EP2797853A1 - Process for producing dcb substrates - Google Patents

Process for producing dcb substrates

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EP2797853A1
EP2797853A1 EP12821253.7A EP12821253A EP2797853A1 EP 2797853 A1 EP2797853 A1 EP 2797853A1 EP 12821253 A EP12821253 A EP 12821253A EP 2797853 A1 EP2797853 A1 EP 2797853A1
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EP
European Patent Office
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layer
copper
ceramic layer
ceramic
surface side
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12821253.7A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Jürgen SCHULZ-HARDER
Karsten Schmidt
Karl Exel
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Rogers Germany GmbH
Original Assignee
Curamik Electronics GmbH
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Filing date
Publication date
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    • C04B2237/72Forming laminates or joined articles comprising at least two interlayers directly next to each other
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    • C04B2237/86Joining of two substrates at their largest surfaces, one surface being complete joined and covered, the other surface not, e.g. a small plate joined at it's largest surface on top of a larger plate
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
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    • Y10T29/00Metal working
    • Y10T29/30Foil or other thin sheet-metal making or treating
    • Y10T29/301Method
    • Y10T29/302Clad or other composite foil or thin metal making

Definitions

  • the invention relates to a method for the manufacture len of DCB substrates, in particular in the form of printed circuit boards for electrical circuits and / or modules, according to the preamble of claim 1. Methods of this kind are known.
  • DCB process Direct Copper Bond Technology
  • metal ltiken or sheets eg copper sheets or - fol ies
  • metal sheets or films especially those of copper or copper alloys, on their surface sides a layer or coating of a chemical
  • this layer or coating forms together with the adjacent metal l a eutectic (reflow) with a melting temperature below the melting temperature of the metal ls (for example, copper), so that by placing the film on the ceramic and heating all ichl layers can be connected to each other, through
  • This DCB method then indicates e.g. the following process steps:
  • Oxidizing a metal foil e.g. Kupferfol ie such that there is a uniform metal or copper oxide layer;
  • metal foil for example copper foil
  • DCB bonding Substrates prepared by this method (hereinafter also referred to as “DCB bonding") are hereinafter referred to as "DCB substrates", regardless of the metal I used for the metal layers or foils.
  • DCB substrates When using aluminum nitride (AIN) ceramic layers, it is also known to produce an intermediate layer of aluminum oxide (Al 2 O 3) on at least one surface side of the respective ceramic layer, first by thermal oxidation in air or in an oxygen-containing atmosphere. Only via this intermediate layer is it then possible to connect the metallization forming the corresponding metal foil, for example copper foil, by DCB bonding with the ceramic.
  • Al 2 O 3 aluminum oxide
  • the object of the invention is to provide a method by which DCB substrates with at least one ceramic layer consisting essentially of aluminum nitride with improved quality, in particular with improved mechanical and / or electrical and / or thermal properties, can be produced.
  • a method according to claim 1 is formed.
  • an essential feature of the method according to the invention is that the particular ceramic layer used, which consists essentially of aluminum nitride (AIN), for example, with an aluminum nitride content of at least 90%, preferably with an aluminum nitride content of at least 96%, with further constituents including sintering aids such as yttria Y203), calcium oxide (CaO), magnesium oxide (MgO) and release agents such as boron nitride (BN) and reaction products such as garnet (Y203 " Al203), and boron oxide (B203), prior to producing the at least one intermediate layer of alumina (AI203) is mechanically and / or chemically cleaned on the relevant surface side, ie a surface layer existing therefrom which results from the sintering process and contains, inter alia, reaction processes from the sintering process is developed in a further development of the invention.
  • AIN aluminum nitride
  • the removal of the surface layer, in particular also of the surface layer containing an oxidic ceramic takes place mechanically, for example by brushing, grinding, lapping, sandblasting, pressure blasting,
  • the removal of the surface layer takes place by chemical treatment, for example by treatment with an alkaline solution, preferably with an aqueous solution having a pH greater than 10, preferably with a pH greater than 12,
  • a treatment temperature in the range between 20 ° C and 100 ° C, preferably at a temperature greater than 50 ° C,
  • KOH Potassium hydroxide
  • Na2C03 sodium carbonate
  • the removal of the surface layer takes place thermally in liquid and / or vapor, for example by treatment under pressure in an autoclave
  • a thin layer of copper or copper oxide or of at least one other copper-containing compound is applied to the ceramic layer on at least one surface side prior to the production of the at least one intermediate layer, and that subsequently the at least one intermediate layer is produced by thermal oxidation,
  • the application of the thin layer of copper or copper oxide or of the at least one copper-containing compound is effected by immersing the ceramic layer in an aqueous copper ion-containing solution, for example in an aqueous solution with 0.005 to 2.0 mol / ICu + + ion content,
  • the application of the thin layer of copper or of copper oxide or of the at least one other copper-containing compound takes place by sputtering and / or by CVD deposition and / or by chemical deposition, and or
  • the at least one intermediate layer by thermal oxidation, i. by heating the ceramic layer to a temperature in the range between 800 ° C and 1 450 ° C in air or in an oxygen-containing atmosphere with an oxygen content between 10% and 90%,
  • the method comprises the following method steps:
  • the method comprises the following method steps:
  • a are made of a ceramic layer, that on at least one surface side of the ceramic layer, the intermediate layer is produced and then the pre-oxidized metal layer or metal foil is connected by DCB bonding, that before generating the at least one intermediate layer on the respective surface side of the ceramic layer there existing, from the Sintering process resulting surface layer is removed, and then that the intermediate layer is generated,
  • Figure 1 is a DCB substrate with an insulating or ceramic layer of aluminum nitride (AIN) in section.
  • AIN aluminum nitride
  • FIG. 3 shows an enlarged view of the ceramic layer of aluminum nitride together with an intermediate layer applied to this ceramic layer essentially consisting of aluminum oxide (Al 2 O 3) in the method of FIG.
  • Substrates of Figure 1 in a further embodiment of the invention 5 shows an enlarged view of the ceramic layer of aluminum nitride together with an intermediate layer applied to this ceramic layer essentially consisting of aluminum oxide (Al 2 O 3) in the method of FIG. 4.
  • FIG. 1, 1 is a metal-ceramic substrate or a DCB substrate which is in the
  • Substantially consists of a ceramic layer 2 of protective or intermediate layers 3, each of which is located on a surface side of the ceramic layer 2, as well as metallizations 4 and 5, which are each applied to one of the intermediate layers 3 and of which the metal isation 3 for forming of metal areas 3.1, for example in the form of
  • Conductor tracks, contact surfaces, mounting surfaces, etc. is structured.
  • the ceramic layer 2 is one made of aluminum nitride (AIN), for example, with a content of aluminum nitride (AIN) of at least 90% by weight, preferably with a content of aluminum nitride (AIN) of about 96% by weight, the remainder each being further additives or substantially other additives, in particular sintering aids, such as
  • yttria Y203
  • ceria CaO
  • barium oxide B203
  • barium nitride BN
  • calcium oxide CaO
  • the intermediate layers 3 are also ceramic layers and consist of aluminum oxide (AI302) with a small proportion of other constituents, in particular
  • Sintering aids for example with a small proportion of yttrium oxide (Y203),
  • the metallizations 4 and 5 are layers or foils of copper, of a copper alloy, or of aluminum or an aluminum alloy.
  • the basic process steps for producing the substrate 1 are shown in FIG. 2 in the local positions a) -f).
  • the ceramic layer 2 of aluminum nitride is first provided, by casting and / or calendering and / or pressing a crumb foil 2.1 made of aluminum nitride (AIN) with the sintering aids and by subsequent sintering of the respective green sheet 2.1, also in the stack with further Crünfolien at the required sintering temperature, for example at a temperature in the range between 1 600 ° C and 1 900 ° C.
  • the green ceramic layer 2.2 (ceramic layer as-fired) is obtained according to the position b).
  • This raw ceramic layer 2.2 has, in particular, surface layers 6 originating from the sintering process, for example with a thickness in the range between 0.05 mm and 0.3 mm.
  • the surface layers 6 consist essentially of
  • Impurities and components or compounds of the sintering aids and release agents such.
  • the intermediate layers 3 e.g. by thermal oxidation.
  • the ceramic layer 2 in air or in an oxygen-containing atmosphere, for example in an atmosphere containing inert gas, for example nitrogen, argon, etc., and oxygen in a proportion of 10% - 90%, to a temperature in the range between 800 ° C heated to 1450 ° C.
  • the intermediate layers 3 likewise contain constituents (3.1) or reaction products of the sintering aids, for example Y 2 O 3, BN, B 2 O 3 etc. (FIGS. 3 and 5)
  • the pre-oxidized metal layers or metal foils are respectively placed on an intermediate layer 3 and then subsequently connected by DCB bonding with the intermediate layers 3 and via the with the ceramic layer 2.
  • the DCB bonding is performed by heating the assembly formed by the metal foils or layers and the ceramic layer 2 with the intermediate layers 3 to the DCB temperature in the range between
  • the structuring of at least the metallization 4 takes place in accordance with the position f) to form the metal regions 4.1, which are also electrically separated from one another, using a suitable and known masking and etching method.
  • This structuring can be omitted if the metallizations 4 and 5 and in particular the metallization 4 already pre-structured on with the
  • removing the surface layers 6, in particular a mechanical and / or material-removing treatment and / or a chemical treatment for example a chemical treatment with a suitable aqueous solution or alkali, preferably with an aqueous alkaline solution having a pH greater oil or preferably greater than 12, for example by immersing the
  • sodium hydroxide solution NaOH
  • a 5% sodium hydroxide solution are suitable as the treatment solution.
  • other alkaline treatment solutions for example KOH, Na 2 CO 3, are also suitable for the treatment.
  • the treatment is preferably carried out at a temperature in the range between 20 ° C and 100 ° C, preferably at a temperature greater than 50 ° C.
  • Another possibility is a treatment with the solutions mentioned under pressure in an autoclave to 300 ° C.
  • a mechanical treatment removing the material of the surface layers 6 is also possible, for example removal of the surface layers 6 by brushing and / or grinding and / or lapping, sand blasting, pressure blasting, etc.
  • Treatment before the chemical treatment or following the chemical treatment are mechanical treatment and chemical treatment carried out at least partially overlapping in time.
  • connection of the metallizations 4 and 5 with the ceramic and in terms of electrical properties can be achieved when in the intermediate layer 3 copper or copper oxide or copper ions are incorporated. It has been shown that 3 discontinuities 7 form without incorporation of copper or copper oxide or copper ions in the intermediate layers, in which the respective intermediate layer 3 is not completely formed or interrupted.
  • discontinuities 7 i. in particular the pores and interruptions, lead to the fact that in the region of discontinuities 7 no DCB connection between the ceramic and the respective metallization 4 or 5 comes about, ie below the respective
  • Metallization 4 and 5 bubbles or cavities form. Through these bubbles or voids u.a. not only the mechanical strength of the connection between the metallizations 4 and 5 and the ceramic, but in particular the dielectric strength of the substrate 1 between the metallizations 4 and 5 significantly affected.
  • the discontinuities 7 and the associated disadvantages are effectively avoided (FIG. 5).
  • FIG. 4 shows in the positions a-f the essential steps a method in which, after the provision of the ceramic ceramics 2.1 (position a), after the sintering and cleaning of the raw ceramics 2.2 (Positions b and c) on both surface sides of the cleaned, ie freed from the surface layers 6 ceramic layer 2 is applied in each case a thin layer 8 of copper or a copper-containing compound, as shown in Figure 4 in the position c) subsequent Position c) 'is indicated. Following this, in turn, according to position d), the two intermediate layers 3 having the desired thicknesses are produced by thermal oxidation in an oxygen-containing atmosphere.
  • the intermediate layers 3 are set to a layer thickness between about 0.5 // m and 10 ym.
  • the further method steps (positions e) and f)) correspond to the method as described in connection with FIG.
  • the layers 8 for example, with a thickness in the range between 1, 5 x 10 "4 // m and 1 200 x 10" 4 // m.
  • the layers 8 can be obtained, for example, by immersing the cleaned ceramic layer 2 in an aqueous solution containing copper ions, for example in an aqueous solution with 0.005 to 2.0 mol / ICu + + ion content and / or by sputtering and / or by CVD deposition and / or chemical deposition can be applied.
  • the layers 8 can also be produced by the use of brushes with bristles containing copper in the case of mechanical removal of the surface layers 6.
  • Another method for doping the Al 2 O 3 intermediate layers 3 with copper during the thermal oxidation can be carried out by the following method steps:
  • Another method for doping the Al 2 O 3 intermediate layers 3 with copper can be carried out by the following method steps:

Abstract

Process for producing DCB substrates having in each case at least one ceramic layer which consists essentially of aluminium nitride (AlN) and is provided on at least one surface side with an intermediate layer consisting essentially of aluminium oxide and also has at least one metallization formed by a metal layer or metal foil on the intermediate layer.

Description

Verfahren zur Herstellung von DCB-Substraten  Process for the preparation of DCB substrates
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstel len von DCB-Substraten, insbesondere in Form von Leiterplatten für elektrische Schaltkreise und/oder Module, gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 . Verfahren dieser Art sind bekannt. The invention relates to a method for the manufacture len of DCB substrates, in particular in the form of printed circuit boards for electrical circuits and / or modules, according to the preamble of claim 1. Methods of this kind are known.
Bekannt ist das sogenannten„DCB-Verfahrens" (Direct-Copper-Bond-Technology) Known is the so-called "DCB process" (Direct Copper Bond Technology)
beispielsweise zum Verbinden von Metal lschichten oder -blechen (z.B. Kupferblechen oder - fol ien) mit einander und/oder mit Keramik oder Keramikschichten, und zwar unter Verwendung von Metal lblechen oder -folien, insbesondere auch solchen aus Kupfer oder Kupferlegierungen, die an ihren Oberflächenseiten eine Schicht oder einen Überzug aus einer chemischen For example, for connecting metal lschichten or sheets (eg copper sheets or - fol ies) with each other and / or with ceramic or ceramic layers, using metal sheets or films, especially those of copper or copper alloys, on their surface sides a layer or coating of a chemical
Verbindung aus dem Metal l und einem reaktiven Gas , bevorzugt Sauerstoff aufweisen. Bei diesem beispielsweise in der US-PS 37 44 120 oder in der DE-PS 23 1 9 854 beschriebenen Verfahren bildet diese Schicht oder dieser Überzug zusammen mit dem angrenzenden Metal l ein Eutektikum (Aufschmelzschicht) mit einer Schmelztemperatur unter der Schmelztemperatur des Metal ls (z.B. Kupfers), so dass durch Auflegen der Folie auf die Keramik und durch Erhitzen sämtl icher Schichten diese miteinander verbunden werden können, und zwar durch Compound of the metal l and a reactive gas, preferably oxygen. In this method, for example, in US-PS 37 44 120 or in DE-PS 23 1 9 854 described method, this layer or coating forms together with the adjacent metal l a eutectic (reflow) with a melting temperature below the melting temperature of the metal ls ( For example, copper), so that by placing the film on the ceramic and heating all ichl layers can be connected to each other, through
Aufschmelzen des Metal ls bzw. Kupfers im wesentl ichen nur im Bereich der Aufschmelzschicht bzw. Oxidschicht. Melting of the metal or copper essentially only in the area of the melting layer or oxide layer.
Dieses DCB-Verfahren weist dann z.B. folgende Verfahrensschritte auf: This DCB method then indicates e.g. the following process steps:
• Oxidieren einer Metal lfol ie, z.B. Kupferfol ie derart, das sich eine gleichmäßige Metall- oder Kupferoxidschicht ergibt;  Oxidizing a metal foil, e.g. Kupferfol ie such that there is a uniform metal or copper oxide layer;
· Auflegen der Metallfol ie, beispielsweise Kupferfol ie auf die Keramikschicht; Placing the metal foil, for example copper foil, on the ceramic layer;
• Erhitzen des Verbundes auf eine Prozesstemperatur zwischen etwa 1 025 bis 1083 °C, z.B. auf ca. 1071 °C;  Heating the composite to a process temperature between about 1025 to 1083 ° C, e.g. to about 1071 ° C;
• Abkühlen auf Raumtemperatur. Substrate, die nach diesem Verfahren (nachstehend auch als„DCB-Bonden" bezeichnet) hergestel lt wurden, werden nachfolgend als„DCB-Substrate" bezeichnet, und zwar unabhängig von dem für die Metallschichten oder -fol ien verwendeten Metal l. Bei Verwendung von Keramikschichten aus Aluminiumnitrid (AIN) ist auch bekannt, an wenigstens einer Oberflächenseite der jeweiligen Keramikschicht zunächst durch thermische Oxidation in Luft oder in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre eine Zwischenschicht aus Aluminiumoxid (AI203) zu erzeugen. Nur über diese Zwischenschicht ist es dann möglich, die die entsprechende Metallisierung bildende Metallfolie, beispielsweise Kupferfolie durch DCB- Bonden mit der Keramik zu verbinden. • Cool to room temperature. Substrates prepared by this method (hereinafter also referred to as "DCB bonding") are hereinafter referred to as "DCB substrates", regardless of the metal I used for the metal layers or foils. When using aluminum nitride (AIN) ceramic layers, it is also known to produce an intermediate layer of aluminum oxide (Al 2 O 3) on at least one surface side of the respective ceramic layer, first by thermal oxidation in air or in an oxygen-containing atmosphere. Only via this intermediate layer is it then possible to connect the metallization forming the corresponding metal foil, for example copper foil, by DCB bonding with the ceramic.
Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem DCB-Substrate mit wenigstens einer Keramikschicht im Wesentlichen bestehend aus Aluminiumnitrid mit verbesserter Qualität, insbesondere mit verbesserten mechanischen und/oder elektrischen und/oder thermischen Eigenschaften hergestellt werden können. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. The object of the invention is to provide a method by which DCB substrates with at least one ceramic layer consisting essentially of aluminum nitride with improved quality, in particular with improved mechanical and / or electrical and / or thermal properties, can be produced. To solve this problem, a method according to claim 1 is formed.
Ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die jeweils verwendete Keramikschicht, die im Wesentlichen aus Aluminiumnitrid (AIN) besteht, beispielsweise mit einem Aluminiumnitrid-Anteil von wenigstens 90%, vorzugsweise mit einem Aluminiumnitrid-Anteil von wenigstens 96%, wobei weitere Bestandteile u.a. Sinterhilfsmittel, wie Yttriumoxid Y203), Calciumoxid (CaO), Magnesiumoxid (MgO) sowie Trennmittel wie Boritrid (BN) sowie Reaktionsprodukte wie Granat (Y203 " AI203), und Boroxid (B203) sind, vor dem Erzeugen der wenigstens einen Zwischenschicht aus Aluminiumoxid (AI203) an der betreffenden Oberflächenseite mechanisch und/oder chemisch gereinigt wird, d.h. eine dort vorhandene Oberflächenschicht entfernt wird, die aus dem Sinterprozess resultiert und u.a. Reaktionsprozesse aus dem Sinterprozess enthält. In Weiterbildung der Erfindung ist das Verfahren beispielsweise so ausgebildet, An essential feature of the method according to the invention is that the particular ceramic layer used, which consists essentially of aluminum nitride (AIN), for example, with an aluminum nitride content of at least 90%, preferably with an aluminum nitride content of at least 96%, with further constituents including sintering aids such as yttria Y203), calcium oxide (CaO), magnesium oxide (MgO) and release agents such as boron nitride (BN) and reaction products such as garnet (Y203 " Al203), and boron oxide (B203), prior to producing the at least one intermediate layer of alumina (AI203) is mechanically and / or chemically cleaned on the relevant surface side, ie a surface layer existing therefrom which results from the sintering process and contains, inter alia, reaction processes from the sintering process is developed in a further development of the invention.
dass das Entfernen der Oberflächenschicht, insbesondere auch der eine oxidische Keramik enthaltenden Oberflächenschicht mechanisch erfolgt, beispielsweise durch Bürsten, Schleifen, Läppen, Sandstrahlen, Druckstrahlen,  the removal of the surface layer, in particular also of the surface layer containing an oxidic ceramic, takes place mechanically, for example by brushing, grinding, lapping, sandblasting, pressure blasting,
und/oder  and or
dass das Entfernen der Oberflächenschicht durch chemische Behandlung erfolgt, beispielsweise durch Behandlung mit einer alkalischen Lösung, vorzugsweise mit einer wässrigen Lösung mit einem PH-Wert größer 10, bevorzugt mit einem PH-Wert größer 12,  the removal of the surface layer takes place by chemical treatment, for example by treatment with an alkaline solution, preferably with an aqueous solution having a pH greater than 10, preferably with a pH greater than 12,
und/oder dass das Entfernen der Oberflächenschicht bei einer Behandlungstemperatur im Bereich zwischen 20°C und 100°C, vorzugsweise bei einer Temperatur größer 50°C erfolgt, and or the removal of the surface layer takes place at a treatment temperature in the range between 20 ° C and 100 ° C, preferably at a temperature greater than 50 ° C,
und/oder and or
dass das Entfernen der Oberflächenschicht durch Behandlung mit Natronlauge, vorzugsweise mit 5% iger Natronlauge und/oder durch eine Behandlung mit that the removal of the surface layer by treatment with sodium hydroxide solution, preferably with 5% sodium hydroxide solution and / or by a treatment with
Kaliumhydrooxid (KOH) und/oder Natriumkarbonat (Na2C03), Potassium hydroxide (KOH) and / or sodium carbonate (Na2C03),
und/oder and or
dass das Entfernen der Oberflächenschicht thermisch in Flüssigkeit und/oder Dampf erfolgt, beispielsweise durch Behandlung unter Druck im Autoklaven bei the removal of the surface layer takes place thermally in liquid and / or vapor, for example by treatment under pressure in an autoclave
Temperaturen bis 300°C,  Temperatures up to 300 ° C,
und/oder and or
dass vor Erzeugen der wenigstens einen Zwischenschicht auf die Keramikschicht an wenigstens einer Oberflächenseite eine dünne Schicht aus Kupfer oder Kupferoxid oder aus wenigstens einer anderen kupferhaltigen Verbindung aufgebracht wird, und dass im Anschluss daran die wenigstens eine Zwischenschicht durch thermische Oxidation erzeugt wird, a thin layer of copper or copper oxide or of at least one other copper-containing compound is applied to the ceramic layer on at least one surface side prior to the production of the at least one intermediate layer, and that subsequently the at least one intermediate layer is produced by thermal oxidation,
und/oder and or
dass die thermische Oxidation so lange erfolgt, bis sich für die wenigstens eine Zwischenschicht (3) eine Schichtdicke im Bereich zwischen 0,5//m und 10//m eingestellt hat, the thermal oxidation takes place until a layer thickness in the range between 0.5 // m and 10 // m has been established for the at least one intermediate layer (3),
und/oder and or
dass die mechanische und chemische Bearbeitung zum Entfernen der wenigstens einen Oberflächenschicht zumindest teilweise zeitlich überlappend oder zeitlich nacheinander durchgeführt werden, that the mechanical and chemical processing for removing the at least one surface layer are performed at least partially overlapping in time or in succession,
und/oder and or
dass das Aufbringen der dünnen Schicht aus Kupfer oder Kupferoxid oder aus der wenigstens einen kupferhaltigen Verbindung durch Eintauchen der Keramikschicht in eine wässrige Kupferionen enthaltende Lösung, beispielsweise in eine wässrige Lösung mit 0,005 bis 2,0 Mol/ICu + + Ionen-Gehalt erfolgt, the application of the thin layer of copper or copper oxide or of the at least one copper-containing compound is effected by immersing the ceramic layer in an aqueous copper ion-containing solution, for example in an aqueous solution with 0.005 to 2.0 mol / ICu + + ion content,
und/oder and or
dass das Aufbringen der dünnen Schicht aus Kupfer oder aus Kupferoxid oder aus der wenigstens einen anderen kupferhaltigen Verbindung durch Sputtern und/oder durch CVD-Abscheidung und/oder durch chemische Abscheidung erfolgt, und/oder the application of the thin layer of copper or of copper oxide or of the at least one other copper-containing compound takes place by sputtering and / or by CVD deposition and / or by chemical deposition, and or
das die wenigstens eine Zwischenschicht durch thermische Oxidation, d.h. durch Aufheizen der Keramikschicht auf eine Temperatur im Bereich zwischen 800°C und 1 450°C in Luft oder in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre mit einem Sauerstoffanteil zwischen 10% und 90% erfolgt, that the at least one intermediate layer by thermal oxidation, i. by heating the ceramic layer to a temperature in the range between 800 ° C and 1 450 ° C in air or in an oxygen-containing atmosphere with an oxygen content between 10% and 90%,
und/oder and or
dass das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: the method comprises the following method steps:
Auflegen zumindest einer oxidierten Metallfolie aus Kupfer oder einer  Applying at least one oxidized metal foil made of copper or a
Kupferlegierung auf wenigstens eine Oberflächenseite der gereinigten  Copper alloy on at least one surface side of the cleaned
Keramikschicht aus AIN,  Ceramic layer of AIN,
Erhitzen der wenigstens einen Metallfolie und der Keramikschicht auf eine Temperatur von 400°C - 1083 °C,  Heating the at least one metal foil and the ceramic layer to a temperature of 400 ° C - 1083 ° C,
Entfernen der wenigstens einen Metallfolie, vorzugsweise nach einem Abkühlen der Metallfolie und der Keramikschicht,  Removing the at least one metal foil, preferably after cooling the metal foil and the ceramic layer,
Oxidieren der Keramikschicht bei einer Temperatur von 850°C - 1450°C in sauerstoffhaltiger Atmosphäre zur Erzeugung der Zwischenschicht an wenigstens einer Oberflächenseite der Keramikschicht, und.  Oxidizing the ceramic layer at a temperature of 850 ° C - 1450 ° C in an oxygen-containing atmosphere to form the intermediate layer on at least one surface side of the ceramic layer, and.
DCB-Bonden wenigstens einer Metallfolie an zumindest einer Oberflächenseite der Keramikschicht,  DCB bonding at least one metal foil to at least one surface side of the ceramic layer,
und/oder and or
dass das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: the method comprises the following method steps:
Oxidieren der gereinigten Keramikschicht aus AIN bei einer Temperatur von 800°C -1450°C,  Oxidizing the cleaned ceramic layer of AIN at a temperature of 800 ° C -1450 ° C,
DCB-Bonden wenigstens einer Metallfolie aus Kupfer oder einer Kupferlegierung an wenigstens einer Oberflächenseite der oxidierten Keramikschicht,  DCB bonding at least one metal foil of copper or a copper alloy to at least one surface side of the oxidized ceramic layer,
Entfernen der wenigstens einen Metallfolie vorzugsweise durch Abätzen,  Removing the at least one metal foil, preferably by etching,
Nochmaliges Oxidieren der Keramikschicht (2) bei einer Temperatur von 800°C - 1450°C, und  Re-oxidizing the ceramic layer (2) at a temperature of 800 ° C - 1450 ° C, and
DCB-Bonden wenigstens einer Metallfolie an zumindest einer Oberflächenseite der Keramikschicht,  DCB bonding at least one metal foil to at least one surface side of the ceramic layer,
und/oder and or
dass das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist, that the method comprises the following method steps,
dass durch Gießen und/oder Kalandrieren und/oder Pressen eine Crünfolie aus Aluminiumnitrid und Sinterhilfsmitteln erzeugt und aus dieser durch Sintern eine Rohkeramikschicht hergestellt werden, dass auf wenigstens einer Oberflächenseite der Keramikschicht die Zwischenschicht erzeugt und mit dieser dann die voroxidierte Metallschicht oder Metallfolie durch DCB-Bonden verbunden wird, dass vor dem Erzeugen der wenigstens einen Zwischenschicht an der betreffenden Oberflächenseite der Keramikschicht eine dort vorhandene, aus dem Sinterprozess resultierende Oberflächenschicht entfernt wird, und dass anschließend die die Zwischenschicht erzeugt wird, in that by casting and / or calendering and / or pressing a crumb of aluminum nitride and sintering aids produced and from this by sintering a Are made of a ceramic layer, that on at least one surface side of the ceramic layer, the intermediate layer is produced and then the pre-oxidized metal layer or metal foil is connected by DCB bonding, that before generating the at least one intermediate layer on the respective surface side of the ceramic layer there existing, from the Sintering process resulting surface layer is removed, and then that the intermediate layer is generated,
wobei die vorgenannten Merkmale jeweils einzeln oder in beliebiger Kombination verwendet sein können. wherein the aforementioned features can be used individually or in any combination.
Der Ausdruck„im Wesentlichen" bzw.„etwa" bedeutet im Sinne der Erfindung Abweichungen vom jeweils exakten Wert um +/- 10%, bevorzugt um +/- 5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen. 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. The expression "essentially" or "approximately" in the sense of the invention means deviations from the exact value by +/- 10%, preferably by +/- 5% and / or deviations in the form of changes that are insignificant for the function. 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 anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail with reference to the figures of embodiments. Show it:
Fig. 1 ein DCB-Substrat mit einer Isolier- bzw. Keramikschicht aus Aluminiumnitrid (AIN) im Schnitt; Figure 1 is a DCB substrate with an insulating or ceramic layer of aluminum nitride (AIN) in section.
Fig. 2 in Positionen a) - f) verschiedene Verfahrensschritte zum Herstellen des DCB- 2 in positions a) -f) different method steps for producing the DCB
Substrates der Figur 1 ; Substrate of Figure 1;
Fig. 3 in vergrößerter Darstellung die Keramikschicht aus Aluminiumnitrid zusammen mit einer auf diese Keramikschicht aufgebrachten Zwischenschicht im Wesentlichen bestehend aus Aluminiumoxid (AI203) bei dem Verfahren der Figur 3 shows an enlarged view of the ceramic layer of aluminum nitride together with an intermediate layer applied to this ceramic layer essentially consisting of aluminum oxide (Al 2 O 3) in the method of FIG
2; 2;
Fig. 4 in Positionen a) - f) verschiedene Verfahrensschritte zum Herstellen des DCB- 4 in positions a) -f) different method steps for producing the DCB
Substrates der Figur 1 bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; Fig. 5 in vergrößerter Darstellung die Keramikschicht aus Aluminiumnitrid zusammen mit einer auf diese Keramikschicht aufgebrachten Zwischenschicht im Wesentlichen bestehend aus Aluminiumoxid (AI203) bei dem Verfahren der Figur 4. Substrates of Figure 1 in a further embodiment of the invention; 5 shows an enlarged view of the ceramic layer of aluminum nitride together with an intermediate layer applied to this ceramic layer essentially consisting of aluminum oxide (Al 2 O 3) in the method of FIG. 4.
In der Figur 1 ist 1 ein Metall-Keramik-Substrat bzw. ein DCB-Substrat, welches im In FIG. 1, 1 is a metal-ceramic substrate or a DCB substrate which is in the
Wesentlichen aus einer Keramikschicht 2 aus Schutz- oder Zwischenschichten 3, von denen sich jede auf einer Oberflächenseite der Keramikschicht 2 befindet, sowie aus Metallisierungen 4 und 5 besteht, die jeweils auf eine der Zwischenschichten 3 aufgebracht sind und von denen die Metall isierung 3 zur Bildung von Metallbereichen 3.1 beispielsweise in Form von Substantially consists of a ceramic layer 2 of protective or intermediate layers 3, each of which is located on a surface side of the ceramic layer 2, as well as metallizations 4 and 5, which are each applied to one of the intermediate layers 3 and of which the metal isation 3 for forming of metal areas 3.1, for example in the form of
Leiterbahnen, Kontaktflächen, Montageflächen usw. strukturiert ist. Conductor tracks, contact surfaces, mounting surfaces, etc. is structured.
Im Detail ist die Keramikschicht 2 eine solche aus Aluminiumnitrid (AIN), beispielsweise mit einem Anteil an Aluminiumnitrid (AIN) von wenigstens 90 Cewichts%, vorzugsweise mit einem Anteil an Aluminiumnitrid (AIN) von etwa 96 Cewichts%, wobei der Rest jeweils weitere Zusätze oder im Wesentlichen weitere Zusätze, insbesondere Sinterhilfsmittel, wie In detail, the ceramic layer 2 is one made of aluminum nitride (AIN), for example, with a content of aluminum nitride (AIN) of at least 90% by weight, preferably with a content of aluminum nitride (AIN) of about 96% by weight, the remainder each being further additives or substantially other additives, in particular sintering aids, such as
beispielsweise Yttriumoxid (Y203), Caiciumoxid (CaO), Bariumoxid (B203), Bariumnitrid (BN), Kalziumoxid (CaO) usw. sind. Die Zwischenschichten 3 sind ebenfalls Keramikschichten und bestehen aus Aluminiumoxid (AI302) mit einem geringen Anteil an weiteren Bestandteilen, insbesondere an For example, yttria (Y203), ceria (CaO), barium oxide (B203), barium nitride (BN), calcium oxide (CaO), etc. are. The intermediate layers 3 are also ceramic layers and consist of aluminum oxide (AI302) with a small proportion of other constituents, in particular
Sinterhilfsmitteln, beispielsweise mit einem geringen Anteil an Yttriumoxid (Y203), Sintering aids, for example with a small proportion of yttrium oxide (Y203),
Bariumnitrid (BN), Bariumoxid (B203), Kalziumoxid (CaO). Die Metallisierungen 4 und 5 sind Schichten oder Folien aus Kupfer, aus einer Kupferlegierung, oder aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Barium nitride (BN), barium oxide (B203), calcium oxide (CaO). The metallizations 4 and 5 are layers or foils of copper, of a copper alloy, or of aluminum or an aluminum alloy.
Die grundlegenden Verfahrensschritte zur Herstellung des Substrates 1 sind in der Figur 2 in den dortigen Positionen a) - f) wiedergegeben. Entsprechend der Position a) wird zunächst die Keramikschicht 2 aus Aluminiumnitrid bereitgestellt, und zwar durch Gießen und/oder Kalandrieren und/oder Pressen einer Crünfolie 2.1 aus Aluminiumnitrid (AIN) mit den Sinterhilfsmitteln und durch anschließendes Sintern der jeweiligen Crünfolie 2.1 , auch im Stapel mit weiteren Crünfolien bei der erforderlichen Sintertemperatur, beispielsweise bei einer Temperatur im Bereich zwischen 1 600°C und 1 900°C. Nach dem Sintern wird die Rohkeramikschicht 2.2 (Keramikschicht as-fired) entsprechend der Position b) erhalten. Beim Sintern im Stapel werden Trennmittel wie Bornitrid (BN) eingesetzt. Diese Rohkeramikschicht 2.2 weist insbesondere aus dem Sinterprozess herrührende Oberflächenschichten 6 auf, beispielsweise mit einer Dicke im Bereich zwischen 0,05mm und 0,3mm. Die Oberflächenschichten 6 bestehen im Wesentlichen aus The basic process steps for producing the substrate 1 are shown in FIG. 2 in the local positions a) -f). According to the position a), the ceramic layer 2 of aluminum nitride is first provided, by casting and / or calendering and / or pressing a crumb foil 2.1 made of aluminum nitride (AIN) with the sintering aids and by subsequent sintering of the respective green sheet 2.1, also in the stack with further Crünfolien at the required sintering temperature, for example at a temperature in the range between 1 600 ° C and 1 900 ° C. After sintering, the green ceramic layer 2.2 (ceramic layer as-fired) is obtained according to the position b). During sintering in the stack, release agents such as boron nitride (BN) are used. This raw ceramic layer 2.2 has, in particular, surface layers 6 originating from the sintering process, for example with a thickness in the range between 0.05 mm and 0.3 mm. The surface layers 6 consist essentially of
Verunreinigungen sowie aus Bestandteilen oder Verbindungen der Sinterhilfsmittel und Trennmittel, wie z.B. Boroxid (B203), Bornitrid (BN), Yttriumoxid (Y203), Granat  Impurities and components or compounds of the sintering aids and release agents, such. Boron oxide (B203), boron nitride (BN), yttrium oxide (Y203), garnet
(Y203 ^ AI203, Kalziumoxid (CaO) usw. Entsprechend der Position c) werden in einem nächsten Verfahrensschritt die (Y203 ^ AI203, calcium oxide (CaO), etc. According to the position c) are in a next step, the
Oberflächenschicht 6 entfernt, sodass die Keramikschicht 2 mit gereinigten oder sauberen Oberflächenseiten erhalten wird.  Surface layer 6 is removed, so that the ceramic layer 2 is obtained with cleaned or clean surface sides.
In einem nächsten Verfahrensschritt erfolgt entsprechend der Position d) das Aufbringen der Zwischenschichten 3, z.B. durch thermische Oxidation. Hierfür wird die Keramikschicht 2 in Luft oder in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, beispielsweise in einer Atmosphäre, die Inertgas, beispielsweise Stickstoff, Argon usw., sowie Sauerstoff mit einem Anteil von 10% - 90%, enthält, auf eine Temperatur im Bereich zwischen 800°C bis 1 1450°C erhitzt. Die Zwischenschichten 3 enthalten ebenfalls Bestandteile (3.1 ) oder Reaktionsprodukte der Sinterhilfsmittel, beispielsweise Y203, BN, B203 usw. (Figuren 3 und 5) In a next method step, according to the position d), the application of the intermediate layers 3, e.g. by thermal oxidation. For this purpose, the ceramic layer 2 in air or in an oxygen-containing atmosphere, for example in an atmosphere containing inert gas, for example nitrogen, argon, etc., and oxygen in a proportion of 10% - 90%, to a temperature in the range between 800 ° C heated to 1450 ° C. The intermediate layers 3 likewise contain constituents (3.1) or reaction products of the sintering aids, for example Y 2 O 3, BN, B 2 O 3 etc. (FIGS. 3 and 5)
In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt entsprechend der Position e) das DCB-Bonden bzw. das flächige Verbinden der die Metallisierungen 4 und 5 bildenden Metallschichten oder Metallfolien aus Kupfer, aus einer Kupferlegierung, aus Aluminium oder aus einer In a further method step takes place according to the position e), the DCB bonding or the surface bonding of the metallizations 4 and 5 forming metal layers or metal foils of copper, a copper alloy, aluminum or from a
Aluminiumlegierung. Hierfür werden die voroxidierten Metallschichten oder Metallfolien auf jeweils eine Zwischenschicht 3 aufgelegt und dann anschließend durch DCB-Bonden mit den Zwischenschichten 3 und über die mit der Keramikschicht 2 verbunden. Das DCB-Bonden erfolgt durch Erhitzen der von den Metallfolien oder -schichten und von der Keramikschicht 2 mit den Zwischenschichten 3 gebildeten Anordnung auf die DCB-Temperatur im Bereich zwischen Aluminum alloy. For this purpose, the pre-oxidized metal layers or metal foils are respectively placed on an intermediate layer 3 and then subsequently connected by DCB bonding with the intermediate layers 3 and via the with the ceramic layer 2. The DCB bonding is performed by heating the assembly formed by the metal foils or layers and the ceramic layer 2 with the intermediate layers 3 to the DCB temperature in the range between
1 025°C und 1 083 °C in einer Schutzgas- oder Inertgasatmosphäre mit einem geringen Sauerstoffanteil und anschließendes Abkühlen auf Umgebungstemperatur. Hierbei bildet das jeweilige Kupfer- oder Aluminiumoxid mit dem benachbarten Kupfer bzw. Aluminium eine eutektische Schmelze über die nach dem Abkühlen unter DCB-Temperatur die die jeweilige Metallisierung 4 bzw. 5 bildende Metallschicht oder Metallfolie mit der benachbarten 1 025 ° C and 1 083 ° C in a protective gas or inert gas atmosphere with a low oxygen content and then cooling to ambient temperature. Here, the respective copper or aluminum oxide with the adjacent copper or aluminum forms a eutectic melt on the after cooling under DCB temperature which the respective Metallization 4 or 5 forming metal layer or metal foil with the adjacent
Zwischenschicht 3 und über diese auch mit der Keramikschicht 2 verbunden ist. Mit den Zwischenschichten 3 wird die für diese Verbindung notwendige Benetzung der Keramik mit dem flüssigen Eutektikum erreicht, womit das DCB-Bonden der Metallisierungen 4 und 5 bzw. der diese Metallisierungen bildenden Metallschichten oder Metallfolien erst möglich wird. Intermediate layer 3 and connected via this with the ceramic layer 2. With the intermediate layers 3, the wetting of the ceramic with the liquid eutectic necessary for this connection is achieved, whereby the DCB bonding of the metallizations 4 and 5 or of the metal layers or metal foils forming this metallization becomes possible in the first place.
In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt dann entsprechend der Position f) das Strukturieren zumindest der Metallisierung 4 zur Ausbildung der voneinander auch elektrisch getrennten Metallbereiche 4.1 , und zwar unter Verwendung eines geeigneten und bekannten Maskierungs- und Ätzverfahrens. Diese Strukturierung kann entfallen, wenn die Metallisierungen 4 und 5 und dabei insbesondere die Metallisierung 4 bereits vorstrukturiert auf die mit den In a further method step, the structuring of at least the metallization 4 takes place in accordance with the position f) to form the metal regions 4.1, which are also electrically separated from one another, using a suitable and known masking and etching method. This structuring can be omitted if the metallizations 4 and 5 and in particular the metallization 4 already pre-structured on with the
Zwischenschichten 3 versehene Keramikschicht 2 durch DCB-Bonden aufgebracht werden. Intermediate layer 3 provided ceramic layer 2 are applied by DCB bonding.
Für das Entfernen der Oberflächenschichten 6 sind verschiedene Verfahren möglich, insbesondere eine mechanische und/oder Material entfernende Behandlung und/oder eine chemische Behandlung, beispielsweise eine chemische Behandlung mit einer geeigneten wässrigen Lösung oder Lauge, vorzugsweise mit einer wässrigen alkalischen Lösung mit einem PH-Wert größerl O oder bevorzugt größer12, beispielsweise durch Eintauchen der Various methods are possible for removing the surface layers 6, in particular a mechanical and / or material-removing treatment and / or a chemical treatment, for example a chemical treatment with a suitable aqueous solution or alkali, preferably with an aqueous alkaline solution having a pH greater oil or preferably greater than 12, for example by immersing the
Rohkeramikschicht 2.2 in diese wässrige Lösung bzw. Lauge. Raw ceramic layer 2.2 in this aqueous solution or alkali.
Als Behandlungslösung eignet sich hierbei insbesondere Natronlauge (NaOH) und dabei insbesondere eine 5%ige Natronlauge. Für die Behandlung eignen sich aber auch andere alkalische Behandlungslösungen, beispielsweise KOH, Na2C03. Die Behandlung erfolgt dabei vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich zwischen 20°C und 100°C, vorzugsweise bei einer Temperatur größer 50°C. Eine weitere Möglichkeit besteht in einer Behandlung mit den genannten Lösungen unter Druck im Autoklaven bis 300°C. Hiermit können die In particular, sodium hydroxide solution (NaOH) and in particular a 5% sodium hydroxide solution are suitable as the treatment solution. However, other alkaline treatment solutions, for example KOH, Na 2 CO 3, are also suitable for the treatment. The treatment is preferably carried out at a temperature in the range between 20 ° C and 100 ° C, preferably at a temperature greater than 50 ° C. Another possibility is a treatment with the solutions mentioned under pressure in an autoclave to 300 ° C. Hereby, the
Behandlungszeiten wesentlich reduziert werden. Treatment times are significantly reduced.
Zusätzlich zu der chemischen Behandlung oder aber anstelle von dieser ist auch eine das Material der Oberflächenschichten 6 entfernende mechanische Behandlung möglich, beispielsweise ein Entfernen der Oberflächenschichten 6 durch Bürsten und/oder Schleifen und/oder Läppen, Sandstrahlen, Druckstrahlen usw. In addition to or instead of the chemical treatment, a mechanical treatment removing the material of the surface layers 6 is also possible, for example removal of the surface layers 6 by brushing and / or grinding and / or lapping, sand blasting, pressure blasting, etc.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die mechanische In one embodiment of the method according to the invention, the mechanical
Behandlung vor der chemischen Behandlung oder im Anschluss an die chemische Behandlung. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die mechanische Behandlung und die chemische Behandlung zumindest teilweise zeitlich überlappend durchgeführt. Treatment before the chemical treatment or following the chemical treatment. In a preferred embodiment of the method according to the invention are mechanical treatment and chemical treatment carried out at least partially overlapping in time.
Es hat sich weiterhin gezeigt, dass sich besonders gute Ergebnisse mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vor allem auch hinsichtlich der mechanischen Festigkeit bzw. Qualität der It has also been found that particularly good results with the method according to the invention, especially with regard to the mechanical strength and quality of
Verbindung der Metallisierungen 4 und 5 mit der Keramik sowie hinsichtlich der elektrischen Eigenschaften dann erreichen lassen, wenn in die Zwischenschicht 3 Kupfer oder Kupferoxid bzw. Kupfer-Ionen eingelagert sind. Es hat sich nämlich gezeigt, dass sich ohne Einlagerung von Kupfer oder Kupferoxid bzw. Kupfer-Ionen in den Zwischenschichten 3 Unstetigkeiten 7 ausbilden, an denen die jeweilige Zwischenschicht 3 nicht vollständig ausgebildet oder unterbrochen ist.  Connection of the metallizations 4 and 5 with the ceramic and in terms of electrical properties can be achieved when in the intermediate layer 3 copper or copper oxide or copper ions are incorporated. It has been shown that 3 discontinuities 7 form without incorporation of copper or copper oxide or copper ions in the intermediate layers, in which the respective intermediate layer 3 is not completely formed or interrupted.
Diese Unstetigkeiten 7, d.h. insbesondere die Poren und Unterbrechungen, führen dazu, dass im Bereich der Unstetigkeiten 7 keine DCB-Verbindung zwischen der Keramik und der jeweiligen Metallisierung 4 bzw. 5 zustande kommt, sich also unterhalb der jeweiligen These discontinuities 7, i. in particular the pores and interruptions, lead to the fact that in the region of discontinuities 7 no DCB connection between the ceramic and the respective metallization 4 or 5 comes about, ie below the respective
Metallisierung 4 und 5 Blasen oder Hohlräume bilden. Durch diese Blasen oder Hohlräume wird u.a. nicht nur die mechanische Festigkeit der Verbindung zwischen den Metallisierungen 4 und 5 und der Keramik, sondern insbesondere auch die elektrische Spannungsfestigkeit des Substrates 1 zwischen den Metallisierungen 4 und 5 entscheidend beeinträchtigt. Durch die Einlagerung von Kupfer oder Kupferoxid bzw. Kupferionen in die Zwischenschichten 3 werden die Unstetigkeiten 7 und die damit verbundenen Nachteile wirksam vermieden (Figur 5).  Metallization 4 and 5 bubbles or cavities form. Through these bubbles or voids u.a. not only the mechanical strength of the connection between the metallizations 4 and 5 and the ceramic, but in particular the dielectric strength of the substrate 1 between the metallizations 4 and 5 significantly affected. By incorporating copper or copper oxide or copper ions into the intermediate layers 3, the discontinuities 7 and the associated disadvantages are effectively avoided (FIG. 5).
Die Einlagerung von Kupfer, Kupferoxid oder Kupferionen kann auf unterschiedliche Weise erfolgen Die Figur 4 zeigt in den Positionen a - f die wesentlichen Schritte eine Verfahrens, bei dem nach dem Bereitstellen der Crünkeramik 2.1 (Position a), nach dem Sintern und Reinigen der Rohkeramik 2.2 (Positionen b und c) auf beiden Oberflächenseiten der gereinigten, d.h. von den Oberflächenschichten 6 befreiten Keramikschicht 2 jeweils eine dünne Schicht 8 aus Kupfer oder aus eine Kupfer enthaltenden Verbindung aufgebracht wird, wie dies in der Figur 4 in der an die Position c) anschließenden Position c)' angedeutet ist. Im Anschluss daran werden wiederum entsprechend der Position d) durch thermische Oxidation in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, die beiden Zwischenschichten 3 mit den gewünschten Dicken erzeugt. Auch bei diesen Verfahren werden die Zwischenschichten 3 auf eine Schichtdicke zwischen etwa 0,5//m und 10 ym eingestellt. Die weiteren Verfahrensschritte (Positionen e) und f)) entsprechen dem Verfahren, wie es im Zusammenhang mit der Figur 2 beschrieben wurde. Das Aufbringen der Schichten 8 erfolgt beispielsweise mit einer Dicke im Bereich zwischen 1 ,5 x 10"4 //m und 1 200 x 10"4 //m. Die Schichten 8 können beispielsweise durch Eintauchen der gereinigten Keramikschicht 2 in eine Kupferionen enthaltende wässrige Lösung, beispielsweise in eine wässrige Lösung mit 0,005 bis 2,0 Mol/ICu + + Ionen-Gehalt und/oder durch Sputtern und/oder durch CVD-Abscheidung und/oder chemische Abscheidung aufgebracht werden. Die Schichten 8 können bei einem mechanischen Entfernen der Oberflächenschichten 6 auch durch die Verwendung von Bürsten mit Kupfer enthaltenden Borsten erzeugt werden. The incorporation of copper, copper oxide or copper ions can take place in different ways. FIG. 4 shows in the positions a-f the essential steps a method in which, after the provision of the ceramic ceramics 2.1 (position a), after the sintering and cleaning of the raw ceramics 2.2 (Positions b and c) on both surface sides of the cleaned, ie freed from the surface layers 6 ceramic layer 2 is applied in each case a thin layer 8 of copper or a copper-containing compound, as shown in Figure 4 in the position c) subsequent Position c) 'is indicated. Following this, in turn, according to position d), the two intermediate layers 3 having the desired thicknesses are produced by thermal oxidation in an oxygen-containing atmosphere. Also in these methods, the intermediate layers 3 are set to a layer thickness between about 0.5 // m and 10 ym. The further method steps (positions e) and f)) correspond to the method as described in connection with FIG. The layers 8 for example, with a thickness in the range between 1, 5 x 10 "4 // m and 1 200 x 10" 4 // m. The layers 8 can be obtained, for example, by immersing the cleaned ceramic layer 2 in an aqueous solution containing copper ions, for example in an aqueous solution with 0.005 to 2.0 mol / ICu + + ion content and / or by sputtering and / or by CVD deposition and / or chemical deposition can be applied. The layers 8 can also be produced by the use of brushes with bristles containing copper in the case of mechanical removal of the surface layers 6.
Eine weitere Methode zur Dotierung der AI203 Zwischenschichten 3 mit Kupfer bei der thermischen Oxidation kann durch folgende Verfahrensschritte erfolgen: Another method for doping the Al 2 O 3 intermediate layers 3 with copper during the thermal oxidation can be carried out by the following method steps:
Reinigen der Keramik oder Keramikschicht 2 mit den oben beschriebenen Verfahren, Cleaning the ceramic or ceramic layer 2 with the methods described above,
Auflegen von oxidierten Kupferfolien auf die Keramikschicht 2, Placing oxidized copper foils on the ceramic layer 2,
Erhitzen der Keramikschicht 2 und der Kupferfolien in einer DCB-Verfahrensatmosphäre auf eine Temperatur von 400°C - 1083 °C, Heating the ceramic layer 2 and the copper foils in a DCB process atmosphere to a temperature of 400 ° C - 1083 ° C,
Abkühlen der Keramikschicht 2 und der Kupferfolien auf Raumtemperatur, und  Cooling the ceramic layer 2 and the copper foils to room temperature, and
Oxidation der Keramikschicht 2 nach der oben genannten Methode bei Temperaturen von 850°C - 1450°C zur Erzeugung der Zwischenschichten 3, wobei vorzugsweise die Oxidation of the ceramic layer 2 by the above method at temperatures of 850 ° C - 1450 ° C to produce the intermediate layers 3, preferably the
verwendeten Kupferfolien vor dieser Oxidation entfernt werden. used copper foils are removed before this oxidation.
Eine weitere Methode zur Dotierung der AI203 Zwischenschichten 3 mit Kupfer kann durch folgende Verfahrensschritte erfolgen: Another method for doping the Al 2 O 3 intermediate layers 3 with copper can be carried out by the following method steps:
Reinigen der Keramik oder Keramikschicht 2 mit den oben beschriebenen Verfahren,  Cleaning the ceramic or ceramic layer 2 with the methods described above,
Oxidieren der Keramikschicht 2 ohne Kupferdotierung bei einer Temperatur von 800°C - 1450°C zur Erzeugung einer noch Fehlstellen 7 enthaltenden AI203 Zwischenschicht 3, DCB-Bonden von oxidierten Kupferfolien auf den Zwischenschichten 3, Oxidizing the ceramic layer 2 without copper doping at a temperature of 800 ° C - 1450 ° C to produce a still flaws 7 containing AI203 intermediate layer 3, DCB bonding of oxidized copper foils on the intermediate layers 3,
Entfernen der Kupferfolien, beispielsweise durch chemisches Abgeätzen, Removal of the copper foils, for example by chemical etching,
erneute Oxidation der Keramikschicht 2 bei Temperaturen von 800°C - 1450° zur Erzeugung der Zwischenschichten 3. re-oxidation of the ceramic layer 2 at temperatures of 800 ° C - 1450 ° to produce the intermediate layers. 3
Mit den beiden vorgenannten Methoden wird ebenfalls Kupfer/Kupferoxid in die AI203 Zwischenschichten 3 eingelagert. Durch die Einlagerung 9 von Kupfer/Kupferoxid ergeben sich von Fehlstellen und Unterbrechungen freie durchgängige Zwischenschichten 3, wie dies in der Figur 5 angedeutet ist. Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrunde liegende Erfindungsgedanke verlassen wird. With the two aforementioned methods, copper / copper oxide is likewise incorporated into the Al 2 O 3 intermediate layers 3. Due to the intercalation 9 of copper / copper oxide resulting from defects and interruptions free continuous intermediate layers 3, as indicated in Figure 5. The invention has been described above by means of exemplary embodiments. It is understood that numerous changes and modifications are possible without thereby departing from the inventive concept underlying the invention.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
Substrat substratum
Keramikschicht  ceramic layer
Crünfolie aus Keramikmasse  Ceramic foil made of ceramic material
gebrannte Rohkeramik burned raw ceramics
Zwischenschicht  interlayer
Metallisierung  metallization
Metallbereich  metal sector
Oberflächenschicht  surface layer
Fehlstelle oder Unterbrechung  Defect or interruption
Schicht aus Kupfer, Kupferoxid oder Kupferionen kupferhaltige Einlagerungen  Layer of copper, copper oxide or copper ions copper-containing deposits

Claims

Patentansprüche claims
Verfahren zum Herstel len von DCB-Substraten mit jeweils wenigstens einer im Process for the preparation of DCB substrates each having at least one im
Wesentlichen aus Aluminiumnitrid (AIN) bestehenden Keramikschicht (2), die an wenigstens einer Oberflächenseite, vorzugsweise an beiden Oberflächenseiten mit einer Zwischenschicht (3) im Wesentlichen bestehend aus Aluminiumoxid (AI203) versehen ist, sowie mit wenigstens einer von einer Metal lschicht oder Metal lfolie gebildeten Metal l isierung auf der jeweil igen Zwischenschicht (3), wobei durch Gießen und/oder Kalandrieren und/oder Pressen eine Crünfol ie (2.1 ) aus Aluminiumnitrid und  Substantially made of aluminum nitride (AIN) ceramic layer (2), on at least one surface side, preferably on both surfaces with an intermediate layer (3) consisting essentially of alumina (AI203) is provided, and with at least one of a metal lschicht or metal lfolie formed metal lation on the respective intermediate layer (3), wherein by casting and / or calendering and / or pressing a Crünfol ie (2.1) of aluminum nitride and
Sinterhilfsmitteln erzeugt und aus dieser durch Sintern eine Rohkeramikschicht (2.2) hergestel lt werden, und wobei auf wenigstens einer Oberflächenseite, vorzugsweise auf beiden Oberflächenseiten der Keramikschicht (2) die Zwischenschicht (3) erzeugt und mit dieser dann die voroxidierte Metal lschicht oder Metal lfol ie durch DCB-Bonden verbunden wird,  Produced sintering aids and from this by sintering a Rohkeramikschicht (2.2) Hergestel be, and wherein on at least one surface side, preferably on both surface sides of the ceramic layer (2), the intermediate layer (3) generated and with this then the pre-oxidized metal lschicht or metal lfol ie connected by DCB bonding,
dadurch gekennzeichnet,  characterized,
dass vor dem Erzeugen der wenigstens einen Zwischenschicht (3) an der betreffenden Oberflächenseite der Keramikschicht (2) eine dort vorhandene, aus dem Sinterprozess resultierende und insbesondere Verunreinigungen und/oder Reaktionsprodukte aus dem Sinterprozess enthaltende Oberflächenschicht (6) entfernt wird.  that prior to the generation of the at least one intermediate layer (3) on the respective surface side of the ceramic layer (2) there is removed a surface layer (6) resulting from the sintering process and in particular containing impurities and / or reaction products from the sintering process.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernen der 2. The method according to claim 1, characterized in that the removal of
Oberflächenschicht (6) mechanisch erfolgt, beispielsweise durch Bürsten, Schleifen, Läppen, Sandstrahlen, Druckstrahlen.  Surface layer (6) takes place mechanically, for example by brushing, grinding, lapping, sandblasting, pressure blasting.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernen der Oberflächenschicht (6) durch chemische Behandlung erfolgt, beispielsweise durch Behandlung mit einer alkal ischen Lösung, vorzugsweise mit einer wässrigen Lösung mit einem PH-Wert größer 10, bevorzugt mit einem PH-Wert größer 1 2. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the removal of the surface layer (6) by chemical treatment, for example by treatment with an alkaline solution, preferably with an aqueous solution having a pH greater than 10, preferably with a PH value greater than 1 2.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernen der 4. The method according to claim 3, characterized in that the removal of
Oberflächenschicht (6) bei einer Behandlungstemperatur im Bereich zwischen 20°C und 100°C, vorzugsweise bei einer Temperatur größer 50°C erfolgt. Surface layer (6) at a treatment temperature in the range between 20 ° C and 100 ° C, preferably at a temperature greater than 50 ° C.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernen der Oberflächenschicht (6) durch Behandlung mit Natronlauge, vorzugsweise mit 5%iger Natronlauge und/oder durch eine Behandlung mit Kaliumhydrooxid (KOH) und/oder Natriumkarbonat (Na2C03). 5. The method according to claim 3 or 4, characterized in that the removal of the surface layer (6) by treatment with sodium hydroxide solution, preferably with 5% sodium hydroxide solution and / or by treatment with potassium hydroxide (KOH) and / or sodium carbonate (Na2C03).
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernen der Oberflächenschicht (6) thermisch in Flüssigkeit und/oder Dampf erfolgt, beispielsweise durch Behandlung unter Druck im Autoklaven bei Temperaturen bis 300°C 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the removal of the surface layer (6) takes place thermally in liquid and / or vapor, for example by treatment under pressure in an autoclave at temperatures up to 300 ° C.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor Erzeugen der wenigstens einen Zwischenschicht (3) auf die Keramikschicht (2) an wenigstens einer Oberflächenseite eine dünne Schicht aus Kupfer oder Kupferoxid oder aus wenigstens einer anderen kupferhaltigen Verbindung aufgebracht wird, und dass im Anschluss daran die wenigstens eine Zwischenschicht (3) durch thermische Oxidation erzeugt wird. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that prior to generating the at least one intermediate layer (3) on the ceramic layer (2) on at least one surface side, a thin layer of copper or copper oxide or at least one other copper-containing compound is applied, and that subsequently the at least one intermediate layer (3) is produced by thermal oxidation.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Oxidation so lange erfolgt, bis sich für die wenigstens eine 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the thermal oxidation takes place until the at least one
Zwischenschicht (3) eine Schichtdicke im Bereich zwischen 0,5//m und 10//m eingestellt hat.  Intermediate layer (3) has set a layer thickness in the range between 0.5 // m and 10 // m.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische und chemische Bearbeitung zum Entfernen der wenigstens einen Oberflächenschicht (6) zumindest teilweise zeitlich überlappend oder zeitlich nacheinander durchgeführt werden. 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the mechanical and chemical processing for removing the at least one surface layer (6) are performed at least partially overlapping in time or successively in time.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass das 10. The method according to any one of claims 6 - 8, characterized in that the
Aufbringen der dünnen Schicht aus Kupfer oder Kupferoxid oder aus der wenigstens einen kupferhaltigen Verbindung durch Eintauchen der Keramikschicht in eine wässrige Kupferionen enthaltende Lösung, beispielsweise in eine wässrige Lösung mit 0,005 bis 2,0 Mol/ICu + + Ionen-Gehalt erfolgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Applying the thin layer of copper or copper oxide or of the at least one copper-containing compound by immersing the ceramic layer in an aqueous solution containing copper ions, for example, in an aqueous solution with 0.005 to 2.0 mol / ICu + + ion content. Method according to one of claims 6 - 9, characterized in that the
Aufbringen der dünnen Schicht aus Kupfer oder aus Kupferoxid oder aus der wenigstens einen anderen kupferhaltigen Verbindung durch Sputtern und/oder durch CVD- Abscheidung und/oder durch chemische Abscheidung erfolgt. Applying the thin layer of copper or copper oxide or at least one other copper-containing compound by sputtering and / or carried out by CVD deposition and / or by chemical deposition.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das die wenigstens eine Zwischenschicht (3) durch thermische Oxidation, d.h. durch Aufheizen der Keramikschicht (2) auf eine Temperatur im Bereich zwischen 800°C und 1 450°C in Luft oder in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre mit einem Sauerstoffanteil zwischen 10% und 90% erfolgt. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one intermediate layer (3) is obtained by thermal oxidation, i. by heating the ceramic layer (2) to a temperature in the range between 800 ° C and 1 450 ° C in air or in an oxygen-containing atmosphere with an oxygen content between 10% and 90%.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: Method according to one of the preceding claims, characterized by the following method steps:
Auflegen zumindest einer oxidierten Metallfolie aus Kupfer oder einer Kupferlegierung auf wenigstens eine Oberflächenseite der gereinigten Keramikschicht (2) aus AIN, Erhitzen der wenigstens einen Metallfolie und der Keramikschicht (2) auf eine  Placing at least one oxidized metal foil of copper or a copper alloy on at least one surface side of the cleaned ceramic layer (2) of AIN, heating the at least one metal foil and the ceramic layer (2) onto one
Temperatur von 400°C - 1083 °C, Temperature of 400 ° C - 1083 ° C,
Entfernen der wenigstens einen Metallfolie, vorzugsweise nach einem Abkühlen der Metallfolie und der Keramikschicht (2),  Removing the at least one metal foil, preferably after cooling the metal foil and the ceramic layer (2),
Oxidieren der Keramikschicht (2) bei einer Temperatur von 850°C - 1450°C in sauerstoffhaltiger Atmosphäre zur Erzeugung der Zwischenschicht (3) an wenigstens einer Oberflächenseite der Keramikschicht (2), und.  Oxidizing the ceramic layer (2) at a temperature of 850 ° C - 1450 ° C in an oxygen-containing atmosphere to produce the intermediate layer (3) on at least one surface side of the ceramic layer (2), and.
DCB-Bonden wenigstens einer Metallfolie an zumindest einer Oberflächenseite der Keramikschicht (2).  DCB bonding at least one metal foil to at least one surface side of the ceramic layer (2).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: Method according to one of the preceding claims, characterized by the following method steps:
Oxidieren der gereinigten Keramikschicht (2) aus AIN bei einer Temperatur von 800°C 1450°C,  Oxidizing the cleaned ceramic layer (2) of AIN at a temperature of 800 ° C 1450 ° C,
DCB-Bonden wenigstens einer Metallfolie aus Kupfer oder einer Kupferlegierung an wenigstens einer Oberflächenseite der oxidierten Keramikschicht (2),  DCB bonding at least one metal foil of copper or a copper alloy to at least one surface side of the oxidized ceramic layer (2),
Entfernen der wenigstens einen Metallfolie vorzugsweise durch Abätzen, Removing the at least one metal foil, preferably by etching,
Nochmaliges Oxidieren der Keramikschicht (2) bei einer Temperatur von 800°C - 1450°C, und DCB-Bonden wenigstens einer Metallfolie an zumindest einer Oberflächenseite der Keramikschicht (2). Re-oxidizing the ceramic layer (2) at a temperature of 800 ° C - 1450 ° C, and DCB bonding at least one metal foil to at least one surface side of the ceramic layer (2).
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012102611B4 (en) * 2012-02-15 2017-07-27 Rogers Germany Gmbh Metal-ceramic substrate and method for producing a metal-ceramic substrate
DE102014109706A1 (en) * 2014-07-10 2016-01-14 Bundesrepublik Deutschland, Vertreten Durch Den Bundesminister Für Wirtschaft Und Energie, Dieser Vertreten Durch Den Präsidenten Der Bundesanstalt Für Materialforschung Und -Prüfung (Bam) Construction and use of a geometrically densely packed powder layer
DE102017128316B4 (en) * 2017-11-29 2019-12-05 Rogers Germany Gmbh Method for producing a metal-ceramic substrate and metal-ceramic substrate
KR102435986B1 (en) * 2019-08-08 2022-08-26 세메스 주식회사 Coating apparatus and coating method
TWI761734B (en) * 2019-11-26 2022-04-21 財團法人工業技術研究院 Direct bonded copper ceramic substrate
CN115216770B (en) * 2022-06-27 2023-08-22 佛山华智新材料有限公司 Preparation method of diamond/copper composite material surface metal coating
CN117303932B (en) * 2023-10-18 2024-03-19 江苏富乐华半导体科技股份有限公司 Method for thoroughly solving problem of large bubbles generated by wet oxidation DBC sintering

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3744120A (en) 1972-04-20 1973-07-10 Gen Electric Direct bonding of metals with a metal-gas eutectic
US3766634A (en) 1972-04-20 1973-10-23 Gen Electric Method of direct bonding metals to non-metallic substrates
JP3157520B2 (en) * 1990-11-30 2001-04-16 イビデン株式会社 Manufacturing method of aluminum nitride substrate
US5418002A (en) * 1990-12-24 1995-05-23 Harris Corporation Direct bonding of copper to aluminum nitride substrates
JP3208438B2 (en) * 1992-01-16 2001-09-10 イビデン株式会社 Ceramic substrate with metal layer and method of manufacturing the same
JP3593707B2 (en) * 1993-03-19 2004-11-24 住友電気工業株式会社 Aluminum nitride ceramics and method for producing the same
DE9407157U1 (en) * 1994-04-29 1995-08-31 Akyuerek Altan Highly thermally conductive ceramic substrate consisting of a nitride
DE19603822C2 (en) * 1996-02-02 1998-10-29 Curamik Electronics Gmbh Process for producing a ceramic substrate and ceramic substrate
JP4467659B2 (en) * 1999-03-26 2010-05-26 株式会社東芝 Ceramic circuit board
AT407987B (en) * 1999-11-17 2001-07-25 Electrovac METHOD FOR PREPARING AN A1N SUBSTRATE FOR CONNECTION TO A COPPER LAYER
JP4030285B2 (en) * 2001-10-10 2008-01-09 株式会社トクヤマ Substrate and manufacturing method thereof
JP2005089265A (en) * 2003-09-18 2005-04-07 Toshiba Corp Method of manufacturing aluminum nitride-metal joint substrate
DE102004056879B4 (en) * 2004-10-27 2008-12-04 Curamik Electronics Gmbh Method for producing a metal-ceramic substrate
DE102005061049A1 (en) * 2005-12-19 2007-06-21 Curamik Electronics Gmbh Metal-ceramic substrate
CN101445386B (en) * 2007-11-27 2011-06-15 比亚迪股份有限公司 Preparing method of ceramic copper-clad base plate
SG192531A1 (en) * 2008-05-16 2013-08-30 Ngk Spark Plug Co Ceramic substrate, functional ceramic substrate, probe card and method for manufacturing ceramic substrate

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2013097845A1 *

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Publication number Publication date
KR20140119047A (en) 2014-10-08
JP2015503500A (en) 2015-02-02
WO2013097845A1 (en) 2013-07-04
US20140338162A1 (en) 2014-11-20
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CN104105678A (en) 2014-10-15

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