EP2352709A2 - Composite material, method for producing a composite material and adhesive or binding material - Google Patents

Composite material, method for producing a composite material and adhesive or binding material

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EP2352709A2
EP2352709A2 EP09768229A EP09768229A EP2352709A2 EP 2352709 A2 EP2352709 A2 EP 2352709A2 EP 09768229 A EP09768229 A EP 09768229A EP 09768229 A EP09768229 A EP 09768229A EP 2352709 A2 EP2352709 A2 EP 2352709A2
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EP
European Patent Office
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adhesive
bonding
metallization
layer
metal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09768229A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Xinhe Tang
Helmut Hartl
Andreas Frischmann
Ernst Hammel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rogers Germany GmbH
Original Assignee
Curamik Electronics GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • Y10T428/31678Of metal

Definitions

  • the invention relates to a composite material according to the preamble of claim 1 and to a method for producing such
  • the production of composite materials is also known as printed circuit boards in the form of metal-ceramic substrates according to the so-called DCB process (also DC B substrates).
  • DCB process also DC B substrates.
  • the metallization required for the formation of traces, terminals, etc., on a ceramic e.g. on an aluminum-oxide-ceramic by means of the so-called "DCB-method” (Direct-Copper-Bond-Technology) applied, using the metallization forming metal or copper foils or metal or copper sheets on their surface sides a layer or a coating (reflow layer) of a chemical compound of the metal and a reactive gas, preferably oxygen.
  • DCB-method Direct-Copper-Bond-Technology
  • this layer or coating forms a eutectic with a melting temperature below the melting temperature of the metal (eg copper), so that by placing the film on the ceramic and by heating all the layers they can be joined together, by melting the metal or copper substantially only in the region of the reflow layer or oxide layer.
  • the metal eg copper
  • This DCB method then indicates e.g. following steps:> oxidizing a copper foil so that a uniform
  • Copper oxide layer results; > Placing the copper foil on the ceramic layer; > Heating the composite to a process temperature between about 1025 to 1083 0 C, for example to about 1071 0 C;
  • active soldering method (DE 22 13 1 15, EP-A-153 618) for joining metallization-forming metal layers or metal foils, in particular also copper layers or copper foils with the respective ceramic material.
  • this method which is used especially for the production of metal-ceramic substrates, at a temperature between about 800 - 1000 0 C, a connection between a metal foil, such as copper foil, and a ceramic substrate, such as aluminum nitride ceramic, using a Brazing produced, which in addition to a main component such as copper, silver and / or gold also contains an active metal.
  • This active metal which is, for example, at least one element of the group Hf, Ti, Zr, Nb, Ce, establishes a connection between the solder and the ceramic by chemical reaction, while the connection between the solder and the metal is a metallic braze joint ,
  • Object of the present invention is to show a composite material which can be made particularly simple and inexpensive, while maintaining the best possible thermal properties.
  • a composite material according to claim 1 is formed.
  • a method for producing this material is subject matter of claim 28.
  • a bonding material or adhesive is the subject of claim 51.
  • nanofiber material generally means nanofibers and / or nanotubes and in particular also carbon nanofibers and / or nanotubes.
  • Suitable nanofibers are, for example, those fibers which are sold under the name ENF-100-HT, HTP-150F-LHT, HTP-110FF-LHT and HTP-110F-HHT by Electrovac GmbH, A-3400 Meyerneuburg, Austria.
  • the nanofibers or nanotubes are for the most part, i. in the majority a length in the range between 1 to 100 //, a thickness in the range between about 1 nm and 300nm, for example in the range between about 1 nm and 100nm or in the range between about 50nm and 150nm or in the range between about 1nm to 100nm, for example in the range between about 3nm to 75nm.
  • the composite material according to the invention is preferably a multilayer material and preferably a multilayer material or substrate suitable as a printed circuit board for electrical circuits, modules, etc. comprising at least one plate-shaped carrier substrate, preferably ceramic and / or glass substrate, at least on one surface side of an electrically insulating material from at least one example Metallization formed by a metal plate or foil, which is connected via the adhesive or bonding layer to the substrate.
  • the metallization consists for example of copper, aluminum and / or of another metal or of a metallic alloy and / or a metallic composite and / or multilayer material, for example of a copper or aluminum alloy and / or of a copper / aluminum composite material and / or an alloy as commonly used in the manufacture of metal resistors.
  • the composite material according to the invention has the advantage of a simple and inexpensive production. Another advantage is that in particular the thickness of the metallizations can be chosen arbitrarily within wide limits, for example in the range between about 0.01 mm to 4 mm.
  • a compensation of different coefficients of thermal expansion of the materials of the metallization and of the ceramic substrate is achieved via the layer formed by the adhesive or bonding agent. In particular, with appropriate orientation of at least part of the nanofiber material in the bonding layer parallel or approximately parallel to the joined surfaces, an effect compensating the thermal expansion of the metallization can be achieved.
  • the proportion of nanofiber material is selected to be high and is, for example, 5 to 30 percent by weight, based on the total mass of the adhesive or bonding layer.
  • the thickness of this adhesive or bonding layer is selected such that the surface sides of the at least one metallization and the carrier substrate which are connected to one another are spaced apart by a maximum of 50 ⁇ m, preferably approximately 5 ⁇ m to 25 ⁇ m, the effective thickness of the Bonding layer so maximum 50 microns, but preferably about 5 .mu.m to 25 // m amounts. This small distance or this small effective thickness of the adhesive or
  • Bonding layer is possible by using the nanofiber material consisting of the very thin nanofibers and / or nanotubes, the length of these nanofibers or nanotubes being at least largely in the range between 1 and 100 ⁇ m, for example in the range of 10 ⁇ m.
  • nanofibers or nanotubes have a high thermal conductivity in the direction of their longitudinal extension, but the thermal conductivity is only limited radially to the longitudinal extension and also the respective adhesive or bonding layer should have only a small effective thickness to reduce the thermal resistance, are in a preferred embodiment of Invention with each other via the adhesive or
  • Bonded bonding surfaces provided with a surface roughness and that at least one metallization having a surface roughness approximately in the range between about 1 ⁇ m and 7 ⁇ ⁇ and the ceramic and / or glass substrate having a surface roughness in the range of about 4 to 10 // m.
  • the cavities formed by the surface roughness thus create a space in which the nanofiber material can spread or orient with its longitudinal extension perpendicularly or at least obliquely to the surface sides connected to one another via the adhesive or bonding layer, so that the adhesion of the nanofiber material - or bonding layer desired high thermal conductivity is reached.
  • a plastic is used which, in conjunction with the nanofiber material, ensures a sufficiently high adhesive strength between the at least one metallization and the adjacent carrier substrate, for example an adhesive strength in the range of at least 25 N / mm 2 (area of the bonded metallization).
  • the matrix material is further selected so that the hardened or bonded adhesive or bonding layer also has a sufficiently high temperature resistance, so that the metal-ceramic substrate in particular as a base or circuit board or as a metal-ceramic substrate for electrical circuits or Modules is useful, their assembly with the electrical and electronic components, at least in the industrial manufacturing is done exclusively with lead-free electronic solders, at soldering temperatures in the range of about 265 to 345 ° C.
  • an epoxy resin or an epoxy-based plastic is suitable.
  • the production of structured metallizations for the formation of conductor tracks, and / or contact surfaces and / or mounting surfaces, etc. can be done in different ways, for example, that after the bonding of the relevant metallization, ie after curing of the metallization with an adjacent layer, eg is patterned with the adjacent carrier substrate or bonding to the adjacent ceramic substrate bonding or bonding layer by a conventional technique, for example, with a masking and etching technique and then the between the structuring generated metal areas (traces, contact surfaces, mounting surfaces, etc.) remaining Remains of the adhesive and bonding material are removed, for example, mechanically or erosive by sandblasting, by lasers, etc.
  • the adhesive or bonding material to the surface to be provided with the structured metallization, namely in the form of structured regions which correspond in shape and position to the structured regions of the metallization.
  • the metallization to be patterned is then bonded over the structured regions of the adhesive or bonding material.
  • the metallization is patterned by a suitable technique, for example by masking and etching, so that a structured, bonded metallization is obtained, without residues of adhesive and bonding material between the metal regions of this metallization.
  • the application of the adhesive and bonding material via masks and / or screens and / or by spraying and / or by rolling and / or by spin coating.
  • the layout of the structured metallization ie the metal elements or pads forming the metal regions of the structured metallization, for example by punching from a suitable metallic flat material, eg from a metal foil, and then using the adhesive or bonding material at one the structured metallization too
  • This surface area is then either provided over the entire surface with a layer of the adhesive or bonding material and this material is removed after bonding, ie after curing or setting, between the metal areas of the structured metallization by suitable means, or that Adhesive and bonding material on the surface area provided with the structured metallization again structured, that is, is applied only where it is necessary for bonding a metal portion of the patterned metallization.
  • Adhesive and bonding material on the surface area provided with the structured metallization again structured that is, is applied only where it is necessary for bonding a metal portion of the patterned metallization.
  • the composite material according to the invention is carried out as a multi-substrate, for example in the form of at least two interconnected via at least one adhesive or bonding layer individual substrates, of which then at least one turn as a composite material or metal ceramic and / or glass composite material or substrate is executed.
  • the use of the nanofiber material in the adhesive or bonding layer 5 or in the adhesive or strip material not only improves the thermal conductivity of the adhesive or bonding layer, but also results in a reduction of the thermal expansion coefficient and the elastic properties of the nanofiber material Bonding and bonding layer 5, in particular in the form that between the respective metallization 3 and 4 and the carrier substrate 2 is made a very rigid connection.
  • the material for the carrier substrate 2 it is then also possible, by appropriate choice of the material for the carrier substrate 2, to adapt the composite material 1 to a total of its thermal expansion coefficient to those of semiconductor material and thereby temperature-induced mechanical stresses between mounted on the composite material or on a printed circuit board made of this composite semiconductor devices or To reduce semiconductor chips and the composite material and defects of the respective electronic circuit or module caused by temperature-induced mechanical stresses.
  • the proportion of nanofiber material in the adhesive or bonding material is selected so that a sufficiently thin processing of this material is possible, namely to form an adhesive or bonding layer having a thickness of less than 25 .mu.m, preferably in the range between 4 and 25 .mu.m, and indeed, among others to achieve the lowest possible thermal resistance for the adhesive or bonding layer, e.g. in a substrate used as a printed circuit board and thus to achieve the lowest possible thermal resistance for the composite material or the substrate as a whole.
  • the very thin adhesive and bonding layer in the manner described above no or only a slight elasticity and thereby improves the thermal shock resistance and durability of semiconductor circuits and modules. Furthermore, due to the small thickness, such surfaces or volumes of the adhesive or bonding layer to which (surfaces or volumes) external media, e.g. Water or moisture could be extremely reduced, which also contributes significantly to the long-term life of the composite material or an electrical circuit or module produced using this composite material.
  • external media e.g. Water or moisture
  • the nanofiber material is preferably cleaned before mixing into the plastic matrix, for example, baked out, and in particular also with the Zeil impurities, in particular metallic impurities and / or catalysts to remove, and in particular also those which used the plastic material used for the matrix and / or their properties could influence.
  • the adhesive or bonding material contains, for example, further additives or fillers, in particular also chemically neutral additives or fillers, such as carbon or graphite, ceramics, etc.
  • the composite material is formed so that the carrier substrate is plate-shaped or substantially plate-shaped, and / or that the carrier substrate is a ceramic and / or glass layer or a ceramic and / or glass substrate, for example, from an alumina and / or aluminum nitride and / or silicon nitride ceramic and / or that the at least one metallization in the region of the adhesive or bonding layer of the adjacent layer is a distance of less than 50 microns, preferably a distance of the order of a maximum of 25 microns or between about 5 / / m and 25 ⁇ m, and / or that at the top of the carrier substrate, a first metallization and at the
  • the underside of the carrier substrate, a second metallization are provided, and that at least one of these metallizations is structured, and / or that the at least one metallization with the carrier substrate connecting adhesive or bonding layer with respect to their layer thickness and / or
  • a composition is selected such that the thermal resistance that the adhesive or bonding layer has in an axial direction perpendicular to the adjoining surface sides of the metallization and of the carrier substrate is less than or at most equal to the thermal resistance that the carrier substrate has in this axial direction, and / or that the nanofiber material is a carbon nanofiber material and / or that the nanofiber material is contained in a proportion of 5 to 30 weight percent in the adhesive or bonding material, based on the total weight of this material, and / or that the nanofiber material is formed by nanofibers and / or nanotubes, wherein preferably at least a majority of these nanofibers or nanotubes has a length in the range of between about 1 .mu.m and 100 .mu.m and a thickness in the range of about 1 nm to 300 nm or in the range between about 50nm to
  • Surface roughness are provided, namely the metallization, for example, with a surface roughness in the range between about 1 micron and 7 ⁇ u ⁇ and / or the carrier substrate, for example, with a surface roughness in the range 4-10 // m, and / or that the surface roughness mechanically and / or physically and / or is chemically generated, for example by sandblasting and / or by
  • Bonding material further additives, for example flame retardant additives, e.g.
  • the plastic material formed the matrix of the adhesive or bonding material is selected such that the adhesive or bonding layer in the cured and / or set state has a temperature resistance of at least 220 0 C, and / or that the at least one metallization at least in some areas from a metallic alloy and / or of a metallic composite and / or multi-layer material, for example of an aluminum / copper multilayer material, and / or that the at least one metallization is at least partially made of copper, from a
  • Copper alloy made of aluminum, an aluminum alloy and / or of a metallic resistance material and / or at least one metallic foil, for example copper, a copper alloy, aluminum, an aluminum alloy and / or of the metallic resistance material is formed, and or that the at least one metallization has a thickness in the range between about 0.01 mm and 4 mm, for example between about 0.03 mm and 0.8 mm, and / or the at least one carrier substrate has a thickness in the range between about 0.1 mm and 1 , 2mm, for example, between about 0.25mm and 1.2mm, and / or that the at least one metallization over the adhesive or bonding layer with an adhesive strength (peel-off strength) of at least 1 N / mm, preferably with a Adhesive strength of at least 2.5 N / mm with the adjacent layer, for example, connected to the adjacent carrier substrate, and / or that the at least one metallization z ur formation of structured metal areas, for example in the form of conductor tracks, contact and / or mounting surfaces
  • the nanofiber material is a metal-free or essentially metal-free nanofiber material, in particular a nanofiber material without Ni, Fe and / or Co and / or a chemically and / or thermally pretreated nanofiber material, and / or or that the total proportion of the nanofiber material and any further constituents in the plastic matrix of the adhesive or bonding layer is selected such that the glass transition temperature of the adhesive or bonding material or the plastic matrix is at least 150 0 C and / or at least increased by 25% compared to the glass transition temperature of the plastic matrix forming plastic, for example epoxy, and / or that the total content of nanofiber material and any other additives about 25% by weight based on the total mass of the adhesive or Bonding layer is, and / or that the total amount of nanofiber material and any other additives is chosen so that a thickness of at least one adhesive or bonding layer is less than 25 microns possible, and / or that the total content of nanofiber material and ggs.
  • thermal conductivity of the adhesive or bonding layer is greater by at least a factor of five than the thermal conductivity of the plastic matrix forming plastic, for example, greater than IW / mK, the above features each individually or can be provided in any combination.
  • the method for producing a composite material is designed so that the metal layer or metal foil and / or the carrier substrate are roughened before bonding to their surface sides to be joined, preferably to achieve a roughness of about 1 micron to 5 microns for the metal layer or film and / or to achieve a roughness of about 4 .mu.m to 10 .mu.m for the carrier substrate, and / or that the surface roughness mechanically and / or physically and / or chemically generated, for example by sandblasting and / or by pimples and / or by grain boundary etching and / or by plasma treatment and / or by depositing a metal layer consisting of the metal of the metallization and another metal and then removing the further metal by etching, and / or that an adhesive or bonding material, which in addition to the nanofiber material further additives, such as flame retardant additives, eg halides, boron and / or nitride compounds, etc
  • Elements on a subcarrier or a carrier material takes place, and / or that the adhesive or bonding material is applied over the entire surface of the provided with the structured metallization surface region of the adjacent layer, and that after bonding, i. after setting and / or
  • Curing the adhesive or bonding material between the metal areas of the structured metallization is removed, for example mechanically, for example by sandblasting, and / or by laser or plasma treatment, and / or that the adhesive or bonding material to be provided with the structured metallization Surface side of the subsequent layer in a metal surfaces or pads of the patterned metallization corresponding shape and position structured and / or is applied to the connected to the adjacent layer surface side of the provided metal elements, and / or that the at least one metallization at least in partial areas of a Layer or foil made of copper or aluminum or of a metallic resistance material, and / or that the at least one metallization at least partially made of copper and / or aluminum and / or a metallic alloy, for example of a copper alloy or Alum iniumium alloy, and / or of a metallic composite and / or multilayer material, eg of an aluminum / copper multilayer material, for example in the form of a metallic foil, and / or that the composite material after applying the at least one
  • Annealing is, for example, at a temperature equal to or higher than that used for setting the adhesive and bonding material
  • Masks in particular shadow masks, stencils, screens, by spraying, rolling and / or spin coating is applied, and / or that the full-surface and / or structured application of the adhesive or
  • Bonding material using at least one mask and / or stencil and / or by screen printing, and / or that the bonding and / or the aftertreatment or annealing are carried out under pressure, and / or that the mixing of the adhesive or bonding material and / or or the bonding done so that the adhesive or bonding material formed by the adhesive or bonding material
  • Bond layer at least in the finished composite material free of gas and / or
  • Vapor bubbles in particular air bubbles, is the volume fraction of such bubbles in the adhesive or bonding layer based on the total volume of this layer is at most 0.1% by volume, and / or that the adhesive or bonding layer and powdery additives such as carbon,
  • the nanofiber material is a metal-free or substantially metal-free nanofiber material, in particular a nanofiber material without Ni, Fe and / or Co and / or a chemically and / or thermally pretreated nanofiber material, and / or that the total proportion of the nanofiber material and any further
  • Components in the plastic matrix of the adhesive or bonding layer is selected such that the glass transition temperature of the adhesive or bonding material or the plastic matrix is at least 150 0 C and / or at least 25% compared to the glass transition temperature of the plastic matrix forming plastic, For example, epoxy is increased, and / or that the total content of nanofiber material and any further additives about 25% by weight based on the total mass of the adhesive or bonding layer, and / or that the total amount of nanofiber material and any other additives is selected so that a thickness of at least one adhesive or bonding layer smaller than 25 microns is possible, and / or that the total content of nanofiber material and ggs.
  • further fillers is selected so that the thermal conductivity of the adhesive or bonding layer at least by a factor of four, preferably at least by a factor of five is greater than the thermal conductivity of the plastic matrix forming plastic without nanofiber material and ggs. has further fillers, for example, greater than 1 W / mK, wherein the aforementioned features may be used individually or in any combination.
  • the bonding material is designed, for example, such that the nanofiber material is a carbon nanofiber material, and / or that the nanofiber material is present in an amount of from 5 to 30% by weight in the adhesive. or bonding material, based on the total weight of this
  • nanofiber material of nanofibers and / or nanotubes is formed, wherein preferably at least a majority of these nanofibers or nanotubes has a length in the range between about 1 .mu.m and 100 .mu.m and a thickness in the
  • the matrix is epoxy based or epoxy resin based, and / or other additives, for example Flammhemmende additives, eg halides or boron compounds, and / or that the plastic material forming the matrix is selected such that it has a temperature resistance of at least 220 0 C in the cured and / or hardened state, and / or that it powdery additives, such as carbon, graphite, ceramic and / or metallic additives, and / or that the nanofiber material is a metal-free or substantially metal-free
  • Nanofiber material in particular a nanofiber material without Ni, Fe and / or Co and / or a chemically and / or thermally pretreated nanofiber material, and / or that the total content of the nanofiber material and possibly further
  • Components is selected such that the glass transition temperature of the bonding material or
  • Adhesive or the plastic matrix is at least 150 0 C and / or at least 25% compared to the glass transition temperature of the plastic matrix forming Plastic, for example, epoxy is increased, and / or that the total content of nanofiber material and any other additives about 25% by weight based on the total mass of the adhesive or bonding layer, and / or that the total content of nanofiber material and ggs.
  • further fillers is selected so that the thermal conductivity of the bonding material or adhesive is greater by at least a factor of five than the thermal conductivity of the plastic matrix forming plastic, for example, greater than 1W / mK, wherein the aforementioned features each individually or in Any combination can be provided.
  • Fig. 1 in a simplified representation and in section a metal-ceramic composite material in the form of a metal-ceramic substrate according to the
  • FIG. 2 in an enlarged partial view of the adhesive or bonding layer between a
  • FIG. 9 shows a simplified representation of a plan view of a partial length of a leadframe together with metal-ceramic substrates provided on the leadframe;
  • FIG. 10 shows a simplified representation and in section of one of the leadframe provided on metal-ceramic substrates.
  • 11 is a simplified representation in side view of a two metal-ceramic substrates existing multiple substrate.
  • FIG. 12 shows an enlarged sectional view of the ceramic substrate together with a structured metal region
  • FIG. Fig. 13 in a simplified representation of the form of a structured order of
  • FIG. 14 is a schematic partial representation and in plan view a mask for the metered application of the adhesive or bonding layer forming adhesive or bonding material.
  • 15 is a schematic representation in side view of a measuring arrangement for determining the adhesive strength (peel-off strength) of the applied to the carrier layer metallization.
  • a metallization 3 and 4 formed by a metal foil for example by a foil made of copper or a copper alloy, is provided, which is connected to the substrate 2 over an adhesive or bonding layer 5 formed by an adhesive or bonding material.
  • FIG. 1 which is suitable as a printed circuit board for electrical circuits or modules, essentially consists of a plate-shaped carrier substrate 2 in the form of a ceramic substrate made of an aluminum oxide Ceramic, aluminum nitride ceramic or silicon nitride ceramic.
  • a metallization 3 and 4 formed by a metal foil for example by a foil made of copper or a copper alloy, is provided, which is connected to the substrate 2 over an adhesive or bonding layer 5 formed
  • the metal-ceramic substrate is formed symmetrically with respect to an imaginary substrate center plane, specifically in that both metallizations 3 and 4 as well as the two adhesive and bonding layers 5 each have the same thickness, the two Metallizations 3 and 4 are each made of the same metal, namely copper and also for the adhesive and bonding layers 5 the same adhesive or bonding material is used.
  • the adhesive or bonding material for the adhesive or bonding layers 5 essentially consists of a plastic matrix suitable as an adhesive, which i.a. Carbon nanofiber material contains, for example, based on the total weight of the adhesive or bonding material, a proportion of about 5 to 30% by weight of nanofiber material, and optionally further additives, for example in the form of thermally conductive substances, e.g. Graphene and / or graphite and / or in the form of flame retardant additives, e.g. Halides, boron compounds, but already the nanofiber material acts flame retardant, can be dispensed with a further flame retardant additive as a matter of principle.
  • a plastic matrix suitable as an adhesive which i.a. Carbon nanofiber material contains, for example, based on the total weight of the adhesive or bonding material, a proportion of about 5 to 30% by weight of nanofiber material, and optionally further additives, for example in the form of thermally conductive substances, e.g. Graphene and / or graphit
  • the nanofiber material consists at least essentially of a carbon nanofiber commercially available under the name "Pyrograph III.” This is baked out at 3000 ° C. prior to mixing into the matrix and, if appropriate, prior to pretreatment.
  • the material used for the matrix is selected so that the respective adhesive or bonding layer 5, which is cured, for example, at room temperature or at an elevated temperature, for example at a temperature in the range between 120 0 C and 180 0 C, a sufficiently high thermal stability or one sufficiently high decomposition temperature, so that the metal-ceramic substrate 1 is still stable when used as a printed circuit board at the high soldering temperatures in the range of about 265 - 345 ° C, as they are today's electronic solders, for example on Sn / Ag, Sn / Cu or Sn / Ag / Cu base require.
  • a plastic material is appropriate, which is stable at least at 350 0 C for 5 minutes.
  • a temperature resistance of the adhesive or bonding layer is at least 220 0 C sufficient.
  • the matrix material is primarily a plastic based on epoxy or epoxy resin. To u.a. To achieve optimum incorporation of the nanofiber material in the matrix material, for example, a solvent is used. Triethyleneglycol monobutyl ether is particularly suitable for this purpose.
  • the thickness of the substrate 2 is for example in the range between 0.1 to 1.2 mm, for example in the range between 0.38 and 1 mm.
  • the thickness of the metallizations or of the metal or copper layers or foils forming these metallizations 3 and 4 can be chosen arbitrarily, for example in the range between 0.01 mm and 4 mm.
  • the thickness of the respective adhesive or bonding layer 5 is selected, for example, such that the thermal resistance that the bonding layer 5 has in an axial direction perpendicular to the surface sides of the metal-ceramic substrate 1 is less than or at most equal to the thermal resistance has the substrate 2 in this axial direction.
  • this also results in a layer thickness of not more than 50 ⁇ m, even taking into account the considerably reduced thermal resistance due to the high proportion of carbon nanofiber material, and preferably a layer thickness of less than 25 ⁇ m, for example in the range between 5 ⁇ m and 25 ⁇ m.
  • the desired reduction of the thermal resistance for the adhesive or bonding layers 5, however, can only be achieved if, despite the greatly reduced thickness of the bonding layers 5 or despite the greatly reduced distance between the mutually facing surface sides of the substrate 2 and the respective metallization 3 and 4 respectively the individual nanofibers or nanotubes of the carbon
  • Nanoturamaterials are oriented so that they form with their longitudinal extent a heat-conducting bridge between the facing surface sides of the substrate 2 and the metallization 3 and 4, i. at least not oriented to a greater extent parallel or substantially parallel to these surface sides.
  • the mutually facing surface sides are formed according to the figure 2 with a roughness, namely the metallizations 3 and 4 or the copper foils forming these metallizations a surface roughness R3 / 4 in the range between about 1 // m and 7 // m and the substrate 2 with a surface roughness R2 in the range between about 4 // m and 10 microns, so that also nanofibers or nanotubes of greater length in the for optimal Heat transfer and thus optimal for a reduction of the thermal resistance within the recesses generated by the roughness in the direction of the thickness of the respective adhesive or bonding layer 5 can, as is schematically indicated in Figure 2 with the local lines 6.
  • the surface roughness in particular also of the metallizations 3 and 4, can be produced in many different ways, for example by mechanical and / or physical and / or chemical treatment, for example by sandblasting and / or by pimpling, ie by treating the relevant surface with pumice particles , and / or plasma treatment and / or by grain boundary etching or by depositing a copper and at least one further metal-containing compound on the provided with the roughening Surface side and then removing the other metal by etching.
  • mechanical and / or physical and / or chemical treatment for example by sandblasting and / or by pimpling, ie by treating the relevant surface with pumice particles , and / or plasma treatment and / or by grain boundary etching or by depositing a copper and at least one further metal-containing compound on the provided with the roughening Surface side and then removing the other metal by etching.
  • the surface roughness of the substrate 2 and of the metallizations 3 furthermore results in improved wetting of these surfaces during the application of the adhesive and bonding agent and improved strength of the bond between the ceramic substrate and the respective metallization, for example adhesive strength or peel-off strength of at least 1 N / mm, preferably at least 2.5 N / mm.
  • This high adhesive strength is also decisive due to the orientation of the nanofiber material transversely to the adhesive or bonding layer 5.
  • the coefficient of thermal expansion of the metal-ceramic substrate 1 is greatly reduced compared with the coefficient of thermal expansion of the metallic material used for the metallizations 3 and 4, for example of the copper, and approximately corresponds to the thermal expansion coefficient of semiconductor material.
  • the nanofibers or the nanotubes of the carbon nanofiber material can not be prevented that at least some of the nanofibers or the nanotubes of the carbon nanofiber material, in particular outside the recesses of the surface roughness between the mutually facing surface sides of the substrate 2 and the metallizations 3 and 4 with the longitudinal extent parallel or substantially parallel to these Surface pages is oriented.
  • the nanofibers or nanotubes have an extremely small diameter, even if by chance several nanofibers or nanotubes are stacked on top of each other, the extremely small distance between them can occur facing surface sides of the substrate 2 and the respective metallization 3 or 4 of only 50 microns or 5 ⁇ m to 25 ⁇ m are met.
  • the curing of the adhesive or bonding layers 5 forming material can for example be at room temperature or at an elevated temperature, for example at a temperature between room temperature and 120 0 C - 180 0 C, for example in an oven (also tunnel kiln), under pressure in a heated press, by induction, by thermal radiation, etc.
  • a post-treatment is preferably carried out by annealing at an elevated annealing temperature over a longer period of time, for example at a temperature at least higher than the maximum temperature, in the subsequent use of the substrate as a printed circuit board in a circuit or module occurs.
  • the thermal conductivity can be improved, ie increased, for example by about 50%.
  • a curvature for the metal-ceramic substrate 1 can be achieved, as shown schematically in Figure 3.
  • This curvature is due to the fact that the metallic material or copper of the metallization 3 on the upper side of the substrate 2 when heating expands more strongly than the ceramic material of the substrate 2 and stronger after the setting of the adhesive or bonding layer 5 and the subsequent cooling Substrate 2 contracts so that a concave
  • Curvature of the metal-ceramic substrate 1 at the top formed by the metallization 3 results. If a curvature is not desired, this can be avoided by the above-described symmetrical design of the metal-ceramic substrate, but also in non-symmetrical design that the Curing the adhesive or bonding layers 5 at a reduced temperature, for example, at room temperature.
  • the metal-ceramic substrate 1 In order for the metal-ceramic substrate 1 to be suitable as a printed circuit board for electrical circuits or modules, it is necessary to structure at least one of the two metallizations, for example the metallization 3 for the formation of printed conductors, contact surfaces, mounting surfaces, etc.
  • FIGS. 4 to 7 show different methods for the production of the metal-ceramic substrate 1 with the structured metallization 3, wherein in these figures the bonding of the metallization 4 is not shown for the sake of simplicity, which for example occurs simultaneously with the bonding of the metallization 3 and / or at a different time of the procedure, eg only after the complete production of the structured metallization 3 with the metal regions 3.1 on the upper side of the metal-ceramic substrate 1.
  • the adhesive or bonding layer 5 having the required thickness is first applied to the upper side of the substrate 2 (position a). Following this, the metallization 3 or the copper layer forming this metallization is placed unstructured (position b). In a next method step, after curing of the adhesive or bonding layer 5, the structuring of the metallization 3 to form the structured metal surfaces or regions 3.1 or the printed conductors, contact surfaces, mounting surfaces, etc. takes place, for example with the aid of a known masking and etching technique (Position c). In a further process step then the unneeded residues of
  • a further treatment then takes place, for example by tempering and / or by deburring and / or by applying a surface layer of nickel and / or gold to the upper side of the structured metal regions 3.1.
  • FIG. 5 shows a further possibility of producing the metal-ceramic substrate with the structured metallization 3.
  • the adhesive or bonding layer 5 is applied in a structured manner to the substrate 2 in such a way that the adhesive and bonding layer 5 or their structured areas 5.1 are located only where later a structured metal area 3.1 is provided (position a).
  • the metallization 3 forming metal foil is placed unstructured and connected by curing of the structured areas 5.1 with the substrate 2 (position b).
  • the structuring of the metallization 3 then takes place, for example with the aid of a masking and etching technique, i. the formation of the structured metal regions 3.1 in the form that the structured metal regions 3.1 are connected to the substrate 2 via the cured structured adhesive and bonding material 5.1.
  • the structured application of the adhesive or bonding material takes place, for example, using at least one mask, by screen printing or in another suitable manner.
  • further process steps of a subsequent treatment may in turn follow, as has been described above in connection with FIG.
  • FIG. 6 shows the essential method steps of a particularly environmentally friendly and efficient method.
  • metal elements or pads 3.2 are first produced from a metal or copper foil, for example by stamping, the shape of which corresponds to the layout of the structured metallization 3 or the structured metal areas 3.1 correspond (position a).
  • the metal elements 3.2 are then inserted into a mold or mask 7 or in recesses 8 provided there, wherein these depressions are adapted in their shape to the shape of the metal elements 3.2 such that each metal element 3.2 is received positively in its associated recess 8.
  • the substrate 2 is provided over the whole area with the adhesive or bonding layer 5 (position c) and then subsequently turned and placed with the adhesive and bonding layer 5 from above onto the mask 7 or onto the metal elements 3.2 held therein (position d). , After curing or setting of the adhesive or bonding layer 5, the mask 7 is removed, so that then the structured metalizations 3.1 forming metal elements 3.2 are held on the substrate 2 via the continuous adhesive or bonding layer 5 and after turning the substrate. 2 the state shown in the position e is reached.
  • the adhesive or bonding layer 5 between the structured metal regions 3.1 is removed, for example by sandblasting and / or by a plasma treatment (position f), so that the metal regions 3.1 are again held on the ceramic substrate via the structured adhesive and bonding layer 5.1 ,
  • a plasma treatment position f
  • an after-treatment is again carried out, as described above in connection with FIG. 4.
  • This method is particularly efficient and environmentally friendly, since a removal of metal or copper by etching to achieve the structured metal areas 3.1 is not required, the metal elements or pads later forming metal areas 3.1 forming metal elements or pads 3.2 are rather time-saving generated by stamping and also consuming to be prepared and / or disposal etch residues do not arise.
  • FIG. 7 shows a method in which, in the same way as described above for the method of FIG. 6, the metal elements 3.1 are first punched out of the metal foil and then introduced into the matching depressions 8 of the mask 7 (positions a and b).
  • the application of the adhesive or bonding layer 5 to the substrate 2 is again structured in this method, i. it is done by a suitable technique, e.g. the screen printing process and / or using masks structured areas 5.1 formed where a metal element 3.2 to form a structured metal region 3.1 is to be connected to the substrate 2 (position c).
  • the substrate 2 is placed turned on the arranged in the mask 7 metal elements 3.2 (position d), so that after curing of the adhesive or bonding material or the structured areas 5.1 and after removing the mask 7 and the turning of the substrate 2 is already the top-structured metal-ceramic substrate 1 is obtained (position e), which is then possibly fed to a post-treatment.
  • the adhesive or bonding material in each case as a continuous adhesive or bonding layer 5 or as a structured adhesive or
  • Bonding layer 5.1 is applied to the substrate 2.
  • the adhesive or bonding material to the metal foil 3 forming the copper foil or to the metal elements 3.2 already produced, for example, by punching out of a metal foil.
  • a method of the latter type is shown schematically in Figure 8 in its main steps. Firstly, a carrier material 9, for example in the form of a carrier foil, is provided on which the metal elements or pads 3.2 forming the later structured metal regions 3.1 are provided in the required shape and spatial arrangement, ie the layout of the structured metallization 3 is applied.
  • the carrier material 9 with the metal elements 3.2 becomes characterized, for example produces that a metal or copper foil laminated on one side with the carrier material 9 is structured by means of an etching or masking technique and / or the metal elements 3.2 punched out of a flat material are positioned in the required manner by means of at least one mask and subsequently with an adhesive with the carrier material 9 get connected.
  • the adhesive or bonding material is then applied, for example, with a screen printing technique, so that on each metal element 3.2, a region of the structured adhesive or bonding layer 5.1 is provided (position b).
  • the substrate 2 is then placed on the metal elements 3.2 provided with the adhesive or bonding material (position c), specifically with metal elements 3.2 which are furthermore held on the carrier material 9.
  • the carrier material 9 is then removed by stripping, so that the structured on the top metal-ceramic substrate 1 is obtained.
  • FIG. 9 shows, in a very simplified schematic representation, a partial length of a leadframe 10, which in a known manner consists of a metallic flat material integrally with two sections 10.1 with positioning openings 11 each extending in the leadframe longitudinal direction and forming the longitudinal sides of the leadframe 10, with the two sections 10.1 ladder-like connecting continuous webs 10.2 and with the intermediate, subsequent connections forming web sections 10.3.
  • the substrates 1 are, for example, metal-ceramic substrates produced by one of the methods described above or, for example, DCB substrates or substrates prepared by active soldering.
  • the metallization on at least one surface side, for example the metallization 3, is structured to form conductor tracks, contact surfaces, mounting surfaces, etc.
  • the web portions 10.3 are, as shown enlarged in the figure 10, connected with its free end to a surface side of the substrate 2, in the illustrated embodiment with that surface side of the substrate 2, on which the structured metal portions 3.1 are provided.
  • connection between the path sections 10.3 and the substrate 2 takes place via an adhesive or bonding layer 5 or structured adhesive or bonding layer 5.1.
  • the web portions 10.3 are punched free in the manner known to those skilled in the art for the purpose of forming outwardly directed terminals or leads.
  • FIG. 11 shows, in a very simplified illustration and in side view, a multiple substrate 12, which consists of two individual substrates 13 and 14, which are each formed as metal-ceramic substrates and of which the individual substrate 14 is bonded to the individual substrate 13 or by gluing is attached.
  • the individual substrate 13 in turn consists of the substrate 2 and the two metallizations 3 and 4 on the top and bottom of the substrate 2, wherein the metallization 3 is structured or has the structured metal regions 3.1.
  • the individual substrate 14 also consists of a substrate 2, of an upper and lower metallization 3 and 4, wherein in turn one of the two metallizations, namely the upper, exposed metallization 3 is structured.
  • the metallizations 3 and 4 are in the
  • the connection of the individual substrate 14 with the individual substrate 15 is effected via an adhesive or bonding layer 5.
  • the adhesive or bonding material is structured, ie applied in the form of the structured regions 5.1
  • the structured application of this material takes place in accordance with the broken line 17 of FIG Form that the order of the adhesive and bonding material is generally slightly smaller than the surface to be bonded of the structured metal region 3.1 and that the order of the adhesive or bonding material in the corners 16 more to the edge of the structured metal region 3.1 or to the edge region the area covered by the structured metal region 3.1 of the substrate 2 is brought, as indicated in the figure 13 with the jagged portion 17.1.
  • FIG. 14 shows in partial representation and in plan view a mask 18 in the form of a shadow mask, which essentially consists of a flat material 19, for example of a metallic flat material or of a flat plastic material, and with a multiplicity of through-going mask openings or holes 20 is provided, which in each case have the same hole size in the illustrated embodiment.
  • the mask 18 is used to apply a predetermined amount of adhesive or bonding material to the respective carrier substrate 2 and is placed on this carrier substrate 2 for this purpose. Subsequently, the adhesive and bonding material is applied to the carrier substrate 2 facing away from the surface side of the mask 18, in such a way that in particular the openings 20 are completely filled with the adhesive and bonding material.
  • the bonding or adhesive material not received in the openings 20 is removed from the mask 18.
  • the mask 18 is removed from the carrier substrate 20, so that on the carrier substrate 2 then the mask openings 20 corresponding plurality of orders of adhesive and bonding material is present, each with a respective mask openings 20 corresponding volume.
  • the adhesive and bonding material on the carrier substrate is distributed over the entire surface, at least where later the metallization 3 or 4 is to be applied. After the distribution is on the
  • Carrier substrate 2 is a layer of the adhesive and bonding material with the desired thickness obtained on the (layer) then the metallization 3 and 4 forming film is placed.
  • the flat material 19 has, for example, a thickness of 0.03 mm.
  • the diameter of the circular holes 20 is 2.45 mm and the distance from hole to hole 1 mm, so that with this shadow mask 18 a layer thickness for the applied to the substrate 2 and there evenly distributed adhesive and material material of the order of gives about 14 ⁇ m.
  • FIG. 15 shows a measuring arrangement 21 for determining the adhesive strength or peel-off strength of the respective metallization 3 or on the carrier substrate 2.
  • the carrier substrate 3 is shown on which a surface side using the adhesive or bonding layer 5 Metallization, for example, the metallization 3 applied in the form of a metal strip predetermined width x such is that a partial length 3.1 of the metallization or of the metal strip protrudes like a flag from the top of the carrier substrate 2.
  • a tensile force according to the arrow F is exercised.
  • KPO is the force (indicated in N) which is at least required for stripping the metallization 3 or the metal or test strip formed by this metallization, and x (expressed in mm) is the width of the metal or test strip.
  • the metallizations 3 and 4 may also consist, at least in some areas, of a layer or foil of a metal other than copper, for example of aluminum, or of a metallic resistance material.
  • the support substrate 2 is a ceramic substrate or a ceramic layer.
  • the carrier substrate used may also be one made of glass, ie a glass substrate or else a carrier substrate which consists at least partly of ceramic and of glass, for example of a ceramic with a glass layer on at least one surface side.
  • I metal-ceramic substrate 2 support substrate e.g. Ceramic and / or glass layer

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Abstract

The invention relates to a composite material consisting of at least one ceramic layer or at least one ceramic substrate and at least one metallisation formed by a metallic layer on a surface side of the at least one ceramic substrate.

Description

Verbundmaterial, Verfahren zum Herstellen eines Verbundmaterials sowie Kleber oder Bondmaterial Composite material, method of making a composite, and adhesive or bonding material
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verbund material gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie auf ein Verfahren zum Herstellen eines solchenThe invention relates to a composite material according to the preamble of claim 1 and to a method for producing such
Verbundmaterials gemäß Oberbegriff Patentanspruch 28 sowie auf ein Bondmaterial oder einen Kleber gemäß Oberbegriff Patentanspruch 51.Composite material according to the preamble of claim 28 and to a bonding material or an adhesive according to the preamble of claim 51.
Bekannt ist die Herstellung von Verbundmaterialien auch als Leiterplatten in Form von Metall-Keramik-Substraten nach dem sogenannten DCB-Prozess (auch DC B-Substrate). Hierbei wird die für die Erzeugung von Leiterbahnen, Anschlüssen usw. benötigte Metallisierung auf einer Keramik, z.B. auf einer Aluminium-Oxid-Keramik mithilfe des sogenannten „DCB-Verfahrens" (Direct-Copper-Bond-Technology) aufgebracht, 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.The production of composite materials is also known as printed circuit boards in the form of metal-ceramic substrates according to the so-called DCB process (also DC B substrates). Here, the metallization required for the formation of traces, terminals, etc., on a ceramic, e.g. on an aluminum-oxide-ceramic by means of the so-called "DCB-method" (Direct-Copper-Bond-Technology) applied, using the metallization forming metal or copper foils or metal or copper sheets on their surface sides a layer or a coating (reflow layer) of a chemical compound of the metal and a reactive gas, preferably oxygen.
Bei diesem beispielsweise in der US-PS 3744 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), sodass 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.In this method, for example, in US-PS 3744 120 or in DE-PS 23 19 854 described method, this layer or coating (reflow) forms a eutectic with a melting temperature below the melting temperature of the metal (eg copper), so that by placing the film on the ceramic and by heating all the layers they can be joined together, by melting the metal or copper substantially only in the region of the reflow layer or oxide layer.
Dieses DCB-Verfahren weist dann z.B. folgende Verfahrensschritte auf: > Oxidieren einer Kupferfolie derart, dass sich eine gleichmäßigeThis DCB method then indicates e.g. following steps:> oxidizing a copper foil so that a uniform
Kupferoxidschicht ergibt; > Auflegen der Kupferfolie auf die Keramikschicht; > Erhitzen des Verbundes auf eine Prozesstemperatur zwischen etwa 1025 bis 10830C, z.B. auf ca. 10710C;Copper oxide layer results; > Placing the copper foil on the ceramic layer; > Heating the composite to a process temperature between about 1025 to 1083 0 C, for example to about 1071 0 C;
> Abkühlen auf Raumtemperatur.> Cool to room temperature.
Bekannt ist auch das sogenannte Aktivlot-Verfahren (DE 22 13 1 15; EP-A-153 618) zum Verbinden von Metallisierungen bildenden Metallschichten oder Metallfolien, insbesondere auch von Kupferschichten oder Kupferfolien mit dem jeweiligen Keramikmaterial. Bei diesem Verfahren, welches speziell zum Herstellen von Metall- Keramik-Substraten verwendet wird, wird bei einer Temperatur zwischen ca. 800 - 10000C eine Verbindung zwischen einer Metallfolie, beispielsweise Kupferfolie, und einem Keramiksubstrat, beispielsweise Aluminiumnitrid-Keramik, unter Verwendung eines Hartlots hergestellt, welches zusätzlich zu einer Hauptkomponente, wie Kupfer, Silber und/oder Gold auch ein Aktivmetall enthält. Dieses Aktivmetall, welches beispielsweise wenigstens ein Element der Gruppe Hf, Ti, Zr, Nb, Ce ist, stellt durch chemische Reaktion eine Verbindung zwischen dem Lot und der Keramik her, während die Verbindung zwischen dem Lot und dem Metall eine metallische Hartlot- Verbindung ist.Also known is the so-called active soldering method (DE 22 13 1 15, EP-A-153 618) for joining metallization-forming metal layers or metal foils, in particular also copper layers or copper foils with the respective ceramic material. In this method, which is used especially for the production of metal-ceramic substrates, at a temperature between about 800 - 1000 0 C, a connection between a metal foil, such as copper foil, and a ceramic substrate, such as aluminum nitride ceramic, using a Brazing produced, which in addition to a main component such as copper, silver and / or gold also contains an active metal. This active metal, which is, for example, at least one element of the group Hf, Ti, Zr, Nb, Ce, establishes a connection between the solder and the ceramic by chemical reaction, while the connection between the solder and the metal is a metallic braze joint ,
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verbundmaterial aufzuzeigen, welches besonders einfach und preiswert gefertigt werden kann, und zwar unter Beibehaltung möglichst optimaler thermischer Eigenschaften. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verbundmaterial entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Ein Verfahren zum Herstellen dieses Materials ist Gegenstand des Patentanspruchs 28. Ein Bondmaterial oder Kleber ist Gegenstand des Patentanspruchs 51.Object of the present invention is to show a composite material which can be made particularly simple and inexpensive, while maintaining the best possible thermal properties. To solve this problem, a composite material according to claim 1 is formed. A method for producing this material is subject matter of claim 28. A bonding material or adhesive is the subject of claim 51.
Nanofasermaterial bedeutet im Sinne der Erfindung generell Nanofasern und/oder Nanotubes und dabei speziell auch Carbon-Nanofasern und/oder Nanotubes. Als Nanofasern eignen sich beispielsweise solche Fasern, die unter der Bezeichnung ENF-100-HT, HTP-150F-LHT, HTP- 110FF-LHT und HTP-110F-HHT von der Electrovac GmbH, A-3400 Klosterneuburg, Österreich angeboten werden.For the purposes of the invention, nanofiber material generally means nanofibers and / or nanotubes and in particular also carbon nanofibers and / or nanotubes. Suitable nanofibers are, for example, those fibers which are sold under the name ENF-100-HT, HTP-150F-LHT, HTP-110FF-LHT and HTP-110F-HHT by Electrovac GmbH, A-3400 Klosterneuburg, Austria.
Weitere, bei der Erfindung verwendbare Nanofasern, die ebenfalls von der Electrovac GmbH, A-3400 Klosterneuburg, Österreich angeboten werden, sind in der nachstehenden Tabelle 1 angegeben. Further nanofibers usable in the invention, which are likewise offered by Electrovac GmbH, A-3400 Klosterneuburg, Austria, are given in Table 1 below.
Tabelle 1Table 1
Nanofasertyp:Nano fiber type:
AGF wie gewachsenAGF as grown
PSF pyrolytische stripped Carbon NanofaserPSF pyrolytic stripped carbon nanofiber
LHT ausgeheizt bei ~ 10000CLHT baked at ~ 1000 0 C
HHT ausgeheizt bei ~ 30000CHHT annealed at ~ 3000 0 C
HTE ausgeheizt bei ~ 10000C bei EVACHTE annealed at ~ 1000 0 C at EVAC
GFE ausgeheizt bzw. graphitisiert bei ~ 30000C bei EVACGFE baked and graphitized at ~ 3000 0 C at EVAC
Demnach bedeuten:Accordingly, mean:
Die Nanofasern oder Nanotubes besitzen zum größeren Teil, d.h. in der Mehrzahl eine Länge im Bereich zwischen 1 bis 100//, eine Dicke im Bereich zwischen etwa 1 nm und 300nm, beispielsweise im Bereich zwischen etwa 1 nm und 100nm oder im Bereich zwischen etwa 50nm und 150nm oder im Bereich zwischen etwa 1 nm bis 100nm, beispielsweise im Bereich zwischen etwa 3nm bis 75nm.The nanofibers or nanotubes are for the most part, i. in the majority a length in the range between 1 to 100 //, a thickness in the range between about 1 nm and 300nm, for example in the range between about 1 nm and 100nm or in the range between about 50nm and 150nm or in the range between about 1nm to 100nm, for example in the range between about 3nm to 75nm.
Das erfindungsgemäße Verbundmaterial ist bevorzugt ein Mehrschichtmaterial und dabei vorzugsweise ein als Leiterplatte für elektrische Schaltkreise, Module usw. geeignetes Mehrschichtmaterial oder -Substrat bestehend aus wenigstens einem plattenförmigen zumindest an einer Oberflächenseite aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff bestehenden Trägersubstrat, vorzugsweise Keramik- und/oder Glassubstrat sowie aus wenigstens einer z.B. von einer Metallplatte oder -folie gebildeten Metallisierung, die über die Klebe- oder Bondschicht mit dem Substrat verbunden ist.The composite material according to the invention is preferably a multilayer material and preferably a multilayer material or substrate suitable as a printed circuit board for electrical circuits, modules, etc. comprising at least one plate-shaped carrier substrate, preferably ceramic and / or glass substrate, at least on one surface side of an electrically insulating material from at least one example Metallization formed by a metal plate or foil, which is connected via the adhesive or bonding layer to the substrate.
Generell besteht die Metallisierung beispielsweise aus Kupfer, Aluminium und/oder aus einem anderen Metall oder aus einer metallische Legierung und/oder ein metallisches Verbund- und/oder Mehrschichtmaterial, z.B. aus einer Kupfer- oder Aluminiumlegierung und/oder aus einem Kupfer/Aluminium-Verbundmaterial und/oder aus einer Legierung, wie sie üblicherweise für die Herstellung von Metall- Widerständen verwendet wird. Das erfindungsgemäße Verbund material weist den Vorteil einer einfachen und preiswerten Fertigung auf. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass insbesondere die Dicke der Metallisierungen in weiten Grenzen beliebig gewählt werden kann, beispielsweise im Bereich zwischen etwa 0,01 mm bis 4mm. Weiterhin wird über die von dem Kleber oder Bondmittel gebildete Schicht auch ein Ausgleich unterschiedlicher Temperaturausdehnungskoeffizienten der Materialien der Metallisierung und des Keramik-Substrates erreicht. Insbesondere bei entsprechender Orientierung zumindest eines Teils des Nanofasermaterials in der Bond-Schicht parallel oder annähernd parallel zu den verbundenen Flächen lässt sich ein die thermische Ausdehnung der Metallisierung kompensierender Effekt erreichen.In general, the metallization consists for example of copper, aluminum and / or of another metal or of a metallic alloy and / or a metallic composite and / or multilayer material, for example of a copper or aluminum alloy and / or of a copper / aluminum composite material and / or an alloy as commonly used in the manufacture of metal resistors. The composite material according to the invention has the advantage of a simple and inexpensive production. Another advantage is that in particular the thickness of the metallizations can be chosen arbitrarily within wide limits, for example in the range between about 0.01 mm to 4 mm. Furthermore, a compensation of different coefficients of thermal expansion of the materials of the metallization and of the ceramic substrate is achieved via the layer formed by the adhesive or bonding agent. In particular, with appropriate orientation of at least part of the nanofiber material in the bonding layer parallel or approximately parallel to the joined surfaces, an effect compensating the thermal expansion of the metallization can be achieved.
Die Zusammensetzung und/oder Schichtdicke der wenigstens einen Klebe- oder Bondschicht zwischen der wenigstens einen Metallisierung und dem Trägersubstrat, z.B. Keramiksubstrat sind beispielsweise so gewählt, dass der Wärmewiderstand, den diese Klebe- oder Bondschicht in einer Achsrichtung senkrecht zu denThe composition and / or layer thickness of the at least one adhesive or bonding layer between the at least one metallization and the carrier substrate, e.g. Ceramic substrate, for example, chosen so that the thermal resistance that this adhesive or bonding layer in an axial direction perpendicular to the
Oberflächenseiten der Metallisierung und/oder des Trägersubstrats aufweist gleich oder kleiner ist als der Wärmewiderstand, den das Trägersubstrat in dieser Achsrichtung aufweist. Hierfür ist einerseits der Anteil an Nanofasermaterial hoch gewählt und beträgt beispielsweise 5 bis 30 Gewichtsprozent bezogen auf die Gesamtmasse der Klebe- oder Bondschicht. Weiterhin ist die Dicke dieser Klebe- oder Bondschicht so gewählt, dass die über diese Schicht miteinander verbundenen Oberflächenseiten der wenigstens einen Metallisierung und des Trägersubstrats maximal 50 μm, vorzugsweise etwa 5//m bis 25//m voneinander beabstandet sind, die effektive Dicke der Bondschicht also maximal 50 μm, bevorzugt aber etwa 5μm bis 25//m beträgt. Dieser geringe Abstand bzw. diese geringe effektive Dicke der Klebe- oderSurface sides of the metallization and / or the carrier substrate is equal to or smaller than the thermal resistance, which has the carrier substrate in this axial direction. For this purpose, on the one hand, the proportion of nanofiber material is selected to be high and is, for example, 5 to 30 percent by weight, based on the total mass of the adhesive or bonding layer. Furthermore, the thickness of this adhesive or bonding layer is selected such that the surface sides of the at least one metallization and the carrier substrate which are connected to one another are spaced apart by a maximum of 50 μm, preferably approximately 5 μm to 25 μm, the effective thickness of the Bonding layer so maximum 50 microns, but preferably about 5 .mu.m to 25 // m amounts. This small distance or this small effective thickness of the adhesive or
Bondschicht ist durch die Verwendung des Nanofasermaterials bestehend aus den sehr dünnen Nanofasern und/oder Nanotubes möglich, wobei die Länge dieser Nanofäsern oder Nanotubes zumindest zum größeren Teil im Bereich zwischen 1 und 100//m liegt, beispielsweise schwerpunktmäßig im Bereich von 10 μm. Da Nanofasern bzw. Nanotubes zwar in Richtung ihrer Längserstreckung eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, die Wärmeleitfähigkeit radial zur Längserstreckung aber nur begrenzt ist und außerdem zur Reduzierung des Wärmewiderstandes die jeweilige Klebe- oder Bondschicht nur eine geringe effektive Dicke aufweisen soll, sind bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die miteinander über die Klebe- oderBonding layer is possible by using the nanofiber material consisting of the very thin nanofibers and / or nanotubes, the length of these nanofibers or nanotubes being at least largely in the range between 1 and 100 μm, for example in the range of 10 μm. Although nanofibers or nanotubes have a high thermal conductivity in the direction of their longitudinal extension, but the thermal conductivity is only limited radially to the longitudinal extension and also the respective adhesive or bonding layer should have only a small effective thickness to reduce the thermal resistance, are in a preferred embodiment of Invention with each other via the adhesive or
Bondschicht verbundenen Flächen mit einer Oberflächenrauhigkeit versehen und zwar die wenigstens eine Metallisierung mit einer Oberflächenrauhigkeit etwa im Bereich zwischen etwa 1μm und 7μπ\ und das Keramik- und/oder Glassubstrat mit einer Oberflächenrauhigkeit im Bereich von etwa 4 bis 10 //m. Durch die von der Oberflächenrauhigkeit gebildeten Vertiefungen wird somit ein Raum geschaffen, in welchem sich das Nanofasermaterial mit seiner Längserstreckung senkrecht oder aber zumindest schräg zu den über die Klebe- oder Bondschicht miteinander verbundenen Oberflächenseiten ausbreiten oder orientieren kann, sodass durch das Nanofasermaterial die für die Klebe- oder Bondschicht angestrebte hohe Wärmeleitfähigkeit erreicht ist.Bonded bonding surfaces provided with a surface roughness and that at least one metallization having a surface roughness approximately in the range between about 1μm and 7μπ \ and the ceramic and / or glass substrate having a surface roughness in the range of about 4 to 10 // m. The cavities formed by the surface roughness thus create a space in which the nanofiber material can spread or orient with its longitudinal extension perpendicularly or at least obliquely to the surface sides connected to one another via the adhesive or bonding layer, so that the adhesion of the nanofiber material - or bonding layer desired high thermal conductivity is reached.
Als Matrixmaterial für die jeweilige Klebe- oder Bondschicht wird ein Kunststoff verwendet, der in Verbindung mit dem Nanofasermaterial eine ausreichend hohe Haftfestigkeit zwischen der wenigstens einen Metallisierung und dem angrenzenden Trägersubstrat sicherstellt, beispielsweise eine Haftfestigkeit im Bereich von wenigstens 25 N/mm2 (Fläche der gebondeten Metallisierung). Das Matrixmaterial ist ferner so ausgewählt, dass die ausgehärtete bzw. abgebundene Klebe- oder Bondschicht auch eine ausreichend hohe Temperaturbeständigkeit besitzt, sodass das Metall-Keramik- Substrat insbesondere auch als Basis- oder Leiterplatte bzw. als Metall-Keramik-Substrat für elektrische Schaltkreise oder Module brauchbar ist, deren Bestückung mit den elektrischen und elektronischen Bauelementen zumindest in der industriellen Fertigung ausschließlich mit bleifreien Elektronikloten erfolgt, und zwar bei Löttemperaturen im Bereich von etwa 265 bis 345°C. Als Matrixmaterial eignet sich daher beispielsweise ein Epoxiharz oder ein Kunststoff auf Epoxy-Basis. Die Herstellung von strukturierten Metallisierungen zur Bildung von Leiterbahnen, und/oder Kontaktflächen und/oder Montageflächen usw. kann auf unterschiedliche Weise erfolgen, beispielsweise dadurch, dass nach dem Bonden der betreffenden Metallisierung, d.h. nach dem Aushärten der die Metallisierung mit einer angrenzenden Schicht, z.B. mit der angrenzenden Trägersubstrat oder mit dem angrenzenden Keramiksubstrat verbindenden Klebe- oder Bondschicht mit einer üblichen Technik, beispielsweise mit einer Maskierungs- und Ätztechnik strukturiert wird und im Anschluss daran die zwischen den mit der Strukturierung erzeugten Metallbereichen (Leiterbahnen, Kontaktflächen, Montageflächen usw.) verbliebenen Reste des Klebe- und Bondmaterials entfernt werden, z.B. mechanisch oder abtragend durch Sandstrahlen, durch Lasern usw.As a matrix material for the respective adhesive or bonding layer, a plastic is used which, in conjunction with the nanofiber material, ensures a sufficiently high adhesive strength between the at least one metallization and the adjacent carrier substrate, for example an adhesive strength in the range of at least 25 N / mm 2 (area of the bonded metallization). The matrix material is further selected so that the hardened or bonded adhesive or bonding layer also has a sufficiently high temperature resistance, so that the metal-ceramic substrate in particular as a base or circuit board or as a metal-ceramic substrate for electrical circuits or Modules is useful, their assembly with the electrical and electronic components, at least in the industrial manufacturing is done exclusively with lead-free electronic solders, at soldering temperatures in the range of about 265 to 345 ° C. As a matrix material, therefore, for example, an epoxy resin or an epoxy-based plastic is suitable. The production of structured metallizations for the formation of conductor tracks, and / or contact surfaces and / or mounting surfaces, etc., can be done in different ways, for example, that after the bonding of the relevant metallization, ie after curing of the metallization with an adjacent layer, eg is patterned with the adjacent carrier substrate or bonding to the adjacent ceramic substrate bonding or bonding layer by a conventional technique, for example, with a masking and etching technique and then the between the structuring generated metal areas (traces, contact surfaces, mounting surfaces, etc.) remaining Remains of the adhesive and bonding material are removed, for example, mechanically or erosive by sandblasting, by lasers, etc.
Um diese Nachbearbeitung zu vermeiden, besteht weiterhin die Möglichkeit, das Klebe- oder Bondmaterial strukturiert auf die mit der strukturierten Metallisierung zu versehene Oberfläche aufzubringen, und zwar in Form von strukturierten Bereichen, die hinsichtlich Form und Lage den strukturierten Bereichen der Metallisierung entsprechen. Die zu strukturierende Metallisierung wird dann über die strukturierten Bereiche des Klebe- oder Bondmaterials gebondet. Nach dem Aushärten bzw. Abbinden des Klebe- oder Bondmaterials wird mit einer geeigneten Technik, beispielsweise durch Maskieren und Ätzen die Metallisierung strukturiert, sodass eine strukturierte, gebondete Metallisierung erhalten wird, und zwar ohne Reste von Klebe- und Bondmaterial zwischen den Metallbereichen dieser Metallisierung. Generell erfolgt das Aufbringen des Klebe- und Bondmaterials über Masken und/oder über Siebe und/oder durch Sprühen und/oder durch Walzen und/oder durch Spincoating.In order to avoid this post-processing, there is still the possibility of structurally applying the adhesive or bonding material to the surface to be provided with the structured metallization, namely in the form of structured regions which correspond in shape and position to the structured regions of the metallization. The metallization to be patterned is then bonded over the structured regions of the adhesive or bonding material. After curing or setting of the adhesive or bonding material, the metallization is patterned by a suitable technique, for example by masking and etching, so that a structured, bonded metallization is obtained, without residues of adhesive and bonding material between the metal regions of this metallization. In general, the application of the adhesive and bonding material via masks and / or screens and / or by spraying and / or by rolling and / or by spin coating.
Es besteht weiterhin die Möglichkeit, das Layout der strukturierten Metallisierung, d.h. die die Metallbereiche der strukturierten Metallisierung bildenden Metallelemente oder -pads beispielsweise durch Stanzen aus einem geeigneten metallischen Flachmaterial, z.B. aus einer Metallfolie herzustellen und dann unter Verwendung des Klebe- oder Bondmaterials an einem mit der strukturierten Metallisierung zu versehenen Oberflächenbereich zu bonden, wobei dieser Oberflächenbereich dann entweder vollflächig mit einer Schicht aus dem Klebe- oder Bondmaterial versehen und dieses Material nach dem Bonden, d.h. nach dem Aushärten oder Abbinden, zwischen den Metallbereichen der strukturierten Metallisierung mit geeigneten Mitteln entfernt wird, oder aber das Klebe- und Bondmaterial auf den mit der strukturierten Metallisierung zu versehenen Oberflächenbereich wiederum strukturiert, d.h., nur dort aufgebracht wird, wo es zum Bonden eines Metallbereichs der strukturierten Metallisierung erforderlich ist. Weiterhin besteht auch die Möglichkeit, das Klebe- oder Bondmaterial ausschließlich auf die die strukturierte Metallisierung bildenden Metallelemente oder -pads aufzubringen.Furthermore, it is possible to produce the layout of the structured metallization, ie the metal elements or pads forming the metal regions of the structured metallization, for example by punching from a suitable metallic flat material, eg from a metal foil, and then using the adhesive or bonding material at one the structured metallization too This surface area is then either provided over the entire surface with a layer of the adhesive or bonding material and this material is removed after bonding, ie after curing or setting, between the metal areas of the structured metallization by suitable means, or that Adhesive and bonding material on the surface area provided with the structured metallization again structured, that is, is applied only where it is necessary for bonding a metal portion of the patterned metallization. Furthermore, it is also possible to apply the adhesive or bonding material exclusively to the metal elements or pads forming the structured metallization.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, das erfindungsgemäße Verbund material als Mehrfachsubstrat auszuführen, beispielsweise in Form von wenigstens zwei über wenigstens eine Klebe- oder Bondschicht miteinander verbundenen Einzelsubstraten, von denen dann wenigstens eines wiederum als Verbundmaterial bzw. Metall- Keramik-und/oder Glas-Verbundmaterial oder -Substrat ausgeführt ist.Furthermore, it is possible to carry out the composite material according to the invention as a multi-substrate, for example in the form of at least two interconnected via at least one adhesive or bonding layer individual substrates, of which then at least one turn as a composite material or metal ceramic and / or glass composite material or substrate is executed.
Durch die Verwendung des Nanofasermaterials in der Klebe- oder Bondschicht 5 bzw. in dem Kleber- oder Bandmaterial wird nicht nur die thermische Leitfähigkeit der Klebe- oder Bondschicht verbessert, sondern durch das Nanofasermaterial ergibt sich auch eine Reduzierung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten und der elastischen Eigenschaften der Klebe- und Bondschicht 5, insbesondere auch in der Form, dass zwischen der jeweiligen Metallisierung 3 bzw. 4 und dem Trägersubstrat 2 eine sehr starre Verbindung hergestellt ist. Hierdurch ist es dann auch möglich, durch entsprechende Wahl des Materials für das Trägersubstrat 2 das Verbundmaterial 1 insgesamt hinsichtlich seines thermischen Ausdehnungskoeffizienten an denjenigen von Halbleitermaterial anzupassen und dadurch temperaturbedingte mechanische Spannungen zwischen auf dem Verbundmaterial bzw. auf einer aus diesem Verbundmaterial hergestellten Leiterplatte montierten Halbleiterbauelementen oder Halbleiterchips und dem Verbundmaterial zu reduzieren und u.a. Defekte des jeweiligen elektronischen Schaltkreises oder Moduls zu verhindern, die durch temperaturbedingte mechanische Spannungen verursacht sind.The use of the nanofiber material in the adhesive or bonding layer 5 or in the adhesive or strip material not only improves the thermal conductivity of the adhesive or bonding layer, but also results in a reduction of the thermal expansion coefficient and the elastic properties of the nanofiber material Bonding and bonding layer 5, in particular in the form that between the respective metallization 3 and 4 and the carrier substrate 2 is made a very rigid connection. In this way it is then also possible, by appropriate choice of the material for the carrier substrate 2, to adapt the composite material 1 to a total of its thermal expansion coefficient to those of semiconductor material and thereby temperature-induced mechanical stresses between mounted on the composite material or on a printed circuit board made of this composite semiconductor devices or To reduce semiconductor chips and the composite material and defects of the respective electronic circuit or module caused by temperature-induced mechanical stresses.
Bevorzugt ist der Anteil an Nanofasermaterial in dem Kleber oder Bondmaterial so gewählt, dass eine ausreichend dünne Verarbeitung dieses Materials möglich ist, und zwar zur Ausbildung einer Kleber- oder Bondschicht mit einer Dicke kleiner 25 μm, vorzugsweise im Bereich zwischen 4 und 25 μm, und zwar u.a. zur Erzielung eines möglichst geringen Wärmewiderstandes für die Kleber- oder Bondschicht z.B. in einem als Leiterplatte verwendeten Substrat und damit zur Erzielung eines möglichst geringen Wärmewiderstandes für das Verbundmaterial oder das Substrat insgesamt.Preferably, the proportion of nanofiber material in the adhesive or bonding material is selected so that a sufficiently thin processing of this material is possible, namely to form an adhesive or bonding layer having a thickness of less than 25 .mu.m, preferably in the range between 4 and 25 .mu.m, and indeed, among others to achieve the lowest possible thermal resistance for the adhesive or bonding layer, e.g. in a substrate used as a printed circuit board and thus to achieve the lowest possible thermal resistance for the composite material or the substrate as a whole.
Durch das Nanofasermaterial und durch die geringe Dicke weist die sehr dünne Kleber- und Bondschicht in der vorbeschriebenen Weise keine oder nur eine geringe Elastizität auf und verbessert dadurch die Temperaturwechselbeständigkeit und Lebensdauer von Halbleiterschaltkreisen und Modulen. Weiterhin sind durch die geringe Dicke solche Oberflächen oder Volumen der Kleber- oder Bondschicht, auf die (Oberflächen oder Volumen) äußere Medien, z.B. Wasser oder Feuchtigkeit einwirken könnten, äußerst reduziert, was ebenfalls wesentlich zur Langzeitlebensdauer des Verbundmaterials bzw. eines unter Verwendung dieses Verbundmaterials hergestellten elektrischen Schaltkreises oder Moduls beiträgt.Due to the nanofiber material and the small thickness, the very thin adhesive and bonding layer in the manner described above no or only a slight elasticity and thereby improves the thermal shock resistance and durability of semiconductor circuits and modules. Furthermore, due to the small thickness, such surfaces or volumes of the adhesive or bonding layer to which (surfaces or volumes) external media, e.g. Water or moisture could be extremely reduced, which also contributes significantly to the long-term life of the composite material or an electrical circuit or module produced using this composite material.
Das Nanofasermaterial wird vorzugsweise vor dem Einmischen in die Kunststoffmatrix gereinigt, beispielsweise ausgeheizt, und zwar insbesondere auch mit dem Zeil Verunreinigungen, insbesondere auch metallische Verunreinigungen und/oder Katalysatoren zu entfernen, und zwar insbesondere auch solche, die das für die Matrix verwendete Kunststoffmaterial und/oder deren Eigenschaften beeinflussen könnten.The nanofiber material is preferably cleaned before mixing into the plastic matrix, for example, baked out, and in particular also with the Zeil impurities, in particular metallic impurities and / or catalysts to remove, and in particular also those which used the plastic material used for the matrix and / or their properties could influence.
Zusätzlich zu dem Nanofasermaterial enthält das Klebe- oder Bondmaterial beispielsweise noch weitere Zusatz- oder Füllstoffe, insbesondere auch chemisch neutrale Zusatz- oder Füllstoffe, die beispielsweise Kohlenstoff oder Grafit, Keramik usw.In addition to the nanofiber material, the adhesive or bonding material contains, for example, further additives or fillers, in particular also chemically neutral additives or fillers, such as carbon or graphite, ceramics, etc.
In Weiterbildung der Erfindung ist das Verbund material beispielsweise so ausgebildet, dass das Trägersubstrat plattenförmig oder im Wesentlichen plattenförmig ist, und/oder dass das Trägersubstrat eine Keramik- und/oder Glasschicht oder ein Keramik- und/oder Glassubstrat ist, beispielsweise aus einer Aluminiumoxid- und/oder Aluminiumnitrid- und/oder Siliziumnitrid-Keramik ist und/oder dass die wenigstens eine Metallisierung im Bereich der Klebe- oder Bondschicht von der benachbarten Schicht einen Abstand kleiner 50μm, vorzugsweise ein Abstand in der Größenordnung von maximal 25μm oder zwischen etwa 5//m und 25μm aufweist, und/oder dass an der Oberseite des Trägersubstrats eine erste Metallisierung und an derIn a further development of the invention, the composite material, for example, is formed so that the carrier substrate is plate-shaped or substantially plate-shaped, and / or that the carrier substrate is a ceramic and / or glass layer or a ceramic and / or glass substrate, for example, from an alumina and / or aluminum nitride and / or silicon nitride ceramic and / or that the at least one metallization in the region of the adhesive or bonding layer of the adjacent layer is a distance of less than 50 microns, preferably a distance of the order of a maximum of 25 microns or between about 5 / / m and 25μm, and / or that at the top of the carrier substrate, a first metallization and at the
Unterseite des Trägersubstrats eine zweite Metallisierung vorgesehen sind, und dass wenigstens eine dieser Metallisierungen strukturiert ist, und/oder dass die die wenigstens eine Metallisierung mit dem Trägersubstrats verbindende Klebe- oder Bondschicht hinsichtlich ihrer Schichtdicke und/oderThe underside of the carrier substrate, a second metallization are provided, and that at least one of these metallizations is structured, and / or that the at least one metallization with the carrier substrate connecting adhesive or bonding layer with respect to their layer thickness and / or
Zusammensetzung derart gewählt ist, dass der thermische Widerstand, den die Klebe- oder Bondschicht in einer Achsrichtung senkrecht zu den aneinander anschließenden Oberflächenseiten der Metallisierung und des Trägersubstrats aufweist, kleiner oder höchstens gleich dem Wärmewiderstand ist, den das Trägersubstrat in dieser Achsrichtung besitzt, und/oder dass das Nanofasermaterial ein Carbon-Nanofasermaterial ist, und/oder dass das Nanofasermaterial in einem Anteil von 5 bis 30 Gewichtsprozent in dem Klebeoder Bondmaterial enthalten ist, und zwar bezogen auf das Gesamtgewicht dieses Materials, und/oder dass das Nanofasermaterial von Nanofasern und/oder Nanotubes gebildet ist, wobei vorzugsweise zumindest ein Großteil dieser Nanofasern oder Nanotubes eine Länge im Bereich zwischen etwa 1//m und 100μm und eine Dicke etwa im Bereich zwischen 1 nm bis 300nm oder im Bereich zwischen etwa 50nm bisA composition is selected such that the thermal resistance that the adhesive or bonding layer has in an axial direction perpendicular to the adjoining surface sides of the metallization and of the carrier substrate is less than or at most equal to the thermal resistance that the carrier substrate has in this axial direction, and / or that the nanofiber material is a carbon nanofiber material and / or that the nanofiber material is contained in a proportion of 5 to 30 weight percent in the adhesive or bonding material, based on the total weight of this material, and / or that the nanofiber material is formed by nanofibers and / or nanotubes, wherein preferably at least a majority of these nanofibers or nanotubes has a length in the range of between about 1 .mu.m and 100 .mu.m and a thickness in the range of about 1 nm to 300 nm or in the range between about 50nm to
150nm oder im Bereich zwischen etwa 1 nm bis 100nm, beispielsweise im Bereich von etwa 3nm bis 75nm besitzt, und/oder dass die wenigstens eine Metallisierung und/oder das wenigstens eine Trägersubstrat im Bereich der Klebe- oder Bondschicht mit einer150 nm or in the range between about 1 nm to 100 nm, for example in the range of about 3 nm to 75 nm, and / or that the at least one metallization and / or the at least one carrier substrate in the region of the adhesive or bonding layer with a
Oberflächenrauhigkeit versehen sind, und zwar die Metallisierung beispielweise mit einer Oberflächenrauhigkeit im Bereich zwischen etwa 1μm und 7μu\ und/oder das Trägersubstrat beispielsweise mit einer Oberflächenrauhigkeit im Bereich zwischen 4 - 10 //m, und/oder dass die Oberflächenrauhigkeit mechanisch und/oder physikalisch und/oder chemisch erzeugt ist, beispielsweise durch Sandstrahlen und/oder durchSurface roughness are provided, namely the metallization, for example, with a surface roughness in the range between about 1 micron and 7μu \ and / or the carrier substrate, for example, with a surface roughness in the range 4-10 // m, and / or that the surface roughness mechanically and / or physically and / or is chemically generated, for example by sandblasting and / or by
Korngrenzenätzen und/oder durch Plasmabehandlung und/oder durch Abscheiden einer Kupfer sowie ein weiteres Metall aufweisenden Schicht und durch anschließendes Wegätzen des weiteren Metalls, und/oder dass die Bondschicht aus einer Matrix auf Epoxy-Basis oder Epoxy-Harz-Basis besteht, und/oder dass die Klebe- oder Bondschicht bzw. das diese Schicht bildende Klebe- oderGrain boundary etching and / or by plasma treatment and / or by depositing a copper and another metal-containing layer and then etching away the further metal, and / or that the bonding layer consists of an epoxy-based or epoxy resin-based matrix, and / or that the adhesive or bonding layer or the adhesive layer forming this layer or
Bondmaterial weitere Zusätze, beispielsweise flammhemmende Zusätze, z.B.Bonding material further additives, for example flame retardant additives, e.g.
Halogenide oder Bor-Verbindungen enthält, und/oder dass das die Matrix des Klebe- oder Bondmaterials gebildete Kunststoffmaterial derart ausgewählt ist, dass die Klebe- oder Bondschicht im ausgehärteten und/oder abgebundenem Zustand eine Temperaturfestigkeit von wenigstens 2200C aufweist, und/oder dass die wenigstens eine Metallisierung zumindest in Teilbereichen aus einer metallischen Legierung und/oder aus einem metallischen Verbund- und/oder Mehrschichtmaterial, z.B. aus einem Aluminium/Kupfer-Mehrschichtmaterial besteht, und/oder dass die wenigstens eine Metallisierung zumindest teilweise aus Kupfer, aus einerContains halides or boron compounds, and / or that the plastic material formed the matrix of the adhesive or bonding material is selected such that the adhesive or bonding layer in the cured and / or set state has a temperature resistance of at least 220 0 C, and / or that the at least one metallization at least in some areas from a metallic alloy and / or of a metallic composite and / or multi-layer material, for example of an aluminum / copper multilayer material, and / or that the at least one metallization is at least partially made of copper, from a
Kupferlegierung, aus Aluminium, aus einer Aluminiumlegierung und/oder aus einem metallischen Widerstandsmaterial besteht und/oder von wenigstens einer metallischen Folie, beispielsweise aus Kupfer, aus einer Kupferlegierung, aus Aluminium, aus einer Aluminiumlegierung und/oder aus dem metallischen Widerstandsmaterial gebildet ist, und/oder dass die wenigstens eine Metallisierung eine Dicke im Bereich zwischen etwa 0,01 mm und 4mm, beispielsweise zwischen etwa 0,03mm und 0,8 mm und/oder das wenigstens eine Trägersubstrat eine Dicke im Bereich zwischen etwa 0,1 mm und 1,2mm, beispielsweise zwischen etwa 0,25mm und 1,2 mm aufweist, und/oder dass die wenigstens eine Metallisierung über die Klebe- oder Bondschicht mit einer Haftfestigkeit (Peel-Off-Festigkeit) von wenigstens 1 N/mm, vorzugsweise mit einer Haftfestigkeit von wenigstens 2,5 N/mm mit der angrenzenden Schicht, beispielsweise mit dem angrenzenden Trägersubstrat verbunden ist, und/oder dass die wenigstens eine Metallisierung zur Bildung von strukturierten Metallbereichen, beispielsweise in Form von Leiterbahnen, Kontakt- und/oder Montageflächen strukturiert ist, und dass die Klebe- und Bondschicht zwischen benachbarten strukturierten Metallbereichen nicht vorgesehen oder entfernt ist, und/oder dass die Metallisierung zumindest an einer Oberflächenseite des wenigstens einen Trägersubstrats einen über einen Randbereich des Verbundmaterials oder des Trägersubstrats wegstehenden elektrischen Anschluss bildet, beispielsweise einen aus einem Leadframe erzeugten Anschluss, und/oder dass das wenigstens eine Trägersubstrat und/oder die wenigstens eine Metallisierung über eine Klebe- oder Bondschicht aus dem Klebe- oder Bondmaterial mit einem Leadframe oder mit Stegen dieses Leadframes verbunden ist, und/oder dass es als Mehrfachsubstrat aus wenigstens zwei Einzelsubstraten gebildet ist, und dass die Einzelsubstrate über wenigstens eine von dem Klebe- oder Bondmaterial gebildete Klebe- oder Bondschicht miteinander verbunden sind, und/oder dass die wenigstens eine Klebe- oder Bondschicht frei von Gas- und/oder Dampfblasen, insbesondere Luftblasen ist oder der Volumenanteil derartiger Blasen bezogen auf das Gesamtvolumen der wenigstens einen Klebe- oder Bondschicht höchstens 0,1 Volumenprozent beträgt, und/oder dass die Klebe- oder Bondschicht auch pulverförmige Zusätze, wie Kohlenstoff,Copper alloy, made of aluminum, an aluminum alloy and / or of a metallic resistance material and / or at least one metallic foil, for example copper, a copper alloy, aluminum, an aluminum alloy and / or of the metallic resistance material is formed, and or that the at least one metallization has a thickness in the range between about 0.01 mm and 4 mm, for example between about 0.03 mm and 0.8 mm, and / or the at least one carrier substrate has a thickness in the range between about 0.1 mm and 1 , 2mm, for example, between about 0.25mm and 1.2mm, and / or that the at least one metallization over the adhesive or bonding layer with an adhesive strength (peel-off strength) of at least 1 N / mm, preferably with a Adhesive strength of at least 2.5 N / mm with the adjacent layer, for example, connected to the adjacent carrier substrate, and / or that the at least one metallization z ur formation of structured metal areas, for example in the form of conductor tracks, contact and / or mounting surfaces is structured, and that the adhesive and bonding layer between adjacent structured metal areas is not provided or removed, and / or that the metallization forms at least on one surface side of the at least one carrier substrate an electrical connection projecting beyond an edge region of the composite material or the carrier substrate, for example a connection generated from a leadframe, and / or the at least one carrier substrate and / or the at least one Metallization via an adhesive or bonding layer of the adhesive or bonding material with a leadframe or with webs of this lead frame is connected, and / or that it is formed as a multi-substrate of at least two individual substrates, and that the individual substrates on at least one of the adhesive or Bonding material formed adhesive or bonding layer are joined together, and / or that the at least one adhesive or bonding layer is free of gas and / or vapor bubbles, in particular air bubbles or the volume fraction of such bubbles based on the total volume of at least one adhesive or bonding layer hoch 0.1% by volume, and / or that the adhesive or bonding layer also contains pulverulent additives, such as carbon,
Grafit, Keramik und/oder metallische Zusätze enthält, und/oder dass das Nanofasermaterial ein metallfreies oder im Wesentlichen metallfreies Nanofasermaterial, insbesondere ein Nanofasermaterila ohne Ni, Fe und/oder Co und/oder ein chemisch und/oder thermisch vorbehandeltes Nanofasermaterial ist, und/oder dass der Gesamtanteil des Nanofasermaterials und eventueller weiterer Bestandteile in der Kunststoff-Matrix der Klebe- oder Bondschicht derart gewählt ist, dass die Glastemperatur des Klebe- oder Bondmaterials bzw. der Kunststoff-Matrix wenigstens 1500C beträgt und/oder wenigstens um 25% gegenüber der Glastemperatur des die Kunststoffmatrix bildenden Kunststoff, beispielsweise Epoxy erhöht ist, und/oder dass der Gesamtanteil an Nanofasermaterial und eventuellen weiteren Zusätzen etwa 25 Gewichts% bezogen auf die Gesamtmasse der Klebe- oder Bondschicht beträgt, und/oder dass der Gesamtanteil an Nanofasermaterial und eventuellen weiteren Zusätzen so gewählt ist, dass eine Dicke der wenigstens einen Klebe- oder Bondschicht kleiner als 25 μm möglich ist, und/oder dass der Gesamtanteil an Nanofasermaterial sowie ggs. weiteren Füllstoffen so gewählt ist, dass die thermische Leitfähigkeit der Klebe- oder Bondschicht wenigstens um den Faktor Fünf größer ist als diejenige thermische Leitfähigkeit, die der die Kunststoffmatrix bildende Kunststoff aufweist, beispielsweise größer als IW/mK ist, wobei die vorgenannten Merkmale jeweils einzeln oder in beliebiger Kombination vorgesehen sein können.Graphite, ceramic and / or metallic additives, and / or that the nanofiber material is a metal-free or essentially metal-free nanofiber material, in particular a nanofiber material without Ni, Fe and / or Co and / or a chemically and / or thermally pretreated nanofiber material, and / or or that the total proportion of the nanofiber material and any further constituents in the plastic matrix of the adhesive or bonding layer is selected such that the glass transition temperature of the adhesive or bonding material or the plastic matrix is at least 150 0 C and / or at least increased by 25% compared to the glass transition temperature of the plastic matrix forming plastic, for example epoxy, and / or that the total content of nanofiber material and any other additives about 25% by weight based on the total mass of the adhesive or Bonding layer is, and / or that the total amount of nanofiber material and any other additives is chosen so that a thickness of at least one adhesive or bonding layer is less than 25 microns possible, and / or that the total content of nanofiber material and ggs. further fillers is selected so that the thermal conductivity of the adhesive or bonding layer is greater by at least a factor of five than the thermal conductivity of the plastic matrix forming plastic, for example, greater than IW / mK, the above features each individually or can be provided in any combination.
In Weiterbildung der Erfindung ist das Verfahren zum Herstellen eines Verbundmaterials beispielsweise so ausgebildet, dass die Metallschicht oder Metallfolie und/oder das Trägersubstrat vor dem Bonden an ihren miteinander zu verbindenden Oberflächenseiten aufgeraut werden, und zwar vorzugsweise zur Erzielung einer Rauhigkeit von etwa 1μm bis 5μm für die Metallschicht oder -Folie und/oder zur Erzielung einer Rauhigkeit von etwa 4μm bis 10μm für das Trägersubstrat, und/oder dass die Oberflächenrauhigkeit mechanisch und/oder physikalisch und/oder chemisch erzeugt wird, beispielsweise durch Sandstrahlen und/oder durch Bimsen und/oder durch Korngrenzenätzen und/oder durch Plasmabehandlung und/oder durch Abscheiden einer Metallschicht bestehend aus dem Metall der Metallisierung und einem weiteren Metall und durch anschließendes Entfernen des weiteren Metalls durch Ätzen, und/oder dass ein Klebe- oder Bondmaterials, welches zusätzlich zu dem Nanofasermaterial weitere Zusätze, beispielsweise flammhemmende Zusätze, z.B. Halogenide, Bor- und/oder Nitridverbindungen usw. enthält, und/oder dass die über die Klebe- oder Bondschicht mit einer angrenzenden Schicht, beispielsweise mit dem Trägersubstrat verbundene Metallisierung strukturiert wird, und/oder dass das Klebe- oder Bondmaterial vollflächig auf den mit der Metallisierung zu versehenen Bereich der an die Metallisierung angrenzenden Schicht, beispielsweise des Trägersubstrats aufgebracht wird, und dass nach dem Strukturieren der Metallisierung die Klebe- oder Bondschicht zwischen den Metallbereichen der strukturierten Metallisierung entfernt wird, beispielsweise mechanisch, z.B. durch Sandstrahlen, durch Laserbehandlung oder Plasmabehandlung, und/oder dass das Klebe- oder Bondmaterial vor dem Aufbringen der wenigstens einen, zu strukturierenden Metallisierung in einer der Form und Lage der Metallbereiche der strukturierten Metallisierung entsprechenden Form und Lage auf die zu bondende Metallisierung oder auf die diese bildende Metallschicht und/oder auf den mit der Metallisierung zu versehenen Oberflächenbereich der angrenzenden Schicht, beispielsweise des Trägersubstrats aufgebracht wird, und/oder dass zur Erzeugung wenigstens einer strukturierten Metallisierung an einer Oberflächenseite einer anschließenden Schicht, beispielsweise an einer Oberflächenseite des Trägersubstrats das Layout oder die Metallbereiche der strukturierten Metallisierung bildende, beispielsweise durch Stanzen hergestellte Metallelemente oder -pads in einer der strukturierten Metallisierung entsprechenden Lage bereitgestellt und unter Verwendung des Klebe- und Bondmaterials mit der anschließenden Schicht verbunden werden, und/oder dass das Bereitstellen der Metallelemente oder -pads durch Anordnung dieser Elemente in einer Maske oder Form und/oder durch lagegenaues Aufbringen dieserIn a further development of the invention, the method for producing a composite material, for example, is designed so that the metal layer or metal foil and / or the carrier substrate are roughened before bonding to their surface sides to be joined, preferably to achieve a roughness of about 1 micron to 5 microns for the metal layer or film and / or to achieve a roughness of about 4 .mu.m to 10 .mu.m for the carrier substrate, and / or that the surface roughness mechanically and / or physically and / or chemically generated, for example by sandblasting and / or by pimples and / or by grain boundary etching and / or by plasma treatment and / or by depositing a metal layer consisting of the metal of the metallization and another metal and then removing the further metal by etching, and / or that an adhesive or bonding material, which in addition to the nanofiber material further additives, such as flame retardant additives, eg halides, boron and / or nitride compounds, etc., and or in that the metallization connected via the adhesive or bonding layer to an adjacent layer, for example to the carrier substrate, is structured, and / or that the adhesive or bonding material extends over the whole area onto the region of the metallization-adjacent layer, for example the carrier substrate is applied, and that after the structuring of the metallization, the adhesive or bonding layer between the metal regions of the structured metallization is removed, for example mechanically, for example by sandblasting, by laser treatment or plasma treatment, and / or that the adhesive or bonding material before application the at least one metallization to be patterned in a form and position corresponding to the shape and position of the metal regions of the structured metallization on the metallization to be bonded or on the metal layer forming it and / or on the surface region of the adjacent layer to be metallized, for example Carrier substrate is applied, and / or that for generating at least one structured metallization on a surface side of a subsequent layer, for example, on a surface side of the carrier substrate, the layout or the metal areas of the structured metallization forming, for example by punching metal elements or pads in one of the structured metallization be provided corresponding layer and be connected using the adhesive and bonding material with the subsequent layer, and / or that the provision of the metal elements or pads by arranging these elements in a mask or form and / or by applying the same
Elemente auf einen Hilfsträger oder ein Trägermaterial erfolgt, und/oder dass das Klebe- oder Bondmaterial vollflächig auf den mit der strukturierten Metallisierung zu versehenen Oberflächenbereich der angrenzenden Schicht aufgebracht wird, und dass nach dem Bonden, d.h. nach dem Abbinden und/oderElements on a subcarrier or a carrier material takes place, and / or that the adhesive or bonding material is applied over the entire surface of the provided with the structured metallization surface region of the adjacent layer, and that after bonding, i. after setting and / or
Aushärten des Klebe- oder Bondmaterials dieses zwischen den Metallbereichen der strukturierten Metallisierung entfernt wird, beispielsweise mechanisch, z.B.: durch Sandstrahlen, und/oder durch Laser- oder Plasmabehandlung, und/oder dass das Klebe- oder Bondmaterial auf die mit der strukturierten Metallisierung zu versehene Oberflächenseite der anschließenden Schicht in einer den Metallbereichen oder -pads der strukturierten Metallisierung entsprechenden Formgebung und Lage strukturiert und/oder auf die mit der angrenzenden Schicht zu verbindende Oberflächenseite der bereitgestellten Metallelemente aufgebracht wird, und/oder dass die wenigstens eine Metallisierung zumindest in Teilbereichen aus einer Schicht oder Folie aus Kupfer oder Aluminium oder aus einem metallischen Widerstandsmaterial besteht, und/oder dass die wenigstens eine Metallisierung zumindest in Teilbereichen aus Kupfer und/oder aus Aluminium und/oder einer metallischen Legierung, z.B. aus einer Kupferlegierung oder Aluminiumlegierung, und/oder aus einem metallischen Verbund- und/oder Mehrschichtmaterial, z.B. aus einem Aluminium/Kupfer- Mehrschichtmaterial, beispielsweise in Form einer metallischen Folie besteht, und/oder dass das Verbundmaterial nach dem Aufbringen der wenigstens einenCuring the adhesive or bonding material between the metal areas of the structured metallization is removed, for example mechanically, for example by sandblasting, and / or by laser or plasma treatment, and / or that the adhesive or bonding material to be provided with the structured metallization Surface side of the subsequent layer in a metal surfaces or pads of the patterned metallization corresponding shape and position structured and / or is applied to the connected to the adjacent layer surface side of the provided metal elements, and / or that the at least one metallization at least in partial areas of a Layer or foil made of copper or aluminum or of a metallic resistance material, and / or that the at least one metallization at least partially made of copper and / or aluminum and / or a metallic alloy, for example of a copper alloy or Alum iniumium alloy, and / or of a metallic composite and / or multilayer material, eg of an aluminum / copper multilayer material, for example in the form of a metallic foil, and / or that the composite material after applying the at least one
Metallisierung insbesondere auch zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit durchMetallization in particular also to improve the thermal conductivity by
Tempern nachbehandelt wird, und zwar beispielsweise bei einer Temperatur gleich oder höher als die zum Abbinden des Klebe- und Bondmaterials verwendeteAnnealing is, for example, at a temperature equal to or higher than that used for setting the adhesive and bonding material
Bondtemperatur, und/oder dass das Klebe- und Bondmaterial auf das Trägersubstrat unter Verwendung vonBonding temperature, and / or that the adhesive and bonding material on the carrier substrate using
Masken, insbesondere Lochmasken, Schablonen, Sieben, durch Sprühen, Walzen und/oder Spincoaten aufgebracht wird, und/oder dass das vollflächige und/oder strukturierte Aufbringen des Klebe- oderMasks, in particular shadow masks, stencils, screens, by spraying, rolling and / or spin coating is applied, and / or that the full-surface and / or structured application of the adhesive or
Bondmaterials unter Verwendung wenigstens einer Maske und/oder Schablone und/oder im Siebdruckverfahren erfolgt, und/oder dass das Bonden und/oder die Nachbehandlung bzw. das Tempern unter Druck erfolgen, und/oder dass das Anmischen des des Klebe- oder Bondmaterials und/oder das Bonden so erfolgen, dass die von dem Klebe- oder Bondmaterial gebildete Klebe- oderBonding material using at least one mask and / or stencil and / or by screen printing, and / or that the bonding and / or the aftertreatment or annealing are carried out under pressure, and / or that the mixing of the adhesive or bonding material and / or or the bonding done so that the adhesive or bonding material formed by the adhesive or bonding material
Bondschicht zumindest im fertig gestellten Verbundmaterial frei von Gas- und/oderBond layer at least in the finished composite material free of gas and / or
Dampfblasen, insbesondere Luftblasen ist, der Volumenanteil derartiger Blasen in der Klebe- oder Bondschicht bezogen auf das Gesamtvolumen dieser Schicht höchstens 0,1 Volumen% beträgt, und/oder dass die Klebe- oder Bondschicht auch pulverförmige Zusätze, wie Kohlenstoff,Vapor bubbles, in particular air bubbles, is the volume fraction of such bubbles in the adhesive or bonding layer based on the total volume of this layer is at most 0.1% by volume, and / or that the adhesive or bonding layer and powdery additives such as carbon,
Grafit und/oder Keramik und/oder metallische Zusätze enthält, und/oder dass das Nanofasermaterial ein metallfreies oder im Wesentlichen metallfreies Nanofasermaterial, insbesondere ein Nanofasermaterial ohne Ni, Fe und/oder Co und/oder ein chemisch und/oder thermisch vorbehandeltes Nanofasermaterial ist, und/oder dass der Gesamtanteil des Nanofasermaterials und eventueller weitererContains graphite and / or ceramic and / or metallic additives, and / or the nanofiber material is a metal-free or substantially metal-free nanofiber material, in particular a nanofiber material without Ni, Fe and / or Co and / or a chemically and / or thermally pretreated nanofiber material, and / or that the total proportion of the nanofiber material and any further
Bestandteile in der Kunststoff-Matrix der Klebe- oder Bondschicht derart gewählt ist, dass die Glastemperatur des Klebe- oder Bondmaterials bzw. der Kunststoff-Matrix wenigstens 1500C beträgt und/oder zumindest um 25% gegenüber der Glastemperatur des die Kunststoffmatrix bildenden Kunststoff, beispielsweise Epoxy erhöht ist, und/oder dass der Gesamtanteil an Nanofasermaterial und eventuellen weiteren Zusätzen etwa 25 Gewichts% bezogen auf die Gesamtmasse der Klebeoder Bondschicht beträgt, und/oder dass der Gesamtanteil an Nanofasermaterial und eventuellen weiteren Zusätzen so gewählt ist, dass eine Dicke der wenigstens einen Klebe- oder Bondschicht kleiner als 25 μm möglich ist, und/oder dass der Gesamtanteil an Nanofasermaterial sowie ggs. weiteren Füllstoffen so gewählt ist, dass die thermische Leitfähigkeit der Klebe- oder Bondschicht wenigstens um den Faktor Vier, vorzugsweise wenigstens um den Faktor Fünf größer ist als diejenige thermische Leitfähigkeit, die der die Kunststoffmatrix bildende Kunststoff ohne Nanofasermaterial sowie ggs. weiteren Füllstoffen aufweist, beispielsweise größer als 1 W/mK ist, wobei die vorgenannten Merkmale jeweils einzeln oder in beliebiger Kombination verwendet sein können.Components in the plastic matrix of the adhesive or bonding layer is selected such that the glass transition temperature of the adhesive or bonding material or the plastic matrix is at least 150 0 C and / or at least 25% compared to the glass transition temperature of the plastic matrix forming plastic, For example, epoxy is increased, and / or that the total content of nanofiber material and any further additives about 25% by weight based on the total mass of the adhesive or bonding layer, and / or that the total amount of nanofiber material and any other additives is selected so that a thickness of at least one adhesive or bonding layer smaller than 25 microns is possible, and / or that the total content of nanofiber material and ggs. further fillers is selected so that the thermal conductivity of the adhesive or bonding layer at least by a factor of four, preferably at least by a factor of five is greater than the thermal conductivity of the plastic matrix forming plastic without nanofiber material and ggs. has further fillers, for example, greater than 1 W / mK, wherein the aforementioned features may be used individually or in any combination.
In Weiterbildung der Erfindung ist das Bondmaterial beispielsweise so ausgebildet, dass das Nanofasermaterial ein Carbon-Nanofasermaterial ist, und/oder dass das Nanofasermaterial in einem Anteil von 5 bis 30 Gewichtsprozent in dem Klebe- oder Bondmaterial enthalten ist, und zwar bezogen auf das Gesamtgewicht diesesIn a further development of the invention, the bonding material is designed, for example, such that the nanofiber material is a carbon nanofiber material, and / or that the nanofiber material is present in an amount of from 5 to 30% by weight in the adhesive. or bonding material, based on the total weight of this
Materials, und/oder dass das Nanofasermaterial von Nanofasern und/oder Nanotubes gebildet ist, wobei vorzugsweise zumindest ein Großteil dieser Nanofasern oder Nanotubes eine Länge im Bereich zwischen etwa 1μm und 100μm und eine Dicke etwa imMaterial, and / or that the nanofiber material of nanofibers and / or nanotubes is formed, wherein preferably at least a majority of these nanofibers or nanotubes has a length in the range between about 1 .mu.m and 100 .mu.m and a thickness in the
Bereich zwischen 1 nm bis 300nm oder im Bereich zwischen etwa 50nm bisRange between 1 nm to 300nm or in the range between about 50nm to
150nm oder im Bereich zwischen etwa 1 nm bis 100nm, beispielsweise im Bereich von etwa 3nm bis 75nm besitzt, und/oder dass die Matrix eine solche auf Epoxy-Basis oder Epoxy-Harz-Basis ist, und/oder dass es weitere Zusätze, beispielsweise flammhemmende Zusätze, z.B. Halogenide oder Bor-Verbindungen enthält, und/oder dass das die Matrix bildende Kunststoffmaterial derart ausgewählt ist, dass es im ausgehärteten und/oder abgebundenem Zustand eine Temperaturfestigkeit von wenigstens 2200C aufweist, und/oder dass es pulverförmige Zusätze, wie Kohlenstoff, Grafit, Keramik und/oder metallische Zusätze enthält, und/oder dass das Nanofasermaterial ein metallfreies oder im Wesentlichen metallfreies150nm or in the range between about 1 nm to 100nm, for example in the range of about 3nm to 75nm, and / or that the matrix is epoxy based or epoxy resin based, and / or other additives, for example Flammhemmende additives, eg halides or boron compounds, and / or that the plastic material forming the matrix is selected such that it has a temperature resistance of at least 220 0 C in the cured and / or hardened state, and / or that it powdery additives, such as carbon, graphite, ceramic and / or metallic additives, and / or that the nanofiber material is a metal-free or substantially metal-free
Nanofasermaterial, insbesondere ein Nanofasermaterial ohne Ni, Fe und/oder Co und/oder ein chemisch und/oder thermisch vorbehandeltes Nanofasermaterial ist, und/oder dass der Gesamtanteil des Nanofasermaterials und eventueller weitererNanofiber material, in particular a nanofiber material without Ni, Fe and / or Co and / or a chemically and / or thermally pretreated nanofiber material, and / or that the total content of the nanofiber material and possibly further
Bestandteile derart gewählt ist, dass die Glastemperatur des Bondmaterials oderComponents is selected such that the glass transition temperature of the bonding material or
Klebers bzw. der Kunststoff-Matrix wenigstens 1500C beträgt und/oder wenigstens um 25% gegenüber der Glastemperatur des die Kunststoffmatrix bildenden Kunststoff, beispielsweise Epoxy erhöht ist, und/oder dass der Gesamtanteil an Nanofasermaterial und eventuellen weiteren Zusätzen etwa 25 Gewichts% bezogen auf die Gesamtmasse der Klebe- oder Bondschicht beträgt, und/oder dass der Gesamtanteil an Nanofasermaterial sowie ggs. weiteren Füllstoffen so gewählt ist, dass die thermische Leitfähigkeit des Bondmaterials oder Klebers wenigstens um den Faktor Fünf größer ist als diejenige thermische Leitfähigkeit, die der die Kunststoffmatrix bildende Kunststoff aufweist, beispielsweise größer als 1W/mK ist, wobei die vorgenannten Merkmale jeweils einzeln oder in beliebiger Kombination vorgesehen sein können.Adhesive or the plastic matrix is at least 150 0 C and / or at least 25% compared to the glass transition temperature of the plastic matrix forming Plastic, for example, epoxy is increased, and / or that the total content of nanofiber material and any other additives about 25% by weight based on the total mass of the adhesive or bonding layer, and / or that the total content of nanofiber material and ggs. further fillers is selected so that the thermal conductivity of the bonding material or adhesive is greater by at least a factor of five than the thermal conductivity of the plastic matrix forming plastic, for example, greater than 1W / mK, wherein the aforementioned features each individually or in Any combination can be provided.
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:
Fig. 1 in vereinfachter Darstellung und im Schnitt ein Metall-Keramik- Verbundmaterial in Form eines Metall-Keramik-Substrates gemäß derFig. 1 in a simplified representation and in section a metal-ceramic composite material in the form of a metal-ceramic substrate according to the
Erfindung; Fig. 2 in vergrößerter Teildarstellung die Kleber- oder Bondschicht zwischen einerInvention; Fig. 2 in an enlarged partial view of the adhesive or bonding layer between a
Metallisierung und einem Trägersubstrat in Form eines Keramiksubstrats desMetallization and a carrier substrate in the form of a ceramic substrate of the
Metall-Keramik-Substrats der Figur 1 ; Fig. 3 in vereinfachter Darstellung und in Seitenansicht ein gewölbtes Metall- Keramik-Substrat;Metal-ceramic substrate of Figure 1; Fig. 3 in a simplified representation and in side view of a curved metal-ceramic substrate;
Fig. 4 - 8 jeweils in vereinfachter Darstellung verschiedene Verfahrensschritte bei der Herstellung eines Metall-Keramik-Substrates mit strukturierter Metallisierung an der Substratoberseite;4 to 8 each show a simplified representation of different process steps in the production of a metal-ceramic substrate with structured metallization on the substrate top side;
Fig. 9 in vereinfachter Darstellung eine Draufsicht auf eine Teillänge eines Leadframes zusammen mit an dem Leadframe vorgesehenen Metall- Keramik-Substraten;9 shows a simplified representation of a plan view of a partial length of a leadframe together with metal-ceramic substrates provided on the leadframe;
Fig. 10 in vereinfachter Darstellung und im Schnitt eines der an dem Leadframe vorgesehenen Metall-Keramik-Substrate;10 shows a simplified representation and in section of one of the leadframe provided on metal-ceramic substrates.
Fig. 11 in vereinfachter Darstellung und in Seitenansicht ein aus zwei Metall- Keramik-Substraten bestehendes Mehrfachsubstrat;11 is a simplified representation in side view of a two metal-ceramic substrates existing multiple substrate.
Fig. 12 in vergrößerter Schnittdarstellung das Keramiksubstrat zusammen mit einem strukturierten Metallbereich; Fig. 13 in vereinfachter Darstellung die Form eines strukturierten Auftrags desFIG. 12 shows an enlarged sectional view of the ceramic substrate together with a structured metal region; FIG. Fig. 13 in a simplified representation of the form of a structured order of
Klebe- oder Bondmaterials zum Bonden einer Metallisierung, vorzugsweise einer strukturierten Metallisierung;Adhesive or bonding material for bonding a metallization, preferably a structured metallization;
Fig. 14 in schematischer Teildarstellung und in Draufsicht eine Maske zum dosierten Aufbringen des die Kleber- oder Bondschicht bildenden Kleber- bzw. Bondmaterials;14 is a schematic partial representation and in plan view a mask for the metered application of the adhesive or bonding layer forming adhesive or bonding material.
Fig. 15 in schematischer Darstellung und in Seitenansicht eine Messanordnung zur Bestimmung der Haftfestigkeit (Peel-off-Festigkeit) der auf die Trägerschicht aufgebrachten Metallisierung.15 is a schematic representation in side view of a measuring arrangement for determining the adhesive strength (peel-off strength) of the applied to the carrier layer metallization.
Das in der Figur 1 allgemein mit 1 bezeichnete Metall-Keramik-Verbundmaterial bzw. Metall-Keramik-Substrat, welches als Leiterplatte für elektrische Schaltkreise oder Module geeignet ist, besteht im Wesentlichen aus einem plattenförmigen Trägersubstrat 2 in Form eines Keramik-Substrats aus einer Aluminiumoxid-Keramik, Aluminiumnitrid-Keramik oder Siliziumnitrid-Keramik. Auf beiden Oberflächenseiten des Substrates ist jeweils eine von einer Metallfolie, beispielsweise von einer Folie aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildete Metallisierung 3 und 4 vorgesehen, die über eine von einem Kleber oder Bondmaterial gebildete Kleber- oder Bondschicht 5 flächig mit dem Substrat 2 verbunden ist. Bei der in der Figur 1 dargestellten Ausführungsform ist das Metall-Keramik-Substrat symmetrisch zu einer gedachten Substrat-Mittelebene ausgebildet, und zwar dadurch, dass beide Metallisierungen 3 und 4 sowie auch die beiden Kleber- und Bondschichten 5 jeweils gleiche Dicke aufweisen, die beiden Metallisierungen 3 und 4 jeweils aus demselben Metall, nämlich Kupfer bestehen und auch für die Kleber- und Bondschichten 5 dasselbe Kleber- oder Bondmaterial verwendet ist.The metal-ceramic composite material or metal-ceramic substrate generally designated 1 in FIG. 1, which is suitable as a printed circuit board for electrical circuits or modules, essentially consists of a plate-shaped carrier substrate 2 in the form of a ceramic substrate made of an aluminum oxide Ceramic, aluminum nitride ceramic or silicon nitride ceramic. On both surface sides of the substrate, a metallization 3 and 4 formed by a metal foil, for example by a foil made of copper or a copper alloy, is provided, which is connected to the substrate 2 over an adhesive or bonding layer 5 formed by an adhesive or bonding material. In the embodiment illustrated in FIG. 1, the metal-ceramic substrate is formed symmetrically with respect to an imaginary substrate center plane, specifically in that both metallizations 3 and 4 as well as the two adhesive and bonding layers 5 each have the same thickness, the two Metallizations 3 and 4 are each made of the same metal, namely copper and also for the adhesive and bonding layers 5 the same adhesive or bonding material is used.
Das Kleber- oder Bondmaterial für die Kleber- oder Bondschichten 5 steht im Wesentlichen aus einer als Kleber geeigneten Kunststoff-Matrix, die u.a. Carbon- Nanofasermaterial enthält, beispielsweise bezogen auf das Gesamtgewicht des Kleber- oder Bondmaterials einen Anteil von etwa 5 - 30 Gewichts% Nanofasermaterial, sowie gegebenenfalls noch weitere Zusätze beispielsweise in Form von thermisch leitenden Stoffen, z.B. Graphen und/oder Graphit und/oder in Form von flammhemmenden Zusätzen, wie z.B. Halogenide, Bor-Verbindungen, wobei aber bereits das Nanofasermaterial flammhemmend wirkt, auf einen weiteren flammhemmenden Zusatz als grundsätzlich verzichtet werden kann.The adhesive or bonding material for the adhesive or bonding layers 5 essentially consists of a plastic matrix suitable as an adhesive, which i.a. Carbon nanofiber material contains, for example, based on the total weight of the adhesive or bonding material, a proportion of about 5 to 30% by weight of nanofiber material, and optionally further additives, for example in the form of thermally conductive substances, e.g. Graphene and / or graphite and / or in the form of flame retardant additives, e.g. Halides, boron compounds, but already the nanofiber material acts flame retardant, can be dispensed with a further flame retardant additive as a matter of principle.
Bei eine bevorzugten Ausführungsform besteht das Nanofasermaterial zumindest im Wesentlichen aus einer unter der Bezeichnung „Pyrograph III" im Handel erhältlichen Carbon-Nanofaser. Diese wird vor dem Einmischen in die Matrix und gegebenenfalls vor einer Vorbehandlung bei 30000C ausgeheizt.In a preferred embodiment, the nanofiber material consists at least essentially of a carbon nanofiber commercially available under the name "Pyrograph III." This is baked out at 3000 ° C. prior to mixing into the matrix and, if appropriate, prior to pretreatment.
Das für die Matrix verwendete Material ist so ausgewählt, dass die jeweilige Klebeoder Bondschicht 5, die beispielsweise bei Raumtemperatur oder bei einer erhöhten Temperatur, beispielsweise bei einer Temperatur im Bereich zwischen 1200C und 1800C ausgehärtet wird, eine ausreichend hohe thermische Stabilität bzw. eine ausreichend hohe Zersetzungstemperatur aufweist, sodass das Metall-Keramik-Substrat 1 bei der Verwendung als Leiterplatte auch bei den hohen Löttemperaturen im Bereich von etwa 265 - 345°C noch stabil ist, wie sie die heute üblichen Elektroniklote, beispielsweise auf Sn/Ag-, Sn/Cu- oder Sn/Ag/Cu-Basis erfordern. Für die Matrix ist somit ein Kunststoffmaterial zweckmäßig, welches wenigstens bei 3500C über 5 Minuten stabil ist. Da aber beim Löten die jeweilige Löttemperatur nur kurzzeitig zur Anwendung kommt, ist eine Temperaturfestigkeit der Klebe- oder Bondschicht wenigstens 2200C ausreichend.The material used for the matrix is selected so that the respective adhesive or bonding layer 5, which is cured, for example, at room temperature or at an elevated temperature, for example at a temperature in the range between 120 0 C and 180 0 C, a sufficiently high thermal stability or one sufficiently high decomposition temperature, so that the metal-ceramic substrate 1 is still stable when used as a printed circuit board at the high soldering temperatures in the range of about 265 - 345 ° C, as they are today's electronic solders, for example on Sn / Ag, Sn / Cu or Sn / Ag / Cu base require. For the matrix thus a plastic material is appropriate, which is stable at least at 350 0 C for 5 minutes. However, since the soldering temperature is only used for a short time when soldering, a temperature resistance of the adhesive or bonding layer is at least 220 0 C sufficient.
Als Matrixmaterial eignet sich in erster Linie ein Kunststoff auf Epoxy-Basis bzw. Epoxy- Harz. Um u.a. ein optimales Einbinden des Nanofasermaterials in das Matrixmaterial zu erreichen, wird beispielsweise ein Lösungsmittel verwendet. Hierfür eignet sich insbesondere triethyleneglycol monobutylether.The matrix material is primarily a plastic based on epoxy or epoxy resin. To u.a. To achieve optimum incorporation of the nanofiber material in the matrix material, for example, a solvent is used. Triethyleneglycol monobutyl ether is particularly suitable for this purpose.
Die Dicke des Substrates 2 liegt beispielsweise im Bereich zwischen 0,1 bis 1,2 mm, beispielsweise im Bereich zwischen 0,38 und 1 mm. Die Dicke der Metallisierungen bzw. der diese Metallisierungen 3 und 4 bildenden Metall- oder Kupferschichten oder -folien kann grundsätzlich beliebig gewählt werden, beispielsweise im Bereich zwischen 0,01 mm und 4mm.The thickness of the substrate 2 is for example in the range between 0.1 to 1.2 mm, for example in the range between 0.38 and 1 mm. In principle, the thickness of the metallizations or of the metal or copper layers or foils forming these metallizations 3 and 4 can be chosen arbitrarily, for example in the range between 0.01 mm and 4 mm.
Die Dicke der jeweiligen Klebe- oder Bondschicht 5 ist beispielsweise so gewählt, dass der thermische Widerstand, den die Bondschicht 5 in einer Achsrichtung senkrecht zu den Oberflächenseiten des Metall-Keramik-Substrates 1 aufweist, kleiner oder aber höchstens gleich dem thermischen Widerstand ist, den das Substrat 2 in dieser Achsrichtung besitzt. Für die beiden Klebe- oder Bondschichten 5 ergibt sich hiermit, auch unter Berücksichtigung des durch den hohen Anteil an Carbon-Nanofasermaterial erheblich reduzierten Wärmewiderstand eine Schichtdicke von maximal 50 μm und dabei bevorzugt eine Schichtdicke kleiner 25//m, z.B. etwa im Bereich zwischen 5μm und 25μm. Die angestrebte Reduzierung des Wärmewiderstandes für die Klebe- oder Bondschichten 5 ist allerdings nur dann erreichbar, wenn trotz der stark reduzierten Dicke der Bondschichten 5 bzw. trotz des stark reduzierten Abstandes zwischen den einander zugewandten Oberflächenseiten des Substrates 2 und der jeweiligen Metallisierung 3 bzw. 4 die einzelnen Nanofasern oder Nanotubes des Carbon-The thickness of the respective adhesive or bonding layer 5 is selected, for example, such that the thermal resistance that the bonding layer 5 has in an axial direction perpendicular to the surface sides of the metal-ceramic substrate 1 is less than or at most equal to the thermal resistance has the substrate 2 in this axial direction. For the two adhesive or bonding layers 5, this also results in a layer thickness of not more than 50 μm, even taking into account the considerably reduced thermal resistance due to the high proportion of carbon nanofiber material, and preferably a layer thickness of less than 25 μm, for example in the range between 5 μm and 25μm. The desired reduction of the thermal resistance for the adhesive or bonding layers 5, however, can only be achieved if, despite the greatly reduced thickness of the bonding layers 5 or despite the greatly reduced distance between the mutually facing surface sides of the substrate 2 and the respective metallization 3 and 4 respectively the individual nanofibers or nanotubes of the carbon
Nanofasermaterials so orientiert sind, dass sie mit ihrer Längserstreckung eine Wärme leitende Brücke zwischen den einander zugewandten Oberflächenseiten des Substrates 2 und der Metallisierung 3 bzw. 4 bilden, d.h. zumindest nicht zum größeren Teil parallel oder im Wesentlichen parallel zu diesen Oberflächenseiten orientiert sind. Um dies trotz des geringen Abstandes zwischen dem Substrat 2 und der jeweiligen Metallisierung 3 bzw. 4 zu erreichen, sind die einander zugewandten Oberflächenseiten entsprechend der Figur 2 mit einer Rauhigkeit ausgebildet, und zwar die Metallisierungen 3 und 4 bzw. die diese Metallisierungen bildenden Kupferfolien mit einer Oberflächenrauhigkeit R3/4 im Bereich zwischen etwa 1//m und 7//m und das Substrat 2 mit einer Oberflächenrauhigkeit R2 im Bereich zwischen etwa 4//m und 10μm, sodass sich auch Nanofasern oder Nanotubes größerer Länge in der für eine optimale Wärmeübertragung und damit für eine Reduzierung des Wärmewiderstandes optimalen Weise innerhalb der von der Rauhigkeit erzeugten Ausnehmungen in Richtung der Dicke der jeweiligen Klebe- oder Bondschicht 5 orientieren können, wie es in der Figur 2 mit den dortigen Linien 6 schematisch angedeutet ist.Nanofasermaterials are oriented so that they form with their longitudinal extent a heat-conducting bridge between the facing surface sides of the substrate 2 and the metallization 3 and 4, i. at least not oriented to a greater extent parallel or substantially parallel to these surface sides. In order to achieve this despite the small distance between the substrate 2 and the respective metallization 3 and 4, the mutually facing surface sides are formed according to the figure 2 with a roughness, namely the metallizations 3 and 4 or the copper foils forming these metallizations a surface roughness R3 / 4 in the range between about 1 // m and 7 // m and the substrate 2 with a surface roughness R2 in the range between about 4 // m and 10 microns, so that also nanofibers or nanotubes of greater length in the for optimal Heat transfer and thus optimal for a reduction of the thermal resistance within the recesses generated by the roughness in the direction of the thickness of the respective adhesive or bonding layer 5 can, as is schematically indicated in Figure 2 with the local lines 6.
Die Oberflächenrauhigkeit, insbesondere auch der Metallisierungen 3 und 4 kann auf unterschiedlichste Weise erzeugt werden, beispielsweise durch eine mechanische und/oder physikalische und/oder chemische Bearbeitung, z.B. durch Sandstrahlen und/oder durch Bimsen, d.h. durch Behandeln der betreffenden Oberfläche mit Partikeln aus Bimsstein, und/oder Plasmabehandlung und/oder durch Korngrenzenätzen oder aber durch Abscheiden einer Kupfer sowie wenigstens ein weiteres Metall enthaltenden Verbindung auf der mit der Aufrauung zu versehenen Oberflächenseite und durch anschließendes Entfernen des weiteren Metalls durch Ätzen.The surface roughness, in particular also of the metallizations 3 and 4, can be produced in many different ways, for example by mechanical and / or physical and / or chemical treatment, for example by sandblasting and / or by pimpling, ie by treating the relevant surface with pumice particles , and / or plasma treatment and / or by grain boundary etching or by depositing a copper and at least one further metal-containing compound on the provided with the roughening Surface side and then removing the other metal by etching.
Durch die Oberflächenrauhigkeit des Substrats 2 und der Metallisierungen 3 wird weiterhin auch eine verbesserte Benetzung dieser Oberflächen beim Aufbringen des Klebe- und Bondmittels sowie eine verbesserte Festigkeit der Verbindung zwischen dem Keramiksubstrat und der jeweiligen Metallisierung erreicht, beispielsweise eine Haftfestigkeit oder Peel-Off-Festigkeit von wenigstens 1 N/mm, vorzugsweise von wenigstens 2,5 N/mm. Diese hohe Haftfestigkeit ist ebenfalls entscheidend durch die Orientierung des Nanofasermaterials quer zur Klebe- oder Bonschicht 5 bedingt.The surface roughness of the substrate 2 and of the metallizations 3 furthermore results in improved wetting of these surfaces during the application of the adhesive and bonding agent and improved strength of the bond between the ceramic substrate and the respective metallization, for example adhesive strength or peel-off strength of at least 1 N / mm, preferably at least 2.5 N / mm. This high adhesive strength is also decisive due to the orientation of the nanofiber material transversely to the adhesive or bonding layer 5.
Der Wärmeausdehnungskoeffizient des Metall-Keramik-Substrates 1 ist gegenüber dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des für die Metallisierungen 3 und 4 verwendeten metallischen Materials, beispielsweise des Kupfers, stark reduziert und entspricht in etwa dem Wärmeausdehnungskoeffizienten von Halbleitermaterial. Dies wird dadurch erreicht, dass die Klebe- und Bondschichten 5 durch das Nanofasermaterial äußerst stabil sind und über dieses Nanofasermaterial auch eine äußerst stabile Anbindung der Metallisierungen 3 und 4 an das Substrat 2 besteht, sodass der thermische Ausdehnungskoeffizient des Metalls der Metallisierungen 3 und 4 sowohl durch das Nanofasermaterial, als auch insbesondere durch das Keramikmaterial des Substrates 2 stark reduziert wird.The coefficient of thermal expansion of the metal-ceramic substrate 1 is greatly reduced compared with the coefficient of thermal expansion of the metallic material used for the metallizations 3 and 4, for example of the copper, and approximately corresponds to the thermal expansion coefficient of semiconductor material. This is achieved in that the adhesive and bonding layers 5 are extremely stable due to the nanofiber material and also an extremely stable connection of the metallizations 3 and 4 to the substrate 2 via this nanofiber material, so that the thermal expansion coefficient of the metal of the metallizations 3 and 4 both is greatly reduced by the nanofiber material, and in particular by the ceramic material of the substrate 2.
Es kann nicht verhindert werden, dass zumindest ein Teil der Nanofasern oder der Nanotubes des Carbon-Nanofasermaterials insbesondere auch außerhalb der Ausnehmungen der Oberflächenrauhigkeit zwischen den einander zugewandten Oberflächenseiten des Substrats 2 und der Metallisierungen 3 und 4 mit der Längserstreckung parallel oder im Wesentlichen parallel zu diesen Oberflächenseiten orientiert ist. Da die Nanofasern oder Nanotubes aber einen extrem kleinen Durchmesser aufweisen, kann auch dann, wenn zufällig mehrere Nanofasern oder Nanotubes übereinander liegen, der äußerst geringe Abstand zwischen den einander zugewandten Oberflächenseiten des Substrats 2 und der jeweiligen Metallisierung 3 bzw. 4 von nur 50 μm oder 5μm bis 25μm eingehalten werden.It can not be prevented that at least some of the nanofibers or the nanotubes of the carbon nanofiber material, in particular outside the recesses of the surface roughness between the mutually facing surface sides of the substrate 2 and the metallizations 3 and 4 with the longitudinal extent parallel or substantially parallel to these Surface pages is oriented. However, since the nanofibers or nanotubes have an extremely small diameter, even if by chance several nanofibers or nanotubes are stacked on top of each other, the extremely small distance between them can occur facing surface sides of the substrate 2 and the respective metallization 3 or 4 of only 50 microns or 5μm to 25μm are met.
Das Aushärten des die Klebe- oder Bondschichten 5 bildenden Materials kann beispielsweise bei Raumtemperatur oder aber bei einer erhöhten Temperatur, beispielsweise bei einer Temperatur zwischen Raumtemperatur und 1200C - 1800C erfolgen, beispielsweise in einem Ofen (auch Tunnelofen), unter Druck in einer beheizten Presse, durch Induktion, durch Wärmestrahlung usw. Im Anschluss daran erfolgt bevorzugt eine Nachbehandlung durch Tempern bei einer erhöhten Tempertemperatur über eine längere Zeitdauer, beispielsweise bei einer Temperatur zumindest höher als die maximale Temperatur, die bei der späteren Verwendung des Substrats als Leiterplatte in einem Schaltkreis oder Modul auftritt. Durch die Nachbehandlung kann u.a. die Wärmeleitfähigkeit verbessert, d.h. erhöht werden, beispielsweise um etwa 50%.The curing of the adhesive or bonding layers 5 forming material can for example be at room temperature or at an elevated temperature, for example at a temperature between room temperature and 120 0 C - 180 0 C, for example in an oven (also tunnel kiln), under pressure in a heated press, by induction, by thermal radiation, etc. Subsequently, a post-treatment is preferably carried out by annealing at an elevated annealing temperature over a longer period of time, for example at a temperature at least higher than the maximum temperature, in the subsequent use of the substrate as a printed circuit board in a circuit or module occurs. By the aftertreatment, among other things, the thermal conductivity can be improved, ie increased, for example by about 50%.
Speziell bei einem Aushärten des Klebe- oder Bondmaterials bei erhöhter Temperatur und bei einem Aufbringen nur einer Metallisierung, beispielsweise nur der Metallisierung 3 auf der Oberseite des Substrates 2 oder aber bei Verwendung von unterschiedlich dicken Metall- oder Kupferfolien für die Metallisierungen 3 und 4 kann gezielt eine Wölbung für das Metall-Keramik-Substrat 1 erreicht werden, wie dies in der Figur 3 schematisch dargestellt ist. Diese Wölbung rührt daher, dass sich das metallische Material bzw. Kupfer der Metallisierung 3 an der Oberseite des Substrates 2 beim Erhitzen stärker als das Keramikmaterial des Substrates 2 ausdehnt und sich nach dem Abbinden der Klebe- oder Bondschicht 5 und dem anschließenden Abkühlen stärker als die Substrat 2 zusammenzieht, sodass sich eine konkaveEspecially when curing the adhesive or bonding material at elevated temperature and when applying only one metallization, for example, only the metallization 3 on top of the substrate 2 or when using different thickness metal or copper foils for the metallizations 3 and 4 can targeted a curvature for the metal-ceramic substrate 1 can be achieved, as shown schematically in Figure 3. This curvature is due to the fact that the metallic material or copper of the metallization 3 on the upper side of the substrate 2 when heating expands more strongly than the ceramic material of the substrate 2 and stronger after the setting of the adhesive or bonding layer 5 and the subsequent cooling Substrate 2 contracts so that a concave
Wölbung des Metall-Keramik-Substrates 1 an der von der Metallisierung 3 gebildeten Oberseite ergibt. Ist eine Wölbung nicht erwünscht, so kann diese durch die vorstehend beschriebene symmetrische Ausbildung des Metall-Keramik-Substrates, aber auch bei nicht symmetrischer Ausbildung dadurch vermieden werden, dass das Aushärten der Klebe- oder Bondschichten 5 bei reduzierter Temperatur, beispielsweise bei Raumtemperatur erfolgt.Curvature of the metal-ceramic substrate 1 at the top formed by the metallization 3 results. If a curvature is not desired, this can be avoided by the above-described symmetrical design of the metal-ceramic substrate, but also in non-symmetrical design that the Curing the adhesive or bonding layers 5 at a reduced temperature, for example, at room temperature.
Damit das Metall-Keramik-Substrat 1 als Leiterplatte für elektrische Schaltungen oder Module geeignet ist, ist es erforderlich, zumindest eine der beiden Metallisierungen, beispielsweise die Metallisierung 3 zur Ausbildung von Leiterbahnen, Kontaktflächen, Montageflächen usw. zu strukturieren.In order for the metal-ceramic substrate 1 to be suitable as a printed circuit board for electrical circuits or modules, it is necessary to structure at least one of the two metallizations, for example the metallization 3 for the formation of printed conductors, contact surfaces, mounting surfaces, etc.
Die Figuren 4 - 7 zeigen verschiedene Verfahren für die Herstellung des Metall- Keramik-Substrates 1 mit der strukturierten Metallisierung 3, wobei in diesen Figuren der einfachen Darstellung wegen das Bonden der Metallisierung 4 nicht dargestellt ist, welches beispielsweise gleichzeitig mit dem Bonden der Metallisierung 3 und/oder zu einem anderen Zeitpunkt des Verfahrens erfolgt, z.B. erst nach der vollständigen Herstellung der strukturierten Metallisierung 3 mit den Metallbereichen 3.1 an der Oberseite des Metall-Keramik-Substrats 1.FIGS. 4 to 7 show different methods for the production of the metal-ceramic substrate 1 with the structured metallization 3, wherein in these figures the bonding of the metallization 4 is not shown for the sake of simplicity, which for example occurs simultaneously with the bonding of the metallization 3 and / or at a different time of the procedure, eg only after the complete production of the structured metallization 3 with the metal regions 3.1 on the upper side of the metal-ceramic substrate 1.
Bei dem in der Figur 4 dargestellten Verfahren wird auf die Oberseite des Substrats 2 zunächst die Klebe- oder Bondschicht 5 mit der erforderlichen Dicke aufgebracht (Position a). Im Anschluss daran wird die Metallisierung 3 bzw. die diese Metallisierung bildende Kupferschicht unstrukturiert aufgelegt (Position b). In einem nächsten Verfahrensschritt erfolgt nach dem Aushärten der Klebe- oder Bondschicht 5 die Strukturierung der Metallisierung 3 zur Bildung der strukturierten Metallflächen oder -bereiche 3.1 bzw. der Leiterbahnen, Kontaktflächen, Montageflächen usw., und zwar beispielsweise mit Hilfe einer bekannten Maskierungs- und Ätztechnik (Position c). In einem weiteren Verfahrensschritt werden dann die nicht benötigten Reste derIn the method illustrated in FIG. 4, the adhesive or bonding layer 5 having the required thickness is first applied to the upper side of the substrate 2 (position a). Following this, the metallization 3 or the copper layer forming this metallization is placed unstructured (position b). In a next method step, after curing of the adhesive or bonding layer 5, the structuring of the metallization 3 to form the structured metal surfaces or regions 3.1 or the printed conductors, contact surfaces, mounting surfaces, etc. takes place, for example with the aid of a known masking and etching technique (Position c). In a further process step then the unneeded residues of
Klebe- oder Bondschicht 5 zwischen den einzelnen strukturierten Metallbereichen 3.1 , d.h. dort, wo sie nicht von einem strukturierten Metallbereich 3.1 abgedeckt ist entfernt, und zwar beispielsweise durch Sandstrahlen oder durch eine Plasmabehandlung, so dass das Klebe- oder Bondmaterial nur noch als strukturierte Klebe- oder Bondschicht 5.1 unter den Metallbereichen 3.1 vorhanden ist. In weiteren Verfahrensschritten erfolgt dann noch eine Nachbehandlung, beispielsweise durch Tempern und/oder durch Entgraten und/oder durch Aufbringen einer Oberflächenschicht aus Nickel und/oder Gold auf die Oberseite der strukturierten Metallbereiche 3.1.Adhesive or bonding layer 5 between the individual structured metal areas 3.1, ie where it is not covered by a structured metal area 3.1 removed, for example by sandblasting or by a plasma treatment, so that the adhesive or bonding material only as a structured adhesive or bonding layer 5.1 is present under the metal areas 3.1. In further process steps, a further treatment then takes place, for example by tempering and / or by deburring and / or by applying a surface layer of nickel and / or gold to the upper side of the structured metal regions 3.1.
Die Figur 5 zeigt eine weitere Möglichkeit der Herstellung des Metall-Keramik- Substrates mit der strukturierten Metallisierung 3. Bei diesem Verfahren wird auf das Substrat 2 die Klebe- oder Bondschicht 5 strukturiert aufgebracht, und zwar derart, dass sich die Klebe- und Bondschicht 5 bzw. deren strukturierte Bereiche 5.1 lediglich dort befinden, wo später ein strukturierter Metallbereich 3.1 vorgesehen ist (Position a). Im Anschluss daran wird die die Metallisierung 3 bildende Metallfolie unstrukturiert aufgelegt und durch Aushärten der strukturierten Bereiche 5.1 mit dem Substrat 2 verbunden (Position b). In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt dann beispielsweise mit Hilfe einer Maskierungs- und Ätztechnik das Strukturieren der Metallisierung 3, d.h. die Bildung der strukturierten Metallbereiche 3.1 in der Form, dass die strukturierte Metallbereiche 3.1 über das ausgehärtete strukturierte Klebe- und Bondmaterial 5.1 mit dem Substrat 2 verbunden sind.FIG. 5 shows a further possibility of producing the metal-ceramic substrate with the structured metallization 3. In this method, the adhesive or bonding layer 5 is applied in a structured manner to the substrate 2 in such a way that the adhesive and bonding layer 5 or their structured areas 5.1 are located only where later a structured metal area 3.1 is provided (position a). Subsequently, the metallization 3 forming metal foil is placed unstructured and connected by curing of the structured areas 5.1 with the substrate 2 (position b). In a further method step, the structuring of the metallization 3 then takes place, for example with the aid of a masking and etching technique, i. the formation of the structured metal regions 3.1 in the form that the structured metal regions 3.1 are connected to the substrate 2 via the cured structured adhesive and bonding material 5.1.
Das strukturierte Aufbringen des Klebe- oder Bondmaterials erfolgt beispielsweise unter Verwendung wenigstens einer Maske, durch Siebdrucken oder auf andere geeignete Weise. Nach dem Strukturieren der Metallisierung 3 können sich wiederum weitere Verfahrensschritte einer Nachbehandlung anschließen, wie dies vorstehend im Zusammenhang mit der Figur 4 beschrieben wurde.The structured application of the adhesive or bonding material takes place, for example, using at least one mask, by screen printing or in another suitable manner. After the structuring of the metallization 3, further process steps of a subsequent treatment may in turn follow, as has been described above in connection with FIG.
In der Figur 6 sind die wesentlichen Verfahrensschritte eines besonders umweltfreundlichen und rationellen Verfahrens dargestellt. Bei diesem Verfahren werden zunächst aus einer Metall- oder Kupferfolie beispielsweise durch Stanzen Metallelemente oder -pads 3.2 erzeugt, die in ihrer Formgebung dem Layout der strukturierten Metallisierung 3 bzw. den strukturierten Metallbereichen 3.1 entsprechen (Position a). Die Metallelemente 3.2 werden dann in eine Form oder Maske 7 bzw. in dort vorgesehene Vertiefungen 8 eingelegt, wobei diese Vertiefungen in ihrer Formgebung an die Formgebung der Metallelemente 3.2 derart angepasst sind, dass jedes Metallelement 3.2 in der ihm zugehörigen Vertiefung 8 formschlüssig aufgenommen ist. Das Einbringen der Metallelemente 3.2 erfolgt beispielsweise durch zunächst willkürliches Auflegen auf die Maske 7 und durch anschließendes Schütteln der Maske 7 in der Weise, dass schließlich jedes Metallelement 3.2 in der passenden Vertiefung 8 aufgenommen ist und über die die Vertiefungen 8 aufweisende Oberseite der Maske 7 vorsteht (Position b).FIG. 6 shows the essential method steps of a particularly environmentally friendly and efficient method. In this method, metal elements or pads 3.2 are first produced from a metal or copper foil, for example by stamping, the shape of which corresponds to the layout of the structured metallization 3 or the structured metal areas 3.1 correspond (position a). The metal elements 3.2 are then inserted into a mold or mask 7 or in recesses 8 provided there, wherein these depressions are adapted in their shape to the shape of the metal elements 3.2 such that each metal element 3.2 is received positively in its associated recess 8. The introduction of the metal elements 3.2, for example, by first arbitrarily laying on the mask 7 and then shaking the mask 7 in such a way that finally each metal element 3.2 is received in the matching recess 8 and projects beyond the recesses 8 having top of the mask 7 (Position b).
Das Substrat 2 wird ganzflächig mit der Klebe- oder Bondschicht 5 versehen (Position c) und dann anschließend gewendet und mit der Klebe- und Bondschicht 5 von oben her auf die Maske 7 bzw. auf die in dieser gehaltenen Metallelemente 3.2 aufgesetzt (Position d). Nach dem Aushärten bzw. Abbinden der Klebe- oder Bondschicht 5 wird die Maske 7 entfernt, so dass dann die die strukturierten Metallisierungen 3.1 bildenden Metallelemente 3.2 an dem Substrat 2 über die durchgehende Klebe- oder Bondschicht 5 gehalten sind und nach dem Wenden des Substrats 2 der in der Position e dargestellte Zustand erreicht ist. In einem weiteren Verfahrensschritt wird die Klebeoder Bondschicht 5 zwischen den strukturierten Metallbereichen 3.1 entfernt, beispielsweise wiederum durch Sandstrahlen und/oder durch eine Plasmabehandlung (Position f), so dass die Metallbereiche 3.1 wieder über die strukturierte Klebe- und Bondschicht 5.1 an dem Keramiksubstrat gehalten sind. In weiteren Verfahrensschritten erfolgt dann beispielsweise wiederum eine Nachbehandlung, wie dies vorstehend im Zusammenhang mit der Figur 4 beschrieben wurde.The substrate 2 is provided over the whole area with the adhesive or bonding layer 5 (position c) and then subsequently turned and placed with the adhesive and bonding layer 5 from above onto the mask 7 or onto the metal elements 3.2 held therein (position d). , After curing or setting of the adhesive or bonding layer 5, the mask 7 is removed, so that then the structured metalizations 3.1 forming metal elements 3.2 are held on the substrate 2 via the continuous adhesive or bonding layer 5 and after turning the substrate. 2 the state shown in the position e is reached. In a further method step, the adhesive or bonding layer 5 between the structured metal regions 3.1 is removed, for example by sandblasting and / or by a plasma treatment (position f), so that the metal regions 3.1 are again held on the ceramic substrate via the structured adhesive and bonding layer 5.1 , In further process steps, for example, an after-treatment is again carried out, as described above in connection with FIG. 4.
Dieses Verfahren ist besonders rationell und umweltschonend, da ein Entfernen von Metall oder Kupfer durch Ätzen zur Erzielung der strukturierten Metallbereiche 3.1 nicht erforderlich ist, die die späteren strukturierten Metallbereiche 3.1 bildenden Metallelemente oder -pads 3.2 vielmehr zeitsparend durch Stanzen erzeugt werden und auch aufwendig aufzubereitende und/oder zu entsorgende Ätzrückstände nicht entstehen.This method is particularly efficient and environmentally friendly, since a removal of metal or copper by etching to achieve the structured metal areas 3.1 is not required, the metal elements or pads later forming metal areas 3.1 forming metal elements or pads 3.2 are rather time-saving generated by stamping and also consuming to be prepared and / or disposal etch residues do not arise.
Die Figur 7 zeigt ein Verfahren, bei dem in gleicher Weise, wie vorstehend für das Verfahren der Figur 6 beschrieben, aus der Metallfolie zunächst die Metallelemente 3.1 ausgestanzt und dann in die passenden Vertiefungen 8 der Maske 7 eingebracht werden (Positionen a und b). Das Aufbringen der Klebe- oder Bondschicht 5 auf das Substrat 2 erfolgt bei diesem Verfahren wiederum strukturiert, d.h. es werden mit einer geeigneten Technik, z.B. dem Siebdruckverfahren und/oder unter Verwendung von Masken strukturierte Bereiche 5.1 dort gebildet, wo ein Metallelement 3.2 zur Bildung eines strukturierten Metallbereichs 3.1 mit dem Substrat 2 verbunden werden soll (Position c). Im Anschluss daran wird das Substrat 2 gewendet auf die in der Maske 7 angeordneten Metallelemente 3.2 aufgesetzt (Position d), sodass nach dem Aushärten des Klebe- oder Bondmaterials bzw. der strukturierten Bereiche 5.1 und nach dem Abnehmen der Maske 7 und dem Wenden des Substrats 2 bereits das an der Oberseite strukturierte Metall-Keramik-Substrat 1 erhalten ist (Position e), welches dann eventuell einer Nachbehandlung zugeführt wird.FIG. 7 shows a method in which, in the same way as described above for the method of FIG. 6, the metal elements 3.1 are first punched out of the metal foil and then introduced into the matching depressions 8 of the mask 7 (positions a and b). The application of the adhesive or bonding layer 5 to the substrate 2 is again structured in this method, i. it is done by a suitable technique, e.g. the screen printing process and / or using masks structured areas 5.1 formed where a metal element 3.2 to form a structured metal region 3.1 is to be connected to the substrate 2 (position c). Subsequently, the substrate 2 is placed turned on the arranged in the mask 7 metal elements 3.2 (position d), so that after curing of the adhesive or bonding material or the structured areas 5.1 and after removing the mask 7 and the turning of the substrate 2 is already the top-structured metal-ceramic substrate 1 is obtained (position e), which is then possibly fed to a post-treatment.
Vorstehend wurde davon ausgegangen, dass das Klebe- oder Bondmaterial jeweils als durchgehende Klebe- oder Bondschicht 5 oder aber als strukturierte Klebe- oderAbove, it was assumed that the adhesive or bonding material in each case as a continuous adhesive or bonding layer 5 or as a structured adhesive or
Bondschicht 5.1 auf das Substrat 2 aufgebracht wird. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, das Klebe- oder Bondmaterial auf die die Metallisierung 3 bildende Kupferfolie oder auf die bereits z.B. durch Ausstanzen aus einer Metallfolie erzeugten Metallelemente 3.2 aufzubringen. Ein Verfahren der letztgenannten Art ist in der Figur 8 in seinen wesentlichen Verfahrensschritten schematisch dargestellt. Zunächst wird ein Trägermaterial 9, beispielsweise in Form einer Trägerfolie bereitgestellt, auf dem die die späteren strukturierten Metallbereiche 3.1 bildenden Metallelemente oder - pads 3.2 in der erforderlichen Formgebung und räumlichen Anordnung zueinander vorgesehen sind, d.h. das Layout der strukturierten Metallisierung 3 aufgebracht ist. Das Trägermaterial 9 mit den Metallelementen 3.2 wird beispielsweise dadurch erzeugt, dass eine einseitig mit dem Trägermaterial 9 kaschierte Metall- oder Kupferfolie mittels einer Ätz- oder Maskierungstechnik strukturiert wird und/oder aber die einem Flachmaterial ausgestanzten Metallelemente 3.2 mittels wenigstens einer Maske in der erforderlichen Weise positioniert und anschließend mit einem Haftmittel mit dem Trägermaterial 9 verbunden werden.Bonding layer 5.1 is applied to the substrate 2. In principle, it is also possible to apply the adhesive or bonding material to the metal foil 3 forming the copper foil or to the metal elements 3.2 already produced, for example, by punching out of a metal foil. A method of the latter type is shown schematically in Figure 8 in its main steps. Firstly, a carrier material 9, for example in the form of a carrier foil, is provided on which the metal elements or pads 3.2 forming the later structured metal regions 3.1 are provided in the required shape and spatial arrangement, ie the layout of the structured metallization 3 is applied. The carrier material 9 with the metal elements 3.2 becomes characterized, for example produces that a metal or copper foil laminated on one side with the carrier material 9 is structured by means of an etching or masking technique and / or the metal elements 3.2 punched out of a flat material are positioned in the required manner by means of at least one mask and subsequently with an adhesive with the carrier material 9 get connected.
Auf die dem Trägermaterial 9 abgewandte Oberflächenseite der Metallelemente 3.2 wird dann das Klebe- oder Bondmaterial aufgebracht, und zwar beispielsweise mit einer Siebdrucktechnik, sodass auf jedem Metallelement 3.2 ein Bereich der strukturierten Klebe- oder Bondschicht 5.1 vorgesehen ist (Position b). In einem weiteren Verfahrensschritt wird dann das Substrat 2 auf die mit dem Klebe- oder Bondmaterial versehenen Metallelemente 3.2 aufgelegt (Position c), und zwar bei weiterhin an dem Trägermaterial 9 gehaltenen Metallelementen 3.2. Nach dem Aushärten des Klebe- oder Bondmaterials wird dann das Trägermaterial 9 durch Abziehen entfernt, sodass das an der Oberseite strukturierte Metall-Keramik-Substrat 1 erhalten ist.On the side facing away from the substrate 9 surface side of the metal elements 3.2, the adhesive or bonding material is then applied, for example, with a screen printing technique, so that on each metal element 3.2, a region of the structured adhesive or bonding layer 5.1 is provided (position b). In a further method step, the substrate 2 is then placed on the metal elements 3.2 provided with the adhesive or bonding material (position c), specifically with metal elements 3.2 which are furthermore held on the carrier material 9. After curing of the adhesive or bonding material, the carrier material 9 is then removed by stripping, so that the structured on the top metal-ceramic substrate 1 is obtained.
Die Figur 9 zeigt in sehr vereinfachter schematischer Darstellung eine Teillänge eines Leadframes 10, der in bekannter Weise aus einem metallischen Flachmaterial einstückig mit zwei sich jeweils in Leadframe-Längsrichtung erstreckenden und die Längsseiten des Leadframes 10 bildenden Abschnitten 10.1 mit Positionieröffnungen 11, mit die beiden Abschnitte 10.1 leiterartig verbindenden durchgehenden Stegen 10.2 sowie mit den dazwischen liegenden, spätere Anschlüsse bildenden Stegabschnitten 10.3.FIG. 9 shows, in a very simplified schematic representation, a partial length of a leadframe 10, which in a known manner consists of a metallic flat material integrally with two sections 10.1 with positioning openings 11 each extending in the leadframe longitudinal direction and forming the longitudinal sides of the leadframe 10, with the two sections 10.1 ladder-like connecting continuous webs 10.2 and with the intermediate, subsequent connections forming web sections 10.3.
Zwischen den Abschnitten 10.1 und den durchgehenden Stegen 10.2 sind mehrere Metall-Keramik-Substrate 1 exakt positioniert vorgesehen, die die Basis für elektrische Schaltkreise oder Module bilden und in einem späteren Verfahrensschritt mit entsprechenden Bauelementen bestückt werden. Die Substrate 1 sind beispielsweise Metall-Keramik-Substrate, die nach einem der vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt wurden, oder aber beispielsweise DCB-Substrate oder durch Aktivlöten hergestellte Substrate. Die Metallisierung an wenigstens einer Oberflächenseite, beispielsweise die Metallisierung 3 ist zur Bildung von Leiterbahnen, Kontaktflächen, Montageflächen usw. strukturiert. Die Stegabschnitte 10.3 sind, wie in der Figur 10 vergrößert dargestellt, mit ihrem freien Ende mit einer Oberflächenseite des Substrates 2 verbunden, und zwar bei der dargestellten Ausführungsform mit derjenigen Oberflächenseite des Substrates 2, an der auch die strukturierten Metallbereiche 3.1 vorgesehen sind. Die Verbindung zwischen den Wegabschnitten 10.3 und dem Substrat 2 erfolgt über eine Klebe- oder Bondschicht 5 oder strukturierte Klebe- oder Bondschicht 5.1. Nach dem Bestücken der Substrate 1 mit den Bauelementen und nach dem Umspritzen der Substrate und der Bauelemente mit einer das Gehäuse des jeweiligen Moduls bildenden Masse werden die Stegabschnitte 10.3 zur Bildung von nach außen geführten Anschlüssen oder Leads in der dem Fachmann bekannten Weise frei gestanzt.Between the sections 10.1 and the continuous webs 10.2 a plurality of metal-ceramic substrates 1 are provided exactly positioned, which form the basis for electrical circuits or modules and are equipped in a later step with corresponding components. The substrates 1 are, for example, metal-ceramic substrates produced by one of the methods described above or, for example, DCB substrates or substrates prepared by active soldering. The metallization on at least one surface side, for example the metallization 3, is structured to form conductor tracks, contact surfaces, mounting surfaces, etc. The web portions 10.3 are, as shown enlarged in the figure 10, connected with its free end to a surface side of the substrate 2, in the illustrated embodiment with that surface side of the substrate 2, on which the structured metal portions 3.1 are provided. The connection between the path sections 10.3 and the substrate 2 takes place via an adhesive or bonding layer 5 or structured adhesive or bonding layer 5.1. After loading the substrates 1 with the components and after encapsulating the substrates and the components with a mass forming the housing of the respective module, the web portions 10.3 are punched free in the manner known to those skilled in the art for the purpose of forming outwardly directed terminals or leads.
Die Figur 1 1 zeigt in sehr vereinfachter Darstellung und in Seitenansicht ein Mehrfachsubstrat 12, welches aus zwei Einzelsubstraten 13 und 14 besteht, die jeweils als Metall-Keramik-Substrate ausgebildet sind und von denen das Einzelsubstrat 14 an dem Einzelsubstrat 13 gebondet bzw. durch Kleben befestigt ist. Das Einzelsubstrat13 besteht wiederum aus dem Substrat 2 und den beiden Metallisierungen 3 und 4 an der Ober- und Unterseite des Substrates 2, wobei die Metallisierung 3 strukturiert ist bzw. die strukturierten Metallbereiche 3.1 aufweist. Das Einzelsubstrat 14 besteht ebenfalls aus einem Substrat 2, aus einer oberen und unteren Metallisierung 3 bzw. 4, wobei wiederum eine der beiden Metallisierungen, nämlich die obere, freiliegende Metallisierung 3 strukturiert ist. Die Metallisierungen 3 und 4 sind bei denFIG. 11 shows, in a very simplified illustration and in side view, a multiple substrate 12, which consists of two individual substrates 13 and 14, which are each formed as metal-ceramic substrates and of which the individual substrate 14 is bonded to the individual substrate 13 or by gluing is attached. The individual substrate 13 in turn consists of the substrate 2 and the two metallizations 3 and 4 on the top and bottom of the substrate 2, wherein the metallization 3 is structured or has the structured metal regions 3.1. The individual substrate 14 also consists of a substrate 2, of an upper and lower metallization 3 and 4, wherein in turn one of the two metallizations, namely the upper, exposed metallization 3 is structured. The metallizations 3 and 4 are in the
Einzelsubstraten entweder unter Verwendung der DCB-Technik und/oder durch Aktivlöten oder aber durch die Klebe- und Bondschichten 5 bzw. der strukturierten Bereiche 5.1 mit dem jeweiligen Substrat 2 verbunden. Die Verbindung des Einzelsubstrats 14 mit dem Einzelsubstrat 15 ist über eine Klebe- oder Bondschicht 5 erfolgt. Überall dort, wo das Klebe- oder Bondmaterial strukturiert, d.h. in Form der strukturierten Bereiche 5.1 aufgebracht wird, ist es zumindest zweckmäßig, die Menge und/oder Verteilung des Klebe- und Bondmaterials in dem jeweiligen strukturierten Bereich der strukturierten Klebe- oder Bondschicht 5.1 sowie die Form dieses Bereichs so zu wählen, dass nach dem Bonden der gesamte, zwischen einem strukturierten Metallbereich 3.1 und dem Substrat 2 gebildete Spalt mit dem Klebe- und Bondmaterial ausgefüllt ist und dieses Material auf jeden Fall auch bis an dem Rand des jeweiligen strukturierten Metallbereichs 3.1 reicht, wie dies in der Figur 12 schematisch für die strukturierte Klebe- oder Bondschicht 5.1 unterhalb des strukturierten Metallbereichs 3.1 dargestellt ist, sich also keinesfalls am Randbereich der Metallisierung bzw. des strukturierten Metallbereichs 3.1 Kavitäten ergeben, wie dies in der Figur 12 mit der Linie 15 angedeutet ist.Single substrates either using the DCB technique and / or by active soldering or by the adhesive and bonding layers 5 and the structured areas 5.1 connected to the respective substrate 2. The connection of the individual substrate 14 with the individual substrate 15 is effected via an adhesive or bonding layer 5. Wherever the adhesive or bonding material is structured, ie applied in the form of the structured regions 5.1, it is at least expedient to control the amount and / or distribution of the adhesive and bonding material in the respective structured region of the structured adhesive or bonding layer 5.1 to choose the shape of this area so that after bonding the entire gap formed between a structured metal area 3.1 and the substrate 2 is filled with the adhesive and bonding material and this material in any case up to the edge of the respective structured metal area 3.1 ranges, as shown schematically in Figure 12 for the structured adhesive or bonding layer 5.1 below the structured metal region 3.1, so in no case arise at the edge of the metallization or the structured metal region 3.1 cavities, as in the figure 12 with the line 15 is indicated.
Um insbesondere auch derartige Kavitäten 15 in außen liegenden, d.h. konvexen Eckbereichen 16 des jeweils strukturierten Metallbereichs 3.1 zu vermeiden und gleichzeitig zu verhindern, dass beim Bonden das Klebe- oder Bondmaterial über den Rand des jeweils strukturierten Metallbereichs 3.1 vorquillt, erfolgt das strukturierte Aufbringen dieses Materials entsprechend der unterbrochenen Linie 17 der Figur 13 beispielsweise in der Form, dass der Auftrag des Klebe- und Bondmaterials generell etwas kleiner ist als die zu bondende Fläche des strukturierten Metallbereichs 3.1 und dass der Auftrag des Klebe- oder Bondmaterials im Bereich der Ecken 16 stärker an den Rand des strukturierten Metallbereichs 3.1 bzw. an den Randbereich der von den strukturierten Metallbereich 3.1 abgedeckten Fläche des Substrats 2 herangeführt ist, wie dies in der Figur 13 mit dem zipfelartigen Abschnitt 17.1 angedeutet ist.In particular, such cavities 15 in outer, i. To avoid convex corner regions 16 of the respectively structured metal region 3.1 and at the same time to prevent the adhesive or bonding material from swelling over the edge of the respectively structured metal region 3.1 during bonding, the structured application of this material takes place in accordance with the broken line 17 of FIG Form that the order of the adhesive and bonding material is generally slightly smaller than the surface to be bonded of the structured metal region 3.1 and that the order of the adhesive or bonding material in the corners 16 more to the edge of the structured metal region 3.1 or to the edge region the area covered by the structured metal region 3.1 of the substrate 2 is brought, as indicated in the figure 13 with the jagged portion 17.1.
In der Figur 14 ist in Teildarstellung und in Draufsicht eine als Lochmaske ausgebildete Maske 18 dargestellt, die im Wesentlichen aus einem Flachmaterial 19, beispielsweise aus eine metallischen Flachmaterial oder aus einem Flachmaterial aus Kunststoff besteht und mit einer Vielzahl von durchgehenden Maskenöffnungen oder -löchern 20 versehen ist, welche bei der dargestellten Ausführungsform jeweils die selbe Lochgröße aufweisen. Die Maske 18 dient zum Aufbringen einer vorgegebenen Menge an Kleber- oder Bondmaterial auf das jeweilige Trägersubstrat 2 und wird hierfür auf dieses Trägersubstrat 2 aufgelegt. Im Anschluss daran wird das Kleber- und Bondmaterial auf die dem Trägersubstrat 2 abgewandte Oberflächenseite der Maske 18 aufgebracht, und zwar derart, dass insbesondere auch die Öffnungen 20 mit dem Kleber- und Bondmaterial vollständig ausgefüllt sind. Mit einem Abstreifer oder Rakel wird das nicht in den Öffnungen 20 aufgenommene Bond- oder Klebermaterial von der Maske 18 entfernt. Im Anschluss daran wird die Maske 18 von dem Trägersubstrat 20 abgenommen, sodass auf dem Trägersubstrat 2 dann eine den Maskenöffnungen 20 entsprechende Vielzahl von Aufträgen des Kleber- und Bondmaterials vorhanden ist, und zwar jeweils mit einem der jeweiligen Maskenöffnungen 20 entsprechenden Volumen. Im Anschluss daran wird das Kleber- und Bondmaterial auf dem Trägersubstrat vollflächig verteilt, und zwar zumindest dort, wo später die Metallisierung 3 bzw. 4 aufgebracht werden soll. Nach der Verteilung ist auf demFIG. 14 shows in partial representation and in plan view a mask 18 in the form of a shadow mask, which essentially consists of a flat material 19, for example of a metallic flat material or of a flat plastic material, and with a multiplicity of through-going mask openings or holes 20 is provided, which in each case have the same hole size in the illustrated embodiment. The mask 18 is used to apply a predetermined amount of adhesive or bonding material to the respective carrier substrate 2 and is placed on this carrier substrate 2 for this purpose. Subsequently, the adhesive and bonding material is applied to the carrier substrate 2 facing away from the surface side of the mask 18, in such a way that in particular the openings 20 are completely filled with the adhesive and bonding material. With a scraper or doctor blade, the bonding or adhesive material not received in the openings 20 is removed from the mask 18. Subsequently, the mask 18 is removed from the carrier substrate 20, so that on the carrier substrate 2 then the mask openings 20 corresponding plurality of orders of adhesive and bonding material is present, each with a respective mask openings 20 corresponding volume. Subsequently, the adhesive and bonding material on the carrier substrate is distributed over the entire surface, at least where later the metallization 3 or 4 is to be applied. After the distribution is on the
Trägersubstrat 2 eine Schicht aus dem Kleber- und Bondmaterials mit der angestrebten Dicke erhalten, auf die (schicht) dann die die Metallisierung 3 bzw. 4 bildende Folie aufgelegt wird.Carrier substrate 2 is a layer of the adhesive and bonding material with the desired thickness obtained on the (layer) then the metallization 3 and 4 forming film is placed.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist das Flachmaterial 19 beispielsweise eine Dicke von 0,03 mm auf. Der Durchmesser der kreisrunden Löcher 20 beträgt 2,45 mm und der Abstand von Loch zu Loch 1 mm ist, sodass sich mit dieser Lochmaske 18 eine Schichtdicke für das auf die Trägersubstanz 2 aufgebrachte und dort gleichmäßig verteilte Kleber- und Material material in der Größenordnung von etwa 14μm ergibt.In a preferred embodiment, the flat material 19 has, for example, a thickness of 0.03 mm. The diameter of the circular holes 20 is 2.45 mm and the distance from hole to hole 1 mm, so that with this shadow mask 18 a layer thickness for the applied to the substrate 2 and there evenly distributed adhesive and material material of the order of gives about 14μm.
Die Figur 15 zeigt eine Messanordnung 21 zur Bestimmung der Haftfestigkeit bzw. der Peel-off-Festigkeit der jeweiligen Metallisierung 3 bzw. an dem Trägersubstrat 2. Dargestellt ist das Trägersubstrat 3, an welchem an eine Oberflächenseite unter Verwendung der Kleber- oder Bondschicht 5 eine Metallisierung, beispielsweise die Metallisierung 3 in Form eines Metallstreifens vorgegebener Breite x derart aufgebracht ist, dass eine Teillänge 3.1 der Metallisierung bzw. des Metallstreifens fahnenartig von der Oberseite des Trägersubstrates 2 wegsteht. Auf die Teillänge 3.1 wird eine Zugkraft entsprechend dem Pfeil F ausgeübt. Die Haftfestigkeit bzw. Peel-off-Festigkeit ist definiert als Quotienten Peel-off-Festigkeit = FPO/ X, wobeiFIG. 15 shows a measuring arrangement 21 for determining the adhesive strength or peel-off strength of the respective metallization 3 or on the carrier substrate 2. The carrier substrate 3 is shown on which a surface side using the adhesive or bonding layer 5 Metallization, for example, the metallization 3 applied in the form of a metal strip predetermined width x such is that a partial length 3.1 of the metallization or of the metal strip protrudes like a flag from the top of the carrier substrate 2. On the part length 3.1, a tensile force according to the arrow F is exercised. The peel-off strength is defined as quotient peel-off strength = FPO / X, where
KPO diejenige Kraft (angegeben in N) ist, die für das Abziehen der Metallisierung 3 bzw. des von dieser Metallisierung gebildeten Metall- oder Teststreifens mindestens erforderlich ist, und x (angegeben in mm) die Breite des Metall- oder Teststreifens sind.KPO is the force (indicated in N) which is at least required for stripping the metallization 3 or the metal or test strip formed by this metallization, and x (expressed in mm) is the width of the metal or test strip.
Durch entsprechende Zusammensetzung des Kleber- oder Bondmaterials wird für das erfindungsgemäße Bondmaterial eine Haftfestigkeit von wenigstens 1 N/mm, vorzugsweise von wenigstens 2,5 N/mm angestrebt.By appropriate composition of the adhesive or bonding material, an adhesive strength of at least 1 N / mm, preferably of at least 2.5 N / mm, is desired for the bonding material according to the invention.
Die Erfindung wurde voranstehend an verschiedenen Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche weitere Ausführungen denkbar sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrunde liegende Erfindungsgedanke verlassen wird. So können die Metallisierungen 3 und 4 auch zumindest in Teilbereichen aus einer Schicht oder Folie aus einem von Kupfer unterschiedlichen Metall, beispielsweise aus Aluminium oder aus einem metallischen Widerstandsmaterial bestehen.The invention has been described above in various embodiments. It is understood that numerous other embodiments are conceivable without thereby departing from the inventive concept underlying the invention. Thus, the metallizations 3 and 4 may also consist, at least in some areas, of a layer or foil of a metal other than copper, for example of aluminum, or of a metallic resistance material.
Vorstehend wurde davon ausgegangen, dass das Trägersubstrat 2 ein Keramiksubstrat oder eine Keramikschicht ist. Grundsätzlich kann als Trägersubstrat auch ein solches aus Glas, d.h. ein Glassubstrat verwendet werden oder aber ein Trägersubstrat, welches zumindest teilweise aus Keramik und aus Glas besteht, beispielsweise aus einer Keramik mit einer Glasschicht an wenigstens einer Oberflächenseite. BezugszeichenlisteIt has been assumed above that the support substrate 2 is a ceramic substrate or a ceramic layer. In principle, the carrier substrate used may also be one made of glass, ie a glass substrate or else a carrier substrate which consists at least partly of ceramic and of glass, for example of a ceramic with a glass layer on at least one surface side. LIST OF REFERENCE NUMBERS
I Metall-Keramik-Substrat 2 Trägersubstrat, z.B. Keramik- und/oder GlasschichtI metal-ceramic substrate 2 support substrate, e.g. Ceramic and / or glass layer
3, 4 Metallisierung3, 4 metallization
3.1 strukturierter Metallbereich3.1 structured metal area
3.2 Metall päd3.2 metal ped
5 Klebe- oder Bondschicht 5.1 . strukturierter Bereich der Klebe- und Bondschicht5 adhesive or bonding layer 5.1. structured area of the adhesive and bonding layer
6 Linie6 line
7 Maske7 mask
8 Vertiefung8 deepening
9 Trägermaterial oder Trägerfolie 10 Leadframe9 carrier material or carrier foil 10 leadframe
10.1 Leadframeabschnitt10.1 Leadframe section
10.2 Leadframesteg10.2 Leadframe bridge
10.3 Stegabschnitt10.3 bridge section
I 1 Positionieröffnung 12 MehrfachmodulI 1 positioning opening 12 multiple module
13, 14 Einzelmodul13, 14 single module
15 Kavität15 cavity
16 Eckbereich16 corner area
17 Form des strukturierten Klebe- und Bondmaterialauftrags 17.1 zipfelartiger Bereich17 Form of structured adhesive and bonding material application 17.1 jib-like area
18 Lochmaske18 hole mask
19 Flachmaterial19 flat material
20 Maskenöffnung20 Mask opening
21 Testvorrichtung zur Bestimmung der Haftfestigkeit 21 Test device for determining the adhesive strength

Claims

Patentansprüche Patent claims
1. Verbundmaterial mit wenigstens einem zumindest an einer Oberflächenseite aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff bestehenden Trägersubstrat (2) aus1. Composite material with at least one carrier substrate (2) made of an electrically insulating material at least on one surface side
Keramik und/oder Glas und mit wenigstens einer von einer Metallschicht gebildeten Metallisierung (3, 4) an einer Oberflächenseite des wenigstens einen Trägersubstrats (2), dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Metallisierung (3, 4) durch eine Klebe- oder Bondschicht (5) aus einem Klebe- oder Bondmaterial, welches in einer Kunststoff-Matrix zumindest einCeramic and/or glass and with at least one metallization (3, 4) formed by a metal layer on a surface side of the at least one carrier substrate (2), characterized in that the at least one metallization (3, 4) is formed by an adhesive or bonding layer ( 5) made of an adhesive or bonding material which is in a plastic matrix at least one
Nanofasermaterial enthält, mit dem Trägersubstrat (2) und/oder mit einer angrenzenden Schicht oder einem angrenzenden Substrat verbunden ist.Contains nanofiber material, is connected to the carrier substrate (2) and / or to an adjacent layer or an adjacent substrate.
2. Verbundmaterial nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat (2) plattenförmig oder im Wesentlichen plattenförmig ist.2. Composite material according to claim 1, characterized in that the carrier substrate (2) is plate-shaped or substantially plate-shaped.
3. Verbundmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, das Trägersubstrat (2) eine Keramik- und/oder Glasschicht oder ein Keramik- und/oder Glassubstrat (2) ist, beispielsweise aus einer Aluminiumoxid- und/oder Aluminiumnitrid- und/oder Siliziumnitrid-Keramik ist.3. Composite material according to claim 1 or 2, characterized in that the carrier substrate (2) is a ceramic and / or glass layer or a ceramic and / or glass substrate (2), for example made of aluminum oxide and / or aluminum nitride and / or Silicon nitride ceramic is.
4. Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Metallisierung (3, 4) im Bereich der Klebe- oder Bondschicht (5) von der benachbarten Schicht einen Abstand kleiner 50μm, vorzugsweise ein Abstand in der Größenordnung von maximal4. Composite material according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one metallization (3, 4) in the area of the adhesive or bonding layer (5) is at a distance of less than 50 μm from the adjacent layer, preferably a distance of the order of magnitude of maximum
25μm oder zwischen etwa 5μm und 25//m aufweist.25μm or between about 5μm and 25//m.
5. Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Oberseite des Trägersubstrats (2) eine erste Metallisierung (3) und an der Unterseite des Trägersubstrats (2) eine zweite Metallisierung (4) vorgesehen sind, und dass wenigstens eine dieser Metallisierungen strukturiert ist.5. Composite material according to one of the preceding claims, characterized in that on the top of the carrier substrate (2) a first metallization (3) and on the underside of the carrier substrate (2) a second Metallization (4) are provided, and that at least one of these metallizations is structured.
6. Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, die die wenigstens eine Metallisierung (3, A) mit dem6. Composite material according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one metallization (3, A) with the
Trägersubstrats (2) verbindende Klebe- oder Bondschicht (5) hinsichtlich ihrer Schichtdicke und/oder Zusammensetzung derart gewählt ist, dass der thermische Widerstand, den die Klebe- oder Bondschicht (5, 5.1) in einer Achsrichtung senkrecht zu den aneinander anschließenden Oberflächenseiten der Metallisierung (3, A) und des Trägersubstrats (2) aufweist, kleiner oder höchstens gleich dem Wärmewiderstand ist, den das Trägersubstrat (2) in dieser Achsrichtung besitzt.The adhesive or bonding layer (5) connecting the carrier substrate (2) is selected in terms of its layer thickness and/or composition such that the thermal resistance that the adhesive or bonding layer (5, 5.1) has in an axial direction perpendicular to the adjoining surface sides of the metallization (3, A) and the carrier substrate (2), is less than or at most equal to the thermal resistance that the carrier substrate (2) has in this axial direction.
7. Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Nanofasermaterial ein Carbon-Nanofasermaterial ist, und/oder dass das Nanofasermaterial in einem Anteil von 5 bis 30 Gewichtsprozent in dem Klebe- oder Bondmaterial enthalten ist, und zwar bezogen auf das Gesamtgewicht dieses Materials.7. Composite material according to one of the preceding claims, characterized in that the nanofiber material is a carbon nanofiber material, and / or that the nanofiber material is contained in the adhesive or bonding material in a proportion of 5 to 30 percent by weight, based on the total weight of this material.
8. Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Nanofasermaterial von Nanofasern und/oder Nanotubes gebildet ist, wobei vorzugsweise zumindest ein Großteil dieser Nanofasern oder Nanotubes eine Länge im Bereich zwischen etwa 1//m und 100μm und eine Dicke etwa im Bereich zwischen 1 nm bis 300nm oder im Bereich zwischen etwa 50nm bis 150nm oder im Bereich zwischen etwa 1 nm bis 100nm, beispielsweise im Bereich von etwa 3nm bis 75nm besitzt.8. Composite material according to one of the preceding claims, characterized in that the nanofiber material is formed by nanofibers and / or nanotubes, preferably at least a large part of these nanofibers or nanotubes having a length in the range between approximately 1//m and 100 μm and a thickness of approximately Range between 1 nm to 300nm or in the range between about 50nm to 150nm or in the range between about 1 nm to 100nm, for example in the range from about 3nm to 75nm.
9. Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Metallisierung (3, 4) und/oder das wenigstens eine Trägersubstrat (2) im Bereich der Klebe- oder Bondschicht (5, 9. Composite material according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one metallization (3, 4) and / or the at least one carrier substrate (2) in the area of the adhesive or bonding layer (5,
5.1) mit einer Oberflächenrauhigkeit versehen sind, und zwar die Metallisierung beispielweise mit einer Oberflächenrauhigkeit im Bereich zwischen etwa 1//m und 7μm und/oder das Trägersubstrat beispielsweise mit einer Oberflächenrauhigkeit im Bereich zwischen 4 - 10 μm.5.1) are provided with a surface roughness, namely the metallization, for example, with a surface roughness in the range between approximately 1//m and 7 μm and/or the carrier substrate, for example, with a surface roughness in the range between 4 - 10 μm.
10. Verbundmaterial nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die10. Composite material according to claim 7, characterized in that the
Oberflächenrauhigkeit mechanisch und/oder physikalisch und/oder chemisch erzeugt ist, beispielsweise durch Sandstrahlen und/oder durch Korngrenzenätzen und/oder durch Plasmabehandlung und/oder durch Abscheiden einer Kupfer sowie ein weiteres Metall aufweisenden Schicht und durch anschließendes Wegätzen des weiteren Metalls.Surface roughness is produced mechanically and/or physically and/or chemically, for example by sandblasting and/or by grain boundary etching and/or by plasma treatment and/or by depositing a layer containing copper and another metal and by subsequently etching away the further metal.
11.Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bondschicht aus einer Matrix auf Epoxy-Basis oder Epoxy-Harz-Basis besteht.11.Composite material according to one of the preceding claims, characterized in that the bonding layer consists of an epoxy-based or epoxy-resin-based matrix.
12. Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebe- oder Bondschicht (5, 5.1) bzw. das diese Schicht bildende Klebe- oder Bondmaterial weitere Zusätze, beispielsweise flammhemmende Zusätze, z.B. Halogenide oder Bor-Verbindungen enthält.12. Composite material according to one of the preceding claims, characterized in that the adhesive or bonding layer (5, 5.1) or the adhesive or bonding material forming this layer contains further additives, for example flame-retardant additives, for example halides or boron compounds.
13. Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Matrix des Klebe- oder Bondmaterials gebildete Kunststoffmaterial derart ausgewählt ist, dass die Klebe- oder Bondschicht (5, 5.1) im ausgehärteten und/oder abgebundenem Zustand eine13. Composite material according to one of the preceding claims, characterized in that the plastic material formed by the matrix of the adhesive or bonding material is selected such that the adhesive or bonding layer (5, 5.1) in the hardened and / or set state
Temperaturfestigkeit von wenigstens 2200C aufweist.Has temperature resistance of at least 220 0 C.
14. Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Metallisierung (3, 4) zumindest in Teilbereichen aus einer metallischen Legierung und/oder aus einem metallischen Verbund- und/oder Mehrschichtmaterial, z.B. aus einem Aluminium/Kupfer-Mehrschichtmaterial besteht.14. Composite material according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one metallization (3, 4) is made, at least in some areas, of a metallic alloy and/or of a metallic composite and/or multilayer material, for example made of an aluminum/copper multilayer material.
15. Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Metallisierung (3, 4) zumindest teilweise aus Kupfer, aus einer Kupferlegierung, aus Aluminium, aus einer Aluminiumlegierung und/oder aus einem metallischen Widerstandsmaterial besteht und/oder von wenigstens einer metallischen Folie, beispielsweise aus Kupfer, aus einer Kupferlegierung, aus Aluminium, aus einer Aluminiumlegierung und/oder aus dem metallischen Widerstandsmaterial gebildet ist.15. Composite material according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one metallization (3, 4) consists at least partially of copper, of a copper alloy, of aluminum, of an aluminum alloy and / or of a metallic resistance material and / or of at least a metallic foil, for example made of copper, made of a copper alloy, made of aluminum, made of an aluminum alloy and/or made of the metallic resistance material.
16. Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Metallisierung eine Dicke im Bereich zwischen etwa 0,01 mm und 4mm, beispielsweise zwischen etwa 0,03mm und16. Composite material according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one metallization has a thickness in the range between approximately 0.01 mm and 4 mm, for example between approximately 0.03 mm and
0,8 mm und/oder das wenigstens eine Trägersubstrat (2) eine Dicke im Bereich zwischen etwa 0,1 mm und 1 ,2mm, beispielsweise zwischen etwa 0,25mm und 1 ,2 mm aufweist.0.8 mm and / or the at least one carrier substrate (2) has a thickness in the range between approximately 0.1 mm and 1.2 mm, for example between approximately 0.25 mm and 1.2 mm.
17. Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Metallisierung (3, 4) über die Klebeoder Bondschicht (5, 5.1) mit einer Haftfestigkeit (Peel-Off-Festigkeit) von wenigstens 1 N/mm, vorzugsweise mit einer Haftfestigkeit von wenigstens 2,5 N/mm mit der angrenzenden Schicht, beispielsweise mit dem angrenzenden Trägersubstrat (2) verbunden ist.17. Composite material according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one metallization (3, 4) over the adhesive or bonding layer (5, 5.1) with an adhesive strength (peel-off strength) of at least 1 N/mm, preferably with an adhesive strength of at least 2.5 N/mm is connected to the adjacent layer, for example to the adjacent carrier substrate (2).
18. Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Metallisierung (3) zur Bildung von strukturierten Metallbereichen (3.1), beispielsweise in Form von Leiterbahnen, Kontakt- und/oder Montageflächen strukturiert ist, und dass die Klebe- und Bondschicht (5, 5.1) zwischen benachbarten strukturierten Metallbereichen (3.1) nicht vorgesehen oder entfernt ist.18. Composite material according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one metallization (3) is structured to form structured metal areas (3.1), for example in the form of conductor tracks, contact and / or mounting surfaces, and that the adhesive and Bond layer (5, 5.1) between adjacent structured metal areas (3.1) is not provided or removed.
19. Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierung zumindest an einer Oberflächenseite des wenigstens einen Trägersubstrats (2) einen über einen Randbereich des Verbundmaterials (1) oder des Trägersubstrats (2) wegstehenden elektrischen Anschluss bildet, beispielsweise einen aus einem Leadframe (10) erzeugten Anschluss (10.3).19. Composite material according to one of the preceding claims, characterized in that the metallization forms, at least on one surface side of the at least one carrier substrate (2), an electrical connection protruding beyond an edge region of the composite material (1) or the carrier substrate (2), for example one made of a Leadframe (10) created connection (10.3).
20. Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Trägersubstrat (2) und/oder die wenigstens eine Metallisierung (3, A) über eine Klebe- oder Bondschicht (5, 5.1) aus dem Klebe- oder Bondmaterial mit einem Leadframe (10) oder mit Stegen (10.3) dieses Leadframes verbunden ist.20. Composite material according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one carrier substrate (2) and / or the at least one metallization (3, A) via an adhesive or bonding layer (5, 5.1) made of the adhesive or bonding material a lead frame (10) or with webs (10.3) of this lead frame is connected.
21.Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es als Mehrfachsubstrat aus wenigstens zwei Einzelsubstraten (13, 14) gebildet ist, und dass die Einzelsubstrate über wenigstens eine von dem Klebe- oder Bondmaterial gebildete Klebe- oder21.Composite material according to one of the preceding claims, characterized in that it is formed as a multiple substrate from at least two individual substrates (13, 14), and that the individual substrates have at least one adhesive or bonding material formed by the adhesive or bonding material
Bondschicht (5, 5.1) miteinander verbunden sind.Bond layer (5, 5.1) are connected to each other.
22. Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Klebe- oder Bondschicht (5, 5.1) frei von Gas- und/oder Dampfblasen, insbesondere Luftblasen ist oder der22. Composite material according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one adhesive or bonding layer (5, 5.1) is free of gas and / or vapor bubbles, in particular air bubbles or the
Volumenanteil derartiger Blasen bezogen auf das Gesamtvolumen der wenigstens einen Klebe- oder Bondschicht höchstens 0,1 Volumenprozent beträgt. Volume fraction of such bubbles based on the total volume of the at least one adhesive or bonding layer is at most 0.1 percent by volume.
23.Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebe- oder Bondschicht (5, 5.1) auch pulverförmige Zusätze, wie Kohlenstoff, Grafit, Keramik und/oder metallische Zusätze enthält.23.Composite material according to one of the preceding claims, characterized in that the adhesive or bonding layer (5, 5.1) also contains powdery additives such as carbon, graphite, ceramic and / or metallic additives.
24. Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Nanofasermaterial ein metallfreies oder im Wesentlichen metallfreies Nanofasermaterial, insbesondere ein Nanofasermaterila ohne Ni, Fe und/oder Co und/oder ein chemisch und/oder thermisch vorbehandeltes Nanofasermaterial ist.24. Composite material according to one of the preceding claims, characterized in that the nanofiber material is a metal-free or essentially metal-free nanofiber material, in particular a nanofiber material without Ni, Fe and / or Co and / or a chemically and / or thermally pretreated nanofiber material.
25.Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtanteil des Nanofasermaterials und eventueller weiterer Bestandteile in der Kunststoff-Matrix der Klebe- oder Bondschicht (5, 5.1) derart gewählt ist, dass die Glastemperatur des Klebe- oder Bondmaterials bzw. der Kunststoff-Matrix wenigstens 1500C beträgt und/oder wenigstens um25.Composite material according to one of the preceding claims, characterized in that the total proportion of the nanofiber material and any other components in the plastic matrix of the adhesive or bonding layer (5, 5.1) is selected such that the glass transition temperature of the adhesive or bonding material or the plastic matrix is at least 150 0 C and/or at least around
25% gegenüber der Glastemperatur des die Kunststoffmatrix bildenden Kunststoff, beispielsweise Epoxy erhöht ist, und/oder dass der Gesamtanteil an Nanofasermaterial und eventuellen weiteren Zusätzen etwa 25 Gewichts% bezogen auf die Gesamtmasse der Klebe- oder Bondschicht beträgt.25% compared to the glass transition temperature of the plastic forming the plastic matrix, for example epoxy, and / or that the total proportion of nanofiber material and any other additives is approximately 25% by weight based on the total mass of the adhesive or bonding layer.
26. Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtanteil an Nanofasermaterial und eventuellen weiteren Zusätzen so gewählt ist, dass eine Dicke der wenigstens einen Klebeoder Bondschicht kleiner als 25 μm möglich ist.26. Composite material according to one of the preceding claims, characterized in that the total proportion of nanofiber material and possible further additives is selected so that a thickness of the at least one adhesive or bonding layer smaller than 25 μm is possible.
27. Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtanteil an Nanofasermaterial sowie ggs. weiteren Füllstoffen so gewählt ist, dass die thermische Leitfähigkeit der Klebeoder Bondschicht (5, 5.1) wenigstens um den Faktor Fünf größer ist als diejenige thermische Leitfähigkeit, die der die Kunststoffmatrix bildende Kunststoff aufweist, beispielsweise größer als 1W/mK ist.27. Composite material according to one of the preceding claims, characterized in that the total proportion of nanofiber material and ggs. Further fillers are selected so that the thermal conductivity of the adhesive or bonding layer (5, 5.1) is at least a factor of five greater than the thermal conductivity of the plastic matrix forming Has plastic, for example is greater than 1W/mK.
28. Verfahren zum Herstellen eines Verbundmaterials mit wenigstens einem plattenförmigen zumindest an einer Oberflächenseite aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff bestehenden Trägersubstrat (2), beispielsweise in Form einer Keramik- und/oder Glasschicht oder eines Keramik- und/oder Glassubstrats, und mit wenigstens einer von einer Metallschicht oder Metallfolie gebildeten Metallisierung (3, 4) an wenigstens einer Oberflächenseite des Trägersubstrats (2), dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Metallisierung (3, A) mit dem Trägersubstrat (2) durch Bonden mit einem Klebeoder Bondmaterial verbunden wird, welches in einer Kunststoffmatrix, beispielsweise in einer Kunststoffmatrix auf Epoxy-Basis Nanofasermaterial, vorzugsweise Carbon-Nanofasermaterial enthält.28. A method for producing a composite material with at least one plate-shaped carrier substrate (2) made of an electrically insulating material at least on one surface side, for example in the form of a ceramic and / or glass layer or a ceramic and / or glass substrate, and with at least one of a metal layer or metal foil formed metallization (3, 4) on at least one surface side of the carrier substrate (2), characterized in that the at least one metallization (3, A) is connected to the carrier substrate (2) by bonding with an adhesive or bonding material, which in a plastic matrix, for example in an epoxy-based plastic matrix, contains nanofiber material, preferably carbon nanofiber material.
29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht oder Metallfolie und/oder das Trägersubstrat (2) vor dem Bonden an ihren miteinander zu verbindenden Oberflächenseiten aufgeraut werden, und zwar vorzugsweise zur Erzielung einer Rauhigkeit von etwa 1μm bis 5μm für die Metallschicht oder -Folie und/oder zur Erzielung einer Rauhigkeit von etwa 4μm bis 10μm für das Trägersubstrat (2).29. The method according to claim 28, characterized in that the metal layer or metal foil and / or the carrier substrate (2) are roughened on their surface sides to be connected to one another before bonding, preferably to achieve a roughness of approximately 1 μm to 5 μm for the metal layer or film and/or to achieve a roughness of approximately 4μm to 10μm for the carrier substrate (2).
30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die30. The method according to claim 29, characterized in that the
Oberflächenrauhigkeit mechanisch und/oder physikalisch und/oder chemisch erzeugt wird, beispielsweise durch Sandstrahlen und/oder durch Bimsen und/oder durch Korngrenzenätzen und/oder durch Plasmabehandlung und/oder durch Abscheiden einer Metallschicht bestehend aus dem Metall der Metallisierung und einem weiteren Metall und durch anschließendes Entfernen des weiteren Metalls durch Ätzen. Surface roughness is produced mechanically and/or physically and/or chemically, for example by sandblasting and/or by pumice and/or by grain boundary etching and/or by plasma treatment and/or by depositing a metal layer consisting of the metal of the metallization and another metal and by subsequent removal of further metal by etching.
31. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Verwendung eines Klebe- oder Bondmaterials, welches zusätzlich zu dem Nanofasermaterial weitere Zusätze, beispielsweise flammhemmende Zusätze, z.B. Halogenide, Bor- und/oder Nitridverbindungen usw. enthält.31. The method according to any one of the preceding claims, characterized by using an adhesive or bonding material which, in addition to the nanofiber material, contains further additives, for example flame-retardant additives, e.g. halides, boron and/or nitride compounds, etc.
32. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die über die Klebe- oder Bondschicht (5, 5.1) mit einer angrenzenden Schicht, beispielsweise mit dem Trägersubstrat (2) verbundene Metallisierung (3) strukturiert wird.32. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the metallization (3) connected via the adhesive or bonding layer (5, 5.1) to an adjacent layer, for example to the carrier substrate (2), is structured.
33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Klebe- oder Bondmaterial (5) vollflächig auf den mit der Metallisierung (3, 4) zu versehenen Bereich der an die Metallisierung angrenzenden Schicht, beispielsweise des Trägersubstrats (2) aufgebracht wird, und dass nach dem Strukturieren der Metallisierung (3) die Klebe- oder Bondschicht (5) zwischen den33. The method according to claim 32, characterized in that the adhesive or bonding material (5) is applied over the entire area to the area of the layer adjacent to the metallization, for example of the carrier substrate (2), to be provided with the metallization (3, 4), and that after structuring the metallization (3) the adhesive or bonding layer (5) between the
Metallbereichen (3.1 ) der strukturierten Metallisierung (3) entfernt wird, beispielsweise mechanisch, z.B. durch Sandstrahlen, durch Laserbehandlung oder Plasmabehandlung.Metal areas (3.1) of the structured metallization (3) is removed, for example mechanically, for example by sandblasting, by laser treatment or plasma treatment.
34. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass das Klebe- oder34. The method according to claim 33, characterized in that the adhesive or
Bondmaterial vor dem Aufbringen der wenigstens einen, zu strukturierenden Metallisierung (3) in einer der Form und Lage der Metallbereiche (3.1) der strukturierten Metallisierung entsprechenden Form und Lage auf die zu bondende Metallisierung oder auf die diese bildende Metallschicht (3) und/oder auf den mit der Metallisierung zu versehenen Oberflächenbereich der angrenzenden Schicht, beispielsweise des Trägersubstrats (2) aufgebracht wird.Bonding material before applying the at least one metallization (3) to be structured in a shape and position corresponding to the shape and position of the metal areas (3.1) of the structured metallization on the metallization to be bonded or on the metal layer (3) forming it and/or on the surface area of the adjacent layer to be provided with the metallization, for example of the carrier substrate (2), is applied.
35. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung wenigstens einer strukturierten Metallisierung an einer Oberflächenseite einer anschließenden Schicht, beispielsweise an einer Oberflächenseite des Trägersubstrats (2) das Layout oder die Metallbereiche (3.1) der strukturierten Metallisierung bildende, beispielsweise durch Stanzen hergestellte Metallelemente oder -pads (3.2) in einer der strukturierten Metallisierung entsprechenden Lage bereitgestellt und unter Verwendung des Klebe- und Bondmaterials mit der anschließenden35. Method according to one of the preceding claims, characterized in that to produce at least one structured metallization on a surface side of a subsequent layer, For example, on a surface side of the carrier substrate (2), the layout or the metal areas (3.1) of the structured metallization, for example produced by punching, metal elements or pads (3.2) are provided in a position corresponding to the structured metallization and using the adhesive and bonding material the subsequent one
Schicht verbunden werden.Layer can be connected.
36. Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass das Bereitstellen der Metallelemente oder -pads (3.2) durch Anordnung dieser Elemente in einer Maske oder Form 87) und/oder durch lagegenaues Aufbringen dieser Elemente auf einen Hilfsträger oder ein Trägermaterial (9) erfolgt.36. The method according to claim 35, characterized in that the metal elements or pads (3.2) are provided by arranging these elements in a mask or mold 87) and / or by applying these elements in the precise position on an auxiliary carrier or a carrier material (9). .
37. Verfahren nach Anspruch 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, dass das Klebeoder Bondmaterial vollflächig auf den mit der strukturierten Metallisierung zu versehenen Oberflächenbereich der angrenzenden Schicht (2) aufgebracht wird, und dass nach dem Bonden, d.h. nach dem Abbinden und/oder Aushärten des Klebe- oder Bondmaterials (5) dieses zwischen den Metallbereichen (3.1) der strukturierten Metallisierung (3) entfernt wird, beispielsweise mechanisch, z.B.: durch Sandstrahlen, und/oder durch Laser- oder Plasmabehandlung.37. The method according to claim 35 or 36, characterized in that the adhesive or bonding material is applied over the entire surface to the surface area of the adjacent layer (2) to be provided with the structured metallization, and that after bonding, i.e. after setting and / or hardening of the Adhesive or bonding material (5) between the metal areas (3.1) of the structured metallization (3) is removed, for example mechanically, for example: by sandblasting, and / or by laser or plasma treatment.
38. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Klebe- oder Bondmaterial auf die mit der strukturierten Metallisierung zu versehene Oberflächenseite der anschließenden Schicht in einer den Metallbereichen oder -pads (3.1) der strukturierten38. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the adhesive or bonding material is applied to the surface side of the subsequent layer to be provided with the structured metallization in one of the metal areas or pads (3.1) of the structured
Metallisierung (3) entsprechenden Formgebung und Lage strukturiert und/oder auf die mit der angrenzenden Schicht zu verbindende Oberflächenseite der bereitgestellten Metallelemente (3.2) aufgebracht wird. Metallization (3) structured according to shape and position and / or applied to the surface side of the provided metal elements (3.2) to be connected to the adjacent layer.
39. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Metallisierung (3, A) zumindest in Teilbereichen aus einer Schicht oder Folie aus Kupfer oder Aluminium oder aus einem metallischen Widerstandsmaterial besteht.39. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one metallization (3, A) consists, at least in some areas, of a layer or foil made of copper or aluminum or of a metallic resistance material.
40. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Metallisierung (3, 4) zumindest in Teilbereichen aus Kupfer und/oder aus Aluminium und/oder einer metallischen Legierung, z.B. aus einer Kupferlegierung oder Aluminiumlegierung, und/oder aus einem metallischen Verbund- und/oder Mehrschichtmaterial, z.B. aus einem Aluminium/Kupfer-Mehrschichtmaterial, beispielsweise in Form einer metallischen Folie besteht.40. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one metallization (3, 4) is made, at least in some areas, of copper and/or of aluminum and/or a metallic alloy, for example of a copper alloy or aluminum alloy, and/or of a metallic composite and/or multilayer material, for example made of an aluminum/copper multilayer material, for example in the form of a metallic foil.
41. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundmaterial nach dem Aufbringen der wenigstens einen Metallisierung (3, A) insbesondere auch zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit durch Tempern nachbehandelt wird, und zwar beispielsweise bei einer Temperatur gleich oder höher als die zum Abbinden des Klebe- und Bondmaterials verwendete Bondtemperatur.41. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the composite material is after-treated by annealing after the application of the at least one metallization (3, A), in particular to improve the thermal conductivity, for example at a temperature equal to or higher than that of Bonding temperature used to set the adhesive and bonding material.
42. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Klebe- und Bondmaterial auf das Trägersubstrat (2) unter Verwendung von Masken, insbesondere Lochmasken (18), Schablonen, Sieben, durch Sprühen, Walzen und/oder Spincoaten aufgebracht wird.42. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the adhesive and bonding material is applied to the carrier substrate (2) using masks, in particular shadow masks (18), stencils, screens, by spraying, rolling and / or spincoating.
43. Verfahren nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass das vollflächige und/oder strukturierte Aufbringen des Klebe- oder Bondmaterials unter Verwendung wenigstens einer Maske und/oder Schablone und/oder im Siebdruckverfahren erfolgt. 43. The method according to claim 42, characterized in that the full-surface and/or structured application of the adhesive or bonding material is carried out using at least one mask and/or stencil and/or using a screen printing process.
44. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bonden und/oder die Nachbehandlung bzw. das Tempern unter Druck erfolgen.44. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the bonding and/or the aftertreatment or the annealing are carried out under pressure.
45. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anmischen des des Klebe- oder Bondmaterials und/oder das Bonden so erfolgen, dass die von dem Klebe- oder Bondmaterial gebildete Klebe- oder Bondschicht (5) zumindest im fertig gestellten Verbund material (1) frei von Gas- und/oder Dampfblasen, insbesondere Luftblasen ist, der Volumenanteil derartiger Blasen in der Klebe- oder45. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the mixing of the adhesive or bonding material and/or the bonding is carried out in such a way that the adhesive or bonding layer (5) formed by the adhesive or bonding material is at least in the finished composite material (1) is free of gas and/or vapor bubbles, in particular air bubbles, the volume fraction of such bubbles in the adhesive or
Bondschicht (5) bezogen auf das Gesamtvolumen dieser Schicht höchstens 0,1 Volumen% beträgt.Bond layer (5) based on the total volume of this layer is at most 0.1% by volume.
46. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebe- oder Bondschicht (5, 5.1) auch pulverförmige46. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the adhesive or bonding layer (5, 5.1) is also powdery
Zusätze, wie Kohlenstoff, Grafit und/oder Keramik und/oder metallische Zusätze enthält.Contains additives such as carbon, graphite and/or ceramic and/or metallic additives.
47. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Nanofasermaterial ein metallfreies oder im47. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the nanofiber material is a metal-free or im
Wesentlichen metallfreies Nanofasermaterial, insbesondere ein Nanofasermaterial ohne Ni, Fe und/oder Co und/oder ein chemisch und/oder thermisch vorbehandeltes Nanofasermaterial ist.Substantially metal-free nanofiber material, in particular a nanofiber material without Ni, Fe and / or Co and / or a chemically and / or thermally pretreated nanofiber material.
48. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtanteil des Nanofasermaterials und eventueller weiterer Bestandteile in der Kunststoff-Matrix der Klebe- oder Bondschicht (5, 5.1) derart gewählt ist, dass die Glastemperatur des Klebe- oder Bondmaterials bzw. der Kunststoff-Matrix wenigstens 1500C beträgt und/oder zumindest um 25% gegenüber der Glastemperatur des die Kunststoffmatrix bildenden Kunststoff, beispielsweise Epoxy erhöht ist, und/oder dass der Gesamtanteil an Nanofasermaterial und eventuellen weiteren Zusätzen etwa 25 Gewichts% bezogen auf die Gesamtmasse der Klebe- oder Bondschicht beträgt.48. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the total proportion of the nanofiber material and any other components in the plastic matrix of the adhesive or bonding layer (5, 5.1) is selected such that the glass transition temperature of the adhesive or bonding material or the plastic matrix is at least 150 0 C and/or at least 25% compared to the glass transition temperature of the plastic matrix forming Plastic, for example epoxy, is increased, and/or that the total proportion of nanofiber material and any other additives is approximately 25% by weight based on the total mass of the adhesive or bonding layer.
49. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtanteil an Nanofasermaterial und eventuellen weiteren Zusätzen so gewählt ist, dass eine Dicke der wenigstens einen Klebeoder Bondschicht kleiner als 25 μm möglich ist.49. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the total proportion of nanofiber material and any further additives is selected so that a thickness of the at least one adhesive or bonding layer smaller than 25 μm is possible.
50. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtanteil an Nanofasermaterial sowie ggs. weiteren Füllstoffen so gewählt ist, dass die thermische Leitfähigkeit der Klebeoder Bondschicht (5, 5.1) wenigstens um den Faktor Vier, vorzugsweise wenigstens um den Faktor Fünf größer ist als diejenige thermische Leitfähigkeit, die der die Kunststoffmatrix bildende Kunststoff ohne Nanofasermaterial sowie ggs. weiteren Füllstoffen aufweist, beispielsweise größer als 1 W/mK ist.50. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the total proportion of nanofiber material and ggs. Further fillers are selected so that the thermal conductivity of the adhesive or bonding layer (5, 5.1) is at least a factor of four, preferably at least a factor of five, greater than the thermal conductivity that the plastic forming the plastic matrix without nanofiber material and also. has further fillers, for example greater than 1 W/mK.
51. Bondmaterial oder Kleber für die Herstellung einer Kleber- oder Bondverbindung zwischen zwei Elementen, beispielsweise zwischen einem Trägersubstrat (2) und einer Metallisierung (3, A)1 bestehend aus einer zumindest ein Nanofasermaterial enthaltenden Kunststoffmatrix, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Nanofasermaterials sowie ggs. weiterer Zusätze in der Kunststoffmatrix derart gewählt ist, dass das Kleber- oder Bondmaterial für eine Verarbeitung mit einer Schichtdicke kleiner 25 μm geeignet ist.51. Bonding material or adhesive for producing an adhesive or bond connection between two elements, for example between a carrier substrate (2) and a metallization (3, A) 1 consisting of a plastic matrix containing at least one nanofiber material, characterized in that the proportion of the nanofiber material as well as ggs. Further additives in the plastic matrix are selected such that the adhesive or bonding material is suitable for processing with a layer thickness of less than 25 μm.
52. Bondmaterial oder Kleber Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, dass das Nanofasermaterial ein Carbon-Nanofasermaterial ist, und/oder dass das Nanofasermaterial in einem Anteil von 5 bis 30 Gewichtsprozent in dem Klebe- oder Bondmaterial enthalten ist, und zwar bezogen auf das Gesamtgewicht dieses Materials.52. Bonding material or adhesive claim 51, characterized in that the nanofiber material is a carbon nanofiber material, and / or that the nanofiber material is contained in the adhesive or bonding material in a proportion of 5 to 30 percent by weight, based on the total weight of this material.
53. Bondmaterial oder Kleber nach Anspruch 51 oder 52, dadurch gekennzeichnet, dass das Nanofasermaterial von Nanofasern und/oder Nanotubes gebildet ist, wobei vorzugsweise zumindest ein Großteil dieser Nanofasern oder Nanotubes eine Länge im Bereich zwischen etwa 1μm und 100μm und eine Dicke etwa im Bereich zwischen 1 nm bis 300nm oder im Bereich zwischen etwa 50nm bis 150nm oder im Bereich zwischen etwa 1 nm bis 100nm, beispielsweise im Bereich von etwa 3nm bis 75nm besitzt.53. Bonding material or adhesive according to claim 51 or 52, characterized in that the nanofiber material is formed by nanofibers and / or nanotubes, preferably at least a large part of these nanofibers or nanotubes having a length in the range between approximately 1 μm and 100 μm and a thickness approximately in the range between 1 nm to 300nm or in the range between about 50nm to 150nm or in the range between about 1 nm to 100nm, for example in the range of about 3nm to 75nm.
54. Bondmaterial oder Kleber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix eine solche auf Epoxy-Basis oder Epoxy-Harz- Basis ist.54. Bonding material or adhesive according to one of the preceding claims, characterized in that the matrix is one based on epoxy or epoxy resin.
55. Bondmaterial oder Kleber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es weitere Zusätze, beispielsweise flammhemmende Zusätze, z.B. Halogenide oder Bor-Verbindungen enthält.55. Bonding material or adhesive according to one of the preceding claims, characterized in that it contains further additives, for example flame-retardant additives, for example halides or boron compounds.
56. Bondmaterial oder Kleber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Matrix bildende Kunststoffmaterial derart ausgewählt ist, dass es im ausgehärteten und/oder abgebundenem Zustand eine Temperaturfestigkeit von wenigstens 2200C aufweist.56. Bonding material or adhesive according to one of the preceding claims, characterized in that the plastic material forming the matrix is selected such that it has a temperature resistance of at least 220 0 C in the hardened and / or set state.
57. Bondmaterial oder Kleber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es pulverförmige Zusätze, wie Kohlenstoff, Grafit,57. Bonding material or adhesive according to one of the preceding claims, characterized in that it contains powdery additives such as carbon, graphite,
Keramik und/oder metallische Zusätze enthält.Contains ceramic and/or metallic additives.
58. Bondmaterial oder Kleber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Nanofasermaterial ein metallfreies oder im Wesentlichen metallfreies Nanofasermaterial, insbesondere ein Nanofasermaterial ohne Ni, Fe und/oder Co und/oder ein chemisch und/oder thermisch vorbehandeltes Nanofasermaterial ist.58. Bonding material or adhesive according to one of the preceding claims, characterized in that the nanofiber material is a metal-free or essentially metal-free nanofiber material, in particular a Nanofiber material without Ni, Fe and/or Co and/or a chemically and/or thermally pretreated nanofiber material.
59. Bondmaterial oder Kleber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtanteil des Nanofasermaterials und eventueller weiterer Bestandteile derart gewählt ist, dass die Glastemperatur des Bondmaterials oder Klebers bzw. der Kunststoff-Matrix wenigstens 1500C beträgt und/oder wenigstens um 25% gegenüber der Glastemperatur des die Kunststoffmatrix bildenden Kunststoff, beispielsweise Epoxy erhöht ist, und/oder dass der Gesamtanteil an Nanofasermaterial und eventuellen weiteren Zusätzen etwa 25 Gewichts% bezogen auf die Gesamtmasse der Klebe- oder Bondschicht beträgt.59. Bonding material or adhesive according to one of the preceding claims, characterized in that the total proportion of the nanofiber material and any other components is selected such that the glass transition temperature of the bonding material or adhesive or the plastic matrix is at least 150 0 C and / or at least around 25% compared to the glass transition temperature of the plastic forming the plastic matrix, for example epoxy, and / or that the total proportion of nanofiber material and any other additives is approximately 25% by weight based on the total mass of the adhesive or bonding layer.
60. Bondmaterial oder Kleber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtanteil an Nanofasermaterial sowie ggs. weiteren Füllstoffen so gewählt ist, dass die thermische Leitfähigkeit des Bondmaterials oder Klebers wenigstens um den Faktor Fünf größer ist als diejenige thermische Leitfähigkeit, die der die Kunststoffmatrix bildende Kunststoff aufweist, beispielsweise größer als 1 VWmK ist. 60. Bonding material or adhesive according to one of the preceding claims, characterized in that the total proportion of nanofiber material and ggs. Further fillers are selected so that the thermal conductivity of the bonding material or adhesive is at least a factor of five greater than the thermal conductivity that the plastic forming the plastic matrix has, for example greater than 1 VWmK.
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