EP4316217A1 - Carrier substrate for electrical, more particularly electronic components, and method for producing a carrier substrate - Google Patents

Carrier substrate for electrical, more particularly electronic components, and method for producing a carrier substrate

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EP4316217A1
EP4316217A1 EP22715107.3A EP22715107A EP4316217A1 EP 4316217 A1 EP4316217 A1 EP 4316217A1 EP 22715107 A EP22715107 A EP 22715107A EP 4316217 A1 EP4316217 A1 EP 4316217A1
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EP
European Patent Office
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layer
metal layer
edge
carrier substrate
section
Prior art date
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Pending
Application number
EP22715107.3A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Stefan Britting
Andreas Meyer
Xinhe Tang
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Rogers Germany GmbH
Original Assignee
Rogers Germany GmbH
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Publication date
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Definitions

  • Carrier substrate for electrical, in particular electronic, components and method for producing a carrier substrate
  • the present invention relates to a carrier substrate for electrical, in particular electronic, components and a method for producing a carrier substrate.
  • Carrier substrates are well known, for example as printed circuit boards or circuit boards from the prior art, for example from DE 102013 104 739 A1, DE 19 927 046 B4 and DE 10 2009 033 029 A1.
  • connection areas for electrical components and conductor tracks are arranged on one component side of the carrier substrate, it being possible for the electrical components and the conductor tracks to be interconnected to form electrical circuits.
  • Essential components of the carrier substrates are an insulation layer, which is preferably made of a ceramic material, and a metal layer bonded to the insulation layer. Due to their comparatively high insulation strength, insulation layers made of ceramic have proven to be particularly advantageous. By structuring the metal layer, conductor tracks and/or connection areas for the electrical components can then be implemented.
  • a high resistance to temperature changes is also desirable, which contributes to the longevity of the corresponding carrier substrate.
  • improving the breakage behavior of large maps is disclosed in document EP 1 061 783 A2.
  • the present invention sets itself the task of further improving the carrier substrates known from the prior art, in particular with regard to their resistance to temperature changes and/or their effective size of the usable area.
  • a carrier substrate in particular a metal-ceramic substrate, which comprises an insulation layer, preferably a ceramic layer, and a metal layer, the metal layer having a flank profile at least in regions in a primary direction running parallel to the main extension plane on the outermost circumference, in particular etched edge profile, which, viewed in the primary direction, extends from a first edge on a top side of the metal layer, which faces the insulation layer, to a second edge on a bottom side of the metal layer, which faces the insulation layer, and wherein the course of the flanks, seen in the primary direction, has at least a first section with a rectilinear course and at least a second section with a curved course.
  • the profile of the flanks comprises a first section with a rectilinear course and a second section with a curved course. It has been found that such a flank profile not only enables the desired advantages in terms of thermal shock resistance, but is also operationally reliable and easy to produce. In particular, it is possible in a single etching step to realize a flank profile that implements a first section with a rectilinear course and a second section with a curved course.
  • a straight course is understood to mean a course of the respective first section that can be described by a straight line or, taking into account manufacturing tolerances, by a curvature whose radius of curvature is greater than fifty times the thickness of the metal layer or a first thickness of the metal layer.
  • a rectilinear course can be seen in a sectional image that extends perpendicularly to the flap extension plane.
  • the insulating layer preferably has Al2O3, S13N4, AlN, ZTA (zirconia toughened alumina), MgO, BeO, SiC or high-density MgO (>90% of the theoretical density), TSZ (tetragonally stabilized zirconium oxide) or ZTA as the material for the ceramic on.
  • the insulation layer it is also conceivable for the insulation layer to be designed as a composite or flybrid ceramic, in which several insulation layers, each of which differs in terms of their material composition, are arranged one on top of the other and joined to form an insulation layer to combine various desired properties.
  • the insulating layer for example to form an IMB, is made of an organic material, for example a resin.
  • Materials for the metal layer are copper, aluminum, molybdenum and/or their alloys and laminates such as CuW, CuMo, CuAl, AlCu and/or CuCu, in particular a copper sandwich structure with a first copper layer and a second copper layer, with a grain size in the first copper layer differs from the second copper layer.
  • the course of the flanks is preferably produced by an etching step.
  • the profile of the flanks is produced by milling and/or laser ablation.
  • the carrier substrate has at least one further metal layer and/or one further insulating layer in addition to the metal layer and the insulating layer.
  • the carrier substrate is preferably put together in a sandwich construction and the insulating layer is arranged between the metal layer and the further metal layer. Provision is preferably made for the additional metal layer to be free of structuring. i.e. on the side of the ceramic layer opposite the metal layer, the further metal layer is designed to be continuous. In this case, the additional metal layer forms a rear-side metallization that allows, for example, a comparatively thin insulating layer of less than 800 ⁇ m to be used.
  • the second edge seen along a circumferential direction (i.e. along a direction following the general course of the first edge and the second edge around the usable area), delimits the connection surface in the main plane of extension and in the circumferential direction has a meandering, stamp-shaped edge and/or has a sawtooth-shaped course, in particular the meandering, stamp edge-shaped and/or the sawtooth-shaped course extending over the entire second edge of the metal layer.
  • the meandering, postage stamp edge-shaped and/or sawtooth profile of the metal layer extends only over a partial area of the second edge of the metal layer or that several partial areas adjoin one another at a distance from one another as seen in the circumferential direction.
  • the second edge By forming a structured and/or modulated profile of the second edge, its surface enlargement is designed in such a way that mechanical stress can be distributed advantageously, essentially independently of the location where it occurs.
  • the first edge is preferably modulated analogously.
  • the course of the flanks in the circumferential direction can also have irregular returns, ie, for example, small and larger gaps that are mixed or arranged alternately with one another, or that are wavy, right-angled, parallelogram-shaped, or jagged.
  • the connection area does not extend over the entire length of the insulation layer along the primary direction.
  • the insulating layer protrudes in the direction of the main plane of extension in relation to the metal layer, in particular in relation to the second edge.
  • the metal layer is preferably structured and the first and second edges are created as a result of a structuring measure, e.g. B. etching or surface milling of isolation trenches. It is also conceivable that the metal layer has a material weakening in an edge region that extends at the first edge in the direction of a center of the metal layer or in the direction of the useful surface, ie inwards. Viewed in the primary direction, the edge region is therefore opposite to the course of the flank in relation to the first edge.
  • a material weakening is to be understood in particular as meaning a variation or modulation in the metal layer thickness. For example, a dome-shaped recess on the upper side of the metal layer is to be understood as material weakening.
  • a ratio of an extent of the edge region to a total length of the metal layer measured in the same direction is preferably less than 0.25, preferably less than 0.15 and particularly preferably less than 0.1. It is also conceivable that, viewed in the primary direction, a further edge region opposite the edge region is formed on the metal layer (the relationship described then takes into account the extent of the edge region and the further edge region). Provision is preferably made for the dimensioning of the edge area, ie in particular the ratio of the extent of the edge area viewed in the primary direction to the total length of the metal layer measured in the same direction, to depend on the first thickness of the metal layer.
  • the ratio of the extension of the edge region seen in the primary direction to the total length of the metal layer measured in the same direction is less than 0, 35, preferably less than 0.25 and more preferably less than 0.18.
  • the extent or the total length is measured in particular in a direction oriented perpendicularly to the course of the first edge. In particular, the measurement begins of extension with the first edge and is directed towards a central area of the metal layer.
  • the second edge is covered circumferentially, in particular at least partially or completely, with a filling material.
  • the filling material is suitable for suppressing the formation of cracks at the edge, i.e. inhibiting or even completely preventing the crack from expanding.
  • the filler material comprises a plastic material such as polyimide, polyamide, epoxy or polyetheretherketone. It is also conceivable that a ceramic portion is added to the plastic material. Examples of such an additive are silicon nitride, aluminum nitride, aluminum oxide, boron nitride or glass.
  • the filling material is heat resistant, i. H. the filling material does not melt at temperatures that occur when the carrier substrate is in position after the filling material has been applied and/or during soldering.
  • the filling material is suitable for forming a firm and good bond with the insulation layer, preferably the chosen ceramic material, and the metal layer, preferably before the chosen metal, such as copper.
  • the thermal expansion coefficient of the filling material is equal to or greater than the thermal expansion coefficient of the insulation layer and/or that of the metal layer.
  • the coefficient of thermal expansion of the filler material is more than three times the coefficient of thermal expansion of the metal layer.
  • the edge profile preferably has a local maximum and at least one local minimum, ie a local maximum and a local minimum are arranged between the first edge and the second edge.
  • the terms “maximum” and “minimum” mean the height or thickness of the metal layer at this point, based on the surface of the insulating layer facing the metal layer.
  • a bulge is formed or bulging, for example in the form of a promontory or pre-elevation, in the course of the flank. It has been found to be advantageous that a flank profile that has at least one local maximum and one local minimum can significantly improve thermal shock resistance.
  • the primary direction extends outwards, ie from an area provided by the metal layer as a usable area to a metal-free area on the carrier substrate.
  • the improvement in the resistance to temperature changes due to the profile of the flanks with the local maximum and the local minimum also advantageously makes it possible to dispense with weakening the material, for example in the form of dome-shaped cavities, in the edge region, which increases the effective usable area on the upper side of the metal layer can.
  • the course of the flanks is formed as the outside of the metal layer in a cross section running perpendicular to the plane of flap extension and parallel to the primary direction, or a corresponding sectional view.
  • the number of local maxima and local minima is preferably less than 5 in each case. There is particularly preferably exactly one local maximum and one local minimum.
  • a turning point or a reversal point is preferably formed between the first edge and the second edge.
  • the local maximum is preferably arranged between the reversal point or turning point and the second edge and the local minimum between the first edge and the reversing point or turning point.
  • the profile of the flanks can be described, at least in certain areas, using a polynomial of at least the third degree. It is conceivable that the course of the flanks along a circumference of the metal layer, ie along a closed curve within the Flaupter extension plane at the outermost circumference of the metal layer, more than 50%, preferably more than 75% and particularly preferably completely with a local maximum and a local minimum.
  • a local maximum/minimum to be an area in which the edge profile in the vicinity is no larger/no smaller than in the local maximum/minimum.
  • the flank progression in the form of global maxima or minima can certainly assume larger or smaller values than the local maximum or minimum.
  • the slope progression assumes a global maximum at the first edge, while a global minimum is assumed at the second edge.
  • the course of the edges extends continuously, ie essentially steplessly, along the primary direction.
  • the rectilinear course of the at least one first section is inclined by a second angle relative to the main extension plane, which is greater than 20°, preferably between 20° and 50° and particularly preferably between 25° and 40° . It has been found that such steep, straight curves are possible without adversely affecting the resistance to temperature changes or the production of the flank curve. At the same time, the comparatively steep rise creates an arrangement of the individual metal sections on the carrier substrate that is as economical and space-saving as possible.
  • the at least one first section is arranged between the local maximum and the second edge.
  • only a single first section is arranged between the local maximum and the second edge and that preferably only a single first section and only a single second section are formed.
  • the rectilinear course extends from the second edge to the local maximum, in particular the local maximum which is arranged closest to the second edge.
  • the first section does not contain any curved partial area or is free of a curved partial area.
  • the first section comprises a number of rectilinear courses which, for example, are inclined at different angles.
  • a plurality of curved areas are formed in the second section, which differ from one another in terms of their radius of curvature.
  • the metal layer has a first thickness outside the flank profile, in particular in a central area provided as a useful area, and a second thickness in the local maximum, the second thickness being smaller than the first Thickness. This ensures that the local maximum does not protrude from the top of the metal layer.
  • the local maximum extends like a bead in the circumferential direction and forms a precursor in the increase compared to the global maximum of the flank profile, namely the first edge.
  • a ratio of the second thickness to the first thickness is less than 0.55, preferably less than 0.5 and particularly preferably less than 0.45. It has been found that by setting the second thickness accordingly, it is possible to ensure that a rectilinear course is set in the first section, in particular between the local maximum and the second edge.
  • the local maximum is part of a plateau or a dome-shaped bulge. Seen in the circumferential direction (i.e. if one follows a direction of extension of the first edge or the second edge), the local maximum extends over more than 50% of the entire circumference of the metal layer, preferably over more than 75% of the metal layer, and particularly preferably completely along the perimeter of the metal layer. Furthermore, it is provided that the metal layer has the first thickness at the first edge and in particular represents the first thickness of a maximum thickness of the metal layer.
  • the course of the flanks extends over a first length between the first edge and the second edge, with a ratio between the first length and the first thickness having a value between 0.5 and 2.5, preferably between 0.8 and 2.2, and especially preferably between 1.1 and 1.9.
  • a ratio between the first length and the first thickness is less than 0.5.
  • a broad edge progression also makes it possible to set the structuring with a local maximum and local minimum in a more controlled manner. Provision is preferably made for the second thickness to be measured at a point which, viewed in the primary direction, is 2/5 times the first length away from the second edge, in particular if the local maximum is not clearly evident from the course of the flanks.
  • the course of the flanks extends from the second edge on the underside to the local maximum over a second length, with a ratio between the second length and the first length having a value between 0.2 and 0.7, preferably between 0.25 and 0.6 and more preferably between 0.3 and 0.5.
  • the local maximum ie the local elevation in the course of the flank, seen from the second edge is in the first half or, preferably, in an area between the first half and the first third of the flank course is arranged.
  • the local maximum is therefore in particular at the outermost edge of the metal layer and thus supports the thermal shock resistance of the entire carrier substrate.
  • an imaginary straight first connecting line which runs through the first edge and the second edge, is inclined at a first angle relative to a connecting surface via which the metal layer is connected to the insulating layer, and wherein a first rectilinear second connecting line, which runs through the second edge and the local maximum, is inclined by a second angle relative to the connection surface, with a ratio of the second angle to the first angle being less than 0.8, preferred less than 0.7 and more preferably less than 0.6.
  • This preferably applies to carrier substrates with a comparatively large first thickness, for example first thicknesses between 0.4 and 2.5 mm.
  • the second angle is larger than the first angle.
  • the ratio of the second angle to the first angle assumes a value between 0.5 and 2, preferably between 0.6 and 1.6 or particularly preferably between about 0.7 and 1.2. It is also conceivable that instead of the local maximum, a point on the outside of the edge course is taken that is 2/5 times the first length away from the second edge, seen in the primary direction.
  • the second angle is smaller than the first angle or the first angle is larger than the second angle.
  • Such a ratio between the first angle and the second angle has been found to be particularly advantageous for carrier substrates with a comparatively large first thickness.
  • the first thickness is preferably greater than 300 ⁇ m, preferably greater than 400 ⁇ m and particularly preferably greater than 500 ⁇ m or even greater than 1 mm.
  • the first thickness assumes a value between 300 ⁇ m and 5 mm, preferably between 400 ⁇ m and 3 mm and particularly preferably between 500 ⁇ m and 1 mm.
  • the first thickness is particularly preferably greater than 1.3 mm and particularly preferably greater than 1.8 mm.
  • the ratio between the first angle and the second angle preferably changes along a circumferential direction running parallel to the main plane of extension; in particular, the ratio is modulated, for example periodically dish It is conceivable that the relationship between the first angle and the second angle reverses at least in sections, ie there are sections in which the first angle is larger than the second angle and sections in which the second angle is larger as the first angle.
  • a ratio between the second thickness and the first length has a value between 0.08 and 0.4, preferably between 0.09 and 0.35, and particularly preferably between 0.1 and 0 .3 or even 0.2, especially when the second angle is smaller than the first angle. Especially for values between 0.1 and 0.3, there was a significant improvement in thermal shock resistance, which significantly extends the service life of the carrier substrate.
  • a further embodiment of the present invention provides that the metal layer has a third thickness in the local minimum, with a ratio of the third thickness to the second thickness having a value between 0.1 and 1, preferably between 0.3 and 0.95 and most preferably between 0.5 and 0.9. It has proven to be particularly advantageous if the local minimum has a significantly smaller thickness than the local maximum, after which, for example, the potting material or filling material can penetrate into these depressions in the area of the local minimum and thus, for example, result in an additional form fit seen in the primary direction.
  • the ratio of the third thickness to the second thickness can change as seen in the circumferential direction. In particular, the ratio between the third thickness and the second thickness could be periodically modulated in the circumferential direction.
  • the metal layer has a first thickness of between 0.2 and 1 mm, preferably between 0.25 and 0.8 mm, and particularly preferably between 0.3 and 0.6 mm or between 0 4 and 2.5 mm, preferably between 0.5 and 2 mm, and particularly preferably between 0.6 and 1.5 mm's.
  • the edge profile with the local maximum and the local minimum has an advantageous effect on the thermal shock resistance, both for the carrier substrates with a conventional first thickness and for a first thickness that is comparatively large.
  • the first thickness is greater than 1 mm, preferably greater than 1.5 mm, and most preferably greater than 2 mm.
  • the insulating layer ie in particular the ceramic layer, has a thickness that is less than 1.1 mm, preferably less than 0.8 mm, and is particularly preferred less than 0.6 mm. This also allows the temperature conductivity of the carrier substrate to be optimized.
  • the course of the flanks extends over a first length which is less than 1000 ⁇ m and is preferably between 150 ⁇ m and 800 ⁇ m and particularly preferably between 300 ⁇ m and 600 ⁇ m.
  • a comparatively narrow flank progression can be provided, which allows the metal sections to be arranged on the carrier substrate in a space-saving manner.
  • a further aspect of the present invention relates to a large card, which comprises a plurality of carrier substrates separated from one another by at least one predetermined breaking line, the predetermined breaking line extending adjacent and along the edge profile with the local maximum and the local minimum, in particular along its second edge.
  • the individual carrier substrates are separated by breaking along the predetermined breaking line during the manufacturing process.
  • the predetermined breaking line runs along the course of the flanks of the further metal layer, ie that which lies opposite the metal layer in relation to the insulating layer in a stacking direction running perpendicularly to the main plane of extent. It has been found that the profile of the flanks according to the invention advantageously has a positive effect on the breakage behavior of the large card when the individual carrier substrates are separated.
  • the probability of damage when separating the carrier substrates is reduced and the exclusion of unusable carrier substrates is thus reduced. It is particularly provided hen that the amount of metal per unit volume (specific fish amount of metal) compared to the central region of the metal layer with the flank course Usable area reduced to 20 to 70%, preferably to 20 to 65% and particularly preferably to 25 to 50%.
  • the edge profile in particular the second edge, for example of the further metal layer or the rear-side metallization, has a distance from the predetermined breaking line, measured in the primary direction, which is less than 1 mm, preferably a distance between 0.05 and 1 mm.
  • a ratio of a distance, measured in the primary direction, between the second edge and the predetermined breaking line and the first length preferably has a value between 0.3 and 2.5, preferably between 0.4 and 2.0 and particularly preferably between 0.5 and 1 .5 on. This applies in particular to comparatively thick first thicknesses, e.g. H. first thicknesses between 0.4 and 2.5 mm.
  • the carrier substrate is preferably embedded in an encapsulation, in particular together with a first electrical component.
  • the carrier substrate can be particularly effectively embedded with the encapsulation and forms an effective positive connection or anchoring. This is particularly true for the etched edge runs where the second angle is greater than the first angle.
  • the encapsulation is preferably solid, so that no cavities are formed between the encapsulation and the carrier substrate.
  • a second electrical component is provided on the outside of the encapsulation, the first electrical component preferably being connected to the first electrical component via a through-contact running through the encapsulation.
  • a via in the manufactured state has a contact produces a connection to an upper side of the first electrical component, ie a side which is opposite the carrier substrate in the stacking direction in the mounted state.
  • a further metallization in particular structured metallization, is provided on the outside of the encapsulation, which allows easy connection of the second electrical or electronic component.
  • a bonding layer is formed between the metal layer and the insulating layer in the manufactured carrier substrate, and wherein an adhesion promoter layer of the bonding layer has a sheet resistance that is greater than 5 ohms/sq, preferably greater than 10 ohms/sq and particularly preferably greater than 20 ohms/sq.
  • the surface resistance of an adhesion promoter layer of the bonding layer is greater than 5 ohms/sq, preferably greater than 10 ohms/sq and particularly preferably greater than 20 ohms/sq.
  • the surface resistance determined is directly related to a proportion of the active metal in the adhesion promoter layer, which is decisive for the connection of the at least one metal layer to the insulating layer.
  • the surface resistance increases with a decreasing proportion of active metal in the binding layer.
  • a correspondingly high surface resistance thus corresponds to a low proportion of active metal in the adhesion promoter layer.
  • a thickness of the bonding layer measured in the stacking direction assumes a value of less than 0.20 mm preferably less than 10 pm and more preferably less than 6 pm. If several areas are mentioned, this means in particular that the at least one metal layer is divided into areas of the same size as possible and in each of these areas dividing the at least one metal layer at least one value, preferably several measured values, are recorded for the thickness. The thicknesses determined in this way at different points are arithmetically averaged.
  • the bonding layer is an adhesion-promoting layer comprising an active metal, and with the proportion of active metal in the adhesion-promoting layer comprising an active metal preferably being greater than 15% by weight, preferably greater than 20% by weight and particularly preferably greater than 25% by weight.
  • the bonding layer and/or the further bonding layer to be an adhesion promoter layer comprising an active metal.
  • the bonding layer is formed only from the adhesion promoter layer, which comprises the active metal.
  • the adhesion promoter Layer in the bonding layer a compound with a component of Kerami kelements, such as nitrogen, oxygen or carbon, and the other components of the ceramic.
  • the adhesion promoter layer comprises, for example, titanium nitride, titanium oxide and/or titanium carbide.
  • the bonding layer comprises exclusively the adhesion promoter layer comprising the active metal, ie the bonding layer has no silver or other base solder components.
  • a thickness of the bonding layer measured in the stacking direction, averaged over a number of measurement points within an area that runs parallel to the main plane of extension, or the number of areas assumes a value that is less than 0.003 mm (3000 nm), preferably less than 0.001 mm (1500 nm) and more preferably less than 0.0005 mm (500 nm) or even less than 0.00035 mm (350 nm).
  • an even thinner bonding layer can be formed in a corresponding manner.
  • the adhesion promoter layer comprising an active metal has an essentially constant thickness, in particular in contrast to the solder base layer, which is modulated because of an undulation in the insulation layer.
  • the measured values of the thickness determined within the area or areas have a distribution to which a standard deviation of less than 0.2 ⁇ m, preferably less than 0.1 ⁇ m and particularly preferably less than 0.05 ⁇ m can be assigned .
  • the physical and/or chemical vapor phase deposition of an active metal layer and the resulting bonding layer make it possible to achieve a homogeneous and evenly distributed thickness of the bonding layer, which in particular only consists of the adhesion promoter layer.
  • the adhesion promoter layer can also have a constant thickness if it is formed in addition to the solder base material.
  • Another aspect of the present invention is supporting substrate, in particular
  • Metal-ceramic substrate comprising an insulating layer and a metal layer, wherein the metal layer in a primary direction running parallel to the main extension plane (HSE) ends at least in regions with a flank profile, in particular an etched flank profile, with the profile of the flanks, viewed in the primary direction, extending from a first edge on a top side of the metal layer, which faces away from the insulation layer, to to a second edge on an underside of the metal layer, which faces the insulating layer, characterized in that the flank profile, seen in the primary direction, has at least a first section with a convex curve and at least a second section with a concave curve. All the advantages and features described in connection with the carrier substrate, which has a straight first section, can be transferred analogously to the carrier substrate, which has a convexly curved second section.
  • HSE main extension plane
  • flank profile not only enables the desired advantages in terms of thermal shock resistance, but is also operationally reliable and easy to produce.
  • the course of the flank consists of the first section, the second section and the third section.
  • linear third section is arranged directly adjacent to the second edge and/or between the first section and the second section.
  • a fourth length of the rectilinear third section is preferably smaller, preferably more than three times smaller, particularly preferably more than 5 times smaller or even more than 7.5 times smaller than the first radius of curvature and/or the second radius of curvature. In particular, it has been found that the adjusted ratio of the radii of curvature makes it possible to optimize the thermal shock resistance.
  • the ratio of the first radius of curvature to the first radius of curvature assumes a value between 0.8 and 33, preferably between 2 and 33 and particularly preferably between 10 and 33. Furthermore, it is provided that the first radius of curvature and/or the second radius of curvature are smaller than the first thickness.
  • the first edge projects beyond the beginning of the flank profile, preferably the second section, at the first edge in the primary direction.
  • the course of the edges is initially directed in the direction of the center of the metal layer and then curves in the direction of the second edge on the upper side of the ceramic element.
  • a further aspect of the invention relates to a method for producing a carrier substrate according to one of the preceding claims, wherein the profile of the flanks is preferably produced by an etching step, in particular a single etching step. All the features described for the carrier substrate and their advantages can be transferred analogously to the process and vice versa.
  • the metal layer is preferably bonded to the insulating layer by means of an AMB process and/or a DCB process.
  • DCB method Direct Copper Bond Technology
  • DAB method Direct Aluminum Bond Technology
  • metal layers or sheets e.g . B. copper sheets or foils or aluminum sheets or foils
  • ceramics or ceramic layers namely using metal or copper sheets or metal or copper foils which have a layer or coating ( Reflow layer)
  • Reflow layer metal or copper sheets or metal or copper foils which have a layer or coating ( Reflow layer)
  • this layer or this coating forms a eutectic with a melting temperature below the melting temperature of the metal (e.g. copper), so that by placing the foil on the ceramic and by heating all the layers, these can be connected to one another, specifically by melting the metal or copper essentially only in the area of the melting layer or oxide layer.
  • an active solder process z. B. for connecting metal layers or metal foils, in particular copper layers or copper foils with ceramic material a method is to be understood, which is also used specifically for the production of metal-ceramic substrates, at a temperature between approx. 650-1000° C a connection between a metal foil, such as copper foil, and a ceramic substrate, such as aluminum nitride ceramic, produced un ter using a hard solder, which in addition to a Schokom component such as copper, silver and / or gold also contains an active metal.
  • This active metal which for example contains at least one element from the group Hf, Ti, Zr,
  • connection between the solder and the ceramic by chemical reaction, while the connection between the solder and the metal is a metallic brazing connection.
  • connection between the solder and the metal is a metallic brazing connection.
  • a thick layer process is also conceivable for connection.
  • a method for producing a carrier substrate, in particular a metal-ceramic substrate according to the invention comprising:
  • At least one metal layer and one insulating layer in particular a special ceramic element, a glass element, a glass ceramic element and/or a high-temperature-resistant plastic element, the at least one metal layer and the insulation layer extending along a main extension plane,
  • surface resistances that are greater than 5 ohms/sq, preferably greater than 10 ohms/sq and particularly preferably greater than 20 ohms/sq can be realized with the specified method.
  • the method described makes it possible to realize such thin and homogeneously thick bonding layers that realize a technically sensible connection between the ceramic element and the metal layer and exhibit the said surface resistances.
  • an active metal examples include titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), chromium (Cr), niobium (Nb), cerium (Ce), tantalum (Ta), magnesium (Mg), lanthanum (La) and vanadium (V). It should be noted that the metals La, Ce, Ca and Mg can easily oxidize.
  • the elements Cr, Mo and W are not classic active metals, but are suitable as a contact layer between S13N4 and the at least one metal layer or the solder system or solder material, since they can be combined with the at least one metal layer, for example copper. do not form any intermetallic phases and have no marginal solubility. Provision is preferably made for the proportion of active metal in the active metal layer to be greater than 15% by weight, preferably greater than 20% by weight and particularly preferably greater than 25% by weight.
  • the proportion of non-metallic impurities in the arranged active metal layer is less than 0.1% by weight, preferably less than 0.05% by weight and particularly preferably less than 0.01% by weight.
  • an active metal layer is used whose thickness is between 10 nm and 1000 nm, preferably between 50 nm and 750 nm, particularly preferably between 100 and 500 nm. Furthermore, it is preferably provided that the active metal by means of a physical and/or chemical vapor deposition on the insulation layer and/or the solder base material, which is preferably also designed as a foil, is applied. For example, it is also conceivable that the active metal is rolled down to the desired thickness together with the soldering material in order to form a comparatively thin bonding layer between the at least one metal layer and the insulating layer.
  • a solder foil is preferably used which is smaller than 20 ⁇ m, preferably smaller than 12 ⁇ m and particularly preferably smaller than 8 ⁇ m.
  • the thickness of the solder layer has a value between 2 and 20 pm or between consider 2 and 5 gm between preferably between 8 and 15 gm and more preferably between 5 and 10 gm.
  • the solder base material is provided as a film, as a paste, as a layer created by physical and/or chemical deposition, and/or as a layer formed by electroplating.
  • connection via the active metal layer takes place as part of hot isotropic pressing. It is preferably provided that, during hot isostatic pressing of the metal containers in a heating and pressure device, a gas pressure of between 100 and 2000 bar, preferably between 150 and 1200 bar and particularly preferably between 300 and 1000 bar and a process temperature of 300° C. up to at least one metal layer is exposed to a melting temperature, in particular down to a temperature below the melting temperature. It has advantageously been found that it is possible in this way to bond a metal layer, i.e.
  • a first and/or second metal layer of the metal container to the ceramic element without the temperatures required for a direct metal bonding process, for example a DCB or a DAB -Process, and/or without a solder base material used in active soldering.
  • a corresponding gas pressure allows the possibility of cavities free as possible, d. H. to produce a metal-ceramic substrate without gas inclusions between the metal layer and the ceramic element.
  • process parameters are used that are mentioned in DE 2013 113734 A1 and to which explicit reference is hereby made.
  • the at least one metal layer and/or the at least one further metal layer is bonded to the insulation layer by means of an active soldering process and/or hot isostatic pressing and/or a DCB process.
  • a method for producing a metal-ceramic substrate comprising:
  • soldering layer in particular in the form of at least one soldering foil or brazing foil, - coating the insulation layer and/or the at least one metal layer and/or the at least one soldering layer with at least one active metal layer,
  • soldering layer between the insulation layer and the at least one metal layer along a stacking direction to form a soldering system which comprises the at least one soldering layer and the at least one active metal layer, wherein a soldering material of the at least one soldering layer is preferably free of a material that lowers the melting point or of is a phosphorus-free material, and
  • a multilayer soldering system consisting of at least one soldering layer, preferably free of elements that lower the melting point, particularly preferably a phosphorus-free soldering layer, and at least one active metal layer is provided.
  • the separation of the at least one active metal layer and the at least one soldering layer proves to be advantageous in particular because comparatively thin soldering layers can be realized as a result, especially when the soldering layer is a foil.
  • soldering materials containing active metal comparatively large solder layer thicknesses must be realized because of the brittle intermetallic phases or the high modulus of elasticity and high yield point of the common active metals and their intermetallic phases, which hinder the forming of the solder paste or solder layer, which means the minimum layer thickness is limited by the manufacturing properties of the solder material containing active metal.
  • solder layers containing active metal it is not the minimum thickness required for the joining process that determines the minimum solder layer thickness of the solder layer, but rather the minimum layer thickness of the solder layer that is technically feasible determines the minimum solder layer thickness of the solder layer. As a result, this thicker solder layer containing active metal is more expensive than thin layers.
  • the proportion of phosphorus in the soldering layer is less than 150 ppm, less than 100 ppm and particularly preferably less than 50 ppm.
  • the expression essentially means deviations from the exact value in each case by +/-15%, preferably by +/-10% and particularly preferably by +/-5% and/or deviations in the form of insignificant for the function changes.
  • FIG. 2 schematic representation of a carrier substrate according to a second preferred embodiment of the present inventions
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a carrier substrate according to a third preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a carrier substrate 1 according to a first preferred embodiment of the present invention.
  • Such carrier substrates 1 preferably serve as carriers for electronic or electrical components that can be connected to the carrier substrate 1 .
  • Essential components of such a carrier substrate 1 are an insulation layer 11 extending along a Flaupter extension plane FISE and a metal layer 12 bonded to the insulation layer 11.
  • the insulation layer 11 consists of at least one ceramic comprehensive material produced.
  • the metal layer 12 and the insulation layer 11 are arranged one above the other along a stacking direction S running perpendicularly to the main extension plane HSE and are connected to one another in a materially bonded manner via a connection surface 25 .
  • the metal layer 12 is structured to form conductor tracks or connection points for the electrical components. For example, this structure is etched into the metal layer 12 .
  • a permanent bond in particular a materially bonded connection, must be formed between the metal layer 12 and the insulating layer 11 .
  • a system for producing the carrier substrate in particular in an SFB (super flat bonding) bonding method, includes, for example, an oven in which a pre-composite made of metal and ceramic is heated and so the binding is achieved.
  • the metal layer 12 is a metal layer 12 made of copper, the metal layer 12 and the insulating layer 11 being connected to one another in a materially bonded manner by means of a DCB (direct copper bonding) connection method.
  • the metal layer 12 can be connected to the ceramic layer 11 via an active soldering process.
  • the metal layer 12 has a top side 31 facing away from the ceramic layer 11 and a bottom side 32 facing the ceramic layer 11 .
  • the upper side 31 of the metal layer 12 comprises a useful surface 17 on which electrical or electronic components in particular can be mounted.
  • the upper side 31 is delimited by a first edge 15 in a direction running parallel to the main extension plane HSE, while the lower side 32 of the metal layer 12 is bonded to the ceramic layer 11 via the connection surface 25 .
  • the connection surface 25 is delimited outwards by a second edge 16 in a direction running parallel to the main extension plane HSE.
  • the first edge 15 and the second edge 16 do not lie congruently one on top of the other, seen in a stacking direction S running perpendicular to the main plane of extension HSE, but are along a primary direction P offset to each other.
  • the primary direction P runs in particular from a central area of the metal layer 12, in which the usable area 17 is provided, for example, outwards to an area of the carrier substrate 1 that is metal-free, ie an area in which the ceramic layer essentially covers the outside of the carrier substrate 1 forms.
  • the first edge 15 is connected to the second edge 16 by a flank profile 2 extending along the primary direction P.
  • the flank course 2 is produced by an etching process, in particular by a single etching step.
  • the course of the flanks 2 forms the outside of the metal layer 12 in the region between the first edge 15 and the second edge 16, in particular in a cross section running perpendicular to the flap extension plane FISE.
  • the flank profile 2 In order to improve the thermal shock resistance, provision is made for the flank profile 2 to have at least one local maximum 21 and at least one local minimum 22 between the first edge 15 and the second edge 16 . Viewed in the primary direction P, the local minimum 22 is preferably between the first edge 15 and the local maximum 21.
  • the flank profile 2 has at least one first section A1 with a straight profile and at least one second section A2 with a curved profile.
  • first section A1 with a straight profile
  • second section A2 with a curved profile.
  • the first section A1 is directly adjacent to the second section A2.
  • the first section A1 preferably extends in a straight line between the second edge 16 and the local maximum 21.
  • the metal layer 12 has a first thickness D1 in the central area, ie in particular in the area of the effective surface 17, and a second thickness D2 in the local maximum 21, the first thickness D1 being greater than the second thickness D2 .
  • a ratio of the second di- Attach D2 to the first thickness D1 a value that is less than 0.55, preferably less than 0.45 and particularly preferably less than 0.35.
  • the course of the flanks 2 has an additional bulge or elevation, for example in the form of a hill or bulge-like elevation.
  • flank course 2 to extend over a first length L1 measured in the primary direction P, with a ratio between the first length L1 and the first thickness D1 being between 0.5 and 2.5, preferably between 0.8 and 2.2 and particularly preferably between 1.1 and 1.9.
  • FIG. 1 also shows an imaginary straight first connecting line V1 and an imaginary straight second connecting line V2.
  • the second connecting line V2 runs along the straight course of the first section A1.
  • the first connecting line V1 runs through the first edge 15 and the second edge 16 and is inclined by a first angle W1 with respect to the connection surface 25
  • the second connecting line V2 runs through the second edge 16 and the local maximum 21 .
  • the second connecting line V2 is inclined by a second angle W2 relative to the connecting surface 25 .
  • the second angle W2 is larger than the first angle W1.
  • the ratio of the second angle W2 to the first angle W1 assumes a value between 0.5 and 2, preferably between 0.6 and 1.6 or particularly preferably about 0.7 and 1.2.
  • the second angle W2 assumes a value that is greater than 20° or preferably between 20° and 50° and particularly preferably between 25° and 40°.
  • flank profile 2 to extend over a second length L2 from the second edge 16 on the underside 32 to the local maximum 21, with a ratio between the second length L2 and the first length L1 assumes a value between 0.2 and 0.7, preferably between 0.25 and 0.6, and more preferably between 0.3 and 0.5. It is preferably provided that a ratio between the second thickness D2 and the first length L1 has a value between 0.05 and 0.5, preferably between 0.08 and 0.4 and particularly preferably between 0.1 and 0.3 or even assumes 0.23.
  • first section A1 extends over the second length L2, measured in the primary direction P, and the second section A2 over a fourth length L4, with a ratio of the fourth length L4 to the second length L2 having a value between 0.25 and 0.75, preferably between 0.4 and 0.6 and most preferably between 0.45 and 0.55.
  • the first thickness D1 is also between 0.2 and 1 mm thick, preferably between 0.25 and 0.8 mm, and particularly preferably between 0.3 and 0.6 mm.
  • FIG. 2 shows a carrier substrate 1 according to a second preferred embodiment of the present invention.
  • the embodiment essentially corresponds to that from FIG. 1 and differs only in that the first thickness D1 has a value between 0.4 and 2.5 mm, preferably between 0.5 and 2 mm, and particularly preferably between 0 6 and 1.5 mm. In other words: compared to the embodiment from FIG. 1, this is a comparatively thick metal layer 12 in the central area.
  • a ratio of the second thickness D2 to the first thickness D1 preferably assumes a value between 0.01 and 0.5, preferably between 0.05 and 0.4, and particularly preferably between 0.07 and 0.3. It is preferably provided that a ratio of the second angle W2 to the first angle W1 is less than 0.8, preferably less than 0.7, and particularly preferably less than 0.6.
  • a carrier substrate 1 according to a fourth preferred embodiment of the present invention is shown schematically in FIG.
  • the metal layer 12 has in the respective local maxima 21 and local minima 22 each have the same thickness. However, it is also conceivable for the metal layer 12 to have different thicknesses in the different local maxima 21 and/or local minima 22 .
  • the embodiment from FIG. 3 has a plurality of second sections A2 between the local maximum 21 and the first edge 15 .
  • FIG. 4 shows a carrier substrate 1 according to a third preferred embodiment of the present invention.
  • the embodiment in FIG. 4 is characterized in that instead of a straight course in the first section A1, a convexly curved first section A1 is embossed.
  • the flank profile comprises at least one first section A1 with a convexly curved profile and at least one second section A2 with a concavely curved profile.
  • the first section A1 is preferably arranged directly adjacent to the second edge 16 and in particular the second section A2 is arranged directly adjacent to the first edge 15 .
  • a third section running in a straight line can be formed between the first section A1 and the second section A2.
  • the course of the edges consists of the first section A1, the second section A2 and the third section A3.
  • the convex profile in the first section A1 has a first radius of curvature R1 and/or the concave profile in the second section A2 has a second radius of curvature R2.
  • the first radius of curvature R1 is greater than 200 ⁇ m, preferably greater than 400 ⁇ m and particularly preferably greater than 1000 ⁇ m and/or even greater than 5000 ⁇ m.
  • the second radius of curvature R2 assumes a value between 100 ⁇ m and 1000 ⁇ m, preferably a value between 150 and 700 ⁇ m and particularly preferably a value between 180 and 500 ⁇ m. It is particularly preferably provided that a ratio of the first radius of curvature R1 to the second radius of curvature R2 assumes a value that is greater than 0.8, preferably greater than 2 and particularly preferably greater than 0.6 or 10.
  • the first radius of curvature R1 is larger than the second radius of curvature R2, in particular at least one and a half times larger.
  • the ratio of the first radius of curvature to the first radius of curvature has a value between 0.8 and 33, preferably between 2 and 33 and particularly preferably between 10 and 33 on.
  • the corresponding ratio of the first and/or second radius of curvature is formed when the first thickness D1 of the metal layer 12 is greater than 300 ⁇ m, preferably greater than 400 ⁇ m and particularly preferably greater than 500 ⁇ m.
  • the first thickness D1 is less than 300 ⁇ m.
  • the third section A3, which shows a rectilinear course is arranged between the first section A1 with the convexly curved course and the second section A2 with the concave course.
  • the rectilinear course preferably extends over a fourth length L4, which assumes a value that is less than 250 ⁇ m, preferably less than 150 ⁇ m and particularly preferably less than 100 ⁇ m.
  • the insulation layer 11 or ceramic element has a thickness D that is smaller than the first thickness D1 of the metal layer 12.
  • the first edge 15, seen in the primary direction P protrudes at least in relation to the adjoining partial area of the second section A2. This creates a kind of overhang over the concave second section and the course of the edges in the second section A2 hollows or dents the metal layer 12 a little. Furthermore, it is preferably provided that the course of the flanks extends from the first edge 15 to the second edge 16 along a primary direction P running parallel to the main extension plane HSE over a distance that is greater than 0.5 mm. It is preferably provided that a ratio of the first length L1 to the first thickness D1 is greater than 0.5, preferably greater than 0.65 and particularly preferably greater than 0.8.
  • the ratio of the first length L1 to the first thickness D1 is less than 2.5, preferably less than 2.2 and particularly preferably less than 1.8.
  • the course of the flanks along the primary direction P is preferably shorter than 2.5 mm, preferably shorter than 2.2 mm and particularly preferably shorter than 1.8 mm.

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Abstract

The invention relates to a carrier substrate (1), in particular a metal ceramic substrate, comprising an insulation layer (11) and a metal layer (12), wherein, in a primary direction (P) running parallel to the main extension plane (HSE), the metal layer (12) terminates, at least in some regions, in a flank profile (2), particularly an etched flank profile, wherein, when seen in the primary direction (P), the flank profile (2) extends from a first edge (15) on a top side (31) of the metal layer (12) facing away from the insulation layer (11) to a second edge (16) on a bottom side (32) of the metal layer (12) facing the insulation layer (11), characterised in that, when seen in the primary direction (P), the flank profile (2) has at least one first section (A1) having a straight extension and at least one second section (A2) with a curved extension.

Description

Trägersubstrat für elektrische, insbesondere elektronische Bauteile und Verfahren zum Herstellen eines Trägersubstrats Carrier substrate for electrical, in particular electronic, components and method for producing a carrier substrate
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Trägersubstrat für elektrische, insbesondere elektronische, Bauteile und ein Verfahren zum Herstellen eines Trägersubstrats. The present invention relates to a carrier substrate for electrical, in particular electronic, components and a method for producing a carrier substrate.
Trägersubstrate sind beispielsweise als Leiterplatten oder Platinen aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt, beispielsweise aus der DE 102013 104 739 A1 , DE 19 927 046 B4 und DE 10 2009 033 029 A1 . Typischerweise werden auf einer Bauteilseite des Trägersubstrats Anschlussflächen für elektrische Bauteile und Leiterbahnen angeordnet, wobei die elektrischen Bauteile und die Leiterbahnen zu elektrischen Schaltkreisen zusammenschaltbar sind. Wesentliche Bestandteile der Trägersubstrate sind eine Isolationsschicht, die bevorzugt aus einer Keramik ge fertigt ist, und eine an die Isolationsschicht angebundene Metallschicht. Wegen ih ren vergleichsweise hohen Isolationsfestigkeiten haben sich aus Keramik gefer tigte Isolationsschichten als besonders vorteilhaft erwiesen. Durch eine Strukturie rung der Metallschicht können sodann Leiterbahnen und/oder Anschlussflächen für die elektrischen Bauteile realisiert werden. Carrier substrates are well known, for example as printed circuit boards or circuit boards from the prior art, for example from DE 102013 104 739 A1, DE 19 927 046 B4 and DE 10 2009 033 029 A1. Typically, connection areas for electrical components and conductor tracks are arranged on one component side of the carrier substrate, it being possible for the electrical components and the conductor tracks to be interconnected to form electrical circuits. Essential components of the carrier substrates are an insulation layer, which is preferably made of a ceramic material, and a metal layer bonded to the insulation layer. Due to their comparatively high insulation strength, insulation layers made of ceramic have proven to be particularly advantageous. By structuring the metal layer, conductor tracks and/or connection areas for the electrical components can then be implemented.
Grundsätzlich ist neben einem niedrigen Wärmewiderstand auch eine hohe Tem peraturwechselbeständigkeit wünschenswert, die zur Langlebigkeit des entspre chenden Trägersubstrats beiträgt. Dabei hat es sich beispielswiese als vorteilhaft erwiesen, Aussparungen in den Randbereich der Metallschicht einzulassen, um mechanische Spannungen abzubauen und das Bruchverhalten von Großkarten zu verbessern. Insbesondere die Verbesserung des Bruchverhaltens von Großkarten wird in der Druckschrift EP 1 061 783 A2 offenbart. Dies führt allerdings in der Re gel zu einer Reduktion einer effektiven Nutzfläche für die Anbindung von elektri schen oder elektronischen Bauteilen. Basically, in addition to a low thermal resistance, a high resistance to temperature changes is also desirable, which contributes to the longevity of the corresponding carrier substrate. In this context, it has proven advantageous, for example, to leave gaps in the edge area of the metal layer in order to reduce mechanical stresses and improve the breakage behavior of large cards. In particular, improving the breakage behavior of large maps is disclosed in document EP 1 061 783 A2. However, this generally leads to a reduction in the effective usable area for the connection of electrical or electronic components.
Zur Verbesserung der Temperaturwechselbeständigkeit ist es aus der DE 102018 123681 A1 bekannt, ein Flankenverlauf mit einem lokalen Maximum und einem lokalen Minimum vorzusehen. Der Flankenverlauf aus der EP 3474643 A1 sieht mindestens zwei konkave Teilabschnitte im Flankenverlauf vor. In order to improve the thermal shock resistance, it is known from DE 102018 123681 A1 to provide a flank profile with a local maximum and a local minimum. The profile of the flanks from EP 3474643 A1 provides at least two concave sections in the profile of the flanks.
Ausgehend von diesem Flintergrund macht es sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, die aus dem Stand der Technik bekannten Trägersubstrate weiter zu verbessern, insbesondere hinsichtlich ihrer Temperaturwechselbeständigkeit und/oder ihrer effektiven Größe der Nutzfläche. Proceeding from this flinter ground, the present invention sets itself the task of further improving the carrier substrates known from the prior art, in particular with regard to their resistance to temperature changes and/or their effective size of the usable area.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Trägersubstrat gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 9. Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung erge ben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figuren. This object is achieved by a carrier substrate according to claim 1 and a method according to claim 9. Further advantages and features of the invention result from the subclaims and the description and the attached figures.
Erfindungsgemäß ist ein Trägersubstrat, insbesondere ein Metall-Keramik-Sub- strat, vorgesehen, das eine Isolationsschicht, vorzugsweise eine Keramikschicht, und eine Metallschicht umfasst, wobei die Metallschicht in einer parallel zur Haupt erstreckungsebene verlaufenden Primärrichtung am äußersten Umfang zumindest bereichsweise mit einem Flankenverlauf, insbesondere Ätzflankenverlauf, ab schließt, wobei sich in Primärrichtung gesehen der Flankenverlauf von einer ers ten Kante an einer Oberseite der Metallschicht, die der Isolationsschicht abge wandt ist, bis zu einer zweiten Kante an einer Unterseite der Metallschicht, die der Isolationsschicht zugewandt ist, erstreckt und wobei der Flankenverlauf in Primär richtung gesehen mindestens einen ersten Abschnitt mit einem geradlinigen Ver lauf und mindestens einen zweiten Abschnitt mit einem gekrümmten Verlauf auf weist. Gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Trägersubstraten ist es er findungsgemäß vorgesehen, dass der Flankenverlauf einen ersten Abschnitt mit einem geradlinigen Verlauf und einen zweiten Abschnitt mit einem gekrümmten Verlauf umfasst. Es hat sich herausgestellt, dass ein solcher Flankenverlauf nicht nur die gewünschten Vorteile für die Temperaturwechselbeständigkeit ermöglicht, sondern zudem auch betriebssicher und einfach herstellbar ist. Insbesondere ist es möglich, in einem einzigen Ätzschritt einen Flankenverlauf zu realisieren, der einen ersten Abschnitt mit einem geradlinigen Verlauf und einen zweiten Abschnitt mit einem gekrümmten Verlauf realisiert. Als geradliniger Verlauf wird dabei ein solcher Verlauf des jeweiligen ersten Abschnitts verstanden, der sich durch einen Verlauf einer Geraden beschreiben lässt oder unter Berücksichtigung von Ferti gungstoleranzen durch eine Krümmung, deren Krümmungsradius größer ist als das fünfzigfache der Dicke der Metallschicht bzw. einer ersten Dicke der Metall schicht. Beispielsweise lässt sich ein derartiger geradliniger Verlauf in einem Schnittbild erkennen, das sich senkrecht zur Flaupterstreckungsebene erstreckt. According to the invention, a carrier substrate, in particular a metal-ceramic substrate, is provided, which comprises an insulation layer, preferably a ceramic layer, and a metal layer, the metal layer having a flank profile at least in regions in a primary direction running parallel to the main extension plane on the outermost circumference, in particular etched edge profile, which, viewed in the primary direction, extends from a first edge on a top side of the metal layer, which faces the insulation layer, to a second edge on a bottom side of the metal layer, which faces the insulation layer, and wherein the course of the flanks, seen in the primary direction, has at least a first section with a rectilinear course and at least a second section with a curved course. Compared to the carrier substrates known from the prior art, it is provided according to the invention that the profile of the flanks comprises a first section with a rectilinear course and a second section with a curved course. It has been found that such a flank profile not only enables the desired advantages in terms of thermal shock resistance, but is also operationally reliable and easy to produce. In particular, it is possible in a single etching step to realize a flank profile that implements a first section with a rectilinear course and a second section with a curved course. A straight course is understood to mean a course of the respective first section that can be described by a straight line or, taking into account manufacturing tolerances, by a curvature whose radius of curvature is greater than fifty times the thickness of the metal layer or a first thickness of the metal layer. For example, such a rectilinear course can be seen in a sectional image that extends perpendicularly to the flap extension plane.
Vorzugsweise weist die Isolationsschicht AI2O3, S13N4, AIN, ZTA (Zirkonia toughe- ned Alumina), MgO, BeO, SiC oder hochdichtes MgO (> 90% der theoretischen Dichte), TSZ (tetragonal stabilisiertes Zirkonoxid) oder ZTA als Material für die Ke ramik auf. Es ist dabei auch vorstellbar, dass die Isolationsschicht als Verbund- bzw. Flybridkeramik ausgebildet ist, bei der zur Kombination verschiedener ge wünschter Eigenschaften mehrere Isolationsschichten, die sich jeweils in Hinblick auf ihre materielle Zusammensetzung unterscheiden, übereinander angeordnet und zu einer Isolationsschicht zusammengefügt sind. Es ist sogar vorstellbar, dass die Isolationsschicht, beispielsweise zur Bildung eines IMB, aus einem organi schen Material, z.B. einem Harz, gefertigt ist. Als Materialien für die Metallschicht sind Kupfer, Aluminium, Molybdän und/oder deren Legierungen sowie Laminate, wie CuW, CuMo, CuAI, AICu und/oder CuCu, insbesondere eine Kupfersandwich struktur mit einer ersten Kupferschicht und einer zweiten Kupferschicht, wobei sich eine Korngröße in der ersten Kupferschicht von der zweiten Kupferschicht unter scheidet, vorstellbar. Vorzugsweise wird der Flankenverlauf durch einen Ätzschritt hergestellt. Alternativ oder ergänzend ist es vorstellbar, dass der Flankenverlauf durch Fräsen und/oder Laserablation hergestellt wird. Darüber hinaus ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Trägersubstrat neben der Metallschicht und der Isolationsschicht min destens eine weitere Metallschicht und/oder eine weitere Isolationsschicht auf weist. Dabei ist das Trägersubstrat vorzugsweise in Sandwichbauweise zusam mengesetzt und die Isolationsschicht ist zwischen der Metallschicht und der weite ren Metallschicht angeordnet. Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die weitere Me tallschicht frei ist von Strukturierungen. D. h. an der der Metallschicht gegenüber liegenden Seite der Keramikschicht ist die weitere Metallschicht durchgehend aus gestaltet. In diesem Fall bildet die weitere Metallschicht eine Rückseitenmetallisie rung aus, die es beispielsweise gestattet, eine vergleichsweise dünne Isolations schicht von weniger als 800 pm, zu verwenden. The insulating layer preferably has Al2O3, S13N4, AlN, ZTA (zirconia toughened alumina), MgO, BeO, SiC or high-density MgO (>90% of the theoretical density), TSZ (tetragonally stabilized zirconium oxide) or ZTA as the material for the ceramic on. It is also conceivable for the insulation layer to be designed as a composite or flybrid ceramic, in which several insulation layers, each of which differs in terms of their material composition, are arranged one on top of the other and joined to form an insulation layer to combine various desired properties. It is even conceivable that the insulating layer, for example to form an IMB, is made of an organic material, for example a resin. Materials for the metal layer are copper, aluminum, molybdenum and/or their alloys and laminates such as CuW, CuMo, CuAl, AlCu and/or CuCu, in particular a copper sandwich structure with a first copper layer and a second copper layer, with a grain size in the first copper layer differs from the second copper layer. The course of the flanks is preferably produced by an etching step. Alternatively or additionally, it is conceivable that the profile of the flanks is produced by milling and/or laser ablation. In addition, it is preferably provided that the carrier substrate has at least one further metal layer and/or one further insulating layer in addition to the metal layer and the insulating layer. In this case, the carrier substrate is preferably put together in a sandwich construction and the insulating layer is arranged between the metal layer and the further metal layer. Provision is preferably made for the additional metal layer to be free of structuring. i.e. on the side of the ceramic layer opposite the metal layer, the further metal layer is designed to be continuous. In this case, the additional metal layer forms a rear-side metallization that allows, for example, a comparatively thin insulating layer of less than 800 μm to be used.
Weiterhin ist es vorstellbar, dass die zweite Kante entlang einer Umlaufrichtung (, d. h. entlang einer dem generellen Verlauf der ersten Kante und der zweiten Kante um die Nutzfläche herum folgenden Richtung) gesehen die Anbindungsfläche in der Haupterstreckungsebene begrenzt und dabei in Umlaufrichtung einen mäan derförmigen, briefmarkenrandförmigen und/oder einen sägezahnförmigen Verlauf aufweist, wobei sich insbesondere der mäanderförmige, briefmarkenrandförmige und/oder der sägezahnförmige Verlauf über die gesamte zweite Kante der Metall schicht erstreckt. Vorstellbar ist auch, dass sich der mäanderförmige, briefmarken randförmige und/oder sägezahnförmige Verlauf der Metallschicht nur über einen Teilbereich der zweiten Kante der Metallschicht erstreckt bzw. mehrere Teilberei che in Umlaufrichtung gesehen zueinander beabstandet aneinander anschließen. Durch die Ausbildung eines strukturierten und/oder modulierten Verlaufs der zwei ten Kante wird dessen Oberflächenvergrößerung so ausgelegt, dass im Wesentli chen unabhängig vom Ort des Auftretens einer mechanischen Spannung diese vorteilhaft verteilt werden kann. Vorzugsweise ist die erste Kante analog moduliert. Der Flankenverlauf in Umlaufrichtung kann aber auch unregelmäßige Rück sprünge aufweisen, d. h. z. B. kleine und größere Aussparungen, die gemischt o- der abwechselnd zueinander angeordnet sind, oder die wellenlinienförmig, recht eckförmig, parallellogrammförmig oder zackig ausgebildet sind. Insbesondere ist es vorgesehen, dass sich die Anbindungsfläche nicht über die gesamte Länge der Isolationsschicht entlang der Primärrichtung erstreckt. Mit an deren Worten: die Isolationsschicht steht in Richtung der Haupterstreckungsebene gegenüber der Metallschicht, insbesondere gegenüber der zweiten Kante, vor. Vorzugsweise ist die Metallschicht strukturiert und die erste und zweite Kante ent steht in Folge einer Strukturierungsmaßnahme, z. B. einem Ätzen oder einem Oberflächenfräsen von Isolationsgräben. Ferner ist es vorstellbar, dass die Metall schicht in einem Randbereich, der sich an der ersten Kante in Richtung eines Zentrums der Metallschicht bzw. in Richtung der Nutzfläche, d. h. nach innen, er streckt, eine Materialschwächung aufweist. Der Randbereich liegt somit in Primär richtung gesehen bezogen auf die erste Kante dem Flankenverlauf gegenüber. Unter einer Materialschwächung ist insbesondere eine Variation bzw. Modulation in der Metallschichtdicke zu verstehen. Beispielsweise ist als Materialschwächung eine kuppelförmige Aussparung an der Oberseite der Metallschicht zu verstehen. Vorzugsweise beträgt ein Verhältnis einer Erstreckung des Randbereichs zu einer in dieselbe Richtung bemessenen Gesamtlänge der Metallschicht einen Wert von weniger als 0,25, bevorzugt weniger als 0,15 und besonders bevorzugt weniger als 0,1. Ferner ist es vorstellbar, dass in Primärrichtung gesehen an der Metall schicht ein dem Randbereich gegenüberliegender weiterer Randbereich ausgebil det ist (das beschriebene Verhältnis berücksichtigt dann die Erstreckung des Randbereichs und des weiteren Randbereichs). Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Dimensionierung des Randbereichs, d. h. insbesondere das Verhältnis der Erstreckung des Randbereichs in Primärrichtung gesehen zur in dieselbe Richtung gemessenen Gesamtlänge der Metallschicht, abhängt von der ersten Di cke der Metallschicht. Beispielsweise ist für Metallschichten, deren erste Dicke größer ist als 150 pm - beispielsweise zwischen 0,4 und 2,5 mm liegt -, das Ver hältnis der Erstreckung des Randbereichs in Primärrichtung gesehen zur in die selbe Richtung gemessenen Gesamtlänge der Metallschicht kleiner als 0,35, be vorzugt kleiner als 0,25 und besonders bevorzugt kleiner als 0,18. Dabei bemisst sich die Erstreckung bzw. die Gesamtlänge insbesondere in einer senkrecht zum Verlauf der ersten Kante orientierten Richtung. Insbesondere beginnt die Messung der Erstreckung mit der ersten Kante und ist auf einen Zentralbereich der Metall schicht gerichtet. It is also conceivable that the second edge, seen along a circumferential direction (i.e. along a direction following the general course of the first edge and the second edge around the usable area), delimits the connection surface in the main plane of extension and in the circumferential direction has a meandering, stamp-shaped edge and/or has a sawtooth-shaped course, in particular the meandering, stamp edge-shaped and/or the sawtooth-shaped course extending over the entire second edge of the metal layer. It is also conceivable that the meandering, postage stamp edge-shaped and/or sawtooth profile of the metal layer extends only over a partial area of the second edge of the metal layer or that several partial areas adjoin one another at a distance from one another as seen in the circumferential direction. By forming a structured and/or modulated profile of the second edge, its surface enlargement is designed in such a way that mechanical stress can be distributed advantageously, essentially independently of the location where it occurs. The first edge is preferably modulated analogously. However, the course of the flanks in the circumferential direction can also have irregular returns, ie, for example, small and larger gaps that are mixed or arranged alternately with one another, or that are wavy, right-angled, parallelogram-shaped, or jagged. In particular, it is provided that the connection area does not extend over the entire length of the insulation layer along the primary direction. In other words: the insulating layer protrudes in the direction of the main plane of extension in relation to the metal layer, in particular in relation to the second edge. The metal layer is preferably structured and the first and second edges are created as a result of a structuring measure, e.g. B. etching or surface milling of isolation trenches. It is also conceivable that the metal layer has a material weakening in an edge region that extends at the first edge in the direction of a center of the metal layer or in the direction of the useful surface, ie inwards. Viewed in the primary direction, the edge region is therefore opposite to the course of the flank in relation to the first edge. A material weakening is to be understood in particular as meaning a variation or modulation in the metal layer thickness. For example, a dome-shaped recess on the upper side of the metal layer is to be understood as material weakening. A ratio of an extent of the edge region to a total length of the metal layer measured in the same direction is preferably less than 0.25, preferably less than 0.15 and particularly preferably less than 0.1. It is also conceivable that, viewed in the primary direction, a further edge region opposite the edge region is formed on the metal layer (the relationship described then takes into account the extent of the edge region and the further edge region). Provision is preferably made for the dimensioning of the edge area, ie in particular the ratio of the extent of the edge area viewed in the primary direction to the total length of the metal layer measured in the same direction, to depend on the first thickness of the metal layer. For example, for metal layers whose first thickness is greater than 150 μm - for example between 0.4 and 2.5 mm - the ratio of the extension of the edge region seen in the primary direction to the total length of the metal layer measured in the same direction is less than 0, 35, preferably less than 0.25 and more preferably less than 0.18. In this case, the extent or the total length is measured in particular in a direction oriented perpendicularly to the course of the first edge. In particular, the measurement begins of extension with the first edge and is directed towards a central area of the metal layer.
Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass die zweite Kante umlaufend, insbe sondere zumindest teilweise oder vollständig, mit einem Füllmaterial bedeckt ist. Dabei ist das Füllmaterial dazu geeignet, die Rissbildung an der Kante zu unter drücken, d.h. eine Ausdehnung des Risses zu hemmen oder sogar gänzlich zu verhindern. Vorzugsweise umfasst das Füllmaterial ein Kunststoffmaterial, wie Po lyimid, Polyamide, Epoxid oder Polyetheretherketon. Es ist dabei auch vorstellbar, dass dem Kunststoffmaterial ein Keramikanteil zugefügt ist. Beispiele für einen solchen Zusatzstoff sind Siliziumnitrid, Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid, Bornitrid oder Glas. Furthermore, it is preferably provided that the second edge is covered circumferentially, in particular at least partially or completely, with a filling material. The filling material is suitable for suppressing the formation of cracks at the edge, i.e. inhibiting or even completely preventing the crack from expanding. Preferably, the filler material comprises a plastic material such as polyimide, polyamide, epoxy or polyetheretherketone. It is also conceivable that a ceramic portion is added to the plastic material. Examples of such an additive are silicon nitride, aluminum nitride, aluminum oxide, boron nitride or glass.
Es ist auch vorstellbar, dass dem Kunststoffmaterial Kohlefasern, Glasfasern und/oder Nanofasern beigefügt sind. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das Füllmaterial hitzebeständig ist, d. h. das Füllmaterial schmilzt nicht bei Temperatu ren, die bei der Fierstellung des Trägersubstrats nach dem Aufbringen des Füllma terials und/oder beim Löten auftreten. Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass das Füllmaterial geeignet ist, eine feste und gute Bindung mit der Isolations schicht, vorzugsweise dem gewählten Keramikmaterial, und der Metallschicht, vor zugsweise dem gewählten Metall, wie Kupfer, einzugehen. Weiterhin ist es vorge sehen, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient des Füllmaterials gleich oder größer ist als der thermische Ausdehnungskoeffizient der Isolationsschicht und/o der der Metallschicht. Beispielsweise ist der thermische Ausdehnungskoeffizient des Füllmaterials mehr als dreimal so groß wie der thermische Ausdehnungskoef fizient der Metallschicht. It is also conceivable that carbon fibers, glass fibers and/or nanofibers are added to the plastic material. Preferably it is envisaged that the filling material is heat resistant, i. H. the filling material does not melt at temperatures that occur when the carrier substrate is in position after the filling material has been applied and/or during soldering. Furthermore, it is preferably provided that the filling material is suitable for forming a firm and good bond with the insulation layer, preferably the chosen ceramic material, and the metal layer, preferably before the chosen metal, such as copper. Furthermore, it is provided that the thermal expansion coefficient of the filling material is equal to or greater than the thermal expansion coefficient of the insulation layer and/or that of the metal layer. For example, the coefficient of thermal expansion of the filler material is more than three times the coefficient of thermal expansion of the metal layer.
Vorzugsweise weist der Flankenverlauf ein lokales Maximum und mindestens ein lokales Minimum auf, d. h. zwischen der ersten Kante und der zweiten Kante ist ein lokales Maximum und ein lokales Minimum angeordnet. Die Begriffe „Maxi mum“ bzw. „Minimum“ bedeuten im Sinne der Erfindung die Höhe oder Dicke der Metallschicht an dieser Stelle, bezogen auf die der Metallschicht zugewandten Oberfläche der Isolationsschicht. Mit anderen Worten: es bildet sich eine Wölbung bzw. Ausbeulung, beispielsweise in Form eines Vorhügels oder Vorerhebung, im Flankenverlauf aus. Es hat sich in vorteilhafter Weise herausgestellt, dass sich mit einem Flankenverlauf, der mindestens ein lokales Maximum und ein lokales Mini mum aufweist, eine Temperaturwechselbeständigkeit signifikant verbessern lässt. Insbesondere erstreckt sich die Primärrichtung nach außen, d. h. von einem als Nutzfläche von der Metallschicht bereitgestellten Bereich zu einem metallfreien Bereich auf dem Trägersubstrat. Die Verbesserung der Temperaturwechselbe ständigkeit durch den Flankenverlauf mit dem lokalem Maximum und dem lokalen Minimum gestattet es zudem in vorteilhafter weise, auf eine Materialschwächung, beispielsweise in Form von kuppelförmigen Aushöhlungen, im Randbereich zu verzichten, wodurch die effektive Nutzfläche auf der Oberseite der Metallschicht vergrößert werden kann. Der Flankenverlauf bildet sich dabei als Außenseite der Metallschicht in einem senkrecht zur Flaupterstreckungsebene und parallel zur Pri märrichtung verlaufenden Querschnitt bzw. einer entsprechenden Schnittansicht aus. Vorzugsweise ist die Anzahl der lokalen Maxima und lokalen Minima jeweils kleiner als 5. Besonders bevorzugt gibt es genau ein lokales Maximum und ein lo kales Minimum. The edge profile preferably has a local maximum and at least one local minimum, ie a local maximum and a local minimum are arranged between the first edge and the second edge. For the purposes of the invention, the terms “maximum” and “minimum” mean the height or thickness of the metal layer at this point, based on the surface of the insulating layer facing the metal layer. In other words: a bulge is formed or bulging, for example in the form of a promontory or pre-elevation, in the course of the flank. It has been found to be advantageous that a flank profile that has at least one local maximum and one local minimum can significantly improve thermal shock resistance. In particular, the primary direction extends outwards, ie from an area provided by the metal layer as a usable area to a metal-free area on the carrier substrate. The improvement in the resistance to temperature changes due to the profile of the flanks with the local maximum and the local minimum also advantageously makes it possible to dispense with weakening the material, for example in the form of dome-shaped cavities, in the edge region, which increases the effective usable area on the upper side of the metal layer can. The course of the flanks is formed as the outside of the metal layer in a cross section running perpendicular to the plane of flap extension and parallel to the primary direction, or a corresponding sectional view. The number of local maxima and local minima is preferably less than 5 in each case. There is particularly preferably exactly one local maximum and one local minimum.
Vorzugsweise bildet sich ein Wendepunkt bzw. ein Umkehrpunkt zwischen der ersten Kante und der zweiten Kante aus. Vorzugsweise ist das lokale Maximum zwischen dem Umkehrpunkt bzw. Wendepunkt und der zweiten Kante angeordnet und das lokale Minimum zwischen der ersten Kante und dem Umkehrpunkt bzw. Wendepunkt. Beispielsweise lässt sich der Flankenverlauf zumindest bereichs weise über ein Polynom mindestens dritten Grades beschreiben. Dabei ist es vor stellbar, dass der Flankenverlauf entlang eines Umfangs der Metallschicht, d. h. entlang einer geschlossenen Kurve innerhalb der Flaupterstreckungsebene am äu ßersten Umfang der Metallschicht, zu mehr als 50 %, bevorzugt zu mehr als 75 % und besonders bevorzugt vollständig mit einem lokalen Maximum und einem loka len Minimum ausgestaltet ist. Als lokales Maximum / Minimum versteht der Fach mann insbesondere einen Bereich, in dem in der Umgebung der Flankenverlauf nicht größer / nicht kleiner ist als im lokalen Maximum / Minimum. Dabei kann der Flankenverlauf in Form von globalen Maxima bzw. Minima durchaus größere bzw. kleinere Werte als das lokale Maximum bzw. Minimum annehmen. Beispielsweise nimmt der Flankenverlauf an der ersten Kante ein globales Maximum an, während an der zweiten Kante ein globales Minimum angenommen wird. Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass sich der Kantenverlauf kontinuierlich, d. h. im We sentlich stufenlos entlang der Primärrichtung erstreckt. A turning point or a reversal point is preferably formed between the first edge and the second edge. The local maximum is preferably arranged between the reversal point or turning point and the second edge and the local minimum between the first edge and the reversing point or turning point. For example, the profile of the flanks can be described, at least in certain areas, using a polynomial of at least the third degree. It is conceivable that the course of the flanks along a circumference of the metal layer, ie along a closed curve within the Flaupter extension plane at the outermost circumference of the metal layer, more than 50%, preferably more than 75% and particularly preferably completely with a local maximum and a local minimum. A person skilled in the art understands a local maximum/minimum to be an area in which the edge profile in the vicinity is no larger/no smaller than in the local maximum/minimum. In this case, the flank progression in the form of global maxima or minima can certainly assume larger or smaller values than the local maximum or minimum. For example the slope progression assumes a global maximum at the first edge, while a global minimum is assumed at the second edge. Furthermore, it is preferably provided that the course of the edges extends continuously, ie essentially steplessly, along the primary direction.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass der geradlinige Verlauf des mindestens ei nen ersten Abschnitts gegenüber der Haupterstreckungsebene um einen zweiten Winkel geneigt ist, der größer als 20° ist, bevorzugt zwischen 20° und 50° und be sonders bevorzugt zwischen 25° und 40° liegt. Es hat sich herausgestellt, dass derartig steile, geradlinigen Verläufe möglich sind, ohne die Temperaturwechsel beständigkeit oder die Herstellung des Flankenverlaufs negativ zu beeinträchtigen. Gleichzeitig gestaltet der vergleichsweise steile Anstieg eine möglichst bauraum ökonomische und platzsparende Anordnung der einzelnen Metallabschnitte auf dem Trägersubstrat. It is preferably provided that the rectilinear course of the at least one first section is inclined by a second angle relative to the main extension plane, which is greater than 20°, preferably between 20° and 50° and particularly preferably between 25° and 40° . It has been found that such steep, straight curves are possible without adversely affecting the resistance to temperature changes or the production of the flank curve. At the same time, the comparatively steep rise creates an arrangement of the individual metal sections on the carrier substrate that is as economical and space-saving as possible.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass der gekrümmte Bereich des mindestens ei nen zweiten Abschnitts konkav gekrümmt ist. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass nur ein einziger zweiter Abschnitt vorgesehen bzw. ausgebildet ist, insbeson dere nur ein einziger konkav gekrümmter zweiter Abschnitt. Provision is preferably made for the curved area of the at least one second section to be concavely curved. It is preferably provided that only a single second section is provided or formed, in particular only a single concavely curved second section.
Ferner ist es bevorzugt vorgesehen, dass der mindestens eine erste Abschnitt zwischen dem lokalen Maximum und der zweiten Kante angeordnet ist. Insbeson dere ist es vorgesehen, dass nur ein einziger erster Abschnitt zwischen dem loka len Maximum und der zweiten Kante angeordnet ist und dass bevorzugt nur ein einziger erster Abschnitt und nur ein einziger zweiter Abschnitt ausgebildet sind. Insbesondere erstreckt sich der geradlinige Verlauf von der zweiten Kante bis zum lokalen Maximum, insbesondere dem lokalen Maximum, das am nächsten an der zweiten Kante angeordnet ist. Mit anderen Worten: Der erste Abschnitt enthält kei nerlei gekrümmten Teilbereich bzw. ist frei von einem gekrümmten Teilbereich. Vorstellbar ist, dass der erste Abschnitt mehrere geradlinige Verläufe umfasst, die beispielsweise unterschiedlich geneigt sind. Ferner ist es alternativ und/oder er- gänzend vorstellbar, dass mehrere gekrümmte Bereiche im zweiten Abschnitt aus gebildet sind, die sich in Hinblick auf ihren Krümmungsradius voneinander unter scheiden. Furthermore, it is preferably provided that the at least one first section is arranged between the local maximum and the second edge. In particular, it is provided that only a single first section is arranged between the local maximum and the second edge and that preferably only a single first section and only a single second section are formed. In particular, the rectilinear course extends from the second edge to the local maximum, in particular the local maximum which is arranged closest to the second edge. In other words: the first section does not contain any curved partial area or is free of a curved partial area. It is conceivable that the first section comprises a number of rectilinear courses which, for example, are inclined at different angles. Furthermore, it is alternative and/or It is entirely conceivable that a plurality of curved areas are formed in the second section, which differ from one another in terms of their radius of curvature.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vor gesehen, dass die Metallschicht außerhalb des Flankenverlaufs, insbesondere in einem als Nutzfläche vorgesehenen zentralen Bereich, eine erste Dicke, und im lokalen Maximum eine zweite Dicke aufweist, wobei die zweite Dicke kleiner ist als die erste Dicke. Dadurch wird sichergestellt, dass das lokale Maximum nicht ge genüber der Oberseite der Metallschicht vorsteht. Dabei erstreckt sich das lokale Maximum in Umlaufrichtung wulstartig und bildet gegenüber dem globalen Maxi mum des Flankenverlaufs, nämlich der ersten Kante, einen Vorläufer in der Erhö hung. According to a preferred embodiment of the present invention, it is provided that the metal layer has a first thickness outside the flank profile, in particular in a central area provided as a useful area, and a second thickness in the local maximum, the second thickness being smaller than the first Thickness. This ensures that the local maximum does not protrude from the top of the metal layer. The local maximum extends like a bead in the circumferential direction and forms a precursor in the increase compared to the global maximum of the flank profile, namely the first edge.
Dabei ist ein Verhältnis der zweiten Dicke zur ersten Dicke kleiner als 0,55, bevor zugt kleiner als 0,5 und besonders bevorzugt kleiner als 0,45. Es hat sich heraus gestellt, dass es mit dem entsprechenden Festlegen der zweiten Dicke möglich ist, sicherzustellen, dass sich im ersten Abschnitt, insbesondere zwischen dem loka len Maximum und der zweiten Kante ein geradliniger Verlauf einstellt. A ratio of the second thickness to the first thickness is less than 0.55, preferably less than 0.5 and particularly preferably less than 0.45. It has been found that by setting the second thickness accordingly, it is possible to ensure that a rectilinear course is set in the first section, in particular between the local maximum and the second edge.
Es ist ferner vorstellbar, dass das lokale Maximum Teil eines Plateaus oder einer kuppelförmigen Auswölbung ist. In Umlaufrichtung (d. h. wenn man einer Erstre ckungsrichtung der ersten Kante bzw. der zweiten Kante folgt) gesehen erstreckt sich dabei das lokale Maximum über mehr als 50 % des gesamten Umfangs der Metallschicht, bevorzugt über mehr als 75 % der Metallschicht, und besonders be vorzugt vollständig entlang des Umfangs der Metallschicht. Weiterhin ist es vorge sehen, dass die Metallschicht an der ersten Kante die erste Dicke aufweist und insbesondere die erste Dicke einer maximalen Dicke der Metallschicht darstellt. It is also conceivable that the local maximum is part of a plateau or a dome-shaped bulge. Seen in the circumferential direction (i.e. if one follows a direction of extension of the first edge or the second edge), the local maximum extends over more than 50% of the entire circumference of the metal layer, preferably over more than 75% of the metal layer, and particularly preferably completely along the perimeter of the metal layer. Furthermore, it is provided that the metal layer has the first thickness at the first edge and in particular represents the first thickness of a maximum thickness of the metal layer.
Vorteilhafterweise ist es vorgesehen, dass sich der Flankenverlauf in Primärrich tung gemessen über eine erste Länge zwischen der ersten Kante und der zweiten Kante erstreckt, wobei ein Verhältnis zwischen der ersten Länge zur ersten Dicke einen Wert zwischen 0,5 und 2,5, bevorzugt zwischen 0,8 und 2,2, und besonders bevorzugt zwischen 1,1 und 1,9 annimmt. Dadurch lassen sich vergleichsweise breite Flankenverläufe realisieren. Zum Vergleich: Typischerweise ist das Verhält nis zwischen der ersten Länge zur ersten Dicke kleiner als 0,5. Es hat sich heraus gestellt, dass sich diese Verbreiterung des Flankenverlaufs nicht nur positiv auf die Temperaturwechselbeständigkeit auswirkt, sondern zudem auch eine Wärme spreizung unterstützt, insbesondere für Bauteile, die sehr nah an der ersten Kante platziert werden, da diese dann auch den Bereich unterhalb des Flankenverlaufs der Metallschicht zum Wärmetransport mitnutzen können. Ein breiter Flankenver lauf lässt es zudem zu, die Strukturierung mit lokalem Maximum und lokalem Mini mum kontrollierter einstellen zu können. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die zweite Dicke in einem Punkt gemessen wird, der in Primärrichtung gesehen das 2/5-fache der ersten Länge von der zweiten Kante entfernt ist, insbesondere wenn das lokale Maximum durch den Flankenverlauf nicht klar ersichtlich sein sollte. It is advantageously provided that the course of the flanks, measured in the primary direction, extends over a first length between the first edge and the second edge, with a ratio between the first length and the first thickness having a value between 0.5 and 2.5, preferably between 0.8 and 2.2, and especially preferably between 1.1 and 1.9. As a result, comparatively wide edge profiles can be implemented. For comparison: typically the ratio between the first length and the first thickness is less than 0.5. It has been found that this broadening of the edge profile not only has a positive effect on the thermal shock resistance, but also supports heat spreading, especially for components that are placed very close to the first edge, since this then also covers the area below the edge Flank course of the metal layer for heat transport can share. A broad edge progression also makes it possible to set the structuring with a local maximum and local minimum in a more controlled manner. Provision is preferably made for the second thickness to be measured at a point which, viewed in the primary direction, is 2/5 times the first length away from the second edge, in particular if the local maximum is not clearly evident from the course of the flanks.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass sich der Flankenverlauf von der zweiten Kante an der Unterseite bis zum lokalen Maximum über eine zweite Länge er streckt, wobei ein Verhältnis zwischen der zweiten Länge zu der ersten Länge ei nen Wert zwischen 0,2 und 0,7, bevorzugt zwischen 0,25 und 0,6 und besonders bevorzugt zwischen 0,3 und 0,5 annimmt. Mit anderen Worten: es hat sich her ausgestellt, dass es besonders vorteilhaft ist, wenn das lokale Maximum, das heißt die lokale Erhebung im Flankenverlauf, von der zweiten Kante aus gesehen in der ersten Hälfte oder, bevorzugt, in einem Bereich zwischen der ersten Hälfte und dem ersten Drittel des Flankenverlaufs angeordnet ist. Damit liegt das lokale Maximum insbesondere am äußersten Rand der Metallschicht und unterstützt so die Temperaturwechselbeständigkeit des gesamten Trägersubstrats. It is preferably provided that the course of the flanks extends from the second edge on the underside to the local maximum over a second length, with a ratio between the second length and the first length having a value between 0.2 and 0.7, preferably between 0.25 and 0.6 and more preferably between 0.3 and 0.5. In other words: it has been shown that it is particularly advantageous if the local maximum, ie the local elevation in the course of the flank, seen from the second edge is in the first half or, preferably, in an area between the first half and the first third of the flank course is arranged. The local maximum is therefore in particular at the outermost edge of the metal layer and thus supports the thermal shock resistance of the entire carrier substrate.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass eine gedacht geradlinige erste Verbindungsli nie, die durch die erste Kante und die zweite Kante verläuft, gegenüber einer An bindungsfläche, über die die Metallschicht an die Isolationsschicht angebunden ist, um einen ersten Winkel geneigt ist, und wobei eine erste geradlinige zweite Ver bindungslinie, die durch die zweite Kante und das lokale Maximum verläuft, ge genüber der Anbindungsfläche um einen zweiten Winkel geneigt ist, wobei ein Verhältnis des zweiten Winkels zum ersten Winkel kleiner ist als 0,8, bevorzugt kleiner als 0,7 und besonders bevorzugt kleiner als 0,6. Dies gilt bevorzugt für Trä gersubstrate mit einer vergleichsweise großen ersten Dicke, beispielsweise ersten Dicken zwischen 0,4 und 2,5 mm. In dieser Ausführungsform ist es insbesondere vorgesehen, dass das lokale Maximum sich insbesondere in einem flachen Flan kenverlauf innerhalb des ersten Drittels ausbildet. Es hat sich bereits herausge stellt, dass mit einem solchen sehr flachen Flankenverlauf im ersten Drittel (von der zweiten Kante aus gesehen) mit einem nicht wesentlich ausgeprägten lokalen Maximum bereits signifikante Verbesserungen der Temperaturwechselbeständig keit erzielen lassen. Außerdem lässt sich ein solcher Verlauf vergleichsweise ein fach mit einem Füllmaterial bzw. mit einem Vergussmaterial abdecken. Für Trä gersubstrate mit einer vergleichsweise kleinen ersten Dicke ist es bevorzugt vor gesehen, dass der zweite Winkel größer ist als der erste Winkel. Beispielsweise nimmt das Verhältnis des zweiten Winkels zum ersten Winkel einen Wert zwi schen 0,5 und 2, bevorzugt zwischen 0,6und 1 ,6 oder besonders bevorzugt von etwa 0,7 und 1,2an. Es ist auch vorstellbar, dass statt des lokalen Maximums ein Punkt an der Außenseite des Flankenverlaufs genommen wird, der in Primärrich tung gesehen das 2/5-fache der ersten Länge von der zweiten Kante entfernt ist. It is preferably provided that an imaginary straight first connecting line, which runs through the first edge and the second edge, is inclined at a first angle relative to a connecting surface via which the metal layer is connected to the insulating layer, and wherein a first rectilinear second connecting line, which runs through the second edge and the local maximum, is inclined by a second angle relative to the connection surface, with a ratio of the second angle to the first angle being less than 0.8, preferred less than 0.7 and more preferably less than 0.6. This preferably applies to carrier substrates with a comparatively large first thickness, for example first thicknesses between 0.4 and 2.5 mm. In this embodiment, provision is made in particular for the local maximum to form in particular in a flat flank profile within the first third. It has already been found that with such a very flat flank profile in the first third (seen from the second edge) with a local maximum that is not significantly pronounced, significant improvements in thermal shock resistance can already be achieved. In addition, such a course can be covered comparatively easily with a filling material or with a casting material. For carrier substrates with a comparatively small first thickness, it is preferably provided that the second angle is larger than the first angle. For example, the ratio of the second angle to the first angle assumes a value between 0.5 and 2, preferably between 0.6 and 1.6 or particularly preferably between about 0.7 and 1.2. It is also conceivable that instead of the local maximum, a point on the outside of the edge course is taken that is 2/5 times the first length away from the second edge, seen in the primary direction.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass der zweite Winkel kleiner ist als der erste Winkel bzw. der erste Winkel ist größer als der zweite Winkel. Ein solches Verhält nis zwischen dem ersten Winkel und dem zweiten Winkel hat sich besonders vor teilhaft für Trägersubstrate mit einer vergleichsweise großen ersten Dicke heraus gestellt. Vorzugsweise ist die erste Dicke hierbei größer als 300 pm, bevorzugt größer als 400 pm und besonders bevorzugt größer als 500 pm oder sogar größer als 1 mm. Beispielsweise nimmt die erste Dicke einen Wert zwischen 300 pm und 5 mm, bevorzugt zwischen 400 pm und 3 mm und besonders bevorzugt zwischen 500pm und 1 mm an. Besonders bevorzugt ist die erste Dicke größer als 1 ,3 mm und besonders bevorzugt größer als 1 ,8 mm. It is preferably provided that the second angle is smaller than the first angle or the first angle is larger than the second angle. Such a ratio between the first angle and the second angle has been found to be particularly advantageous for carrier substrates with a comparatively large first thickness. In this case, the first thickness is preferably greater than 300 μm, preferably greater than 400 μm and particularly preferably greater than 500 μm or even greater than 1 mm. For example, the first thickness assumes a value between 300 μm and 5 mm, preferably between 400 μm and 3 mm and particularly preferably between 500 μm and 1 mm. The first thickness is particularly preferably greater than 1.3 mm and particularly preferably greater than 1.8 mm.
Vorzugsweise verändert sich das Verhältnis zwischen dem ersten Winkel und dem zweiten Winkel entlang einer parallel zur Haupterstreckungsebene verlaufenden Umlaufrichtung, insbesondere ist das Verhältnis moduliert, beispielsweise perio- disch. Dabei ist es vorstellbar, dass sich das Verhältnis zwischen dem ersten Win kel und dem zweiten Winkel zumindest abschnittsweise auch umkehrt, d. h. es gibt Abschnitte, in denen der erste Winkel größer ist als der zweite Winkel und Ab schnitte, in denen der zweite Winkel größer ist als der erste Winkel. The ratio between the first angle and the second angle preferably changes along a circumferential direction running parallel to the main plane of extension; in particular, the ratio is modulated, for example periodically dish It is conceivable that the relationship between the first angle and the second angle reverses at least in sections, ie there are sections in which the first angle is larger than the second angle and sections in which the second angle is larger as the first angle.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass ein Verhältnis zwi schen der zweiten Dicke und der ersten Länge einen Wert zwischen 0,08 und 0,4, bevorzugt zwischen 0,09 und 0,35, und besonders bevorzugt zwischen 0,1 und 0,3 oder sogar 0,2 annimmt, insbesondere wenn der zweite Winkel kleiner ist als der erste Winkel. Besonders für die Werte zwischen 0,1 und 0,3 hat sich eine sig nifikante Verbesserung der Temperaturwechselbeständigkeit eingestellt, die die Lebensdauer der Trägersubstrate deutlich verlängert. In a preferred embodiment, it is provided that a ratio between the second thickness and the first length has a value between 0.08 and 0.4, preferably between 0.09 and 0.35, and particularly preferably between 0.1 and 0 .3 or even 0.2, especially when the second angle is smaller than the first angle. Especially for values between 0.1 and 0.3, there was a significant improvement in thermal shock resistance, which significantly extends the service life of the carrier substrate.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Metallschicht im lokalen Minimum eine dritte Dicke aufweist, wobei ein Verhältnis der dritten Dicke zur zweiten Dicke einen Wert zwischen 0,1 und 1 , be vorzugt zwischen 0,3 und 0,95 und besonders bevorzugt zwischen 0,5 und 0,9 annimmt. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das lokale Mini mum eine deutlich kleinere Dicke aufweist als das lokale Maximum, wonach bei spielsweise das Vergussmaterial bzw. Füllmaterial in diese Absenkungen im Be reich des lokalen Minimums eindringen kann und so beispielsweise zu einem zu sätzlichen Formschluss in Primärrichtung gesehen führt. Dabei kann sich das Ver hältnis der dritten Dicke zur zweiten Dicke in Umlaufrichtung gesehen ändern. Ins besondere könnte das Verhältnis zwischen der dritten Dicke und der zweiten Di cke in Umlaufrichtung periodisch moduliert sein. A further embodiment of the present invention provides that the metal layer has a third thickness in the local minimum, with a ratio of the third thickness to the second thickness having a value between 0.1 and 1, preferably between 0.3 and 0.95 and most preferably between 0.5 and 0.9. It has proven to be particularly advantageous if the local minimum has a significantly smaller thickness than the local maximum, after which, for example, the potting material or filling material can penetrate into these depressions in the area of the local minimum and thus, for example, result in an additional form fit seen in the primary direction. The ratio of the third thickness to the second thickness can change as seen in the circumferential direction. In particular, the ratio between the third thickness and the second thickness could be periodically modulated in the circumferential direction.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Me tallschicht eine erste Dicke zwischen 0,2 und 1 mm, bevorzugt zwischen 0,25 und 0,8 mm, und besonders bevorzugt zwischen 0,3 und 0,6 mm oder zwischen 0,4 und 2,5 mm, bevorzugt zwischen 0,5 und 2 mm, und besonders bevorzugt zwi schen 0,6 und 1,5 mm aufweist. Es hat sich in vorteilhafter weise herausgestellt, dass der Flankenverlauf mit dem lokalen Maximum und dem lokalen Minimum sich vorteilhaft auf die Temperaturwechselbeständigkeit auswirkt, sowohl für die Trä gersubstrate mit der einer üblichen ersten Dicke sowie für eine erste Dicke, die vergleichsweise groß ist. Vorzugsweise ist die erste Dicke größer als 1 mm, bevor zugt größer als 1,5 mm und besonders bevorzugt größer als 2 mm. Insbesondere für das Trägersubstrat mit einer vergleichsweise großen ersten Dicke ist es vorge sehen, dass die Isolationsschicht, d. h. insbesondere die Keramikschicht, eine Di cke aufnimmt, die kleiner ist als 1,1 mm, bevorzugt kleiner als 0,8 mm, und beson ders bevorzugt kleiner als 0,6 mm. Dadurch lässt sich zusätzlich noch die Tempe raturleitfähigkeit des Trägersubstrats optimieren. In a particularly preferred embodiment, it is provided that the metal layer has a first thickness of between 0.2 and 1 mm, preferably between 0.25 and 0.8 mm, and particularly preferably between 0.3 and 0.6 mm or between 0 4 and 2.5 mm, preferably between 0.5 and 2 mm, and particularly preferably between 0.6 and 1.5 mm's. It has turned out to be advantageous that the edge profile with the local maximum and the local minimum has an advantageous effect on the thermal shock resistance, both for the carrier substrates with a conventional first thickness and for a first thickness that is comparatively large. Preferably, the first thickness is greater than 1 mm, preferably greater than 1.5 mm, and most preferably greater than 2 mm. In particular for the carrier substrate with a comparatively large first thickness, it is provided that the insulating layer, ie in particular the ceramic layer, has a thickness that is less than 1.1 mm, preferably less than 0.8 mm, and is particularly preferred less than 0.6 mm. This also allows the temperature conductivity of the carrier substrate to be optimized.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass der Flankenverlauf sich in Primärrichtung gesehen über eine erste Länge erstreckt, die kleiner ist als 1000 pm und bevor zugt zwischen 150 pm und 800 pm und besonders bevorzugt zwischen 300 pm und 600 pm liegt. Dadurch lässt sich ein vergleichsweise schmaler Flankenverlauf bereitstellen, der eine bauraumökonomische Anordnung der Metallabschnitte auf dem Trägersubstrat gestattet. It is preferably provided that the course of the flanks, viewed in the primary direction, extends over a first length which is less than 1000 μm and is preferably between 150 μm and 800 μm and particularly preferably between 300 μm and 600 μm. As a result, a comparatively narrow flank progression can be provided, which allows the metal sections to be arranged on the carrier substrate in a space-saving manner.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Großkarte, die meh rere durch mindestens eine Sollbruchlinie voneinander getrennte Trägersubstrate umfasst, wobei sich die Sollbruchlinie benachbart und entlang des Flankenverlaufs mit dem lokalen Maximum und dem lokalen Minimum, insbesondere entlang des sen zweiten Kante, erstreckt. Entlang der Sollbruchlinie werden die einzelnen Trä gersubstrate im Fertigungsprozess durch Brechen vereinzelt. Vorzugsweise ver läuft die Sollbruchlinie entlang des Flankenverlaufs der weiteren Metallschicht, d. h. der die der Metallschicht bezogen auf die Isolationsschicht in einer senkrecht zur Haupterstreckungsebene verlaufenden Stapelrichtung gegenüberliegt. Es hat sich herausgestellt, dass sich der erfindungsgemäße Flankenverlauf in vorteilhaf ter Weise positiv auf das Bruchverhalten der Großkarte beim Trennen der einzel nen Trägersubstrate auswirkt. Insbesondere wird die Wahrscheinlichkeit für einen Schaden beim Vereinzeln der Trägersubstrate reduziert und so der Ausschluss an unbrauchbaren Trägersubstraten gemindert. Dabei ist es insbesondere vorgese hen, dass sich im Flankenverlauf die Menge des Metalls je Volumeneinheit (spezi fische Metallmenge) gegenüber dem zentralen Bereich der Metallschicht mit der Nutzfläche auf 20 bis 70 % reduziert, bevorzugt auf 20 bis 65% und besonders bevorzugt auf 25 bis 50%. A further aspect of the present invention relates to a large card, which comprises a plurality of carrier substrates separated from one another by at least one predetermined breaking line, the predetermined breaking line extending adjacent and along the edge profile with the local maximum and the local minimum, in particular along its second edge. The individual carrier substrates are separated by breaking along the predetermined breaking line during the manufacturing process. Preferably, the predetermined breaking line runs along the course of the flanks of the further metal layer, ie that which lies opposite the metal layer in relation to the insulating layer in a stacking direction running perpendicularly to the main plane of extent. It has been found that the profile of the flanks according to the invention advantageously has a positive effect on the breakage behavior of the large card when the individual carrier substrates are separated. In particular, the probability of damage when separating the carrier substrates is reduced and the exclusion of unusable carrier substrates is thus reduced. It is particularly provided hen that the amount of metal per unit volume (specific fish amount of metal) compared to the central region of the metal layer with the flank course Usable area reduced to 20 to 70%, preferably to 20 to 65% and particularly preferably to 25 to 50%.
Vorzugsweise weist der Flankenverlauf, insbesondere die zweite Kante, beispiels weise der weiteren Metallschicht bzw. der Rückseitenmetallisierung, einen in Pri märrichtung gemessener Abstand zur Sollbruchlinie auf, der kleiner ist als 1 mm, bevorzugt einen Abstand zwischen 0,05 und 1 mm aufweist. Vorzugsweise nimmt ein Verhältnis eines in Primärrichtung gemessenen Abstands zwischen der zwei ten Kante und der Sollbruchlinie und der ersten Länge einen Wert zwischen 0,3 und 2,5, bevorzugt zwischen 0,4 und 2,0 und besonders bevorzugt zwischen 0,5 und 1,5 an. Dies gilt insbesondere für vergleichsweise dicke erste Dicken, d. h. erste Dicken zwischen 0,4 und 2,5 mm. Bevorzugt ist es vorgesehen, dass der in Primärrichtung gemessene Abstand zwischen der zweiten Kante und der Soll bruchlinie kleiner ist als die erste Länge. Weiterhin ist es vorgesehen, dass zur Trennung der einzelnen Trägersubstraten zwei Gruppen von Sollbruchlinien vor gesehen, die sich kreuzen und vorzugsweise senkrecht zueinander verlaufen. Preferably, the edge profile, in particular the second edge, for example of the further metal layer or the rear-side metallization, has a distance from the predetermined breaking line, measured in the primary direction, which is less than 1 mm, preferably a distance between 0.05 and 1 mm. A ratio of a distance, measured in the primary direction, between the second edge and the predetermined breaking line and the first length preferably has a value between 0.3 and 2.5, preferably between 0.4 and 2.0 and particularly preferably between 0.5 and 1 .5 on. This applies in particular to comparatively thick first thicknesses, e.g. H. first thicknesses between 0.4 and 2.5 mm. Provision is preferably made for the distance, measured in the primary direction, between the second edge and the predetermined breaking line to be smaller than the first length. Furthermore, it is provided that, for separating the individual carrier substrates, two groups of predetermined breaking lines are provided, which intersect and preferably run perpendicular to one another.
Vorzugsweise ist das Trägersubstrat, insbesondere zusammen mit einem ersten elektrischen Bauteil, in eine Verkapselung eingebettet. Insbesondere zusammen mit dem geschwungenen Ätzkantenverlauf lässt sich das Trägersubstrat beson ders wirksam mit der Verkapselung einbetten, und bildet einen wirksamen Form schluss bzw. eine Verankerung aus. Dies trifft insbesondere bei den Ätzkantenver läufen zu, bei denen der zweite Winkel größer als der erste Winkel ist. Dabei ist die Verkapselung vorzugsweise massiv, so dass sich keine Hohlräume zwischen der Verkapselung und dem Trägersubstrat ausbilden. Dadurch lässt sich mit Vor teil ein besonders kompaktes Elektronikmodul realisieren, dessen Trägersubstrat vorteilhafter Weise schlaggeschützt ist. The carrier substrate is preferably embedded in an encapsulation, in particular together with a first electrical component. In particular, together with the curved etched edge profile, the carrier substrate can be particularly effectively embedded with the encapsulation and forms an effective positive connection or anchoring. This is particularly true for the etched edge runs where the second angle is greater than the first angle. In this case, the encapsulation is preferably solid, so that no cavities are formed between the encapsulation and the carrier substrate. As a result, a particularly compact electronic module can be realized with advantage, the carrier substrate of which is advantageously protected against impact.
Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass an der Außenseite der Verkapselung ein zweites elektrisches Bauteil vorgesehen ist, wobei vorzugsweise das erste elektrische Bauteil über eine durch die Verkapselung verlaufende Durchkontaktie rung mit dem ersten elektrischen Bauteil verbunden ist. Beispielsweise ist es dabei vorgesehen, dass eine Durchkontaktierung im gefertigten Zustand einen Kontakt zu einen Anschluss an einer Oberseite des ersten elektrischen Bauteils herstellt, d. h. einer Seite, die im montierten Zustand in Stapelrichtung dem Trägersubstrat gegenüberliegt. Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass an der Außenseite der Verkapselung eine weitere Metallisierung, insbesondere strukturierte Metalli sierung, vorgesehen ist, die ein einfaches Anschließen des zweiten elektrischen bzw. elektronischen Bauteils gestattet. Furthermore, it is preferably provided that a second electrical component is provided on the outside of the encapsulation, the first electrical component preferably being connected to the first electrical component via a through-contact running through the encapsulation. For example, it is provided that a via in the manufactured state has a contact produces a connection to an upper side of the first electrical component, ie a side which is opposite the carrier substrate in the stacking direction in the mounted state. Furthermore, it is preferably provided that a further metallization, in particular structured metallization, is provided on the outside of the encapsulation, which allows easy connection of the second electrical or electronic component.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass im gefertigten Trägersubstrat eine Bin dungsschicht zwischen der Metallschicht und der Isolationsschicht ausgebildet ist, und wobei eine Haftvermittlerschicht der Bindungsschicht einen Flächenwider stand aufweist, der größer ist als 5 Ohm/sq, bevorzugt größer als 10 Ohm/sq und besonders bevorzugt größer als 20 Ohm/sq. Gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Trägersubstraten ist es vorgesehen, dass der Flächenwider stand einer Haftvermittlerschicht der Bindungsschicht größer ist als 5 Ohm/sq, be vorzugt größer als 10 Ohm/sq und besonders bevorzugt größer als 20 Ohm/sq ist. Der ermittelte Flächenwiderstand steht dabei im direkten Zusammenhang mit ei nem Anteil des Aktivmetalls in der Haftvermittlerschicht, die maßgeblich für die An bindung der mindestens einen Metallschicht an die Isolationsschicht ist. Dabei nimmt der Flächenwiderstand mit abnehmenden Aktivmetallanteil in der Bindungs schicht zu. Ein entsprechend hoher Flächenwiderstand entspricht somit einem ge ringen Aktivmetallanteil in der Haftvermittlerschicht. It is preferably provided that a bonding layer is formed between the metal layer and the insulating layer in the manufactured carrier substrate, and wherein an adhesion promoter layer of the bonding layer has a sheet resistance that is greater than 5 ohms/sq, preferably greater than 10 ohms/sq and particularly preferably greater than 20 ohms/sq. Compared to the carrier substrates known from the prior art, it is provided that the surface resistance of an adhesion promoter layer of the bonding layer is greater than 5 ohms/sq, preferably greater than 10 ohms/sq and particularly preferably greater than 20 ohms/sq. The surface resistance determined is directly related to a proportion of the active metal in the adhesion promoter layer, which is decisive for the connection of the at least one metal layer to the insulating layer. The surface resistance increases with a decreasing proportion of active metal in the binding layer. A correspondingly high surface resistance thus corresponds to a low proportion of active metal in the adhesion promoter layer.
Es hat sich dabei herausgestellt, dass mit zunehmenden Anteil an Aktivmetall die Bildung von spröden, intermetallischen Phasen begünstigt wird, was wiederum nachteilig ist für eine Abzugsfestigkeit der Metallschicht an die Isolationsschicht.It has been found that the formation of brittle, intermetallic phases is promoted with an increasing proportion of active metal, which in turn is disadvantageous for the pull-off strength of the metal layer on the insulating layer.
Mit anderen Worten: Mit den anspruchsgemäßen Flächenwiderständen werden solche Bindungsschichten beschrieben, deren Abzugsfestigkeit aufgrund der redu zierten Bildung von spröden intermetallischen Phasen, verbessert, d. h. vergrößert wird. Durch das gezielte Einstellen der anspruchsgemäßen Flächenwiderstände lassen sich somit besonders starke Anbindungen der mindestens einen Metall schicht an das Keramikelement realisieren. Eine solche erhöhte Anbindungsstärke wirkt sich in vorteilhafter Weise auf die Lebensdauer des Trägersubstrats aus. Da- bei ist es zur Bestimmung des Flächenwiderstands vorgesehen, dass am gefertig ten Trägersubstrat zunächst die Metallschicht und ggf. eine Lotbasisschicht, bei spielsweise durch Ätzen, wieder entfernt werden. Mittels einer Vier-Punkt Mes sung wird dann an der Oberseite bzw. Unterseite des von der mindestens einen Metallschicht und der Lotbasisschicht befreiten Trägersubstrats ein Flächenwider stand gemessen. Insbesondere ist unter dem Flächenwiderstand einer Material probe als dessen Widerstand bezogen auf einen quadratischen Oberflächenbe reich zu verstehen. Es ist hierbei üblich den Oberflächenwiderstand mit der Einheit Ohm/sq(square) zu kennzeichnen. Die Physikalische Einheit des Flächenwider standes ist Ohm. In other words: With the sheet resistances according to the claims, those bonding layers are described whose pull-off strength is improved, ie increased, due to the reduced formation of brittle intermetallic phases. By specifically setting the surface resistances according to the claims, it is thus possible to achieve particularly strong connections between the at least one metal layer and the ceramic element. Such an increased bonding strength has an advantageous effect on the service life of the carrier substrate. There- In order to determine the surface resistance, it is provided that the metal layer and, if necessary, a solder base layer are first removed again from the finished carrier substrate, for example by etching. A surface resistance is then measured by means of a four-point measurement on the upper side or lower side of the carrier substrate freed from the at least one metal layer and the solder base layer. In particular, the surface resistance of a material sample is to be understood as its resistance based on a square surface area. It is customary to mark the surface resistance with the unit Ohm/sq(square). The physical unit of surface resistance is ohms.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass eine in Stapelrichtung bemessene Dicke der Bindungsschicht, gemittelt über mehrere Messpunkte innerhalb einer vorbe stimmten Fläche oder in mehreren Flächen, die parallel zur Haupterstreckungs ebene verläuft oder verlaufen, einen Wert annimmt, der kleiner als 0,20 mm, be vorzugt kleiner als 10 pm und besonders bevorzugt kleiner als 6 pm ist. Sofern vom mehreren Flächen gesprochen wird, ist insbesondere gemeint, dass die min destens eine Metallschicht in möglichst gleich große Flächen unterteilt wird und in jeder dieser die mindestens eine Metallschicht unterteilenden Flächen mindestens ein Wert, bevorzugt mehrere Messwerte, für die Dicke erfasst werden. Die so an verschiedenen Stellen ermittelten Dicken werden arithmetisch gemittelt. It is preferably provided that a thickness of the bonding layer measured in the stacking direction, averaged over a number of measurement points within a predetermined area or in a number of areas that run or run parallel to the main extension plane, assumes a value of less than 0.20 mm preferably less than 10 pm and more preferably less than 6 pm. If several areas are mentioned, this means in particular that the at least one metal layer is divided into areas of the same size as possible and in each of these areas dividing the at least one metal layer at least one value, preferably several measured values, are recorded for the thickness. The thicknesses determined in this way at different points are arithmetically averaged.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Bindungsschicht eine ein Aktivmetall umfassende Haftvermittlungsschicht ist und wobei vorzugsweise ein Anteil an Ak tivmetall in der ein Aktivmetall umfassenden Haftvermittlerschicht größer ist als 15 Gew.-%, bevorzugt größer als Gew.- 20 % und besonders bevorzugt größer als 25 Gew.- %. Provision is preferably made for the bonding layer to be an adhesion-promoting layer comprising an active metal, and with the proportion of active metal in the adhesion-promoting layer comprising an active metal preferably being greater than 15% by weight, preferably greater than 20% by weight and particularly preferably greater than 25% by weight.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Bindungsschicht und/oder die weitere Bindungsschicht eine ein Aktivmetall umfassende Haftvermittlerschicht ist. Insbe sondere ist es vorgesehen, dass die Bindungsschicht nur aus der Haftvermittler schicht ausgebildet ist, die das Aktivmetall umfasst. Dabei weist die Haftvermittler- Schicht in der Bindungsschicht eine Verbindung mit einem Bestandteil des Kerami kelements, wie beispielsweise Stickstoff, Sauerstoff oder Kohlenstoff, und den an deren Bestandteilen der Keramik auf. In entsprechender weise umfasst die Haft vermittlerschicht beispielsweise Titannitrid, Titanoxid und/oder Titancarbid. .Bei spielsweise umfasst die Bindungsschicht ausschließlich die das Aktivmetall umfas sende Haftvermittlerschicht, d. h. die Bindungsschicht weist kein Silber oder an dere Basislotbestandteile auf. In diesem Fall ist es vorgesehen, dass eine in Sta pelrichtung gemessene Dicke der Bindungsschicht gemittelt über mehrere Mess punkte innerhalb einer Fläche, die parallel zur Haupterstreckungsebene verläuft, oder der mehreren Flächen einen Wert annimmt der kleiner ist als 0,003 mm (3000 nm) , bevorzugt kleiner als 0,001 mm (1500 nm) und besonders bevorzugt kleiner als 0,0005 mm (500 nm) oder sogar kleiner als 0,00035 mm (350 nm). Ins besondere für solche Bindungsschichten, bei den auf ein Lotbasismaterial und/o der einen Silberanteil verzichtet wird, lässt sich in entsprechender Weise eine noch dünnere Bindungsschicht ausbilden. Provision is preferably made for the bonding layer and/or the further bonding layer to be an adhesion promoter layer comprising an active metal. In particular, provision is made for the bonding layer to be formed only from the adhesion promoter layer, which comprises the active metal. The adhesion promoter Layer in the bonding layer a compound with a component of Kerami kelements, such as nitrogen, oxygen or carbon, and the other components of the ceramic. Correspondingly, the adhesion promoter layer comprises, for example, titanium nitride, titanium oxide and/or titanium carbide. For example, the bonding layer comprises exclusively the adhesion promoter layer comprising the active metal, ie the bonding layer has no silver or other base solder components. In this case, it is provided that a thickness of the bonding layer measured in the stacking direction, averaged over a number of measurement points within an area that runs parallel to the main plane of extension, or the number of areas, assumes a value that is less than 0.003 mm (3000 nm), preferably less than 0.001 mm (1500 nm) and more preferably less than 0.0005 mm (500 nm) or even less than 0.00035 mm (350 nm). In particular for those bonding layers in which a solder base material and/or a silver portion is dispensed with, an even thinner bonding layer can be formed in a corresponding manner.
Insbesondere ist es vorgesehen, dass die ein Aktivmetall umfassende Haftvermitt lerschicht eine im Wesentlichen konstante Dicke aufweist, insbesondere im Ge gensatz zu der Lotbasisschicht, die wegen einer Ondulation im Isolationsschicht moduliert ist. Insbesondere weisen die innerhalb der Fläche oder den Flächen be stimmten Messwerte der Dicke eine Verteilung auf, der eine Standardabweichung zuzuordnen ist, die kleiner ist als 0,2 pm, bevorzugt kleiner als 0,1 pm und beson ders bevorzugt kleiner als 0,05 pm. Insbesondere das physikalische und/oder che mische Gasphasenabscheiden einer Aktivmetallschicht und sich die daraus erge benden Bindungsschicht gestatten es, eine homogene und gleichmäßig verteilte Dicke der Bindungsschicht zu erzielen, die insbesondere nur aus der Haftvermitt lerschicht besteht. Die Haftvermittlerschicht kann dabei auch eine konstante Dicke aufweisen, wenn sie zusätzlich zum Lotbasismaterial ausgebildet ist. In particular, it is provided that the adhesion promoter layer comprising an active metal has an essentially constant thickness, in particular in contrast to the solder base layer, which is modulated because of an undulation in the insulation layer. In particular, the measured values of the thickness determined within the area or areas have a distribution to which a standard deviation of less than 0.2 μm, preferably less than 0.1 μm and particularly preferably less than 0.05 μm can be assigned . In particular, the physical and/or chemical vapor phase deposition of an active metal layer and the resulting bonding layer make it possible to achieve a homogeneous and evenly distributed thickness of the bonding layer, which in particular only consists of the adhesion promoter layer. The adhesion promoter layer can also have a constant thickness if it is formed in addition to the solder base material.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist Trägersubstrat, insbesondereAnother aspect of the present invention is supporting substrate, in particular
Metall-Keramik-Substrat, umfassend eine Isolationsschicht und eine Metallschicht, wobei die Metallschicht in einer parallel zur Haupterstreckungsebene (HSE) ver laufenden Primärrichtung zumindest bereichsweise mit einem Flankenverlauf, ins besondere Ätzflankenverlauf, abschließt, wobei sich in Primärrichtung gesehen der Flankenverlauf von einer ersten Kante an einer Oberseite der Metallschicht, die der Isolationsschicht abgewandt ist, bis zu einer zweiten Kante an einer Unterseite der Metallschicht, die der Isolations schicht zugewandt ist, erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass der Flankenverlauf in Primärrichtung gesehen mindestens einen ersten Abschnitt mit einem konvex gekrümmten Verlauf und mindestens einen zweiten Abschnitt mit einem konkav gekrümmten Verlauf aufweist. Alle im Zusammenhang mit dem Trägersubstrat, das einen gradlinigen ersten Abschnitt aufweist, beschriebenen Vorteile und Merk male lassen sich analog auf das Trägersubstrat übertragen, das einen konvex ge krümmten zweiten Abschnitt aufweist. Metal-ceramic substrate comprising an insulating layer and a metal layer, wherein the metal layer in a primary direction running parallel to the main extension plane (HSE) ends at least in regions with a flank profile, in particular an etched flank profile, with the profile of the flanks, viewed in the primary direction, extending from a first edge on a top side of the metal layer, which faces away from the insulation layer, to to a second edge on an underside of the metal layer, which faces the insulating layer, characterized in that the flank profile, seen in the primary direction, has at least a first section with a convex curve and at least a second section with a concave curve. All the advantages and features described in connection with the carrier substrate, which has a straight first section, can be transferred analogously to the carrier substrate, which has a convexly curved second section.
Insbesondere hat sich herausgestellt, dass ein solcher Flankenverlauf nicht nur die gewünschten Vorteile für die Temperaturwechselbeständigkeit ermöglicht, son dern zudem auch betriebssicher und einfach herstellbar ist. Insbesondere ist es möglich, in einem einzigen Ätzschritt einen Flankenverlauf zu realisieren, der ei nen ersten Abschnitt mit einem geradlinigen Verlauf und einen zweiten Abschnitt mit einem gekrümmten Verlauf realisiert. Dabei ist es bevorzugt vorgesehen, dass der erste Abschnitt unmittelbar angrenzend an der zweiten Kante und der zweiten Abschnitt unmittelbar angrenzend an die erste Kante ausgebildet ist. Vorstellbar ist, dass zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt ein dritter ge radliniger Abschnitt ausgebildet ist. Beispielsweise besteht der Flankenverlauf aus dem ersten Abschnitt, dem zweiten Abschnitt und dem dritten Abschnitt. In particular, it has been found that such a flank profile not only enables the desired advantages in terms of thermal shock resistance, but is also operationally reliable and easy to produce. In particular, it is possible in a single etching step to implement a flank profile that implements a first section with a rectilinear profile and a second section with a curved profile. It is preferably provided that the first section is formed directly adjacent to the second edge and the second section is formed directly adjacent to the first edge. It is conceivable that a third straight section is formed between the first section and the second section. For example, the course of the flank consists of the first section, the second section and the third section.
Es ist auch vorstellbar, dass der geradlinige dritte Abschnitt direkt angrenzend an der zweiten Kante und/oder zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Ab schnitt angeordnet ist. It is also conceivable that the linear third section is arranged directly adjacent to the second edge and/or between the first section and the second section.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass der konvex gekrümmte erste Abschnitt ei nen ersten Krümmungsradius aufweist, der größer als 200 pm, bevorzugt größer als 400 mίti und besonders bevorzugt größer als 1000 gm und besonders bevor zugt größer als 5000 gm ist, wobei der konkav gekrümmte zweite Abschnitt vor zugsweise einen zweiten Krümmungsradius aufweist, der größer ist als der erste Krümmungsradius. Es ist auch vorstellbar, dass der erste Krümmungsradius grö ßer ist als der zweite Krümmungsradius. Eine vierte Länge des geradlinigen dritten Abschnitts ist vorzugsweise kleiner, bevorzugt mehr als dreimal kleiner besonders bevorzugt mehr als 5 mal kleiner oder sogar mehr als 7,5 mal kleiner, als der erste Krümmungsradius und/oder der zweite Krümmungsradius. Insbesondere hat es sich herausgestellt, dass durch das eingestellte Verhältnis der Krümmungsradii es möglich ist, die Temperaturwechselbeständigkeit zu optimieren. Provision is preferably made for the convexly curved first section to have a first radius of curvature which is greater than 200 μm, preferably greater than 400 mίti and particularly preferably greater than 1000 gm and particularly preferably greater than 5000 gm, the concavely curved second section preferably having a second radius of curvature which is greater than the first radius of curvature. It is also conceivable that the first radius of curvature is greater than the second radius of curvature. A fourth length of the rectilinear third section is preferably smaller, preferably more than three times smaller, particularly preferably more than 5 times smaller or even more than 7.5 times smaller than the first radius of curvature and/or the second radius of curvature. In particular, it has been found that the adjusted ratio of the radii of curvature makes it possible to optimize the thermal shock resistance.
Beispielsweise nimmt das Verhältnis des ersten Krümmungsradius zum ersten Krümmungsradius einen Wert zwischen 0,8 und 33, bevorzugt zwischen 2 und 33 und besonders bevorzugt zwischen 10 und 33 an. Weiterhin ist es vorgesehen, dass der erste Krümmungsradius und/oder der zweite Krümmungsradius kleiner sind als die erste Dicke. For example, the ratio of the first radius of curvature to the first radius of curvature assumes a value between 0.8 and 33, preferably between 2 and 33 and particularly preferably between 10 and 33. Furthermore, it is provided that the first radius of curvature and/or the second radius of curvature are smaller than the first thickness.
Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, wenn die erste Kante gegenüber dem Be ginn des Flankenverlaufs, bevorzugt dem zweiten Abschnitt, an der ersten Kante in Primärrichtung übersteht. Mit anderen Worten: Der Kantenverlauf ist zunächst in Richtung des Zentrums der Metallschicht gerichtet und wölbt sich dann in Rich tung der zweiten Kante an der Oberseite des Keramikelements. Furthermore, it is preferably provided if the first edge projects beyond the beginning of the flank profile, preferably the second section, at the first edge in the primary direction. In other words: the course of the edges is initially directed in the direction of the center of the metal layer and then curves in the direction of the second edge on the upper side of the ceramic element.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Trä gersubstrats gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Flanken verlauf bevorzugt durch ein Ätzschritt, insbesondere einen einzigen Ätzschritt her gestellt wird. Alle für das Trägersubstrat beschriebenen Merkmale und deren Vor teile lassen sich analog auf das Verfahren übertragen und andersrum. A further aspect of the invention relates to a method for producing a carrier substrate according to one of the preceding claims, wherein the profile of the flanks is preferably produced by an etching step, in particular a single etching step. All the features described for the carrier substrate and their advantages can be transferred analogously to the process and vice versa.
Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass zum Ätzen eine Maskierung mit ei nem streifenförmigen Maskierungsabschnitt oberhalb des späteren Flankenver- laufs verwendet wird. Es ist dabei möglich den gewünschten Flankenverlauf be triebssicher und zuverlässig zu realisieren. Der Fachmann wird dabei den streifen förmigen Maskierungsabschnitt derart platzieren und dimensionieren, dass sich der anspruchsgemäße Flankenverlauf einstellt. Der Verlauf des streifenförmigen Maskierungsabschnitts gibt somit den späteren Randverlauf des strukturierten Me tallabschnitts vor. Furthermore, it is preferably provided that for etching a masking with a strip-shaped masking section above the subsequent edge running. It is possible to implement the desired edge profile in an operationally safe and reliable manner. The person skilled in the art will place and dimension the strip-shaped masking section in such a way that the edge course as claimed is established. The course of the strip-shaped masking section thus specifies the subsequent edge course of the structured metal section.
Zur Anbindung von Metall und Keramik, wird vorzugsweise die Metallschicht an die Isolierschicht mittels eines AMB-Verfahrens und/oder ein DCB-Verfahren stoff schlüssig angebunden. To connect metal and ceramic, the metal layer is preferably bonded to the insulating layer by means of an AMB process and/or a DCB process.
Unter einem „DCB-Verfahren” (Direct-Copper-Bond-Technology) oder einem „DAB-Verfahren” (Direct-Aluminium-Bond-Technology) versteht der Fachmann ein solches Verfahren, das beispielsweise zum Verbinden von Metallschichten oder - blechen (z. B. Kupferblechen oder -folien oder Aluminiumblechen oder -folien) miteinander und/oder mit Keramik oder Keramikschichten dient, und zwar unter Verwendung von Metall- bzw. Kupferblechen oder Metall- bzw. Kupferfolien, die an ihren Oberflächenseiten eine Schicht oder einen Überzug (Aufschmelzschicht), aufweisen. Bei diesem beispielsweise in der US 3 744 120 A oder in der DE23 19 854 C2 beschriebenen Verfahren bildet diese Schicht oder dieser Überzug (Auf schmelzschicht) ein Eutektikum mit einer Schmelztemperatur unter der Schmelz temperatur des Metalls (z. B. Kupfers), so dass durch Auflegen der Folie auf die Keramik und durch Erhitzen sämtlicher Schichten diese miteinander verbunden werden können, und zwar durch Aufschmelzen des Metalls bzw. Kupfers im We sentlichen nur im Bereich der Aufschmelzschicht bzw. Oxidschicht. The person skilled in the art understands a “DCB method” (Direct Copper Bond Technology) or a “DAB method” (Direct Aluminum Bond Technology) to mean such a method which is used, for example, for connecting metal layers or sheets (e.g . B. copper sheets or foils or aluminum sheets or foils) together and/or with ceramics or ceramic layers, namely using metal or copper sheets or metal or copper foils which have a layer or coating ( Reflow layer), have. In this method, which is described for example in US Pat. No. 3,744,120 A or in DE23 19 854 C2, this layer or this coating (melting layer) forms a eutectic with a melting temperature below the melting temperature of the metal (e.g. copper), so that by placing the foil on the ceramic and by heating all the layers, these can be connected to one another, specifically by melting the metal or copper essentially only in the area of the melting layer or oxide layer.
Insbesondere weist das DCB-Verfahren dann z. B. folgende Verfahrensschritte auf: In particular, the DCB method then z. B. the following process steps:
Oxidieren einer Kupferfolie derart, dass sich eine gleichmäßige Kupfer oxidschicht ergibt; Auflegen des Kupferfolie auf die Keramikschicht; oxidizing a copper foil in such a way that a uniform copper oxide layer results; laying the copper foil on the ceramic layer;
• Erhitzen des Verbundes auf eine Prozesstemperatur zwischen etwa 1025 bis 1083°C, z. B. auf ca. 1071 °C; • Heating the composite to a process temperature between about 1025 to 1083°C, e.g. B. to about 1071 ° C;
• Abkühlen auf Raumtemperatur. • Cool down to room temperature.
Unter einem Aktivlot-Verfahren z. B. zum Verbinden von Metallschichten oder Me tallfolien, insbesondere auch von Kupferschichten oder Kupferfolien mit Keramik material ist ein Verfahren zu verstehen, welches speziell auch zum Herstellen von Metall-Keramik-Substraten verwendet wird, wird bei einer Temperatur zwischen ca.650-1000°C eine Verbindung zwischen einer Metallfolie, beispielsweise Kup ferfolie, und einem Keramiksubstrat, beispielsweise Aluminiumnitrid-Keramik, un ter Verwendung eines Hartlots hergestellt, welches zusätzlich zu einer Hauptkom ponente wie Kupfer, Silber und/oder Gold auch ein Aktivmetall enthält. Dieses Ak tivmetall, welches beispielsweise wenigstens ein Element der Gruppe Hf, Ti, Zr,Under an active solder process z. B. for connecting metal layers or metal foils, in particular copper layers or copper foils with ceramic material, a method is to be understood, which is also used specifically for the production of metal-ceramic substrates, at a temperature between approx. 650-1000° C a connection between a metal foil, such as copper foil, and a ceramic substrate, such as aluminum nitride ceramic, produced un ter using a hard solder, which in addition to a Hauptkom component such as copper, silver and / or gold also contains an active metal. This active metal, which for example contains at least one element from the group Hf, Ti, Zr,
Nb, Ce ist, stellt durch chemische Reaktion eine Verbindung zwischen dem Lot und der Keramik her, während die Verbindung zwischen dem Lot und dem Metall eine metallische Hartlöt-Verbindung ist. Alternativ ist zur Anbindung auch ein Dick schichtverfahren vorstellbar. Nb, Ce is, makes a connection between the solder and the ceramic by chemical reaction, while the connection between the solder and the metal is a metallic brazing connection. Alternatively, a thick layer process is also conceivable for connection.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Metallschicht mittels eines DCB-Verfahrens oder einem DAB-Verfahren an die Isolationsschicht angebunden wird. Es hat sich überraschender Weise herausgestellt, dass eine besonders große Verbesserung in Hinblick auf die Temperaturwechselbeständigkeit erzielen lässt, wenn die Me tallschicht mittels eine DCB-Verfahrens an die Isolationsschicht angebunden wird. Provision is preferably made for the metal layer to be connected to the insulation layer by means of a DCB method or a DAB method. Surprisingly, it has been found that a particularly large improvement in terms of thermal shock resistance can be achieved if the metal layer is bonded to the insulating layer using a DCB method.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Trägersubstrat, insbesondere eines erfindungsgemäß Metall- Keramik-Substrates, vorgesehen, umfassend: According to a further aspect of the present invention, a method for producing a carrier substrate, in particular a metal-ceramic substrate according to the invention, is provided, comprising:
- Bereitstellen mindestens einer Metallschicht und eine Isolationsschicht, insbe sondere eines Keramikelements, eines Glaselements, eines Glaskeramikelements und/oder eines hochtemperaturbeständiges Kunststoffelements, wobei sich die mindestens eine Metallschicht und die Isolationsschicht entlang einer Haupter streckungsebene erstrecken, - Providing at least one metal layer and one insulating layer, in particular a special ceramic element, a glass element, a glass ceramic element and/or a high-temperature-resistant plastic element, the at least one metal layer and the insulation layer extending along a main extension plane,
- Anordnen der mindestens einen Metallschicht und der Isolationsschicht in einer senkrecht zur Haupterstreckungsebene verlaufenden Stapelrichtung übereinan der, wobei zwischen der mindestens einen Metallschicht und der Isolationsschicht eine Aktivmetallschicht angeordnet wird, und - arranging the at least one metal layer and the insulating layer in a stacking direction perpendicular to the main plane of extent, one above the other, an active metal layer being arranged between the at least one metal layer and the insulating layer, and
- Anbinden der mindestens einen Metallschicht an die Isolationsschicht über die Aktivmetallschicht unter Ausbildung einer Bindungsschicht zwischen der mindes tens einen Metallschicht und der Isolationsschicht. Alle für das Metall-Keramik- Substrat bzw. die Metall-Keramik-Substrate beschriebenen Vorteile und Eigen schaften lassen sich analog auf das Verfahren übertragen und andersrum. - Connecting the at least one metal layer to the insulation layer via the active metal layer, forming a bonding layer between the at least one metal layer and the insulation layer. All the advantages and properties described for the metal-ceramic substrate or the metal-ceramic substrates can be transferred analogously to the process and vice versa.
Insbesondere lassen sich mit dem angegebenen Verfahren die Flächenwider stände realisieren, die größer sind als 5 Ohm/sq, bevorzugt größer als 10 Ohm/sq und besonders bevorzugt größer als 20 Ohm/sq. Schließlich ist es durch das be schriebene Verfahren möglich, derart dünne und homogen dicke Bindungsschich ten zu realisieren, die eine technisch sinnvolle Verbindung zwischen Keramikele ment und Metallschicht realisieren und die besagten Flächenwiderstände aufwei sen. In particular, surface resistances that are greater than 5 ohms/sq, preferably greater than 10 ohms/sq and particularly preferably greater than 20 ohms/sq can be realized with the specified method. Finally, the method described makes it possible to realize such thin and homogeneously thick bonding layers that realize a technically sensible connection between the ceramic element and the metal layer and exhibit the said surface resistances.
Insbesondere ist es durch die Nutzung einer separat ausgeführten Aktivmetall schicht möglich, diese vergleichsweise dünn auszugestalten, wodurch die an spruchsgemäßen vergleichsweise dünnen Dicken der Bindungsschicht realisierbar sind, insbesondere gemittelt über verschiedenen Messerwerte innerhalb der fest gelegten Fläche bzw. Flächen. Beispiele für ein Aktivmetall sind Titan (Ti), Zirko nium (Zr), Hafnium (Hf), Chrom (Cr), Niob (Nb), Cer (Ce), Tantal (Ta), Magnesium (Mg), Lanthan (La) und Vanadium (V). Hierbei ist darauf zu achten, dass die Me talle La, Ce, Ca und Mg leicht oxidieren können. Ferner wird angemerkt, dass die Elemente Cr, Mo und W keine klassischen Aktivmetalle sind, sich aber als Kon taktschicht zwischen S13N4 und der mindestens einem Metallschicht bzw. dem Lot system bzw. Lotmaterial eignen, da sie mit der mindestens einen Metallschicht, beispielsweise Kupfer, keine intermetallischen Phasen bilden und keine Randlös lichkeit haben. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass der Aktivmetallanteil in der Aktivmetall schicht größer ist als 15 Gew.-%, bevorzugt größer als Gew.- 20 % und besonders bevorzugt größer als 25 Gew.- %. In particular, the use of a separately executed active metal layer makes it possible to make this comparatively thin, whereby the comparatively thin thicknesses of the binding layer according to the claims can be realized, in particular averaged over various measured values within the specified area or areas. Examples of an active metal are titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), chromium (Cr), niobium (Nb), cerium (Ce), tantalum (Ta), magnesium (Mg), lanthanum (La) and vanadium (V). It should be noted that the metals La, Ce, Ca and Mg can easily oxidize. It is also noted that the elements Cr, Mo and W are not classic active metals, but are suitable as a contact layer between S13N4 and the at least one metal layer or the solder system or solder material, since they can be combined with the at least one metal layer, for example copper. do not form any intermetallic phases and have no marginal solubility. Provision is preferably made for the proportion of active metal in the active metal layer to be greater than 15% by weight, preferably greater than 20% by weight and particularly preferably greater than 25% by weight.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass in der angeordneten Aktivmetallschicht ein Anteil an nichtmetallischen Verunreinigungen kleiner ist als 0,1 Gew-%, bevorzugt kleiner als 0,05 Gew-% und besonders bevorzugt kleiner als 0,01 Gew-%. Durch die Minimierung von Verunreinigungen ist es in vorteilhafter weise möglich die Schichtdicke kleiner zu gestalten, da im Falle einer Verunreinigung nur ein Teil des vorhandenen Aktivmetalls zur Verbindung der mindestens einen Metallschicht mit der Isolationsschicht beitragen kann, während der Rest des Aktivmetalls durch die Verunreinigungen gebunden wird. Durch die entsprechende Sicherstellung ei nes vergleichsweise geringen Anteils an Verunreinigungen wird so eine effektivere Anbindung realisiert, die es gestattet, den Anteil des Aktivmetalls zu reduzieren, wodurch sich wiederrum die Bindungsschicht dünner gestalten lässt. Provision is preferably made for the proportion of non-metallic impurities in the arranged active metal layer to be less than 0.1% by weight, preferably less than 0.05% by weight and particularly preferably less than 0.01% by weight. By minimizing contamination, it is advantageously possible to make the layer thickness smaller, since in the event of contamination only part of the active metal present can contribute to the connection of the at least one metal layer to the insulating layer, while the rest of the active metal is bound by the contamination . By correspondingly ensuring a comparatively low proportion of impurities, a more effective connection is realized, which allows the proportion of active metal to be reduced, which in turn allows the bonding layer to be made thinner.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass eine Aktivmetallschicht verwendet wird, de ren Dicke zwischen 10 nm und 1000 nm liegt, bevorzugt zwischen 50 nm und 750 nm, besonders bevorzugt zwischen 100 und 500 nm. Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass das Aktivmetall mittels eines physikalischen und/oder chemi sches Gasphasenabscheidens auf der Isolationsschicht und/oder dem Lotbasis material, das vorzugsweise ebenfalls als Folie ausgebildet ist, aufgetragen wird. Beispielsweise ist es auch vorstellbar, dass das Aktivmetall zusammen mit dem Lotmaterial auf die gewünschte Dicke heruntergewalzt wird, um eine vergleichs weise dünne Bindungsschicht zwischen der mindestens einen Metallschicht und der Isolationsschicht auszubilden. It is preferably provided that an active metal layer is used whose thickness is between 10 nm and 1000 nm, preferably between 50 nm and 750 nm, particularly preferably between 100 and 500 nm. Furthermore, it is preferably provided that the active metal by means of a physical and/or chemical vapor deposition on the insulation layer and/or the solder base material, which is preferably also designed as a foil, is applied. For example, it is also conceivable that the active metal is rolled down to the desired thickness together with the soldering material in order to form a comparatively thin bonding layer between the at least one metal layer and the insulating layer.
Vorzugsweise wird eine Lotfolie verwendet, die kleiner ist als 20 pm, bevorzugt kleiner als 12 pm und besonders bevorzugt kleiner als 8 pm aufweist. Beispiels weise nimmt die Dicke der Lotschicht einen Wert zwischen 2 und 20 pm oder zwi- sehen 2 und 5 gm zwischen bevorzugt zwischen 8 und 15 gm und besonders be vorzugt zwischen 5 und 10 gm an. Weiterhin ist es vorstellbar, dass das Lotbasis material als Folie, als Paste, als eine durch physikalisches und/oder chemisches Abscheiden entstandene Schicht, und/oder als galvanisch gebildete Schicht be reitgestellt wird. A solder foil is preferably used which is smaller than 20 μm, preferably smaller than 12 μm and particularly preferably smaller than 8 μm. For example, the thickness of the solder layer has a value between 2 and 20 pm or between consider 2 and 5 gm between preferably between 8 and 15 gm and more preferably between 5 and 10 gm. Furthermore, it is conceivable that the solder base material is provided as a film, as a paste, as a layer created by physical and/or chemical deposition, and/or as a layer formed by electroplating.
Es ist auch vorstellbar, dass die Anbindung über die Aktivmetallschicht im Rah men eines heißisotropischen Pressens erfolgt. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass bei einem heißisostatischen Pressen der Metallbehälter in einer Heiz- und Druckvorrichtung einem Gasdruck zwischen 100 und 2000 bar, bevorzugt zwi schen 150 und 1200 bar und besonders bevorzugt zwischen 300 und 1000 bar und einer Prozesstemperatur von 300 °C bis zu einer Schmelztemperatur der min destens einen Metallschicht, insbesondere bis zu einer Temperatur unterhalt der Schmelztemperatur, ausgesetzt wird. Es hat sich in vorteilhafter weise herausge stellt, dass es so möglich ist, eine Metallschicht, d.h. ein erste und/oder zweite Me talllage des Metallbehälters, an das Keramikelement anzubinden, ohne die erfor derlichen Temperaturen eines Direktmetallanbindungsverfahrens, beispielsweise eines DCB- oder einem DAB-Verfahrens, und/oder ohne ein Lotbasismaterial, das beim Aktivlöten verwendet wird. Darüber hinaus gestattet das Nutzen bzw. die Verwendung eines entsprechenden Gasdrucks die Möglichkeit, möglichst lunker frei, d. h. ohne Gaseinschlüsse zwischen Metallschicht und Keramikelement ein Metall-Keramik-Substrat zu fertigen. Insbesondere finden Prozessparameter Ver wendung, die in der DE 2013 113734 A1 erwähnt werden und auf die hiermit ex plizit Bezug genommen wird. It is also conceivable that the connection via the active metal layer takes place as part of hot isotropic pressing. It is preferably provided that, during hot isostatic pressing of the metal containers in a heating and pressure device, a gas pressure of between 100 and 2000 bar, preferably between 150 and 1200 bar and particularly preferably between 300 and 1000 bar and a process temperature of 300° C. up to at least one metal layer is exposed to a melting temperature, in particular down to a temperature below the melting temperature. It has advantageously been found that it is possible in this way to bond a metal layer, i.e. a first and/or second metal layer of the metal container, to the ceramic element without the temperatures required for a direct metal bonding process, for example a DCB or a DAB -Process, and/or without a solder base material used in active soldering. In addition, the benefit or the use of a corresponding gas pressure allows the possibility of cavities free as possible, d. H. to produce a metal-ceramic substrate without gas inclusions between the metal layer and the ceramic element. In particular, process parameters are used that are mentioned in DE 2013 113734 A1 and to which explicit reference is hereby made.
Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass die mindestens eine Metallschicht und/oder die mindestens eine weitere Metallschicht mittels eines Aktivlotverfah rens und/oder eines heißisostatischen Pressens und/oder eines DCB-Verfahrens an die Isolationsschicht angebunden wird. Beispielsweise ist es vorgesehen, dass ein Verfahren zur Herstellung eines Metall-Keramik-Substrats vorgesehen ist, um fassend: Furthermore, it is preferably provided that the at least one metal layer and/or the at least one further metal layer is bonded to the insulation layer by means of an active soldering process and/or hot isostatic pressing and/or a DCB process. For example, it is provided that a method for producing a metal-ceramic substrate is provided, comprising:
- Bereitstellen einer Lötschicht, insbesondere in Form mindestens einer Lötfolie bzw. Hartlotfolie, - Beschichten der Isolationsschicht und/oder der mindestens einen Metallschicht und/oder der mindestens einen Lötschicht mit mindestens einer Aktivmetallschicht,- providing a soldering layer, in particular in the form of at least one soldering foil or brazing foil, - coating the insulation layer and/or the at least one metal layer and/or the at least one soldering layer with at least one active metal layer,
- Anordnen der mindestens einen Lötschicht zwischen der Isolationsschicht und der mindestens einen Metallschicht entlang einer Stapelrichtung unter Ausbildung eines Lötsystems, das die mindestens eine Lötschicht und die mindestens eine Aktivmetallschicht umfasst, wobei ein Lotmaterial der mindestens einen Lötschicht vorzugsweise frei von einem schmelzpunkterniedrigenden Material bzw. von ei nem phosphorfreien Material ist, und - arranging the at least one soldering layer between the insulation layer and the at least one metal layer along a stacking direction to form a soldering system which comprises the at least one soldering layer and the at least one active metal layer, wherein a soldering material of the at least one soldering layer is preferably free of a material that lowers the melting point or of is a phosphorus-free material, and
- Anbinden der mindestens einen Metallschicht an die mindestens eine Keramik schicht über das Lötsystem mittels eines Aktivlotverfahrens. - Binding the at least one metal layer to the at least one ceramic layer via the soldering system by means of an active soldering process.
Insbesondere ist dabei ein mehrschichtiges Lötsystem aus mindestens einer Löt schicht, vorzugsweise frei von schmelzpunkterniedrigenden Elementen, beson ders bevorzugt aus einer phosphorfreien Lötschicht, und mindestens einer Aktiv metallschicht, vorgesehen. Die Separation der mindestens einen Aktivmetall schicht und der mindestens einen Lötschicht erweist sich insbesondere deswegen als vorteilhaft, weil dadurch vergleichsweise dünne Lötschichten realisierbar sind, insbesondere wenn es sich bei der Lötschicht um eine Folie handelt. Für aktivme tallhaltige Lötmaterialien müssen andernfalls vergleichsweise große Lötschichtdi cken wegen der spröden intermetallischen Phasen bzw. des hohen E-Moduls und hoher Streckgrenze der gängigen Aktivmetalle und deren intermetallischen Phasen, die die Umformung der Lötpaste bzw. Lötschicht behindern, realisiert werden, wodurch die minimale Schichtdicke durch die Fertigungseigenschaften des aktivmetallhaltigen Lötmaterials begrenzt wird. Entsprechend bestimmt für ak tivmetallhaltige Lötschichten nicht die für das Fügeverfahren erforderliche Mindest dicke die minimale Lötschichtdicke der Lötschicht, sondern die für die technisch realisierbare minimale Schichtdicke der Lötschicht bestimmt die minimale Löt schichtdicke der Lötschicht. Dadurch ist diese dickere, aktivmetallhaltige Löt schicht teurer als dünne Schichten. Unter phosphorfrei versteht der Fachmann ins besondere, dass der Anteil an Phosphor in der Lötschicht kleiner ist als 150 ppm, kleiner als 100 ppm und besonders bevorzugt kleiner als 50 ppm. Der Ausdruck im Wesentlichen bedeutet im Sinne der Erfindung Abweichungen vom jeweils exakten Wert um +/- 15 %, bevorzugt um +/- 10 % und besonders be vorzugt um +/- 5 % und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbe deutenden Änderungen. In particular, a multilayer soldering system consisting of at least one soldering layer, preferably free of elements that lower the melting point, particularly preferably a phosphorus-free soldering layer, and at least one active metal layer is provided. The separation of the at least one active metal layer and the at least one soldering layer proves to be advantageous in particular because comparatively thin soldering layers can be realized as a result, especially when the soldering layer is a foil. Otherwise, for soldering materials containing active metal, comparatively large solder layer thicknesses must be realized because of the brittle intermetallic phases or the high modulus of elasticity and high yield point of the common active metals and their intermetallic phases, which hinder the forming of the solder paste or solder layer, which means the minimum layer thickness is limited by the manufacturing properties of the solder material containing active metal. Correspondingly, for solder layers containing active metal, it is not the minimum thickness required for the joining process that determines the minimum solder layer thickness of the solder layer, but rather the minimum layer thickness of the solder layer that is technically feasible determines the minimum solder layer thickness of the solder layer. As a result, this thicker solder layer containing active metal is more expensive than thin layers. The person skilled in the art understands by phosphorus-free in particular that the proportion of phosphorus in the soldering layer is less than 150 ppm, less than 100 ppm and particularly preferably less than 50 ppm. In the context of the invention, the expression essentially means deviations from the exact value in each case by +/-15%, preferably by +/-10% and particularly preferably by +/-5% and/or deviations in the form of insignificant for the function changes.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gegenstands mit Bezug auf die beigefügten Figuren. Einzelne Merkmale der einzelnen Ausführungsformen können dabei im Rahmen der Erfindung miteinander kombiniert werden. Further advantages and features emerge from the following description of preferred embodiments of the subject according to the invention with reference to the attached figures. Individual features of the individual embodiments can be combined with one another within the scope of the invention.
Es zeigt: It shows:
Fig.1 : schematische Darstellung eines Trägersubstrats gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung, 1: schematic representation of a carrier substrate according to a first preferred embodiment of the present inventions,
Fig. 2 schematische Darstellung eines Trägersubstrats gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung Fig. 2 schematic representation of a carrier substrate according to a second preferred embodiment of the present inventions
Fig. 3 schematische Darstellung eines T rägersubstrats gemäß einer drit ten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und 3 shows a schematic representation of a carrier substrate according to a third preferred embodiment of the present invention and
Fig.4 schematische Darstellung eines Trägersubstrats gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4 schematic representation of a carrier substrate according to a fourth preferred embodiment of the present invention.
In Figur 1 ist ein Trägersubstrat 1 gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungs form der vorliegenden Erfindung dargestellt. Solche Trägersubstrate 1 dienen vor zugsweise als Träger von elektronischen bzw. elektrischen Bauteile, die an das Trägersubstrat 1 anbindbar sind. Wesentliche Bestandteile eines solchen Trä gersubstrats 1 sind eine sich entlang einer Flaupterstreckungsebene FISE erstre ckende Isolationsschicht 11 und eine an der Isolationsschicht 11 angebundene Metallschicht 12. Die Isolationsschicht 11 ist aus mindestens einem eine Keramik umfassenden Material gefertigt. Die Metallschicht 12 und die Isolationsschicht 11 sind dabei entlang einer senkrecht zur Haupterstreckungsebene HSE verlaufen den Stapelrichtung S übereinander angeordnet und über eine Anbindungsfläche 25 miteinander stoffschlüssig verbunden. Im gefertigten Zustand ist die Metall schicht 12 zur Bildung von Leiterbahnen oder Anbindungsstellen für die elektri schen Bauteile strukturiert. Beispielsweise wird diese Strukturierung in die Metall schicht 12 eingeätzt. Im Vorfeld muss allerdings eine dauerhafte Bindung, insbe sondere stoffschlüssige Anbindung, zwischen der Metallschicht 12 und der Isolati onsschicht 11 gebildet werden. FIG. 1 shows a carrier substrate 1 according to a first preferred embodiment of the present invention. Such carrier substrates 1 preferably serve as carriers for electronic or electrical components that can be connected to the carrier substrate 1 . Essential components of such a carrier substrate 1 are an insulation layer 11 extending along a Flaupter extension plane FISE and a metal layer 12 bonded to the insulation layer 11. The insulation layer 11 consists of at least one ceramic comprehensive material produced. The metal layer 12 and the insulation layer 11 are arranged one above the other along a stacking direction S running perpendicularly to the main extension plane HSE and are connected to one another in a materially bonded manner via a connection surface 25 . In the finished state, the metal layer 12 is structured to form conductor tracks or connection points for the electrical components. For example, this structure is etched into the metal layer 12 . In advance, however, a permanent bond, in particular a materially bonded connection, must be formed between the metal layer 12 and the insulating layer 11 .
Um die Metallschicht 12 dauerhaft an die Isolationsschicht 11 anzubinden, um fasst eine Anlage zur Herstellung des Trägersubstrats, insbesondere in einem SFB (Super - Flat - Bonding) -Anbindungsverfahren, beispielsweise einen Ofen, in dem ein bereitgestellter Vorverbund aus Metall und Keramik erhitzt wird und so die Bindung erzielt wird. Beispielsweise handelt es sich bei der Metallschicht 12 um eine aus Kupfer gefertigte Metallschicht 12, wobei die Metallschicht 12 und die Isolationsschicht 11 mittels eines DCB (Direct-Copper-Bonding)-Anbindungsver- fahren miteinander stoffschlüssig verbunden werden. Alternativ lässt sich die Me tallschicht 12 an die Keramikschicht 11 über ein Aktivlötverfahren anbinden. In order to permanently bond the metal layer 12 to the insulation layer 11, a system for producing the carrier substrate, in particular in an SFB (super flat bonding) bonding method, includes, for example, an oven in which a pre-composite made of metal and ceramic is heated and so the binding is achieved. For example, the metal layer 12 is a metal layer 12 made of copper, the metal layer 12 and the insulating layer 11 being connected to one another in a materially bonded manner by means of a DCB (direct copper bonding) connection method. Alternatively, the metal layer 12 can be connected to the ceramic layer 11 via an active soldering process.
Insbesondere weist die Metallschicht 12 eine der Keramikschicht 11 abgewandte Oberseite 31 und eine der Keramikschicht 11 zugewandte Unterseite 32 auf. Die Oberseite 31 der Metallschicht 12 umfasst dabei eine Nutzfläche 17, auf der ins besondere elektrische oder elektronische Bauteile montierbar sind. Die Oberseite 31 wird in eine parallel zur Haupterstreckungsebene HSE verlaufende Richtung durch eine erste Kante 15 begrenzt, während die Unterseite 32 der Metallschicht 12 über die Anbindungsfläche 25 stoffschlüssig mit der Keramikschicht 11 verbun den ist. Die Anbindungsfläche 25 wird in einer parallel zur Haupterstreckungs ebene HSE verlaufenden Richtung durch eine zweite Kante 16 nach außen hin begrenzt. Dabei liegen die erste Kante 15 und die zweite Kante 16 in einer senk recht zur Haupterstreckungsebene HSE verlaufenden Stapelrichtung S gesehen nicht deckungsgleich übereinander, sondern sind entlang einer Primärrichtung P zueinander versetzt. Die Primärrichtung P verläuft insbesondere von einem Zent ralbereich der Metallschicht 12, in dem beispielsweise die Nutzfläche 17 vorgese hen ist, nach außen zu einem Bereich des Trägersubstrats 1, der metallfrei ist, d. h. einem Bereich, in dem im Wesentlichen die Keramikschicht die Außenseite des Trägersubstrats 1 bildet. Die erste Kante 15 ist mit der zweiten Kante 16 durch ei nen sich entlang der Primärrichtung P erstreckenden Flankenverlauf 2 verbunden. Beispielsweise wird der Flankenverlauf 2 durch einen Ätzprozess, insbesondere durch einen einmaligen Ätzschritt, hergestellt. Der Flankenverlauf 2 bildet im Be reich zwischen der ersten Kante 15 und der zweiten Kante 16 insbesondere in ei nem senkrecht zur Flaupterstreckungsebene FISE verlaufenden Querschnitt be trachtet die Außenseite der Metallschicht 12. In particular, the metal layer 12 has a top side 31 facing away from the ceramic layer 11 and a bottom side 32 facing the ceramic layer 11 . The upper side 31 of the metal layer 12 comprises a useful surface 17 on which electrical or electronic components in particular can be mounted. The upper side 31 is delimited by a first edge 15 in a direction running parallel to the main extension plane HSE, while the lower side 32 of the metal layer 12 is bonded to the ceramic layer 11 via the connection surface 25 . The connection surface 25 is delimited outwards by a second edge 16 in a direction running parallel to the main extension plane HSE. The first edge 15 and the second edge 16 do not lie congruently one on top of the other, seen in a stacking direction S running perpendicular to the main plane of extension HSE, but are along a primary direction P offset to each other. The primary direction P runs in particular from a central area of the metal layer 12, in which the usable area 17 is provided, for example, outwards to an area of the carrier substrate 1 that is metal-free, ie an area in which the ceramic layer essentially covers the outside of the carrier substrate 1 forms. The first edge 15 is connected to the second edge 16 by a flank profile 2 extending along the primary direction P. For example, the flank course 2 is produced by an etching process, in particular by a single etching step. The course of the flanks 2 forms the outside of the metal layer 12 in the region between the first edge 15 and the second edge 16, in particular in a cross section running perpendicular to the flap extension plane FISE.
Zur Verbesserung der Temperaturwechselbeständigkeit ist es vorgesehen, dass der Flankenverlauf 2 zwischen der ersten Kante 15 und der zweiten Kante 16 min destens ein lokales Maximum 21 und mindestens eine lokales Minimum 22 auf weist. Dabei liegt das lokale Minimum 22 in Primärrichtung P gesehen vorzugs weise zwischen der erste Kante 15 und dem lokalen Maximum 21. In order to improve the thermal shock resistance, provision is made for the flank profile 2 to have at least one local maximum 21 and at least one local minimum 22 between the first edge 15 and the second edge 16 . Viewed in the primary direction P, the local minimum 22 is preferably between the first edge 15 and the local maximum 21.
Insbesondere hat es sich herausgestellt, dass es sich für die Temperaturwechsel beständigkeit als vorteilhaft erweist, wenn der Flankenverlauf 2 mindestens einen ersten Abschnitt A1 mit einem geradlinigen Verlauf und mindestens einen zweiten Abschnitt A2 mit einem gekrümmten Verlauf aufweist. In dem in Figur 1 dargestell ten Ausführungsbeispiel ist genau ein erster Abschnitt A1 und genau ein zweiter Abschnitt A2 ausgebildet. Dabei grenzt der erste Abschnitt A1 direkt an den zwei ten Abschnitt A2 an. Vorzugsweise erstreckt sich der erste Abschnitt A1 mit dem geradlinigen Verlaufe zwischen der zweiten Kante 16 und dem lokalen Maximum 21. In particular, it has been found that it is advantageous for the thermal shock resistance if the flank profile 2 has at least one first section A1 with a straight profile and at least one second section A2 with a curved profile. In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, exactly one first section A1 and exactly one second section A2 are formed. The first section A1 is directly adjacent to the second section A2. The first section A1 preferably extends in a straight line between the second edge 16 and the local maximum 21.
Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Metallschicht 12 im Zentralbereich, das heißt insbesondere im Bereich der Nutzfläche 17, eine erste Dicke D1 und im lo kalen Maximum 21 eine zweite Dicke D2 aufweist, wobei die erste Dicke D1 grö ßer als die zweite Dicke D2 ist. Vorzugsweise nimmt ein Verhältnis der zweiten Di- cke D2 zu der ersten Dicke D1 einen Wert an, der kleiner als 0,55, bevorzugt klei ner als 0,45 und besonders bevorzugt kleiner als 0,35 ist. Mit anderen Worten: der Flankenverlauf 2 weist eine zusätzliche Auswölbung oder Erhebung, beispiels weise in Form einer hügel- oder wulstartigen Erhebung. In particular, it is provided that the metal layer 12 has a first thickness D1 in the central area, ie in particular in the area of the effective surface 17, and a second thickness D2 in the local maximum 21, the first thickness D1 being greater than the second thickness D2 . Preferably, a ratio of the second di- Attach D2 to the first thickness D1 a value that is less than 0.55, preferably less than 0.45 and particularly preferably less than 0.35. In other words: the course of the flanks 2 has an additional bulge or elevation, for example in the form of a hill or bulge-like elevation.
Weiterhin ist es vorgesehen, dass sich der Flankenverlauf 2 in Primärrichtung P gemessen über eine erste Länge L1 erstreckt, wobei ein Verhältnis zwischen der ersten Länge L1 zur ersten Dicke D1 einen Wert zwischen 0,5 und 2,5, bevorzugt zwischen 0,8 und 2,2 und besonders bevorzugt zwischen 1,1 und 1 ,9 annimmt. Provision is also made for the flank course 2 to extend over a first length L1 measured in the primary direction P, with a ratio between the first length L1 and the first thickness D1 being between 0.5 and 2.5, preferably between 0.8 and 2.2 and particularly preferably between 1.1 and 1.9.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Metallschicht 12 im lokalen Minimum 22 eine dritte Dicke D3 aufweist, wobei ein Verhältnis der dritten Dicke D3 zur zwei ten Dicke D2 einen Wert zwischen 0,1 und 1 , bevorzugt zwischen 0,3 und 0,95 und besonders bevorzugt zwischen 0,5 und 0,9 annimmt. In Figur 1 sind des Wei teren eine gedachte geradlinige erste Verbindungslinie V1 und eine gedachte ge radlinige zweite Verbindungslinie V2 eingezeichnet. Die zweite VerbindungslinieV2 verläuft dabei entlang des geradlinigen Verlaufs des ersten Abschnitts A1. Die erste Verbindungslinie V1 durchläuft die erste Kante 15 und die zweite Kante 16 und ist gegenüber der Anbindungsfläche 25 um einen ersten Winkel W1 geneigt, während die zweite Verbindungslinie V2 durch die zweite Kante 16 und das lokale Maximum 21 verläuft. Dabei ist die zweite Verbindungslinie V2 gegenüber der An bindungsfläche 25 um einen zweiten Winkel W2 geneigt. Vorzugsweise ist es vor gesehen, dass der zweite Winkel W2 größer ist als der erste Winkel W1. Bei spielsweise nimmt das Verhältnis des zweiten Winkels W2 zum ersten Winkel W1 einen Wert zwischen 0,5 und 2, bevorzugt zwischen0,6 und 1 ,6 oder besonders bevorzugt von etwa 0,7 und 1 ,2 an. Insbesondere nimmt der zweite Winkel W2 ein Wert an, der größer ist als 20° bzw. bevorzugt zwischen 20° und 50° und beson ders bevorzugt zwischen 25° und 40° liegt. It is particularly preferred if the metal layer 12 has a third thickness D3 in the local minimum 22, with a ratio of the third thickness D3 to the second thickness D2 having a value between 0.1 and 1, preferably between 0.3 and 0.95 more preferably between 0.5 and 0.9. FIG. 1 also shows an imaginary straight first connecting line V1 and an imaginary straight second connecting line V2. The second connecting line V2 runs along the straight course of the first section A1. The first connecting line V1 runs through the first edge 15 and the second edge 16 and is inclined by a first angle W1 with respect to the connection surface 25 , while the second connecting line V2 runs through the second edge 16 and the local maximum 21 . In this case, the second connecting line V2 is inclined by a second angle W2 relative to the connecting surface 25 . It is preferably provided that the second angle W2 is larger than the first angle W1. For example, the ratio of the second angle W2 to the first angle W1 assumes a value between 0.5 and 2, preferably between 0.6 and 1.6 or particularly preferably about 0.7 and 1.2. In particular, the second angle W2 assumes a value that is greater than 20° or preferably between 20° and 50° and particularly preferably between 25° and 40°.
Ferner ist es vorgesehen, dass sich der Flankenverlauf 2 von der zweiten Kante 16 an der Unterseite 32 bis zum lokalen Maximum 21 über eine zweite Länge L2 erstreckt, wobei eine Verhältnis zwischen der zweiten Länge L2 zur ersten Länge L1 eine Wert zwischen 0,2 und 0,7, bevorzugt zwischen 0,25 und 0,6, und beson ders bevorzugt zwischen 0,3 und 0,5 annimmt. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass ein Verhältnis zwischen der zweiten Dicke D2 zur ersten Länge L1 einen Wert zwischen 0,05 und 0,5, bevorzugt zwischen 0,08 und 0,4 und besonders be vorzugt zwischen 0,1 und 0,3 oder sogar 0,23 annimmt. Provision is also made for the flank profile 2 to extend over a second length L2 from the second edge 16 on the underside 32 to the local maximum 21, with a ratio between the second length L2 and the first length L1 assumes a value between 0.2 and 0.7, preferably between 0.25 and 0.6, and more preferably between 0.3 and 0.5. It is preferably provided that a ratio between the second thickness D2 and the first length L1 has a value between 0.05 and 0.5, preferably between 0.08 and 0.4 and particularly preferably between 0.1 and 0.3 or even assumes 0.23.
Weiterhin ist es vorgesehen, dass sich der erste Abschnitt A1 in Primärrichtung P bemessen über die zweite Länge L2 erstreckt und der zweite Abschnitt A2 über eine vierte Länge L4, wobei ein Verhältnis der vierten Länge L4 zur zweiten Länge L2 einen Wert zwischen 0,25 und 0,75, bevorzugt zwischen 0,4 und 0,6 und be sonders bevorzugt zwischen 0,45 und 0,55 annimmt. It is also provided that the first section A1 extends over the second length L2, measured in the primary direction P, and the second section A2 over a fourth length L4, with a ratio of the fourth length L4 to the second length L2 having a value between 0.25 and 0.75, preferably between 0.4 and 0.6 and most preferably between 0.45 and 0.55.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist zudem die erste Dicke D1 zwischen 0,2 und 1 mm dick, bevorzugt zwischen 0,25 und 0,8 mm, und beson ders bevorzugt zwischen 0,3 und 0,6 mm. In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, the first thickness D1 is also between 0.2 and 1 mm thick, preferably between 0.25 and 0.8 mm, and particularly preferably between 0.3 and 0.6 mm.
In Figur 2 ist schematisch ein Trägersubstrat 1 gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Dabei entspricht die Aus führungsform im Wesentlichen derjenigen aus Figur 1 und unterscheidet sich nur dahingehend, dass die erste Dicke D1 einen Wert zwischen 0,4 und 2,5 mm, be vorzugt zwischen 0,5 und 2 mm, und besonders bevorzugt zwischen 0,6 und 1 ,5 mm aufweist. Mit anderen Worten: gegenüber der Ausführungsform aus Figur 1 handelt es sich hier um eine vergleichsweise dicke Metallschicht 12 im Zentralbe reich. Vorzugsweise nimmt ein Verhältnis der zweiten Dicke D2 zu der ersten Di cke D1 hier einen Wert zwischen 0,01 und 0,5, bevorzugt zwischen 0,05 und 0,4, und besonders bevorzugt zwischen 0, 07 und 0,3 an. Vorzugsweise ist es vorge sehen, dass ein Verhältnis des zweiten Winkels W2 zum ersten Winkel W1 kleiner als 0,8, bevorzugt kleiner als 0,7, und besonders bevorzugt kleiner als 0,6 ist. FIG. 2 shows a carrier substrate 1 according to a second preferred embodiment of the present invention. The embodiment essentially corresponds to that from FIG. 1 and differs only in that the first thickness D1 has a value between 0.4 and 2.5 mm, preferably between 0.5 and 2 mm, and particularly preferably between 0 6 and 1.5 mm. In other words: compared to the embodiment from FIG. 1, this is a comparatively thick metal layer 12 in the central area. A ratio of the second thickness D2 to the first thickness D1 preferably assumes a value between 0.01 and 0.5, preferably between 0.05 and 0.4, and particularly preferably between 0.07 and 0.3. It is preferably provided that a ratio of the second angle W2 to the first angle W1 is less than 0.8, preferably less than 0.7, and particularly preferably less than 0.6.
In Figur 3 ist schematisch ein Trägersubstrat 1 gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei der Flankenverlauf 2 mehrere lokale Maxima 21 und mehrere lokale Minima 22 aufweist. Dabei weist die Metallschicht 12 in den jeweiligen lokalen Maxima 21 und lokalen Minima 22 jeweils dieselbe Dicke auf. Es ist allerdings auch vorstellbar, dass die Metall schicht 12 in den unterschiedlichen lokalen Maxima 21 und/oder lokalen Minima 22 unterschiedliche Dicken aufweist. Insbesondere weist die Ausführungsform aus der Figur 3 zwischen dem lokalen Maximum 21 und der ersten Kante 15 mehrere zweite Abschnitte A2 auf. A carrier substrate 1 according to a fourth preferred embodiment of the present invention is shown schematically in FIG. The metal layer 12 has in the respective local maxima 21 and local minima 22 each have the same thickness. However, it is also conceivable for the metal layer 12 to have different thicknesses in the different local maxima 21 and/or local minima 22 . In particular, the embodiment from FIG. 3 has a plurality of second sections A2 between the local maximum 21 and the first edge 15 .
In Figur 4 ist schematisch ein Trägersubstrat 1 gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Insbesondere zeichnet sich die Ausführungsform in Figur 4 dadurch aus, dass statt eines geradlinigen Verlaufs im ersten Abschnitt A1 ein konvex gekrümmter erster Abschnitt A1 aus geprägt ist. Somit umfasst der Flankenverlauf in Primärrichtung P gesehen min destens einen ersten Abschnitt A1 mit einem konvex gekrümmten Verlauf und mindestens einem zweiten Abschnitt A2 mit einem konkav gekrümmten Verlauf. Dabei ist vorzugsweise der erste Abschnitt A1 unmittelbar angrenzend an der zweiten Kante 16 angeordnet und insbesondere der zweite Abschnitt A2 unmittel bar angrenzend an die ersten Kante 15 angrenzend angeordnet. Zwischen dem ersten Abschnitt A1 und dem zweiten Abschnitt A2 kann ein geradlinig verlaufen der dritter Abschnitt ausgebildet sein. In einer beispielhaften Ausführungsform be steht der Kantenverlauf aus dem ersten Abschnitt A1 , dem zweiten Abschnitt A2 und dem dritten Abschnitt A3. FIG. 4 shows a carrier substrate 1 according to a third preferred embodiment of the present invention. In particular, the embodiment in FIG. 4 is characterized in that instead of a straight course in the first section A1, a convexly curved first section A1 is embossed. Thus, seen in the primary direction P, the flank profile comprises at least one first section A1 with a convexly curved profile and at least one second section A2 with a concavely curved profile. The first section A1 is preferably arranged directly adjacent to the second edge 16 and in particular the second section A2 is arranged directly adjacent to the first edge 15 . A third section running in a straight line can be formed between the first section A1 and the second section A2. In an exemplary embodiment, the course of the edges consists of the first section A1, the second section A2 and the third section A3.
Ferner ist es vorgesehen, dass der konvexe Verlauf im ersten Abschnitt A1 einen ersten Krümmungsradius R1 und/oder der konkave Verlauf im zweiten Abschnitt A2 einen zweiten Krümmungsradius R2 aufweist. Vorzugsweise ist es dabei vor gesehen, dass der erste Krümmungsradius R1 größer ist als 200 pm, bevorzugt größer als 400 pm und besonders bevorzugt größer als 1000 pm und/oder sogar größer als 5000 pm. Ferner ist es dabei vorgesehen, dass der zweite Krümmungs radius R2 einen Wert zwischen 100 pm und 1000 pm, vorzugsweise einen Wert zwischen 150 und 700 pm und besonders bevorzugt einen Wert zwischen 180 und 500 pm annimmt. Besonders bevorzugt ist es vorgesehen, dass ein Verhältnis des ersten Krüm mungsradius R1 zum zweiten Krümmungsradius R2 einen Wert annimmt, der grö ßer ist als 0,8, bevorzugt größer als 2 und besonders bevorzugt größer als 0,6 o- der als 10. Furthermore, it is provided that the convex profile in the first section A1 has a first radius of curvature R1 and/or the concave profile in the second section A2 has a second radius of curvature R2. It is preferably provided that the first radius of curvature R1 is greater than 200 μm, preferably greater than 400 μm and particularly preferably greater than 1000 μm and/or even greater than 5000 μm. Furthermore, it is provided that the second radius of curvature R2 assumes a value between 100 μm and 1000 μm, preferably a value between 150 and 700 μm and particularly preferably a value between 180 and 500 μm. It is particularly preferably provided that a ratio of the first radius of curvature R1 to the second radius of curvature R2 assumes a value that is greater than 0.8, preferably greater than 2 and particularly preferably greater than 0.6 or 10.
Mit anderen Worten: der erste Krümmungsradius R1 ist größer als der zweite Krümmungsradius R2, insbesondere um mindestens des anderthalbfache größer Beispielsweise nimmt das Verhältnis des ersten Krümmungsradius zum ersten Krümmungsradius einen Wert zwischen 0,8 und 33, bevorzugt zwischen 2 und 33 und besonders bevorzugt zwischen 10 und 33 an. Weiterhin ist es besonders vor gesehen, dass das entsprechende Verhältnis des ersten und/oder zweiten Krüm mungsradius ausgebildet ist, wenn die erste Dicke D1 der Metallschicht 12 größer ist als 300 pm, bevorzugt größer als 400 pm und besonders bevorzugt größer als 500 pm. Es ist aber auch vorstellbar, dass die erste Dicke D1 kleiner ist als 300 pm. In other words: the first radius of curvature R1 is larger than the second radius of curvature R2, in particular at least one and a half times larger. For example, the ratio of the first radius of curvature to the first radius of curvature has a value between 0.8 and 33, preferably between 2 and 33 and particularly preferably between 10 and 33 on. Furthermore, it is particularly provided that the corresponding ratio of the first and/or second radius of curvature is formed when the first thickness D1 of the metal layer 12 is greater than 300 μm, preferably greater than 400 μm and particularly preferably greater than 500 μm. However, it is also conceivable that the first thickness D1 is less than 300 μm.
Weiterhin ist es vorstellbar, dass zwischen dem ersten Abschnitt A1 mit dem kon vex gekrümmten Verlauf und dem zweiten Abschnitt A2 mit dem konkaven Verlauf der dritter Abschnitt A3 angeordnet ist, der einen geradlinigen Verlauf aufzeigt. Dabei erstreckt sich der geradlinige Verlauf vorzugsweise über eine vierte Länge L4 , die einen Wert annimmt, der kleiner ist als 250 pm, bevorzugt kleiner als 150 pm und besonders bevorzugt kleiner als 100 pm. Weiterhin ist es bevorzugt vorge sehen, dass die Isolationsschicht 11 bzw. Keramikelement eine Dicke D aufweist, die kleiner ist als die erste Dicke D1 der Metallschicht 12. Furthermore, it is conceivable that the third section A3, which shows a rectilinear course, is arranged between the first section A1 with the convexly curved course and the second section A2 with the concave course. The rectilinear course preferably extends over a fourth length L4, which assumes a value that is less than 250 μm, preferably less than 150 μm and particularly preferably less than 100 μm. Furthermore, it is preferably provided that the insulation layer 11 or ceramic element has a thickness D that is smaller than the first thickness D1 of the metal layer 12.
Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass die erste Kante 15 in Primärrichtung P gesehen zumindest gegenüber dem angrenzenden Teilbereich des zweiten Ab schnitts A2 vorsteht. Dadurch wird eine Art Überhang über den konkav verlaufen den zweiten Abschnitt geschaffen und der Kantenverlauf im zweiten Abschnitt A2 höhlt bzw. beult ein wenig die Metallschicht 12 ein. Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass sich der Flankenverlauf von der ers ten Kante 15 bis zur zweiten Kante 16 entlang einer parallel zur Haupterstre ckungsebene HSE verlaufenden Primärrichtung P über eine Distanz erstreckt, die größer ist als 0,5 mm. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass ein Verhältnis der ersten Länge L1 zu der ersten Dicke D1 größer ist als 0,5, bevorzugt größer als 0,65 und besonders bevorzugt größer als 0,8. Weiterhin ist es vorstellbar, dass das Verhältnis der ersten Länge L1 zu der ersten Dicke D1 kleiner ist als 2,5 be vorzugt kleiner als 2,2 und besonders bevorzugt kleiner als 1 ,8. Vorzugsweise ist der Flankenverlauf entlang der Primärrichtung P kürzer als 2,5 mm, bevorzugt kür- zer als 2,2 mm und besonders bevorzugt kürzer als 1 ,8 mm. Diese Angaben, ins besondere bezüglich der Länge des Flankenverlaufs und bezüglich des zweiten Krümmungsradius R2, gelten bevorzugt ebenfalls für die Ausführungsform der Fi guren 1 und 2 bzw. für jegliche Ausführungsformen bei denen ein konkaverzwei ter Abschnitt A2 ausgebildet ist und beispielsweise ein geradliniger erster Ab- schnitt D1 , der unmittelbar angrenzend an die zweite Kante 16 ausgebildet ist, vor gesehen ist. Bezugszeichenliste: Furthermore, it is preferably provided that the first edge 15, seen in the primary direction P, protrudes at least in relation to the adjoining partial area of the second section A2. This creates a kind of overhang over the concave second section and the course of the edges in the second section A2 hollows or dents the metal layer 12 a little. Furthermore, it is preferably provided that the course of the flanks extends from the first edge 15 to the second edge 16 along a primary direction P running parallel to the main extension plane HSE over a distance that is greater than 0.5 mm. It is preferably provided that a ratio of the first length L1 to the first thickness D1 is greater than 0.5, preferably greater than 0.65 and particularly preferably greater than 0.8. Furthermore, it is conceivable that the ratio of the first length L1 to the first thickness D1 is less than 2.5, preferably less than 2.2 and particularly preferably less than 1.8. The course of the flanks along the primary direction P is preferably shorter than 2.5 mm, preferably shorter than 2.2 mm and particularly preferably shorter than 1.8 mm. This information, in particular with regard to the length of the flank progression and with regard to the second radius of curvature R2, preferably also applies to the embodiment in FIGS. Section D1 formed immediately adjacent to the second edge 16 is provided. Reference list:
1 Trägersubstrat 1 carrier substrate
2 Flankenverlauf 2 edge progression
8 Sollbruchstelle 11 Isolationsschicht 8 predetermined breaking point 11 insulation layer
12 Metallschicht 12 metal layer
15 erste Kante 15 first edge
16 zweite Kante 17 Nutzfläche 21 lokales Maximum 16 second edge 17 usable area 21 local maximum
22 lokales Minimum 25 Anbindungsfläche 31 Oberseite 32 Unterseite 22 local minimum 25 interface 31 top 32 bottom
100 Großkarte 100 big card
D Dicke D thickness
D1 erste Dicke D2 zweite Dicke D1 first thickness D2 second thickness
D3 dritte Dicke D3 third thickness
V1 erste VerbindungslinieV1 first connecting line
V2 zweite Verbindungslinie L1 erste Länge L2 zweite Länge V2 second connecting line L1 first length L2 second length
L3 dritter Länge L3 third length
L4 vierte Länge L4 fourth length
W1 erster Winkel W1 first angle
W2 zweite Winkel S Stapelrichtung W2 second angle S stacking direction
HSE Haupterstreckungsebene P Primärrichtung HSE main extension plane P primary direction
R1 erster Krümmungsradius R2 zweiter Krümmungsradius A Abstand R1 first radius of curvature R2 second radius of curvature A distance
A1 erster Abschnitt A1 first section
A2 zweite Abschnitt A3 dritter Abschnitt A2 second section A3 third section

Claims

Ansprüche Expectations
1. Trägersubstrat (1), insbesondere Metall-Keramik-Substrat, umfassend eine Isolationsschicht (11) und eine Metallschicht (12), wobei die Metallschicht (12) in einer parallel zur Haupterstreckungsebene (HSE) verlaufenden Primärrichtung (P) zumindest bereichsweise mit einem Flankenverlauf (2), insbesondere Ätzflankenverlauf, abschließt, wobei sich in Primärrichtung (P) gesehen der Flankenverlauf (2) von einer ersten Kante (15) an einer Oberseite (31) der Metallschicht (12), die der Iso lationsschicht (11) abgewandt ist, bis zu einer zweiten Kante (16) an einer Unterseite (32) der Metallschicht (12), die der Isolationsschicht (11) zuge wandt ist, erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass der Flankenverlauf (2) in Primärrichtung (P) gesehen mindestens einen ersten Abschnitt (A1) mit ei nem geradlinigen Verlauf und mindestens einen zweiten Abschnitt (A2) mit einem gekrümmten Verlauf aufweist. 1. Carrier substrate (1), in particular metal-ceramic substrate, comprising an insulation layer (11) and a metal layer (12), the metal layer (12) in a primary direction (P) running parallel to the main plane of extension (HSE) at least in regions having a Flank profile (2), in particular etched flank profile, ends, with the flank profile (2) starting from a first edge (15) on a top side (31) of the metal layer (12), which faces away from the insulating layer (11), as seen in the primary direction (P). extends up to a second edge (16) on an underside (32) of the metal layer (12), which faces the insulating layer (11), characterized in that the flank profile (2) viewed in the primary direction (P) is at least has a first section (A1) with a rectilinear course and at least one second section (A2) with a curved course.
2. Trägersubstrat (1 ) gemäß Anspruch 1 , wobei der Flankenverlauf (2) mindes tens ein lokales Maximum (21) und mindestens ein lokales Minimum (22) aufweist. 2. Carrier substrate (1) according to claim 1, wherein the flank profile (2) has at least one local maximum (21) and at least one local minimum (22).
3. Trägersubstrat (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der geradlinige Verlauf des ersten Abschnitts (A1 ) gegenüber der Haupterstre ckungsebene (HSE) um einen zweiten Winkel (W2) geneigt ist, der größer ist als 20°, bevorzugt zwischen 20° und 50° und besonders bevorzugt zwischen 25° und 40° liegt. 3. Carrier substrate (1) according to one of the preceding claims, wherein the rectilinear course of the first section (A1) is inclined relative to the main extension plane (HSE) by a second angle (W2) which is greater than 20°, preferably between 20° and 50° and more preferably between 25° and 40°.
4. Trägersubstrat (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der gekrümmte Bereich des mindestens einen zweiten Abschnitts (A2) konkav gekrümmt ist. 4. Carrier substrate (1) according to any one of the preceding claims, wherein the curved region of the at least one second section (A2) is concavely curved.
5. Trägersubstrat (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine erste Abschnitt (A1) zwischen dem lokalen Maximum und der zweiten Kante (16) angeordnet ist. 5. carrier substrate (1) according to any one of the preceding claims, wherein the at least one first section (A1) between the local maximum and the second edge (16) is arranged.
6. Trägersubstrat (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Metallschicht (12) außerhalb des Flankenverlaufs (2), insbesondere in einem als Nutzfläche (17) vorgesehenen zentralen Bereich, eine erste Dicke (D1) und im lokalen Maximum (21) eine zweite Dicke (D2) aufweist, wobei ein Verhältnis der zweiten Dicke (D2) zur ersten Dicke (D1) kleiner als 0,55, be vorzugt kleiner als 0,5 und besonders bevorzugt kleiner als 0,45 ist. 6. Carrier substrate (1) according to any one of the preceding claims, wherein the metal layer (12) outside of the flank profile (2), in particular in a central area provided as a useful area (17), has a first thickness (D1) and in the local maximum (21) has a second thickness (D2), wherein a ratio of the second thickness (D2) to the first thickness (D1) is less than 0.55, preferably less than 0.5 and particularly preferably less than 0.45.
7. Trägersubstrat (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine gedachte geradlinige erste Verbindungslinie (V1), die durch die erste Kante (16) und die zweite Kante (15) verläuft, gegenüber einer Anbindungsfläche (25), über die die Metallschicht (12) an die Isolationsschicht (11) angebunden ist, um einen ersten Winkel (W1) geneigt ist, und wobei eine gedachte gerad linige zweite Verbindungslinie (V2), die durch die zweite Kante (16) und das lokale Maximum (21) verläuft, gegenüber der Anbindungsfläche (25) um den zweiten Winkel (W2) geneigt ist. 7. Carrier substrate (1) according to one of the preceding claims, wherein an imaginary straight first connecting line (V1), which runs through the first edge (16) and the second edge (15), opposite a connection surface (25) over which the metal layer (12) is bonded to the insulating layer (11), is inclined by a first angle (W1), and wherein an imaginary straight second connection line (V2) passing through the second edge (16) and the local maximum (21). , relative to the connection surface (25) by the second angle (W2) is inclined.
8. Trägersubstrat (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Flankenverlauf (2) sich in Primärrichtung gesehen über eine erste Länge (L1) erstreckt, die kleiner ist als 1000 pm und bevorzugt zwischen 150 pm und 800 pm und besonders bevorzugt zwischen 300 pm und 600 pm liegt. 8. The carrier substrate (1) according to any one of the preceding claims, wherein the flank profile (2), viewed in the primary direction, extends over a first length (L1) which is less than 1000 μm and preferably between 150 μm and 800 μm and particularly preferably between 300 μm pm and 600 pm.
9. Trägersubstrat (1), insbesondere Metall-Keramik-Substrat, umfassend eine Isolationsschicht (11) und eine Metallschicht (12), wobei die Metallschicht (12) in einer parallel zur Haupterstreckungsebene (HSE) verlaufenden Primärrichtung (P) zumindest bereichsweise mit einem Flankenverlauf (2), insbesondere Ätzflankenverlauf, abschließt, wobei sich in Primärrichtung (P) gesehen der Flankenverlauf (2) von einer ersten Kante (15) an einer Oberseite (31) der Metallschicht (12), die der Iso lationsschicht (11) abgewandt ist, bis zu einer zweiten Kante (16) an einer Unterseite (32) der Metallschicht (12), die der Isolationsschicht (11) zuge wandt ist, erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass der Flankenverlauf (2) in Primärrichtung (P) gesehen mindestens einen ersten Abschnitt (A1) mit ei nem konvex gekrümmten Verlauf und mindestens einen zweiten Abschnitt (A2) mit einem konkav gekrümmten Verlauf aufweist. 9. Carrier substrate (1), in particular metal-ceramic substrate, comprising an insulation layer (11) and a metal layer (12), the metal layer (12) in a primary direction (P) running parallel to the main plane of extension (HSE) at least in regions having a Flank profile (2), in particular etched flank profile, ends, with the flank profile (2) starting from a first edge (15) on a top side (31) of the metal layer (12), which faces away from the insulating layer (11), as seen in the primary direction (P). is, extends up to a second edge (16) on an underside (32) of the metal layer (12), which faces the insulating layer (11), characterized in that the flank profile (2) in Seen in the primary direction (P) has at least one first section (A1) with a convexly curved profile and at least one second section (A2) with a concavely curved profile.
10. Trägersubstrat (1) gemäß Anspruch 9, wobei der konvex gekrümmte erste Abschnitt einen ersten Krümmungsradius (R1) aufweist, der größer als 200 pm, bevorzugt größer als 400 pm und besonders bevorzugt größer als 1000 pm und besonders bevorzugt größer als 5000 pm ist, wobei der konkav ge krümmte zweite Abschnitt (A2) vorzugsweise einen zweiten Krümmungsra dius (R2) aufweist, der größer oder kleiner ist als der erste Krümmungsradius (R1). 10. Carrier substrate (1) according to claim 9, wherein the convexly curved first section has a first radius of curvature (R1) which is greater than 200 μm, preferably greater than 400 μm and particularly preferably greater than 1000 μm and particularly preferably greater than 5000 μm , wherein the concavely curved second section (A2) preferably has a second radius of curvature (R2) which is larger or smaller than the first radius of curvature (R1).
11. Trägersubstrat (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im gefertigten Trägersubstrat (1) eine Bindungsschicht (12) zwischen der Metall schicht (10) und der Isolationsschicht (30) ausgebildet ist, und wobei eine Haftvermittlerschicht (13) der Bindungsschicht (12) einen Flächenwiderstand aufweist der größer ist als 5 Ohm/sq, bevorzugt größer als 10 Ohm/sq und besonders bevorzugt größer als 20 Ohm/sq. 11. Carrier substrate (1) according to one of the preceding claims, wherein a bonding layer (12) is formed between the metal layer (10) and the insulating layer (30) in the manufactured carrier substrate (1), and wherein an adhesion promoter layer (13) of the bonding layer ( 12) has a sheet resistance greater than 5 ohms/sq, preferably greater than 10 ohms/sq, and most preferably greater than 20 ohms/sq.
12. Trägersubstrat (1) gemäß Anspruch 11, wobei die Bindungsschicht (12) eine ein Aktivmetall umfassende Haftvermittlungsschicht (13) ist und wobei vor zugsweise ein Anteil an Aktivmetall in der ein Aktivmetall umfassenden Haft vermittlerschicht (13) größer ist als 15 Gew.-%, bevorzugt größer als Gew.- 20 % und besonders bevorzugt größer als 25 Gew.- %. 12. Carrier substrate (1) according to claim 11, wherein the bonding layer (12) is an adhesion-promoting layer (13) comprising an active metal and wherein a proportion of active metal in the adhesion-promoting layer (13) comprising an active metal is preferably greater than 15% by weight. %, preferably greater than 20% by weight and more preferably greater than 25% by weight.
13. Verfahren zur Herstellung eines Trägersubstrats (1 ) gemäß einem der vor hergehenden Ansprüche, wobei der Flankenverlauf (2) bevorzugt durch ein Ätzschritt, insbesondere einen einzigen Ätzschritt, hergestellt wird. 13. A method for producing a carrier substrate (1) according to any one of the preceding claims, wherein the flank profile (2) is preferably produced by an etching step, in particular a single etching step.
14. Verfahren zur Herstellung eines Trägersubstrat (1) gemäß einem der vorher gehenden Ansprüche, wobei eine Maskierung mit einem streifenförmigen Maskierungsabschnitt oberhalb des späteren Flankenverlaufs (2) verwendet wird. 14. A method for producing a carrier substrate (1) according to any one of the preceding claims, wherein a masking with a strip-shaped Masking section above the later edge course (2) is used.
15. Verfahren zur Herstellung eines Trägersubstrat (1 ), insbesondere eines Me- tall-Keramik-Substrates, gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, umfassend:15. A method for producing a carrier substrate (1), in particular a metal-ceramic substrate, according to any one of claims 1 to 13, comprising:
- Bereitstellen mindestens einer Metallschicht (10) und einer Isolations schicht (30), insbesondere eines Keramikelements (30), eines Glaselements, eines Glaskeramikelements und/oder eines hochtemperaturbeständiges Kunststoffelements, wobei sich die mindestens eine Metallschicht (10) und das Isolationsschicht (30) entlang einer Haupterstreckungsebene (HSE) er strecken, - Providing at least one metal layer (10) and one insulating layer (30), in particular a ceramic element (30), a glass element, a glass ceramic element and/or a high-temperature-resistant plastic element, the at least one metal layer (10) and the insulating layer (30) extend along a main extension plane (HSE),
- Anordnen der mindestens einen Metallschicht (10) und der Isolations schicht (30) in einer senkrecht zur Haupterstreckungsebene (HSE) verlaufen den Stapelrichtung (S) übereinander, wobei zwischen der mindestens einen Metallschicht (10) und der Isolationsschicht (30) eine Aktivmetallschicht (15) angeordnet wird, und - Arranging the at least one metal layer (10) and the insulating layer (30) in a direction perpendicular to the main extension plane (HSE) running the stacking direction (S) one above the other, wherein between the at least one metal layer (10) and the insulating layer (30) an active metal layer ( 15) is arranged, and
- Anbinden der mindestens einen Metallschicht (10) an die Isolationsschicht (30) über die Aktivmetallschicht (15) unter Ausbildung einer Bindungsschicht (12) zwischen der mindestens einen Metallschicht (10) und dem Isolations- Schicht (30). - Connecting the at least one metal layer (10) to the insulation layer (30) via the active metal layer (15) to form a bonding layer (12) between the at least one metal layer (10) and the insulation layer (30).
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