EP4139074A1 - Verfahren zur additiven fertigung eines schaltungsträgers und schaltungsträger - Google Patents

Verfahren zur additiven fertigung eines schaltungsträgers und schaltungsträger

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EP4139074A1
EP4139074A1 EP21721033.5A EP21721033A EP4139074A1 EP 4139074 A1 EP4139074 A1 EP 4139074A1 EP 21721033 A EP21721033 A EP 21721033A EP 4139074 A1 EP4139074 A1 EP 4139074A1
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EP
European Patent Office
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powder
ceramic substrate
metallic powder
metallization
circuit carrier
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Application number
EP21721033.5A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg Ernst Franke
Thomas Stoll
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Friedrich Alexander Universitaet Erlangen Nuernberg
Original Assignee
Friedrich Alexander Universitaet Erlangen Nuernberg
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Publication date
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the invention relates to a method for additive manufacturing of a circuit carrier, in particular a circuit carrier for power electronics.
  • the invention also relates to a circuit carrier, in particular for power electronics.
  • Circuit carriers are used for the attachment and conductive connection of electronic compo len.
  • Circuit boards are exemplary circuit carriers.
  • good heat dissipation by means of the circuit carrier is necessary.
  • ceramic-specific substrates with a conductor structure formed thereon have proven successful.
  • Circuit carriers of this type are produced, for example, by means of direct copper bonding (DCB) or by means of active metal brazing (AMB). Both processes are based on a material bond between the ceramic substrate and metallization based on high-temperature firing processes. In order to generate the conductor structure from the flat metallization, subsequent lithography, etching and washing processes are required. These processes are complex and require extensive hardware adjustments, for example in the form of lithography masks, printing stencils and corresponding tools. Therefore, the production of such circuit carriers is complex and is not suitable for the production of small series or prototypes.
  • a ceramic substrate and a metallic powder are provided.
  • a powder layer of the metallic powder is applied to the ceramic substrate and selectively melted to produce a first layer of metallization.
  • At least one further powder layer of the metallic powder is applied and selectively melted to produce at least one further metallization layer.
  • the circuit carrier is completed. Due to the thermal conductivity of the ceramic substrate, the manufactured circuit carrier is ideally suited for power electronics. Such circuit carriers are also referred to as power electronic substrates.
  • the application in layers and selective melting of the metallic powder is suitable for producing a reliable metallization of the ceramic substrate.
  • the selective melting of the powder enables direct production of the conductor structure.
  • Complex post-processing of the metallization to produce the conductor structure in particular complex lithography, etching and washing processes, are not required.
  • the method enables an efficient and simple production of the circuit carrier. In particular, this also enables small series and prototypes of circuit carriers to be produced. The process has a high degree of flexibility.
  • Another advantage of the method is that a circuit layout of the conductor structure can be designed flexibly.
  • the method enables the generation of a three-dimensional structure of the metallization, which is also referred to as 3D metallization.
  • 3D metallization When manufacturing in layers, different surface areas can be melted in different layers. The different metallization layers are therefore not necessarily congruent.
  • Two or more metallization layers can have different geometries in a plane running parallel to the surface of the substrate.
  • the process is not limited to the generation of two-dimensional conductor structures, as is the case, for example, with lithography and etching processes.
  • the conductor structure has, for example, conductor tracks and / or contact areas for electrical components.
  • the 3D metallization allows not only horizontal, but also vertical integration options for active and / or passive components. Furthermore, the following assembly steps can be dispensed with, for example in that load connections are not mounted separately, but rather are produced as part of the metallization layers. Cooling bodies and / or a housing can also be manufactured integrally.
  • the ceramic substrate provided can be an oxide ceramic or a non-oxide ceramic.
  • the ceramic substrate is preferably an aluminum oxide ceramic, beryllium oxide ceramic, silicon nitride ceramic or aluminum nitride ceramic. These ceramics have a low coefficient of thermal expansion and high thermal conductivity. They are particularly well suited for applications with high temperature differences and high temperature loads.
  • the ceramic substrate provided is in particular plate-shaped. Alternatively or additionally, more complex shapes of the ceramic substrate are also possible.
  • the method is not limited to plate-shaped ceramic substrates.
  • the application possibilities of the method are further increased.
  • the provision of the ceramic substrate can also include the production of the ceramic substrate and / or parts thereof. For example, it is possible to additively manufacture at least parts of the ceramic substrate.
  • the provided metallic powder forms the material from which the metallization layers and thus the conductor structure are manufactured.
  • the metallic powder can comprise one or more components, in particular one or more materials.
  • the metallic powder preferably has different functional components.
  • different functional components can promote, in particular ensure, high electrical conductivity of the metallization layers, good wettability of the ceramic substrate and / or high temperature change resistance of the conductor structure.
  • Various components of the metallic powder can be provided in the form of different starting powders which are mixed to form the metallic powder. In addition or as an alternative to this, various components can be present as alloy constituents in the metallic powder.
  • Various components of the metallic powder can preferably be flexibly combined. In particular, it is possible that the metallic powder for producing various of the metallization layers has a different composition, as will be described in detail below.
  • At least two metallization layers or more metallization layers are produced.
  • the method is not limited to a specific number of metallization layers to be produced. After the conductor structure has been produced, excess metallic powder which has not been melted on can be removed. Excess metallic powder can be reused.
  • the metallic powder is selectively melted by selective laser melting (SLM for short).
  • a focused laser beam is guided over the areas of the respective powder layer to be melted.
  • the laser radiation can be continuous or pulsed.
  • Laser radiation with different wavelengths can be used for laser melting. Depending on the wavelength used, different absorption mechanisms play an important role in the metallic powder and the ceramic substrate. For example, laser radiation with wavelengths from the infrared range to the UV range can be used. Wavelengths between 380 nm and 750 nm, that is to say in the range of visible light, are preferably used. Laser radiation with wavelengths from approx. 490 nm to approx. 575 nm (green light) or from approx. 420 nm to approx. 490 nm (blue light) has proven to be particularly suitable. These wavelengths are ideal for processing preferred metallic powders, especially metallic powders with a high copper content.
  • parameters that can be set during laser melting are, in particular, the laser power, the focus diameter and / or the laser speed with which the laser beam is guided over the surface.
  • the parameters can be adapted to one another in order to ensure complete melting of the metallic powder.
  • the wide ren parameters can be selected depending on the wavelength of the laser radiation.
  • the laser power is, for example, between 30 W and 1000 W, in particular between 50 W and 500 W.
  • the focus diameter can be, for example, between 20 ⁇ m and 200 ⁇ m.
  • Exemplary laser speeds are between 15 mm / s and 7000 mm / s, in particular between 50 mm / s and 1500 mm / s.
  • Any laser types can be used to generate the laser radiation, in particular fiber lasers, disk lasers or diode lasers. Due to their high beam quality, fiber lasers have proven to be particularly suitable.
  • the size of a weld pool generated during melting is defined by a beam diameter of the laser beam.
  • the weld pool width depends, among other things, on the beam power, the beam diameter, the laser speed with which the beam is guided over the powder layer and the material properties of the powder particles.
  • the selective melting of the powder can also take place by means of selective electron beam melting (EBM for short).
  • EBM selective electron beam melting
  • a focused electron beam is guided over the areas of the respective powder layer to be melted.
  • the advantages of selective electron beam melting correspond to those of selective laser beam melting.
  • the metallization layers can also be produced by means of laser metal deposition (LMD).
  • LMD laser metal deposition
  • a processing head is guided over the surface of the ceramic substrate.
  • the metallic powder is applied via nozzles on the machining head and melted using a laser beam.
  • the metallic powder is only applied in each powder layer in the areas that are also melted.
  • the metallic powder is selectively applied and melted.
  • the metallic powder does not need to be applied over a large area. Subsequent removal of unmelted powder is avoided.
  • the metallic powder contains at least one of the metals gold, aluminum, copper and / or silver. These metals and the metallization layers produced with them have a high electrical conductivity. These metals can form a basic component of the metallic powder.
  • the metallic cal powder be an alloy based on one or more of these metals. Copper or a copper alloy has proven to be a particularly suitable basic component. To achieve a high electrical conductivity of the conductor structure, it is advantageous to use a metallic powder with as high a proportion of the basic component as possible.
  • a proportion of the basic component in the metallic powder can, for example, be between 80% by weight and 100% by weight, in particular between 85% by weight and 99% by weight, preferably between 90% by weight and 95% by weight. %.
  • the proportion of the basic component can also be different in different metallization layers.
  • the proportion in the first metallization layer can be smaller, in particular zero.
  • the proportion of the basic component can increase in further metallization layers.
  • further metallization layers can also essentially consist of the basic component, in particular of copper.
  • the metallic powder has a wetting component, the wetting component comprising at least one of the elements titanium, hafnium, zirconium, niobium, cerium, chromium, vanadium, yttrium and scandium. These materials have good wetting properties on ceramic surfaces.
  • the wetting component is therefore particularly suitable for wetting the ceramic substrate.
  • the materials that can be used as wetting components are also referred to as active mate rials.
  • the active materials are very reactive and can combine with the oxide of an oxide ceramic or the nitrogen of a non-oxide ceramic under the influence of temperature. With the help of the wetting component, a particularly stable material connection between the conductor structure and the ceramic substrate can be produced. Titanium has proven to be a particularly suitable wetting component.
  • a proportion of the wetting component in the metallic powder is preferably as low as possible.
  • the proportion of the wetting component is particularly preferably chosen to be just as high as necessary in order to achieve a desired degree of wetting. As a result, the proportion of the wetting component can be reduced in favor of other components, in particular the basic component.
  • a proportion of the wetting component in the metallic powder can be, for example, between 0.5% by weight and 15% by weight, in particular between 0.5% by weight and 10% by weight.
  • a proportion of the wetting component less than or equal to 10% by weight is preferred.
  • the proportion of the wetting component can also vary from metallization layer to metallization layer. For example, in the first metallization layer, the proportion of the wetting component can be higher.
  • the first metallization layer can essentially consist of a wetting component, for example titanium.
  • the proportion of the wetting component can decrease in further metallization layers. In particular, further metallization layers can also contain no wetting component.
  • the metallic powder preferably comprises a basic component made of a metal of high conductivity, in particular made of copper, and a wetting component.
  • the two components can be in the form of two powders that are mixed together to form the metallic powder.
  • the proportion of the wetting component can be varied.
  • the metallic powder has an alloy comprising the wetting component.
  • Further powder components in particular a basic component of the metallic powder, can be present in the form of further alloy components.
  • the combination of different powder components in one alloy ensures a particularly homogeneous composition of the metallic powder. A separation of different powder components is avoided.
  • the metallization layers produced from the metallic powder also have a homogeneous composition, in particular a uniform distribution of the wetting component. This ensures reliable and uniform wetting of the ceramic substrate and a reliable material connection with it.
  • the wetting component is preferably alloyed to form a metal with high conductivity, in particular to copper. Copper-titanium alloys have proven to be particularly suitable.
  • the wetting component is provided in the form of a coating of primary powder particles.
  • the coating of the primary powder particles has the advantage of a homogeneous distribution of the wetting component in the metallic powder.
  • the primary powder can in particular have a basic component of the metallic powder.
  • the primary powder preferably has a basic component and a stability component of the metallic powder.
  • the primary powder particles can be for example be or will be coated with the wetting component. As a result, a proportion of the wetting component in the metallic powder can be flexibly adjusted.
  • the metallic powder has a particle size distribution of do between 10 ⁇ m and 100 ⁇ m.
  • a corresponding particle size distribution enables a uniform and compact application of the powder layers and thus a high density and homogeneity of the metallization layers produced.
  • the metallic powder particularly preferably has spherical powder particles. This improves the flowability of the powder.
  • the metallic powder comprises a material which has a density anomaly. Suitable materials are, for example, antimony, bismuth, gallium, germanium, lithium, silicon and / or tellurium.
  • the corresponding material is also referred to below as a stabilization component of the metallic powder. Because of the density anomaly, the resistance to temperature changes of the metalization layers produced is increased. In addition, stresses in the metallization layers are reduced, in particular avoided.
  • the stabilizing component is preferably added as an alloy component to other components of the metallic powder. A proportion of the stabilizing component in the metallic powder can be up to 10% by weight, for example.
  • a different composition of the metallic powder is used to produce different ones of the metallization layers. This allows the properties of various components of the metallic powder to be flexibly combined. As a result, metallization layers with different properties can be produced. The metallization layers can be adapted even better to the respective requirements.
  • the conductor structure can have a material gradient.
  • At least the first metallization layer is produced with an increased proportion of a wetting component, in particular an increased titanium proportion, compared to at least one further metallization layer.
  • An increased proportion of the wetting component in at least the first metallization layer causes particularly good wetting of the ceramic substrate.
  • the material connection between the conductor structure and the ceramic substrate is particularly stable.
  • the metallic powder preferably has a pure titanium powder at least for producing the first metallization layer. Titanium has proven to be a particularly suitable wetting component. The use of a pure titanium powder at least for the production of the first metallization layer causes optimal wetting of the ceramic substrate. The stability of the circuit carrier produced is increased.
  • the metallic powder consists of a pure titanium powder at least for the production of the first metallization layer.
  • the metallic powder preferably consists of a pure titanium powder and an alloyed stabilization component, in particular silicon, at least for the production of the first metallization layer.
  • At least one of the further metallization layers is produced with an increased proportion of gold, aluminum, copper and / or silver compared to the first metallization layer, in particular an increased proportion of copper.
  • the at least one further metallization layer can have an increased proportion of a basic component of the metallic powder. These metals have a high conductivity, but do not wet a ceramic surface as well as one of the above-mentioned wetting components, in particular as titanium.
  • An increased proportion of these metals, in particular an increased copper proportion, in at least one of the further metallization layers ensures a high conductivity of the conductor structure produced. At the same time, optimal wetting of the ceramic substrate can take place through at least the first metallization layer.
  • At least the first metallization layer is produced essentially from a wetting component, in particular from a pure titanium powder.
  • At least one further metallization layer can be made from a basic component, in particular from copper. In this way, the advantageous wetting properties of the wetting component, in particular of titanium, can be combined particularly well with the high electrical conductivity of the basic component, in particular of copper.
  • the conductor structure is produced on the ceramic substrate under a protective gas atmosphere, in particular under an inert one Protective gas atmosphere, preferably under an argon atmosphere. Oxidation of the conductor structure produced in layers is thereby reliably avoided.
  • the metallization layers are of high quality.
  • the ceramic substrate is heated during the creation of the conductor structure.
  • the heating of the ceramic substrate has the advantage that melting of the metallic powder applied to it is simplified. In particular, a lower energy input for melting the metallic powder is required. In addition, the heating has a positive influence on the low thermal shock resistance of the ceramic substrate. In addition, the metallic powder bonds better with the heated ceramic substrate. The process is stable and efficient.
  • the ceramic substrate is heated to a temperature between 200 ° C and 700 ° C.
  • the ceramic substrate is particularly preferably heated to just below the melting temperature of the metallic powder.
  • an aftertreatment step for heat treatment of the circuit carrier there is an aftertreatment step for heat treatment of the circuit carrier.
  • the heat treatment increases the adhesive strength of the metallization on the ceramic substrate. In addition, this can reduce stresses in the metallization.
  • the heat treatment is carried out in particular in the form of an oven treatment.
  • a post-treatment temperature is selected in particular as a function of the material composition of the metallization layers.
  • the aftertreatment temperature is preferably about 10 ° C. to 20 ° C. below the melting point of the metallization layers.
  • the circuit carrier is heated to an aftertreatment temperature between 200 ° C and 1080 ° C, depending on the material.
  • the aftertreatment is preferably carried out under an inert, evacuated or reducing atmosphere.
  • the provision of the ceramic substrate comprises the additive manufacturing of at least parts of the ceramic substrate.
  • additional structures on the ceramic substrate in particular ceramic heat sinks, can be manufactured additively.
  • the entire ceramic substrate can also be manufactured additively.
  • ceramic substrates with a three-dimensional structure can also be produced and provided.
  • 3D circuit carriers can be manufactured in a simple and flexible manner.
  • the additive manufacturing of at least parts of the ceramic substrate can be done, for example, by processing a ceramic powder.
  • the processing of the ceramic powder takes place in particular with the same processing processes and / or machines as the processing of the metallic powder for producing the metallization layers.
  • ceramic powders can be processed using selective laser melting. For example, higher preheating temperatures can be selected for this, in particular preheating temperatures of 1000 ° C. or more.
  • At least parts of the ceramic substrate and the conductor structure can preferably be produced by different methods of additive manufacturing.
  • parts of the ceramic substrate or the ceramic substrate as a whole can be manufactured by means of a method optimized for processing ceramic powders, in particular a 3D printing method optimized for this purpose. Due to the combination of different processes, high-quality processing of the respective materials is guaranteed.
  • Suitable 3D printing processes are, in particular, light-curing processes.
  • resins in which there are ceramic particles are polymerized by means of light, in particular laser radiation.
  • Particularly suitable 3D printing processes are in particular stereolithography (short: SLA), digital light processing (short: DLP), binder jetting or “NanoParticle Jetting” (short: NPJ) developed by the company XJET.
  • the additive manufacturing of at least parts of the ceramic substrate takes place by lithography-based ceramic manufacturing (LCM for short).
  • LCM lithography-based ceramic manufacturing
  • the LCM process enables additive manufacturing of particularly high-quality ceramic components.
  • an additive manufacturing of at least parts of the ceramic substrate by means of the LCM method takes place first and then the manufacturing of the metallization layers by means of a device for processing metallic powders suitable additive manufacturing process, in particular by means of selective laser melting or selective electron beam melting.
  • circuit carrier is produced as described above.
  • the method results in an improved circuit carrier, in particular a circuit carrier with a flexible layout of the conductor structure.
  • the circuit carrier can have a 3D metallization.
  • the circuit carrier has a ceramic substrate and a conductor structure that is firmly bonded to the substrate.
  • the conductor structure has a plurality of metallization layers applied to the ceramic substrate.
  • the circuit carrier can be manufactured using the method described above.
  • the circuit carrier has a high level of adhesion of the metallization layers on the ceramic substrate.
  • the circuit carrier has a 3D metallization.
  • the conductor structure has areas which have no direct connection to the ceramic substrate in the direction perpendicular to a surface of the ceramic substrate. Such areas can also be referred to as floating areas.
  • two Lei terbahn structures can be connected via a free-floating area in the form of a bridge.
  • the circuit carrier has in particular horizontal and / or vertical integration possibilities for active and / or passive components.
  • Load connections are preferably formed by the metallization layers.
  • the metallization layers can also form heat sinks and / or housing parts. Additional assembly steps are reduced.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional illustration of a device for the layer-by-layer production of a circuit carrier
  • FIG. 2 shows a schematic process sequence for the layer-by-layer production of a circuit carrier
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a metallic powder for use in the method according to FIG. 2,
  • Fig. 4 is a schematic representation of an intermediate step in the production according to the Ver drive according to FIG. 2,
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a further intermediate step in production according to the method according to FIG. 2,
  • Fig. 6 is a schematic representation of a further embodiment of a circuit carrier
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a further exemplary embodiment of a metallic powder for use in the method according to FIG. 2,
  • FIG. 8 shows a schematic illustration of a further exemplary embodiment of a metallic powder for use in the method according to FIG. 2, and
  • FIG. 9 shows a schematic representation of an intermediate step according to a further exemplary embodiment of the method.
  • a device 1 for the additive manufacturing of a circuit carrier 2 is shown.
  • Device 1 is designed for the layer-by-layer production of a circuit carrier 2 by means of selective laser melting (SLM).
  • SLM selective laser melting
  • the device 1 is arranged in an interior 3 of a gas-tight hous ses not explicitly shown. It comprises a construction space 4 with a component platform 5 and a powder reserve voir 6 with a powder metering platform 7.
  • the component platform 5 and the powder metering platform 7 can be moved along a lifting direction 8. As a result, the powder metering platform 7 and the component platform 5 can be raised or lowered.
  • a doctor blade 9 is also provided.
  • the doctor blade 9 can be moved in a plane perpendicular to the stroke direction 8 above the powder reservoir 6 and the installation space 4.
  • the laser radiation 11 can be radiated in a targeted manner onto individual areas of the installation space 4 by means of an adjustable scanner mirror 12.
  • the device 1 also includes an overflow shaft 13 for excess powder.
  • the installation space 4 can be heated with the aid of a construction space heater 14 in order to simplify the melting of powder by means of the laser radiation 11.
  • the circuit carrier 2 is manufactured with the device 1 by applying a conductor structure 15 in layers to a ceramic substrate 16.
  • the conductor structure 15 is manufactured from a metallic powder 17 which is stored in the powder reservoir 6.
  • the me-metallic powder 17 is shown schematically by means of dotted areas.
  • metallic powder 17 from the powder reservoir 6 is first applied as a powder layer (not shown) to the ceramic substrate 16 placed on the component platform 5 with the aid of the doctor blade 9. Excess metallic powder 17 is removed with the doctor blade 9 and collected in the overflow shaft 13. The metallic powder 17 collected in the overflow shaft 13 can be fed back to the powder reservoir 6 at a later point in time.
  • corresponding areas of the powder layer are melted by targeted irradiation of the laser radiation 11.
  • the laser radiation 11 is guided over the areas to be melted.
  • Various exposure strategies are known and can be used for this purpose.
  • the ceramic substrate 16 is heated with the aid of the installation space heater 14.
  • the heating has a positive influence on the low thermal shock resistance of the ceramic substrate 16 and brings about a better connection of the melted powder 17 with the ceramic substrate 16.
  • the ceramic substrate 16 is heated to a temperature between 200 ° C and 700 ° C.
  • the interior 3 of the gas-tight housing is flooded with a protective gas 18.
  • Argon is used as the protective gas. This also prevents a reaction, in particular an oxidation, of the melt of the metallic powder 17 due to the oxygen content of the ambient air.
  • the protective gas 18 ensures a stable process.
  • the selective melting of the areas of the powder layers to be solidified determines the geometry of the conductor structure 15 to be manufactured.
  • FIG. 2 A schematic sequence of a production method 20 is shown in FIG. 2.
  • FIGS. 3 to 5 who explains the intermediate steps of the method.
  • the manufacturing method 20 can be carried out with the device 1 shown in FIG. 1.
  • other devices which allow metallic powder 17 to be applied in layers and selectively melted on can also be used.
  • the ceramic substrate 16 and the metallic powder 17 are provided in a provision step 21.
  • the ceramic substrate 16 is a substrate plate with a thickness of, for example, 1 mm. Ceramic substrates have good thermal conductivity and are ideal for circuit carriers for power electronics. As a ceramic sub- Any ceramic material that can be used in such circuit carriers can be used. For example, oxide and non-oxide ceramics with different purities can be used.
  • the provided metallic powder 17 is shown schematically.
  • the metallic powder 17 has powder particles 19.
  • the powder particles 19 are spherical.
  • the metallic powder 17 is a spherical powder.
  • the powder particles 19 have a diameter D.
  • the diameter D varies from powder particle 19 to powder particle 19.
  • the metallic powder 17 has a particle size distribution of do between 10 ⁇ m and 100 ⁇ m. The value of do is defined as the mean particle size.
  • the metallic powder 17 has several components.
  • the metallic powder 17 is an alloy based on copper. Copper has a high electrical conductivity and is ideal for creating the conductor structure.
  • the copper content in the alloy forms a basic component of the metallic powder 17.
  • Another alloy component is titanium. Titanium shows very good wetting of ceramic surfaces. The titanium content in the alloy therefore forms a wetting component of the metallic powder 17.
  • a portion of the wetting component in the metallic powder is between 0.5% by weight and 10% by weight.
  • the metallic powder 17 is a copper-titanium alloy. For example, a copper-titanium alloy can be melted in a crucible and atomized to form the metallic powder 17.
  • the metallic powder 17 also has a stabilizing component.
  • the stabilization component is alloyed to the other components of the metallic powder 17 and comprises a material which has an anomaly in density. This improves the thermal shock resistance of the conductor structure 15 during operation of the circuit substrate 2 to be manufactured.
  • Suitable materials with anomalous density are, for example, antimony, bismuth, gallium, germanium, lithium, silicon and / or tellurium.
  • further metals and / or alloys with high conductivity can also be used for the basic component.
  • Particularly suitable metals are, for example, copper, aluminum, silver and / or gold.
  • other materials that enable high wetting of ceramic surfaces can also be used as wetting components. Suitable materials are titanium, hafnium, zirconium, niobium, cerium, chromium, Va nadium, yttrium and / or scandium.
  • a plurality of metallization steps 22 follow the preparation step 21.
  • a first metallization step 22 is shown schematically in FIG. 4.
  • Fig. 4 shows a section of the installation space 4 and the ceramic substrate 16.
  • a first powder layer Pi of the metallic powder 17 is applied to the ceramic-specific substrate 16.
  • the powder layer Pi has a layer thickness d which, for example, is between 20 ⁇ m and 50 ⁇ m.
  • a melting step 24 the metallic powder 17 is selectively melted with the aid of the laser radiation 11 to produce a first metallization layer Mi.
  • the laser radiation 11 is guided over the powder layer Pi at a laser speed VL.
  • the laser speed VL is between 15 mm / s and 7000 mm / s.
  • the laser radiation 11 has a laser power PL between 30 W and 1000 W and a focus diameter FL between 20 ⁇ m and 200 ⁇ m.
  • the wavelength of the laser radiation 11 is preferably in the green or blue visible range.
  • the parameters of the laser radiation 11 are adapted to the metallic powder 17 in such a way that the metallic powder 17 is completely melted in the areas covered by the laser.
  • the laser radiation 11 generates a molten bath 25. In FIG. 4, a boundary region 26 between the metallic powder 17 and the molten bath 25 is also shown.
  • the melting step 24 all areas of the powder layer Pi to be melted are melted.
  • the melt in the molten bath 25 wets the ceramic substrate 16. After melting, the melt cools down and solidifies to form the first metallization layer Mi.
  • the metallization layer Mi is firmly bonded to the ceramic substrate 16.
  • the geometry of the conductor structure 15 in the first metallization layer Mi corresponds to the entirety of the areas to be melted. After all areas to be melted have been melted at least once in the melting step 24, the metallization step is 22 finished. The metallization step 22 is then repeated until the Lei terstructure 15 is completely applied to the ceramic substrate. In each metallization step 22, a powder layer of the metallic powder 17 is first applied in an application step 23 and then selectively melted in a melting step 24.
  • a metallization step for producing the third metallization layer M3 is shown by way of example.
  • the powder layers Pi to P3 have already been applied to the ceramic substrate 16.
  • the metallization layers Mi and M2 are each completely produced by selectively melting the powder layers Pi and P2. With the help of the Laserstrah treatment 11, the metallization layer M3 is generated.
  • the conductor structure 15 is produced by applying the metalization layers Mi to M3 in layers.
  • the conductor structure 15 is materially connected to the ceramic substrate 16.
  • the conductor structure 15 is placed on a substrate surface 27 of the ceramic substrate 16.
  • the metallization layers Mi to M3 are not congruent in a plane parallel to the substrate upper surface 27.
  • the conductor structure 25 has steps 28, for example.
  • the differently shaped metallization layers Mi to M3 bring about a 3-D metallization.
  • the manufacturing method 20 allows increased design freedom in the manufacture of the conductor structure 15. After all metallization steps 22 have been carried out, the conductor structure 15 is produced as a whole. In general, at least two metallization steps 22 are carried out, that is to say at least two metallization layers are produced. The method is not limited to a specific number of metallization layers to be produced.
  • the circuit carrier 2 is finished per se. In a removal step 29, excess, unmelted metallic powder 17 is removed.
  • the circuit board 2 can be removed from the installation space 4 for example and cleaned of powder residues with the aid of compressed air.
  • an aftertreatment step 30 the circuit carrier 2 is heat treated in an oven process.
  • the circuit carrier 2 is heated to an aftertreatment temperature in the aftertreatment step 30.
  • the aftertreatment temperature is about 10 ° C to 20 ° C below the melting temperature of the metallization layers.
  • the post-treatment temperature is between 200 ° C and 1080 ° C, depending on the material.
  • Fig. 6 is a schematic representation of a further embodiment of a scarf device carrier 2a is shown.
  • Components that have already been described in connection with the exemplary embodiment according to FIGS. 1 to 5 have the same reference symbols. Structurally different but functionally similar parts are given the same reference characters with an a after them.
  • Fig. 6 shows a section of the circuit carrier 2a.
  • the circuit carrier 2a is produced with the aid of the production method 20.
  • the circuit carrier 2a has a ceramic substrate 16 and a conductor structure 15a connected to it in a materially bonded manner.
  • the conductor structure 15a has a plurality of metalization layers Mi to M 3 applied to the ceramic substrate 16 and lying one on top of the other.
  • the conductor structure 15a is a 3D metallization.
  • two conductor tracks 31 are connected to one another via a bridge 32.
  • the bridge 32 is a floating metallization area.
  • the top of the bridge 32 facing away from the ceramic substrate 16 forms a contact surface for applying electronic components.
  • Another conductor track 33 is guided under the bridge 32.
  • the conductor track 33 is electrically insulated from the conductor tracks 31.
  • a further embodiment of a metallic powder 17b is shown schematically.
  • the metallic powder 17b has spherical powder particles 19b.
  • the spherical powder particles 19b have primary powder particles 35 and a casing 36 surrounding the primary powder particles 35.
  • the primary powder particles 35 comprise the basic component of the metallic powder 17b.
  • the basic component is in particular made of copper or a copper alloy.
  • the primary powder particles 35 also have a stabilization component made of a material that shows a density anomaly.
  • the casing 36 contains a wetting component made of a suitable material which wets the ceramic substrate well, in particular made of titanium.
  • the wetting component in the form of the casing 36 is evenly distributed in the metallic powder 17b.
  • the casing 36 can, for example, by Coating the primary powder particles 35 are generated. As a result, the proportion of the wetting component can be flexibly adjusted.
  • the metallic powder 17c has spherical powder particles 19c.
  • the metallic powder 17c is a powder mixture.
  • the powder mixture comprises basic component powder particles 37, which are shown in FIG. 8 without hatching.
  • the basic component powder particles 37 are preferably a copper powder.
  • the metallic powder 17c also has wetting component powder particles 38, which are shown in FIG. 8 with hatching.
  • the wetting component powder particles 38 are preferably a pure titanium powder.
  • the basic component and the wetting component are provided and mixed in the form of different powders. In this way, a composition of the metallic powder 17c can be varied particularly flexibly.
  • the different powder particles 37, 38 of the metallic powder 17c are melted in the melting step 24.
  • the different materials merge here, so that an in-situ alloying of the different components of the metallic powder 17c occurs.
  • the metallic powder also has a stabilization component in the form of stabilization component powder particles.
  • a stabilizing component can also be added to the basic component powder particles 37 and / or the wetting component powder particles 38.
  • FIG. 9 A further exemplary embodiment of an intermediate step in the layer-by-layer production of a conductor structure 15d is shown schematically in FIG.
  • the intermediate step shows the production of a third metallization layer and essentially corresponds to the intermediate process step shown in FIG. 5.
  • a different composition of the metallic powder 17d is used to produce various of the metallization layers Mi to M3.
  • the different composition of the metallic powder 17d is shown in FIG.
  • the metallization layer Mi also has a different material composition than the metallization layers M2 and M3, which is characterized by different hatching.
  • the first metallization layer Mi In order to produce the first metallization layer Mi, an increased proportion of a wetting component is used compared to the further Me metallization layers M2, M3.
  • a pure titanium powder to which a stabilizing component made of silicon has been alloyed, is used to produce the first metallization layer Mi.
  • a composition of the metallic powder 17d with an increased proportion of a basic component compared to the first metallization layer Mi is used.
  • the metallization layers M2, M3 are produced by applying powder layers P2, P3 from a copper powder and melting them selectively.
  • the increased proportion of a wetting component in the first metallization layer Mi causes optimal wetting of the ceramic substrate 16.
  • the use of an increased proportion of a basic component, in particular an increased copper proportion, in the further metallization layers M2, M3 ensures a high electrical conductivity of the conductor structure 15d produced.
  • a composition change step 40 can take place between the sequentially carried out metallization steps 22.
  • the composition changing step 40 the composition of the metallic powder 17d is changed. This can be done, for example, by changing a proportion of an alloy component.
  • a powder mixture as shown, for example, in the case of powder 17c in FIG. 8, can also be varied. It can also it can be provided that only the wetting component of the metallic powder is used to produce at least the first metallization layer Mi.
  • the wetting component is then exchanged for further components of the metallic powder.
  • the powder is not melted by means of selective laser melting, but rather by means of selective electron beam melting.
  • the metallization layers are produced by means of laser build-up welding.
  • an additive manufacturing of at least parts of the ceramic substrate takes place in the preparation step.
  • a ceramic powder can first be applied in layers to the component platform and selectively melted.
  • three-dimensional structures of the ceramic substrate for example heat sinks, can be manufactured easily and flexibly.
  • parts of the ceramic substrate or the entire ceramic substrate are first produced by means of what is known as lithography-based ceramic manufacturing (LCM).
  • LCM lithography-based ceramic manufacturing
  • the LCM process allows the additive manufacturing of high quality ceramic components.
  • the conductor structure is then manufactured using a method suitable for processing metallic powders, in particular selective laser melting or selective electron beam melting.
  • At least parts of the ceramic substrate are produced by one of the 3D printing processes stereolithography (SLA for short), digital light processing (DLP for short), binder jetting or “nano-particle jetting” (NPJ for short) to provide the ceramic substrate.
  • SLA stereolithography
  • DLP digital light processing
  • NPJ nano-particle jetting

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur additiven Fertigung eines Schaltungsträgers beschrieben. Zunächst werden ein keramisches Substrat (16) und ein metallisches Pulver (17) bereitgestellt. Anschließend wird eine stoffschlüssig mit dem keramischen Substrat (16) verbundene Leiterstruktur (15) erzeugt, indem eine Pulverschicht (P1) des metallischen Pulvers (17) auf das keramische Substrat (16) aufgetragen und zur Herstellung einer ersten Metallisierungsschicht (M1) selektiv aufgeschmolzen wird und mindestens eine weitere Pulverschicht (P2, P3) des metallischen Pulvers (17) aufgetragen und zur Herstellung mindestens einer weiteren Metallisierungsschicht (M2, M3) selektiv aufgeschmolzen wird. Zudem wird ein Schaltungsträger beschrieben.

Description

Verfahren zur additiven Fertigung eines Schaltungsträgers und Schaltungsträger
Die vorliegende Patentanmeldung nimmt die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 10 2020204 989.0 in Anspruch, deren Inhalt durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur additiven Fertigung eines Schaltungsträgers, insbeson dere eines Schaltungsträgers für die Leistungselektronik. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Schaltungsträger, insbesondere für die Leistungselektronik.
Schaltungsträger dienen der Befestigung und leitenden Verbindung von elektronischen Bautei len. Beispielhafte Schaltungsträger sind Leiterplatten. Insbesondere in der Leistungselektronik ist eine gute Wärmeabfuhr mittels des Schaltungsträgers erforderlich. Hierfür haben sich kerami sche Substrate mit einer darauf ausgebildeten Leiterstruktur bewährt. Derartige Schaltungsträger werden beispielsweise mittels Direct Copper Bonding (DCB) oder mittels Active Metal Brazing (AMB) hergestellt. Beide Verfahren basieren auf einer stoffschlüssigen Verbindung des kerami schen Substrats mit einer Metallisierung anhand von Hochtemperatur-Brennvorgängen. Zur Er zeugung der Leiterstruktur aus der flächigen Metallisierung sind nachfolgende Lithographie-, Ätz- und Waschvorgänge erforderlich. Diese Verfahren sind komplex und erfordern umfangrei che hardwareseitige Anpassungen, beispielsweise in Form von Lithographiemasken, Druck schablonen und entsprechenden Werkzeugen. Daher ist die Herstellung derartiger Schaltungsträ ger aufwändig und eignet sich nicht für die Produktion von Kleinserien oder Prototypen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsträgers anzugeben, insbesondere ein Verfahren anzugeben, das einfach durchführbar und flexibel ist und sich auch für die Fertigung von Kleinserien oder Prototypen eignet.
Diese Aufgabe ist gelöst durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Schritten. Zunächst werden ein keramisches Substrat und ein metallisches Pulver bereitgestellt. Eine Pul verschicht des metallischen Pulvers wird auf das keramische Substrat aufgetragen und zur Her stellung einer ersten Metallisierungssicht selektiv aufgeschmolzen. Mindestens eine weitere Pul verschicht des metallischen Pulvers wird aufgetragen und zur Herstellung mindestens einer wei teren Metallisierungssicht selektiv aufgeschmolzen. Mittels des selektiven Aufschmelzens der metallischen Pulver wird eine mit dem keramischen Substrat stoffschlüssig verbundene Lei- terstruktur schichtweise erzeugt. Nach vollständiger Erzeugung der Leiterstruktur auf dem kera mischen Substrat ist der Schaltungsträger fertiggestellt. Der gefertigte Schaltungsträger eignet sich aufgrund der Wärmeleitfähigkeit des keramischen Substrats hervorragend für die Leistungs elektronik. Derartige Schaltungsträger werden auch als leistungselektronische Substrate (Power Electronic Substrates) bezeichnet.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass sich das schichtweise Aufträgen und selektive Auf schmelzen des metallischen Pulvers zur Herstellung einer zuverlässigen Metallisierung des ke ramischen Substrats eignet. Vorteilhafterweise ermöglicht das selektive Aufschmelzen des Pul vers eine direkte Fertigung der Leiterstruktur. Eine aufwändige Nachbearbeitung der Metallisie rung zur Erzeugung der Leiterstruktur, insbesondere aufwändige Lithographie-, Ätz- und Waschvorgänge, sind nicht erforderlich. Das Verfahren ermöglicht eine effiziente und einfache Fertigung des Schaltungsträgers. Insbesondere sind hierdurch auch Kleinserien und Prototypen von Schaltungsträgern fertigbar. Das Verfahren weist eine hohe Flexibilität auf.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass ein Schaltungslayout der Leiterstruktur flexibel gestaltet werden kann. Insbesondere ermöglicht das Verfahren die Erzeugung einer drei dimensionalen Struktur der Metallisierung, was auch als 3D-Metallisierung bezeichnet wird. Bei der schichtweisen Fertigung können in unterschiedlichen Schichten verschiedene Flächenberei che aufgeschmolzen werden. Die unterschiedlichen Metallisierungsschichten sind daher nicht zwingend deckungsgleich. Zwei oder mehr Metallisierungsschichten können in einer parallel zur Oberfläche des Substrats verlaufenden Ebene unterschiedliche Geometrien aufweisen. Das Ver fahren ist nicht auf die Erzeugung von zweidimensionalen Leiterstrukturen beschränkt, wie dies beispielsweise bei Lithographie- und Ätzprozessen der Fall ist.
Die Leiterstruktur weist beispielsweise Leiterbahnen und/oder Kontaktflächen für elektrische Bauelemente auf. Die 3D-Metallisierung erlaubt nicht nur horizontale, sondern auch vertikale Integrationsmöglichkeiten für aktive und/oder passive Bauelemente. Weiterhin kann auf nach folgende Montageschritte verzichtet werden, beispielsweise indem Lastenanschlüsse nicht sepa rat montiert, sondern als Teil der Metallisierungsschichten erzeugt werden. Auch können Kühl köper und/oder ein Gehäuse integral hergestellt werden. Das bereitgestellte keramische Substrat kann eine Oxidkeramik oder eine Nicht-Oxidkeramik sein. Bevorzugt ist das keramische Substrat eine Aluminiumoxid-Keramik, Berylliumoxid- Keramik, Siliziumnitrid-Keramik oder Aluminiumnitrid-Keramik. Diese Keramiken weisen ei nen geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Sie sind für Anwendungen mit hohen Temperaturunterschieden und hohen Temperaturbelastungen be sonders gut geeignet.
Das bereitgestellte keramische Substrat ist insbesondere plattenförmig. Alternativ oder zusätzlich sind auch komplexere Formen des keramischen Substrats möglich. Das Verfahren ist nicht auf plattenförmige keramische Substrate beschränkt. Die Anwendungsmöglichkeiten des Verfahrens sind weiter erhöht. Das Bereitstellen des keramischen Substrats kann auch die Fertigung des ke ramischen Substrats und/oder von Teilen desselben umfassen. Beispielsweise ist es möglich, zumindest Teile des keramischen Substrats additiv zu fertigen.
Das bereitgestellte metallische Pulver bildet den Werkstoff, aus welchem die Metallisierungs schichten und damit die Leiterstruktur gefertigt werden. Das metallische Pulver kann eine oder mehrere Komponenten, insbesondere ein oder mehrere Materialien umfassen. Bevorzugt weist das metallische Pulver unterschiedliche funktionale Komponenten auf. Beispielsweise können unterschiedliche funktionale Komponenten eine hohe elektrische Leitfähigkeit der Metallisie rungsschichten, eine gute Benetzbarkeit des keramischen Substrats und/oder eine hohe Tempera turwechselbeständigkeit der Leiterstruktur begünstigen, insbesondere gewährleisten. Verschie dene Komponenten des metallischen Pulvers können in Form unterschiedlicher Ausgangspulver, die zu dem metallischen Pulver vermischt werden, bereitgestellt werden. Zusätzlich oder alterna tiv hierzu können verschiedene Komponenten als Legierungsbestandteile in dem metallischen Pulver vorliegen. Verschiedene Komponenten des metallischen Pulvers sind bevorzugt flexibel kombinierbar. Insbesondere ist es möglich, dass das metallische Pulver zur Herstellung verschie dener der Metallisierungsschichten eine unterschiedliche Zusammensetzung aufweist, wie dies im Weiteren noch im Detail beschrieben ist.
Es werden mindestens zwei Metallisierungsschichten oder mehr Metallisierungsschichten herge stellt. Das Verfahren ist nicht auf eine bestimmte Anzahl von zu herzustellenden Metallisie rungsschichten beschränkt. Nach Erzeugung der Leiterstruktur kann überschüssiges metallisches Pulver, welches nicht auf geschmolzen wurde, entfernt werden. Überschüssiges metallisches Pulver kann wieder verwen det werden.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt des Verfahrens erfolgt das selektive Aufschmelzen des metal lischen Pulvers durch selektives Laserschmelzen (engl selective laser melting, kurz: SLM).
Beim selektiven Laserschmelzen werden die Pulverpartikel vollständig aufgeschmolzen. Dies führt zu einer besonders dichten und homogen Metallisierung des keramischen Substrats. Zudem ist eine Benetzung des keramischen Substrats durch das selektive Laserschmelzen verbessert.
Beim selektiven Laserschmelzen wird ein fokussierter Laserstrahl über die aufzuschmelzenden Bereiche der jeweiligen Pulverschicht geführt. Die Laserstrahlung kann kontinuierlich oder ge pulst sein.
Für das Laserschmelzen kann Laserstrahlung mit unterschiedlichen Wellenlängen verwendet werden. Je nach verwendeter Wellenlänge spielen unterschiedliche Absorptionsmechanismen in dem metallischen Pulver und dem keramischen Substrat eine wesentliche Rolle. Beispielsweise kann Laserstrahlung mit Wellenlängen vom Infrarotbereich bis in den UV-Bereich verwendet werden. Bevorzugt werden Wellenlängen zwischen 380 nm und 750 nm, also im Bereich des sichtbaren Lichts, verwendet. Als besonders geeignet hat sich Laserstrahlung mit Wellenlängen von ca. 490 nm bis ca. 575 nm (grünes Licht) oder von ca. 420 nm bis ca. 490 nm (blaues Licht) erwiesen. Diese Wellenlängen sind optimal geeignet für die Verarbeitung bevorzugter metalli scher Pulver, insbesondere metallischer Pulver mit hohem Kupferanteil.
Einstellbare Parameter beim Laserschmelzen sind weiterhin insbesondere die Laserleistung, der Fokusdurchmesser und/oder die Lasergeschwindigkeit, mit welcher der Laserstrahl über die Oberfläche geführt wird. Die Parameter können aneinander angepasst werden, um ein vollstän diges Aufschmelzen des metallischen Pulvers zu gewährleisten. Insbesondere können die weite ren Parameter abhängig von der Wellenlänge der Laserstrahlung gewählt werden. Die Laserleis tung liegt beispielsweise zwischen 30 W und 1000 W, insbesondere zwischen 50 W und 500 W. Der Fokusdurchmesser kann beispielsweise zwischen 20 pm und 200 gm betragen. Beispielhafte Lasergeschwindigkeiten liegen zwischen 15 mm/s und 7000 mm/s, insbesondere zwischen 50 mm/s und 1500 mm/s. Zur Erzeugung der Laserstrahlung können beliebige Lasertypen eingesetzt werden, insbesondere Faserlaser, Scheibenlaser oder Diodenlaser. Aufgrund ihrer hohen Strahl güte haben sich Faserla ser als besonders geeignet erwiesen.
Ein weiterer Vorteil des selektiven Laserschmelzens besteht darin, dass die Größe eines beim Aufschmelzen erzeugten Schmelzbads durch einen Strahldurchmesser des Laserstrahls definiert ist. Folglich ist die minimal erreichbare Strukturgröße nur durch die Verfahrensparameter beim selektiven Laserschmelzen beschränkt. Die Schmelzbadbreite hängt unter anderem von der Strahlleistung, dem Strahldurchmesser, einer Lasergeschwindigkeit, mit welcher der Strahl über die Pulverschicht geführt wird, und den Material eigenschaften der Pulverpartikel ab. Mit Hilfe des selektiven Laserstrahlschmelzens sind kleine Strukturgrößen möglich. Beispielsweise sind Strukturgrößen zwischen 50 pm und 80 gm erzielbar.
Das selektive Aufschmelzen des Pulvers kann auch mittels selektiven Elektronenstrahlschmel zens (engl electron beam melting, kurz: EBM) erfolgen. Hierbei wird ein fokussierter Elektro nenstrahl über die aufzuschmelzenden Bereiche der jeweiligen Pulverschicht geführt. Die Vortei le des selektiven Elektronenstrahlschmelzens entsprechen denen des selektiven Laserstrahl schmelzens.
Die Metallisierungsschichten können auch mittels Laserauftragsschweißens (engl laser metal deposition, kurz: LMD) erzeugt werden. Hierbei wird ein Bearbeitungskopf über die Oberfläche des keramischen Substrats geführt. Das metallische Pulver wird über Düsen des Bearbeitungs kopfes aufgetragen und mittels eines Laserstrahls aufgeschmolzen. Das metallische Pulver wird in jeder Pulverschicht nur in den Bereichen aufgetragen, die auch aufgeschmolzen werden. Das metallische Pulver wird selektiv aufgetragen und aufgeschmolzen. Es bedarf keines flächigen Auftragens des metallischen Pulvers. Ein nachträgliches Entfernen von nicht aufgeschmolzenem Pulver ist vermieden.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt des Verfahrens enthält das metallische Pulver min destens eines der Metalle Gold, Aluminium, Kupfer und/oder Silber. Diese Metalle und damit erzeugte Metallisierungsschichten weisen eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf. Diese Metalle können eine Grundkomponente des metallischen Pulvers bilden. Insbesondere kann das metalli- sche Pulver eine Legierung auf Basis eines oder mehrerer dieser Metalle sein. Als besonders geeignete Grundkomponente hat sich Kupfer oder eine Kupferlegierung erwiesen. Zur Erzielung einer hohen elektrischen Leitfähigkeit der Leiterstruktur ist es vorteilhaft ein metallisches Pulver mit einem möglichst hohen Anteil der Grundkomponente zu verwenden. Ein Anteil der Grund komponente in dem metallischen Pulver kann beispielsweise zwischen 80 Gew.-% und 100 Gew.-%, insbesondere zwischen 85 Gew.-% und 99 Gew.-%, bevorzugt zwischen 90 Gew.-% und 95 Gew.-% betragen. Der Anteil der Grundkomponente kann in verschiedenen Metallisie rungsschichten auch unterschiedlich sein. Beispielsweise kann der Anteil in der ersten Metalli sierungsschicht geringer sein, insbesondere Null sein. In weiteren Metallisierungsschichten kann der Anteil der Grundkomponente zunehmen. Beispielsweise können weitere Metallisierungs schichten auch im Wesentlichen aus der Grundkomponente, insbesondere aus Kupfer, bestehen.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt des Verfahrens weist das metallische Pulver eine Benetzungs-Komponente auf, wobei die Benetzungs-Komponente mindestens eines der Elemen te Titan, Hafnium, Zirkonium, Niob, Cer, Chrom, Vanadium, Yttrium und Scandium umfasst. Diese Materialien weisen gute Benetzungseigenschaften auf keramischen Oberflächen auf. Die Benetzungs-Komponente eignet sich daher besonders gut zur Benetzung des keramischen Sub strats. Die als Benetzungs-Komponente verwendbaren Materialien werden auch als aktive Mate rialien bezeichnet. Die aktiven Materialien sind sehr reaktiv und können sich unter Temperatur zufuhr mit dem Oxid einer Oxidkeramik oder dem Stickstoff einer Nicht-Oxidkeramik verbin den. Mit Hilfe der Benetzungs-Komponente ist eine besonders stabile stoffschlüssige Verbin dung der Leiterstruktur mit dem keramischen Substrat erzeugbar. Als besonders geeignete Be netzungs-Komponente hat sich Titan erwiesen.
Bevorzugt ist ein Anteil der Benetzungs-Komponente in dem metallischen Pulver so gering wie möglich. Besonders bevorzugt wird der Anteil der Benetzungs-Komponente gerade so hoch wie nötig gewählt, um einen gewünschten Benetzungsgrad zu erzielen. Hierdurch kann der Anteil der Benetzungs-Komponente zugunsten andere Komponenten, insbesondere der Grundkompo nente, reduziert werden. Ein Anteil der Benetzungs-Komponente in dem metallischen Pulver kann beispielsweise zwischen 0,5 Gew.-% und 15 Gew.-%, insbesondere zwischen 0,5 Gew.-% und 10 Gew.-%, betragen. Bevorzugt ist ein Anteil der Benetzungs-Komponente kleiner oder gleich 10 Gew.-%. Der Anteil der Benetzungs-Komponente kann auch von Metallisierungs schicht zu Metallisierungsschicht variieren. Beispielsweise kann in der ersten Metallisierungs- schicht der Anteil der Benetzungs-Komponente höher sein. Insbesondere kann die erste Metalli sierungsschicht im Wesentlichen aus einer Benetzungs-Komponente, beispielsweise aus Titan, bestehen. In weiteren Metallisierungsschichten kann der Anteil der Benetzungs-Komponente abnehmen. Insbesondere können weitere Metallisierungsschichten auch keine Benetzungs- Komponente enthalten.
Bevorzugt umfasst das metallische Pulver eine Grundkomponente aus einem Metall hoher Leit fähigkeit, insbesondere aus Kupfer, und eine Benetzungs-Komponente. Beispielsweise können die beiden Komponenten in Form zweier Pulver vorliegen, die zu dem metallischen Pulver ver mischt werden. Je nach Mischungsverhältnis kann der Anteil der Benetzungs-Komponente vari iert werden.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt des Verfahrens weist das metallische Pulver eine die Benetzungs-Komponente umfassende Legierung auf. Weitere Pulver-Komponenten, insbesonde re eine Grundkomponente des metallischen Pulvers, können in Form weiterer Legierungsbe standteile vorliegen. Die Kombination unterschiedlicher Pulver-Komponenten in einer Legierung gewährleistet eine besonders homogene Zusammensetzung des metallischen Pulvers. Ein Entmi schen unterschiedlicher Pulver-Komponenten ist vermieden. Auch die aus dem metallischen Pulver erzeugten Metallisierungsschichten weisen eine homogene Zusammensetzung, insbeson dere eine gleichmäßige Verteilung der Benetzungs-Komponente, auf. Hierdurch sind eine zuver lässige und gleichmäßige Benetzung des keramischen Substrats und eine zuverlässige stoff schlüssige Verbindung hiermit gewährleistet.
Bevorzugt ist die Benetzungs-Komponente zu einem Metall mit hoher Leitfähigkeit, insbesonde re zu Kupfer, legiert. Als besonders geeignet haben sich Kupfer-Titan-Legierungen erwiesen.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt des Verfahrens wird die Benetzungs-Komponente in Form einer Ummantelung von Primärpulver-Partikeln bereitgestellt. Die Ummantelung der Pri märpulver-Partikel hat den Vorteil einer homogenen Verteilung der Benetzungs-Komponente in dem metallischen Pulver. Das Primärpulver kann insbesondere eine Grundkomponente des me tallischen Pulvers aufweisen. Bevorzugt weist das Primärpulver eine Grundkomponente und eine Stabilitäts-Komponente des metallischen Pulvers auf. Die Primärpulver-Partikel können bei- spielsweise mit der Benetzungs-Komponente beschichtet sein oder werden. Hierdurch ist ein Anteil der Benetzungs-Komponente in dem metallischen Pulver flexibel einstellbar.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt des Verfahrens weist das metallische Pulver eine Partikelgrößenverteilung von d o zwischen 10 pm und 100 pm auf. Eine entsprechende Partikel größenverteilung ermöglicht eine gleichmäßige und kompakte Auftragung der Pulverschichten und damit eine hohe Dichte und Homogenität der hergestellten Metallisierungsschichten. Beson ders bevorzugt weist das metallische Pulver sphärische Pulverpartikel auf. Dies verbessert die Rieselfähigkeit des Pulvers.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt des Verfahrens umfasst das metallische Pulver ein Material, das eine Dichteanomalie aufweist. Geeignete Materialien sind beispielsweise Antimon, Bismut, Gallium, Germanium, Lithium, Silizium und/oder Tellur. Das entsprechende Material wird im Folgenden auch als eine Stabilisierungs-Komponente des metallischen Pulvers bezeich net. Aufgrund der Dichteanomalie ist die Temperaturwechselbeständigkeit der erzeugten Metal lisierungsschichten erhöht. Zudem sind Spannungen in den Metallisierungsschichten vermindert, insbesondere vermieden. Bevorzugt ist die Stabilisierungs-Komponente als Legierungsbestand teil zu weiteren Komponenten des metallischen Pulvers zulegiert. Ein Anteil der Stabilisierungs- Komponente in dem metallischen Pulver kann beispielsweise bis zu 10 Gew.-% betragen.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt des Verfahrens wird zur Herstellung verschiedener der Metallisierungsschichten eine unterschiedliche Zusammensetzung des metallischen Pulvers verwendet. Hierdurch sind die Eigenschaften verschiedener Komponenten der metallischen Pul ver flexibel kombinierbar. Hierdurch sind Metallisierungsschichten mit unterschiedlichen Eigen schaften fertigbar. Die Metallisierungsschichten können noch besser an die jeweiligen Anforde rungen angepasst werden. Die Leiterstruktur kann einen Materialgradienten aufweisen.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt des Verfahrens wird zumindest die erste Metallisie rungsschicht mit einem im Vergleich zu mindestens einer weiteren Metallisierungsschicht erhöh ten Anteil einer Benetzungs-Komponente, insbesondere einem erhöhten Titan- Anteil, hergestellt. Ein erhöhter Anteil der Benetzungs-Komponente in zumindest der ersten Metallisierungsschicht bewirkt eine besonders gute Benetzung des keramischen Substrats. Die stoffschlüssige Verbin dung der Leiterstruktur mit dem keramischen Substrat ist besonders stabil. Bevorzugt weist das metallische Pulver zumindest zur Herstellung der ersten Metallisierungs schicht ein Reintitan-Pulver auf. Titan hat sich als besonders geeignete Benetzungs-Komponente bewährt. Die Verwendung eines Reintitan-Pulvers zumindest zur Herstellung der ersten Metalli sierungsschicht bewirkt eine optimale Benetzung des keramischen Substrats. Die Stabilität des erzeugten Schaltungsträgers ist erhöht. Beispielsweise besteht das metallische Pulver zumindest zur Herstellung der ersten Metallisierungsschicht aus einem Reintitan-Pulver. Bevorzug besteht das metallische Pulver zumindest zur Herstellung der ersten Metallisierungsschicht aus einem Reintitan-Pulver und einer zulegierten Stabilisierungs-Komponente, insbesondere Silizium. Durch Zulegierung der Stabilisierungs-Komponente sind Spannungen in der erzeugten Metalli sierungsschicht zuverlässig vermieden.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt des Verfahrens wird zumindest eine der weiteren Metallisierungsschichten mit einem im Vergleich zur ersten Metallisierungsschicht erhöhten Anteil von Gold, Aluminium, Kupfer und/oder Silber, insbesondere einem erhöhten Anteil von Kupfer, hergestellt. Die zumindest eine weitere Metallisierungsschicht kann einen erhöhten An teil einer Grundkomponente des metallischen Pulvers aufweisen. Diese Metalle weisen eine hohe Leitfähigkeit auf, benetzen jedoch eine keramische Oberfläche weniger gut als eine der oben genannten Benetzungs-Komponenten, insbesondere als Titan. Ein erhöhter Anteil dieser Metalle, insbesondere ein erhöhter Kupfer-Anteil, in mindestens einer der weiteren Metallisierungs schichten gewährleistet eine hohe Leitfähigkeit der erzeugten Leiterstruktur. Gleichzeitig kann eine optimale Benetzung des keramischen Substrats durch zumindest die erste Metallisierungs schicht erfolgen.
In einer bevorzugten Variante wird zumindest die erste Metallisierungsschicht im Wesentlichen aus einer Benetzungs-Komponente, insbesondere aus einem Reintitan-Pulver, hergestellt. Min destens eine weitere Metallisierungsschicht kann aus einer Grundkomponente, insbesondere aus Kupfer, gefertigt werde. Auf diese Weise können die vorteilhaften Benetzungseigenschaften der Benetzungs-Komponente, insbesondere von Titan, mit der hohen elektrischen Leitfähigkeit der Grundkomponente, insbesondere von Kupfer, besonders gut kombiniert werden.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt des Verfahrens erfolgt das Erzeugen der Leiterstruk tur auf dem keramischen Substrat unter Schutzgasatmosphäre, insbesondere unter einer inerten Schutzgasatmosphäre, bevorzugt unter Argon- Atmosphäre. Eine Oxidation der schichtweise erzeugten Leiterstruktur ist hierdurch zuverlässig vermieden. Die Metallisierungsschichten wei sen eine hohe Qualität auf.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt des Verfahrens wird das keramische Substrat wäh rend des Erzeugens der Leiterstruktur beheizt. Das Beheizen des keramischen Substrats hat den Vorteil, dass ein Aufschmelzen des darauf aufgebrachten metallischen Pulvers vereinfacht ist. Insbesondere ist ein geringerer Energieeintrag zum Aufschmelzen des metallischen Pulvers er forderlich. Zudem hat das Beheizen einen positiven Einfluss auf die geringe Thermoschockbe ständigkeit des keramischen Substrats. Zudem verbindet sich das metallische Pulver besser mit dem beheizten keramischen Substrat. Das Verfahren ist stabil und effizient. Insbesondere wird das keramische Substrat auf eine Temperatur zwischen 200 °C und 700 °C aufgeheizt. Besonders bevorzugt wird das keramische Substrat knapp unter die Schmelztemperatur des metallischen Pulvers aufgeheizt.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt des Verfahrens erfolgt ein Nachbehandlungsschritt zur Wärmebehandlung des Schaltungsträgers. Die Wärmebehandlung erhöht die Haftfestigkeit der Metallisierung auf dem keramischen Substrat. Zudem können hierdurch Spannungen in der Metallisierung reduziert werden. Die Wärmebehandlung wird insbesondere in Form einer Ofen behandlung durchgeführt. Eine Nachbehandlungstemperatur wird insbesondere abhängig von der Materialzusammensetzung der Metallisierungsschichten gewählt. Bevorzugt liegt die Nachbe handlungstemperatur etwa 10 °C bis 20 °C unterhalb des Schmelzpunktes der Metallisierungs schichten. Beispielsweise wird der Schaltungsträger materialabhängig auf eine Nachbehand lungstemperatur zwischen 200 °C und 1080 °C erhitzt. Bevorzugt erfolgt die Nachbehandlung unter inerter, evakuierter oder reduzierender Atmosphäre.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt des Verfahrens umfasst das Bereitstellen des kera mischen Substrats die additive Fertigung von zumindest Teilen des keramischen Substrats. Bei spielsweise können zusätzliche Strukturen an dem keramischen Substrat, insbesondere kerami sche Kühlkörper, additiv gefertigt werden. Auch das gesamte keramische Substrat kann additiv gefertigt werden. Insbesondere können hierdurch auch keramische Substrate mit dreidimensiona ler Struktur erzeugt und bereitgestellt werden. Hierdurch sind 3D-Schaltungsträger auf einfache und flexible Weise fertigbar. Die additive Fertigung von zumindest Teilen des keramischen Substrats kann beispielsweise durch Verarbeitung eines keramischen Pulvers erfolgen. Die Verarbeitung des keramischen Pul vers erfolgt insbesondere mit den gleichen Verarbeitungsprozessen und/oder -maschinen wie die Verarbeitung des metallischen Pulvers zur Erzeugung der Metallisierungsschichten. So ist bei spielsweise die Verarbeitung von keramischen Pulvern mittels des selektiven Laserschmelzens möglich. Beispielsweise können hierfür höhere Vorheiztemperaturen gewählt werden, insbeson dere Vorheiztemperaturen von 1000 °C oder mehr.
Bevorzugt können zumindest Teile des keramischen Substrats und die Leiterstruktur durch un terschiedliche Verfahren der additiven Fertigung erzeugt werden. Beispielsweise können Teile des keramischen Substrats oder das keramische Substrat insgesamt mittels eines für die Verar beitung von keramischen Pulvern optimierten Verfahrens, insbesondere eines hierfür optimierten 3D-Druckverfahrens, gefertigt werden. Aufgrund der Kombination unterschiedlicher Verfahren ist eine hochwertige Verarbeitung der jeweiligen Materialien gewährleistet. Geeignete 3D- Druckverfahren sind insbesondere lichtaushärtende Verfahren. Hierbei werden beispielsweise Harze, in denen sich Keramikpartikel befinden, mittels Licht, insbesondere Laserstrahlung, po lymerisiert. Besonders geeignete 3D-Druckverfahren sind insbesondere die Stereolithographie (kurz: SLA), das Digital Light Processing (kurz: DLP), das Binder Jetting oder das von der Fir ma XJET entwickele „NanoParticle Jetting“ (kurz: NPJ). Diese Verfahren sind dem Fachmann insbesondere für die additive Fertigung von Keramikbauteilen bekannt, wie dies beispielsweise in dem Artikel „3D Druck mit Keramik: Eine Revolution in der additiven Fertigung?“ (vgl. https://www.3dnatives.com/de/3d-druck-mit-keramik-featured-170420191/ abgerufen am 16.04.2020) beschrieben ist. Informationen zu den Verfahren SLA und DLP finden auch sich in dem Artikel „3D-Drucken mit Stereolithografie - lesen Sie hier wie’s geht!“ (vgl. https://www.3dnatives.com/de/stereolithografie/ abgerufen am 16.04.2020).
Gemäß einem weiteren bevorzugten Aspekt des Verfahrens erfolgt die additive Fertigung von zumindest Teilen des keramischen Substrats durch Lithography-based Ceramic Manufacturing (kurz: LCM). Das LCM-Verfahren erlaubt die additive Fertigung qualitativ besonders hochwer tiger Keramikbauteile. Besonders bevorzugt erfolgt zunächst eine additive Fertigung von zumin dest Teilen des keramischen Substrats mittels des LCM- Verfahrens und anschließend die Ferti gung der Metallisierungsschichten mittels eines für die Verarbeitung von metallischen Pulvern geeigneten additiven Fertigungsverfahrens, insbesondere mittels des selektiven Laserschmelzens oder des selektiven Elektronenstrahlschmelzens.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Schaltungsträger bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Schaltungsträger gemäß Anspruch 17. Der Schaltungs träger ist wie oben beschrieben hergestellt. Das Verfahren bewirkt einen verbesserten Schal tungsträger, insbesondere einen Schaltungsträger mit einem flexiblen Layout der Leiterstruktur. Insbesondere kann der Schaltungsträger eine 3D-Metallisierung aufweisen.
Diese Aufgabe wird auch gelöst durch einen Schaltungsträger mit den in Anspruch 18 angegebe nen Merkmalen. Der Schaltungsträger weist ein keramisches Substrat und eine stoffschlüssig mit dem Substrat verbundene Leiterstruktur auf. Die Leiterstruktur weist eine Mehrzahl von auf dem keramischen Substrat aufgebrachten Metallisierungsschichten auf. Der Schaltungsträger ist mit tels des oben beschriebenen Verfahrens fertigbar. Der Schaltungsträger weist eine hohe Haftfes tigkeit der Metallisierungsschichten auf dem keramischen Substrat auf.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt des Schaltungsträgers sind mindestens zwei der Metallisie rungsschichten in einer parallel zu der Oberfläche des Substrats verlaufenden Ebene nicht de ckungsgleich. Der Schaltungsträger weist eine 3D-Metallisierung auf. Insbesondere weist die Leiterstruktur Bereiche auf, die in Richtung senkrecht zu einer Oberfläche des keramischen Sub strats keine direkte Verbindung zu dem keramischen Substrat aufweisen. Derartige Bereiche können auch als frei schweb ende Bereiche bezeichnet werden. Beispielsweise können zwei Lei terbahn-Strukturen über einen frei schweb enden Bereich in Form einer Brücke verbunden sein.
Der Schaltungsträger weist insbesondere horizontale und/oder vertikale Integrationsmöglichkei ten für aktive und/oder passive Bauelemente auf. Bevorzugt sind Lastenanschlüsse durch die Metallisierungsschichten gebildet. Die Metallisierungsschichten können zudem Kühlkörper und/oder Gehäuseteile ausformen. Zusätzliche Montageschritte sind reduziert.
Weitere Vorteile und Details der Erfindung sind nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen: Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Vorrichtung zur schichtweisen Fertigung eines Schaltungsträgers,
Fig. 2 einen schematischen Verfahrensablauf zur schichtweisen Fertigung eines Schaltungs trägers,
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines metallischen Pulvers zur Verwendung in dem Verfahren gemäß Fig. 2,
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Zwischenschritts bei der Fertigung nach dem Ver fahren gemäß Fig. 2,
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines weiteren Zwischenschritts bei der Fertigung nach dem Verfahren gemäß Fig. 2,
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Schaltungs trägers,
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines metallischen Pulvers zur Verwendung in dem Verfahren gemäß Fig. 2,
Fig. 8 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines metallischen Pulvers zur Verwendung in dem Verfahren gemäß Fig. 2, und
Fig. 9 eine schematische Darstellung eines Zwischenschritts gemäß einem weiteren Ausfüh rungsbeispiel des Verfahrens.
In Fig. 1 ist eine Vorrichtung 1 für die additive Fertigung eines Schaltungsträgers 2 gezeigt. Die
Vorrichtung 1 ist für die schichtweise Fertigung eines Schaltungsträgers 2 mittels selektiven La- serschmelzens (SLM) ausgelegt.
Die Vorrichtung 1 ist in einem Innenraum 3 eines nicht explizit dargestellten gasdichten Gehäu ses angeordnet. Sie umfasst einen Bauraum 4 mit einer Bauteilplattform 5 und ein Pulverreser- voir 6 mit einer Pulverdosierplattform 7. Die Bauteilplattform 5 und die Pulverdosierplattform 7 sind entlang einer Hubrichtung 8 verfahrbar. Hierdurch können die Pulverdosierplattform 7 und die Bauteilplattform 5 angehoben beziehungsweise abgesenkt werden.
Zudem ist eine Rakel 9 vorhanden. Die Rakel 9 ist in einer Ebene senkrecht zu der Hubrichtung 8 oberhalb des Pulverreservoirs 6 und des Bauraums 4 verfahrbar. Des Weiteren ist ein Laser 10 zur Erzeugung von Laserstrahlung 11 vorhanden. Die Laserstrahlung 11 kann mittels eines ver stellbaren Scanner Spiegels 12 gezielt auf einzelne Bereiche des Bauraums 4 eingestrahlt werden.
Die Vorrichtung 1 umfasst zudem einen Üb erlauf schacht 13 für überschüssiges Pulver. Mit Hilfe einer Bauraumheizung 14 kann der Bauraum 4 erhitzt werden, um ein Aufschmelzen von Pulver mittels der Laserstrahlung 11 zu vereinfachen.
Mit der Vorrichtung 1 wird der Schaltungsträger 2 gefertigt, indem eine Leiterstruktur 15 schichtweise auf einem keramischen Substrat 16 aufgetragen wird. Die Leiterstruktur 15 wird aus einem metallischen Pulver 17 gefertigt, das in dem Pulverreservoir 6 bevorratet ist. Das me tallische Pulver 17 ist schematisch mittels gepunkteter Flächen dargestellt. Zur schichtweisen Fertigung der Leiterstruktur 2 wird zunächst mit Hilfe der Rakel 9 metallisches Pulver 17 aus dem Pulverreservoir 6 als eine nicht näher dargestellte Pulverschicht auf dem auf der Bauteil plattform 5 platzierten keramischen Substrat 16 aufgetragen. Überschüssiges metallisches Pulver 17 wird mit der Rakel 9 abgetragen und in dem Überlaufschacht 13 gesammelt. Das in dem Üb erlauf schacht 13 gesammelte metallische Pulver 17 kann zu einem späteren Zeitpunkt wieder dem Pulverreservoir 6 zugeführt werden.
Zur Formung einer Schicht der Leiterstruktur 15 werden entsprechende Bereiche der Pulver schicht durch gezieltes Einstrahlen der Laserstrahlung 11 aufgeschmolzen. Die Laserstrahlung 11 wird über die aufzuschmelzenden Bereiche geführt. Hierzu sind verschiedene Belichtungs strategien bekannt und einsetzbar.
Nachdem alle zu verfestigenden Bereiche einer Pulverschicht mindestens einmal aufgeschmol zen worden sind, wird eine weitere Pulverschicht aufgetragen. Hierzu wird die Bauteilplattform 5 entlang der Hubrichtung 8 abgesenkt und die Pulverdosierplattform 7 in Hubrichtung 8 ange hoben. Das über den oberen Rand des Pulverreservoirs 6 gehobene metallische Pulver 17 wird durch Verfahren der Rakel 9 abgetragen und als neue Pulverschicht in dem Bauraum 4 verteilt. An das Aufträgen der neuen Pulverschicht schließt sich das selektive Aufschmelzen mittels der Laserstrahlung 11 an. Die so beschriebenen Verfahrensschritte werden so lange wiederholt, bis die Leiterstruktur 15 fertiggestellt ist.
Um das Aufschmelzen des metallischen Pulvers zu vereinfachen, wird mit Hilfe der Bauraum heizung 14 das keramische Substrat 16 beheizt. Das Beheizen hat einen positiven Einfluss auf die geringe Thermoschockbeständigkeit des keramischen Substrats 16 und bewirkt ein besseres Verbinden des aufgeschmolzenen Pulvers 17 mit dem keramischen Substrat 16. Das keramische Substrat 16 wird auf eine Temperatur zwischen 200 °C und 700 °C erhitzt.
Um ein Entzünden des metallischen Pulvers 17 zu vermeiden, wird der Innenraum 3 des gasdich ten Gehäuses mit einem Schutzgas 18 geflutet. Als Schutzgas wird Argon eingesetzt. Hierdurch wird auch eine Reaktion, insbesondere eine Oxidation, der Schmelze des metallischen Pulvers 17 durch den Sauerstoffanteil der Umgebungsluft verhindert. Das Schutzgas 18 gewährleistet einen stabilen Prozess.
Das selektive Aufschmelzen der zu verfestigenden Bereiche der Pulverschichten bestimmt die Geometrie der zu fertigenden Leiterstruktur 15. Der schichtweise Aufbau der Leiterstruktur 15 kann beispielsweise mittels eines CAD-Programms entworfen und an einen nicht dargestellten Steuerrechner zum Verstellen des Scannerspiegels 12 weitergeleitet werden.
Mit Bezug auf die Fig. 2 bis 5 wird das Fertigungsverfahren im Detail erläutert. In Fig. 2 ist ein schematischer Ablauf eines Fertigungsverfahrens 20 dargestellt. Mit Hilfe der Fig. 3 bis 5 wer den Zwischenschritte des Verfahrens erläutert. Das Fertigungsverfahren 20 kann mit der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung 1 durchgeführt werden. Alternativ können auch andere Vorrichtungen, die ein schichtweises Aufragen und selektives Aufschmelzen von metallischem Pulver 17 erlauben, verwendet werden.
Zunächst werden in einem Bereitstellungsschritt 21 das keramische Substrat 16 und das metalli sche Pulver 17 bereitgestellt. Das keramische Substrat 16 ist eine Substratplatte mit einer Dicke von beispielsweise 1 mm. Keramische Substrate haben eine gute Temperaturleitfähigkeit und eignen sich hervorragend für Schaltungsträger für die Leistungselektronik. Als keramisches Sub- strat kann jedes keramische Material dienen, das in derartigen Schaltungsträgem einsetzbar ist. Beispielsweise sind Oxid- und Nichtoxid-Keramiken mit unterschiedlichen Reinheiten verwend bar.
In Fig. 3 ist schematisch das bereitgestellte metallische Pulver 17 dargestellt. Das metallische Pulver 17 weist Pulverpartikel 19 auf. Die Pulverpartikel 19 sind sphärisch. Bei dem metalli schen Pulver 17 handelt es sich um ein sphärisches Pulver. Die Pulverpartikel 19 weisen einen Durchmesser D auf. Der Durchmesser D variiert von Pulverpartikel 19 zu Pulverpartikel 19. Das metallische Pulver 17 weist eine Partikelgrößenverteilung von d o zwischen 10 pm und 100 pm auf. Der Wert von d o ist als mittlere Partikelgröße definiert.
Das metallische Pulver 17 weist mehrere Komponenten auf. Das metallische Pulver 17 ist eine Legierung auf Basis von Kupfer. Kupfer weist eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf und eignet sich hervorragend zur Erstellung der Leiterstruktur. Der Kupferanteil in der Legierung bildet eine Grundkomponente des metallischen Pulvers 17. Ein weiterer Legierungsbestandteil ist Ti tan. Titan weist eine sehr gute Benetzung von keramischen Oberflächen auf. Der Titananteil in der Legierung bildet daher eine Benetzungs-Komponente des metallischen Pulvers 17. Ein An teil der Benetzungs-Komponente in dem metallischen Pulver liegt zwischen 0,5 Gew.-% und 10 Gew.-%. Bei dem metallischen Pulver 17 handelt es sich um eine Kupfer-Titan-Legierung. Bei spielsweise kann eine Kupfer-Titan-Legierung in einem Tiegel geschmolzen und zu dem metalli schen Pulver 17 verdüst werden.
Das metallische Pulver 17 weist zudem eine Stabilisierungs-Komponente auf. Die Stabilisie rungs-Komponente ist zu den weiteren Komponenten des metallischen Pulvers 17 zulegiert und umfasst ein Material, das eine Dichteanomalie aufweist. Dies verbessert die Temperaturwechsel beständigkeit der Leiterstruktur 15 im Betrieb des zu fertigenden Schaltungsträgers 2. Geeignete Materialien mit Dichteanomalie sind beispielsweise Antimon, Bismut, Gallium, Germanium, Lithium, Silizium und/oder Tellur.
In weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen können für die Grundkomponente auch weitere Metalle und/oder Legierungen mit hoher Leitfähigkeit verwendet werden. Besonders gut geeignete Metalle sind beispielswiese Kupfer, Aluminium, Silber und/oder Gold. In weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispielen können auch andere Materialien, die eine hohe Benetzung von keramischen Oberflächen ermöglichen, als Benetzungs-Komponente ver wendet werden. Geeignete Materialien sind Titan, Hafnium, Zirkonium, Niob, Cer, Chrom, Va nadium, Yttrium und/oder Scandium.
An den Bereitstellungsschritt 21 schließen sich mehrere Metallisierungsschritte 22 an. Ein erster Metallisierungsschritt 22 ist schematisch in Fig. 4 dargestellt. Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt des Bauraums 4 und des keramischen Substrats 16. In einem Pulverauftragungsschritt 23 des Metal lisierungsschritts 22 wird eine erste Pulverschicht Pi des metallischen Pulvers 17 auf das kerami sche Substrat 16 aufgetragen. Die Pulverschicht Pi weist eine Schichtdicke d auf, die beispiels weise zwischen 20 pm und 50 gm beträgt. In einem Aufschmelzschritt 24 wird zur Herstellung einer ersten Metallisierungsschicht Mi das metallische Pulver 17 selektiv mit Hilfe der Laser strahlung 11 aufgeschmolzen.
In dem Aufschmelzschritt 24 wird die Laserstrahlung 11 mit einer Lasergeschwindigkeit VL über die Pulverschicht Pi geführt. Die Lasergeschwindigkeit VL beträgt zwischen 15 mm/s und 7000 mm/s. Die Laserstrahlung 11 weist eine Laserleistung PL zwischen 30 W und 1000 W und einen Fokusdurchmesser FL zwischen 20 pm und 200 pm auf. Die Wellenlänge der Laserstrahlung 11 liegt bevorzugt im grünen oder blauen sichtbaren Bereich. Die Parameter der Laserstrahlung 11 sind derart an das metallische Pulver 17 angepasst, dass das metallische Pulver 17 in den vom Laser abgefahrenen Bereichen vollständig aufgeschmolzen wird. Die Laserstrahlung 11 erzeugt ein Schmelzbad 25. In Fig. 4 ist zudem ein Grenzbereich 26 zwischen dem metallischen Pulver 17 und dem Schmelzbad 25 gezeigt.
In dem Aufschmelzschritt 24 werden alle aufzuschmelzenden Bereiche der Pulverschicht Pi auf- geschmolzen. Die Schmelze in dem Schmelzbad 25 benetzt das keramische Substrat 16. Nach dem Aufschmelzen kühlt die Schmelze ab und verfestigt sich zu der ersten Metallisierungs schicht Mi. Die Metallisierungsschicht Mi ist stoffschlüssig mit dem keramischen Substrat 16 verbunden.
Die Geometrie der Leiterstruktur 15 in der ersten Metallisierungsschicht Mi entspricht der Ge samtheit der aufzuschmelzenden Bereiche. Nachdem alle aufzuschmelzenden Bereiche in den Aufschmelzschritt 24 zumindest einmal aufgeschmolzen wurden, ist der Metallisierungsschritt 22 beendet. Der Metallisierungsschritt 22 wird anschließend so oft wiederholt, bis die Lei terstruktur 15 vollständig auf dem keramischen Substrat aufgebracht ist. In jedem Metallisie rungsschritt 22 wird zunächst eine Pulverschicht des metallischen Pulvers 17 in einem Auftra gungsschritt 23 aufgetragen und anschließend in einem Aufschmelzschritt 24 selektiv aufge schmolzen.
In Fig. 5 ist beispielhaft ein Metallisierungsschritt zur Erzeugung der dritten Metallisierungs schicht M3 dargestellt. Auf dem keramischen Substrat 16 sind bereits die Pulverschichten Pi bis P3 aufgetragen. Die Metallisierungsschichten Mi und M2 sind jeweils vollständig hergestellt, indem die Pulverschichten Pi und P2 selektiv aufgeschmolzen wurden. Mit Hilfe der Laserstrah lung 11 wird die Metallisierungsschicht M3 erzeugt. Durch das schichtweise Aufträgen der Me tallisierungsschichten Mi bis M3 wird die Leiterstruktur 15 erzeugt. Die Leiterstruktur 15 ist stoffschlüssig mit dem keramischen Substrat 16 verbunden.
Die Leiterstruktur 15 ist auf einer Substratoberfläche 27 des keramischen Substrats 16 aufge bracht. Die Metallisierungsschichten Mi bis M3 sind in einer Ebene parallel zu der Substratober fläche 27 nicht deckungsgleich. So weist die Leiterstruktur 25 beispielsweise Stufen 28 auf. Die unterschiedlich ausgeformten Metallisierungsschichten Mi bis M3 bewirken eine 3D- Metallisierung. Das Fertigungsverfahren 20 erlaubt eine erhöhte Designfreiheit bei der Herstel lung der Leiterstruktur 15. Nach Durchführung aller Metallisierungsschritte 22 ist die Lei terstruktur 15 insgesamt erzeugt. Allgemein werden mindestens zwei Metallisierungsschritte 22 durchgeführt, also mindestens zwei Metallisierungsschichten erzeugt. Das Verfahren ist nicht auf eine bestimmte Anzahl von zu fertigenden Metallisierungsschichten beschränkt.
Nach Durchführung aller Metallisierungsschritte 22 ist der Schaltungsträger 2 an sich fertigge stellt. In einem Entfernungsschritt 29 wird überschüssiges, nicht umgeschmolzenes metallisches Pulver 17 entfernt. Bei Verwendung der Vorrichtung 1 kann der Schaltungsträger 2 beispielswei se aus dem Bauraum 4 entnommen und mit Hilfe von Druckluft von Pulverrückständen gereinigt werden.
Anschließend erfolgt ein Nachbehandlungsschritt 30. In dem Nachbehandlungsschritt 30 erfolgt eine Wärmebehandlung des Schaltungsträgers 2 in einem Ofenprozess. Der Schaltungsträger 2 wird in dem Nachbehandlungsschritt 30 auf eine Nachbehandlungstemperatur erwärmt. Die Nachbehandlungstemperatur liegt etwa 10 °C bis 20 °C unterhalb der Schmelztemperatur der Metallisierungsschichten. Beispielsweise liegt die Nachbehandlungstemperatur materialabhängig zwischen 200 °C und 1080 °C. Mit Hilfe des Nachbehandlungsschritts 30 werden Spannungen in der Leiterstruktur 15 reduziert.
In Fig. 6 ist eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Schal tungsträgers 2a gezeigt. Komponenten, die im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 bis 5 bereits beschrieben worden sind, tragen die gleichen Bezugszeichen. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktional gleichartige Teile erhalten dieselben Bezugszei chen mit einem nachgestellten a.
Fig. 6 zeigt einen Ausschnitt des Schaltungsträgers 2a. Der Schaltungsträger 2a ist mit Hilfe des Fertigungsverfahrens 20 hergestellt. Der Schaltungsträger 2a weist ein keramisches Substrat 16 und eine hiermit stoffschlüssig verbundene Leiterstruktur 15a auf. Die Leiterstruktur 15a weist eine Mehrzahl von auf dem keramischen Substrat 16 aufgebrachten, übereinanderliegenden Me tallisierungsschichten Mi bis M3 auf. Die Leiterstruktur 15a ist eine 3D-Metallisierung. In der Leiterstruktur 15a sind zwei Leiterbahnen 31 über eine Brücke 32 miteinander verbunden. Die Brücke 32 ist ein freischwebender Metallisierungsbereich. Die dem keramischen Substrat 16 abgewandte Oberseite der Brücke 32 bildet eine Kontaktfläche zum Aufbringen elektronischer Bauelemente aus. Unter der Brücke 32 ist eine weitere Leiterbahn 33 geführt. Die Leiterbahn 33 ist von den Leiterbahnen 31 elektrisch isoliert. Mithilfe des Fertigungsverfahrens 20 sind kom plexe Leiterstrukturen fertigbar.
In Fig. 7 ist schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines metallischen Pulvers 17b ge zeigt. Das metallische Pulver 17b weist sphärische Pulverpartikel 19b auf. Die sphärischen Pul verpartikel 19b weisen Primärpulver-Partikel 35 und eine die Primärpulver-Partikel 35 umge bende Ummantelung 36 auf. Die Primärpulver-Partikel 35 umfassen die Grundkomponente des metallischen Pulvers 17b. Die Grundkomponente ist insbesondere aus Kupfer oder einer Kupfer- Legierung. Die Primärpulver-Partikel 35 weisen zudem eine Stabilisierungs-Komponente aus einem Material auf, das eine Dichteanomalie zeigt. Die Ummantelung 36 enthält eine Benet zungs-Komponente aus einem geeigneten, das keramische Substrat gut benetzenden Material, insbesondere aus Titan. Die Benetzungs-Komponente in Form der Ummantelung 36 ist gleich mäßig in dem metallischen Pulver 17b verteilt. Die Ummantelung 36 kann beispielsweise durch Beschichten der Primärpulver-Partikel 35 erzeugt werden. Hierdurch ist der Anteil der Benet zungs-Komponente flexibel einstellbar.
In Fig. 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines metallischen Pulvers 17c gezeigt. Das metal lische Pulver 17c weist sphärische Pulverpartikel 19c auf. Das metallische Pulver 17c ist eine Pulvermischung. Die Pulvermischung umfasst Grundkomponenten-Pulverpartikel 37, die in Fig. 8 ohne Schraffur dargestellt sind. Bei den Grundkomponenten-Pulverpartikeln 37 handelt es sich bevorzugt um ein Kupfer-Pulver. Das metallische Pulver 17c weist zudem Benetzungs- Komponenten-Pulverpartikel 38 auf, die in Fig. 8 mit einer Schraffur dargestellt sind. Bei den Benetzungs-Komponenten-Pulverpartikeln 38 handelt es sich bevorzugt um ein Reintitan-Pulver.
Bei dem metallischen Pulver 17c werden die Grundkomponente und die Benetzungs- Komponente in Form unterschiedlicher Pulver bereitgestellt und vermischt. Auf diese Weise kann eine Zusammensetzung des metallischen Pulvers 17c besonders flexibel variiert werden.
Die unterschiedlichen Pulverpartikel 37, 38 des metallischen Pulvers 17c werden in dem Auf schmelzschritt 24 aufgeschmolzen. Die unterschiedlichen Materialien verschmelzen hierbei, so dass es zu einer in-situ-Legierung der unterschiedlichen Komponenten des metallischen Pulvers 17c kommt.
In weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen weist das metallische Pulver zudem eine Stabilisierungs-Komponente in Form von Stabilisierungs-Komponenten-Pulverpartikeln auf. Alternativ kann eine Stabilisierungs-Komponente auch zu den Grundkomponenten- Pulverpartikeln 37 und/oder den Benetzungs-Komponenten-Pulverpartikeln 38 zulegiert werden.
In Fig. 9 ist schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Zwischenschritts bei der schichtweisen Fertigung einer Leiterstruktur 15d gezeigt. Der Zwischenschritt zeigt die Ferti gung einer dritten Metallisierungsschicht und entspricht im Wesentlichen dem in Fig. 5 gezeig ten Verfahrens-Z wischenschritt. Komponenten, die im Zusammenhang mit dem Ausführungs beispiel gemäß den Fig. 1 bis 5 bereits beschrieben worden sind, tragen die gleichen Bezugszei chen. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktional gleichartige Teile erhalten die gleichen Bezugszeichen mit einem nachgestellten d. Bei dem in Fig. 9 gezeigten Ausführungsbeispiel wird zur Herstellung verschiedener der Metalli sierungsschichten Mi bis M3 eine unterschiedliche Zusammensetzung des metallischen Pulvers 17d verwendet. Die unterschiedliche Zusammensetzung des metallischen Pulvers 17d ist in Fig.
9 durch eine unterschiedliche Punktierung der Pulverschicht Pi einerseits und der Pulverschich ten P2 und P3 andererseits schematisch dargestellt. Entsprechend weist auch die Metallisierungs schicht Mi eine unterschiedliche Materialzusammensetzung auf als die Metallisierungsschichten M2 und M3, was durch eine unterschiedliche Schraffur gekennzeichnet ist.
Zur Herstellung der ersten Metallisierungsschicht Mi wird ein im Vergleich zu den weiteren Me tallisierungsschichten M2, M3 erhöhter Anteil einer Benetzungs-Komponente verwendet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird zur Herstellung der ersten Metallisierungsschicht Mi ein Reintitan-Pulver verwendet, zu dem eine Stabilisierungs-Komponente aus Silizium zulegiert wurde. Zur Herstellung der weiteren Metallisierungsschichten M2, M3 wird eine Zusammenset zung des metallischen Pulvers 17d mit einem im Vergleich zu der ersten Metallisierungsschicht Mi erhöhten Anteil einer Grundkomponente verwendet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Metallisierungsschichten M2, M3 erzeugt, indem Pulverschichten P2, P3 aus einem Kupferpulver aufgetragen und selektiv aufgeschmolzen werden.
Mit Hilfe der variierenden Zusammensetzung des metallischen Pulvers 17d können Material ei - genschaften der unterschiedlichen Pulverkomponenten zielgerichtet angewandt und kombiniert werden. Durch den erhöhten Anteil einer Benetzungs-Komponente in der ersten Metallisierungs schicht Mi wird eine optimale Benetzung des keramischen Substrats 16 bewirkt. Durch die Ver wendung eines erhöhten Anteils einer Grundkomponente, insbesondere eines erhöhten Kupfer anteils, in den weiteren Metallisierungsschichten M2, M3 wird eine hohe elektrische Leitfähigkeit der erzeugten Leiterstruktur 15d gewährleistet.
Zur Herstellung der verschiedenen Metallisierungsschichten Mi bis M3 mit einer anderen Zu sammensetzung des metallischen Pulvers 17d kann zwischen den sequenziell durchgeführten Metallisierungsschritten 22 ein in Fig. 2 gestrichelt dargestellter Zusammensetzungsänderungs- Schritt 40 erfolgen. In dem Zusammensetzungsänderungs-Schritt 40 wird die Zusammensetzung des metallischen Pulvers 17d verändert. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, indem ein Anteil eines Legierungsbestandteils verändert wird. Alternativ kann auch eine Pulvermischung, wie sie beispielsweise bei dem Pulver 17c in Fig. 8 gezeigt ist, variiert werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass zur Herstellung mindestens der ersten Metallisierungsschicht Mi nur die Benetzungs-Komponente des metallischen Pulvers verwendet wird. In dem Zusammensetzungs- änderungs-Schritt 40 wird dann die Benetzungs-Komponente gegen weitere Komponenten des metallischen Pulvers ausgetauscht.
In weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen wird das Pulver nicht mittels selektiven Laserschmelzens, sondern mittels selektiven Elektronenstrahlschmelzens aufgeschmolzen. In wiederum anderen Ausführungsbeispielen werden die Metallisierungsschichten mittel Laserauf tragsschweißens erzeugt.
In weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen erfolgt im Bereitstellungsschritt eine ad ditive Fertigung von zumindest Teilen des keramischen Substrats. Hierzu kann zunächst ein ke ramisches Pulver auf die Bauteilplattform schichtweise aufgebracht und selektiv aufgeschmolzen werden. So sind insbesondere dreidimensionale Strukturen des keramischen Substrats, bei- spielsweise Kühlkörper, einfach und flexibel fertigbar. In wiederum anderen, nicht dargestellten Ausführungsbeispielen werden zunächst Teile des keramischen Substrats oder das gesamte ke ramische Substrat mittels des sogenannten Lithography-based Ceramic Manufacturing (LCM) erzeugt. Das LCM-Verfahren erlaubt die additive Fertigung qualitativ besonders hochwertiger Keramikbauteile. Die Leiterstruktur wird anschließend mit einem für die Verarbeitung metalli- scher Pulver geeigneten Verfahren, insbesondere dem selektiven Laserschmelzen oder dem se lektiven Elektronenstrahlschmelzen, gefertigt. In weiteren Ausführungsbeispielen werden zur Bereitstellung des keramische Substrats zumindest Teile des keramischen Substrats durch eines der 3D-Druckverfahren Stereolithographie (kurz: SLA), Digital Light Processing (kurz: DLP), Binder Jetting oder „NanoParticle Jetting“ (kurz: NPJ) erzeugt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur additiven Fertigung eines Schaltungsträgers, insbesondere für die Leistungs elektronik, mit folgenden Schritten:
Bereitstellen
— eines keramischen Substrats (16) und
— eines metallischen Pulvers (17; 17b; 17c; 17d),
Erzeugen einer stoffschlüssig mit dem keramischen Substrat (16) verbundenen Lei terstruktur (15; 15a; 15d), indem
— eine Pulverschicht (Pi) des metallischen Pulvers (17; 17b; 17c; 17d) auf das kera mische Substrat (16) aufgetragen und zur Herstellung einer ersten Metallisierungs schicht (Mi) selektiv aufgeschmolzen wird und
— mindestens eine weitere Pulverschicht (P2, P3) des metallischen Pulvers (17; 17b; 17c; 17d) aufgetragen und zur Herstellung mindestens einer weiteren Metallisie rungsschicht (M2, M3) selektiv aufgeschmolzen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das selektive Aufschmelzen des metallischen Pulvers (17; 17b; 17c; 17d) durch selektives Laserschmelzen oder selekti ves Elektronenstrahlschmelzen erfolgt.
3. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Pulver (17; 17b; 17c; 17d) mindestens eines der Metalle Gold, Aluminium, Kup fer und/oder Silber umfasst.
4. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Pulver (17; 17b; 17c; 17d) eine Benetzungs-Komponente aufweist, wobei die Benetzungs-Komponente mindestens eines der Elemente Titan, Hafnium, Zirkonium, Niob, Cer, Chrom, Vanadium, Yttrium und Scandium umfasst.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Pulver (17;
17b; 17c; 17d) eine die Benetzungs-Komponente umfassende Legierung, insbesondere Kup fer-Legierung, bevorzugt Kupfer-Titan-Legierung, aufweist.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Benetzungs- Komponente in Form einer Ummantelung (36) von Primärpulver-Partikeln (35) bereitge stellt wird.
7. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Pulver (17; 17b; 17c; 17d) eine Partikelgrößenverteilung von d o zwischen 10 pm und 100 pm aufweist.
8. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Pulver (17; 17b; 17c; 17d) ein Material umfasst, das eine Dichteanomalie auf weist, insbesondere Antimon, Bismut, Gallium, Germanium, Lithium, Silizium und/oder Tellur.
9. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung verschiedener der Metallisierungsschichten (Mi, M2, M3) eine unterschiedliche Zusammensetzung des metallischen Pulvers (17d) verwendet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die erste Metallisie rungsschicht (Mi) mit einem im Vergleich zu mindestens einer weiteren Metallisierungs schicht (M2, M3) erhöhten Anteil einer Benetzungs-Komponente, insbesondere mit einem erhöhten Titan- Anteil, hergestellt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der weiteren Metallisierungsschichten (M2, M3) mit einem im Vergleich zur ersten Metallisie rungsschicht erhöhten Anteil von Gold, Aluminium, Kupfer und/oder Silber, insbesondere einem erhöhten Anteil von Kupfer, hergestellt wird.
12. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen der Leiterstruktur (15; 15a; 15 d) auf dem keramischen Substrat (16) unter einer Schutzgasatmosphäre (18), insbesondere unter einer inerten Schutzgasatmosphäre, bevor zugt unter einer Argon- Atmosphäre, erfolgt.
13. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wäh rend des Erzeugens der Leiterstruktur (15; 15a; 15d) das keramische Substrat (16) beheizt wird, insbesondere auf eine Temperatur zwischen 200 °C und 700 °C.
14. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Nachbe handlungsschritt (30) zur Wärmebehandlung des Schaltungsträgers (2; 2a), insbesondere in einem Temperaturbereich zwischen 200 °C und 1080 °C.
15. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bereitstellen des keramischen Substrats (16) die additive Fertigung von zumindest Teilen des keramischen Substrats (16), insbesondere von keramischen Kühlkörpern, umfasst.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die additive Fertigung von zumindest Teilen des keramischen Substrats (16) durch Lithography-based Ceramic Manu facturing erfolgt.
17. Schaltungsträger, insbesondere für die Leistungselektronik, hergestellt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16.
18. Schaltungsträger, insbesondere für die Leistungselektronik, aufweisend, ein keramisches Substrat (16) und eine stoffschlüssig mit dem keramischen Substrat (16) verbundene Leiterstruktur (15;
15a; 15d), wobei die Leiterstruktur (15; 15a; 15d) eine Mehrzahl von auf dem kerami schen Substrat (16) aufgebrachten Metallisierungsschichten (Mi, M2, M3) aufweist.
19. Schaltungsträger nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Metallisierungsschichten (Mi, M2, M3) in einer parallel zur Oberfläche (27) des Substrats (16) verlaufenden Ebene nicht deckungsgleich sind.
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