JP2012522709A - 金属セラミック基板 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
・均一の酸化銅層を生成するための銅箔の酸化、
・セラミック層への銅箔の配置、
・およそ1025℃と1083℃の間、例えばおよそ1071℃のプロセス温度への接合部の加熱、
・室温への冷却。
ケイ酸塩層のケイ酸塩がケイ酸ジルコニウムおよび/またはケイ酸チタンおよび/またはケイ酸ハフニウムである、
および/または
少なくとも1つの中間層の熱膨脹係数が、6×10-6K-1より小さいかまたは最大でも同じである、
および/または
遊離した酸化シリコン(SiO2)の含有量が、少なくとも1つの中間層で、少なくとも金属被覆と中間層接合領域において無視できるほど小さい、
および/または
遊離した酸化シリコンの含有量が、少なくとも1つの中間層で、少なくとも金属被覆と中間層との間の接合領域においてゼロまたはほぼゼロである、
および/または
少なくとも1つの、窒化シリコンセラミックから成るベース層が、表面の両面にそれぞれ少なくとも1つの中間層を備えている、
および/または
2つの中間層上にそれぞれ少なくとも1つの金属被覆が施されている、
および/または
セラミック材料が層の順番およびセラミック層の厚さに関して、セラミック材料の表面に平行に伸びる中心面に対称に形成される、
および/または
層の順番および/または層の厚さに関して、中間層および金属被覆の厚さを含めて、基板の表面に平行に伸びる中心面に対称に形成される、
および/または
少なくとも1つの中間層に用いられた材料のために弾性率が300GPa未満の弾性モジュールを、特に、弾性率が100〜300GPaの間にある弾性モジュールをある、
および/または
少なくとも1つの中間層の厚さが、中間層を支持する窒化シリコンセラミックベース層の厚さ(dc)より著しく小さく、および/または少なくとも1つの金属被覆の厚さ(dm)よりも著しく小さい、
および/または
少なくとも1つの金属被覆の厚さ(dm)が窒化シリコンセラミックのベース層の厚さ(dc)の3倍と最大で同じである、
および/または
少なくとも1つの中間層の厚さが0.1〜10μmの間にある、
および/または
窒化シリコンセラミックの少なくとも1つのベース層の厚さ(dc)が、0.1〜2mmの間にある、
および/または
少なくとも1つの金属被覆の厚さ(dm)が0.5〜1mmの間にある、
および/または
少なくとも1つの銅の金属被覆が銅合金で作られている、および/または
ベース層および/または少なくとも1つの中間層が、特に少なくとも1つの希土類元素の形で焼結手段を含んでいる、
および/または
少なくとも1つの中間層のセラミックが、焼結手段として、ホルミウム、エルビウム、イッテルビウム、イットリウム、ランタン、スカンジウム、プラセオジム、セリウム、ネオジム、ジスプロシウム、サマリウム、ガドリニウムの酸化物、またはこれらの酸化物の少なくとも2つの混合物を含む、
および/または
焼結手段の含有量が1.0〜8.0重量パーセントの間にある、
および/または
少なくとも1つの中間層が添加剤としてLi2O、TiO2、BaO、ZnO、B2O3、CsO、Fe2O3、ZrO2、CuO、Cu2Oの群から少なくとも1つの酸化物の成分を含み、添加剤の含有量は、中間層の全質量の最大20重量パーセントである、
および/または
少なくとも1つの窒化シリコンセラミックベース層に、45W/mKKを超える熱伝導率がある、
および/または
セラミック材料の少なくとも1つの金属被覆の接着力または剥離強度が40N/cmより大きい、
および/または
少なくとも1つの中間層と隣接する金属被覆との間に、少なくとも1つの別の活性はんだの層が備えられている、
および/または
活性はんだが、はんだとして適切なベース成分から成り、および活性金属、例えばチタン、ハフニウム、ジルコニウム、ニオブおよび/またはセリウムから成る、
および/または
基板の外部の寸法が、80×80mmより大きい、好ましくは100×150mmより大きく、
その際、基板の上述の特徴がそれぞれ個別に、または任意の組み合わせで備えられていてよい。
中間層として酸化ジルコニウム層および/またはケイ酸塩層が施され、その熱膨脹係数が6×10-6K-1より小さいかまたは最大でも同じであり、およびその遊離したシリコン(SiO2)の含有量は、少なくとも中間層(6、7)と金属被覆との間の接合領域において、または中間層と金属被覆との間の移行部において無視できるほど少ない、
および/または
中間層が、遊離した酸化シリコン(SiO2)の含有量が少なくとも1つの中間層で、少なくとも金属被覆と中間層との間の接合領域において、または中間層と金属被覆との間の移行部においてゼロまたはほぼゼロであるように形成される、
および/または
少なくとも1つのベース層が両方の表面にそれぞれ1つの中間層を備え、および両方の中間層上にそれぞれ少なくとも1つの金属被覆が施されている、
および/または
中間層が、ベース層の厚さ(dc)より著しく小さいおよび/または少なくとも1つの金属被覆の厚さ(dm)より著しく小さい厚さで製造される、
および/または
少なくとも1つの金属被覆のために使用される金属箔の厚さ(dm)が、ベース層の厚さ(dc)の3倍と最大で同じである、
および/または
少なくとも1つの中間層が0.1〜10μmの間の厚さで製造される、
および/または
ベース層および/または少なくとも1つの中間層のために、少なくとも1つの焼結手段、特に少なくとも1つの希土類元素を含んだ材料が使用され、その際焼結手段の含有量が特に1.0〜8.0重量パーセントの間にある、
および/または
少なくとも1つの中間層が添加剤としてLi2O、TiO2、BaO、ZnO、B2O3、CsO、Fe2O3、ZrO2、CuO、Cu2Oの群から少なくとも1つの酸化物の成分を含有した材料を用い、添加剤の含有量は、中間層の全質量の最大20重量パーセントである、
および/または
少なくとも1つの表面に中間層を備えたベース層が材料でコーティングされ、およびこのコーティングが1200〜1680℃の間の範囲の温度で施され、焼き付けられまたは緻密焼結され、および/または焼き付けまたは緻密焼結が酸化雰囲気中で実施される、
および/または
コーティングが例えば水分散液の噴霧、液浸によって、またはゾルゲル法によって施される、
および/または
コーティングが酸化ジルコニウムおよび/または少なくとも1つのケイ酸塩を含んでいるマイクロ分散からナノ分散混合物を使用して施され、
その際上述の方法の特徴がやはりそれぞれ個別に、または任意の組み合わせで備えられていてよい。
その後、必要に応じて乾燥された後で、酸化雰囲気中で1200〜1680℃の温度範囲で、各中間層6および7が焼き付けまたは緻密焼結される。
1a 金属セラミック基板
1.1 試験片
2 セラミック材料
3 金属被覆
4 金属被覆
5 窒化シリコンセラミック内側層
5 酸化セラミック中間層
6 酸化セラミック中間層
8 活性はんだ層
9 活性はんだ層
F 引離し強さ
dc 窒化シリコンセラミックの内側層の厚さ
dm 金属被覆を形成する金属層の厚さ
Claims (38)
- 多層構造の平板状のセラミック材料(2)と、セラミック材料の少なくとも1つの表面上に具備された金属被覆(3、4)を備えた金属セラミック基板であって、該金属被覆が前記セラミック材料とダイレクトボンディング(DCB法)または活性はんだによって接合され、その際前記セラミック材料(2)が少なくとも1つの内側層または窒化シリコンセラミックベース層(5)から成り、およびその際前記少なくとも1つの金属被覆(3、4)を備えた前記セラミック材料(2)表面が少なくとも1つのベース層(5)上に施された酸化セラミック中間層(6、7)を形成する金属セラミック基板であって、前記少なくとも1つの中間層(6、7)が酸化ジルコニウム層および/またはケイ酸塩層であることを特徴とする金属セラミック基板。
- 前記ケイ酸塩層の前記ケイ酸塩がケイ酸ジルコニウムおよび/またはケイ酸チタンおよび/またはケイ酸ハフニウムであることを特徴とする、請求項1に記載の基板。
- 前記少なくとも1つの中間層(6、7)の熱膨脹係数が6×10-6K-1より小さいかまたは最大でも同じであることを特徴とする、請求項1または2に記載の基板。
- 前記少なくとも1つの中間層(6、7)の遊離した酸化シリコン(SiO2)の含有量が、少なくとも前記中間層(6、7)と前記金属被覆(3、4)との間の接合部分で無視できるほど少ないことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の基板。
- 前記少なくとも1つの中間層(6、7)の遊離した酸化シリコンの含有量が、少なくとも前記中間層と前記金属被覆(3、4)との間の接合部分でゼロまたはほぼゼロであることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の基板。
- 前記少なくとも1つの窒化シリコンセラミックベース層(5)が両方の表面にそれぞれ少なくとも1つの中間層(6、7)を備えていることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の基板。
- 両方の中間層(6、7)の上にそれぞれ少なくとも1つの金属被覆(3、4)が施されることを特徴とする、請求項6に記載の基板。
- 前記セラミック材料(2)が層の順番および前記セラミック層(5、6、7)の厚さに関して、前記セラミック材料の表面に平行に伸びる中心面に対称に形成されることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載の基板。
- 層の順番および/または層の厚さに関して、前記中間層(6、7)および前記金属被覆(3、4)の厚さを含めて、基板の表面に平行に伸びる中心面に対称に形成されることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか一項に記載の基板。
- 前記少なくとも1つの中間層、(6、7)に用いられた材料が弾性率が300GPa未満の弾性モジュールを、特に、弾性率が100〜300GPaの間にある弾性モジュールを有することを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載の基板。
- 前記少なくとも1つの中間層(6、7)の厚さが、前記この中間層を支えている窒化シリコンセラミックベース層(5)の厚さ(dc)より著しく小さいおよび/または前記少なくとも1つの金属被覆(3、4)の厚さ(dm)より著しく小さいことを特徴とする、請求項1〜10のいずれか一項に記載の基板。
- 前記少なくとも1つの金属被覆(3、4)の厚さ(dm)が、前記窒化シリコンセラミックベース層(5)の厚さ(dc)の3倍と最大で同じであることを特徴とする、請求項1〜11のいずれか一項に記載の基板。
- 前記少なくとも1つの中間層(6、7)の厚さが、0.1〜10/μmの間の範囲にあることを特徴とする、請求項1〜12のいずれか一項に記載の基板。
- 前記少なくとも1つの窒化シリコンセラミックベース層(5)の厚さ(dc)が、0.1〜2mmの間の範囲にあることを特徴とする、請求項1〜13のいずれか一項に記載の基板。
- 前記少なくとも1つの金属被覆の厚さ(dm)が、0.5〜1mmの間の範囲にあることを特徴とする、請求項1〜14のいずれか一項に記載の基板。
- 前記少なくとも1つの銅の金属被覆が銅合金で作られていることを特徴とする、請求項1〜15のいずれか一項に記載の基板。
- 前記ベース層(5)および/または少なくとも1つの中間層(6、7)が、特に少なくとも1つの希土類元素の形で焼結手段を含んでいることを特徴とする、請求項1〜16のいずれか一項に記載の基板。
- 前記少なくとも1つの中間層(6、7)のセラミックが、焼結手段として、ホルミウム、エルビウム、イッテルビウム、イットリウム、ランタン、スカンジウム、プラセオジム、セリウム、ネオジム、ジスプロシウム、サマリウム、ガドリニウムの酸化物、またはこれらの酸化物の少なくとも2つの組み合わせを含むことを特徴とする、請求項17に記載の基板。
- 焼結手段の含有量が1.0〜8.0重量パーセントの範囲にあることを特徴とする、請求項17または18に記載の基板。
- 前記少なくとも1つの中間層(6、7)が、添加剤としてLi2O、TiO2、BaO、ZnO、B2O3、CsO、Fe2O3、ZrO2、CuO、Cu2Oの群から少なくとも1つの酸化物の成分を含有した材料を用い、添加剤の含有量は、中間層の全質量の最大20重量パーセントであることを特徴とする、請求項1〜19のいずれか一項に記載の基板。
- 前記少なくとも1つの窒化シリコンセラミックベース層に、45W/mKを超える熱伝導率があることを特徴とする、請求項1〜20のいずれか一項に記載の基板。
- 前記セラミック材料の前記少なくとも1つの金属被覆(3、4)の接着力または剥離強度が、40N/cmより大きいことを特徴とする、請求項1〜21のいずれか一項に記載の基板。
- 前記少なくとも1つの中間層(6、7)と隣接する前記金属被覆(3、4)との間に、少なくとも1つの別の活性はんだの層(8、9)が備えられていることを特徴とする、請求項1〜22のいずれか一項に記載の基板。
- 前記活性はんだが、はんだとして適切なベース成分および活性金属、例えばチタン、ハフニウム、ジルコニウム、ニオブおよび/またはセリウムから成ることを特徴とする、請求項23に記載の基板。
- 前記基板の外部の寸法が、80×80mmより大きい、好ましくは100×150mmより大きい、ことを特徴とする、請求項1〜24のいずれか一項に記載の基板。
- 多層構造の平板状のセラミック材料(2)を備えた金属セラミック基板を製造する方法であって、該セラミック材料が、窒化シリコンセラミックから成る少なくとも1つの内側層またはベース層(5)および少なくとも1つの、セラミック材料(2)の表面に具備された金属被覆(3、4)から構成され、その際前記少なくとも1つの金属被覆(3、4)を備えるべきベース層(5)の表面に中間層(6、7)が形成され、およびこの中間層上に少なくとも1つの金属被覆(3、4)がダイレクトボンディング(DCB法)または活性はんだによって少なくとも1つの金属層または金属箔が施される方法において、前記中間層(6、7)のために酸化ジルコニウム層および/またはケイ酸塩層が使用されていることを特徴とする方法。
- 前記中間層(6、7)のために酸化ジルコニウム層および/またはケイ酸塩層が使用され、これらの層の膨脹係数が6×10-6K-1より小さいかまたは最大でも同じであり、およびその遊離したシリコン(SiO2)の含有量が少なくとも中間層(6、7)と金属被覆(3、4)との間の接合領域において、または中間層(6、7)と金属被覆(3、4)の間の移行部において無視できるほど少ないことを特徴とする、請求項26に記載の方法。
- 前記中間層(6、7)が、遊離した酸化シリコン(SiO2)の含有量が前記少なくとも1つの中間層(6、7)で、前記少なくとも中間層(6、7)と前記金属被覆(3、4)と中間層との間の接合領域において、または前記中間層(6、7)と前記金属被覆(3、4)との間の移行部において、ゼロまたはほぼゼロであるように形成されることを特徴とする、請求項27に記載の方法。
- 前記少なくとも1つのベース層(5)が両方の表面にそれぞれ1つの中間層(6、7)を備え、および両方の中間層(6、7)上にそれぞれ少なくとも1つの金属被覆(3、4)が施されていることを特徴とする、請求項27または28に記載の方法。
- 前記中間層(6、7)が、ベース層(5)の厚さ(dc)より著しく小さいおよび/または少なくとも1つの金属被覆(3、4)の厚さ(dm)より著しく小さい厚さで製造されることを特徴とする、請求項1〜29のいずれか一項に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの金属被覆(3、4)のために使用される金属箔の厚さ(dm)が、ベース層(5)の厚さ(dc)の3倍と最大で同じであることを特徴とする、請求項1〜30のいずれか一項に記載の方法。
- 厚さが0.1〜10/μmの間の範囲にある前記少なくとも1つの中間層(6、7)が製造されることを特徴とする、請求項1〜31のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ベース層(5)および/または前記少なくとも1つの中間層(6、7)のために、少なくとも1つの焼結手段を、特に少なくとも1つの希土類元素の形で含んだ材料が使用され、その際焼結手段の含有量が特に1.0〜8.0重量パーセントの間にあることを特徴とする、請求項1〜32のいずれか一項に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの中間層(6、7)が、添加剤としてLi2O、TiO2、BaO、ZnO、B2O3、CsO、Fe2O3、ZrO2、CuO、Cu2Oの群から少なくとも1つの酸化物の成分を含有した材料を用い、添加剤の含有量は、中間層の全質量の最大20重量パーセントであることを特徴とする、請求項1〜33のいずれか一項に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの表面に中間層(6、7)を備えた前記ベース層(5)が材料でコーティングされ、およびこのコーティングが1200〜1680℃の間の範囲の温度で施され、焼き付けられまたは緻密焼結されることを特徴とする、請求項1〜34のいずれか一項に記載の方法。
- 焼き付けまたは緻密焼結が酸化雰囲気中で実施されることを特徴とする、請求項35に記載の基板。
方法 - 前記コーティングが例えば水分散液の噴霧、液浸によって、またはゾルゲル法によって施されることを特徴とする、請求項35または36に記載の方法
- 前記コーティングが、酸化ジルコニウムおよび/または少なくとも1つのケイ酸塩を含んでいるマイクロ分散からナノ分散混合物を使用して施されることを特徴とする、請求項1〜37のいずれか一項に記載の方法。
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