JP2022501827A - 電気部品用、特に電子部品用のキャリア基板およびキャリア基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

キャリア基板（１）であって、絶縁層（１１）と金属層（１２）とを備え、前記側面プロファイル（２）、特にエッチング側面プロファイルは、主延長面（ＨＳＥ）に平行に延びる一次方向（Ｐ）で前記金属層（１２）に少なくとも帯状に隣接しており、前記一次方向（Ｐ）から見た場合、前記側面プロファイル（２）は、前記絶縁層（１１）とは反対側に向いている前記金属層（１２）の上側（３１）の第１の縁（１５）から、前記絶縁層（１１）に対向する前記金属層（１２）の下側の第２の縁（１６）まで延びており、前記側面プロファイル（２）は、前記一次方向（Ｐ）から見た場合、少なくとも１つの極大（２１）および少なくとも１つの極小（２２）を有することを特徴とするキャリア基板。

Description

本発明は、電気部品用、特に電子部品用のキャリア基板、およびキャリア基板を製造する方法に関する。

キャリア基板は、例えばプリント回路基板または回路基板として、例えば特許文献１、特許文献２および特許文献３により従来技術から公知である。通常、電気部品と導体配線との接続領域は、キャリア基板の一つの部品側に配置され、電気部品と導体配線とを相互接続して電気回路を形成することができる。キャリア基板の必須の部品は、好ましくはセラミックから形成される絶縁層、及び該絶縁層に接合された金属層である。比較的高い絶縁強度のため、セラミック製の絶縁層が特に有利であることが証明されている。次に、金属層は、電気部品用の導体配線および／または接続領域を提供するように構造化することができる。

低い熱抵抗に加えて、対応するキャリア基板の寿命に寄与する高い耐熱衝撃性を有することが望ましい。例えば、機械的ストレスを軽減し、マスターカードの破損挙動を改善するために、金属層のエッジ領域に凹部を実現することが有利であることが証明されている。特に、マスターカードの破壊挙動の改善は、特許文献４に開示されている。しかしながら、これは一般に、電気部品または電子部品の接続のための有効な機能領域の減少につながる。

独国特許出願公開第１０２０１３１０４７３９Ａ１号明細書 独国特許発明第１９９２７０４６Ｂ４号明細書 独国特許出願公開第１０２００９０３３０２９Ａ１号明細書 欧州特許出願公開第１０６１７８３Ａ２号明細書

この背景に基づいて、本発明は、特に耐熱衝撃性、機能領域の有効サイズ、および／またはマスターカードの破損挙動に関して、先行技術から公知であるキャリア基板を改善することをその課題とする。

この課題は、請求項１に記載のキャリア基板および請求項１０に記載の方法によって解決される。本発明のさらなる利点および特徴は、従属請求項ならびに詳細な説明および添付の図から分かる。

本発明によれば、キャリア基板、特に金属セラミック基板が提供される。キャリア基板は、絶縁層、好ましくはセラミック層と、金属層とを備える。側面プロファイル、特にエッチング側面プロファイルは、主延長面に対して平行に走る一次方向の最外周で金属層に少なくとも帯状に隣接している。一次方向から見た場合、側面プロファイルは、絶縁層とは反対側に向いている金属層の上側の第１の縁から、絶縁層に対向する金属層の下側の第２の縁まで延びている。側面プロファイルは、一次方向から見た場合、特に金属層と対向する絶縁層の面を基準として、少なくとも１つの極大および少なくとも１つの極小を有する。

従来技術と比較して、本発明によるキャリア基板は、少なくとも１つの極大および少なくとも１つの極小を有する側面プロファイルを有する、すなわち極大および極小が第１の縁と第２の縁との間に配置される。本発明の意味において、「最大」または「最小」という用語は、金属層に対向する絶縁層の面に対する、この位置での金属層の高さまたは厚さを意味する。換言すれば、例えば予め形成された盛り上がりまたは予め形成された起伏の形態の突起または膨らみが側面プロファイルに形成される。少なくとも１つの極大及び少なくとも１つの極小を有する側面プロファイルを使用することにより、耐熱衝撃性を大幅に改善できることが有利な方法で判明した。特に、一次方向は、外向きに、すなわち金属層によって機能領域として規定される領域から、キャリア基板上の金属を含まない領域まで延びる。極大および極小を有する側面プロファイルによる耐熱衝撃性の改善は、例えばドーム型の空洞の形態での材料の弱化をエッジ領域で省くことができることを有利に可能にし、これにより、金属層の上側の機能領域を増やすことができる。この場合、側面プロファイルは、主延長面に垂直で、一次方向または対応する断面に平行な断面の金属層の外側として形成される。好ましくは、極大および極小の数は、いずれの場合も５未満である。より好ましくは、正確に１つの極大および１つの極小が存在する。側面プロファイルは、好ましくは波形である。

好ましくは、転換点または反転点は、第１の縁と第２の縁との間に形成される。好ましくは、極大は、変曲点と第２の縁との間に配置され、極小は、第１の縁と転換点または反転点との間に配置される。たとえば、側面プロファイルは、少なくとも一部の領域では、少なくとも３次の多項式で分類できる。金属層の円周に沿った側面プロファイル、すなわち金属層の最外周の主延長面内の閉じた曲線に沿った側面プロファイルは、５０％を超えて、好ましくは７５％を超えて、好ましくは完全に極大及び極小で構成されていると考えられる。極大／極小によって、当業者は、特に、周辺領域において、側面プロファイルが極大／最小よりも大きくない／小さくない領域を理解する。大域的な最大または最小の形態の側面プロファイルは、極大または極小よりも大きい値または小さい値を持し得る。たとえば、側面プロファイルの第１の縁に大域的な最大があり、第２の縁に大域的な最小が形成される。さらに、側面プロファイルが一次方向に沿って連続的に、すなわち実質的に無段階に延びることが好ましい。

好ましくは、絶縁層は、材料として、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＡｌＮ、ＺＴＡ（ジルコニア強化アルミナ）、ＭｇＯ、ＢｅＯ、ＳｉＣまたは高密度ＭｇＯ（理論密度の９０％超）、セラミック用の材料としてＴＳＺ（正方安定化ジルコニア）またはＺＴＡを有する。これに関連して、絶縁層は、様々な所望の特性を組み合わせるために、材料組成に関して異なるいくつかの絶縁層が互いに上下に配置されて共に１つの形成するように接合される、複合セラミックまたはハイブリッドセラミックとして構成されることも考えられる。絶縁層が、例えば樹脂などの有機材料から製造されて、ＩＭＢを形成することも考えられる。金属層の考えられる材料は、銅、アルミニウム、モリブデンおよび／またはそれらの合金、ならびにＣｕＷ、ＣｕＭｏ、ＣｕＡｌ、ＡｌＣｕおよび／またはＣｕＣｕなどの積層体、特に第１の銅層および第２の銅層を有する銅サンドイッチ構造を含む。第１の銅層の粒子サイズは、第２の銅層とは異なる。

好ましくは、側面プロファイルは、エッチング工程で製造される。代替的または追加的に、側面プロファイルは、フライス加工および／またはレーザーアブレーションで形成されることも考えられる。さらに、キャリア基板は、金属層および絶縁層に加えて、少なくとも１つの追加の金属層および／または１つの追加の絶縁層を有することが好ましい。この場合、キャリア基板はサンドイッチ構造で組み立てられることが好ましく、絶縁層は金属層と追加の金属層との間に配置される。好ましくは、さらなる金属層は構造化されていないことが規定される。換言すれば、追加の金属層は、金属層の反対側のセラミック層側に中断することなく形成される。この場合、さらなる金属層が裏面メタライゼーションを形成し、これにより、たとえば、８００μｍ未満の比較的薄い絶縁層の使用が可能となる。

さらに、周方向に沿って（すなわち、機能領域の周りの第１の縁および第２の縁の一般的な輪郭に従う方向に沿って）見た第２の縁は、主延長面の接続面に隣接し、周方向の蛇行する切手の縁の形状の輪郭および／または鋸歯形状の輪郭、特に金属層の第２の縁全体にわたって延びる蛇行する切手の縁の形状の輪郭および／または鋸歯形状の輪郭を有する。金属層の蛇行形状の輪郭、切手の縁の形状の輪郭および／または鋸歯形状の輪郭が、円周方向に沿って金属層の第２の縁の部分領域上にのみ延びること、または複数の部分領域が円周方向に沿って互いに距離を置いて配置されることも考えられる。第２の縁の構造化および／または調整された輪郭を形成することにより、その表面拡大は、機械的応力の発生場所とは実質的に独立して、後者を有利に分散できるように構成される。好ましくは、第１の縁は同様に調整される。しかしながら、回転方向の側面プロファイルは、不規則な凹部、すなわち例えば、互いに混合して配置された又は交互に配置された大小の凹部、若しくは、波線形状、長方形、平行四辺形形状、またはギザギザである大小の凹部を有してもよい。

特に、接合領域は、一次方向に沿って絶縁層の全長に沿って延在しないことが規定されている。換言すれば、絶縁層は、金属層に対して、特に第２の縁に関して、主延長面の方向に突出している。好ましくは、金属層は構造化され、第１および第２の縁は、構造化処理、例えば、絶縁トレンチのエッチングまたは表面フライス加工の結果として形成される。さらに、金属層は、金属層の中心の方向または機能領域の方向に、すなわち内側に第１の縁で延びるエッジ領域で弱化する材料を有することが考えられる。したがって、一次方向から見ると、エッジ領域は、最初の縁に対して側面プロファイルの反対側に位置する。材料の弱化とは、特に金属層の厚さの変動または変調を意味する。たとえば、材料の弱化とは、金属層の上側にあるドーム型の凹部を意味する。好ましくは、同じ方向で測定された金属層の全長に対するエッジ領域の延長の比は、０．２５未満、好ましくは０．１５未満、より好ましくは０．１未満の値を有する。さらに、一次方向から見た場合、エッジ領域の反対側の別のエッジ領域が金属層によって形成されていることが考えられる（前記比は、エッジ領域および別のエッジ領域の延長を考慮に入れる）。好ましくは、エッジ領域の寸法、すなわち特に、同じ方向で測定された金属層の全長に対する一次方向で見たときのエッジ領域の延長の比は、金属層の第１の厚さに依存することが規定される。例えば、第１の厚さが１５０μｍを超える金属層（例えば、０．４ｍｍから２．５ｍｍ）の場合、同じ方向で測定された金属層の全長に対する、一次方向から見たエッジ領域の延長の比は、０．３５未満、好ましくは０．２５未満、より好ましくは０．１８未満である。この場合、延長または全長は、特に第１の縁の輪郭に対して垂直に向けられた方向で測定される。特に、延長の測定は、第１の縁から始まり、金属層の中央領域に向けられる。

さらに、第２の縁が、特に少なくとも部分的または完全に、充填材で円周方向に覆われていることが好ましい。この場合、充填材は、縁での亀裂形成を抑制する、すなわち亀裂の拡大を抑制または完全に防止するのに適している。好ましくは、充填材料は、ポリイミド、ポリアミド、エポキシ、またはポリエーテルエーテルケトンなどのプラスチック材料を含む。これに関連して、セラミック成分がプラスチック材料に添加されることも考えられる。そのような添加剤の例は、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化ホウ素またはガラスである。

炭素繊維、ガラス繊維および／またはナノ繊維がプラスチック材料に添加されることも考えられる。好ましくは、充填材は耐熱性であり、すなわち充填材は、充填材の塗布後のキャリア基板の製造中および／またははんだ付け中に発生する温度で溶融しないことが規定される。さらに、充填材料は、絶縁層、好ましくは選択されたセラミック材料、および金属層、好ましくは銅などの選択された金属と強力かつ良好な接合を形成するのに適していることが好ましい。さらに、充填材の熱膨張係数は、絶縁層および／または金属層の熱膨張係数以上であることが規定されている。例えば、充填材の熱膨張係数は、金属層の熱膨張係数の３倍以上である。

本発明の好ましい実施形態によれば、金属層は、側面プロファイルの外側で、特に機能領域として提供される中央領域において第１の厚さと、極大において第２の厚さとを有し、第２の厚さは第１の厚さよりも小さいことが規定される。これにより、極大が金属層の上側に対して突出しないことが保証される。この場合、極大は周方向にビードのように伸び、側面プロファイルの大域的な最大、即ち第１の縁に対する高さに関する突起を形成する。ここでは、極大が高原またはドーム型の膨らみの一部であると考えられる。周方向（すなわち、第１の縁または第２の縁の伸長方向に従う場合）で見ると、極大は、金属層の全周の５０％を超えて、好ましくは金属層の７５％を超えて、より好ましくは完全に金属層の周面に沿って延びる。さらに、第１の縁の金属層が第１の厚さを有し、特に金属層の最大厚さである第１の厚さを表すことが規定される。

有利には、第１の厚さに対する第２の厚さの比は、０．９５よりも小さく、好ましくは０．９よりも小さく、より好ましくは０．８よりも小さい値を有することが規定される。第１の厚さに対する第２の厚さの相対比は、比が少なくとも０．９よりも小さい場合に耐熱衝撃性にプラスの効果を達成するために、ほぼ独立した方法で選択できることが有利な方法であることがわかった。すなわち、比較的類似した側面プロファイルを、金属層の大きい第１の厚さまたは金属層の小さい第１の厚さに対して選択することができる。

有利には、第１の厚さに対する第２の厚さの比は、１未満に規定される。
有利には、一次方向で測定された側面プロファイルは、第１の縁と第２の縁との間の第１の長さにわたって延在し、第１の長さと第１の厚さとの間の比が０．５から１．９の間、好ましくは０．６から１．７、より好ましくは０．７から１．５の間であることが規定される。これにより、比較的広い側面曲線を実現することができる。比較として、第１の長さ対第１の厚さの比は、通常、０．５未満である。この側面プロファイルの拡大は、耐熱衝撃性にプラスの効果をもたらすだけでなく、特に第１の縁の非常に近くに配置されたコンポーネントの場合、これらが熱輸送のための金属層の側面プロファイルの下方の領域を使用可能であるため、熱の拡散をサポートすることが判明した。広い側面プロファイルにより、極大と極小とを有する構造をより制御された方法で設定することもできる。好ましくは、特に極大が側面プロファイルから明確に明らかでない場合、第２の厚さは、一次方向から見て、第２の縁から第１の長さの２／５倍である点で測定される。

好ましくは、側面プロファイルは、下側の第２の縁から第２の長さにわたって極大まで延びることが規定され、第２の長さと第１の長さとの間の比は、０．２から０．７の間、好ましくは０．２５から０．６、より好ましくは０．３から０．５の間の値を有する。換言すれば、極大、すなわち第２の縁から見た側面プロファイルにおける局所的な高さが、最初の半分の位置に配置される場合、または好ましくは側面プロファイルの最初の半分と最初の３分の１との領域に配置される場合、特に有利であることが判明した。このように、極大は、特に金属層の最外縁に位置するため、キャリア基板全体の耐熱衝撃性をサポートする。

好ましくは、第１の縁および第２の縁を通過する仮想的な直線の第１の接続線は、金属層が絶縁層に接合される接合領域に対して第１の角度を中心に傾斜し、仮想的な直線の第２の接続線は、第２の縁を通り、極大は、接合領域に対して第２の角度の周りに傾斜し、第２の角度と第１の角度との比は、０．８未満、好ましくは０．７未満、より好ましくは０．６未満である。これは、好ましくは、比較的大きな第１の厚さ、例えば、０．４から２．５ｍｍの第１の厚さを有するキャリア基板に適用される。この実施形態では、極大が、特に、最初の３分の１以内の平坦な側面プロファイル部に形成されることが特に意図されている。（第２の縁から見た）最初の３分の１のこのような非常に平坦な側面プロファイルで、極大が大幅に突出していないことで、耐熱衝撃性の大幅な改善をすでに達成できることが判明した。さらに、そのようなプロファイルは、充填材料またはポッティング材料で比較的容易に覆うことができる。第１の厚さが比較的薄いキャリア基板の場合、第２の角度が第１の角度よりも大きいことが好ましい。例えば、第２の角度と第１の角度との比は、１から２．５の間、好ましくは１．２から２の間、またはより好ましくは約１．４から１．８の間の値を有する。また、極大の代わりに、一次方向から見て、第２の縁から第１の長さの２／５倍の距離だけ離れた側面プロファイルの外側に点が取られることも考えられる。

好ましくは、第２の角度は第１の角度よりも小さいか、または第１の角度は第２の角度よりも大きい。第１の角度と第２の角度との間のそのような比は、比較的大きな第１の厚さを有するキャリア基板にとって特に有利であることが判明した。好ましくは、この場合の第１の厚さは、３００μｍより大きく、好ましくは４００μｍより大きく、より好ましくは５００μｍより大きく、さらには１ｍｍより大きい。例えば、第１の厚さは、３００μｍから５ｍｍの間、好ましくは４００μｍから３ｍｍの間、より好ましくは５００μｍから１ｍｍの間の値を有する。

好ましくは、第１の角度と第２の角度との間の比は、主延長面に平行に延びる周方向に沿って変化し、特に、比は、例えば周期的に変化する。少なくとも複数の部分では、第１の角度と第２の角度との間の比も逆転すること、すなわち、第１の角度が第２の角度よりも大きい部分と、第２の角度が第１の角度よりも大きい部分が存在することが考えられる。

好ましい実施形態では、特に第２の角度が第１の角度よりも小さい場合、第２の厚さと第１の長さとの間の比は、０．０８から０．４の間、好ましくは０．０９から０．３５の間、より好ましくは０．１から０．３の間の値、さらには０．１であることが規定される。特に０．１から０．３の間の値では、耐熱衝撃性が大幅に向上し、キャリア基板の寿命が大幅に延びる。

本発明のさらなる実施形態では、金属層が極小で第３の厚さを有し、第２の厚さに対する第３の厚さの比が０．１から１の間、好ましくは０．２から０．９の間、より好ましくは０．３から０．８の間の値を有することが規定される。例えば、鋳造材料またはフィラー材料が極小の領域の凹部に浸透が、例えば一次方向から見た追加のフォームフィットをもたらすことによれば、極小が極大よりも著しく薄い厚さを有する場合、特に有利であることが判明した。この場合、周方向から見た第２の厚さに対する第３の厚さの比が変化する可能性がある。特に、第３の厚さと第２の厚さとの間の比は、周方向に周期的に変化し得る。

特に好ましい実施形態では、金属層は、０．２から１ｍｍの間、好ましくは０．２５から０．８ｍｍの間、より好ましくは０．３から０．６ｍｍの間、または０．４から２．５ｍｍの間、好ましくは０．５から２ｍｍの間、より好ましくは０．６から１．５ｍｍの間の第１の厚さを有することが規定される。有利なことに、極大および極小を有する側面プロファイルは、通常の第１の厚さを有するキャリア基板および比較的厚い第１の厚さの両方について、耐熱衝撃性に有益な効果を有することが判明した。好ましくは、第１の厚さは、１ｍｍより大きく、好ましくは１．５ｍｍより大きく、より好ましくは２ｍｍより大きい。特に、第１の厚みが比較的大きいキャリア基板に関して、絶縁層、特にセラミック層の厚みが１ｍｍ未満、好ましくは０．８ｍｍ未満、より好ましくは０．６ｍｍ未満であることが規定される。これにより、キャリア基板の熱伝導率をさらに最適化することができる。

本発明の別の態様は、少なくとも１つの所定の破断線によって互いに分離された複数のキャリア基板を含むマスターカードに関する。所定の破断線は、極大および極小を有する側面プロファイルに隣接して側面プロファイルに沿って、特に第２の縁に沿って延びている。所定の破断線に沿って、個々のキャリア基板は、製造プロセスで破断することによって分離される。好ましくは、所定の破断線は、追加の金属層の側面プロファイル、すなわち主延長面に垂直な積層方向で絶縁層に対して金属層の反対側の側面プロファイルに沿って延びる。極大および極小を有する側面プロファイルは、個々のキャリア基板への分離中のマスターカードの破断挙動に有利な方法でプラスの効果を有することが判明した。特に、キャリア基板の分離中の損傷の可能性が減少するため、使用できないキャリア基板の排除が減少する。特に、機能領域を有する金属層の中央領域と比較して、側面部における単位体積当たりの金属量（金属の比量）を１０から８０％の間、好ましくは１０から６０％の間、より好ましくは１０から４０％の間に低減することが規定される。

好ましくは、側面プロファイル、特に例えば追加の金属層または裏側メタライゼーションの第２の縁は、一次方向で測定された所定の破断線から所定の距離を有し、その距離は１ｍｍより小さく、その距離は好ましくは０．０５から１ｍｍの値を有する。好ましくは、一次方向で測定された第２の縁と所定の破断線との間の距離と第１の長さとの比は、０．１５から２．０の間、好ましくは０．２から１．６の間、より好ましくは０．３から１．２の間の値を有する。これは、特に比較的厚い第１の厚さ、すなわち０．４から２．５ｍｍの間の第１の厚さに当てはまる。好ましくは、第２の縁と一次方向で測定された所定の破断線との間の距離は、第１の長さよりも小さいことが規定される。さらに、個々のキャリア基板を分離するために、交差し、好ましくは互いに垂直に延びる２つのグループの所定の破断線が提供されることが規定される。

好ましくは、キャリア基板は、特に第１の電気部品と共に、カブセル化により埋め込まれる。湾曲したエッチングのエッジプロファイルと組み合わせることにより、キャリア基板は、カプセル化によって特に効果的に埋め込まれ、効果的なフォームフィットまたはアンカーを形成することができる。これは、第２の角度が第１の角度よりも大きいエッチングのエッジ輪郭に特に当てはまる。この場合、カプセル化は好ましくは大規模であり、その結果、カプセル化とキャリア基板との間に空洞は形成されない。したがって、特にコンパクトな電子モジュールを有利に実現することができ、キャリア基板は有利に衝撃から保護される。

さらに、好ましくは、第２の電気部品がカプセル化の外側に提供され、第１の電気部品は、好ましくは、カプセル化を通って延びるスルーホール接続を介して第１の電気部品に接続される。例えば、製造された状態では、スルーホール接続が、第１の電気部品の上側、すなわち、組み立てられた状態では、積層方向でキャリア基板の反対側にある端子と接触することが規定される。さらに、カプセル化の外側に追加のメタライゼーション、特に構造化メタライゼーションが提供されることにより、第２の電気的または電子部品の容易な接続が可能になることが好ましい。

本発明のさらなる態様は、前記側面プロファイルが、好ましくは、エッチングステップ、特に単一のエッチングステップによって形成される、前述の請求項のいずれか一項に記載のキャリア基板を製造する方法に関する。キャリア基板について説明したすべての機能とその利点は、この方法と同様に伝達でき、その逆も可能である。

この目的のために、金属層は、好ましくは、ＡＭＢプロセスおよび／またはＤＣＢプロセスによって絶縁層に接合される。

表面側に層またはコーテイング（溶融層）を有する金属シートまたは銅シートもしくは金属箔または銅箔を使用して、例えば金属層またはシート（例えば、銅シートまたは銅箔もしくはアルミニウムシートまたはアルミニウム箔）を互いに接合するために、及び／又は金属層またはシート（例えば、銅シートまたは銅箔もしくはアルミニウムシートまたはアルミニウム箔）をセラミックまたはセラミック層に接合するために、当業者は、「ＤＣＢプロセス」（ｄｉｒｅｃｔ ｃｏｐｐｅｒ ｂｏｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）（直接銅接合技術）または「ＤＡＢプロセス」（ｄｉｒｅｃｔ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｂｏｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）（直接アルミニウム接合技術）が、意図されることを理解する。このプロセスでは、たとえば米国特許第３７４４１２０Ａ号明細書または西独国特許発明第２３１９８５４Ｃ２号明細書に記載されており、この層またはコーティング（溶融層）は、金属（銅など）の溶融温度よりも低い溶融温度で共晶を形成するため、箔をセラミック上に置いて、すべての層を加熱することにより、本質的に溶融層または酸化物層の領域内でのみ金属または銅を溶融することによって、それらを互いに接合することができる。

特に、ＤＣＢプロセスには、たとえば、次のプロセスステップを有する。
均一な酸化銅層が形成されるように銅箔を酸化すること。
セラミック層に銅箔を配置すること。
複合材料を約１０２５乃至１０８３℃のプロセス温度、例えば約１０７１℃まで加熱すること。
室温まで冷ますこと。

例えば金属層または金属箔、特に銅層または銅箔をセラミック材料と接合するためのアクティブなはんだ付けプロセスは、金属−セラミック基板を製造することも特に意図されたプロセスを意味し、接合は、銅、銀、および／または金などの主成分に加えて活性金属を含むろう付け合金を使用して、約６５０から１０００℃の温度で金属箔（たとえば銅箔）とセラミック基板（たとえば窒化アルミニウムセラミック）との間で行われる。この活性金属は、例えばＨｆ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃｅ族の少なくとも１つの元素であり、化学反応によってろう付け合金とセラミックとの間の接続を確立する一方、ろう付け合金と金属との間の接続は、金属ろう付け接続である。あるいは、厚膜プロセスも接合のために考えられる。

好ましくは、金属層は、ＤＣＢプロセスまたはＤＡＢプロセスによって絶縁層に接合される。驚くべきことに、金属層がＤＣＢプロセスによって絶縁層に接合される場合、耐熱衝撃性の特に大きな改善が達成され得ることが見出された。

本発明の意味において、本質的という用語は、それぞれの正確な値から＋／−１５％、好ましくは＋／−１０％、より好ましくは＋／−５％だけずれた偏差、および／または機能にとって重要ではない変化の形態での偏差を意味する。

さらなる利点および特徴は、添付の図を参照して、本発明による対象の好ましい実施形態の以下の説明から生じる。個々の実施形態の個々の特徴は、本発明の範囲内で互いに組み合わせることができる。

図１は、本発明の第１の好ましい実施形態によるキャリア基板の概略図である。 図２は、本発明の第２の好ましい実施形態によるキャリア基板の概略図である。 図３は、本発明の第３の好ましい実施形態によるキャリア基板の概略図である。 図４は、本発明の第４の好ましい実施形態によるキャリア基板の概略図である。 図５は、耐熱衝撃性の測定結果をグラフで表したものである。 図６は、所定の破壊点を有するマスターカードの断面図である。

図１は、本発明の第１の好ましい実施形態によるキャリア基板１を示す。このようなキャリア基板１は、好ましくは、キャリア基板１に接続され得る電子部品または電気部品のキャリアとして使用される。そのようなキャリア基板１の本質的な構成要素は、主延長面ＨＳＥに沿って延びる絶縁層１１と、絶縁層１１に接合された金属層１２とである。絶縁層１１は、セラミックを含む少なくとも１つの材料から形成されている。金属層１２および絶縁層１１は、主延長面ＨＳＥに垂直に延びる積層方向Ｓに沿って上下に配置され、接合領域２５を介して互いに実質的に接合されている。完成状態では、金属層１２は、電気部品のための導体の配線または接続点を形成するように構造化されている。例えば、この構造化は、金属層１２内にエッチングされる。しかしながら、事前に、永続的な接合、特に材料接合が、金属層１２と絶縁層１１との間に形成されなければならない。

金属層１２を絶縁層１１に永続的に接合するために、特にＳＦＢ（スーパーフラット接合（Ｓｕｐｅｒ−Ｆｌａｔ−Ｂｏｎｄｉｎｇ））接合プロセスにおいて、キャリア基板を製造するためのシステムは、例えば、提供された予め配置された金属及びセラミックが加熱されて接合が行われる炉を備える。例えば、金属層１２は銅製の金属層１２であり、金属層１２及び絶縁層１１は、ＤＣＢ（直接銅接合）接合プロセスを使用して互いに接合される。あるいは、金属層１２は、アクティブはんだ付けプロセスを使用してセラミック層１１に接合されてもよい。

特に、金属層１２は、セラミック層１１とは反対側に面する上側３１と、セラミック層１１に面する下側３２とを有する。金属層１２の上側３１は、特に電気部品または電子部品を取り付けることができる機能領域１７を備える。上側３１は、第１の縁１５によって主延長面ＨＳＥに平行な方向に縁取られる一方、金属層１２の下側３２は、接合領域２５を介してセラミック層１１に実質的に接合されている。接合領域２５は、第２の縁１６によって主延長面ＨＳＥに平行に延びる方向に外向きに縁取られている。この場合、第１の縁１５および第２の縁１６は、主延長面ＨＳＥに垂直に延びる積層方向Ｓで見られるように、上下に互いに一致して位置するのではなく、一次方向Ｐに沿って互いに対してオフセットされている。一次方向Ｐは、例えば機能領域１７が提供されている特に金属層１２の中央領域から、金属を含まないキャリア基板１の領域へ外側に延びている。すなわち、その領域では、セラミック層はキャリア基板の外側を本質的に形成している。第１の縁１５は、一次方向Ｐに沿って延びる側面プロファイル２によって第２の縁１６に接続されている。例えば、側面プロファイル２は、エッチングプロセスによって、特に単一のエッチングステップによって形成される。側面プロファイル２は、特に主延長面ＨＳＥに垂直に延びる断面で見た場合に、第１の縁１５と第２の縁１６との間の領域において金属層１２の外側を形成する。

耐熱衝撃性を向上させるために、側面プロファイル２が、第１の縁１５と第２の縁１６との間に少なくとも１つの極大２１および少なくとも１つの極小２２を有することが特に意図される。一次方向Ｐから見た極小２２は、好ましくは、第１の縁１５と極大２１との間に位置する。

特に、金属層１２は、中央領域、すなわち特に機能領域１７の領域に第１の厚さＤ１を有し、極大２１に第２の厚さＤ２を有し、第１の厚さＤ１は第２の厚さＤ２よりも大きいことが規定される。好ましくは、第１の厚さＤ１に対する第２の厚さＤ２の比は、０．５から０．９の間、好ましくは０．６から０．９の間、より好ましくは０．７から０．９の間の値を有する。換言すれば、側面プロファイル２は、金属層１２の第１の縁１５と第２の縁１６との間に、例えば、丘のようなまたはビーズ（ｗｕｌｓｔａｒｔｉｇｅｎ）のような隆起の形態で、追加の膨らみまたは隆起を有し、極大２１は、例えば金属層１２の第１の厚さＤ１によって定義される大域的な最大よりも小さい。側面プロファイル２は、一次方向Ｐで測定された第１の長さＬ１にわたって延び、第１の厚さＤ１に対する第１の長さＬ１の比は、０．５から１．９の間、好ましくは０．６から１．７の間、より好ましくは０．７から１．５の間の値を有することがさらに規定される。

金属層１２が極小２２において第３の厚さＤ３を有し、第２の厚さＤ２に対する第３の厚さＤ３の比が０．１から１の間、好ましくは０．２から０．８の間、より好ましくは０．３から０．６の間の値を有することが特に好ましい。また、図１は仮想的な直線の第１の接続線Ｖ１および仮想的な直線の第２の接続線Ｖ２を示している。第１の接続線Ｖ１は、第１の縁１５および第２の縁１６を通過し、接合領域２５に対して第１の角度Ｗ１だけ傾斜し、第２の接続線Ｖ２は、第２の縁１６および極大２１を通過する。これにより、第２の接続線Ｖ２は、接合領域２５に対して第２の角度Ｗ２だけ傾斜している。好ましくは、第２の角度Ｗ２が第１の角度Ｗ１よりも大きいことが規定される。例えば、第２の角度Ｗ２と第１の角度Ｗ１との比は、１から２．５の間、好ましくは１．２から２の間、またはより好ましくは約１．４から１．８の間の値を有する。側面プロファイル２は、下側３２の第２の縁１６から第２の長さＬ２にわたって極大２１まで延びることが規定され、第１の長さＬ１に対する第２の長さＬ２の比は、０．２から０．７の間、好ましくは０．２５から０．６、より好ましくは０．３から０．５の間の値を有することがさらに規定される。好ましくは、第１の長さＬ１に対する第２の厚さＤ２の比は、０．０８５から０．４の間、好ましくは０．０９から０．３５の間、より好ましくは０．１から０．３の間の値又は０．１１である。

さらに、図１に示される実施形態の例では、第１の厚さＤ１は、０．２から１ｍｍの間、好ましくは０．２５から０．８ｍｍの間、より好ましくは０．３から０．６ｍｍの間である。

図２は、本発明の第２の好ましい実施形態によるキャリア基板１を概略的に示す。ここで、実施形態は、本質的に図１の実施形態に対応し、第１の厚さＤ１が０．４から２．５ｍｍの間、好ましくは０．５から２ｍｍの間、より好ましくは０．６から１．５ｍｍの間の値を有するという点でのみ異なる。換言すれば、図１の実施形態と比較して、中央領域には比較的厚い金属層１２が存在する。好ましくは、第１の厚さＤ１に対する第２の厚さＤ２の比は、０．０１から０．５の間、好ましくは０．０５から０．４の間、より好ましくは０．０１から０．３の間の値を有する。好ましくは、第１の角度Ｗ１に対する第２の角度Ｗ２の比は、０．８よりも小さく、好ましくは０．７よりも小さく、より好ましくは０．６よりも小さいことが規定される。

図３は、本発明の第２の好ましい実施形態によるキャリア基板１を概略的に示す。この実施形態は、本質的に図１のものに対応し、ドーム型の極大２１の代わりに台地型の極大２１がここに形成されるという点でのみ、そこに示される実施形態とは異なる。

図４は、本発明の第４の好ましい実施形態によるキャリア基板１を概略的に示しており、側面プロファイル２は、いくつかの極大２１およびいくつかの極小２２を有する。この場合、金属層１２は、それぞれの極大２１および極小２２において同じ厚さを有する。しかしながら、金属層１２が、異なる極大２１および／または極小２２において異なる厚さを有することも考えられる。

図５は、耐熱衝撃性の測定結果をグラフで示す。特に、ここでは、それぞれの温度サイクル数が、まだ使用可能なキャリア基板１のパーセンテージに対してプロットされている。耐熱衝撃性に関する以下の試験は、絶縁層１１、金属層１２、および追加の金属層１２（絶縁層１１は、金属層１２と追加の金属層１２との間に配置される）を備えるキャリア基板１上で実施された。

絶縁層１１は、絶縁層の厚さＩＤが０．３２ｍｍまたは０．２５ｍｍであるＨＰＳ９から形成されている。

金属層１２および追加の金属層１２の各々は、０．３ｍｍの銅層を有する。
耐熱衝撃性試験は−５５°から＋１５０°の間で実施された。したがって、１サイクル内で、各キャリア基板１は、−５５°から＋１５０°の間の温度変動に晒され、サイクル数が記録され、その後に絶縁層１１または金属層１２の脱離または引き裂きが検出される（例えば、超音波画像化プロセスまたは目視検査によって）。したがって、キャリア基板１がまだ使用可能であるか、または脱離を示さなかった後の平均サイクル数は、キャリア基板１の耐熱衝撃性の尺度である。耐熱衝撃試験は、以下の３つのタイプについて実施された。

厚さ０．２５ｍｍの絶縁層と、エッジ領域にドーム型の凹部の形態で弱化した材料と、湾曲した側面プロファイルとを有し、極大２１及び極小２２を有する側面プロファイルではない、タイプＩのキャリア基板。

厚さ０．３２ｍｍの絶縁層と、エッジ領域にドーム型の凹部の形態で弱化した材料と、湾曲した側面プロファイル２とを有し、極大２１及び極小２２を有する側面プロファイル２ではない、タイプIIのキャリア基板。

厚さ０．３２ｍｍの絶縁層と、エッジ領域にドーム型の凹部の形態で弱化した材料と、極大２１及び極小２２を備える側面プロファイル２とを有する、タイプIIIのキャリア基板。

タイプＩのキャリア基板の場合、使用可能なキャリア基板の割合は、約８００回の熱サイクル後に減少することが分かった。

タイプIIキャリア基板の場合、使用可能なキャリア基板の割合は、約７００回の熱サイクル後に減少することが分かった。

タイプIIIのキャリア基板の場合、１０００サイクルを超えると、使用可能なキャリア基板の割合が減少し、２０００サイクルを超えても８０％をはるかに超えていることが分かった。

したがって、以下の結果が試験から得られる。
極大２１および極小２２を有する側面プロファイル２は、ドーム型の凹部がエッジ領域に組み込まれる従来のアプローチと比較して、耐熱衝撃性の大幅な改善をもたらす。

図６は、所定の破壊点８を有するマスターカード１００を示す。好ましくは、そのようなマスターカード１００は、個別化するために所定の破壊点８に沿って互いに分離されたいくつかのキャリア基板１を含む。所定の破壊点８が、少なくとも極大２１および極小２２を有する側面プロファイル２に隣接する領域に延びる場合、マスターカード１００の部分的な挙動に関して有利であることが判明した。特に、一次方向Ｐから見た所定の破断線８から開始して、金属層１２または追加の金属層１２は、それぞれ側面プロファイル２で開始することが規定されている。特に、第２の縁１６と所定の破断線８との間の距離Ａ、特に所定の破断線８の中心が１ｍｍ未満である場合に有利であることが判明した。特に、第１の長さＬ１に対する距離Ａの比は、０．０から１．５の間の値を有する。所定の破断点８が金属層１２側で実現され、かつ側面プロファイル２から（絶縁層１１の反対側における）別の金属層１２までの距離Ａが金属層１２と所定の破壊点８との間の距離Ａよりも小さいことが特に好ましい。特に絶縁層１１が比較的に薄く形成されている場合、すなわち１ｍｍより薄く、好ましくは０．８ｍｍより薄い場合、裏側メタライゼーションとして絶縁層１１を安定化するために、別の金属層１２が所定の破断点８の方向に可能な限り延びることが考えられる。図示される実施形態では、すべての金属層１２は、第１の最大２１および最小２２を有する側面プロファイル２を備える。極大２１または極小２２を有する側面プロファイル２の代わりに、欧州特許出願公開第１０６１７８３Ａ２号明細書に開示されるように、金属層１２または追加の金属層１２が、傾斜または湾曲した側面プロファイル２または材料の弱化を有するエッジ領域を備えることも考えられる。欧州特許出願公開第１０６１７８３Ａ２号明細書の内容はこの観点において明示的に参照される。絶縁層１１上の金属層１２の少なくとも１つは、極大１２および極小２２を有する側面プロファイル２を備える。

好ましくは、絶縁層１１は、０．２５ｍｍ未満、より好ましくは０．２ｍｍ未満の厚さを有する。そのような薄い絶縁層があるため、裏面のメタライゼーションが必要である。

１…キャリア基板
２…側面プロファイル
８…所定の破壊点
１１…絶縁層
１２…金属層
１５…第１の縁
１６…第２の縁
１７…機能領域
２１…極大
２２…極小
２５…接合領域
３１…上側
３２…下側
１００…マスターカード
Ｄ１…第１の厚さ
Ｄ２…第２の厚さ
Ｄ３…第３の厚さ
Ｖ１…第１の接続線
Ｖ２…第２の接続線
Ｌ１…第１の長さ
Ｌ２…第２の長さ
Ｌ３…第３の長さ
Ｗ１…第１の角度
Ｗ２…第２の角度
Ｓ…積層方向
ＨＳＥ…主延長面
Ｐ…一次方向
Ａ…距離

Claims (15)

1. キャリア基板（１）であって、
   絶縁層（１１）と金属層（１２）とを備え、
   側面プロファイル（２）、特にエッチング側面プロファイルは、主延長面（ＨＳＥ）に平行に延びる一次方向（Ｐ）で前記金属層（１２）に少なくとも帯状に隣接し、
   前記一次方向（Ｐ）から見た場合、前記側面プロファイル（２）は、前記絶縁層（１１）とは反対側に向いている前記金属層（１２）の上側（３１）の第１の縁（１５）から、前記絶縁層（１１）に対向する前記金属層（１２）の下側の第２の縁（１６）まで延びるキャリア基板（１）において、前記側面プロファイル（２）は、前記一次方向（Ｐ）から見た場合、少なくとも１つの極大（２１）および少なくとも１つの極小（２２）を有することを特徴とするキャリア基板（１）。
2. 前記金属層（１２）は、前記側面プロファイル（２）の外側で、特に機能面（１７）として提供される中央領域において第１の厚さ（Ｄ１）と、前記極大（２１）において第２の厚さ（Ｄ２）とを有し、前記第２の厚さ（Ｄ２）は前記第１の厚さ（Ｄ１）よりも小さい、請求項１に記載のキャリア基板（１）。
3. 前記第１の厚さ（Ｄ１）に対する前記第２の厚さ（Ｄ２）の比が０．９５未満、好ましくは０．９未満、より好ましくは０．８未満である、請求項２に記載のキャリア基板（１）。
4. 前記側面プロファイル（２）は、前記一次方向（Ｐ）で測定された第１の長さ（Ｌ１）にわたって延び、前記第１の厚さ（Ｄ１）に対する前記第１の長さ（Ｌ１）の比は、０．５から１．９の間、好ましくは０．６から１．７の間、より好ましくは０．７から１．５の間の値を有する、請求項２又は３に記載のキャリア基板（１）。
5. 前記側面プロファイル（２）は、前記下側（３２）の前記第２の縁（１６）から第２の長さ（Ｌ２）にわたって前記極大（２１）まで延び、前記第１の長さ（Ｌ１）に対する前記第２の長さ（Ｌ２）の比は、０．２から０．７の間、好ましくは０．２５から０．６、より好ましくは０．３から０．５の間の値を有する、請求項２乃至４の何れか一項に記載のキャリア基板（１）。
6. 前記第１の長さ（Ｌ１）に対する第２の厚さ（Ｄ２）の比は、０．０８から０．４の間、好ましくは０．０９から０．３５の間、より好ましくは０．１から０．３の間の値、又は０．１である、請求項２乃至５の何れか一項に記載のキャリア基板（１）。
7. 前記第１の縁（１６）および前記第２の縁（１５）を通過する仮想的な直線の第１の接続線（Ｖ１）は、前記金属層（１２）が前記絶縁層（１１）に接合されることにより、接合領域（２５）に対して第１の角度（Ｗ１）だけ傾斜し、前記第２の縁（１６）および前記極大（２１）を通過する仮想的な直線の第２の接続線（Ｖ２）は、前記接合領域（２５）に対して第２の角度（Ｗ２）だけ傾斜している、請求項１乃至６の何れか一項に記載のキャリア基板（１）。
8. 前記第２の角度（Ｗ２）は前記第１の角度（Ｗ１）よりも小さく、特に前記第１の角度（Ｗ１）に対する前記第２の角度（Ｗ２）の比は、０．８よりも小さく、好ましくは０．７よりも小さく、より好ましくは０．６よりも小さい、請求項７に記載のキャリア基板（１）。
9. 前記第２の角度（Ｗ２）は前記第１の角度（Ｗ１）よりも大きく、特に前記第１の角度（Ｗ１）に対する前記第２の角度（Ｗ２）の比は、１から２．５の間、好ましくは１．２から２の間、またはより好ましくは約１．４から１．８の間の値を有する、請求項７又は８に記載のキャリア基板（１）。
10. 前記第１の角度（Ｗ１）と前記第２の角度（Ｗ２）との間の比は、前記主延長面（ＨＳＥ）に平行に延びる周方向に沿って変化し、特に調整される、請求項８又は９に記載のキャリア基板（１）。
11. 前記金属層（１２）が前記極小（２２）において第３の厚さ（Ｄ３）を有し、前記第２の厚さ（Ｄ２）に対する前記第３の厚さ（Ｄ３）の比が０．１から１の間、好ましくは０．２から０．８の間、より好ましくは０．３から０．６の間の値を有する、請求項２乃至１０の何れか一項に記載のキャリア基板（１）。
12. 請求項１乃至１１の何れか一項に記載のキャリア基板（１）であって、前記第１の厚さ（Ｄ１）は、
    ０．２から１ｍｍの間、好ましくは０．２５から０．８ｍｍの間、より好ましくは０．３から０．６ｍｍの間の値、又は
    ０．４から２．５ｍｍの間、好ましくは０．５から２ｍｍの間、より好ましくは０．６から１．５ｍｍの間の値を有する、キャリア基板（１）。
13. 前記キャリア基板（１）は、特に第１の電気部品と共に、カブセル化により埋め込まれる、請求項１乃至１２の何れか一項に記載のキャリア基板（１）。
14. 第２の電気部品が前記カプセル化の外側に提供され、前記第１の電気部品は、好ましくは、前記カプセル化を通って延びるスルーホール接続を介して前記第１の電気部品に接続される、請求項１３に記載のキャリア基板（１）。
15. 前記側面プロファイル（２）が、好ましくはエッチングステップ、特に単一のエッチングステップによって形成される、請求項１乃至１４の何れか一項に記載のキャリア基板（１）を製造する方法。

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