JP2024513154A - 金属セラミック基板を機械加工するための方法及び金属セラミック基板 - Google Patents
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Abstract
金属セラミック基板（１）を機械加工するための方法、特に、所定の破断点を形成するための方法であって、金属セラミック基板（１）を提供することと、金属セラミック基板（１）に所定の破断点（７）を形成することと、を含み、所定の破断点（７）が、その方向（Ｖ）に沿って、第１の深さ（Ｔ１）を有する少なくとも第１の部分（Ａ１）と、第２の深さ（Ｔ２）を有する少なくとも第２の部分（Ａ２）と、を有し、第１の深さ（Ｔ１）とは異なる第２の深さ（Ｔ２）が実現される、方法。
Description
本発明は、金属セラミック基板を機械加工するための方法、及び所定の破断点を有する金属セラミック基板に関する。
電子モジュールは、例えば、パワー電子モジュールとして、従来技術から周知である。そのような電子モジュールは、導電性トラックを介して共有金属セラミック基板上に相互接続される切替え可能又は制御可能な電子部品を通常使用する。金属セラミック基板の必須の構成要素は、絶縁層であって、金属セラミック基板の場合、セラミックを含む材料から作られる絶縁層と、メタライゼーション層であって、好ましくは、金属セラミック基板の１つの構成要素側に構造化され、導電経路を形成するように形成される、メタライゼーション層と、である。
通常、金属セラミック基板は、構造化後又は構造化前に、小さい金属セラミック基板に分離されるマスターカードとして実現される。そのようなマスターカードは、所定の破断点及び／又は分離点を生成するためにレーザ光によって処理される。次いで、それぞれの金属セラミック基板を、例えば、それらを分離することによって、マスターカードから分離してもよい。ここでは、例えば、特許文献１に記載されているように、超短パルスレーザの使用が有利であることが証明されている。
この従来技術に基づいて、本発明は、金属セラミック基板、特にマスターカードにおける所定の破断点の生成を改善することを目的とする。
この課題は、請求項１に記載の金属セラミック基板を機械加工するための方法、及び請求項１０に記載の金属セラミック基板によって解決される。更なる実施形態は、後続の特許請求の範囲、及び明細書に見出すことができる。
本発明の第１の態様によれば、金属セラミック基板を機械加工するための方法は、
金属セラミック基板を提供することと、
金属セラミック基板に所定の破断点を形成することと
を含み、
所定の破断点が、その方向に沿って、第１の深さを有する少なくとも第１の部分と、第２の深さを有する少なくとも第２の部分と、を有し、第１の深さとは異なる第２の深さが実現される。
金属セラミック基板を提供することと、
金属セラミック基板に所定の破断点を形成することと
を含み、
所定の破断点が、その方向に沿って、第１の深さを有する少なくとも第１の部分と、第２の深さを有する少なくとも第２の部分と、を有し、第１の深さとは異なる第２の深さが実現される。
従来技術で知られている所定の破断点と比較して、本発明によれば、第１のセクション及び第２のセクションは、所定の破断点に対して第１の深さ及び第２の深さをもたらし、それによって所定の破断点の底部は、所定の破断点の方向に調整されることを実現する。それに応じて、特に第１の深さを有する第１のセクション、及び第１の深さとは異なる第２の深さを有する第２のセクションを用いて、所定の破断点の底部を調整することによって、対応する金属セラミック基板を一方では可能な限り完全に破断することが可能であり、他方では所望の安定性を有することが可能であり、これにより、特に所定の破断点の領域において、搬送中に意図せずに金属セラミック基板が破断することのない安全な搬送が保証されることが分かった。これにより、意図しない破損又は不意の破損によって誤って破損する金属セラミック基板の不合格品の総量が減少する。これらは、好ましくは、マスターカードの形態の金属セラミック基板である。
特に、第１の深さ及び／又は第２の深さは、それぞれ第１のセクション及び第２のセクションにおける所定の破断点の底部から、主延長面に垂直な方向に、金属セラミック基板又はセラミック層の上側にも延びる仮想平面まで寸法決めされることが意図される。第１のセクション及び第２のセクションとは、特に、主延長面に対して斜めに傾斜したコースを有さない所定の破断点の底部における、そのようなセクションを意味する。これに関連して、特に、第２のセクションの直後に斜めに延びる底部が続く場合、第１のセクション及び／又は第２のセクションはまた、いずれの場合も、点形状であってもよい。例えば、それは、所定の破断点の底部において、ジグザグ形状のコースであってもよい。好ましくは、第１のセクションと第２のセクションとの間には、いずれの場合も、所定の破断点の底部が主延長面に対して斜めに延びる傾斜領域が設けられる。
言い換えれば、第１のセクション及び第２のセクションは、特に、所定の破断点の底部が主延長面に対して斜めに延びる所定の破断点のセクションを含まない。第１のセクション及び第２のセクションとしてカウントされない所定の破断点の底部の部分、すなわち傾斜部分は、例えば、主延長面に対して垂直に延び、及び／又は主延長面に対して３０°～６０°、好ましくは４０°～５０°、より好ましくは４２°～４８°の角度で延びてもよい。特に、所定の破断点の底部のそれぞれの斜めに延在するセクションは、延在方向に沿って本質的に一定の傾斜を形成し、すなわち、特に、すべての傾斜角の平均値から１０％、好ましくは５％、より好ましくは２％を超えて逸脱しない。
好ましくは、第１の深さは、０．０１ｍｍ～０．１２ｍｍの間、好ましくは０．０２ｍｍ～０．１ｍｍの間、より好ましくは０．０２ｍｍ～０．０８ｍｍの間の値を有し、一方、第２の深さは、０．０１ｍｍ～０．１６ｍｍの間、好ましくは０．０２ｍｍ～０．１２ｍｍの間、より好ましくは０．０２ｍｍ～０．１ｍｍの間の値を有する。
更に、金属セラミック基板は、セラミック要素又はセラミック層の上側に接合された少なくとも１つの金属層を備え、金属層及びセラミック要素は、主延長面に沿って延在し、主延長面に対して垂直に延在する積層方向に沿って上下に配置される。
金属層の考えられる材料は、銅、アルミニウム、モリブデン、タングステン及び／又は例えば、ＣｕＺｒ、ＡｌＳｉ又はＡｌＭｇＳｉなどのそれらの合金、並びに例えば、ＣｕＷ、ＣｕＭｏ、ＣｕＡｌ及び／又はＡｌＣｕなどの積層体、若しくは例えば、ＣｕＷ、ＣｕＭｏ又はＡｌＳｉＣなどのＭＭＣ（金属マトリックス複合材）である。更に、好ましくは、製造された金属セラミック基板上の金属層は、特に構造メタライゼーションとして表面改質される。表面改質として、例えば、貴金属、特に銀及び／若しくは金、又は（無電解）ニッケル若しくはＥＮＩＧ（「無電解ニッケル浸漬金」を用いた封止が、あるいは亀裂の形成又は膨張を抑制するための金属層上のエッジカプセル化が、考えられる。
好ましくは、セラミック要素は、セラミックの材料として、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＡｌＮ、ＨＰＳＸセラミック（すなわち、ｘパーセンテージのＺｒＯ２からなるＡｌ２Ｏ３マトリックス、例えば９％のＺｒＯ２＝ＨＰＳ９を有するＡｌ２Ｏ３、又は、２５％のＺｒＯ２＝ＨＰＳ２５を有するＡｌ２Ｏ３を有するセラミック）、ＳｉＣ、ＢｅＯ、ＭｇＯ、高密度ＭｇＯ（理論密度の９０％超）、ＴＳＺ（正方安定化酸化ジルコニウム）を有する。セラミック要素は、複合又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、その場合、それぞれが材料組成に関して異なるいくつかのセラミック層が互いに重ねて配置され、様々な所望の特性を組み合わせるために互いに接合されてセラミック要素を形成する。好ましくは、可能な限り低い熱抵抗のために、可能な限り熱伝導性であるセラミックが使用される。
好ましくは、金属層は、ＡＭＢプロセス及び／又はＤＣＢプロセス及び／又は熱間静水圧プレスによって絶縁層に接合される。拡散接合プロセスによって、又は厚膜コーティングプロセスによって接合することも考えられる。
当業者は、「ＤＣＢプロセス」（直接銅接合技術）又は「ＤＡＢ処理」（直接アルミニウム接合技術）が、例えば、表面側に、層又はコーティング（融着層）を有する金属若しくは銅シート、又は金属若しくは銅箔を使用して、金属層若しくはシート（例えば、銅シート若しくは箔、又はアルミニウムシート若しくは箔）を互いに、及び／又はセラミック若しくはセラミック層に接合するために使用される、そのようなプロセスを意味することを理解する。例えば、米国特許第３７４４１２０号明細書又は独国特許第２３１９８５４号明細書に記載されているこのプロセスでは、この層又はコーティング（融着層）は、金属（例えば銅）の溶融温度より低い溶融温度で共融物を形成し、これにより、箔をセラミック上に配置し、すべての層を加熱することによって、本質的に融着層又は酸化物層の領域においてのみ金属又は銅を溶融することによって、それらは、互いに接合され得る。
具体的には、ＤＣＢプロセスは、例えば、
－均一な酸化銅層が形成されるように銅箔を酸化し、
－セラミック層上への銅箔を配置し、
－その複合材を約１０２５℃～１０８３℃の間、例えば約１０７１℃のプロセス温度まで加熱し、
－周囲温度に冷却する、
以上のプロセス段階を有する。
－均一な酸化銅層が形成されるように銅箔を酸化し、
－セラミック層上への銅箔を配置し、
－その複合材を約１０２５℃～１０８３℃の間、例えば約１０７１℃のプロセス温度まで加熱し、
－周囲温度に冷却する、
以上のプロセス段階を有する。
例えば、金属層又は金属箔、特に銅層又は銅箔をセラミック材料と接合するための活性はんだプロセスは、金属セラミック基板の製造にも特に使用されるプロセスであると理解され、結合は、銅、銀及び／又は金などの主成分に加えて活性金属も含むはんだを使用して、約６５０～１０００°Ｃの間の温度で、金属箔、例えば銅箔と、セラミック基板、例えば窒化アルミニウムセラミックとの間で生成される。この活性金属は、例えば、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃｅ族のうちの少なくとも１つの元素であり、化学反応によってろう付けはんだとセラミックとの間の接合を確立し、ろう付けはんだと金属との間の接合は、金属ろう付けはんだ接合部である。あるいは、接合のために、厚いコーティングプロセスが考えられる。
熱間静水圧プレスにおいて、容器、特に金属容器は、加熱加圧装置内で、１００～２０００バール（１０～２００ＭＰａ）の間、好ましくは１５０バール～１２００バール（１５～１２０ＭＰａ）の間、より好ましくは３００～１０００バール（３０～１００ＭＰａ）の間のガス圧と、３００℃のプロセス温度まで、金属層及び／又は更なる金属層の溶融温度まで、特に金属層及び／又は更なる金属層の溶融温度より低い温度までに供されることが好ましい。したがって、有利には、直接金属接合プロセス、例えばＤＣＢプロセス又はＤＡＢプロセスの必要な温度に達することなく、及び／又は能動はんだ付けに使用されるはんだ基材なしで、金属層、すなわち金属容器の金属層及び／又は更なる金属層をセラミック要素に接合することが可能であることが分かった。更に、適切なガス圧の利点又は使用は、可能な限り空隙がない、すなわち金属層とセラミック要素との間にガスが含まれない金属セラミック基板を製造する可能性がある。特に、独国特許出願公開第１０２０１３１１３７３４号明細書に記載され、熱間静水圧プレスに関連して明示的に参照されるプロセスパラメータが使用される。
好ましくは、所定の破断点の生成中に生成された粒子は、吸引装置によって吸引されるようになっている。そのような吸引装置は、処理中に、特に昇華によって生成されたセラミック粒子が金属セラミック基板の上側から吸引されるように特に構成された吸引流を引き起こす。好ましくは、この場合、吸引装置は、本質的に金属セラミック基板のレベルに配置され、吸引流を基板の主延長面に本質的に平行に、特に基板表面の近傍に流す。その結果、昇華によって形成されたセラミック粒子は、レーザパルスによる処理中に側方に吸引される。
好ましくは、金属セラミック基板が、所定の破断点の形成中に静止して配置されること、及び／又はレーザ光が、所定の破断点を形成するために金属セラミック基板上を移動すること、を実現し、すなわち、金属セラミック基板は、好ましくは、金属セラミック基板を分離するための所定の破断点を生成する目的で、処理中に静止して配置される。「静止」とは、任意の場所に固定されているか、又は任意の場所に回転可能／旋回可能に固定されていることを意味する。この目的のために、例えば、好ましくはマスターカードとして提供される金属セラミック基板は、保持要素内で固定される。そのような保持要素は、例えば、金属セラミック基板の下側で、対応する真空によってプロセス中に保持要素内で金属セラミック基板を固定する吸引装置を備える。所定の破断点の生成中に金属セラミック基板を固定又は静止的に配置することにより、特に金属セラミック基板上へのレーザビームの複数の通過が実施される場合、微細な構造及び正確な形状の所定の破断点を有利な方法で生成し得る。好ましくは、ＵＫＰシステムのレーザビームは、所定の破断点の計画されたコースに沿って、好ましくは数回通過するように移動する。金属セラミック基板を横断するレーザビームは、毎秒０．１～２ｍの間、好ましくは毎秒０．８～１．５ｍの間の処理速度がある。
好ましくは、第１のセクション及び第２のセクションは、２つの所定の破断点の交点の外側で実現される。これにより、マスターカード全体にわたる有利な破砕挙動が保証され、目標とする脆弱化は、上下に位置する交点のエリアでのみ設定されない。特に、第１のセクション又は第２のセクションは、２つの所定の破断点の交点にのみ形成されないことが意図される。特に、所定の破断点によってマスターカードを市松状に分割するために、交点で交差する所定の破断点は、互いに垂直に延びる。
好ましくは、第１の深さＴ１と第２の深さＴ２との比は、０．０５～１の間、好ましくは０．２～０．８の間、より好ましくは０．４～０．６の間である。特に、第１の深さの約２倍の大きさの第２の深さにおいて、取扱いに特に好適な所定の破断点を有する金属セラミック基板を提供することができ、同時に所定の破断点に沿って十分に良好な破断挙動を有することが分かった。
更に、第１のセクションの第１の深さは、所定の破断点の方向に寸法決めされた第１の長さにわたって実質的に一定のままであること、及び／又は第２のセクションの第２の深さは、所定の破断点の方向に寸法決めされた第２の長さにわたって実質的に一定のままであることが特に好ましい。特に第１の長さ及び／又は第２の長さが一定期間にわたって一定である対応する調整の生成は、迅速で、多大な労力なしに実現され得る。
好ましくは、第１の長さは、０．０５ｍｍ～５．０ｍｍの間、好ましくは０．０５ｍｍ～２．０ｍｍの間、より好ましくは０．０５ｍｍ～０．０１ｍｍの間の値を有する一方で、第２の長さは、０．０５ｍｍ～５．０ｍｍの間、好ましくは０．０５ｍｍ～２．０ｍｍの間、より好ましくは０．０５ｍｍ～０．０１ｍｍの間の値を有する。
更に、第２の長さに対する第１の長さの比は、１．５未満、好ましくは０．５未満、より好ましくは０．２５未満であることが特に好ましい。
特に、第１の長さが第２の長さにほぼ等しく、その結果、その調整に関して、所定の破断点の底部の特に対称的なコースが得られることを実現することが特に好ましい。特に、間隔は、第１のセクションが点形状であり、したがって比が実質的に０であるような比も含む。これらの実施形態では、底部セクションは、主延長面に垂直であり、セクションの方向を通る断面において実質的に三角形の形状を形成する。
特に、第１の長さが第２の長さにほぼ等しく、その結果、その調整に関して、所定の破断点の底部の特に対称的なコースが得られることを実現することが特に好ましい。特に、間隔は、第１のセクションが点形状であり、したがって比が実質的に０であるような比も含む。これらの実施形態では、底部セクションは、主延長面に垂直であり、セクションの方向を通る断面において実質的に三角形の形状を形成する。
上側及び下側の金属セラミック基板上に所定の破断点が生成され、これらは主延長面に垂直に延びる方向に互いに実質的に一致して配置される場合、特に好ましい。これに関連して、上側の第１のセクション及び第２のセクションは、下側の対応する第１のセクション及び第２のセクションに対して、上記方向に見て、互いに同じ位置又はオフセットで配置されることが考えられる。
好ましくは、第１のセクション及び第２のセクションは、周期的に交互になるように設けられる。言い換えれば、上記方向に沿って、所定の破断点のアーチの接続する傾斜コースから離れて、第１のセクションと第２のセクションとが連続的に交互になる。好ましくは、傾斜エリアは、第１のセクションと第２のセクションとの間に形成される。
好ましくは、所定の破断点は、好ましくは第１及び／又は第２の深さとは異なる、上記方向に垂直な方向に第３の深さを有する。これにより、例えば、上記方向に垂直な平面又は断面における所定の破断点のＷ字形又はＷ字形の輪郭が形成される。このような深さの増大は、例えば、所定の破断点の形成につながるレーザ光による、更なる通過に対する数回の通過の間にレーザ光をわずかにオフセットすることによって実現され得る。
好ましくは、第１のセクション又は第２のセクションにおける所定の破断点は、上記方向に平行な平面内で台形又は三角形の形状を有する。これにより、所定の破断点に対して実質的に有利な底部セクションが得られる。
好ましくは、所定の破断点は、レーザ光、特に超短パルスレーザによる機械加工によって生成され、所定の破断点を形成する過程で、金属セラミック基板は、機械加工前、機械加工中、及び／又は機械加工後に温度処理を受け、特に冷却、特に機械加工後に、４℃／分未満、好ましくは２℃／分未満、より好ましくは０．５℃／分未満の冷却速度で行われる。目標とする温度処理、特に金属セラミック基板の目標とする冷却は、製造された金属セラミック基板の熱機械的応力を防止することができ、破壊された金属セラミック基板の耐熱衝撃性を永続的に改善し得ることが分かった。
好ましくは、ＵＫＰレーザは、０．１～８００ｐｓ、好ましくは１～５００ｐｓ、より好ましくは１０～５０ｐｓのパルス持続時間で、光パルスを提供するレーザ源である。このようなパルスによって、特に０．２～８ｍ／ｓの間の処理速度で所定の破断点を生成することが特に有利であることが判明しており、これは、所定の破断点内の溶融セラミックと亀裂形成との間の特に好ましい比率を有し、それによって、破断中に選抜された金属セラミック基板に損傷が生じることなく、所定の破断点に沿った特に信頼性のある又は成功した破断が保証され得る。特に、ＣＯ２レーザによる処理と比較して、セラミックの機械的特性に影響を及ぼす可能性があり、そうでなければ金属セラミック基板のメタライゼーションによって誘発されて容易に拡張する可能性がある、金属セラミック基板への応力を低くする。これは、廃棄することになるか、又は少なくとも金属セラミック基板の寿命に影響を及ぼす可能性がある。超短パルスレーザ光を使用するこの効果は、パルスレーザ光の使用が温度処理を伴うときに、特に顕著であることが示されている。特に、金属セラミック基板の破砕の成功率が、更に向上され得る。
本発明の別の目的は、本発明によるプロセスによって製造された、所定の破断点を有する金属セラミック基板である。本方法について記載した特性及び利点のすべては、金属セラミック基板にも同様に適用される。特に、金属セラミック基板は、特にマスターカードとして、第１の深さを有する第１の部分と、第２の深さを有する第２の部分と、を有することによって特定され、第１の深さは、第２の深さとは異なるものである。
更なる利点及び特徴は、添付の図面を参照して、本発明の主題の好ましい実施形態の以下の説明から明らかになるであろう。したがって、個々の実施形態の個々の特徴は、本発明の範囲内で組み合わせることができる。
図１は、本発明の第１の例示的な実施形態による金属セラミック基板１を機械加工するための方法を概略的に示している。そのような金属セラミック基板１は、好ましくは、特に、金属セラミック基板１に接続され得る電子部品又は電気部品のためのキャリアとして作用する。このような金属セラミック基板１の必須構成要素は、主延長面ＨＳＥに沿って延在するセラミック層又はセラミック要素と、セラミック層に接合された金属層と、である。セラミック層は、セラミックを含む少なくとも１つの材料で作られる。この場合、金属層及びセラミック層は、主延長面ＨＳＥに対して垂直に延在する積層方向に沿って上下に配置され、製造された状態で、少なくとも一部の領域で接合面を介して強固に接合される。好ましくは、次いで、金属層は、電気部品のための導電路又は接続点を形成するように構造化される。例えば、この構造化は、金属層にエッチングされる。しかしながら、事前に、金属層とセラミック層との間に永久接合、特に強固に接合された接合が形成されなければならない。
金属層をセラミック層に恒久的に接合するために、特にＤＣＢ又はＤＡＢ接合プロセスにおいて金属セラミック基板を製造するためのシステムは、セラミック層と少なくとも１つの金属層との積層構成を加熱し、したがって接合を実現する炉を備える。例えば、金属層は、銅から作られた金属層であり、金属層とセラミック層とは、ＤＣＢ（直接銅接合）プロセスを使用して互いに接合される。あるいは、活性はんだ付けプロセス又は厚膜プロセスを使用して、金属層をセラミック層に接合し得る。熱間静水圧プロセスによって、又は拡散接合によって接合することも考えられる。
特にＤＣＢプロセス、能動はんだ付けプロセス、拡散接合プロセス、熱間静水圧プレス、及び／又は厚膜コーティングプロセスによって接合した後、金属セラミック基板１は、マスターカードとして提供される。そのようなマスターカードは、いずれの場合でも、個片化された金属セラミック基板１を提供するために、後続のプロセスで個片化されることになる。好ましくは、そのような分離のために、レーザ光１０、特に超短パルスレーザ光によってマスターカードを処理することが意図されている。そうすることで、レーザ光１０による分離を直ちに実現し、及び／又は後続のプロセスでマスターカードがそれに沿って切断される所定の破断点７を形成して、個片化された金属セラミック基板１を形成することができる。超短パルスレーザでは、当業者は、特に、そのパルス長がナノ秒未満であるレーザパルスを放射するそのようなレーザ源を理解する。好ましくは、パルス持続時間は０．１～１００ｐｓの間である。また、パルス持続時間が、フェムト秒の範囲、すなわち、パルス長が０．１ｆｓ～１００ｆｓであることが考えられる。あるいは、ＣＯ２レーザの使用も考えられる。図１に示す例示的な実施形態では、金属セラミック基板１は、保持要素４０内に配置される。
特に、金属セラミック基板１は、保持要素４０によって定位置に固定されることが意図される。特に、金属セラミック基板１上の方向Ｖに沿った特定のコースを有する所定の破断点７ｕを生成するために、レーザ光１０又はレーザビームが金属セラミック基板１上を移動することを実現する。言い換えれば、金属セラミック基板１をレーザ光１０に対して移動させるか又はその整列配置する代わりに、金属セラミック基板１上を移動したレーザ光１０が、それぞれの照射点で所定の破断点７及び／又は切断線を生成するように、レーザ光１０又はレーザビームの整列配置をもたらすことが好ましい。所定の破断点７は、連続的及び／又は断続的であり、すなわち所定の破断点７は、穿孔として存在することが考えられる。この場合、金属セラミック基板１上を移動するレーザ光１０は、０．１～２ｍ／ｓの間、好ましくは０．８～１．５ｍ／ｓの間の処理速度である。あるいは、金属セラミック基板１を変位させて、金属セラミック基板１に照射するレーザ光１０の位置を変化させることが考えられる。
特に、レーザ光１０を整列させるために、レーザ光１０はミラー要素３０に向けられることが考えられる。レーザ光１０は、ミラー要素３０で反射された後、金属セラミック基板１に照射される。これに関連して、ミラー要素３０は、レーザ光１０を金属セラミック基板１上の特定の処理エリア又は特定のエリアと位置合わせするために、旋回可能に取り付けられる、特に少なくとも２つの軸の周りに旋回可能に取り付けられることが特に実現される。更に、ミラー要素３０と金属セラミック基板１との間に、レンズ２０、好ましくはｆΘレンズが配置されることが好ましい。特に、レンズ２０は、特にマスターカードとして、金属セラミック基板１の長さ及び／又は幅に対応する長さにわたって、実質的にレーザ光１０の照射方向に実質的に垂直な平面に沿って延在する。言い換えれば、金属セラミック基板１上を移動するレーザ光１０は、加工エリアによらず常に同じレンズ２０を通過する。
焦点距離が３００ｍｍを超え、好ましくは３５０ｍｍを超え、特に好ましくは４２０ｍｍを超えるレンズ２０を使用することが特に有利であることが分かった。レンズ２０の焦点距離に本質的に対応する金属セラミック基板１からの距離にレンズ２０を配置することにより、金属セラミック基板１の主延長面ＨＳＥに垂直な垂直方向に対して、比較的わずかに傾斜した所定の破断点又は所定の破断凹部７を形成することが可能になる。そうでなければ、本質的にＶ字形又はノッチ形状の所定の破断点７である傾斜角を見込む必要がある。これは、特に、金属セラミック基板１の縁部に形成された所定の破断点７に適用される。このような傾斜した位置は、特に、レーザ光１０又はレーザビームが、金属セラミック基板１の全範囲にわたって見られるように、金属セラミック基板１に均一に垂直に照射され得ないという事実によって引き起こされる。
しかしながら、３００ｍｍを超える焦点距離を使用することによって、特に金属セラミック基板１の縁部領域におけるこの傾斜は、金属セラミック基板１の垂直方向に対して測定又は参照される傾斜角が１２°未満、特に好ましくは１０°未満であるように低減される。特に、金属セラミック基板１の中央の所定の破断点７の方向と比較した傾斜角の偏差は、１２°よりも大きくならないことが分かる。したがって、有利には、破断挙動が実質的に金属セラミック基板１全体にわたって均一に分布する所定の破断点７を形成することが可能である。
また、吸引装置２５が設けられる。吸引装置２５は、金属セラミック基板１又は保持要素４０から横方向にオフセットして配置される。吸引装置２５は、気体を吸引可能な開口部を有する。特に、吸引装置２５は、昇華した粒子が機械加工プロセス中に金属セラミック基板１の表面又は上側から確実に吸引されるように機能する。これらの昇華したセラミック粒子は、超短パルスレーザ光による金属セラミック基板１の処理中に生成されたプラズマ形成又はプラズマ火炎６の結果である。横方向の配置に加えて、分割される金属セラミック基板１の上方の吸引装置２５の配置も考えられ、開口部は金属セラミック基板１に向けられている。
特に、それは、金属セラミック基板１が、所定の破断点７を生成の過程で、時間的にレーザ光１０による機械加工前及び／又は機械加工中及び／又は機械加工後に、所定の破断点７の生成中に温度処理を受けることを実現する。特に、温度処理は、急激な温度変化又は強い温度変化を回避するように、金属セラミック基板１内の温度発現を制御するように構成される。これは、金属セラミック基板１における熱機械的に誘発される応力の形成を有利に低減する。これは、製造された、特に分割された金属セラミック基板１の耐熱衝撃性が改善され、シェル破壊に対する傾斜が低減され、特に垂直に延びる亀裂に対する傾斜を低減し得るという事実につながる。
特に、当業者は、「所定の破断点を生成する過程で、」によって、温度上昇がレーザ光１０を用いた機械加工のために起こり、以前に発生した温度上昇、例えばＤＣＢプロセス及び／又は能動はんだ付けプロセスの過程で金属層をセラミック層に接合するとき、あるいは金属セラミック基板１の製造後、例えば動作中に起こる熱の発生のとき、を指すものではないことを理解する。この目的のために、例えば、金属セラミック基板１の加熱は、所定の破断点７を生成するために金属セラミック基板１を機械加工１０３する前に、１５分以内、好ましくは１０分以内、より好ましくは５分以内に行われる。レーザ光１０による機械加工後の温度処理についても同様である。
例えば、この目的のために、金属セラミック基板１は、機械加工の前、又はレーザ光１０による機械加工の前に、特に４０°Ｃを超える、好ましくは８０°Ｃを超える、より好ましくは１５０°Ｃを超える温度まで加熱される。特に、これにより、加熱１０２は、レーザパルス自体によって実行される熱入力をもたらし、好ましくは、比例して減少される短時間の熱入力をもたらす。特に、この目的のために、温度処理は、５°Ｃ／分未満、好ましくは３°Ｃ／分未満、より好ましくは０．５°Ｃ／分未満の加熱速度で行われる。
好ましくは、冷却は、４°Ｃ／分未満、好ましくは２°Ｃ／分未満、より好ましくは０．５°Ｃ／分未満の冷却速度で行われる。金属セラミック基板１の機械加工中の温度処理は、特に、例えば、任意の位置を複数回通過する場合、レーザビーム又はレーザ光１０は、第１の通過と、続く第２の通過とで同じ位置を通過することを意味する。第１の通過と第２の通過との間の具体的に調整可能な時間間隔によって、機械加工中の金属セラミック基板１の冷却が、目標とする方法で実施され得る。代替的又は追加的に、第２の通過までの時間間隔を設定することに加えて、金属セラミック基板１を更に冷却することも考えられる。これにより、第２の通過までの時間間隔を短くすることができ、所定の破断点７を形成しつつ、金属セラミック基板１を製造又は機械加工する製造プロセス全体を高速化し得る。
目標とする方法で金属セラミック基板１の温度処理を実行するために、例えば、保持要素４０は、好ましくは所定の破断点７又は計画された所定の破断点７の下で、主延長面ＨＳＥに垂直に延びる方向に配置された、例えば加熱要素５０を有することが考えられる。これに関して、対応する加熱要素５０は、例えば、保持要素４０内に配置されてもよく、及び／又は保持要素４０の外側に取り付けられてもよい。例えば、保持要素４０が金属セラミック基板を備えているとき、加熱要素５０は金属セラミック基板１に直接隣接する。また、保持要素４０は、金属セラミック基板１を主延長面ＨＳＥに平行な方向に積極的及び／又は非積極的に固定することが好ましい。結果として、保持要素４０は、金属セラミック基板１を位置決めするために更に使用され得る。あるいは、保持要素４０の内側又は外側に加熱要素５０を形成するために、保持要素４０全体は、金属セラミック基板１を加熱及び／又は冷却するために、加熱される、及び／又は選択的に冷却される、ことも考えられる、及び／又は補完的に考えられる。この目的のために、保持要素４０は、好ましくは、比較的高い熱伝導率、特に、１００Ｗ／ｍＫを超える、好ましくは２００Ｗ／ｍＫを超える、特に好ましくは４００Ｗ／ｍＫを超える熱伝導率を有する材料で作られる。
好ましくは、保持要素４０は、例えば、保持要素４０の中又はその上に、規則的に及び／又は不規則に分布する加熱コイル又は加熱要素５０によって加熱される。好ましくは、加熱コイル又は加熱要素５０は、主延長面ＨＳＥに垂直な方向において、計画された所定の破断点７の下に少なくとも部分的に一致して配置される。
図２ａは、最新技術による所定の破断点７を示している。特に、これは、方向Ｖに沿った断面図であり、特にその底部又は基部において、所定の破断点７の輪郭を見ることができる。特にセラミック層に陥没した所定の破断点７は、金属セラミック基板１、特に、所定の破断点７が陥没した金属セラミック基板１のセラミック層の上面ＯＳと、底部との間の主延長面ＨＳＥに垂直な方向に測定された第１の深さＴ１を有する。これに関連して、第１の深さＴ１は、特に、考え方に関して、セラミック層の上側ＯＳを連続する平面、すなわち、上側ＯＳと平行に延びる平面と常に呼ばれる。従来技術による例示的な実施形態は、主延長面に対して斜めに延在するコースとは別に、従来技術による所定の破断点７が、最初及び最後に実質的に一定の第１の深さＴ１を有することを示している。これに関連して、当業者は、第１の一定の深さＴ１が、進行方向Ｖに沿って１０％未満、５％未満、及び２％未満で変化するものであると理解する。
図２ｂは、本発明の好ましい実施形態による所定の破断点７を示している。特に、図２ｂの所定の破断点７は、第１のセクションＡ１及び第２のセクションＡ２を有し、第１のセクションＡ１の第１の深さＴ１は、第２のセクションＡ２の第２の深さＴ２とは異なる。特に、第１のセクションＡ１又は第２のセクションＡ２は、それぞれ、所定の破断点７の、又は所定の破断点７の底部の、そのような部分セクションであると理解され、それは、主延長面ＨＳＥに本質的に平行な方向Ｖに沿って延びる。言い換えれば、所定の破断点７における第１のセクションＡ１及び第２のセクションＡ２は、主延長面ＨＳＥに対して本質的に斜めに延びる、底部又は所定の破断点７上のセクションを除外し、例えば、上面ＯＳを第１のセクションＡ１と接続し、及び／又は第１のセクションＡ１を第２のセクションＡ２と接続する。
図２ｂに示す例示的な実施形態では、方向Ｖに平行に寸法決めされた第１のセクションＡ１の第１の長さＬ１は、第２のセクションＡ２の第２の長さＬ２に実質的に対応する。更に、図２ｂから、第２のセクションＡ２の第２の深さＴ２は、第１のセクションＡ１の第１の深さＴ１の実質的に２倍であることが分かる。更に、第１のセクションＡ１と第２のセクションＡ２とが方向Ｖの方向に交互になって、それにより所定の破断点７の底部の周期的パターンを形成することが好ましい。異なる深さで所定の破断点７を形成することが分かった、すなわち、第１の距離Ａ１及び第２のセクションＡ２に対して少なくとも第１の深さＴ１及び第２の深さＴ２は、特にマスターカードの形態で金属セラミック基板１の十分な安定性の提供に適しており、それによって特にその輸送を可能にする。同時に、異なる深さＴ１、Ｔ２は、所定の破断点７に沿ったほぼ排他的でない破断を可能にする。
特に、所定の破断点７の底部は、第１のセクションＡ１及び第２のセクションＡ２を形成するように、方向Ｖに沿って連続的に、特に連続的で周期的に調整されることを実現する。特に、底部は、主延長面ＨＳＥに垂直で方向Ｖを通過する断面図の断面において、台形及び／又は三角形の断面を有するものになる。
このような所定の破断点７を得るためには、例えば、レーザ光１０がセラミック層を通過する頻度が、第１のセクションＡ１よりも第２のセクションＡ２の方が高いことが考えられる。あるいは、第１の深さＴ１を有する凹部が生成された後、マスキング要素、特に適切にパターニングされたマスキング要素が、セラミック層上に配置され、これにより、光がマスキング要素内の非陰影エリアを通ってセラミック層にのみ到達し、そこでセラミック材料が除去されることが考えられる。このようにして、適切に調整された所定の破断点７を実現し得る。
図２ｃに示す本発明の例示的な実施形態では、第２のセクションＡ２の第２の長さＬ２は、第１のセクションＡ１の第１の長さＬ１よりも長いことが更に実現される。特に、第１のセクションＡ１は、所定の破断点７の底部で三角形を形成するように、実質的に点形状になる。
１ 金属セラミック基板
６ プラズマ火炎
７ 所定の破断点
１０ レーザ光
２０ レンズ
２５ 吸引装置
３０ ミラー要素
５０ 発熱要素
Ａ１ 第１のセクション
Ａ２ 第２のセクション
Ｔ１ 第１の深さ
Ｔ２ 第２の深さ
Ｖ 方向
ＯＳ 上面
ＨＳＥ 主延長面
６ プラズマ火炎
７ 所定の破断点
１０ レーザ光
２０ レンズ
２５ 吸引装置
３０ ミラー要素
５０ 発熱要素
Ａ１ 第１のセクション
Ａ２ 第２のセクション
Ｔ１ 第１の深さ
Ｔ２ 第２の深さ
Ｖ 方向
ＯＳ 上面
ＨＳＥ 主延長面
Claims (10)
- 金属セラミック基板（１）を機械加工するための、特に所定の破断点を生成するための方法であって、
金属セラミック基板（１）を提供することと、
金属セラミック基板（１）に所定の破断点（７）を形成することと
を含み、
所定の破断点（７）が、その方向（Ｖ）に沿って、第１の深さ（Ｔ１）を有する少なくとも第１の部分（Ａ１）と、第２の深さ（Ｔ２）を有する少なくとも第２の部分（Ａ２）と、を有し、第１の深さ（Ｔ１）とは異なる第２の深さ（Ｔ２）が実現される、方法。 - 請求項１に記載の方法において、
第１の部分（Ａ１）及び第２の部分（Ａ２）は、２つの所定の破断点（７）の交点の外側で実現される、方法。 - 請求項１又は２に記載の方法において、
第１の深さ（Ｔ１）と第２の深さ（Ｔ２）との比は、０．２から０．８の間、好ましくは０．３から０．７の間、特に好ましくは０．４から０．６の間の値を有する、方法。 - 請求項１～３のうちいずれか一項に記載の方法において、
第１の部分（Ａ１）の第１の深さ（Ｔ１）は、所定の破断点（７）の方向（Ｖ）に寸法決めされた第１の長さ（Ｌ１）にわたって実質的に一定のままであること、及び／又は第２の部分（Ａ２）の第２の深さ（Ｔ２）は、所定の破断点（７）の方向（Ｖ）に寸法決めされた第２の長さ（Ｌ２）にわたって実質的に一定のままである、方法。 - 請求項１に記載の方法において、
第２の長さ（Ｌ２）に対する第１の長さ（Ｌ１）の比は、１．５未満、好ましくは０．５未満、より好ましくは０．２５未満である、方法。 - 請求項１～５のうちいずれか一項に記載の方法において、
第１の部分（Ａ１）及び第２の部分（Ａ２）は、周期的に交互になるように設けられる、方法。 - 請求項１～６のうちいずれか一項に記載の方法において、
所定の破断点（７）は、好ましくは第１の深さ（Ｔ１）及び／又は第２の深さ（Ｔ２）とは異なる、前記方向（Ｖ）に垂直な方向に第３の深さを有する、方法。 - 請求項１～７のうちいずれか一項に記載の方法において、
所定の破断点（７）は、前記方向（Ｖ）に平行な平面内で台形又は三角形の形状を有する、方法。 - 請求項１～８のうちいずれか一項に記載の方法において、
所定の破断点（７）は、レーザ光（１０）、特に超短パルス（ＵＫＰ）レーザによる機械加工によって生成され、所定の破断点（７）を形成する過程で、金属セラミック基板（１）は、機械加工前、機械加工中、及び／又は機械加工後に温度処理を受け、特に機械加工後、４℃／分未満、好ましくは２℃／分未満、より好ましくは０．５℃／分未満の冷却速度で冷却が行われる、方法。 - 請求項１～９のうちのいずれか一項に記載の方法によって製造された、所定の破断点（７）を有する、金属セラミック基板。
Applications Claiming Priority (3)
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