DE19927046B4 - Keramik-Metall-Substrat als Mehrfachsubstrat - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Keramik-Metall-Substrat gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1.
- Bekannt sind Keramik-Metall-Substrate und dabei insbesondere auch Keramik-Kupfer-Substrate. Diese Substrate werden zum Herstellen von elektrischen Schaltkreisen, insbesondere Leistungsschaltkreisen verwendet und bilden die dortigen "Leiterplatten".
- Im einfachsten Fall weisen derartige Substrate eine Keramikschicht auf, die an beiden Oberflächenseiten jeweils mit einer Metallisierung versehen ist, von denen z.B. die Metallisierung an der Oberseite der Keramikschicht beispielsweise unter Anwendung einer Ätztechnik derart strukturiert wird, daß diese Metallisierung dann die für den Schaltkreis erforderlichen Leiterbahnen, Kontaktflächen usw. bildet.
- Für eine rationelle Fertigung von elektrischen Schaltkreisen ist ein Mehrfachsubstrat bekannt (DE-PS 43 19 944), bei dem auf einer großformatigen Keramikplatte oder -schicht wenigstens zwei aneinander anschließende und einstückig miteinander verbundene Einzelsubstrate gebildet sind, welche jeweils an wenigstens einer Oberflächenseite der Keramikschicht mit wenigstens einer Metallfläche versehen sind und jeweils über wenigstens eine in der Keramikschicht vorgesehene Sollbruchlinie aneinander anschließen. An diesen Sollbruchlinien erfolgt das Zertrennen des Mehrfachsubstrates in die Einzelsubstrate beispielsweise auch nach dem Bestücken mit den Bauelementen, und zwar durch Brechen. Nachteilig hierbei ist, daß es bedingt durch innere Spannungen im Keramik-Metall-Substrat, die aus den Temperaturen beim Aufbringen der Metallisierungen und die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten resultieren, zu unkontrollierten Brüchen Trennen oder Brechen kommen kann. Obwohl derartige unkontrollierbare Brüche nur in 1 bis 5% der Fälle auftreten, ist der hiermit verbundene Produktionsausfall und Schaden nicht unerheblich, insbesondere wenn das Zertrennen in die Einzelsubstrate erst nach deren Bestückung erfolgt.
- Bekannt ist weiterhin zur Vermeidung sogenannter Muschelbrüche, d. h. von Brüchen oder Rissen, die bei DCB-Substraten bei der Herstellung aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen Keramik und Metall und hieraus resultierenden Spannungsgradienten parallel zur Oberfläche hin der Keramikschicht auftreten können, und zwar insbesondere am Übergang zwischen metallisierten und nichtmetallisierten Flächen, strukturierte Metallflächen solcher Substrate mit einer Randabschwächung zu versehen, beispielsweise durch Einbringen von Öffnungen in den Rand der Metallflächen, durch stufenförmige Reduzierung der Dicke der Metallfläche am Rand usw. (
DE 39 22 485 C1 ,DE 40 04 844 C1 ). - Bekannt ist ferner bei einem Substrat, welches auf einer Oberseite einer Keramikschicht mit Leiterbahnen oder Metallelektroden, teilweise auch mit zusätzlichen Isolierschichten zwischen Metallelektroden versehen ist, in der Keramikschicht durch Laserbehandlung Nuten einzubringen. Um ein Abscheiden des bei der Laserbehandlung verdampfen Materials auf den Elektroden zu verhindern, erfolgt das Einbringen der Nuten an der die Elektroden und Leiterbahnen nicht aufweisenden Unterseite der Keramikschicht (
JP 55153350 A - Das Aufbringen der Metallisierungen erfolgt in Heißverfahren, d.h. in Verfahren, in denen nicht unerhebliche Temperaturen zu Anwendung kommen. So ist beispielsweise bekannt, die für Leiterbahnen, Anschlüssen usw. benötigte Metallisierung auf einer Keramik, z.B. auf einer Aluminium-Oxid-Keramik mit Hilfe des sogenannten "DCB-Verfahrens" (Direct-Copper-Bond-Technology) herzustellen, und zwar unter Verwendung von die Metallisierung bildenden Metall- bzw. Kupferfolien oder Metall- bzw. Kupferblechen, 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-PS 37 44 120 oder in der DE-PS 23 19 854 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 Folie auf die Keramik und durch Erhitzen sämtlicher Schichten diese miteinander verbunden werden können, und zwar durch Aufschmelzen des Metalls bzw. Kupfers im wesentlichen nur im Bereich der Aufschmelzschicht bzw. Oxidschicht.
- Dieses DCB-Verfahren weist dann z.B. folgende Verfahrensschritte auf:
- • Oxidieren einer Kupferfolie derart, daß sich eine gleichmäßige Kupferoxidschicht ergibt;
- • Auflegen der Kupferfolie auf die Keramikschicht;
- • Erhitzen des Verbundes auf eine Prozeßtemperatur zwischen etwa 1065 bis 1083°C, z.B. auf ca. 1071°C;
- • Abkühlen auf Raumtemperatur.
- Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu vermeiden.
- Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Keramik-Metall-Substrat entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet.
- Durch die erfindungsgemäße Ausbildung werden in überraschender Weise wilde bzw. unkontrollierte Brüche beim Zertrennen des Keramik-Metall-Substrates wesentlich reduziert (nachgewiesener Maßen bis 75%).
- Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 in vereinfachter Darstellung und in Draufsicht ein Keramik-Metall-Substrat in Form eines Mehrfachsubstrates gemäß der Erfindung im unbestückten Zustand; -
2 in vereinfachter Darstellung und in Unteransicht das Mehrfachsubstrat gemäß1 ; -
3 einen Schnitt entsprechend der Linie I-I der1 ; -
4 eine vergrößerte Teildarstellung der Rückansicht des Mehrfach-Substrates der1 ; -
5 ein Teilschnitt durch das Mehrfach-Substrat bei einer möglichen Ausführungsform; -
6 in vergrößerter Teildarstellung eine Ansicht der Unterseite des Mehrfach-Substrates der1 im Bereich eines Einzel-Substrates bei einer weiteren möglichen Ausführungsform; -
7 einen Teilschnitt entsprechend der Linie II-II der6 ; -
8 ,9 und10 jeweils in vergrößerter Teildarstellung eine Ansicht der Unterseite des Mehrfach-Substrates bei einer weiteren Ausführungsform; -
11 einen Schnitt entsprechend der Linie III-III der10 ; -
12 in Darstellung ähnlich6 eine weitere mögliche Ausführungsform; -
13 einen Schnitt entsprechend der Linie IV-IV der12 ; -
14 in vereinfachter Darstellung eine Unteransicht eines Mehrfach-Substrates einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; -
15 einen Schnitt durch das Mehrfach-Substrat der14 entsprechend der Linie V-V der14 ; -
16 eine Draufsicht auf ein bestücktes Mehrfach-Substrat; -
17 eine weitere mögliche Ausführungsform in einer Darstellung ähnlich2 . - Zur einfacheren Erläuterung sind in den
1 –13 jeweils drei senkrecht zueinander angeordnete Raumachsen (X-Achse, Y-Achse und Z-Achse) angegeben, von denen die X- und Y-Achsen die Ebene des jeweiligen Mehrfachsubstrates definieren (X-Y-Ebene) und die Z-Achse in Richtung der Dicke des jeweiligen Mehrfachsubstrates liegt. - Das in den
1 –4 dargestellte und allgemein mit1 bezeichnete Mehrfach-Substrat (auch Großkarte) besteht im wesentlichen aus einer Keramikplatte oder Keramikschicht2 , die beispielsweise eine Aluminiumnitrid-Keramik oder eine Aluminiumoxid-Keramik ist und bei der Ausführungsform der1 –3 an beiden Oberflächenseiten mit einer strukturierten Metallisierung versehen ist, und zwar an der Oberseite mit der Metallisierung3 und an der Unterseite mit der Metallisierung4 . Bei den Metallisierungen sind bei der dargestellten Ausführungsform dadurch realisiert, daß mit Hilfe der DCB-Technik jeweils eine Metallfolie, beispielsweise eine Kupferfolie flächig mit der Keramikschicht2 verbunden ist. Die Strukturierung der Metallisierungen3 und4 ist mit den üblichen, den Fachmann bekannten Mitteln durchgeführt, beispielsweise unter Verwendung von Maskierungs- und Ätztechniken. - Bei dem Mehrfachsubstrat
1 ist die Metallisierung3 an der Oberseite so strukturiert, daß diese mehrere Metallflächen3' bildet, die in mehreren, sich jeweils in Richtung der X-Achse erstreckenden und in Richtung der Y-Achse aneinander anschließenden Reihen vorgesehen sind. - Das Mehrfachsubstrat
1 ist bei der dargestellten Ausführungsform mit einer rechteckförmigen Umfangslinie ausgebildet, und zwar derart, daß die kürzeren Umfangsseiten sich in Richtung der X-Achse und die längeren Umfangsachsen in Richtung der Y-Achse erstrecken. - Die Metallisierung
3 ist weiterhin so strukturiert, daß sie entlang der Ränder5 und6 jeweils eine rechteck- oder streifenförmige Metallfläche3'' (entlang der Ränder5 ) sowie3''' (entlang der Ränder6 ) bildet, wobei sich die beiden Metallflächen3'' jeweils im wesentlichen über die gesamte Breite (Abstand der beiden Ränder6 ) des Mehrfachsubstrates1 erstrecken und die beiden Metallflächen3'' an beiden Enden jeweils in der Nähe einer Metallfläche (3'' ) enden. - Die Metallfläche
3' liegen mit ihren Rändern parallel zu den Rändern5 und6 und damit ebenfalls in der X-Achse bzw. Y-Achse. Ebenso liegen die streifenförmigen bzw. langgestreckt rechteckförmigen Metallflächen3'' und3''' mit ihren Rändern parallel zu den Rändern5 und6 und damit in Richtung der X-Achse bzw. Y-Achse. - Sämtliche Metall-Flächen
3' ,3'' ,3''' sind jeweils von einer benachbarten Metallfläche beabstandet, wie dies nachstehend noch näher erörtert wird. In den zwischen den Metallflächen3' ,3'' und3''' frei liegenden Bereichen der Keramikschicht2 sind in diese Sollbruchlinien7 und8 bildende Ritzungen eingebracht, und zwar derart, daß diese Sollbruchlinien sich nicht nur zwischen den einzelnen, die Einzelsubstrate bildenden Metallflächen3' erstrecken, sondern auch zwischen den Metallflächen3'' und angrenzenden Metallflächen3' und3''' sowie zwischen den Metallflächen3''' und angrenzenden Metallflächen3' . Im einzelnen erstrecken sich die Sollbruchlinie7 in Richtung der X-Achse und die Sollbruchlinien8 in Richtung der Y-Achse, wobei jeweils eine außen liegende Sollbruchlinie7 , die der Metallfläche3'' benachbart ist, sich bei der dargestellten Ausführungsform über die gesamte Breite des Mehrfachsubstrates1 erstreckt, d.h. auch in den frei liegenden Bereichen der Oberseite der Keramikschicht2 zwischen den Metallisierungen3'' und3''' . Die beiden außen liegenden Sollbruchlinien8 erstrecken sich jeweils zwischen der jeweiligen Metallfläche3''' und den angrenzenden Metallflächen3' und enden bei der dargestellten Ausführungsform jeweils an den Metallflächen3'' bzw. an den parallel zu diesen Metallflächen verlaufenden äußeren Sollbruchlinien7 . - Die Metallisierung
4 an der Unterseite des Mehrfachsubstrates1 ist so strukturiert, daß diese Metallisierung eine Vielzahl von Metallflächen4' bildet, die den Metallflächen3' entsprechen und von denen jeweils eine Metallfläche4' einer Metallfläche3' unmittelbar gegenüberliegt. Auch die Metallflächen4' sind in gleicher Weise wie die Metallflächen3' in mehreren Reihen vorgesehen und liegen mit ihren Rändern parallel zu den Rändern5 und6 . Weiterhin bildet die Metallisierung4 Metallflächen4'' und4''' , die den Metallflächen3'' bzw.3''' entsprechen und von denen jede Metallfläche4'' einer Metallfläche3'' und jede Metallfläche4''' einer Metallfläche3''' gegenüber liegt. Die Metallflächen4' ,4'' und4''' sind an den Sollbruchlinien7 und8 voneinander beabstandet, so daß dort die Unterseite der Keramikschicht2 frei liegt. - Entlang der Sollbruchlinien
7 und8 kann das Mehrfachsubstrat insbesondere nach dem Strukturieren der Metallflächen3' und nach den Bestücken in Einzelsubstrate bzw. in von diesen Einzelsubstraten gebildete elektrische Bauteile durch Brechen entlang der Sollbruchlinien7 und8 zertrennt werden, wobei hierfür zunächst ein Öffnen des Mehrfachsubstrates1 dadurch notwendig ist, daß die mit den Metallflächen3'' und3''' sowie4'' und4''' versehenen Ränder abgebrochen werden, und zwar entlang der äußeren Sollbruchlinien7 bzw.8 . Dieses Öffnen ist nur in einer bestimmten Reihenfolgen möglich, nämlich dadurch, daß zunächst die die Metallflächen3'' und4'' aufweisenden äußeren Ränder und dann die die Metallflächen3''' uns4''' aufweisenden äußeren Ränder abgebrochen werden. Durch die Metallflächen3'' ,4'' und3''' ,4''' , die insbesondere auch die zwischen den Metallflächen3' verlaufenden Sollbruchlinie7 und8 überbrücken, ist ein nicht beabsichtigtes Brechen des Mehrfachsubstrates1 wirksam verhindert. - Die
3 zeigt einen Teilschnitt durch das Mehrfachsubstrat der1 . Mit SE sind in dieser Figur die senkrecht zur XY-Ebene verlaufenden Ebenen bezeichnet, die die Sollbruchlinien7 bzw.8 einschließen. Wie in der3 dargestellt ist, besitzen sämtliche Metallflächen4' von diesen Mittelebenen SE jeweils einen Abstand d1. Die Ränder sämtlicher Metallflächen3' ,3'' und3''' besitzen von der parallel zu dem jeweiligen Rand verlaufenden, benachbarten Ebene SE einen abstand von d2. Dies gilt sowohl für die parallel zur XZ-Ebene als auch für die parallel zur YZ-Ebene angeordneten Ebenen SE. - Bei der dargestellten Ausführungsform beträgt die Dicke der Metallisierung
3 und4 beispielsweise 0,15–1,0 mm. Weiterhin gilt bei dem Mehrfachsubstrat1 , daß der jeweilige Abstand d2 größer oder gleich d1 ist, wobei z.B. d1 in der Größenordnung von 1,0 bis 0,05 mm liegt. Bei dem Mehrfachsubstrat1 sind die Abstände d2 größer als 1 mm. - Die Sollbruchlinien
7 und8 sind beispielsweise durch eine Laserbehandlung, beispielsweise durch Laser-Ritzen erzeugt. Die Sollbruchlinien7 und8 können aber auch auf andere Weise, beispielsweise durch mechanische Bearbeitung erzeugt sein. - Bei dem Aufbringen der Metallisierungen
3 und4 auf die Keramikschicht2 entstehen bedingt durch die hohen Prozesstemperaturen und die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Keramikmaterials und des Metalls der Metallisierungen im Substrat mechanische Spannungen, die dann bei der Strukturierung der Metallisierungen3 und4 bzw. bei der Strukturierung der Metallflächen3' partiell gelöst werden, womit mechanische Restspannungen im Mehrfachsubstrat verbleiben, deren Orientierung und Größe nicht kontrollierbar ist. - Beim Vereinzeln des Mehrfachsubstrates in Einzelsubstrate durch Brechen entlag der Sollbruchlinien
7 und8 kann es daher dazu kommen, dass in ungünstigen Fällen sich eine im Mehrfach-Substrat vorhandene, partielle Restspannung zu den beim Brechen auftretenden Kräften oder Spannungen so addiert, dass das Brechen nicht in der gewünschten Weise entlang der betreffenden Sollbruchlinie7 bzw.8 erfolgt, sondern entlang einer hiervon abweichenden wilden Bruchlinie, die in der4 mit der unterbrochenen Linie9 angegeben ist. - Insbesondere dann, wenn das Vereinzeln des Mehrfachsubstrates erst nach dem Bestücken mit Bauelementen erfolgt, bedingen derartige unkontrollierte Brüche
9 erhebliche Schäden, da die entsprechenden Einzelsubtrate dann nicht mehr brauchbar sind. Der Schaden ist hierbei nicht nur durch die Kosten des Einzelsubstrates, sondern insbesondere auch durch die Arbeits- und Maschinenkosten bei der Bestückung und die Kosten der Bauelemente, mit denen ein derartiges schadhaftes Einzelsubstrat bestückt ist, bestimmt. Als Faustregel gilt, dass der Wert eines bestückten Einzelsubstrates etwa dem 10-Fachen eines unbestückten Einzelsubstrates entspricht. - Um derartige unkontrollierte Brüche
9 zu vermeiden und um dennoch die Abstände d1 möglichst klein zu halten, so dass die an der Unterseite des jeweiligen Einzelsubstrates vorgesehenen Metallfläche4' möglichst dicht bis an den Rand dieses Einzelsubstrates reicht, wie dies allgemein aus verschiedensten Gründen gefordert wird, sind die Metallflächen4' an der Unterseite entlang ihrer Ränder mit einer Abschwächung (Rand- oder Kantenabschwächung) versehen, die in der3 allgemein mit10 bezeichnet ist. - Diese Kantenabschwächung
10 kann, wie nachstehend noch näher ausgeführt wird, in unterschiedlicher Weise realisiert sein, ist aber in jedem Fall so ausgebildet, dass im Bereich dieser Kantenabschwächung10 das Metall-Volumen bzw. die Metallmenge je Volumeneinheit reduziert ist. Die Breite der Kantenabschwächung ist in der4 mit a bezeichnet und liegt beispielsweise in der Größenordnung zwischen 0,2 und 6 mm. Die Reduzierung der Metallmenge bzw. des Metallvolumens ist derart, dass an der Kantenabschwächung10 die Metallmenge nur etwa 10 bis 80% der Metallmenge einer Metallfläche4' ohne Kantenabschwächung beträgt, und zwar jeweils bezogen auf eine bestimmte Volumeneinheit. Die Kantenabschwächung10 ist auch an den Metallflächen4'' und4''' vorgesehen, und zwar entlang der den Sollbruchlinien7 und8 benachbarten Kanten, d.h. entlang der Ebenen SE. - Es hat sich gezeigt, dass es durch diese Kantenabschwächung
10 möglich ist, die Metallflächen4' mit dem nur geringen Abstand d1 von den Ebenen SE vorzusehen und dennoch unkontrollierte Brüche9 stark zu reduzieren, so dass insgesamt eine Reduzierung des Ausschusses gegenüber herkömmlichen Mehrfach-Substraten um 75% nachweisbar ist. Den Kantenabschwächungen10 entsprechende Kantenabschwächungen an den Metallflächen3' ,3'' und3''' sind dann notwendig oder zumindest sinnvoll, wenn die Abstände d2 kleiner als 1 mm sind. - Die
6 –15 zeigen als Beispiele verschiedene Möglichkeiten für die Ausbildung der Kantenabschwächung10 . In der5 ist eine Kantenabschwächung10a dargestellt, die dadurch gebildet ist, daß die den Ebenen SE benachbarten Ränder der Metallflächen4' ,4'' ,4''' abgeschrägt sind, wobei die hierbei gebildete schräge Randfläche11 beispielsweise in einem Winkel α, der kleiner als 45° beträgt. - Die
6 und7 zeigen eine Kantenabschwächung10b , die dadurch gebildet ist, daß entlang der den Ebenen SE benachbarten Ränder der Metallflächen4' ,4'' ,4''' Reihen von lochartigen Vertiefungen12 gebildet sind, wobei diese Vertiefungen12 bis an die Unterseite der Keramikschicht2 reichen und beispielsweise einen Durchmesser von etwa 0,4 bis 0,5 mm aufweisen. Die Vertiefungen12 bilden bei dieser Ausführungsform eine einfache Lochreihe. Bei einer möglichen Ausführungsform besitzen die Vertiefungen12 einen Durchmesser von etwa 0,5 mm. Die Breite a der Kantenabschwächung10b , innerhalb der (Breite) sich auch die Vertiefungen12 befinden, beträgt beispielsweise 0,8 mm, und zwar bei einem Abstand d1 von etwa 0,5 mm. Die Breite a ist hierbei so definiert, daß a der maximale Abstand ist, den die Ränder der Vertiefungen12 von dem benachbarten Rand der Metallisierung aufweisen. - Die
8 zeigt eine mögliche Ausführungsform, bei der die Kantenabschwächung10c von der äußeren, d.h. den Rändern der jeweiligen Metallisierung4' ,4'' ,4''' unmittelbar benachbarten Vertiefungen12 und weiteren innen liegenden Vertiefungen13 gebildet ist. Letztere sind jeweils gegenüber den Vertiefungen12 auf Lücke versetzt und bilden zusätzlich zu der äußeren Lochreihe (Vertiefungen12 ) eine innere Lochreihe (Vertiefungen13 ), wobei sowohl die Vertiefungen12 auch die Vertiefungen13 bis an die Unterseite der Keramikschicht2 reichen. Der Durchmesser der Vertiefungen13 ist bei dieser Ausführungsform kleiner als der Durchmesser der Vertiefungen12 . Beispielsweise beträgt die Breite a der Kantenabschwächung10c , innerhalb der (Breite a) sich sämtliche Vertiefungen12 und13 befinden, etwa 1,4 mm, wobei der Durchmesser der äußeren Vertiefungen etwa 0,6 mm und der inneren Vertiefungen etwa 0,4 mm beträgt. Die Breite a ist hierbei so definiert, daß a der maximale Abstand ist, den die Ränder der Vertiefungen13 von dem benachbarten Rand der Metallisierung aufweisen. - Die
9 zeigt als weitere Möglichkeit eine Kantenabschwächung10d , die dadurch gebildet ist, daß die den Ebenen SE benachbarten Ränder oder Kanten der Metallflächen4' ,4'' und4''' mit zu diesen Rändern hin offenen Vertiefungen14 versehen sind, so daß sich mäanderartig verlaufende Ränder ergeben. Die Vertiefungen14 reichen wiederum bis an die Unterseite der Keramikschicht2 . - Grundsätzlich besteht bei den Kantenabschwächungen
10b –10d auch die Möglichkeit, sämtliche oder aber nur einige der Vertiefungen12 ,13 bzw.14 so auszuführen, daß diese nicht bis an die Unterseite der Keramikschicht2 reichen, sondern noch ein den Boden der jeweiligen Vertiefung bildender Rest der Metallisierung4 verbleibt. - Die
10 und11 zeigen als weitere Möglichkeit eine Kantenabschwächung10e , die durch eine Abstufung15 der den Ebenen SE benachbarten Ränder der Metallflächen4' ,4'' ,4''' gebildet ist, d.h. innerhalb der Breite a der Kantenabschwächung10e steigt die Dicke des Materials der jeweiligen Metallfläche stufenförmig an, und zwar bei der Ausführung der9 und10 in einer Stufe. Grundsätzlich können auch mehrere Stufen15 vorgesehen sein. - Die
11 und12 zeigen als weitere mögliche Ausführungsform eine Kantenabschwächung10f , die dadurch gebildet ist, daß die Metallflächen4' ,4'' und4''' jeweils mit einer nutenartigen Vertiefung16 versehen sind, die sich entlang der den Ebenen SE verlaufenden und in diesen Ebenen benachbarten Ränder der Metallflächen erstreckt, wobei die Vertiefung16 an den Metallflächen4' als in sich geschlossene Nut ausgeführt ist. - Um zu demonstrieren, daß es bei kleineren Abständen d2 zumindest zweckmäßig ist, auch die Metallflächen
3' ,3'' und3''' an der Oberseite des Mehrfachsubstrates1 mit einer entsprechenden Kantenabschwächung zu versehen, sind in den10 –13 Kantenabschwächungen10e und10f auch für die Metallflächen3' ,3'' und3''' dargestellt. - Es versteht sich, daß die einzelnen Kantenabschwächungen
10a –10f auch kombiniert werden können, und zwar an jeweils einer Seite des Mehrfachsubstrates1 oder aber an mehreren Seiten. Weiterhin versteht es sich, daß Kantenabschwächungen10 selbstverständlich nur dort vorgesehen sind, wo auch entsprechende Metallflächen3' ,3'' ,3''' bzw.4' ,4'' ,4''' vorgesehen sind. - Die
14 und15 zeigen in Darstellungen ähnlich den1 und3 als weitere mögliche Ausführungsform ein Mehrfachsubstrat1a , welches sich von dem Mehrfachsubstrat1 im wesentlichen nur dadurch unterscheidet, daß die an den Rändern5 und6 vorgesehenen Metallflächen4'' und4''' nicht vorhanden sind, sondern lediglich die Metallflächen3'' und3''' an der Oberseite des Mehrfachsubstrates. - Die
16 zeigt ein Mehrfachsubstrat1b , welches beispielsweise den Mehrfachsubstrat1 oder1a entspricht, bei dem allerdings die an der Oberseite vorgesehen Metallflächen3' zur Bildung von Leiterbahnen, Kontaktflächen usw. für die Einzelsubstrate strukturiert sind, wie dies in dieser Figur mit den Ziffern17 ,18 und19 schematisch angegeben ist. Auf den strukturierten Flächenbereichen18 sind Bauelemente in Form von Halbleiterchips20 aufgebracht, die mit den zugehörigen, elektrische Kontaktflächen bzw. Anschlüsse bildenden strukturierten Bereichen17 und18 durch Drahtbonds elektrisch verbunden sind. Obwohl nur für ein Einzelsubstrat bzw. eine Metallfläche3' dargestellt, sind sämtliche Metallflächen3' in dieser Weise strukturiert und mit Bauelementen bestückt, so daß hierdurch eine Großkarte oder eine Mehrfach-Leiter-Platte bzw. ein bestücktes Mehrfachsubstrat erhalten ist, welches erst nach dem Bestücken in die Einzelsubstrate bzw. in die einzelnen von diesen gebildeten Baugruppen oder Schaltkreise zertrennt wird. - Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen war eine Kantenabschwächung
10 an den Metallflächen4' ,4'' bzw.4''' (selbstverständlich nur soweit diese Metallflächen vorhanden) sowie ggf. auch an den Metallflächen3' ,3'' und3''' entlang sämtliche, jeweils einer Ebene SE benachbarter Kanten oder Ränder vorgesehen. - Die
17 zeigt in einer Darstellung ähnlich der2 als weitere Möglichkeit ein Mehrfachsubstrat1c , bei dem Rand- oder Kantenabschwächungen10 nur entlang eines Teils der Ränder der Metallflächen4' ,4'' bzw.4''' und ggf. ebenso nur an einem Teil der Ränder der Metallflächen3' ,3'' und3''' vorgesehen sind, und zwar wiederum natürlich nur dann, wenn die betreffende Metallfläche tatsächlich vorhanden ist. - Der in der
17 dargestellten Ausführungsform liegt die Erkenntnis zugrunde, daß wilde Brüche9 bevorzugt dann auftreten, wenn beim Vereinzeln bzw. Brechen des Mehrfachsubstrates in Einzelsubstrate bei dem jeweiligen Brechvorgang entlang einer Sollbruchlinie7 bzw.8 gebrochen wird, die sich über mehrere Einzelsubstrate erstreckt. Erfolgt beispielsweise das Vereinzeln des Mehrfachsubstrates1c nach der nachstehend angegebenen Regel oder Brechabfolge, so kann an denjenigen Rändern der Metallflächen3' , die den zwischen diesen Metallflächen3' verlaufenden Sollbruchlinien8 bzw. den Ebenen SE benachbart sind, die die zwischen den Metallflächen4' verlaufenden Sollbruchlinie8 einschließen, auf eine Kantenabschwächung10 verzichtet werden. Gleiches gilt analog für die Metallflächen3' , sofern an diesen eine Kantenabschwächung notwendig oder sinnvoll ist. - In der
17 sind die Ränder der Metallflächen4' ,4'' ,4''' , die (Ränder) jeweils mit einer Kantenabschwächung10 versehen sind, zusätzlich schraffiert. Die Ränder, die eine Kantenabschwächung10 nicht aufweisen, sind als gerade Linie dargestellt. Wie der17 also zu entnehmen ist, sind die Metallflächen4' jeweils an einem Rand, der einer Gruppe von zwischen diesen Metallflächen verlaufenden Sollbruchlinien, nämlich den in der Y-Achse verlaufenden Sollbruchlinien8 benachbart sind, nicht mit der Randabschwächung10 versehen, wohl aber an allen anderen Randbereichen. - Das Öffnen des Mehrfachsubstrates
1c und Brechen dieses Substrates in Einzelsubstrate erfolgt dann in folgender Abfolge: - 1. Abbrechen der die Metallflächen
3'' bzw.4'' aufweisenden Ränder; - 2. Abbrechen der die Metallflächen
3''' bzw.4''' aufweisenden Ränder; - 3. Sukzessives Abbrechen der bei dieser Ausführungsform jeweils drei Einzelsubstrate
aufweisenden und sich in der X-Achse erstreckenden Reihen oder Streifen
entlang der Sollbruchlinien
7 , und zwar beginnend beispielsweise von den in der17 oberen Rand des Mehrfachsubstrates1c . - 4. Brechen der einzelnen, so erhaltenen Streifen mit jeweils
drei Einzelsubstraten entlang der in den einzelnen Streifen nur
noch sehr kurzen Sollbruchlinien
8 in die Einzelsubstrate. - Da das Brechen der Streifen in die Einzelsubstrate gemäß vorstehender Ziffer
4 an Sollbruchlinien8 erfolgt, deren Länge nur noch der Breite eines Einzelsubstrates entspricht, sind wilde Brüche9 bei diesem Brechen wenig wahrscheinlich, so daß entlang der zwischen den Metallflächen3' bzw.4' verlaufenden Sollbruchlinien8 auf eine Randabschwächung10 verzichtet werden kann. - Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, die Brechabfolge zu ändern, d.h. nach dem Abbrechen der äußeren, die Metallflächen
3'' bzw.4'' und3''' bzw.4''' aufweisende Ränder zunächst durch Brechen entlang der Sollbruchlinien8 Streifen aus Einzelsubstraten herzustellen, die dann entlang der Sollbruchlinien7 gebrochen werden. Bei dieser Brechabfolge sind dann auf jeden Fall Kantenabschwächungen10 auch entlang der zwischen den Einzelsubstraten verlaufenden Sollbruchlinien8 erforderlich, während auf Kantenabschwächungen entlang der zwischen den Einzelsubstraten verlaufenden Sollbruchlinien7 verzichtet werden kann. - Allerdings gilt generell die Regel, daß das Brechen jeweils an möglichst kurzen Sollbruchlinien erfolgen soll, d.h. bei einer rechteckförmigen Ausbildung des Mehrfachsubstrates mit der größeren Länge in Richtung der Y-Achse und der kürzeren Breite in der X-Achse erfolgt zweckmäßig das Brechen in die Streifen entlang der kürzeren Sollbruchlinien
8 . -
- 1, 1a, 1b, 1c
- Mehrfach-Substrat
- 2
- Keramikschicht
- 3, 4
- Metallisierung
- 3', 3'', 3'''
- Metallfläche
- 4', 4'', 4'''
- Metallfläche
- 5, 6
- Rand
- 7, 8
- Sollbruchlinie
- 9
- wilde Bruchlinie
- 10, 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f
- Randabschwächung/Kantenabschwächung
- 11
- Abschrägung oder schräge Randfläche
- 12, 13, 14
- Vertiefung
- 15
- Abstufung
- 16
- Vertiefung
- 17, 18, 19
- strukturierte Metallfläche
- 20
- Bauelement
Claims (27)
- Keramik-Metall-Substrat als Mehrfachsubstrat mit einer Keramikplatte oder -schicht (
2 ), die wenigstens zwei aneinander anschließende und einstückig miteinander verbundene Substratbereiche bildet, welche jeweils an wenigstens einer Oberflächenseite der Keramikschicht (2 ) mit wenigstens einer Metallfläche (3' ,3'' ,3''' ;4' ,4'' ,4''' ) versehen sind, die durch Aufbringen einer Metallschicht oder Metallfolie mittels des DCB- oder Aktiv-Lot-Verfahrens erzeugt ist, und welche jeweils über wenigstens eine in der Keramikschicht vorgesehene Sollbruchlinie (7 ,8 ) aneinander anschließen, wobei durch Brechen entlang der Sollbruchlinie (7 ,8 ) eine Vereinzelung von Substratbereichen in Einzelsubstrate vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Metallfläche (3' ,3'' ,3''' ;4' ,4'' ,4''' ) der Substratbereiche an einem einer Sollbruchlinie (7 ,8 ) benachbarten und entlang dieser Sollbruchlinie (7 ,8 ) verlaufenden Rand zumindest eine Randabschwächung/Kantenabschwächung (10 ) in der Form aufweist, daß dort die Menge des Metalls je Volumeneinheit (spezifische Metallmenge) auf 10 bis 80% reduziert ist, und zwar bezogen auf die spezifische Metallmenge, die die Metallfläche außerhalb der Randabschwächung/Kantenabschwächung (10 ) aufweist. - Keramik-Metall-Substrat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallflächen der Substratbereiche von wenigstens einer strukturierten Metallisierung (
3 ,4 ) an wenigstens einer Oberflächenseite der Keramikschicht (2 ) gebildet sind. - Keramik-Metall-Substrat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (a) der Randabschwächung etwa 0,2 bis 6 mm beträgt.
- Keramik-Metall-Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens eine äußere Metallfläche (
3'' ,3''' ;4'' ,4''' ), die an wenigstens einer Oberflächenseite der Keramikschicht (2 ) zumindest entlang eines Randes (5 ,6 ) des Keramik-Metall-Substrates vorgesehen ist, sowie durch wenigstens eine Sollbruchlinie (7 ,8 ) zwischen dieser äußeren Metallfläche und benachbarten Substratbereichen, wobei auch die wenigstens eine äußere Metallfläche (3'' ,3''' ,4'' ,4''' ) entlang der Sollbruchlinie (7 ,8 ) eine Randabschwächung (10 ) aufweist. - Keramik-Metall-Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der die Randabschwächung aufweisende Rand einen Abstand (d1, d2) von der benachbarten Sollbruchlinie (
7 ,8 ) oder der Ebene (SE) dieser Sollbruchlinie aufweist, der deutlich kleiner als 1 mm ist. - Keramik-Metall-Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Kantenabschwächung versehenen Ränder einen Abstand von der jeweiligen Sollbruchlinie (
7 ,8 ) von etwa 0,05 bis 1 mm aufweisen. - Keramik-Metall-Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallflächen (
3' ,3'' ,3''' ,4' ,4'' ,4''' ) eine Dicke zwischen etwa 0,15 bis 1 mm aufweisen. - Keramik-Metall-Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kantenabschwächung durch eine Abschrägung (
11 ) des betreffenden Randes gebildet ist. - Keramik-Metall-Substrat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschrägung mit der Ebene der Keramikschicht (
2 ) einen Winkel kleiner als 45° einschließt. - Keramik-Metall-Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kantenabschwächung von Vertiefungen oder Ausnehmungen (
12 ,13 ,14 ,16 ) im Material der Metallfläche gebildet ist. - Keramik-Metall-Substrat nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen oder Ausnehmungen jeweils durchgehend ausgebildet sind, d.h. bis an die der Metallfläche benachbarte Oberflächenseite der Keramikschicht (
2 ) reichen. - Keramik-Metall-Substrat nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen oder Ausnehmungen (
12 ,13 ,14 ,16 ) so ausgeführt sind, daß zwischen der der jeweiligen Metallfläche benachbarten Oberflächenseite der Keramikschicht (2 ) noch Metall der Metallfläche verblieben ist. - Keramik-Metall-Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kantenabschwächung von einer Vielzahl von lochartigen Vertiefungen. (
12 ,13 ) gebildet ist. - Keramik-Metall-Substrat nach Anspruch 13; dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher nach Art einer Lochreihe angeordnet sind.
- Keramik-Metall-Substrat nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch äußere und innere, jeweils eine äußere und eine weiter innen liegende Lochreihe bildende Vertiefungen (
12 ,13 ). - Keramik-Metall-Substrat nach Anspruch 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen einen Durchmesser von etwa 0,5 bis 0,6 mm aufweisen.
- Keramik-Metall-Substrat nach Anspruch 14 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die eine einfache Lochreihe bildenden Vertiefungen (
12 ) einen Durchmesser von 0,5 mm aufweisen, und zwar bei einer Breite der Randabschwächung von etwa 0,8 mm und bei einem Abstand des Randes von der Sollbruchlinie von etwa 0,5 mm. - Keramik-Metall-Substrat nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren Lochreihen (
12 ,13 ) die Vertiefungen oder Löcher der jeweils außen liegenden Lochreihe einen Durchmesser aufweisen, der größer ist als der Durchmesser der Vertiefungen der inneren Lochreihe. - Keramik-Metall-Substrat nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Vertiefungen der äußeren Lochreihe etwa 0,6 mm, der Durchmesser der Vertiefungen der inneren Lochreihe etwa 0,4 mm und die Breite der Kantenabschwächung beispielsweise etwa 1,4 mm betragen.
- Keramik-Metall-Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kantenabschwächung von einer nutenförmigen Vertiefung (
16 ) gebildet ist. - Keramik-Metall-Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Randabschwächung zumindest in einem Teilbereich von einer Abstufung (
15 ) gebildet ist. - Keramik-Metall-Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest im Bereich der Einzelsubstrate an beiden Oberflächenseiten der Keramikschicht (
2 ) jeweils wenigstens eine Metallfläche (3' ,4' ) vorgesehen ist, und daß die Metallflächen (4' ) an einer ersten Oberflächenseite, beispielsweise an der Unterseite des Keramik-Metall-Substrates einen Randabstand (d1) von der benachbarten Sollbruchlinie (7 ,8 ) oder deren Ebene aufweisen, der kleiner ist als der Randabstand (d2) der Metallflächen (3' ) an der zweiten Oberflächenseite. - Keramik-Metall-Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren in mehreren Reihen angeordneten Substratbereichen oder Einzelsubstraten zwei Gruppen von sich kreuzenden Sollbruchlinien (
7 ,8 ) gebildet sind. - Keramik-Metall-Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest an einer Oberflächenseite des Keramik-Metall-Substrates sämtliche, jeweils einer Sollbruchlinie (
7 ,8 ) benachbarte Ränder der Metallflächen mit einer Randabschwächung (10 ) versehen sind. - Keramik-Metall-Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallflächen an wenigstens einer Oberflächenseite der Keramikschicht (
2 ) an Rändern, die einer Gruppe von Sollbruchlinien (8 ) benachbart sind, keine Randabschwächung (10 ) aufweisen. - Keramik-Metall-Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von Substratbereichen gebildeten Einzelsubstrate unbestückt sind.
- Keramik-Metall-Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die von Substratbereichen gebildeten Einzelsubstrate mit elektrischen Bauelementen (
20 ) bestückt sind.
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