MXPA99002993A - Compuestos metalicos de ceramica con propiedadesde interface mejoradas y sus metodos de preparacion - Google Patents

Abstract

Un compuesto metal-cerámico que comprende un miembro de metal ligado a un miembro deóxido cerámico a través de un amarre covalente formado a temperaturas menores a los 880§C, y compuestos metal-cerámicos que están construidos para controlar la fatiga interna o incrementar la resistencia a resquebrajamientos dentro del miembro de cerámica bajo la aplicación de cargas termales o mecánicas al compuesto, dicho compuesto ligado con ferrita o alúmina ensambla computadoras de dicho metal-cerámico y dispositivos de uso final que incluyen tableros de circuitos impresos. Empalmes EM1 y ensambles de mayor nivel incluyen dichos dispositivos.

Description

COMPUESTOS DE CERÁMICA METÁLICOS CON PROPIEDADES INTERFACIALES ME ORADAS' DESCRIPCIÓN DE A, INVENCIÓN Esta solicitud reclama pri cridad de la Solicitud de Patente de los Estados Unidos No. 08/697,739 titulada COMPUESTOS DE CERÁMICA METÁLICOS CON PROPIEDADES INTERFACIALES MEJORADAS Y MÉTODOS PARA HACER TALES COMPUESTOS presentada el 29 de Agosto de 1996. La presente invención se relaciona generalmente a ciertas clases de compuestos de cerámica metálicos, y, más particularmente, para estructurales y funcionales tales compuestos y dispositivos que incorporan tales compuestos, que incluyen, entre otros, tableros de circuito impreso, paneles resistentes a EMI y tableros de circuito impreso combinados/dispositivos de panel resistentes a EMI . Compuestos de cerámica metálicos que comprenden un miembro metálico enlazado a un miembro de cerámica tienen muchas solicitudes útiles en áreas que incluyen, pero no limitadas a, circuitos electrónicos, componentes de motor. En muchas de estas solicitudes la interfase entre el miembro de metal y el miembro de cerámica está sujeto a presión mecánica generada a, o cerca de, la interface formada entre el metal y la cerámica. Las combinaciones de composición metálica preferidas y composición de cerámica con frecuencia requieren una interface a ser formada entre una composición metálica y una composición de cerámica que tiene coeficientes deficientemente igualados de expansión térmica. Estas estructuras de compuestos de metal cerámica son inestables como compresiones interfaciales desarrolladas entre los miembros de metal y de cerámica provocando que el compuesto se comprima, deforme o dela ine como un resultado de ciclización por calor operacional . Los métodos para construir económicamente los compuestos de cerámica metal con propiedades interfaciales mejoradas, y los compuestos construidos con los mismos, son claramente deseables. Los circuitos electrónicos, ya sea circuitría microelectrónica contenidos o embebidos en la superficie de un chip semiconductor o un circuito integrado construidos en un tablero de circuito, generan tanto emisiones de campo de calor y electromagnético. Los circuitos icroelectrónicos más poderosos generan niveles significativos de calor, los cuales pueden comprometer el comportamiento en tableros de circuito de compuestos de metal y cerámica que carecen de sistemas de manejo térmico eficiente. De esta forma, los métodos que pueden ser aplicados ampliamente para mejorar el comportamiento de compuestos de cerámica y metal voluminosos sujetos a expansiones lineales extremas a lo largo de por lo menos una interfase formada entre el miembro metálico y el miembro de cerámica en tableros de circuito de compuestos de metal cerámica, y compuestos voluminosos en general, son, por lo tanto, también deseables. Se enlistan las siguientes patentes como ejemplos de la técnica anterior: Kashiba et al. Patentes de los Estados Unidos No. 5,153,077 y No. 5,251,803; Komorita et al., Patente de los Estados Unidos No. 5,155,665; Tanaka et al. Patentes de los Estados Unidos No. 4,959,507 y No. 4,987,677; Ookouchi et al. Patente de los Estados Unidos No. 4,981,761; Su et al, Patente de los Estados Unidos No. 5,108,026; Simón et al., Patente de los Estados Unidos No. 5,342,653. Las publicaciones de A. Goldman, en "Modern Ferrite Technology", Van Nostrand Rheinhold, Nueva York; U.S.A. (1990) y A.J. Badén Fuller, en "Ferrites at Microwave Frequencies" . Peter Peregrinus Ltd., Londres, U.K. (1987) proporcionan literatura de referencia en las propiedades físicas de cerámica de ferrita en frecuencias bajas y de microonda. Serán descritos también aspectos de estas referencias adicionalmente en la descripción detallada de la presente invención. El método y productos de la presente invención solucionan muchos de los problemas asociados con la producción de componentes de pasta metálica/cerámica. Se proporcionan los ejemplos de la presente invención establecidos posteriormente bajo "Descripción detallada de las modalidades preferidas" para propósitos ilustrativos y no limitan el alcance de la invención. La invención implica deposición de un precursor de metal a una composición de cerámica (por ejemplo óxido de cerámica tal como Al203 u otros óxidos individuales o mezclados, boruros, carburos, nitruros, silicuros) en un substrato de metal en un nivel molecular como una forma finamente dividida de compuestos metalorgánicos altamente adherentes seguido por pirólisis. Se realiza el proceso total a baja temperatura e implica el método de pirólisis por rociado de químicos metalorgánicos. Usando este método, se introducen precursores de metal a la composición de óxido de cerámica como complejos de sales metalorgánicas (es decir, complejos metálicos que tienen ligandos orgánicos) , en un solvente orgánico. Juntos forman la solución de precursor metalorgánico. Sales de ácidos carboxílicos de alto peso molecular, tales como 2-etilhexanoatos, o naftenatos, son las especies metalorgánicas preferidas que usan el proceso. En solución, se mezclan los varios precursores de cerámica en el nivel molecular y de esta forma, en minutos, logran un estado de subdivisión ultrafina que es típicamente solo lograda después de calcinar una suspensión de precursores en polvo por muchas horas. Se introducen generalmente precursores de cerámica en la solución metalorgánica en concentraciones en el intervalo entre 0.05% y 25% equivalentes en peso de óxido (% en eq. en peso) , aunque se prefieren concentraciones precursoras en el intervalo de 1% y 20% % eq. en peso. Pueden ser ajustadas las condiciones de rociado para uniformidad composicional (y propiedad física) en todo el espesor de la capa de cerámica eventual o para composición graduada u de otra forma diferenciada y propiedades, por ejemplo coeficiente de expansión térmica. Se retiene este estado de subdivisión ultra fina entre los precursores cuando se nebuliza la solución metalorgánica en niebla en aerosol y se deposita como un óxido de cerámica (o similares) en la superficie de un substrato calentado. La superficie del substrato debe ser calentada a una temperatura que es mayor que el punto de ebullición del solvente orgánico, el cual se evapora durante la deposición de cerámica, y por lo menos mayor que la temperatura de descomposición del ligando orgánico que es más sensible a la descomposición térmica y contenido en el complejo de sal metalorgánico que, también, es más sensible a la descomposición térmica. Se prefiere calentar el substrato a una temperatura que es por lo menos equivalente a la temperatura de descomposición del ligando orgánico el cual es más sensible a la descomposición térmica y contenido en el complejo metalorgánico el cual es menos sensible a la descomposición térmica. Se prefieren precursores de sal de ácido carboxílico debido a su baja volatilidad. Durante la pirólisis en una atmósfera de oxígeno ambiente, los precursores metalorgánicos se descomponen en radicales metálicos altamente energéticos que rápidamente buscan formar enlaces covalentes con un electrón no enlazado. Las superficies de substrato calentadas comprenden una hoja de enlaces suspendidos que son también excitados para formar un enlace de energía inferior con los radicales de metales del complejo de sal metalorgánica en descomposición. Los complejos de sales metalorgánicas se descomponen típicamente en un intervalo de temperatura de 250-450°C. Este proceso permite de esta forma que se forme un enlace covalente entre el material de cerámica depositado y un miembro de metal calentado a una temperatura baja en el intervalo de 250-450°C. La cerámica depositada retiene el estado de subdivisión ultrafina lograda en la solución metalorgánica ya que la pirólisis rápida de la caída del precursor, enfriado por expansión adiabática durante la nebulización en aerosol, ocurre en tal proporción alta que los precursores mezclados tienen poco o ningún tiempo para segregar y descomponerse secuencialmente como especies de óxido de metal individual . La cerámica depositada en el substrato de metal calentado es inicialmente poroso y está comprendido de una solución sólida con estructura cristalina aleatoriamente orientada. El miembro de cerámica depositado puede ser llevado a un estado físico comprendido de estructura de grano cristalina empacado densamente y altamente orientado usando reacción de secuencial de duración corta múltiple y etapas de procesamiento de presurización mecánica. La densidad de la cerámica muy procesada puede lograr niveles que alcanzan 97% y preferiblemente, para muchas aplicaciones mayores a 99% de la densidad teórica. Por ejemplo, un aspecto de la presente invención proporciona la dispersión de las partículas de material de fase secundaria en un medio de cerámica con el fin de incrementar la resistencia de compresión del medio de cerámica. Otra característica de la presente invención proporciona un miembro de cerámica térmicamente aislante para ser depositado en el miembro de metal pirolizando por aspersión una solución de precursores metalorgánicos y de esta forma permite que la composición del miembro de cerámica sea alterado ajustando la concentración del precursor de la solución metalorgánica con el espesor de la cerámica depositada. Esto reduce la compresión por esfuerzo cortante en un miembro de cerámica de un compuesto de cerámica metal térmicamente cargado introduciendo, como se establece anteriormente, un perfil de composición en el miembro de cerámica enlazado al miembro de metal con el fin de producir un gradiente en el coeficiente expansión térmica dentro del miembro de cerámica en una forma que reduce la compresión por esfuerzo cortante en el miembro de cerámica . La presente invención, por virtud de ser un proceso de fabricación a baja temperatura, también representa una mejora adicional sobre la técnica anterior ya que esto permite un selección mucho mayor de miembros de constricción metálicos que la técnica anterior. Adicionalmente, la capacidad para formar un enlace covalente entre el miembro de cerámica depositado y el substrato metálico sin un agente de enlace fundido o adhesivo, como se permite bajo la presente invención, permite incluso mayor mejora sobre la técnica anterior introduciendo elementos micro mecánicos que reducen la presión a la capa de cerámica en todo el espesor y/o cerca de la interfase de cerámica metal, tales elementos retienen sustancialmente su integridad composicional y física. Otro aspecto particular de los compuestos de metal cerámica de esta invención se relaciona al uso de los compuestos de metal cerámica como un substrato de compuesto de metal cerámica para tableros de circuitos impresos. También bajo la presente invención, se producen metales de alta conductividad de alúmina alta conductividad de metal, tales como estructuras de cobre alúmina cobre, con resistencia mejorada a la compresión y propiedades interfaciales depositando una cerámica en base a alúmina en el miembro de metal de alta conductividad. Otro efecto particular de la invención se relaciona a la producción de paneles resistentes a EMI o combinaciones de paneles resistentes a EMI/tableros de circuito impresos. Al hacer completos los tableros de circuitos impresos de metal cerámica metal, se prefiere producir por separado compuestos de metal cerámica individuales y unirlos, superficie de cerámica a superficie de cerámica, con enlace por calor/presión auto asistida o vía una capa intermediaria. Bajo ciertas condiciones de procesamiento, la textura de superficie de una o ambas superficies de cerámica de compuestos de metal cerámica unidas entre sí superficie de cerámica a superficie de cerámica pueden llegar a ser gruesamente onduladas. Las superficies con rugosidad controlada producirán generalmente mejor enlace. Se recomienda, pero no es estrictamente necesario, producir una superficie de enlace cerámica superficie que tiene una rugosidad de superficie promedio de 25-50 micrones, y una rugosidad de superficie máxima de 40-100 micrones. Las superficies de tierra con rugosidad de superficie controlada pueden ser producidas usando una variedad de técnicas, tales como estallado por abrasión, que son bien conocidas por los practicantes expertos en la técnica relevante. Los paneles resistentes a EMI mencionados anteriormente implican el uso de cerámicas de ferrito, por ejemplo PbO + Fe203 => PbFe204 de estructuras cristalográficas de espinela o espinela inversa. Se hacen crecer los granos de ferrita a un tamaño mayor a 2.5 micrones (usualmente anisotrópico) preferiblemente 10 a 30 micrones de tamaño en la mayoría de las aplicaciones para incrementar la absorción de EMI.

Para un mejor entendimiento de la presente invención, junto con otros objetos y objetos adicionales, se hace referencia a la siguiente descripción tomada en conjunto con los dibujos anexos. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una representación de sección transversal de un tablero de circuito impreso de compuesto de metal cerámica como se encuentra en la técnica anterior; La Figura 2 representa una vista en sección transversal de un patrón de fractura típica para una interfase de compuesto de metal cerámica que ha sido sobre comprimida térmicamente en un tablero de circuito impreso típico como se muestra en la Figura 1; La Figura 3 representa una vista de sección transversal de un compuesto de metal cerámica de las modalidades preferidas de la presente invención en donde se dispersan partículas de por lo menos un material de fase secundaria para impedir la propagación de compresión e incrementar la resistencia a la compresión; La Figura 4 representa una vista en sección transversal esquemática del coeficiente de expansión térmica dentro de un miembro de cerámica; Las Figuras 5 (a) , (b) y (c) representan varias posiciones de un miembro de metal de coacción dentro del compuesto de una modalidad de la presente invención; La Figura 6 (a) es una vista de sección transversal de una estructura de cerámica metal; Las Figuras 6 (b) y 6 (c) representan un modelo que simula visualmente la deformación térmica en un tablero de circuito impreso de substrato de compuesto de metal cerámica y compara la deformación térmica en el compuesto cuando el área de montado contiene un miembro de metal con coacción de molibdeno para la deformación térmica en el compuesto cuando el área de montado contiene un miembro de metal con coacción de titanio. Las Figuras 7 (a) - (d) representan vistas de sección transversal de la construcción de un compuesto de metal cerámica en la cual los cuerpos de resistencia a la adhesión se colocan en un substrato de miembro de metal (a) , o se recubren con una resina epoxi antes de estar unidos al substrato de miembro de metal (b) , se deposita un miembro de cerámica en ambos cuerpos de resistencia a adhesión y el substrato de miembro de metal (c) , y se elimina finalmente la resina epoxi (d) ; Las Figuras 8 (a) y (b) muestran la perspectiva superior de varias conformaciones y forma los cuerpos de resistencia a adhesión; Las Figuras 9 (a) y (b) representan varios parámetros que definen una estructura micro mecánica en lun interface de óxido de cerámica metal (a) y la flexión de las estructuras micro mecánicas proporcionan la cerámica en la interface (b) ; La Figura 10 muestra la reducción de compresión característica contra la profundidad de estructuras micro mecánicas formadas en el miembro de cerámica en varias distancias desde la interface de metal cerámica; La Figura 11 muestra la reducción de compresión característica contra el ancho de estructuras micro mecánicas formadas en el miembro de cerámica en varias distancias desde la interface de metal cerámica; La Figura 12 representan pérdidas de campo bajo características para cerámicas de ferrita; Las Figuras 13 y 14 (a) y (b) representan substratos de compuestos de metal cerámica para aplicaciones de circuitos impresos; y Las Figuras 15 (a) y (b) y 16 representan compuestos de cerámica metal con una cerámica de ferrita unida a una superficie principal de la estructura. Se proporciona el siguiente análisis breve con el fin de entender mejor la presente invención. Además, se proporcionan también posteriormente un número de términos usados en toda esta descripción. El término "subdivisión ultrafina" se entiende para representar una cerámica cuyos precursores han sido mezclados en el nivel molecular, como en una solución, opuesto a una cerámica cuyos precursores se mezclan como particulados con un tamaño de partícula definitivo, como en una suspensión. Se entiende el término "material de fase secundaria" para representar un estado composicional de materia dispersada en una cerámica depositada o formada en un miembro de metal, de tal forma que el "material de fase secundaria" se caracteriza por una composición elemental, fase material, o estructura cristalográfica que es diferente de la cerámica depositada en la cual este se dispersa. El "material de fase secundaria" puede ser una fase cristalina individual, una fase de cerámica, una fase de vidrio, grafito, una fase de metal, una fase de aleación de conformación de memoria, o cualquier forma compuesta de las fases materiales que produce un módulo de Young que es menos que el módulo de Young del medio de cerámica en el "material de fase secundaria" que ha sido dispersado. Se entiende el término "aleación de conformación de memoria" para representar una fase metálica o fase metálica brillosa que exhibe propiedades dúctiles superiores bajo compresión mecánica y la capacidad para regresar su conformación geométrica inicial y dimensiones físicas exhibidas en un estado no comprimido después de que se ha liberado la aplicación de la compresión mecánica . Los cuerpos compuestos que comprenden un miembro de cerámica en contacto con un miembro metálico puede mejorar significativamente el comportamiento de una parte no compuesta convencional sobre un intervalo amplio de aplicaciones. En la práctica, sin embargo, a menos que se tomen medidas especiales para maquinar una interface apropiada entre el miembro de cerámica y el miembro de metal, la funcionalidad de los cuerpos compuestos puede ser limitada extremadamente en cuanto las aplicaciones propuestas con frecuencia sujetan los cuerpos compuestos a cargas térmicas o compresión mecánica que provocan que los miembros de metal y cerámica llegan a ser incompatibles mutuamente en un solo cuerpo de compuesto. Los metales y cerámicas están caracterizados esencialmente por propiedades químicas, mecánicas y térmicas absolutamente diferentes. Los metales son, típicamente, caracterizados por propiedades dúctiles que las hacen elásticamente flexibles y acomodan un grado superior de compresión mecánica antes de alcanzar una fractura inelástica en punto. Los metales, típicamente, exhiben conductividades térmicas que son superiores a aquellos comunes para la mayoría de las cerámicas. Las cerámicas, típicamente, se caracterizan por propiedades mecánicas rígidas que las hacen resistir la flexión, sin embargo, esta naturaleza brillante puede hacer a la cerámica más susceptible a la fractura inelástica bajo cargas mecánicas equivalentes. Un cuerpo compuesto, comprendido de un miembro de metal unido a un miembro de cerámica puede mezclar las propiedades superiores de cada miembro para mejorar el comportamiento del dispositivo en una variedad de aplicaciones.

El comportamiento último en tal cuerpo compuesto será determinado, en muchos casos, por compresiones generados en, o cerca de, la interfase entre el miembro de cerámica y el miembro metálico, donde las propiedades térmicas y mecánicas disparadas de un miembro se opondrán a la otra respuesta natural del miembro a una carga térmica o mecánica aplicada más allá de su capacidad natural que lo hace. Un ejemplo de un modo de falla en un cuerpo compuesto de metal cerámica se demuestra fácilmente cuando se somete un cuero compuesto típico a variaciones fuertes en temperatura, y/o diferencial de temperatura grande entre el mismo cuerpo compuesto, y la interfase de metal cerámica en particular. Bajo tales circunstancias, la falla en aplicaciones se relaciona típicamente a compresión interfacial provocada por el desacople en coeficientes de expansión térmica entre el miembro de cerámica y el miembro de metal. Cuando ambos miembros se restringen a la intefase, puede ser usada una sola expresión, usando el producto del modulo de Young, E, [E=newtons/mm2] , el coeficiente de expansión térmica, a[a=K" (pulgada (cm) /pulg (cm) -°K)], y la diferencial de temperatura a la cual ?T, [?T] =K, para evaluar la dependencia térmica de la compresión interfacial, ?S : ?S = KE cerámica?T (1) donde K= (1-ametal?Tmetal/acerámica?Tcerámica) / (1+AcerámicaEcerámica/Ametal Emetal) (la) y, A representa el área del miembro sufijo. Es sencillo evaluar la incompatibilidad de los cuerpos compuestos de cerámica metal pertinentes. Por ejemplo, como se muestra en la Figura 1 de los dibujos, los tableros de circuitos impresos para circuitos integrados semiconductores de alto poder (CIS) generalmente comprenden un substrato compuesto de cerámica metal que consisten de una hoja de metal de conductividad eléctrica alta, alta conductividad térmica, bajo costo 1A unida a una cerámica 2 de alta baja conductividad térmica, baja constante dieléctrica, bajo costo en una superficie principal de la cerámica, con otra hoja de metal de bajo costo, alta conductividad térmica, alta conductividad eléctrica, IB unida a la superficie principal opuesta de la cerámica. En la aplicación del tablero de circuito impreso, la hoja de metal 1A grabará para formar una red de áreas de montado 1C, en la cual los circuitos integrados semiconductores 3 están montados, y las áreas de electrodos ID, que se usan para transportar señales eléctricas entre la superficie del tablero de circuito impreso. El alambre de aluminio 4 se une ultrasónicamente entre el CIS 3 y el área del electrodo ID para conectar eléctricamente el chip del semiconductor a la red del electrodo en la superficie del tablero del circuito impreso. La técnica anterior ha usado típicamente el óxido de aluminio (alúmina) como el miembro 2 de cerámica y el cobre como las hojas de metal 1A y IB, aunque es posible usar otros metales y cerámicas, tales como cerámicas sin óxido, para formar las estructuras de tablero de circuito impreso. El cobre tiene un coeficiente de expansión térmica de acobre=16.5 x 10"6 K"1, y un módulo de Young de Ecobre=ll x 104 (Newtons) /mm2 , mientras que el coeficiente de expansión térmica para cerámica de alúmina es a cerámica=8.8 x ÍO^K"1, y tiene un módulo de Young de Ecerámica=160-300 (Newton)mm2. Usando la ecuación (1), es fácil determinar que serán generados aproximadamente 2 megapascales (Mpa) de compresión por cada grado de incremento y disminución en la temperatura en la interfase formada cuando la cerámica de alúmina se une directamente a metal de cobre. Esto significa que 10-15°K (°C) de incremento o disminución en la temperatura llevará a la cerámica de alúmina a un punto de fractura interna. La Figura 2 muestra un patrón de fractura que es típica de una interfase de sobre compresión, que comprende compresiones 5 en el miembro 6 de cerámica que se une al miembro de metal 7. Generalmente se requieren circuitos integrados semiconductores para operar fácilmente sobre temperaturas en el intervalo de -40°C a 150°C. Por lo tanto, es esencial que el compuesto de metal cerámica, cuando se use como un substrato de tablerode circuito impreso en el cual se monten CIS, tengan fácil función sobre el intervalo de temperaturas.

Las estructuras de compuestos de cerámica metal, en donde los metales que tienen un coeficiente de expansión térmica a aquel del cobre se unen directamente al miembro de cerámica po son suficientes para satisfacer estos requerimientos. Con el fin de lograr una función confiable como un tablero de circuito impreso, es necesario que el miembro de metal en el cual los circuitos integrados semiconductores se montan satisfagan otras tolerancias físicas relacionadas con la rugosidad superficial y dureza de Vickers. Tanaka et al. describen, en las Patentes de los Estados Unidos No. 4,959,507 y 4,987,677, que la proporción de falla de unidad de los tableros de circuito de substrato de compuesto metal cerámica, en donde los tableros de circuito de substrato del compuesto comprenden hojas de cobre unidos a través del proceso de unión eutéctico a las superficies principales opuestas de un miembro de cerámica, puede ser reducido si lea rugosidad de la superficie de la hoja de cobre del compuesto de metal cerámica en el cual se montan los circuitos electrónicos tiene una rugosidad de superficie media no mayor de 3 micrones y una rugosidad de superficie máxima no mayor de 18 micrones. Aunque, las especificaciones para la rugosidad de superficie son suficientes, se prefieren los miembros de cobre que tienen una rugosidad de superficie media no mayor de 1 micrón y una rugosidad de superficie máxima no mayor de 8 micrones. La rugosidad de superficie reducida mejora la calidad de un enlace soldador entre el circuito integrado semiconductor y la superficie de metal que comprende el área de montado del substrato de compuesto de metal cerámica en cual se monta. Ko orita et al. (Patente de los Estados Unidos No. 5,155,665) describe que la proporción de falla de unidad de los tableros de circuito de substrato de compuesto de metal cerámica, en donde los tableros de circuito de substrato compuesto comprenden hojas de cobre con las hojas de cobre unidas a través del proceso de enlace eutéctico a las superficies principales opuestas de un miembro de cerámica, pueden ser reducidas si la dureza de Vickers de la hoja de cobre en la cual los circuitos microelectrónicos están montados eventualmente se encuentra en el intervalo de 40 Kg/mm2 a 100 Kg/mm2. El alambre de aluminio que se une ultrasónicamente a hojas de cobre con la dureza de Vickers menor que 40 Kg/mm2 se prueba para ruptura en la vecindad de la unión, ya que la energía ultrasónica usada en el proceso de unión es suficiente para sumergir el alambre en la hoja de cobre suave y elongar catastróficamente el alambre de aluminio. Un enlace ultrasónico formado entre el alambre de aluminio y una hoja de cobre con una dureza de Vickers mayor a 100 kg/mm2 frecuentemente tiene pobre adhesión en cuanto se atenúa la onda ultrasónica en la hoja de cobre dura. Se prefieren substratos de compuesto de metal cerámica que tienen áreas de montado de cobre con una dureza de Vickers en el intervalo entre 60 Kg/mm2 a 80 Kg/mm2 en las aplicaciones de tablero de circuito impreso. La compresión interfacial en una interfase de compuesto de metal cerámica puede ser reducida si el miembro de metal unida a la interfase contiene un miembro de metal de constreñimiento el cual actúa para restringir la expansión térmica lineal del miembro de metal. Kashiba et al. describe en las Patentes de los Estados Unidos No. 5,153,077 y 5,251,803 el uso de un miembro de metal de constreñimiento unido integralmente en un substrato de compuesto de metal cerámica, en donde el miembro de metal de constreñimiento reduce compresión mecánica generada térmicamente en la interfase entre los miembros de metal y cerámica en la estructura de compuesto, o entre la capa de metal y un circuito integrado semiconductor montado en el miembro de metal . Además para tener un coeficiente de expansión térmico menor, la capa de metal de constreñimiento debe tener una resistencia de elasticidad superior que la hoja de cobre a la cual se une. El cobre tiene una resistencia de elasticidad de 10 kg/mm2, mientras que el molibdeno, un miembro de metal de constreñimiento, tiene una resistencia de elasticidad de 50 Kg/mm2. El cobre dúctil, restringido por el miembro de metal de constreñimiento, no se compacta ya que sus propiedades elásticas absorben la compresión generada por las expansiones lineales en la interfase de metal de constreñimiento de cobre durante el ciclo térmico. El miembro de cerámica en tal estructura de compuesto de cerámica metal está sujeto a un nivel reducido de compresión mecánica ya que las expansiones lineales generadas térmicamente del miembro de metal modificado son determinadas por el coeficiente de expansión térmica del miembro de metal de constreñimiento. De esta forma, un compuesto de metal cerámica modificado de metal de constreñimiento que comprende una cerámica de alúmina, acerámica= 8.8 x ÍO^K"1 y E cerámica= 160-300 N/mm2, y el molibdeno como el miembro de metal de constreñimiento, amolibdeno=5.43 x 10"6 K"1 y E molibdeno=33.1 x 104 N/mm2, experimentará 0.7 MPa de compresión por cada grado de incremento y disminución en la temperatura, de acuerdo a la ecuación (1) . Esto significa que 30-45°K (°C) de incremento o disminución en la temperatura llevará la cerámica de alúmina a un punto de fractura interna. Mientras que esto representa una mejora sustancial en los compuestos de metal cerámica que no contienen capas de metal de constreñimiento, son claramente deseables las mejoras de la técnica anterior para aplicaciones de semiconductores, así como otras aplicaciones en laws cuales se somete el compuesto de metal cerámica a incluso mayores cargas térmicas o mecánicas. La presente invención proporciona métodos para mejorar la integridad térmica y mecánica de los compuestos de metal cerámica que tienen por lo menos una interfase en la cual el miembro de metal de compuesto se une directamente al miembro de cerámica. Estas mejoras a la técnica anterior se relacionan específicamente a los métodos de construcción usados para asemejar el compuesto de metal cerámica. Adicionalmente, la presente invención mejora las propiedades interfaciales y las mecánicas de fractura de los compuestos de metal cerámica permitiendo más formas resistentes a la fractura de cerámica de alúmina a ser asemejada en el compuesto agregando características micro mecánicas a la superficie de unión del miembro de cerámica en contacto con el miembro de metal que incrementa la flexión del miembro de cerámica en respuesta a las expansiones o contracciones lineales del miembro de metal. La presente invención también introduce métodos para controlar las mecánicas de fractura de la interfase. Otro atributo significativo de la presente invención es que este permite que el compuesto de metal cerámica sea formado en temperaturas de procesamiento mucho menores . Los métodos de construcción de la técnica anterior utilizan miembros de cerámica y metal pre fabricados que se unen entre sí usando técnicas de procesamiento que sujetan el compuesto de metal cerámica a temperaturas por lo menos en exceso de 900°C. Es bien conocido que los practicantes expertos en la técnica de metales en hoja en tratamiento con calor que la exposición prolongada a temperaturas elevadas cercanas al punto de fusión de la hoja de metal, es decir, dentro de 200°C de su punto de fusión, reducirán su dureza. El grado en el cual se reduce la dureza es una función de tanto la temperatura así como también el periodo de tiempo sobre el cual se expone la hoja de metal a temperatura elevada. Incrementado el periodo de tiempo sobre el cual se expone el metal a una temperatura elevada suficiente para suavizar el metal reducirá proporcionalmente su dureza. La presente invención además mejora sobre la técnica anterior por ser un proceso a temperatura baja y uno que puede ser maquinado adecuadamente para producción continua. Estas características de procesamiento no solo impactan la facilidad con la cual pueden ser producidos los compuestos de metal cerámica, sino también incrementan la economía de la producción industrial. Los métodos detallados en la técnica anterior representan técnicas de producción en lote, en la cual las unidades de producción se producen en unidades de una o múltiples de uno dependiendo del tamaño del lote. Los métodos de producción en lote son menos eficientes ya que generalmente representan etapas de procesamiento múltiple y aseguramiento de calidad para cada uno de los componentes durante el sub ensamblado antes de formar el bien terminado en un ensamble final. Los métodos de producción continua mejoran la economía de un proceso industrial reduciendo el número de etapas de procesamiento e incrementando la proporción de producción. Como se detalla posteriormente, la presente invención puede ser fácilmente maquinada en un proceso continuo. Los compuestos de metal cerámica para aplicaciones de tablero de circuito impreso se ensamblan fácilmente enrollando hoja de cobre en una cámara de deposición donde se piroliza por aspersión una capa de cerámica de alúmina en su superficie para formar una hoja que comprende una capa de metal unida a una capa de cerámica. Se unen dos de tales hojas, o una hoja doblada en sí misma, a través de una etapa de compresión, superficie de cerámica a superficie de cerámica, para formar la estructura de substrato de compuesto de metal cerámica metal . Se estampan los productos terminados de una hoja procesada continuamente. Por virtud de la presente invención que comprende un proceso continuo a baja temperatura, no es necesario iniciar con hojas de cobre endurecidas excesivamente para lograr los substratos de compuesto de metal cerámica en los cuales el cobre montado y las áreas de electrodos satisfacen tolerancias de dureza necesarias para producir un tablero de circuito impreso confiable. Ya que todas las etapas de unión utilizadas bajo la presente invención pueden ser realizadas a temperaturas debajo de 900 °C, la reducción de dureza durante las etapas de recocido subsecuentes se mitiga por procesamiento de temperatura menor, proporcionando más control sobre la dureza de Vickers de los miembros de metal en el compuesto terminado. Una característica esencial de la presente invención es que esta forma un miembro de cerámica para ser unido a cualquier miembro de metal, independientemente de la composición del metal o cerámica, a través de un enlace covalente formado usando temperaturas de procesamiento que pueden ser menores a 500°C. Más específicamente, se une el óxido de cerámica a metal a temperatura inferior por el método de pirólisis de aspersión química metalorgánica. Usando este método, los precursores de metal a la composición de óxido de cerámica se introducen como complejos de sales metalorgánicas, (es decir, complejos de metal que tienen ligandos orgánicos) , en un solvente orgánico. Juntos, forman la solución del precursor metalorgánico. Una característica de distinción de los compuestos de metal cerámica fabricados usando el proceso de pirólisis de aspersión metalorgánica es que se forma un enlace rígido directo entre el metal y los miembros de cerámica sin el uso de un agente adhesivo o enlace que comprende un estado composicional de materia que es diferente de la cerámica y el miembro de metal, tal como es el caso cuando se usa un material soldador o un material eutéctico para formar el enlace. Por virtud del enlace covalente entre el metal y los miembros de cerámica, ase caracteriza un perfil composicional de la interfase de metal cerámica por una terminación abrupta de la composición de metal y un comienzo igualmente abrupto de la composición de cerámica. Estas interfaces no contienen un material de fase principalmente líquida que ha sido solidificado en una capa muchas décimas de micrones espesas para formar el enlace. Como se mostrará posteriormente, este método para formar una interfase "limpia" ahora hace posible para maquinar características micromecánicas unidas a la cerámica, pero no al metal, que incrementan las propiedades interfaciales del cuerpo compuesto. Un aspecto de la presente invención, mostrada en la Figura 3, es la incorporación de partículas de material de fase secundaria dispersadas en un medio de cerámica. Por ejemplo, una compactación 24 que se propaga a través de un medio 25 de cerámica brilloso que ha sido generado por compresiones en la interfase entre el medio 25 de cerámica brilloso y un miembro de metal 26 será deflectado o tiene su energía parcialmente absorbida cuando se encuentran las partículas de material de fase secundaria 27 dispersadas en el medio de cerámica brilloso. Como resultado, las partículas de material de fase secundaria dispersadas a través de un medio brilloso incrementan la resistencia a la compactación del medio brilloso. Las mecánicas de fracturación de un cuerpo compuesto pueden ser mejoradas también si se forma el cuerpo del compuesto en una forma que permite que fuerzas compresivas térmicamente pre compriman el cuerpo compuesto en una forma que se opongan, mucho como es el caso con una taza de pre compresión, a las cargas térmicas y mecánicas anticipadas de una aplicación propuesta. Similarmente, la compresión interfacial entre un metal de coeficiente de expansión térmica alta y una cerámica de coeficiente de expansión térmica menor puede ser reducida modificando el módulo de Young del metal de coeficiente de expansión térmica alto. Modificaciones adecuadas al metal de coeficiente de expansión térmica alta pueden incluir perforar el metal de coeficiente de expansión térmica alta o haciendo poroso. Como se indica posteriormente, la presente invención permite cualquiera, o todas, estas mejoras ahora para ser incorporadas en la construcción de cuerpos de compuesto de metal cerámica. Puede ser fabricado un compuesto de metal cerámica con propiedades interfaciales mejoradas de acuerdo a esta invención como sigue: Específicamente, la presente invención utiliza un método para producir un compuesto de metal cerámica en la cual el miembro de cerámica forma un enlace covalente con el miembro de metal por el método de pirólisis de aspersión metalorgánico. El miembro de cerámica consiste de un medio de cerámica primario con subdivisión ultrafina que ha sido formado en el miembro de metal de una solución metalorgánica pirolizada por aspersión, y el miembro de cerámica contiene una dispersión de partículas formadas previamente de materiales de fase secundaria que incrementan la resistencia a la compactación en el miembro de cerámica. Las partículas 27 de los materiales de fase secundaria se dispersan en el medio de cerámica formando una suspensión coloidal de los materiales de fase secundaria en la solución metalorgánica antes de pirolizar por aspersión la solución metalorgánica que contiene una suspensión coloidal de las partículas 27 de material de fase secundaria en el miembro de metal del compuesto de metal cerámica. Los precursores metalorgánicos son pirolizados en la cerámica de óxido en el substrato de miembro de metal calentado a temperaturas típicamente mayores de 250°C, y típicamente menores que 500°C. Este intervalo de temperaturas es generalmente insuficiente para disolver las partículas del material de fase secundaria 27 en el medio 25 de cerámica. Como resultado, las partículas 27 de los materiales de fase secundaria dispersadas en la solución metalorgánica llegan a ser dispersados, como las partículas de material de fase secundaria, en la cerámica pirolizada por aspersión. ES una modalidad preferida de esta invención usar particulados de materiales de fase secundaria que se caracterizan como que tienen propiedades mecánicas intrínsecas que son menos brillosas, es decir, tienen un módulo de Young inferior, que el medio de cerámica 25 formado alrededor de los mismos por solución precursora metalorgánica pirolizada. Las partículas de material de fase secundaria 27 pueden comprender un metal o aleación de metales, una fase de vidrio, una aleación de memoria de conformación, grafito, un óxido o material no óxido, o una cerámica cristalina o fase de material de cristal individual.

Este aspecto particular de la invención tiene un significado particular para miembros de cerámica a base de alúmina (a base de Al203) en substratos de metal. Como se menciona anteriormente, la técnica anterior instruye la construcción de compuestos de metal cerámica formados uniendo un miembro de cerámica previamente formado (es decir, un miembro de cerámica que ya ha sido sinterizado, cortado y pulido) a hojas de metal. La alúmina representa una de las cerámicas de óxido más altamente refractarias. Esta se licúa a temperaturas arriba de 2054 °C, y forma una fase líquida parcial adecuada para sinterizar a temperaturas arriba de 1828°C. Dadas estas propiedades altamente refractorias, es bastante difícil dispersar partículas de un material de fase secundaria mecánicamente "más suave" dentro de una solución sólida de cerámica de alúmina sin disolver completamente las partículas de material de fase secundaria en una cerámica formada de los polvos reaccionados sinterizados. La presente invención permite que sea dispersada una suspensión coloidal de partículas de material de fase secundaria a través de la solución sólida de cerámica que es pirolizada por aspersión alrededor de las partículas de material de fase secundaria a temperaturas bien debajo de 1828°C. La cerámica pirolizacja por aspersión puede ser cristalizada y texturizada usando una secuencia repetitiva de reacción incrementada y etapas de compresión mecánica. Durante la formación de compuestos de metal cerámica que comprenden un miembro de cerámica que posee una temperatura de reacción térmica en exceso de la temperatura de fusión del miembro de metal al cual este se une, se prefiere utilizar radiación electromagnética para reaccionar y cristalizar el miembro de cerámica. En esta modalidad puede ser dirigido un haz de radiación electromagnética, caracterizado por energía electromagnética que está ya sea en el espectro de frecuencia de microondas o en el espectro de frecuencia infrarroja, en el miembro de cerámica para avanzar su estado de cristalización. Simultáneamente, el miembro de metal, el cual no se irradia por un haz electromagnético adecuadamente dirigido, puede ser mantenido a una temperatura bien debajo de su punto de fusión. Es ahora bien conocido por los practicantes expertos en la técnica de recocido de microondas de cerámica y otros materiales, que ciertas frecuencias de radiación reaccionarán preferencialmente ciertas especias de químicos del material irradiado. Es una modalidad preferida de esta invención utilizar una frecuencia de microondas que induce fuerte cristalización en la cerámica de alúmina, pero induce solamente una reacción suave con las partículas de materiales de fase secundaria. Las partículas de material de fase secundaria pueden tener dimensiones esferoidales en el intervalo entre 0.05 micrones y 500 micrones. Las partículas de materiales de fase secundaria con dimensiones esferoidales menores a 0.05 micrones tendrán una tendencia a ser disueltas en el medio de cerámica en el cual han sido dispersadas durante los tratamientos de reacción. Las partículas de material de fase secundaria con dimensiones esferoidales mayores de 500 micrones son más grandes que sus propiedades de material intrínseco tienen una tendencia a dominar sobre las propiedades de material del medio de cerámica en el cual han sido dispersados. Una modalidad preferida de la presente invención utiliza las partículas de material de fase secundaria que tienen dimensiones esferoidales en el intervalo entre 0.10 y 50 micrones. Es deseable con frecuencia formar un compuesto de metal cerámica que comprende un miembro de metal que tiene un coeficiente de expansión térmica que es significativamente mayor que el coeficiente de expansión térmica del miembro de cerámica. Como se menciona anteriormente, puede ser mejorado el comportamiento térmico del compuesto de metal cerámica compuesto de miembros de metal y cerámica que tienen coeficientes incompatibles de expansión térmica si el miembro de cerámica en el compuesto de metal cerámica se mantiene en un estado de compresión compresiva sobre el intervalo de temperaturas en las cuales se espera que opere el compuesto de metal cerámica. Puede ser alcanzado tal estado si el miembro de metal en el compuesto de metal cerámica se calienta a una temperatura que es mayor que, o cercanamente igual a, la temperatura máxima a la cual se espera que el compuesto de metal cerámica pre comprimido alcance durante un ciclo operacional antes de depositar el miembro de cerámica en el miembro de metal. Es una modalidad preferida de esta invención mantener el miembro de metal y el miembro de cerámica depositado en la temperatura elevada hasta que se construye totalmente el compuesto de metal cerámica pre comprimido. Después de enfriar a temperatura ambiente, el miembro de metal en el compuesto de metal cerámica pre comprimdio se contraerá a un grado mucho mayor que el miembro de cerámica, dejando el miembro de cerámica en un estado de compresión compresiva. Adicionalmente, ya que se produce el compuesto de metal cerámica depositando el miembro de cerámica en el miembro de metal, la presente invención proporciona otros medios para manipular la respuesta a la compresión de la cerámica a cargas térmicas de estado estacionario que inducen una diferencial de temperatura entre el miembro de cerámica depositado. Por ejemplo, puede ser usada una cubierta de calor, fabricada uniendo una hoja de metal de alta conductividad térmica a una cerámica térmicamente aislante en la superficie principal y exponiendo la superficie principal opuesta de la hoja de metal a una fuente de calor, para difundir el calor a asientos de calor localizados en las superficies menores. De la hoja de metal de alta conductividad térmica, por lo que se impide el flujo de calor a través de la superficie principal en la cual se une la cerámica térmicamente aislante. Bajo condiciones de estado estacionario, la temperatura del miembro de cerámica térmicamente aislante será elevada a una temperatura superior en la superficie principal en la cual se une al miembro de metal térmicamente conductor, y será reducido a una temperatura menor en su superficie principal opuesta. Como una consecuencia de este perfil de temperatura entre el miembro térmicamente aislante, el miembro de cerámica térmicamente aislante se expanderá linealmente a un grado mayor en la superficie principal donde se une al metal de alta conductividad térmica, y se expanderá linealmente a un grado menor si el miembro de cerámica térmicamente aislante tiene una composición uniforme y un coeficiente de expansión térmica uniforme. Esta diferencia en la expansión lineal produce una compresión de esfuerzo cortante dentro del miembro de cerámica térmicamente aislante que tiene un coeficiente uniforme de coeficiente térmico. Bajo la presente invención, el miembro de cerámica térmicamente aislante se deposita en el miembro de metal por pirólisis por aspersión de una solución de precursores metalorgánicos. La invención permite que la composición del miembro de cerámica sea alterado ajustando la concentradión del precursor de la solución metalorgánica con el espesor de la cerámica depositada. Como se muestra gráficamente en la Figura 4, es, de esta forma forma, otra modalidad preferida de la presente invención reducir la compresión a esfuerzo cortante en un miembro de cerámica de un compuesto de metal cerámica térmicamente cargado introduciendo un perfil de composición en el miembro 19 de cerámica unido al miembro 20 de metal, para producir un gradiente en el coeficiente de expansión térmica dentro del miembro de cerámica en una forma que reduce la compresión de esfuerzo cortante en una forma que reduce la compresión de esfuerzo cortante en el miembro de cerámica . Otro aspecto de esta invención es reducir el módulo de Young o el coeficiente de expansión térmica efectiva del miembro de metal en el compuesto de metal cerámica que tiene miembros de cerámica y metal con coeficientes incompatibles de expansión térmica. ES una modalidad preferida de esta invención reducir el módulo de Young del miembro de metal que tiene un coeficiente de expansión térmica que es significativamente mayor que el coeficiente de expansión térmica del miembro de cerámica al cual se une perforando barrenos en el miembro de metal . Estos barrenos pueden ser perforados antes de formar la cerámica en el miembro de metal perforado, o después de que ha sido formado el compuesto de metal cerámica por medio de perforando la prensa convencional o perforando por láser. Es también una modalidad preferida de esta invención reducir la expansión lineal efectiva del miembro de metal que tiene un coeficiente de expansión térmica que es significativamente mayor que el coeficiente de expansión térmica del miembro de cerámica al cual se une en el compuesto de metal cerámica, incorporando un miembro de metal de constreñimiento 28 en el miembro de metal como se muestra en las Figuras 5 (a) , (b) y (c) , de tal forma que el miembro 28 de metal de constreñimiento incorporado en el miembro de metal tiene un espesor que es l/20avo a 1/3° el espesor del miembro de metal que tiene un alto coeficiente de expansión térmica. El miembro de metal de constreñimiento 28 puede estar situado de tal forma que se une en una superficie principal al miembro 29 de cerámica depositado, y unido al miembro 30A de metal de coeficiente de expansión térmica alto en su superficie principal como se diagrama en la Figura 5 (a) . El miembro 28 de metal de constreñimiento también puede estar situado de tal forma que se une a una superficie principal al miembro de metal de alto coeficiente de expansión térmica, y el miembro de metal de alto coeficiente de expansión térmica 30B se une al miembro de cerámica depositado 29 en su superficie principal como se diagrama en la Figura 5 (b) . Alternativamente, el miembro de metal de constreñimiento 28 puede estar situado de tal forma que se une a una superficie principal a un miembro de metal de alto coeficiente de expansión térmica 30A', y se une a otro miembro de metal de alto coeficiente de expansión térmica 30B", en su otra superficie principal, con el otro miembro de metal de alto coeficiente de expansión térmica 30B' unido al miembro de cerámica depositado en su otra superficie principal como se diagrama en la Figura 5(c).

La presente invención, por virtud de ser un proceso de fabricación de baja temperatura, representa una mejora adicional sobre la técnica anterior ya que permite una mayor selección de miembro de metal de alto coeficiente de expansión térmica unido a combinaciones de miembro de metal de constreñimiento a ser construidas. Adicionalmente, en muchas aplicaciones para compuestos de metal cerámica es deseable acoplar un miembro de metal de alta conductividad térmica y/o conductividad eléctrica a un miembro de cerámica térmicamente aislante y/o eléctricamente aislante. Esto es particularmente verdadero para los compuestos de metal cerámica usados como substratos en aplicaciones de tablero de circuito impreso. En tales casos, se montan los elementos de circuitos integrado semiconductor en un miembro de metal del substrato de compuesto de metal cerámica. Se usa el miembro de metal para transportar corriente eléctrica y también se usa para disipar el calor generado por el CIS. En tales aplicaciones, es particularmente útil que el miembro de metal disipar máximamente el calor y transportar niveles máximos de corriente eléctrica. Como se muestra en la Tabla I, los metales que exhiben conductividades superiores eléctricas y térmicas exhiben comúnmente coeficientes superiores de expansión térmica, mientras que los metales con altos resistencias elásticas y bajos coeficientes de expansión térmica, que son adecuadas para uso como un miembro de metal de constreñimiento, exhiben típicamente conductividad eléctricas y térmicas deficientes. Con el fin de lograr el comportamiento de operación máxima en las aplicaciones de circuito impreso, es preferible configurar el compuesto de metal cerámica con el miembro de metal de constreñimiento unido entre el miembro de cerámica y el miembro de metal de alta conductividad térmica y/o alta conductividad eléctrica como se muestra en la Figura 6 (a) . ES fácil suponer que el miembro de metal de constreñimiento en las configuraciones de compuestos de metal cerámica tales como aquellos representados en las Figuras 6 (b) , (c) , obstaculizarán el transporte de corriente eléctrica a y desde, o la disipación del calor de, un circuito integrado semiconductor montado en la superficie principal expuesta del miembro de metal . ? Sin embargo, en muchas aplicaciones prácticas es preferible utilizar la menor configuración óptica mostrada en la Figura 6 (c) cuando se considera la expansión térmica de, y uan distribución de compresión en, el compuesto de metal cerámica durante un ciclo operacional . Estos puntos son demostrados claramente usando simulaciones de computadora que grafican visualmente las distribuciones de compresión y deformación mecánica lo cual resulta cuando se somete un diseño de compuesto dado a una carga térmica típica de un ciclo operacional .

TABLA I Material Resistividad Conductividad Coeficiente de eléctrica (O-m) térmica expansión ( m^K"1) térmica (ÍO^K"1) Metal de conductivi .dad Aluminio 2.65 x 10"4 237 23.03 Cobre 2.65 x 10"4 401 16.5 Plata 2.65 x 10"4 429 19.2 Oro 2.65 x 10"4 317 14.2 Metal de constreñimiento Antimonio 39 x 10"4 243 8.5 Cromo 12.7 x 10"4 93.7 8.5 Iridio 5.3 x 10"4 147 6.2 Molibdeno 5.2 x 10"4 138 5.43 Tántalo 12.45 X 10"4 57.5 6.6 Estaño (a- fase) 11.0 x 10"4 66.6 5.34 Titanio 42.0 x 10"4 21.9 8.33 Tungsteno 5.65 X 10"4 174 4.59 Vanadio 24.8 X 10"4 30.7 8.3 Cerámica Alúmina lO"18 0.42 8.8 Ferrita 4 X ÍO^.IO"10 4.0 7.10 TABLA I (continúa) Proporción de Módulo elástico Módulo elástico Dureza veneno Esfuerzo cortante (GPa) Esfuerzo Tracción cortante (GPA) (Gpa) Metal de conductivi .dad Aluminio 0.40 25 62 200 hv Cobre 0.343 46.8 125 37 hrb Plata 0.37 46.3 125 25 hv Oro -- -- 378 -- Metal de constreñimiento Antimonio 0.25 19 77.7 -- Cromo -- -- 154 -- Iridio 0.26 0.21 1.2 200 hv Molibdeno 0.307 107 350 -- Tántalo 0.35 69 186 120 hv Estaño (a-fase) 0.33 13.7 41.6 -- Titanio 0.34 80 235 70 hb Tungsteno 0.28 155 400 150 hv Vanadio 0.6 46.4 130 70 hb Cerámica Alúmina 0.04 Ferrita -- 36 0.02 6 (Mohs) La Figura 7 representa vistas amplificadas de la respuesta estructural en 2 configuraciones diferentes para substratos de compuesto de metal cerámica en aplicaciones de tablero de circuito impreso típicos como se simula por el análisis de método de elemento finito ("MEF") . El análisis de MEF presentado asume la estructura de compuesto de metal cerámica diagramado en la Figura 6 (a). Como se muestra en la Figura 6 (a) el modelo de MEF representa un CIS, y tiene una aleta de enfriamiento de asiento de calor 32 en el borde de un área 33 de montado de cobre grueso, el cual está unido a un miembro 34 de metal de constreñimiento de espesor 0.45 mm. El miembro de metal de constreñimiento 34 se une a través de su superficie principal a un miembro 35 de cerámica de alúmina de 1.00 mm, el cual, a su vez, se une a través de su superficie principal opuesta a un miembro 36 de plano de tierra de cobre grueso de 0.30 mm. El modelo además asume las propiedades de materiales para el alúmina, cobre, molíbdeno y titanio co o se tabula en la Tabla I. Se someten los bordes externos del modelo (incluyendo las aletas de enfriamiento) a una carga ambiental de 27°C y pérdida de calor convectivo de 4.33 x 10"6 /mm2. El sistema ha sido permitido para relajar a sus valores de equilibrio de estado estacionario para simular condiciones de carga de máximo equilibrio.

La Figura 6 (b) representa una vista amplificada (20x) de la deformación simulada con MEF al compuesto de cerámica y metal cuando la capa de metal de constreñimiento en el modelo comprenda molibdeno. La Figura 6 (b) modela el compuesto que contiene molibdeno en el medio plano simétrico. Como se muestra claramente, la estructura de carga térmica 37 está muy deformada de la estructura libre de presión 38. En este caso, la capa de metal de molibdeno se expande linealmente en una proporción (amolibdeno=5.43 x 10"6 0C_1) que es menor que ambas proporciones para el miembro de cerámica ( alúmina=8.8 x 10"6 °C1) y el miembro de cobre (acobre= 16.5 x 10"6oC1) al cual se une. De hecho, el análisis de compresión muestra que las compresiones de von Mises en un substrato de tablero de circuito impreso de compuesto de metal cerámica que contiene una capa de metal de constreñimiento de molibdeno situado como se represente en la Figura 6 (a) son, de hecho, mayores que las compresiones de von Mises para un substrato de tablero de circuito impreso de compuesto de metal cerámica que no contiene el miembro de metal de constreñimiento de molibdeno. La Figura 6 representa una vista amplificada (20x) de la deformación simulada por MEF al compuesto de cerámica de metal cuando la capa de metal de constreñimiento en el modelo comprende titanio. Otra vez, la Figura 6® modela el compuesto en el medio plano simétrico. Como se muestra claramente, la deformación estructural para un substrato de tablero de circuito impreso de compuesto de metal cerámica que contiene un miembro de metal de constreñimiento de titanio unido directamente al miembro de cerámica es generado por la carga térmica 39 cuando se compara con la estructura 38 libre de compresión. Esta deformación es reducida grandemente cuando se compara con la deformación generada en el compuesto de metal cerámica cargado térmicamente que contiene un miembro de metal de constreñimiento de molibdeno. El titanio tiene un coeficiente de expansión térmica (atitanio=8.33 x 10"e°C_1) que es mayor igualado con la alúmina (aalúmina=8.8 x 10"6 ° C~1) , y, como resultado, reduce compresión de von Mises en la cerámica por más del 50%. La estructura mejorada no puede ser reducida para practicar usando un proceso de alta temperatura, tal como aquel descrito por la técnica anterior. Como se reporta por Kashiba et al., el titanio y cobre forman un eutéctico a temperaturas mayores de 880°C. Por lo tanto, un proceso que requiere un miembro de cobre a ser comprimido mecánicamente a un miembro de titanio a una temperatura de por lo menos 900°C por un periodo de por lo menos 20 minutos provocará que los miembros formen su eutéctico y se liquen. Bajo la presente invención, se forma un enlace covalente entre el miembro de cerámica depositado y el miembro de metal en temperaturas menores a 550°C. Como tal, la presente invención hace posible la construcción de una variedad mucho más amplia de miembro de metal de alta conductividad eléctrica o alta conductividad eléctrica unido a combinaciones de un miembro de metal de constreñimiento. Es por lo tanto, una modalidad preferida de la presente invención depositar un miembro de cerámica en un substrato de miembro metálico, en donde el substrato de miembro metálico comprende por lo menos un miembro de metal de alto coeficiente de expansión térmica que consiste de un metal puro, aleación de metal, o compuesto de metal de aluminio, cobre, plata, u oro, que está unido, en por lo menos una superficie principal, a un miembro de metal de constreñimiento, en donde el miembro de metal de constreñimiento puede comprender un metal puro, aleación o compuesto de metal de antimonio, cromo, iridio, molibdeno, tántalo, (a) estaño, titanio, tungsteno, o vanadio. El miembro de metal de coeficiente de expansión térmica puede ser caracterizado como que tiene alta conductividad eléctrica y/o alta conductividad térmica. El miembro de metal de constreñimiento unido al miembro de metal con un alto coeficiente de expansión térmica puede ser caracterizado como que tiene un coeficiente de expansión térmica que es menor que el coeficiente de expansión del miembro de metal al cual está unido. Se prefiere tener el miembro de metal de constreñimiento unido al miembro de metal que tiene un coeficiente de expansión térmica alto a través de la soldadura de presión explosiva, u otras técnicas de unión de metal a metal conocidas por practicantes expertos en la técnica de metalurgia, antes de formar un enlace covalente con el miembro de cerámica depositado. La capacidad para formar un enlace covalente entre el miembro de cerámica depositado y el substrato metálico sin un agente de unión de fuñido o adhesivo, permite incluso mayor mejora a la técnica anterior introduciendo elementos icromecánicos de reducción de compresión a la interfase. La presente invención permite, como se muestra en la Figura 7 (a) por lo menos que sea colocado un cuerpo 40 de resistencia a la adhesión sobre la superficie del substrato 41 de miembro de metal en el cual será depositado el miembro de cerámica antes de depositar el miembro de cerámica. Puede ser soplado el cuerpo de resistencia a la adhesión de la superficie del substrato de miembro de metal durante el proceso de deposición de cerámica, por lo tanto es una modalidad preferida de esta invención asegurar físicamente el por lo menos cuerpo resistente a la adhesión en la superficie del substrato de miembro de metal sin formar un enlace permanente entre el por lo menos cuerpo de resistencia a la adhesión y a El substrato de miembro de metal recubriendo el cuerpo de resistencia a la adhesión con una resina epoxi 42 como se muestra en la Figura 7 (b) ) que se descompone a temperaturas mayores de la temperatura de deposición del substrato para el cual se calienta el substrato de miembro de metal durante el proceso de deposición de cerámica. El miembro de cerámica como se muestra en la Figura 7(c) es entonces pirolizado por aspersión de una solución metalúrgica en el substrato 41 de miembro de metal y el por lo menos cuerpo 40 resistente a la adhesión unido físicamente a o colocado en el substrato de miembro de metal y procesado para formar el compuesto de metal cerámica. Después de que ha sido formado el miembro 43 de cerámica depositado a un espesor suficiente en el substrato de miembro de metal y el por lo menos cuerpo resistente a la adhesión, puede ser calentado el compuesto de cerámica metal entero a una temperatura que descompone la resina epoxi 42 que asegura físicamente el por lo menos cuerpo de resistencia a la adhesión al substrato de miembro de metal (típicamente a una temperatura en el intervalo entre 450°C a 55°C) , para producir un compuesto de metal cerámica en el cual ha sido formado un enlace covalente entre el substrato de miembro de metal 41 y el miembro 43 de cerámica depositado solo en aquellas regiones de la interfase de cerámica metal que no están ocupados por al lo menos el cuerpo 44 de resistencia a la adhesión como se muestra en la Figura 7 (d) . Si el cuerpo de resistencia a la adhesión está compuesta de una composición material y una fase que no licúa y forma un enlace rígido a través de la acción de fundición, regiones 45 de la interfase de metal cerámica que están ocupadas por al menos un cuerpo de resistencia a la adhesión sin estar unidos al cuerpo de resistencia a la adhesión, ni a la capa de cerámica depositada.

El cuerpo de resistencia a la adhesión 40 permitirá deslizar con relación a desplazamientos o expansiones lineales del substrato 41 de miembro de metal en las regiones 45 no unida de la interfase de metal cerámica. Esta modalidad de la presente invención no puede ser producida usando técnicas de unión de metal cerámica, tales como enlace eutéctico o enlace de metal activo/soldador, el cual forma el enlace a través de una fase licuada o fundida que, cuando se presiona, se funde, y forma un enlace rígido cuando se enfría, entre la superficie de enlace total. La geometría de sección transversal de cada cuerpo de resistencia a la adhesión no necesita ser circular como se representa en los dibujos y puede asumir cualquier geometría de sección transversal del miembro de cerámica depositado o reduce la distribución de presión dentro del compuesto de metal cerámica. Puede ser determinada la geometría de sección transversal para el cuerpo de resistencia a la adhesión para una aplicación dada usando simulación de computadora por cualquier practicante experto en la técnica de análisis de método de elemento finito. Similarmente, el por lo menos cuerpo resistente a la adhesión no necesita ser un cuerpo discreto, sino una serie de cuerpos continuos, tales como patillas, plaquetas o fibras. Por ejemplo, puede ser utilizada una fibra o malla de alambre a un patrón un cuerpo resitente a la adhesión en la interfase de metal cerámica. En ciertos se prefieren patrones específicos de aplicaciones específicas de cuerpos de resistencia a la adhesión, los cuales pueden comprender cuerpos de resistencia a la adhesión de geometría de sección transversal diferentes, o una combinación de cuerpos de resistencia a la adhesión discreto y continuo de varias conformaciones y tamaños. Las Figuras 8 (a) y (b) representan perspectivas superiores de algunos, pero no significa todos los patrones representativos de cuerpos 40 resistentes a la adhesión en substratos 41 de miembros de metal que pueden ser útiles. Tales patrones de cuerpos de resistencia a la adhesión pueden ser fijados en la superficie del substrato de miembro de metal usando una variedad de medios, incluyendo, pero no limitados a, impresión de tamiz u otros técnicas de impresión tales como, prensa de letras, fotograbado, rotograbado, impresión de untos o de chorro. Un patrón particular de cuerpos resistentes a la adhesión serán, por supuesto, dependientes de las cargas térmicas y/o mecánicas de una aplicación específica, y puede ser determinado usando simulación de computadora por cualquier practicante en la técnica del análisis de método de elemento finito u otros métodos de simulación de computadora. El uso de cuerpos de resistencia a la adhesión para construir un compuesto de metal cerámica con propiedades interfaciales mejoradas en cualquier patrón es considerado un elemento de, y como que ha sido enseñado por, la presente invención.

Pueden ser producidos cuerpos resistentes a la adhesión de una variedad de materiales que no se licúan o forma un enlace fundido o rígido con el miembro de metal al cual se ponen en contacto los cuerpos resistentes a la adhesión en un compuesto de cerámica metal. Por lo tanto, se recomienda componer los cuerpos de resistencia a la adhesión de un material que funde a temperaturas mayores de las temperaturas máximas (450-880°C) a la cual puede ser expuesta el compuesto de metal cerámica. Los cuerpos de resistencia a la adhesión pueden estar compuestos de materiales que comprenden, pero no están limitados a, metales o aleaciones de metales, una fase de vidrio, una aleación de memoria de conformación, o una cerámica cristalina o una fase de material de cristal. Como se muestra en las Figuras 9 (a) y (b) es otra modalidad preferida de esta invención para utilizar cuerpos de resistencia a la adhesión compuestos de una fase de material que puede ser grabado selectivamente o eliminado del compuesto de metal cerámica después de procesar para producir huecos 46 en el miembro 46 de cerámica depositado unido al substrato 41 de miembro de metal del compuesto de metal cerámica donde los cuerpos de resistencia a la adhesión grabados selectivamente son ubicados originalmente como se muestra en la Figura 9 (a) . Este aspecto de la invención permite que sean producidos postes 47 micromecánicos en el miembro de cerámica que puede flexionar en respuesta a desplazamientos laterales del miembro de metal unido provocado por expansiones lineales o contracciones del miembro de metal unido. La Figura 9 (b) representa la flexión en un compuesto 39 cargado térmicamente comparado con su estado 38 libre de presión. La flexión proporcionada por los postes micro mecánicos en el miembro de cerámica reduce las compresiones de esfuerzo cortante generadas normalmente en el interior de un miembro de cerámica unido el cual el típico incluye una compactación del miembro de cerámica unido. El grado de reducción de presión en el miembro de cerámica unida depende de las dimensiones físicas del poste micro mecánico, el cual puede ser definido como que tiene un ancho, una profundidad d, y un espaciamiento s como se muestra en la Figura 9 (a) . La Figura 10 representa gráficamente curvas características para reducción de compresión en el miembro de cerámica en distancias de 20 micrones A, 52 micrones B, y 185 micrones C contra el parámetro de profundidad (parámetro d) del poste micro mecánico que tienen un ancho (parámetro w) de 50 micrones, y un espaciamiento (parámetro s) igual a 50 micrones. La Figura 11 representa curvas características para la reducción de compresión en el miembro de cerámica en distancias de 20 micrones D, 52 micrones E, y 185 micrones F contra el parámetro de ancho (parámetro ) de poste micromecánico que tienen una profundidad (parámetro d) de 150 micrones, y un espaciamiento (parámetro s) igual a 50 micrones. Se prefieren los materiales de vidrio higroscópicos para uso como los materiales de cuerpo de resistencia a la adhesión selectivamente grabado usados para producir patrones de huecos y postes micro mecánicos en el miembro de cerámica unido. Pueden ser disueltos los materiales de vidrio higroscópicos en agua sin peligro de erosión de los miembros de metal y cerámica compuestos sumergiendo simplemente el compuesto en un medio de baño ultrasónico acuoso. Los materiales de vidrio pueden ser fácilmente conformados en geometrías microscópicas y patrones usando métodos bien conocidos por practicantes expertos en la técnica de producción de fibra óptica, haces de fibra óptica, y componentes micro ópticos. Es una modalidad preferida de esta invención para utilizar vidrios de óxido higroscópicos a base de fosfato y o a base de borato como los cuerpos de resistencia a la adhesión selectivamente grabados. Paneles de resistencia a EMI Un aspecto particular de los compuestos de metal cerámica de la presente invención se relaciona al uso de compuestos de metal cerámica como un dispositivo para absorber o cubrir radiación electromagnética. El dispositivo comprende una cerámica de ferrita disipadora unida al substrato metálico. La cerámica de ferrita disipadora sirve como un atenuador de campo de microondas y absorbe señales de microondas hacia, convertir la señal de microondas absorbidas en calor. El substrato metálico sirve para dispar el calor generado. La absorción de ferrita de frecuencias de microondas se relacionan a dipolos magnéticos dentro de la ferrita que llegan a ser resonantes con el campo de microondas aplicadas. Se absorbe la energía del campo electromagnético en cuanto se excita una respuesta de resonancia en la cerámica de ferrita. Puede hacerse la absorción de energía por una cerámica de ferrita a una frecuencia particularmente aguada a cierta frecuencia usando un campo magnético aplicado. Las cerámicas de ferrita, como los metales ferrosos, son materiales magnéticos, y, como un resultado retendrán un campo remanente cuando se magnetizan. Muchas aplicaciones para los dispositivos de atenuación de campo de microondas requieren que los dispositivos sean situados en proximidad cercana a la circuitría electrónica, con el cual un campo magnético aplicado o remanente puede interferir. Las cerámicas de ferrita tiene permeabilidades magnéticas menores que los metales ferrosos, y, como tales se prefieren en aplicaciones que pueden ser sensibles a un miembro cercanamente magnetizado. Por lo tanto, es una modalidad preferida de esta invención maquinar las propiedades del material de la cerámica de ferrita para tener mayor absorción de microondas (disipación alta) en frecuencias altas (de microondas) con campos magnéticos aplicados mínimos o remanentes . Las ferritas exhiben alta disipación bajo campos magnéticos aplicados bajos (o cero) a través de un mecanismo conocido como disipación de bajo campo como se muestra en la Figura 12. Los mecanismos de disipación que accionan la disipación de campo bajo ocurren sobre un intervalo de frecuencia min y Wraax, definido como: min = ? Ha, (2a) Y Wmax = ?(Ha + Mo/µ) (2b) Donde ? es el factor giromagnético, Ha es el campo de anisotropía cristalina de la cerámica, Mo es la magnetización de saturación de la cerámica, y m es la permeabilidad magnética de la cerámica. Si se diseña el dispositivo de compuesto de cerámica de metal ferrita para operar en una frecuencia característica, Wop, las propiedades intrínsecas del miembro de cerámica de ferrita en el compuesto deben ser de tal forma que la frecuencia característica, Wop, debe estar dentro del intervalo de disipaciones de bajo campo definidas por Wmin y Wmax- Por lo tanto, para que funcione el dispositivo de compuesto de cerámica de ferrita metal efectivamente en Wop, el miembro de cerámica de ferrita debe tener un campo de anisotropía cristalina, Ha, una magnetización de saturación, Mo, y una permeabilidad magnética, µ, de tal forma: Ha < wop/? < Ha + Mo/µ (3) Es una modalidad preferida de la invención que el espesor del miembro de cerámica de ferrita sea menor que 2.0 mm. Puede ser evaluada una atenuación de señal, adisipación, en una cerámica de ferrita a partir de la permeabilidad magnética, m permitividad eléctrica, e, y la tangente de disipación, aleatoria, (la proporción del componente imaginario al componente real de la permeabilidad magnética) , calculado como, adisipación=l/2 wop (µe) [1+tand2) 1/2 - 1] (4) Como tal, con el fin de ser por lo menos parcialmente efectivo en la radiación electromagnética absorbente, el miembro de cerámica de ferrita debe tener una tangente de disipación, de tal forma que la tangd >3, y una permeabilidad real µ' y una permitividad eléctrica e, de tal forma que, µ'x wop > 10,000/e. Se prefiere que el miembro de metal en la cerámica de ferrita de metal tenga un espesor de la cerámica de ferrita esté en el intervalo de entre 0.1 mm a 5.0 mm. La disipación de alta frecuencia (de microondas) en cerámicas de ferrita se incrementa cuando los tamaños en grado en la cerámica son grandes y empacados densamente. La presente invención es particularmente útil en producir granos de cerámica densamente empacados unidos a un substrato de metal térmicamente conductivo. Ciertos aditivos de óxido de metal promueven también el crecimiento de granos grandes en cerámicas de ferrita. Se puede incorporar aditivos de manganeso, vanadio, niobio, plomo, cobre, antimonio y/o óxido de titanio en la fase de cerámica primaria (ferrita) del dispositivo de compuesto de cerámica ferrita metal. La fase primaria más los óxidos de aditivo que forman una solución sólida bajo calentamiento de pirólisis y/o condiciones de procesamiento subsecuentes. Tableros de circuito impresos Otro aspecto particular de los compuestos de cerámica de metal de esta invención se relaciona 1 uso de los compuestos de cerámica metal como un substrato de compuesto de metal cerámica para tableros de circuito impresos. Como se discute anteriormente, substratos de compuestos de metales cerámica para tableros de circuito impresos comprenden un miembro de hoja de metal de alta conductividad, comúnmente una hoja de cobre en la cual los circuitos integrados semiconductores están montados eventualmente. Se une el miembro de hoja de metal en una superficie principal a un miembro de cerámica aislante con una constante dieléctrica baja típicamente alúmina, la cual, a su vez, se une en su parte principal opuesta a otra hoja de metal de alta conductividad (cobre) . Se requiere una hoja de cobre sobre la cual se montan eventualmente los CIS para satisfacer ciertas tolerancias para el substrato de compuesto de metal cerámica para operar confiablemente como un tablero de circuito impreso, y puede contener un miembro de metal de constreñimiento para reducir su coeficiente de expansión térmica efectiva. Las tolerancias que se relacionan a la rugosidad de la superficie del miembro del metal en la cual se montan los CIS requieren que el miembro de metal tenga por lo menos una rugosidad de superficie media de 3 micrones y una superficie máxima de 18 micrones, aunque se prefiere una rugosidad de superficie media de 1 micrón y una rugosidad de superficie máxima de 8 micrones. También se prefiere pulir químicamente el miembro de metal en una mezcla de ácido sulfúrico y peróxido de hidrógeno por un periodo de 1 a 5 minutos para unir una superficie terminado dentro de estas tolerancias. Las tolerancias con relación a la dureza de Vickers del miembro de metal en el cual se montan los CIS requieren que el miembro de metal tenga una dureza de Vickers que está por lo menos en el intervalo de 40-100 Kg/mm2, aunque se prefiere una dureza de Vickers en el intervalo de 60-80 Kg/mm2. Los compuestos de cerámica de metal formados pirolizando por aspersión el miembro de cerámica en el miembro de metal de una solución de precursor metalorgánico permiten la producción de estructuras de hoja de compuesto metal cerámica metal presionando juntos dos compuestos superficie de cerámica a superficie de cerámica, en donde los compuestos comprenden un miembro de cerámica depositado en un substrato de miembro de metal. El compuesto de metal cerámica metal presionado es entonces calcinado termomecánicamente para formar una estructura unidad uniformemente rígida. Esta aplicación de la presente invención es adecuada para estructuras compuestas en las cuales pueden ser sinterizados miembros de cerámica en temperaturas menores que el punto de fusión de los substratos de miembro de metal. Esto no es posible con estructuras de cobre alúmina cobre, en donde el miembro de alúmina necesita ser sinterizado en una temperatura de por lo menos 1828°C, el cual está bien arriba del punto de fusión de cobre a 1083 °C. También bajo la presente invención, se produce el metal de alta conductividad alúmina metal de alta conductividad, tal como estructuras de cobre alúmina cobre, con resistencia mejorada a la compactación y propiedades interfaciales depositando una cerámica a base de alúmina en el miembro de metal de alta conductividad. Como se muestra en las Figuras 13 y 14 (a) y (b) es otra modalidad preferida de la presente invención para el substrato de miembro de metal de alta conductividad 53 después de lo cual el miembro 54 de cerámica alúmina se deposita para contener un miembro 55 de metal de constreñimiento, y para cuerpos de resistencia a la adhesión 56 a ser implantados en la interfase entre el substrato de miembro de metal y el miembro de cerámica depositado. Un compuesto de cerámica de alúmina metal hecho similarmente, el cual puede o no puede contener el miembro 55 de metal de constreñimiento o los cuerpos de resistencia a la adhesión 6, se produce para unir con el otro compuesto de cerámica de alúmina metal. Se logra enlace a temperatura baja (<880°C) introduciendo una capa de materiales de fase de óxido u oxifluoruro 57 de temperatura de fusión bajas que forman una fase de líquido fundido a temperaturas debajo de 880°C en las superficies de enlace 58 de por lo menos uno de los compuestos de cerámica metal alúmina. Pueden ser introducidas las fases de óxido u oxifluoruro a la superficie de unión como prrecursores metalorgánicos de la solución pirolizada por aspersión, como partículas de material de fase secundaria dispersadas en la solución metalorgánica, como partículas de material de fase secundaria no dispersadas en la solución metalorgánica pero todavía aplicada a las superficies 58 de unión, son como una película o polvos de metal activo que se oxidan. En las aplicaciones de tablero de circuito impreso es deseable que el miembro de cerámica de alúmina unida tenga una constante dieléctrica baja, es por lo tanto, preferible usar óxidos de metal de peso atómico ligero. ES una modalidad preferida de esta invención utilizar una fase de vidrio de fosfo aluminio borato como la capa de unión de óxido de temperatura baja. El vidrio borato se funde a temperaturas tan bajas como 450°C, pero es sensible al ataque químico por agua. El anhídrido fosfórico funde típicamente en el intervalo de 580-585°C. incorporar alúmina en vidrios de óxido de fosfato y borato se incrementa en resistencia química y resistencia intrínseca. Las fases de vidrio de aluminofosfato se funde típicamente a temperaturas en el intervalo de 660-1575°C. De esta forma, es posible agregar fases de vidrio borato a los materiales de unión de baja temperatura cuando el miembro de substrato metálico en el compuesto de cerámica metal unido contiene un miembro de aluminio el cual funde a 660 °C. Las adiciones de óxidos de álcali u fluoruros de álcali son útiles en la depresión de temperatura de fusión del agente de unión de óxido de temperatura bajo, pero también disminuirán su resistencia al ataque químico por agua. ES una modalidad adiciolnamente preferida de esta invención que la capa de unión de óxido a temperatura de fusión baja tenga un espesor en el intervalo de 1 micrón a 150 micrones. Los dos compuestos de cerámica de metal alúmina, con por lo menos uno de los compuestos de cerámica de metal alúmina que contienen un agente de unión de óxido a baja temperatura en su superficie de unión, son calentados entonces por lo menos a la temperatura anterior la cual los agentes de unión de óxido de temperatura baja horma una fase fundida. Los dos compuestos de cerámica de metal alúmina son unidos entonces en sus superficies de unión y se presionan juntos en una presión entre 0.5 y 25 MPa. Cuando se enfría, se forma un enlace de óxido rígido entre los dos compuestos de cerámica de alúmina metal en las superficies de unión para formar el compuesto de metal conductor de cerámica alúmina metal conductor terminado. Se prefiere generalmente que los dos miembros de metal diferentes en un substrato de compuesto para aplicaciones de tablero de circuito impreso hechas para diferente espesor y especificaciones mecánicas. Necesitan estas diferencias ser consideradas antes de formar el compuesto denlazado final. Es por lo tanto, una modalidad preferida de esta invención para formar el substrato de compuesto usando un compuesto de cerámica alúmina metal que contiene un miembro de metal conductor unido a un miembro de metal de constreñimiento unido a un miembro de metal de constreñimiento, en donde el espesor del miembro de metal de constreñimiento está en el intervalo entre 01015 mm a 1.67 mm, y el espesor (combinado) total del miembro de metal conductor está en el intervalo entre 0.30 mm a 5.0 mm; y, otro compuesto de cerámica de alúmina de metal que contiene un miembro conductor en el intervalo de 0.01 mm a 0.3 mm. Los miembros de cerámica alúmina en cada uno de los dos compuestos de cerámica metal puede variar de tal forma que el espesor combinado de la cerámica de alúmina en el compuesto de metal cerámica metal unido está en el intervalo entre 0.3 a 1.0 mm. Es de esta forma, preferido que el espesor del miembro de cerámica en los compuestos de cerámica metal estén en el intervalo de 0.15 a 0.95 mm. Aún otro objeto particular de la presente invención se relaciona a la incorporación de un miembro de cerámica de ferrita en un substrato de compuesto de cerámica metal para aplicaciones de tablero de circuito impreso. En muchas aplicaciones, los circuitos integrados semiconductores montados en un substrato de tablero de circuito impreso pueden llegar a ser radiadores realmente de radiación electromagnética peligrosa, o ser excepcionalmente sensibles a tales emisiones. De esta forma, como se muestra en las Figuras 16 (a) , (b) y 17, es deseable tener un elemento en proximidad cercana al CIS que puede absorber la radiación electromagnética. Bajo la presente invención un miembro de cerámica de ferrita isipadora 59 puede estar unido a una superficie principal de una hoja de metal de alta conductividad, el cual se usa entonces, en su superficie principal opuesta, como el substrato de miembro de metal para un miembro de cerámica de alúmina depositada. Se une entonces el miembro de cerámica de alúmina de metal cerámica ferrita en un substrato de compuesto de cerámica de metal para aplicaciones de tablero de circuito impreso usando la técnica descrita anteriormente. Un objeto particular adicional de la presente invención se relaciona a la producción de un compuesto de cerámica poroso de metal en donde el miembro de cerámica poroso tiene subdivisión ultra fina. En ciertas aplicaciones es deseable que el compuesto de cerámica metal funcione simultáneamente como una cubierta de calor y como un absorbedor de sonido. Un miembro de cerámica poroso puede funcionar tanto como un miembro térmicamente aislante y como un absorbedor de sonido. Se prefieren también las cerámicas porosas formas de cerámica en la aplicación de compuestos de cerámica de metal como electrodos electroquímicos. Moléculas orgánicas grandes, tales como ácidos carboxílicos, generan considerable agua y bióxido de carbono/monóxido de carbono durante la descomposición térmica. La formación de una cerámica porosa en un substrato de metal es fácilmente realizado pirolizando por aspersión precursores de sal de ácido carboxílico a la cerámica como la solución metalorgánica. Bajo este aspecto de la presente invención, se omiten las etapas de comprimido mecánico. Puede ser también preferible introducir otros agentes de espumado a la solución precursora metalorgánica, tal como poliuretanos, polivinilcloruros , polietilenos, pentanos, hexanos, o polipropilenos, que incrementan adicionalmente las acciones de espumado durante el proceso de deposición. Aunque ha sido descrita la invención con referencia a modalidades particulares, será entendido que esta invención es también capaz de otras modalidades y adicionales dentro del espíritu y alcance de las reivindicaciones anexas.

Claims (22)

1. REIVINDICACIONES 1. Un tablero de circuito impreso caracterizado porque comprende un miembro de metal unido directamente a un miembro de cerámica vía un enlace covalente, el enlace que es formado por lo menos a 50°C, el miembro de metal y el miembro de cerámica que proporciona la disipación de calor para al menos un CIS montado en el miembro de metal y el miembro de metal que proporciona la conductividad eléctrica por al menos un CIS montado en el miembro de metal, el miembro de metal que tiene una rugosidad de superficie de 3 micrones o menos y una dureza de 40 a 100 kg/mm2. El miembro de cerámica que comprende un medio de cerámica cuyos precursores han sido mezclados en el nivel molecular.
2. 2. El tablero de circuito impreso de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado por la cerámica comprende un óxido .
3. 3. El tablero de circuito impreso de conformidad con la reivindicación 2 caracterizado porque el óxido es A1203.
4. 4. El tablero de circuito impreso de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado porque el miembro de cerámica está compuesto del medio de cerámica que contiene partículas de un material de fase secundaria dispersado en el mismo para detener la propagación de fracturación.
5. 5. El tablero de circuito impreso de conformidad con la reivindicación 4 caracterizado porque el material de fase secundaria tiene un módulo de Young diferente al módulo de Young del medio de cerámica.
6. 6. El tablero de circuito impreso de conformidad de la reivindicación 1 como se hace por dispersión de por lo menos un precursor orgánico de metal en una superficie del miembro de metal y pirólisis del misma 500°C o menos.
7. 7. El tablero de circuito impreso de conformidad con la reivindicación 6 así hecho y con la etapa adicional de la densificación termomecánica de la cerámica.
8. 8. El tablero de circuito impreso de conformidad con la reivindicación 6 caracterizado porque se realiza la dispersión por aplicación por aspersión.
9. 9. Un tablero de circuito impreso laminado caracterizado porque comprende dos de los tableros de circuito impreso de conformidad con la reivindicación 1 unido superficie cerámica a superficie de cerámica para establecer un tablero de circuito impreso de metal cerámica metal completo.
10. 10. Un tablero de circuito impreso laminado como de conformidad con la reivindicación 9 con un agente de unión intermediario entre las caras unidas.
11. 11. El tablero de circuito impreso de conformidad con la reivindicación 1 con las cavidades en el miembro de cerámica adyacente al miembro de metal .
12. 12. El tablero de circuito impreso de conformidad con la reivindicación 11 caracterizado porque las cavidades forman postes micromecánicos en la capa de cerámica que pueden flexionar en respuesta al desplazamiento lateral de la capa de metal unida provocada por expansiones lineales o contracciones de la capa de metal unido.
13. 13. El tablero de circuito impreso de conformidad con la reivindicación 11 caracterizado porque las cavidades en el miembro de cerámica formado incluyendo piezas de resistencia a la adhesión en ubicaciones pre seleccionadas en una superficie de metal del miembro de metal, depositando por lo menos un precursor orgánico de metal en otras ubicaciones pre seleccionadas en la superficie de metal y utilizando pirólisis para formar el enlace de covalente de cerámica metal, excepto donde se bloquea la adhesión de cerámica por las piezas resistentes a la adhesión, y Disipando las piezas para dejar las cavidades.
14. 14. El tablero de circuito impreso de conformidad con la reivindicación 13 caracterizado porque las piezas resistentes a la adhesión comprenden vidrio higroscópico.
15. 15. El tablero de circuito impreso de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado por barrenos (perforaciones) en el miembro de metal para reducir diferencias efectivas ente el módulo de Young y/o coeficiente de expansión térmica del miembro de metal y tal propiedad o propiedades del miembro de cerámica.
16. 16. El tablero de circuito impreso de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado porque el miembro de cerámica es poroso.
17. 17. El tablero de circuito impreso de conformidad con la reivindicación 16 caracterizado porque además comprende piezas resistentes a la adhesión en el miembro de metal y que está expuesto al miembro de cerámica.
18. 18. El tablero de circuito impreso de conformidad con la reivindicación 17 caracterizado porque tiene medios para unir las piezas resistentes a la adhesión al miembro de metal .
19. 19. El tablero de circuito impreso de conformidad con la reivindicación 16 caracterizado porque el miembro de metal comprende un material de conductividad alta eléctrica y/o térmica seleccionado del grupo que consiste en (a) metales elementales, (b) aleaciones de metal, y (c) compuestos de metal de aluminio, cobre, oro, o plata unido a un miembro de metal de constreñimiento que tiene 1/20 a 1/3 de espesor del miembro de metal de alta conductividad eléctrica y/o térmica, en donde el miembro de metal de constreñimiento comprende metal, aleación de metal, o compuesto de metal, de cromo, antimonio, iridio, molibdeno, tantalio, estaño, titanio, tungsteno o vanadio.
20. 20. El tablero de circuito impreso de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado porque el miembro de metal comprende un material de alta conductividad eléctrico y/o térmico seleccionado del grupo que consiste de: (a) metales elementales, (b) aleaciones de metal, y (c) compuestos de metal de aluminio, cobre, oro, o plata unidos a un miembro de metal de constreñimiento que tiene 1/20 a 1/3 el espesor de capa de metal de alta conductividad eléctrica y/o térmica, en donde el miembro de metal de constreñimiento comprende un metal, aleación de metal, o compuesto de metal, de antimonio, cromo, iridio, molibdeno, tantalio, estaño, titanio, tungsteno o vanadio.
21. 21. El tablero de circuito impreso de conformidad con la reivindicación 1 caracterizado porque la capa de cerámica proporciona cubrimiento a EMI .
22. 22. El tablero de circuito impreso caracterizado porque comprende un miembro de metal con una porción superficial unida directamente a una capa de cerámica de componente multi cerámica ?'ía un enlace covalente y otra porción superficial distinta del miembro de metal que se une a un CIS montado en el miembro de metal, el enlace covalente que se forma por lo menos a 500 °C, la capa de metal y la capa de cerámica que proporciona la disipación de calor para el CIS montado en el miembro de metal y el miembro de metal que proporciona conductividad eléctrica para el CIS, y La capa de cerámica que se hace de un medio componente de multi cerámica cuyos precursores han sido mezclados en el nivel molecular en la superficie del metal como se aplica y piroliza simultáneamente durante la aplicación para evitar segregación o descomposición secuencial de especies mezcladas de cerámicas y sus precursores.