JP2010093001A - 金属−セラミック基板または銅−セラミック基板の製造方法および該方法で使用するための支持体 - Google Patents

Abstract

【課題】直接接合法を用いて、両面を金属被膜化した金属−セラミック基板を製造するための方法を開示する。
【解決手段】第一および第二金属層３、５と該金属層３、５の間に位置するセラミック層４とを含む少なくとも１つのＤＣＢ積層構造が、直接接合温度にまで加熱することで支持体１の分離層２上に形成される。接合処理中、金属層３、５の少なくとも１つが分離層２と当接し、該分離層２はムライト、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_３、ＺｒＯ_２、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＣａＣＯ_２および該材料の少なくとも２つの混合物から成る群から選択した分離層材料から成る多孔性層またはコーティングから構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前提部で特許請求される方法、および請求項２９の前提部で特許請求される、本方法において製造補助物として使用可能な担持体に関するものである。

銅を金属被膜として使用する場合はＤＣＢ（直接銅接合）法とも称されるいわゆる直接接合処理を用いた、ストリップ導体、コネクタ等に必要な酸化アルミニウムセラミック等のセラミック上への金属被膜の製造方法が公知であり、金属被膜を形成する金属または銅箔あるいは金属また銅シートを用い、箔またはシートの表面は金属と反応ガス、好ましくは酸素との間の化学結合から成る層またはコーティング（メルトオン層）を有する。例えばUS-PS 37 44 120とDE-PS 23 19 854に記載のこの方法において、この層またはコーティング（ホットメルト層）は金属（例えば、銅）の融点より低い融点の共晶を形成するため、セラミック上に箔を置いて全ての層を加熱、つまり主にホットメルト層または酸化物層の領域においてのみ金属または銅を溶融することで、層を互いに接合することができる。

次に、このＤＣＢ処理は、例えば、以下の処理工程を含む。
・均質な酸化銅層が生じるように銅箔を酸化
セラミック層上への銅箔の配置
・約１０２５〜１０８３℃、例えば約１０７２℃の処理または接合温度にまで複合体を加熱
・室温まで冷却

特に、両面金属被膜化金属−セラミック基板または銅−セラミック基板が公知であり、ＤＣＢ処理を用いて製造され、まず第一銅層をセラミック層またはセラミックプレートの表面に適用し、次に第二工程で第二銅層をもう一方の表面に適用する。この方法の欠点は、二重ＤＣＢ接合による製造工程の複雑化である。

本発明の目的は、両面金属被膜化金属−セラミック基板、特に両面金属被膜化銅−セラミック基板の単一処理または接合工程での製造を可能とする方法を提示または提供することである。この目的は、請求項１で表される方法によって達成される。

この方法における処理補助具は、請求項２９で特許請求の、好ましくはベースプレートとして設計された少なくとも１つの担持体を含み、このプレートは少なくともその片面上に分離層が設けられており、接触する金属または銅とこの分離層と担持体との間の接合を防止する。これにより、各分離層上に、分離層に直接隣接する下部金属層またはプレート、そのプレート上のセラミック層またはプレート、およびそのプレート上のさらに別の金属層またはプレートから成るパケット（以下、ＤＣＢパケットと称する）を設け、次に該ＤＣＢパケットを、低酸素含有量の保護ガス大気圧中におけるＤＣＢ接合と接合温度（例えば１０７２℃）までの加熱により両面金属被膜化金属−セラミック基板へと接合することが可能となる。

本発明のさらなる態様は、独立請求項の主題である。

本発明は図面に基づいて以下でより詳細に説明され、図面はＤＣＢ技法またはＤＣＢ法を用いて金属−セラミック基板を製造するための様々な方法の概略図である。

図１において、参照番号１は銅−セラミック基板の製造における製造補助具として使用するベースプレートを示し、該ベースプレートは高耐熱材料、例えばムライト、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣから成る。プレート１の表面上には、厚さ０．０１〜１０ｍｍ、孔隙率（孔体積の固体体積に対する比）が２０％を越える多孔性分離層２を施す。層２は高耐熱材料、例えばムライト、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＣａＣＯ_２の極小粒子または粉末から構成され、粒子径は例えば３０μｍ未満である。上記材料または成分を２つ以上組み合わせたものも分離層２として適当である。

分離層２を製造するには、最も単純なケースでは水と場合によっては接合剤から成る液状またはペーストマトリクス状で使用するパルプ塊または懸濁液をベースプレート１の各表面に適用、つまり例えば塗布または浸漬することで適用する。その後、接合剤を例えば１５０℃より高い前処理温度で乾燥および／または加熱して除去する。その後、層２を形成する粒子を、より高温ではあるが層に使用した材料の焼結温度よりは低い温度、例えば約１０７０℃で「焼き固める」または接合することで、該層２の孔隙率は２０％より高くなる。

ベースプレート１の厚さは０．２〜１０ｍｍである。所望の質の金属−セラミック基板を製造するためには、ベースプレート１と、ゆえに該ベースプレートと分離層２によって構成される製造補助具は極めて均一なのもでなくてはならない。従って、均一性は例えば長方形であるベースプレート１の長さの０．２％より高く、いかなる場合も該ベースプレートの幅の０．１％より高い。つまり、理想的かつ絶対的に均一なプレートからの偏差がプレートの長さの０．２％未満、プレートの幅の０．１％未満でなくてはならない。

両面銅金属被膜を施した銅−セラミック基板をＤＣＢ技法を用いて製造するためには、まず、例えば予備酸化させた第一銅箔またはプレート３を水平方向に方向づけたベースプレート１の分離層２上に適用した後にセラミック層またはプレート４を適用し、続いて例えば予備酸化させたさらに別の銅箔またはプレート５を適用する。ベースプレート１上にこうして形成されたＤＣＢパケット６を続いてベースプレート１上で低酸素保護ガス大気圧中でＤＣＢ温度、例えば１０７０℃まで加熱する。これによりＤＢＣ処理後、２つの銅箔３、５の全面がセラミック層に接合され、銅−セラミック基板となる。冷却後、一処理工程で製造した両面金属被膜化銅−セラミック基板は、ベースプレート１またはベースプレート１上の分離層２から容易に取り外すことができる。銅箔３によって形成される銅層に付着している分離層２の粒子は、適切な処理でもってその後除去する。これはブラシの使用等による機械的処理、または銅箔３によって形成された金属被膜の薄い表面層をエッチングすること等の化学的処理によって適切に行うことが可能である。こういった洗浄処理を組み合わせて使用してもよい。

図２はさらに別の態様の処理を示し、何枚かの両面金属被膜化銅−セラミック基板がＤＣＢ法を用いて１つの処理工程で積層状に製造される。これを目的として、それぞれ多孔性分離層２を備えた２つのベースプレート１を、少なくとも１つのさらに別のベースプレート１ａに加えて使用する。ベースプレート１ａは多孔性分離層２を両面に施されている。多孔性分離層２は、該多孔層が２５％より高いか、又は２０％より低い多孔度を有する。

図に示したように、下部銅箔３、セラミック層４、および上部銅箔５から成るＤＢＣパケット６を同様に水平方向に方向づけられたベースプレート１またはその分離層２上に形成する。分離層２を含む表面を備えたベースまたは中間プレート１ａを続いてこのＤＢＣパケット６上に設置する。さらに別のＤＣＢパケット６をベースプレート１ａのもう一方の上部分離層２上に適用し、ＤＣＢパケット上には図２に示されるように上部ベースプレート１が荷重プレートとして載置されるため、ベースプレートは分離層２でもって上部ＤＣＢパケット６に当接する。概して、この態様においては、中間ベースまたは分離プレート１ａを用いて２つ以上のＤＣＢパケット６を供給することも可能である。

ＤＣＢ処理完了後、つまりＤＣＢパケット６とベースプレート１／１ａから成る積層構造をＤＣＢまたは接合温度まで加熱および冷却後、ＤＣＢパケット６から得られた両面金属被膜化銅−セラミック基板をベースプレート１または１ａから取り外すことができ、つまりこの態様においても分離層２は銅箔３および５がそれぞれの隣接するベースプレート１または１ａへ不用意に接合されることを防止する。

図３はさらに別の態様の処理を示すものであり、垂直方向に幾つか積層したＤＣＢパケット６の銅箔３、５およびセラミック層４は一処理工程により両面金属被膜化銅−セラミック基板へと接合される。図３に示す態様においては、互いに平行に積層した２つの水平ベースプレート１を使用している。２つのベースプレート１の間を隔てるため、フレーム状スペーサー部材７を用いる。スペーサー部材７は同様に高耐熱材料、好ましくはベースプレート１にも用いた材料から成る。ＤＣＢパケット６は各ベースプレート１の上部水平分離層２上に載置される。上部ＤＣＢパケット６上方でありかつスペーサー部材７によって上部ベースプレート１から間隔を置いた位置には上部カバープレート８があり、同様に高耐熱材料、例えばベースプレート１の材料から成る。スペーサー部材７は下部ＤＣＢパケット６の上面がその上のベースプレート１から離れるように、また上部ＤＣＢパケット６の上面がその上のカバープレート８から離れるようにと設計されている。

この態様によっても、ＤＣＢ処理完了後、製造した両面金属被膜化銅−セラミック基板を容易に取り外すことが可能である。

図４はさらに別に態様の積層構造を示し、ベースプレート１とスペーサー部材７の代わりに長方形または正方形のベースプレート１ｂを使用しており、少なくとも２つの対向する辺のそれぞれに、底部１０から突出してスペーサーとして機能する壁部または縁部９が設けられている。これらの樋型または溝状ベースプレート１ｂの内部には少なくとも底部１０上に分離層２が設けられる。ベースプレート１bを積層することにより、幾つかのＤＣＢパケット６のそれぞれもまた一処理工程で両面金属被膜化銅−セラミック基板へと接合することができる。

図５は、基本的に、各ＤＣＢパケット６上に追加のベースプレート１を分離層２を下にして、つまり追加ベースプレートと各ＤＣＢパケットとの間に、追加荷重プレートとして載置するという点においてのみ図４の積層構造とは異なる。図４の態様と同様に、２つ以上のベースプレート１ｂを図５の態様において積層することができる。

図６は積層構造のさらに別の態様を示し、内側分離層２を備えた桶型または溝状ベースプレート１ｂの代わりに溝型または桶型補助または担持部材１１を使用する。担持部材１１は同様に正方形または長方形のプレート型底部１２と底部と一体で製造された壁部１３から成る。壁部１３は底部１２の少なくとも２つの対向する辺からその共通面上に突出してスペーサー部材を構成するため、担持部材１１はその底部１２でもって十分に間隔をあけて互いに積層される。

幾つかの両面金属被膜化銅−セラミック基板を製造するためには、続いて各ＤＣＢパケット６を分離層２上に載置可能となるように各担持部材１１内にベースプレート１を配置する。その後、次の担持部材１１をその下の担持部材１１の縁部上に載置し、続いてさらに別のＤＣＢパケットをその担持部材のベースプレート１または分離層２上に載置する。上部担持部材１１もまたカバープレート８で覆う。

図３から図６の態様には、特には、積層構造下部のＤＣＢパケット６がその上のＤＣＢパケット６の重量の影響を受けないことから、全てのＤＣＢパケット６のＤＣＢ接合を同質かつ同一条件下で再現することが可能であるという利点もある。さらに、この態様においてはＤＣＢ処理中に積層構造を取り巻く保護ガス大気圧中のＤＣＢパケットの酸素含有量を、例えばスペーサー部材７に規定のサイズの窓を形成することで最適化することができ、これによりスペーサー部材７とプレート１または８との間に形成される空間は、ＤＣＢ処理中に積層構造を取り巻く保護ガス大気と連通する。

上述の態様において、セラミック層は、例えば、１００×１００ｍｍより大きいサイズを有し、銅層またはプレート３、５を形成する銅箔の部位の寸法はほぼ同一サイズである。セラミック層４に適したセラミックは、例えば酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）含有量が約２〜３０％の酸化アルミニウムセラミック（Ａｌ_２Ｏ_３）、または例えばイットリウムを添加物として含む窒化アルミニウムセラミック、またはシリコンセラミックであり、窒化アルミニウムセラミックおよび／または窒化ケイ素セラミックは酸化物表面層、例えば酸化アルミニウム表面層を有する。セラミック層４の厚さは約０．２〜１．５ｍｍである。銅層を形成する箔の厚みは約０．１〜１．２ｍｍである。さらに、上述した態様においては、通常、銅層３、５の厚みが異なることや、銅層の厚さのセラミック層４の厚さに対する比が好ましくは０．５より高いことも可能である。

以下の表はセラミック層４と銅層３、５の層厚の有利な例を一覧にしたものである。

好ましい態様において、各ベースプレート１、１ａ、１ｂの熱膨張係数はセラミック層４の熱膨張係数とは例えば±１０％異なる。

図７および８はベースプレート１ｃの断面と上面の簡略図であり、表面が構造化されている。つまり、その表面には互いに間隔をあけて平行に延び、かつ長方形または正方形のベースプレート１ｃの２つの外辺に平行である複数の凹部または溝部１４が形成されている。この態様における分離層２は溝部１４の間に形成された隆起領域１５上に設けられている。実用においては、各ＤＣＢパケット６またはそれぞれの銅プレート３または５は隆起領域１５にのみ当接する。

溝型凹部１４の代わりにその他の凹部１６、例えば図９のベースプレート１ｄに図示されるような円形凹部をベースプレート上に設けることも可能である。この態様においても、凹部１６間の隆起領域のみがベースプレート１ｄの支持面を構成し、分離層２を施される。さらに、特に該ベースプレートを中間プレートとして使用する場合は、各ベースプレートの両面に形状加工をすることも可能である。

本発明を以下の実施例によって説明する。

寸法１３０×１８０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍの２つの銅層または銅プレート３、５の両面に酸化物層を施す。寸法１３０×１８０ｍｍ、厚さ０．３２ｍｍのＡｌ_２Ｏ_３のセラミックプレート４を、例えばブラシを用いて洗浄する。セラミックプレートの熱膨張係数は６．８×１０^−６／°Ｋである。セラミックプレート４の均一性は２枚の平行平面プレートによって測定され、完全に均一なセラミックプレートからの偏差は０．５ｍｍ未満である。分離層２を形成するために、平均粒径１０μｍの粉末Ａｌ_２Ｏ_３材料から成る層を、水性懸濁液として層厚約１ｍｍで厚さ３ｍｍのムライトから成るベースプレート１上に塗布することで適用する。ベースプレートを続いて１５０℃で乾燥する。ＤＣＢパケット６を乾燥させたベースプレートに適用する。つまり、まず最初に最下層として予備酸化銅プレート３、次にセラミックプレート４、その上に第二の予備酸化銅プレート５を適用する。次に、こうして形成した積層構造を炉内で、例えば酸素含有量が１０×１０^−６容量％の窒素大気である保護ガス大気中で１０７２℃のＤＣＢ温度まで加熱する。その後、積層構造を炉から取り出し十分に冷却した後、両面金属被膜化ＤＣＢまたは銅−セラミック基板をベースプレートから取り外す。付着している分離層のセラミック粒子をブラシで落とすことで露出した銅表面を洗浄する。

寸法１３０×１８０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍの２つの銅プレート３、５に酸化物層を施すまたは予備酸化する。厚さ０．６３ｍｍ、寸法１３０×１８０ｍｍのＡｌ_２Ｏ_３のセラミックプレート４をブラシを用いて洗浄する。Ａｌ_２Ｏ_３プレートの熱膨張係数は６．８×１０^−６／°Ｋである。セラミックプレート４の均一性は２枚の平行平面プレートによって測定され、完全に均一なセラミックプレートからの偏差は０．８ｍｍ未満である。分離層２を形成するために、平均粒径１０μｍの粉末Ａｌ_２Ｏ_３材料から成る層を、水性懸濁液として層厚約１ｍｍで厚さ３ｍｍのムライトから成るベースプレート１上に塗布することで適用する。分離層２を形成するために、平均粒径１０μｍの粉末Ａｌ_２Ｏ_３材料から成る層を、水性懸濁液として層厚約１ｍｍで厚さ４ｍｍのムライトから成るさらに別の（荷重プレートとしての）ベースプレート１上に塗布することで適用する。ベースプレートを続いて１５０℃で乾燥する。ＤＣＢパケット６を乾燥させた第一ベースプレート１に適用する。つまり、まず最初に最下層として予備酸化銅プレート３、次にセラミックプレート４、その上に第二の予備酸化銅プレート５を適用する。第二ベースプレート１をＤＣＢパケット６上に荷重プレートとして載置する。このように形成された積層構造を炉内で、例えば酸素含有量が１０×１０^−６容量％の窒素大気圧である保護ガス大気圧中で１０７２℃のＤＣＢ温度まで加熱する。その後、積層構造を炉から取り出し十分に冷却した後、両面金属被膜化ＤＣＢまたは銅−セラミック基板をベースプレートから取り外す。付着している分離層のセラミック粒子を例えば化学的にエッチングすることで銅−セラミック基板の銅表面を洗浄する。

この方法においては実施例１または実施例２の手順に従うが、例えばそれぞれ厚さ３ｍｍの２つのベースプレート１、１ａと厚さ４ｍｍの（荷重プレートとしての）ベースプレート１の合計３つのムライト製のベースプレートを準備する。分離層２を形成するために、粉末Ａｌ_２Ｏ_３材料から成る層を、水性懸濁液または塊として層厚約１ｍｍで厚さ３ｍｍのベースプレート１表面上に塗布することで適用する。粉末Ａｌ_２Ｏ_３材料から成る厚さ１ｍｍの層を厚さ３ｍｍのもう一方のベースプレート１ａの両面に適用して、中間プレートを形成する。分離層を形成するために、粉末Ａｌ_２Ｏ_３材料から成る水溶液または塊を、厚さ４ｍｍの第三ベースプレート１（荷重プレート）の少なくとも一面に厚さ１ｍｍで塗布することで適用する。このようにして準備したベースプレート１、１ａを続いて１５０℃で乾燥させ、図２に記載の積層構造をこれらのベースプレートを用いて形成する。次に、積層構造を炉内で例えば酸素含有量が１０×１０^−６容量％の窒素大気圧である保護ガス大気圧中で１０７２℃のＤＣＢ温度まで加熱する。その後、積層構造を炉から取り出し十分に冷却した後、両面金属被膜化ＤＣＢまたは銅−セラミック基板をベースプレートから取り外す。付着している分離層からのセラミック粒子をブラシで落とすおよび／または化学的エッチングすることで銅−セラミック基板の銅表面を洗浄する。

寸法１３０×１８０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍの２つの銅層または銅プレート３、５の両面に酸化物層を施す。寸法１３０×１８０ｍｍ、厚さ０．３２ｍｍのＡｌ_２Ｏ_３のセラミックプレート４を例えばブラシを用いて洗浄する。セラミックプレートの熱膨張係数は６．８×１０^−６／°Ｋである。セラミックプレート４の均一性は２枚の平行平面プレートによって測定され、完全に均一なセラミックプレートからの偏差は０．５ｍｍ未満である。厚さ３ｍｍの底部を備えたムライト製のベースプレート１ｂの底部９の内側には、水性懸濁液または塊に含有させた平均粒径１０μｍの粉末Ａｌ_２Ｏ_３材料の層を施して分離層２とする。ベースプレート１ｂを続いて１５０℃で乾燥させる。ベースプレート１ｂを用いて、図４の積層構造と同様の積層構造を形成するが、ベースプレート１ｂとこのベースプレート内のＤＣＢパケット６とカバープレート８のみを用いる。次に、積層構造を炉内で、例えば酸素含有量が１０×１０^−６容量％の窒素大気圧である保護ガス大気圧中で１０７２℃のＤＣＢ温度まで加熱する。その後、積層構造を炉から取り出す。十分に冷却した後、得られた両面金属被膜化ＤＣＢまたは銅−セラミック基板をベースプレートから取り外す。付着している分離層のセラミック粒子をブラシで落とすことで露出した銅表面を洗浄する。

この実施例は、ベースプレート１ｂをたった一つだけ使用する代わりに、つまり図４の積層構造を形成するために２つのベースプレート１ｂを使用するという点で実施例４とは異なる。双方のベースプレート１ｂには、実施例４に記載の方法に従って、その底部９の内側上に分離層２を施した。その後、積層構造を炉内で、例えば酸素含有量が１０×１０^−６容量％の窒素大気圧である保護ガス大気圧中で１０７２℃のＤＣＢ温度まで加熱する。続いて、積層構造を炉から取り出す。十分に冷却した後、得られた両面金属被膜化ＤＣＢまたは銅−セラミック基板をベースプレートから取り外す。付着している分離層のセラミック粒子をブラシで落とすことで露出した銅表面を洗浄する。

本実施例の手順は実施例５に対応するが、２つのベースプレート１ｂに加えて、ムライト製であり厚さ４ｍｍの２つの別のプレート１を荷重プレートとして使用する。どちらのプレート１にも少なくとも１つの面に分離層２を設ける、つまり粉末Ａｌ_２Ｏ_３材料から成るペースト状または水性塊を層厚１ｍｍで適用する。プレート１、１ｂを乾燥後２つのＤＣＢパケット６を備えた積層体を該プレートでもって図６のように形成する。その後、積層構造を炉内で、例えば酸素含有量が１０×１０^−６容量％の窒素大気圧である保護ガス大気圧中で１０７２℃のＤＣＢ温度まで加熱する。ＤＣＢ処理および冷却後、得られたＤＣＢまたは銅−セラミック基板を取り外す。続いて、付着しているセラミック粒子をブラシで落とすおよび／または化学的にエッチング等することで露出した銅表面を洗浄する。

寸法１３０×１８０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍの２つの銅プレート３、５に酸化物層を施すまたは予備酸化する。厚さ０．６３ｍｍ、寸法１３０×１８０ｍｍのＡｌＮのセラミックプレート４を例えばブラシを用いて洗浄する。ＡｌＮプレートの熱膨張係数は４×１０^−６／°Ｋである。セラミックプレート４の均一性は２枚の平行平面プレートによって測定され、完全に均一なセラミックプレートからの偏差は０．８ｍｍ未満である。分離層２を形成するために、平均粒径１０μｍの粉末Ａｌ_２Ｏ_３材料から成る層を、水性懸濁液として、Ａｌ_２Ｏ_３から成る熱膨張係数が６．８×１０^−６／°Ｋ、厚さ３ｍｍのベースプレート１上に約１ｍｍの層厚で塗布することで適用する。分離層２を形成するために、平均粒径１０μｍの粉末Ａｌ_２Ｏ_３材料の層を、水性懸濁液として、Ａｌ_２Ｏ_３から成る熱膨張係数が６．８×１０^−６／°Ｋで厚さ４ｍｍのさらに別の（荷重プレートとしての）ベースプレート１に厚さ約１ｍｍで塗布することで適用する。ベースプレートを続いて１５０℃で乾燥する。ＤＣＢパケット６を乾燥させた第一ベースプレート１に適用する。つまり、まず最初に最下層として予備酸化銅プレート３、次にセラミックプレート４、その上に第二の予備酸化銅プレート５を適用する。第二ベースプレート１をＤＣＢパケット６上に荷重プレートとして載置する。このように形成した積層構造を次に炉内で、例えば酸素含有量が１０×１０^−６容量％の窒素大気圧である保護ガス大気圧中で１０７２℃のＤＣＢ温度まで加熱する。その後、積層構造を炉から取り出し十分に冷却した後、両面金属被膜化ＤＣＢまたは銅−セラミック基板をベースプレートから取り外す。付着している分離層のセラミック粒子を例えばブラシで落とすおよび／または化学的エッチングすることで銅−セラミック基板の銅表面を洗浄する。

寸法１３０×１８０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍの２つの銅層または銅プレート３、５の両面に酸化物層を施す。寸法１３０×１８０ｍｍ、厚さ０．３２ｍｍの、ＺｒＯ_２含有量が２０重量％のＡｌ_２Ｏ_３のセラミックプレート４を例えばブラシを用いて洗浄する。セラミックプレートの熱膨張係数は６．８×１０^−６／°Ｋである。セラミックプレート４の均一性は２枚の平行平面プレートによって測定され、完全に均一なセラミックプレートからの偏差は０．５ｍｍ未満である。ＳｉＣから成る合計３つのベースプレート、つまりそれぞれの厚さが３ｍｍの２つのベースプレート１と１ａ、厚さ４ｍｍの（荷重プレートとしての）ベースプレート１を準備する。分離層２を形成するために、粉末Ａｌ_２Ｏ_３材料から成る層を、水性懸濁液または塊として厚さ３ｍｍのベースプレート１の表面上に厚さ１ｍｍで塗布することで適用する。粉末Ａｌ_２Ｏ_３材料から成る厚さ１ｍｍの層をもう一方の厚さ３ｍｍのベースプレート１ａの両面に適用して中間プレートを形成する。分離層を形成するために、粉末Ａｌ_２Ｏ_３材料から成る水溶液または塊を、厚さ４ｍｍの第三ベースプレート１（荷重プレート）の少なくとも片面に厚さ１ｍｍで塗布することで適用する。このようにして準備したベースプレート１と１ａを次に１５０℃で乾燥させ、図２に示す積層構造をこれらのベースプレートを用いて形成する。積層構造を炉内で、例えば酸素含有量が１０×１０^−６容量％の窒素大気圧である保護ガス大気圧中で１０７２℃のＤＣＢ温度まで加熱する。その後、積層構造を炉から取り出し十分に冷却した後、両面金属被膜化ＤＣＢまたは銅−セラミック基板をベースプレートから取り外す。付着している分離層のセラミック粒子を例えばブラシで落とすおよび／または化学的にエッチング等することで銅−セラミック基板の銅表面を洗浄する。

上記記載においては、各分離層２は液状または水溶性マトリクスに含有させた粉末分離層材料（例えばＡｌ_２Ｏ_３材料等）の塊を塗布し、続いて例えば１５０℃で乾燥および／または接合剤を除去することで形成されるものとしている。通常、各分離層２または該分離層を備えるベースプレート１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを、分離層２の乾燥または接合剤の除去後、分離層２に使用した分離層材料の焼結温度よりも低い温度まで加熱し続けて、該分離層を形成する粒子の部分焼結により、分離層の高孔隙率（２５％より高い）を維持しつつ、また各ベースプレート１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの取り扱いを簡易化しつつ、分離層２を強化することが可能である。また、別の様態において分離層は２０％より低い低孔隙率を有する。

上記では本発明を実施態様例に基づいて説明した。本発明が基本とする創意を放棄することなく、様々な改変や変更が可能であることは言うまでもない。

ＤＣＢ技法またはＤＣＢ法を用いて金属−セラミック基板を製造する方法の概略図 ＤＣＢ技法またはＤＣＢ法を用いて金属−セラミック基板を製造する方法の概略図 ＤＣＢ技法またはＤＣＢ法を用いて金属−セラミック基板を製造する方法の概略図 ＤＣＢ技法またはＤＣＢ法を用いて金属−セラミック基板を製造する方法の概略図 ＤＣＢ技法またはＤＣＢ法を用いて金属−セラミック基板を製造する方法の概略図 ＤＣＢ技法またはＤＣＢ法を用いて金属−セラミック基板を製造する方法の概略図 ＤＣＢ技法またはＤＣＢ法を用いて金属−セラミック基板を製造する方法の概略図 ＤＣＢ技法またはＤＣＢ法を用いて金属−セラミック基板を製造する方法の概略図 ＤＣＢ技法またはＤＣＢ法を用いて金属−セラミック基板を製造する方法の概略図

符号の説明

１ａ−１ｄ ベースプレート
２ 分離層
３ 銅箔またはプレート
４ セラミック層またはプレート
５ 銅箔またはプレート
６ ＤＣＢパケット
７ フレーム状スペーサー部材
８ カバープレート
９ 底部
１０ 縁部
１１ 担持部材
１２ 底部
１３ 縁部
１４ 凹部
１５ 隆起領域
１６ 凹部

Claims (41)

1. 両面金属被膜化金属−セラミック基板、例えば銅−セラミック基板を直接接合温度まで加熱する直接接合法を用いて製造する方法であり、
   第一および第二金属層（３、５）と金属層の間に位置するセラミック層（４）から成る少なくとも１つのＤＣＢパケット（６）を少なくとも１つのベースプレート（１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ）の分離層（２）上に形成し、少なくとも１つの金属層が分離層（２）と当接しており、
   分離層はムライト、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_３、ＺｒＯ_２、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＣａＣＯ_２またはこれらの材料の少なくとも２つの組み合わせから成る群から選択した分離層材料から成る多孔層から構成され、
   ベースプレート（１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ）が例えばセラミック材料である耐熱材料から構成され、
   少なくとも１つのベースプレート（１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ）上に形成された少なくとも１つのＤＣＢパケット（６）が、直接接合温度にまで加熱されることで少なくとも１つの両面金属被膜化金属−セラミック基板へと接合され、
   該多孔層が２５％より高いか、又は２０％より低い多孔度を有することを特徴とする製造方法。
2. ムライト、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣまたは前記成分の少なくとも２つの組み合わせから成るベースプレート（１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ）の使用を特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 高耐熱金属、例えば合金鋼、モリブデン、チタン、タングステン、前記成分の少なくとも２つの組み合わせから成るベースプレート（１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ）の使用を特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 各分離層（２）が厚さ０．０１〜１０ｍｍを有することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
5. 分離層（２）が２０％を越える孔隙率（孔体積の固体体積に対する比）を有することを特徴とする、先行する請求項の１つに記載の方法。
6. ベースプレート（１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ）または分離層（２）備えたベースプレート（１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ）の一部の厚さが０．２〜１０ｍｍであることを特徴とする、先行する請求項の１つに記載の方法。
7. ベースプレート（１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ）を担持体として使用することを特徴とする、先行の請求項の１つに記載の方法。
8. ベースプレート（１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ）を使用し、理想的に均一なプレートからの偏差がベースプレートの長さの０．２％未満および／またはベースプレートの幅の０．１％未満であることを特徴とする、先行の請求項の１つに記載の方法。
9. 分離層（２）を形成するために、ベースプレート（１、１ａ、１ｂ、１ｃ）の少なくとも１つの面を例えば水溶性マトリクスである液状マトリクス中の少なくとも１つの粉末状分離層材料を含有する塊でコーティングすることを特徴とする、先行の請求項の１つに記載の方法。
10. 分離層を形成するコーティングを適用した後、該コーティングを乾燥させるためおよび／または接合剤を除去するために１３０℃より高い温度まで加熱することを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. 分離層を形成するコーティングまたは該コーティングを施したベースプレート（１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ）を１５０℃より高く分離層材料の焼結温度より低い温度まで加熱することを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
12. 分離層（２）を粒径３０μｍ未満の粉末状分離層材料で形成することを特徴とする、先行の請求項の１つに記載の方法。
13. 少なくとも１つのベースプレート（１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ）の材料の熱膨張係数が少なくとも１つのＤＣＢパケット（６）の少なくとも１つのセラミックプレート（４）の熱膨張係数とは異なることを特徴とする、先行の請求項の１つに記載の方法。
14. 金属プレートが銅プレートまたは銅箔（３、５）であることを特徴とする、先行の請求項の１つに記載の方法。
15. 幾つかの両面金属被膜化金属−セラミック基板を製造するために、少なくとも２つのＤＣＢパケット（６）の積層構造を形成し、その下部ＤＣＢパケット（６）は下部ベースプレート（１）の分離層（２）上に横たわっており、分離層（２）を両面に備えたベースプレート（１ａ）を積層構造の隣接するＤＣＢパケット（６）間における分離プレートとして設けることを特徴とする、先行の請求項の１つに記載の方法。
16. ベースプレート（１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ）の材料から成り分離層（２）を備える荷重部材を少なくとも１つのＤＣＢパケット（６）上に設けることを特徴とする、先行の請求項の１つに記載の方法。
17. 幾つかのＤＣＢパケット（６）の積層構造を形成するために、互いに積層したベースプレート（１、１ｂ）上にＤＣＢパケットを設け、ベースプレート（１、１ｂ）はスペーサー部材（７、９）によって互いに間隔があいていることを特徴とする、先行の請求項の１つに記載の方法。
18. 接合するために、少なくとも１つのＤＣＢパケット（６）を、該ＤＣＢパケット（６）を担持するベースプレート（１、１ｂ）によって少なくとも部分的に局限された空間中に収めることを特徴とする、先行の請求項の１つに記載の方法。
19. 少なくとも１つのＤＣＢパケット（６）を桶型または溝状ベースプレート（１ｂ）内に設置し、また少なくとも２つの溝状または桶型ベースプレート（１ｂ）を互いに積層することを特徴とする、先行の請求項の１つに記載の方法。
20. 直接接合するために、桶型または溝状担持部材（１１）の内部の、分離層（２）を備えたベースプレート（１）上に少なくとも１つのＤＣＢパケット（６）を位置させ、また担持部材を耐熱材料、例えばセラミック材料、好ましくは少なくとも１つのベースプレート（１）の材料から形成することを特徴とする、先行の請求項の１つに記載の方法。
21. ベースプレート（１ｃ、１ｄ）の分離層（２）を含む面の少なくとも一方を構造化することを特徴とする、先行の請求項の１つに記載の方法。
22. 少なくとも１つのＤＣＢパケット（６）のセラミック層のセラミックがＺｒＯ_２含有量が例えば２〜３０％のＡｌ_２Ｏ_３から成ることを特徴とする、先行の請求項の１つに記載の方法。
23. 少なくとも１つのＤＣＢパケット（６）のセラミックが、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）から成る酸化物表面層を備えた窒化アルミニウム（ＡｌＮ）および／または窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）から成ることを特徴とする、先行の請求項の１つに記載の方法。
24. 少なくとも１つのセラミック層（４）の寸法が１００×１００ｍｍより大きい、先行の請求項の１つに記載の方法。
25. 少なくとも１つのＤＣＢパケット（６）のセラミック層の厚さが０．２〜１．５ｍｍであることを特徴とする、先行の請求項の１つに記載の方法。
26. 少なくとも１つのＤＣＢパケット（６）の金属プレート（３、５）の厚さが０．１〜１．２ｍｍであることを特徴とする、先行の請求項の１つに記載の方法。
27. 少なくとも１つのＤＣＢパケット（６）の金属層の厚さのセラミック層の厚さに対する比が０．５よりも大きいことを特徴とする、先行の請求項の１つに記載の方法。
28. 少なくとも１つのＤＣＢパケットの金属層（３、５）の厚さが異なることを特徴とする、先行の請求項の１つに記載の方法。
29. 先行の請求項の１つに記載の方法で使用するための特にはプレート型担持体であり、好ましくはセラミック材料である耐熱材料から製造され、その表面上に少なくとも１つの分離層（２）を備えており、分離層は２０％を越える孔隙率（孔体積の固体体積に対する比）を有し、ムライト、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_３、ＺｒＯ_２、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＣａＣＯ_２またはこれらの材料の少なくとも２つの組み合わせから成る群から選択した分離層材料から成ることを特徴とする担持体。
30. 分離層（２）の厚さが０．１〜１０ｍｍであることを特徴とする、請求項２９に記載の担持体。
31. 分離層（２）が、その厚み全体を通して２０％を越える孔隙率（孔体積の固体体積に対する比）を有することを特徴とする、請求項２９または３０に記載の担持体。
32. 担持プレートまたは分離層を備えた該プレートの一部が厚さ０．２〜１０ｍｍを有することを特徴とする、先行の請求項の１つに記載の担持体。
33. 分離層（２）を含む領域が、理想的に均一なプレートからの偏差が担持体の長さの０．２％未満および／または担持体の幅の０．１％未満である均一性を有することを特徴とする、先行の請求項の１つに記載の担持体。
34. 少なくとも１つの表面上に分離層（２）を備えたプレート型設計であることを特徴とする、先行の請求項の１つに記載の担持体。
35. 分離層（２）と、分離層の平面から突出する縁部（１０）を備えた底部を有するその桶型または溝状設計を特徴とする、先行の請求項の１つに記載の担持体。
36. 分離層（２）を含む表面上が構造化、例えば複数の凹部（１４、１６）が設けられていることを特徴とする、先行の請求項の１つに記載の担持体。
37. 分離層（２）を形成する粒子のサイズが３０μｍ未満であることを特徴とする、先行の請求項の１つに記載の担持体。
38. 担持体を形成する材料の熱膨張係数が製造する両面金属−セラミック基板のセラミック材料の熱膨張係数とは異なり、例えば金属−セラミック基板のセラミック材料の熱膨張係数とは±約１０％異なることを特徴とする、先行の請求項の１つに記載の担持体。
39. 担持体の材料の熱膨張係数が約６．８×１０^−６／°Ｋであることを特徴とする、請求３８に記載の担持体。
40. ムライト、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣまたは前記成分の少なくとも２つの組み合わせから製造されることを特徴とする、先行の請求項の１つに記載の担持体。
41. 高耐熱金属、例えば合金鋼、モリブデン、チタン、タングステン、前記成分の少なくとも２つの組み合わせから製造されることを特徴とする、先行の請求項の１つに記載の担持体。