikrometer beträgt. In der DE 3523956 A1 wird beispielsweise ein vergleichbares Verfahren zur chemischen Metallisierung eines Keramiksubstrates beschrieben. Furthermore, for depositing at least one metallization with a small layer thickness on a ceramic substrate, a chemical deposition method, namely an electroless or electroless metal deposition can be used. In this case, the non-conductive surface of the ceramic substrate is often made catalytically by means of catalysis for an electroless metal deposition. Thereafter, the catalyzed surface is contacted with an electroless metal plating solution such that metal deposits on the catalyzed surface of the ceramic substrate in the absence of an external power source. The metal deposition is continued until a metal coating with a defined thickness results, which is typically between 1 micron and 10 microns. In the DE 3523956 A1 For example, a comparable method of chemical metallization of a ceramic substrate is described.

Nach der außenstromlosen Metallabscheidung kann der außenstromlos gebildete Metallüberzug wahlweise durch eine galvanische Metallabscheidung auf dem außenstromlos gebildeten Metallüberzug verstärkt werden. After electroless metal deposition, the metal coating formed without external current can optionally be reinforced by means of a galvanic metal deposition on the metal coating formed without external current.

Ausgehend von dem voranstehend genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Metallisierung zumindest eines plattenförmigen Keramiksubstrates zur Herstellung eines Metall-Keramik-Substrates aufzuzeigen, bei dem die Anbindung der zumindest einen Metallisierungsbeschichtung am Keramiksubstrat des gemäß dem Verfahren hergestellten Metall-Keramik-Substrates eine hohe, gleichmäßig verteilte Haftkraft bzw. Anbindungsstärke aufweist. Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 und ein nach diesem Verfahren hergestelltes Keramiksubstrat gemäß Patentanspruch 15 gelöst. Based on the above-mentioned prior art, the object of the invention is to provide a method for metallizing at least one plate-shaped ceramic substrate for producing a metal-ceramic substrate, in which the connection of the at least one metallization coating to the ceramic substrate of the metal substrate produced by the method. Ceramic substrate has a high, evenly distributed adhesive force or bonding strength. The object is achieved by a method according to claim 1 and a ceramic substrate produced according to this method according to claim 15.

Der wesentliche Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass die Ober- und/oder Unterseite des zumindest einen Keramiksubstrates mittels außenstromloser Metallabscheidung mit Kupfer, Nickel, Silber oder Gold zur Erzeugung zumindest einer ersten Metallisierungsschicht beschichtet wird und dass das mit der zumindest ersten Metallisierungsschicht beschichtete Keramiksubstrat in einem Behandlungsraum bei einem Gasdruck zwischen 500 und 2000 bar und einer Behandlungstemperatur zwischen 300°C bis 1000°C mittels eines heißisostatischen Pressverfahrens nachbehandelt wird. Durch die HIP-Nachbehandlung wird die Anbindungsstärke bzw. die Haftkraft der mittels außenstromloser bzw. stromloser Metallabscheidung erzeugten Metallisierungsschichten am Keramiksubstrat deutlich erhöht und darüber hinaus das Entstehen von Fehlstellen bzw. so genannten Lunkern, insbesondere Mikrolunkern innerhalb der Metallisierungsschicht erheblich reduziert. Weiterhin vorteilhaft können mittels außenstromloser bzw. stromloser Metallabscheidung und einer Nachbehandlung mittels heißisostatischen Verpressen im Vergleich zur DCB-Verbindungstechnologie Metallisierungsschichten mit geringen Schichtdicken von ca. 0,1–10 Mikrometer auf ein Keramiksubstrat aufgebracht werden. Weiterhin vorteilhaft können die Korngrößen beim HIP-Verfahren im Vergleich zum DCB-Verfahren ebenfalls eingestellt werden. The essential aspect of the method according to the invention is to be seen in that the top and / or bottom of the at least one ceramic substrate is coated by electroless metal deposition with copper, nickel, silver or gold to produce at least a first metallization and that with the at least first metallization coated ceramic substrate in a treatment chamber at a gas pressure between 500 and 2000 bar and a treatment temperature between 300 ° C to 1000 ° C is aftertreated by means of a hot isostatic pressing method. By HIP aftertreatment, the bonding strength or the adhesive force of the metallization layers generated by means of electroless or electroless metal deposition on the ceramic substrate is significantly increased and, moreover, the formation of imperfections or so-called voids, in particular micro-shrinkers, within the metallization layer is considerably reduced. Further advantageously, by means of electroless or electroless metal deposition and aftertreatment by means of hot isostatic pressing in comparison to the DCB connection technology metallization layers with small layer thicknesses of about 0.1-10 microns can be applied to a ceramic substrate. With further advantage, the particle sizes in the HIP process can also be adjusted in comparison to the DCB process.

Besonders vorteilhaft kann die Haftkraft bzw. Anbindungsstärke der mittels außenstromloser bzw. stromloser Metallabscheidung erzeugten Metallisierungsschicht zusätzlich dadurch erhöht werden, dass vor der Metallisierung mittels außenstromloser bzw. stromloser Metallabscheidung das Keramiksubstrat bzw. dessen zu beschichtenden Ober- und/oder Unterseite mit einer Metall-Oxidschicht, insbesondere eine Kupferoxidschicht beschichtet wird. Zur Erzeugung einer derartigen metallischen Oxidschicht, insbesondere einer Kupferoxidschicht wird das Keramiksubstrat beispielsweise mit einer Kupferazetatlösung beaufschlagt oder mit einer Cu/CuO-Paste vorbehandelt. Auch können die Ober- und/oder Unterseite des zu beschichteten Keramiksubstrates mechanisch und/oder chemisch vorbehandelt werden, um dadurch die Rauheit der zu beschichteten Oberflächen zu erhöhen. Particularly advantageously, the adhesive force or bonding strength of the metallization layer produced by electroless or electroless metal deposition can be further increased by the ceramic substrate or its upper and / or lower side to be coated with a metal oxide layer before metallization by electroless or electroless metal deposition , in particular a copper oxide layer is coated. To produce such a metallic oxide layer, in particular a copper oxide layer, the ceramic substrate is, for example, subjected to a copper acetate solution or pretreated with a Cu / CuO paste. Also, the top and / or bottom of the ceramic substrate to be coated can be mechanically and / or chemically pretreated, thereby increasing the roughness of the surfaces to be coated.

In einer Ausführungsvariante der Erfindung werden die Oberseite mit zumindest einer ersten Metallisierungsschicht und die Unterseite mit zumindest einer zweiten Metallisierungsschicht beschichtet. Die erfindungsgemäß erzeugten Metallisierungsschichten bilden vorzugsweise einen so genannten „Seedlayer“ bzw. eine Basisschicht für eine galvanische Herstellung von Leiterbahnstrukturen beispielsweise über fotolithografische Masken. In an embodiment variant of the invention, the upper side is coated with at least one first metallization layer and the lower side is coated with at least one second metallization layer. The metallization layers produced according to the invention preferably form a so-called "seed layer" or a base layer for a galvanic production of printed conductor structures, for example via photolithographic masks.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung wird vor oder nach der Nachbehandlung mittels des heißisostatischen Pressverfahrens die zumindest eine erste Metallisierungsschicht mittels eines galvanischen Metallabscheidungsverfahrens mit zumindest einer dritten Metallisierungsschicht aus Kupfer, Nickel, Silber oder Gold beschichtet und damit verstärkt. Vorteilhaft kann dadurch die Schichtdicke der erzeugten Metallisierung des Metall-Keramik-Substrates erhöht bzw. individuell eingestellt werden. Vorzugsweise werden erste und/oder zweite Metallisierungsschichten mit Schichtdicken von wenigstens 0,1 Mikrometer, vorzugsweise zwischen 0,1 und 10 Mikrometer erzeugt, wobei die dritte Metallisierungsschicht eine Schichtdicke zwischen 4 und 10 Mikrometer aufweist. According to a further embodiment variant of the invention, before or after the aftertreatment by means of the hot isostatic pressing process, the at least one first metallization layer is coated with at least one third metallization layer of copper, nickel, silver or gold by means of a galvanic metal deposition process and thus reinforced. Advantageously, the layer thickness of the metallization of the metal-ceramic substrate produced can thereby be increased or adjusted individually. Preferably, first and / or second metallization layers are produced with layer thicknesses of at least 0.1 micrometer, preferably between 0.1 and 10 micrometer, wherein the third metallization layer has a layer thickness between 4 and 10 micrometers.

Die Metallisierungsschichten werden vorteilhaft aus einem einzigen Metall, und zwar Kupfer, Nickel, Silber oder Gold hergestellt. Alternativ können die Metallisierungsschichten aus unterschiedlichen Metallen, und zwar Kupfer, Nickel, Silber und/oder Gold hergestellt werden. The metallization layers are advantageously made of a single metal, namely copper, nickel, silver or gold. Alternatively, the metallization layers may be made of different metals, namely copper, nickel, silver and / or gold.

Vorteilhaft wird die zweite und/oder dritte Metallisierungsschicht zur Vergrößerung der Metallisierungsoberfläche strukturiert und/oder in diese mehrere Ausnehmungen unterschiedlicher Form und/oder Tiefe eingebracht. Advantageously, the second and / or third metallization layer is patterned to increase the metallization surface and / or introduced into this plurality of recesses of different shape and / or depth.

Weiterhin vorteilhaft wird das mit Kupfer beschichtete Keramiksubstrat bei einer Behandlungstemperatur zwischen 800°C und 1000°C nachbehandelt. Further advantageously, the copper-coated ceramic substrate is post-treated at a treatment temperature between 800 ° C and 1000 ° C.

Vorzugsweise wird das Keramiksubstrat 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, wobei das Keramiksubstrat mit einer Schichtdicke zwischen 50 Mikrometer und 1000 Mikrometer, vorzugsweise zwischen 200 Mikrometer und 700 Mikrometer metallisiert wird. Preferably, the ceramic substrate is made of an oxide, nitride or carbide ceramic such as alumina (Al ₂ O ₃ ) or aluminum nitride (AlN) or silicon nitride (Si ₃ N ₄ ) or silicon carbide (SiC) or alumina with zirconia (Al ₂ O ₃ + ZrO ₂ ), wherein the ceramic substrate is metallized with a layer thickness between 50 microns and 1000 microns, preferably between 200 microns and 700 microns.

Ebenfalls ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Metall-Keramik-Substrat umfassend zumindest eine Keramikschicht, dessen Ober- und/oder Unterseite mit zumindest einer erfindungsgemäß angebundenen Metallisierung versehen ist. Likewise provided by the present invention is a metal-ceramic substrate produced by the method according to the invention comprising at least one ceramic layer whose upper and / or lower side is provided with at least one metallization bonded according to the invention.

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 "approximately" in the context of the invention mean deviations from the respective exact value by +/- 10%, preferably by +/- 5% and / or deviations in the form of changes insignificant for the function ,

Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht. Further developments, advantages and applications of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments and from the figures. In this case, all described and / or illustrated features alone or in any combination are fundamentally the subject of the invention, regardless of their summary in the claims or their dependency. Also, the content of the claims is made an integral part of the description.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail below with reference to the figures of exemplary embodiments. Show it:

1 eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung durch ein unbeschichtetes Keramiksubstrat, 1 a simplified schematic sectional view through an uncoated ceramic substrate,

2 eine schematische Seitenansicht einer mittels eines stromlosen Metallabscheidungsverfahrens erzeugten Metallisierungsschicht zumindest auf der Oberseite des Keramiksubstrates, 2 1 a schematic side view of a metallization layer produced by means of an electroless metal deposition process, at least on the upper side of the ceramic substrate,

3 schematisch die Nachbehandlung des beschichteten Keramiksubstrates mittels eines heißisostatischen Pressverfahrens, 3 schematically the aftertreatment of the coated ceramic substrate by means of a hot isostatic pressing method,

4 eine schematische Seitenansicht einer mittels eines stromlosen Metallabscheidungsverfahrens erzeugten ersten und zweiten Metallisierungsschicht des Keramiksubstrates, 4 FIG. 2 a schematic side view of a first and second metallization layer of the ceramic substrate produced by an electroless metal deposition process, FIG.

5 eine schematische Seitenansicht einer mittels eines stromlosen Metallabscheidungsverfahrens erzeugten ersten und zweiten Metallisierungsschicht und einer mittels eines galvanischen Metallabscheidungsverfahrens erzeugten dritten und vierten Metallisierungsschicht, 5 FIG. 2 a schematic side view of a first and second metallization layer produced by means of an electroless metal deposition process and a third and fourth metallization layer produced by means of a galvanic metal deposition method, FIG.

6 schematisch die Nachbehandlung des beschichteten Keramiksubstrates gemäß 5 mittels eines heißisostatischen Pressverfahrens, 6 schematically the post-treatment of the coated ceramic substrate according to 5 by means of a hot isostatic pressing method,

7 eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung durch ein unbeschichtetes Keramiksubstrat mit mehreren Bohrungen, 7 a simplified schematic sectional view through an uncoated ceramic substrate with multiple holes,

8 eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung durch ein Keramiksubstrat gemäß 7 nach einer Beschichtung mit einer metallischen Oxidschicht und 8th a simplified schematic sectional view through a ceramic substrate according to 7 after a coating with a metallic oxide layer and

9 eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung durch das mit einer metallischen Oxidschicht beschichteten Keramikschicht gemäß 8 nach einer mittels eines stromlosen Metallabscheidungsverfahrens erzeugten ersten und zweiten Metallisierungsschicht und vollständig verfüllten Durchkontaktierungen. 9 a simplified schematic sectional view through the coated with a metallic oxide layer ceramic layer according to 8th according to a first and second metallization layer produced by means of an electroless metal deposition process and completely filled vias.

1 zeigt in vereinfachter schematischer Darstellung einen Schnitt durch ein unbeschichtetes Keramiksubstrat 2, welches ein Trägersubstrat für zumindest eine Metallisierungsschicht 3, 4 vorzugsweise aus Kupfer, Nickel, Silber und/oder Gold zur Herstellung eines Metall-Keramik-Substrates 1 bildet. 1 shows in simplified schematic representation a section through an uncoated ceramic substrate 2 which is a carrier substrate for at least one metallization layer 3 . 4 preferably made of copper, nickel, silver and / or gold for the production of a metal-ceramic substrate 1 forms.

Das Keramiksubstrat 2 ist 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 beispielsweise eine Schichtdicke zwischen 50 Mikrometer und 1000 Mikrometer, vorzugsweise zwischen 200 Mikrometer und 700 Mikrometer auf. The ceramic substrate 2 is for example made of an oxide, nitride or carbide ceramics such as aluminum oxide (Al ₂ O ₃ ) or aluminum nitride (AlN) or silicon nitride (Si ₃ N ₄ ) or silicon carbide (SiC) or of aluminum oxide with zirconium oxide (Al ₂ O ₃ + ZrO ₂ ) and has, for example, a layer thickness between 50 microns and 1000 microns, preferably between 200 microns and 700 microns.

Das Keramiksubstrat 2 ist vorzugsweise plattenförmig ausgebildet und weist eine Oberseite 2.1 und eine Unterseite 2.2 auf, welche mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Metall-Keramik-Substrates 1 mit zumindest einer Metallisierungsschicht 3, 4 versehen wird. Vorzugsweise wird die Oberseite 2.1 mit zumindest einer ersten Metallisierungsschicht 3 und die Unterseite 2.2 mit zumindest einer zweiten Metallisierungsschicht 4 versehen. The ceramic substrate 2 is preferably plate-shaped and has an upper side 2.1 and a bottom 2.2 on, which by means of the inventive method for producing a metal-ceramic substrate 1 with at least one metallization layer 3 . 4 is provided. Preferably, the top is 2.1 with at least a first metallization layer 3 and the bottom 2.2 with at least one second metallization layer 4 Mistake.

Die Metallisierungsschichten 3, 4 werden hierzu vorzugsweise direkt flächig mit der Ober- bzw. Unterseite 2.1, 2.2 der Keramikschicht 2 verbunden. Zur direkten flächigen Verbindung wird die Ober- und/oder Unterseite 2.1, 2.2 des plattenförmigen Keramiksubstrates 2 beispielsweise eine chemische und/oder mechanischen Vorbehandlung und/oder Reinigung unterzogen. Vorzugsweise werden die zu beschichtende Ober- und/oder Unterseite 2.1, 2.2 des Keramiksubstrates 2 aufgeraut und/oder eine Oxidlösung, insbesondere eine Kupferoxidlösung aufgebracht. The metallization layers 3 . 4 For this purpose, preferably directly flat with the top or bottom 2.1 . 2.2 the ceramic layer 2 connected. For direct surface connection is the top and / or bottom 2.1 . 2.2 the plate-shaped ceramic substrate 2 For example, subjected to a chemical and / or mechanical pretreatment and / or purification. Preferably, the top and / or bottom to be coated 2.1 . 2.2 of the ceramic substrate 2 roughened and / or applied an oxide solution, in particular a copper oxide solution.

Die erste und zweite Metallisierungsschichten 3, 4 können aus demselben oder unterschiedlichen Metall(en), und zwar Kupfer, Nickel, Silber oder Gold hergestellt sein und zur Oberflächenvergrößerung eine Strukturierung und/oder eine Vielzahl von Ausnehmungen unterschiedlicher Form und Tiefe aufweisen. The first and second metallization layers 3 . 4 may be made of the same or different metal (s), namely copper, nickel, silver or gold, and have a texture and / or a plurality of recesses of different shape and depth to increase the surface area.

Das Beschichten der Ober- und/oder Unterseite 2.1, 2.2 des Keramiksubstrates 2 mit Kupfer, Nickel, Silber oder Gold erfolgt erfindungsgemäß mittels eines an sich bekannten chemischen Metallabscheidungsverfahrens, und zwar dem außenstromlosen bzw. stromlosen Metallabscheidungsverfahren, bei dem die chemische Abscheidung des Metalls durch chemische Reduktion erfolgt. Diese hierzu erforderlichen chemischen Reaktionen sind thermodynamisch und weisen erst in Gegenwart eines Katalysators die erforderlichen Reaktionszeiten auf. Als Katalysator fungieren das abzuscheidende Metall selber und/oder Edelmetallkeime, die zur Aktivierung aufgebracht wurden. Coating the top and / or bottom 2.1 . 2.2 of the ceramic substrate 2 with copper, nickel, silver or gold according to the invention by means of a per se known chemical metal deposition process, namely the electroless or electroless metal deposition process, in which the chemical deposition of the metal takes place by chemical reduction. These chemical reactions required for this purpose are thermodynamic and have the required reaction times only in the presence of a catalyst. The catalyst is the metal to be deposited itself and / or noble metal nuclei which have been applied for activation.

In 2 ist beispielhaft eine näherungsweise gleichmäßig mit einer ersten Metallisierungsschicht 3 beschichtetes Keramiksubstrat 2 dargestellt. Die optional vorgesehen dritte Metallisierungsschicht 4 ist mittels einer strichliert gezeichneten Linie angedeutet. Nachteilig ist die mittels des stromlosen Metallabscheidungsverfahrens erzeugte erste und/oder zweite Metallisierungsschicht 3, 4 zumindest abschnittsweise nicht ausreichend fest an der Keramikschicht 2 angebunden und/oder es bestehen unerwünschte Einschlüsse, und zwar so genannte Mikrolunker in den Metallisierungsschichten 3, 4. In 2 is an example of an approximately uniform with a first metallization 3 coated ceramic substrate 2 shown. The optionally provided third metallization layer 4 is indicated by a dashed line. A disadvantage is the first and / or second metallization layer produced by means of the electroless metal deposition process 3 . 4 at least in sections not sufficiently firmly on the ceramic layer 2 Tethered and / or there are unwanted inclusions, so-called micro-shrinkers in the metallization layers 3 . 4 ,

Hier setzt die Erfindung an und schlägt ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Metall-Keramik-Substrates 1 vor. Die mittels des stromlosen Metallabscheidungsverfahrens hergestellte, direkte flächige Verbindung zwischen der zumindest einen Metallisierungsschicht 3, 4 und der Ober- und/oder Unterseite 2.1, 2.2 des Keramiksubstrates 2 wird erfindungsgemäß durch die Anwendung eines druckinduzierten Behandlungsverfahrens, und zwar des heißisostatischen Pressverfahrens (HIP-Verfahren) verstärkt. Hierzu wird das mit der zumindest einen Metallisierungsschicht 3, 4 beschichtete Keramiksubstrat 2 in einem Behandlungsraum 5 gemäß 3 bei einem Gasdruck P zwischen 500 und 2000 bar und einer Behandlungstemperatur T zwischen 300°C bis 1000°C mittels eines heißisostatischen Pressverfahrens nachbehandelt. Vorteilhaft wird hierdurch die Anbindung der zumindest einen Metallisierungsschicht 3, 4 an der Ober- und/oder Unterseite 2.1, 2.2 des Keramiksubstrates 2 wesentlich verbessert und bestehende Einschlüsse in den Metallisierungsschichten 3, 4 entfernt bzw. aufgelöst. This is where the invention comes in and proposes an improved process for producing a metal-ceramic substrate 1 in front. The direct areal connection between the at least one metallization layer produced by means of the electroless metal deposition process 3 . 4 and the top and / or bottom 2.1 . 2.2 of the ceramic substrate 2 is reinforced according to the invention by the application of a pressure-induced treatment method, namely the hot isostatic pressing method (HIP method). This is done with the at least one metallization 3 . 4 coated ceramic substrate 2 in a treatment room 5 according to 3 aftertreated at a gas pressure P between 500 and 2000 bar and a treatment temperature T between 300 ° C to 1000 ° C by means of a hot isostatic pressing process. The connection of the at least one metallization layer is advantageous hereby 3 . 4 at the top and / or bottom 2.1 . 2.2 of the ceramic substrate 2 significantly improved and existing inclusions in the metallization layers 3 . 4 removed or dissolved.

Auch können durch die Kombination des stromlosen Metallabscheidungsverfahren und des heißisostatischen Pressverfahrens im Vergleich zum bekannten Verbindungstechnologien, beispielsweise der DCB-Technologie deutlich dünnere Metallisierungsschichten 3, 4 hergestellt werden, beispielsweise mit einer Mindestschichtdicke ab ca. 0,1 Mikrometer. Also, by combining the electroless metal deposition process and the hot isostatic pressing process, significantly thinner metallization layers can be used compared to known interconnect technologies, such as DCB technology 3 . 4 be prepared, for example, with a minimum layer thickness from about 0.1 microns.

3 zeigt beispielsweise anhand einer schematischen Prinzipdarstellung ein im Behandlungsraum 5 aufgenommenes Keramiksubstrat 2, dessen Oberseite 2.1 mit einer ersten Metallisierungsschicht 3 und dessen Unterseite 2.2 mit einer zweiten Metallisierungsschicht 4 beschichtet sind. Im Behandlungsraum 5 herrscht ein Gas- oder Behandlungsdruck P und eine Behandlungstemperatur T. 3 shows, for example, based on a schematic diagram of a principle in the treatment room 5 received ceramic substrate 2 whose top 2.1 with a first metallization layer 3 and its bottom 2.2 with a second metallization layer 4 are coated. In the treatment room 5 there is a gas or treatment pressure P and a treatment temperature T.

Die prinzipielle Funktionsweise des heißisostatischen Pressverfahrens bzw. so genannten HIP-Verfahrens oder HIP-Prozesses ist bekannt. Der auf die zu behandelten Schichten vorzugsweise flächig aufgebrachte Druck P kann hierbei mechanisch und/oder mittels eines Gases oder Fluides erzeugt werden. Vorteilhaft kann bei Verwendung des HIP-Verfahrens zur Nachbehandlung einer durch das außenstromlose Metallabscheidungsverfahren hergestellten flächigen Verbindung zwischen den Metallisierungsschichten 3, 4 und dem Keramiksubstrat 2 im Vergleich zu den weiteren bekannten Verbindungsverfahren die Schichtdicke reduziert werden, insbesondere können Metallschichten einer Dicke ab 0,1 Mikrometer und mehr verarbeitet werden. The basic mode of operation of the hot isostatic pressing process or so-called HIP process or HIP process is known. The pressure P applied to the layers to be treated, in particular, can be generated mechanically and / or by means of a gas or fluid. Advantageously, when using the HIP process for the aftertreatment of a flat connection between the metallization layers produced by the electroless metal deposition process 3 . 4 and the ceramic substrate 2 In comparison to the other known bonding methods, the layer thickness can be reduced, in particular metal layers of a thickness of 0.1 micrometer or more can be processed.

Die Schichtdicke der ersten und/oder zweiten Metallisierungsschichten 3, 4 beträgt wenigstens 0,1 Mikrometer, vorzugsweise zwischen 0,1 und 10 Mikrometer. Es versteht sich, dass auch andere geeignete Metalle außer Kupfer, Nickel, Silber und Gold zur Herstellung der Metallisierungsschichten 3, 4 Anwendung finden können. Eine aus Kupfer hergestellte Metallisierungsschicht 3, 4 wird vorzugsweise bei einer Behandlungstemperatur T zwischen 800°C und 1000°C mittels des HIP-Verfahrens nachbehandelt. The layer thickness of the first and / or second metallization layers 3 . 4 is at least 0.1 microns, preferably between 0.1 and 10 microns. It is understood that other suitable metals besides copper, nickel, silver and gold are used to make the metallization layers 3 . 4 Application can be found. A metallization layer made of copper 3 . 4 is preferably post-treated at a treatment temperature T between 800 ° C and 1000 ° C by means of the HIP process.

Zur Vergrößerung der Metallisierungsoberfläche beispielsweise der zweiten Metallisierungsschicht 4 kann diese strukturiert werden und/oder mehrere Ausnehmungen unterschiedlicher Form und Tiefe eingebracht werden. 4 zeigt beispielsweise ein Metall-Keramik-Substrat 1 mit einer zweiten Metallisierungsschicht 4, dessen Metallisierungsoberfläche beispielsweise mehrere runde, vorzugsweise kreisförmige oder ovale Vertiefungen aufweist. Es versteht sich das eine Vielzahl unterschiedlicher Ausnehmungen vorsehbar sind, um eine Vergrößerung der Metallisierungsoberfläche zu erreichen, beispielsweise linienartige, wellenartige, rautenförmige, schlitzartige und/oder punktförmige Vertiefungen, die vorzugsweise gleichmäßig über die Metallisierungsoberfläche verteilt sind. To increase the metallization surface, for example, the second metallization 4 This can be structured and / or several recesses of different shape and depth are introduced. 4 shows, for example, a metal-ceramic substrate 1 with a second metallization layer 4 whose metallization has, for example, a plurality of round, preferably circular or oval depressions. It is understood that a plurality of different recesses are providable in order to achieve an enlargement of the metallization surface, for example line-like, wave-like, diamond-shaped, slot-like and / or punctiform depressions, which are preferably uniformly distributed over the metallization surface.

Das stromlose Metallabscheidungsverfahren kann mittels eines handelsüblichen Bad, Aufdampfen, Siebdrucken, Tauchen in Lösungen usw. realisiert werden. The electroless metal plating process can be realized by means of a commercial bath, vapor deposition, screen printing, dipping in solutions, etc.

In einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein der Metallisierungsschichten 3, 4 mittels eines stromlosen Metallabscheidungsverfahren erzeugt, wohingegen die weiteren, daran anschließenden Metallisierungsschichten 6, 7 entweder vor oder nach dem heißisostatischen Verpressen unter Verwendung eines galvanischen Metallabscheidungsverfahrens zur Verstärkung der bestehenden Metallisierungsschichten 3, 4 aufgebracht werden. In einer Ausführungsvariante gemäß 5 können die erste und/oder zweite Metallisierungsschicht 3, 4 mit zumindest einer dritten Metallisierungsschicht 6, 7 versehen und damit verstärkt werden, welche mittels eines galvanischen Metallabscheidungsverfahrens auf die erste und/oder zweite Metallisierungsschicht 3, 4 aufgebracht werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die erste Metallisierungsschicht 3 mit einer dritten Metallisierungsschicht 6 und die zweite Metallisierung 4 mit einer vierten Metallisierungsschicht 7 beschichtet. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens können somit Metall-Keramik-Substrate 1 mit nahezu beliebigem mehrschichtigem Aufbau erzeugt werden. Vorzugsweise ist die Schichtdicke der ersten und zweiten Metallisierungsschicht 3, 4 kleiner als die Schichtdicke der dritten und vierten Metallisierungsschicht 6, 7. In one embodiment of the method according to the invention, one of the metallization layers 3 . 4 produced by means of an electroless metal deposition process, whereas the other, subsequent metallization layers 6 . 7 either before or after hot isostatic pressing using a metal plating process to reinforce the existing metallization layers 3 . 4 be applied. In an embodiment according to 5 may be the first and / or second metallization layer 3 . 4 with at least one third metallization layer 6 . 7 be provided and thus reinforced, which by means of a galvanic metal deposition process on the first and / or second metallization 3 . 4 be applied. In the present embodiment, the first metallization layer 3 with a third metallization layer 6 and the second metallization 4 with a fourth metallization layer 7 coated. By means of the method according to the invention can thus metal-ceramic substrates 1 be produced with almost any multilayer structure. Preferably, the layer thickness of the first and second metallization layer 3 . 4 smaller than the layer thickness of the third and fourth metallization layers 6 . 7 ,

In einer weiteren Ausführungsvariante kann das Keramiksubstrat 2 bzw. dessen Oberseite 2.1 und/oder Unterseite 2.2 vor dem Aufbringen der ersten und/oder zweiten Metallisierungsschichten 3, 4, vorzugsweise aus Kupfer mittels des stromlosen Metallabscheidungsverfahrens einer Vorbehandlung unterzogen werden, um die Haftfestigkeit der ersten und/oder zweiten Metallisierungsschichten 3, 4 zu erhöhen. Hierzu wird das Keramiksubstrat 2 gemäß 1 mit einer metallischen Oxidschicht, insbesondere eine Kupferoxidschicht 10 beschichtet. Zur Erzeugung einer derartigen metallischen Oxidschicht, insbesondere einer Kupferoxidschicht 10 wird das Keramiksubstrat 2 beispielsweise mit einer Kupferazetatlösung beaufschlagt oder mit einer Cu/CuO-Paste bestrichen. In a further embodiment variant, the ceramic substrate 2 or its top 2.1 and / or bottom 2.2 before applying the first and / or second metallization layers 3 . 4 , preferably copper, are pretreated by means of the electroless metal deposition process to improve the adhesion of the first and / or second metallization layers 3 . 4 to increase. For this purpose, the ceramic substrate 2 according to 1 with a metallic oxide layer, in particular a copper oxide layer 10 coated. For producing such a metallic oxide layer, in particular a copper oxide layer 10 becomes the ceramic substrate 2 For example, applied with a copper acetate solution or coated with a Cu / CuO paste.

In einer weiteren alternativen Ausführungsvariante gemäß der 7 bis 9 weist das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Metall-Keramik-Substrat 1 neben der metallischen Oxidschicht 10 so genannte Durchkontaktierungen 8 („vertical interconnect accesses“) auf, die zur elektrischen Verbindung zumindest eines Abschnittes der ersten Metallisierungsschichten 3 mit zumindest einem gegenüberliegenden Abschnitt der zweiten Metallisierungsschicht 4 vorgesehen sind. In a further alternative embodiment according to the 7 to 9 has the metal-ceramic substrate produced by the process according to the invention 1 next to the metallic oxide layer 10 so-called vias 8th ("Vertical interconnect accesses"), which is used for the electrical connection of at least a portion of the first metallization layers 3 with at least one opposite portion of the second metallization layer 4 are provided.

Gemäß 7 werden hierzu in das unbeschichtete Keramiksubstrat 2 gemäß 1 mehrere Bohrungen 9 eingebracht. Die Bohrungen 8 werden beispielsweise mittels einer Lasereinheit erzeugt und weisen einen Bohrungsdurchmesser zwischen 25 Mikrometer und 500 Mikrometer, vorzugsweise zwischen 100 Mikrometer und 250 Mikrometer auf. According to 7 For this purpose, in the uncoated ceramic substrate 2 according to 1 several holes 9 brought in. The holes 8th are generated for example by means of a laser unit and have a bore diameter between 25 microns and 500 microns, preferably between 100 microns and 250 microns.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das mit den Bohrungen 8 versehene Keramiksubstrat 2 mit einer metallischen Oxidschicht, insbesondere einer Kupferoxidschicht 10 beschichtet, und zwar derart, dass sich die metallischen Oxidschicht 10 auch über die Innenflächen der Bohrungen 9 erstreckt. 8 zeigt beispielshaft einen Schnitt durch das mit Bohrungen 8 versehene Keramiksubstrat 2, welches mit einer metallischen Oxidschicht 10 beschichtet ist. In the present embodiment, the with the holes 8th provided ceramic substrate 2 with a metallic oxide layer, in particular a copper oxide layer 10 coated, in such a way that the metallic oxide layer 10 also over the inner surfaces of the holes 9 extends. 8th shows by way of example a section through the with holes 8th provided ceramic substrate 2 which is covered with a metallic oxide layer 10 is coated.

Im Anschluss daran wird die metallische Oxidschicht 10 zur Erzeugung der Metallisierungsschichten 3, 4 mittels des außenstromlosen bzw. stromlosen Metallabscheidungsverfahren beschichtet, und zwar im Falle einer als Kupferoxidschicht ausgebildeten metallischen Oxidschicht 10 mit Kupfer oder einer Kupferlegierung. 9 zeigt das Keramiksubstrat 2 gemäß 8 nach der Beschichtung mit Kupfer mittels außenstromloser bzw. stromloser Metallabscheidung. Following this, the metallic oxide layer 10 for producing the metallization layers 3 . 4 coated by the electroless or electroless metal deposition process, in the case of a metal oxide layer formed as a copper oxide layer 10 with copper or a copper alloy. 9 shows the ceramic substrate 2 according to 8th after coating with copper by means of electroless or currentless metal deposition.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Bohrungen 9 bzw. die aufgrund der Beschichtung mit Kupfer erzeugten Durchkontaktierungen 8 zwischen der ersten und zweiten Metallisierungsschicht 3, 4 vollständig mit Kupfer gefüllt, d.h. die Bohrung 8 ist nicht lediglich zum Zwecke der Durchkontaktierung an den Innenflächen metallisiert, sondern die gesamte Bohrung 8 ist vollständig mit Kupfer ausgefüllt. In the present embodiment, the holes 9 or the vias produced due to the coating with copper 8th between the first and second metallization layers 3 . 4 completely filled with copper, ie the bore 8th is metallized not only for the purpose of through-hole on the inner surfaces, but the entire bore 8th is completely filled with copper.

Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrunde liegend Erfindungsgedanke verlassen wird. The invention has been described above by means of exemplary embodiments. It is understood that numerous changes and modifications are possible, without thereby departing from the invention underlying the idea of the invention.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Metall-Keramik-Substrat Metal-ceramic substrate
2 2: Keramiksubstrat ceramic substrate
2.1 2.1: Oberseite top
2.2 2.2: Unterseite bottom
3 3: erste Metallisierungsschicht first metallization layer
4 4: zweite Metallisierungsschicht second metallization layer
5 5: Behandlungsraum treatment room
6 6: dritte Metallisierungsschicht third metallization layer
7 7: vierte Metallisierungsschicht fourth metallization layer
8 8th: Durchkontaktierungen vias
9 9: Bohrungen drilling
10 10: metallische Oxidschicht metallic oxide layer
P P: Behandlungsdruck treatment pressure
T T: Behandlungstemperatur treatment temperature

Claims

Method for metallizing at least one plate-shaped ceramic substrate ( 2 ) with a top and bottom ( 2.1 . 2.2 ) for producing a metal-ceramic substrate ( 1 ), in which the top and / or bottom ( 2.1 . 2.2 ) of the at least one ceramic substrate ( 2 ) by electroless metal deposition with copper, nickel, silver or gold to produce at least a first metallization layer ( 3 . 4 ) and that with the at least first metallization layer ( 3 . 4 ) coated ceramic substrate ( 2 ) in a treatment room ( 5 ) is post-treated at a gas pressure (P) between 500 and 2000 bar and a treatment temperature (T) between 300 ° C to 1000 ° C by means of a hot isostatic pressing process.

Method according to claim 1, characterized in that the upper side ( 2.1 ) with at least one first metallization layer ( 3 ) and the underside ( 2.2 ) with at least one second metallization layer ( 4 ) are coated.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that prior to the coating of the ceramic substrate ( 2 ) by means of electroless metal deposition the ceramic substrate ( 2 ) with a metallic oxide layer ( 10 ), in particular a copper oxide layer is coated.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that prior to the aftertreatment by means of the hot isostatic pressing method, the at least one first metallization layer ( 3 . 4 ) by means of a metal plating process with at least one third metallization layer ( 6 . 7 ) is coated and reinforced with copper, nickel, silver or gold.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that after the post-treatment by means of the hot isostatic pressing process, the at least one first metallization layer ( 3 . 4 ) by means of a metal plating process with at least one third metallization layer ( 6 . 7 ) is coated and reinforced with copper, nickel, silver or gold.

Method according to one of claims 2 to 4, characterized in that the first and / or second metallization layer ( 3 . 4 ) is produced with a layer thickness of at least 0.1 microns, preferably between 0.1 and 10 microns.

Method according to one of claims 4 to 6, characterized in that the at least one third metallization layer ( 6 . 7 ) is produced with a layer thickness between 10 and 100 microns.

Method according to one of claims 2 to 7, characterized in that the metallization layers ( 3 . 4 . 6 . 7 ) are made of a metal, namely copper, nickel, silver or gold.

Method according to one of claims 2 to 8, characterized in that the metallization layers ( 3 . 4 . 6 . 7 ) are made of different metals, namely copper, nickel, silver and / or gold.

Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that the second and / or third metallization layer ( 6 . 7 ) is structured to increase the metallization and / or in this several recesses of different shape and / or depth are introduced.

Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that the copper-coated ceramic substrate ( 2 ) is post-treated at a treatment temperature (T) between 800 ° C and 1000 ° C.

Method according to one of claims 1 to 11, characterized in that the ceramic substrate ( 2 ) of an oxide, nitride or carbide ceramic such as aluminum oxide (Al ₂ O ₃ ) or aluminum nitride (AlN) or silicon nitride (Si ₃ N ₄ ) or silicon carbide (SiC) or of aluminum oxide with zirconium oxide (Al ₂ O ₃ + ZrO ₂ ) will be produced.

Method according to one of claims 1 to 12, characterized in that a ceramic substrate ( 2 ) is metallized with a layer thickness between 50 microns and 1000 microns, preferably between 200 microns and 700 microns.

Method according to one of claims 1 to 13, characterized in that for the production of plated-through holes ( 8th ) into the ceramic substrate ( 2 ) before the respective coating one or more holes ( 9 ) are introduced.

Metal-ceramic substrate ( 1 ) comprising at least one plate-shaped ceramic substrate ( 2 ) with a top and bottom ( 2.1 . 2.2 ) and at least one metallization layer ( 3 . 4 . 6 . 7 ) prepared by a method according to any one of the preceding claims.