WO2014190968A1 - Metall-keramik-substrat sowie verfahren zum herstellen eines metall-keramik-substrates - Google Patents

Metall-keramik-substrat sowie verfahren zum herstellen eines metall-keramik-substrates Download PDF

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WO2014190968A1
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metallization
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ceramic
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Daniel Küfner
Jürgen SCHULZ-HARDER
Fabian HIERSTETTER
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Rogers Germany Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a metal I-ceramic substrate according to the preamble of claim 1 and a method for the manufacture len of a metal I ceramic substrate according to the preamble of claim 1 7.
  • Metal I ceramic substrates in the form of printed circuit boards consisting of a ceramic layer and at least one with a surface side of the
  • Such metal l ceramic substrates are used, for example, for the construction of
  • Power semiconductor modules For connecting the metallization to the metal foils or
  • a connection between a metal foil, for example copper foil, and a ceramic substrate, at a temperature between approximately 800 ° C. and 1000 ° C. is achieved.
  • an aluminum nitride ceramic, using a Hartlots hergestel lt which in addition to a main component, such as copper, Si silver and / or gold also contains an active metal l.
  • Active metal I which is, for example, at least one element of the group Hf, Ti, Zr, Nb, Ce, establishes a connection between the brazing alloy and the ceramic by a chemical reaction, while the connection between the brazing alloy and the metal forms a metallic brazing Connection is. It is known that such metal-ceramic substrates in many
  • Thermal expansion coefficients of the ceramic layer and the metallization or metal layer result in particular at the transition between these layers in temperature fluctuations significant mechanical compressive or tensile stresses whose gradient in the ceramic material
  • Thermal shock resistance of the metal-ceramic substrate are already known different measures. For example, from DE 40 04 844 C1 already a method for producing a structured
  • Copper metallization of a metal-ceramic substrate known in which by appropriate etching techniques a structured metallization is created, which is locally weakened at their edges to reduce the gradient of the tensile and compressive stresses.
  • the teachings taught here include in their generally held form also previously known embodiments of printed conductors, contact surfaces or the like. Structured metallizations as well as edge attenuation, as inevitably obtained in the etching of structures of metallizations and can not be avoided. Also, connection technologies are already known, for example
  • the direct surface connection between the joining partners is without a Connecting layer produced.
  • metal surfaces made of copper, aluminum and their alloys, for example a metallization surface and the surface of a contact element can be connected directly in a planar manner.
  • the heat required for the direct surface connection is achieved by introducing a high-frequency mechanical oscillation, which is transmitted under pressure to at least one joining partner.
  • the compound When U ltraschallsch requirementen of films or thin sheets, the compound is formed after breaking the oxide layer substantially by a meshing of the abutting surface portions of the joining partners.
  • ultrasonic welding of a contact element on a metallization section of a metal-ceramic substrate may result in crack formation in the ceramic layer due to the high surface pressure required for ultrasonic welding.
  • Ceramic layer to introduce predetermined breaking lines.
  • the unused sections of the ceramic layer of the metal-ceramic substrate are preferably removed manually, in particular when several individual metal-ceramic substrates are produced from a base substrate in multiple use the metal-ceramic substrates arranged on a base substrate by correspondingly Breaking the base substrate along the introduced into the ceramic layer fracture lines isolated.
  • the present invention seeks to provide a metal-ceramic substrate and
  • Edge region of the ceramic layer can be reduced.
  • the task becomes solved by a metal-ceramic substrate and a method for producing metal-ceramic substrate according to claims 1 and 1 7.
  • the essential aspect of the metal-ceramic substrate according to the invention is to be seen in that the free edges of the ceramic layer of the metal-ceramic substrate by breaking the ceramic layer of a base substrate along more in at least one surface side of the ceramic layer in the liberated from the metallization region of the ceramic layer
  • the metallization section has a second surface section adjoining the first surface section, which partially surrounds the first surface section and which has a plurality of second recesses provided distributed along the free edge of the metallization section.
  • Thermal shock resistance can be additionally increased, so that in particular in the transition region between the etched portion of the ceramic layer and the edge of the metallization a
  • Ceramic layer is formed, which in turn further reduces the risk of cracking.
  • the first recesses are circular and have a diameter between 30
  • the second recesses are also circular but on the contrary have a diameter between 400 microns and 700 microns, preferably between 550 microns and 650 microns. Furthermore, the second recesses have between 60% and 100% of the layer thickness of the metallization. Preferably, therefore, the diameter of the second recesses is at least twice as large as the diameter of the first recesses. Due to the described dimensioning of the first recesses, the thermal conductivity of the metallization section is not significantly impaired, since there is only a small material removal. Alternatively, the first recesses may also be oval,
  • slit-shaped, karo or diamond-shaped and / or spiral depressions may be formed.
  • Recesses are by oval, slot-shaped, karo or diamond-shaped depressions and / or by a meandering
  • the predetermined breaking lines by means of a laser device in the first surface side of the ceramic layer and / or in the
  • the predetermined breaking lines have for example a depth between 30 ⁇ and 200 ⁇ . Due to the described dimensioning and shape of the predetermined breaking lines, the generation of free edges with significantly reduced microcracks is possible. Here, an introduction of the predetermined breaking lines on the surface treated by friction welding surface side and / or on the opposite surface side is advantageous.
  • the contact element and the at least one metallization section are made of, for example, copper, aluminum, a copper or
  • the at least one contact element preferably has a higher degree of hardness than the at least one
  • the subject matter of the invention is a method for producing a metal-ceramic substrate comprising a metal-ceramic substrate comprising at least one ceramic layer, in which the at least one surface side is provided with at least one metallization, in which the at least one metallization for forming conductor tracks and / or contact or connection surfaces is structured such that at least one metallization section for connecting a
  • Metallmaschinesabites has at least a first surface portion for surface connection of a contact element. Particularly advantageous are the free edges of the ceramic layer of the metal-ceramic substrate by breaking the ceramic layer of a base substrate along more in at least one surface side of the ceramic layer in the liberated from the metallization region of the ceramic layer
  • Fracture lines produced and at least one contact element is directly planar with the at least one metallization in the first surface section by means of friction welding, in particular by means
  • a plurality of second recesses provided distributed along the free edge of the metallization section can also be introduced into a second surface section of the at least one metallization section, wherein the second surface section adjoins the first surface section and at least partially surrounds it.
  • the predetermined breaking lines are introduced into the first surface side of the ceramic layer and / or the opposite second surface side of the ceramic layer by means of a laser device, preferably in the form of a continuous predetermined breaking lines, wherein the continuous predetermined breaking lines are formed in the form of slot-like depressions. Further advantageous is the introduction of the
  • a laser device in particular by means of a diode laser, fiber laser or solid-state laser with different pulse durations, for example U ltrakurzpuls- or
  • Edge regions arise with at least one metallization section, which extend over a plurality of individual, located on the base substrate metal-ceramic substrates edge and form a support edge.
  • Fig. 1 is a simplified sectional view through a
  • FIG. 2 is a simplified plan view of the bare metal-ceramic substrate of FIG. 1,
  • FIG. 3 is a simplified plan view of the assembled metal-ceramic substrate of FIG. 1,
  • Fig. 4 is a simplified side view of a base substrate for
  • FIG. 5 shows a simplified plan view of the base substrate according to FIG. 4 for producing a metal-ceramic substrate in FIG
  • Fig. 5a-c is a simplified perspective detail view of a continuous predetermined breaking point and different
  • Fig. 1 1 is a simplified sectional view through the
  • FIG. 1 shows a simplified schematic depiction of a section through an embodiment variant of a module arrangement 1 comprising at least one metal-ceramic substrate 2 according to the invention, at least one
  • Semiconductor component 3 in particular in the form of a semiconductor chip and a first and second contact element 4, 5.
  • the metal-ceramic substrate 2 has at least one ceramic layer 6 with two opposite surface sides, namely a first and a second surface side 6.1, 6.2.
  • the first surface side 6.1 is provided in the present embodiment with at least one metallization 7, which is preferably formed by a film or layer of copper or a copper legi er or aluminum or an aluminum alloy and which preferably directly and flat on the ceramic layer. 6 is applied.
  • the first surface side 6.1 opposite second surface side 6.2 is provided with a further metallization 8, which is preferably formed or made by a foil or layer of copper or a copper alloy or aluminum or an aluminum alloy ,
  • the metallizations 7, 8 preferably have a layer thickness D of at least 75 ⁇ m, preferably between 75 ⁇ m and 900 ⁇ m. It is understood that Other suitable metals for producing the metallizations 7, 8 can be used.
  • the contact elements 4, 5 are preferably made of a material having high conductivity, for example copper, aluminum, a copper or aluminum alloy.
  • the material of the contact elements 4, 5 is adapted to the material of the metallization 7, 8.
  • the contact elements 4, 5 are made of a material having a higher degree of hardness than that on the ceramic layer 6 as
  • both the contact element 4, 5 and the metallization 7 are made of copper, the contact elements 4, 5 have a higher degree of hardness than the metallization 7.
  • the contact elements 4, 5 preferably have a flat, rectangular cross section and form a flat connection region for connection to the metallization 7.
  • the ceramic layer 6 is made of, for example, an oxide, nitride or carbide ceramic such as aluminum oxide (Al 2 O 3) or aluminum nitride (AIN) or silicon nitride (Si 3 N 4) or silicon carbide (SiC) or
  • the direct-copper-bonding technology described is connected in a planar manner to the first or second surface side 6.1, 6.2 of the ceramic layer 6.
  • the connection can be effected by means of active soldering first and second surface side 6.1, 6.2 of the ceramic layer 6 takes place for example by means of brazing, active soldering or gluing.
  • the areal connected to the first surface side 6.1 metallization 7 is for the formation of printed conductors and / or contact or
  • Metallization section 7a, 7b for connecting a contact element 4, 5 is formed.
  • the metallization section 7a, 7b thus forms a so-called "dand" for connection of a contact element 4, 5
  • Metallization sections 7a, 7b, 7c are at least etched away
  • the metallization 7 is structured into a first metallization section 7a, a second metallization section 7b, and a third metallization section 7c, the first
  • Metallization section 7a for connecting the first contact element 4 and the second metallization section 7b for connecting the second
  • Contact element 5 are provided. These are preferably in at least one edge region of the metal-ceramic substrate 2 or
  • Module arrangement 1 is arranged. It goes without saying that virtually any patterning of the metallization 7 is possible without thereby leaving the inventive concept.
  • the third metallization section 7c is for connecting the
  • Semiconductor device 3 is provided.
  • Terminal contact 3 'of the semiconductor device 3 is flatly connected to the top of the third metallization section 7c, by means of a solder or sintered connection. This will be an electrical and thermal conductive connection between the third metallization section 7c and the lower terminal contact 3 'of the semiconductor device 3 made.
  • the upper connection contact 3 "of the semiconductor component 3 is electrically conductively connected, for example via a bonding wire connection or another suitable connection technology, to the electrically conductive connection of the third metallization section 7c to the second metallization section 7b, analogously beforehand, for example via a bonding wire connection or a others also made suitable connection technology.
  • Metalltechnische 7a to 7c is preferably by appropriate masking and then etching a full area on the
  • the first and second metallization sections 7a to 7c forming the connection surfaces have a rectangular or square structure.
  • the first and second contact elements 4, 5 are preferably connected directly in area with the first and second metallization sections 7a, 7b.
  • each of the metallization sections 7a, 7b has at least one first surface section 7.1a, 7.1b for surface connection of the contact element 4, 5.
  • the first surface section 7.1 a, 7.1 b is the direct surface connection between the contact element 4, 5 and the metallization 7a, 7b made by friction welding, in particular U ltraschalreibsch spaen.
  • first surface portion 7.1 a, 7.1 b of the metallization sections 7 a, 7 b is followed by a second surface portion 7.2 a, 7.2 b, at least partially surrounds the first surface portion 7.1 a, 7.1 b and thus essentially extends from the first surface portion 7.1 a, 7.1 b to the edge of the respective metallization section 7a, 7b.
  • Metallization sections 7a, 7b come to cracking.
  • Thermal shock resistance of the metal-ceramic substrate 2 to improve are in the first surface section 7.1 a, 7.1 b of the
  • the metal-ceramic substrates 2 are produced in multiple use, by means of a base substrate BS, which consists of a ceramic layer 6, on which a plurality of individual metal-ceramic substrates 2 are arranged, in a matrix-like manner in several columns and rows.
  • the predetermined breaking lines 6a to 6f are provided for removing the unused edge regions BSa, BSb, BSc, BSd of the base substrate BS and for separating the plurality of metal-ceramic substrates 2 provided on the base substrate BS.
  • Figure 4 shows an example of a side view of such a base substrate BS, the metallizations 7, 8 are already structured and the more, introduced in the first surface side 6.1 of the ceramic layer 6
  • Figure 5 shows a plan view of the base substrate BS according to Figure 4, which in the present
  • Embodiment for the production of four metal-ceramic substrates 2 is provided in multiple use.
  • the predetermined breaking lines 6a-6f are in this case introduced into the ceramic layer in such a way that the unused edge regions BSa, BSb, BSc, BSd separated from the individual metal-ceramic substrates 2 form continuous edge pieces which have their own
  • Metalltechnischesabitese 7 ', 8' have and at the edge over at least two metal-ceramic substrates 2 extend.
  • Breaking the base substrate BS can be avoided in the individual metal-ceramic substrates 2, but they form a support edge, which requires the separation of the metal-ceramic substrates 2 in a predetermined order.
  • the predetermined breaking lines 6a-6f are by means of a laser device in the first surface side 6.1 of the ceramic layer 6 and / or in the
  • the predetermined breaking lines 6a-6f are in the form of a formed continuous recess, wherein the continuous
  • Recesses are preferably realized slot-like.
  • Figure 5a is an example in a perspective cutaway view of a
  • FIG. 5b shows, for example, a predetermined breaking line 6a with an approximately oval or semicircular cross section, whereas the cross section of the predetermined breaking line 6a according to FIG. 5c is approximately wedge-shaped.
  • Such laser devices can, for example, by a
  • Short pulse laser in the 100 Watt range or KW range be formed.
  • the latter solid-state lasers can, for example in the form of a
  • the aforementioned laser devices work with it, for example, in the UV range, infrared range or in a green spectral range.
  • the distance A between the free edges 6 "and the edge region of the metallization sections 7a, 7b is for example between 0.1 mm and 3mm and is selected depending on the layer thickness D of the metallization 7, 8.
  • the generation of the predetermined breaking lines 6a to 6f by means of the described laser devices can take place in an oxygen-containing atmosphere, which preferably has an oxygen content of at least 30%.
  • the predetermined breaking lines 6a-6f may also have different depths in their intersection regions, the depth of the predetermined breaking lines 6a-6f being preferably greater in the intersection regions indicated in FIG. 5 by dashed squares than outside
  • the depth T1 of the first recesses 9 in this case extends over more than 70% of the layer thickness D of the metallization 7 or of the respective one
  • Metallization section 7a, 7b i. in the area of a first
  • Recess 9 remaining layer thickness of the metallization section 7a, 7b is at least 30 microns. This ensures that the required thermal conductivity of the metallization section 7a, 7b is maintained.
  • the depth T1 of the first recesses 9 is between 30% and 60% of the layer thickness D of the metallization 7, so that no appreciable increase in the resistance and thus no heat accumulation in the metallization section 7a, 7b arises even at high currents.
  • the depth T1 of the first recesses 9 is preferably adapted to the method used for connecting the contact element 4, 5 to the metallization section 7a, 7b.
  • the depth T1 of the first recesses 9 when using the friction welding process or the Ultraschallreibsch professionvons between 40 prn and 70 ⁇ , preferably about 50 pm.
  • the joining depth in friction welding or in U ltraschumreibsch bulk compiler is preferably also about 50 pm.
  • Friction welding or U ltraschreibreib can be further reduced. This also significantly improves the welding result.
  • Recesses 9 are introduced into the second metallization 8, preferably in the first surface sections 7.1 a, 7.1 b of the metallization sections 7a, 7b opposite
  • Figure 2 shows a schematic plan view of the bare metal-ceramic substrate 2, i. without the semiconductor device 3 and the
  • first and second metallization 7a, 7b each have a first and second surface portion 7.1 a, 7.2a and 7.1 b, 7.2b, wherein the
  • Surface section 7.1 a, 7.1 b has a plurality of first recesses 9, which are circular in the present embodiment and, for example, evenly distributed over the first surface portion 7.1 a, 7.1 b.
  • a matrix-like distribution of the first recesses 9 is provided.
  • the circular formed first recesses 9 thus form so-called “dimple” with a diameter D1 between 20 prn and 350 prn, which taper in the direction of the ceramic layer 6. The distance between two
  • adjacent first recesses 9 is preferably at least 100 pm.
  • the area formed by the first recesses 9 is greater than the remaining area of the first surface portion 7.1 a, 7.1 b of the metal l Deutschensabête 7 a, 7 b.
  • Metallization section 7a, 7b extend, so that a structured edge course, for example, a stamp-like shaped edge profile is formed. As a result, the space requirement can be reduced by a factor of 10, without the function being significantly impaired.
  • the second recesses can also be formed by oval, slot-shaped, checkered or diamond-shaped depressions and / or by a meander-shaped or sawtooth-shaped edge profile of the at least one
  • Metallmaschinesabiteses be formed. Also, corresponding second recesses 10 can be introduced in the second metallization 8, preferably in a section of the second metallization 8 opposite the second surface section 7.2a, 7.2b.
  • the diameter D2 of the second recesses 10 is preferably at least twice as large as the diameter D1 of the first recesses 9.
  • the second recesses 10 accordingly have a diameter D2 between 400 prn and 700 pm, preferably between 550 prn and 650 prn. The shortest distance of the second
  • Recesses 10 to the subsequent edge of the metallization section 7a, 7b is preferably 200 prn analogous to the distance of two
  • the first and second recesses 9, 10 are preferably produced by corresponding masking and at least partial etching of the metallization 7.
  • the first recesses 9 can be generated by mechanical means.
  • a plurality of recesses of different geometries is possible.
  • stamp-like perforation tools can be used or the contact elements 4, 5 itself due to the higher degree of hardness
  • Perforation of the first surface portion 7.1 a, 7.1 b are used, which are formed accordingly.
  • FIG. 3 shows a schematic plan view of a module arrangement 1 according to FIG. the metal-ceramic substrate 2 with it
  • FIGS. 6 to 9 each show an insulated plan view of the first metallization section 7 with first and second surface sections 7.1 a, 7.2 a, wherein the first surface portion 7.1 a with each
  • first recesses 9 is provided.
  • the second recesses 10 are each formed circular in Figures 6 to9.
  • Figure 6 shows an embodiment of the first
  • FIG. 8 shows an embodiment of the first metallization section 7a
  • stamp-shaped edge course and formed by slot-shaped depressions first recesses 9 and in Figure 9 is a helical structure of the first recesses 9 forming recess in the first surface portion 7.1 a shown.
  • FIG. 10 shows, in an enlarged sectional view, a section through the connection region of the first metallization section 7a of FIG
  • Metallization section 7a was carried out by friction welding, in particular U ltraschumreibsch bulken. Due to the friction welding process, a toothing of the surfaces of the contact element 4 and / or of the metallization section 7a results with one another.
  • the contact pressure required during friction welding is significantly better distributed due to the larger surface area and thus reduces the surface pressure load on the ceramic layer 6 in the region of the metallization section 7a.
  • the joining depth during friction welding is preferably 50 ⁇ m.
  • the underside of the contact element 4 can likewise be provided with recesses or a profiling. This results in another
  • Metallization 8 may be provided even more metal layers.
  • the metallization sections 7a, 7b may be at least partially provided with a metallic surface layer, for example a surface layer of nickel, gold, silver or a nickel, gold and silver alloys.
  • a metallic surface layer for example a surface layer of nickel, gold, silver or a nickel, gold and silver alloys.
  • the layer thickness of the surface layer is, for example, between 2 microns and 15 microns. Such a metallic surface layer becomes
  • the ceramic layer 6 preferably applied to the ceramic layer 6 after applying the metallizations 7.8.
  • the application of the surface layer takes place in a suitable method, for example galvanically and / or by chemical deposition and / or by spraying.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Metall-Keramik-Substrat (2) umfassend zumindest eine Keramikschicht (6), die an zumindest einer Oberflächenseite (6.1) mit wenigstens einer Metallisierung (7) versehen ist, die zur Ausbildung von Leiterbahnen und/oder Kontakt- oder Anschlussflächen derart strukturiert ist, dass zumindest ein Metallisierungsabschnitt (7a, 7b) zum Anschluss eines Kontaktelementes (4, 5) entsteht, dass der zumindest eine Metallisierungsabschnitt (7a, 7b) zumindest einen ersten Oberflächenabschnitt (7.1 a, 7.1 b) zum flächigen Anschluss eines Kontaktelementes (4, 5) aufweist. Besonders vorteilhaft sind die freien Ränder (6") der Keramikschicht (6) des Metall-Keramik-Substrates (2) durch Brechen der Keramikschicht (6) eines Basissubstrates (BS) entlang mehrerer in zumindest einer Oberflächenseite (6.1, 6.2) der Keramikschicht (6) in dem von der Metallisierung (7, 8) befreiten Bereich (6') der Keramikschicht (6) eingebrachte Sollbruchlinien (6a - 6f) hergestellt, wobei zumindest ein Kontaktelement (4, 5) mit dem zumindest einen Metallisierungsabschnitt (7a, 7b) im ersten Oberflächenabschnitt (7.1 a, 7.1 b) mittels Reibschweißen, insbesondere mittels Ultraschallreibschweißen direkt flächig verbunden ist.

Description

Metall-Keramik-Substrat sowie Verfahren zum Herstellen eines Metall- Keramik-Substrates
Die Erfindung betrifft ein Metal l-Keramik-Substrat gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zum Herstel len eines Metal l- Keramik-Substrates gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 7.
Metal l-Keramik-Substrate in Form von Leiterplatten bestehend aus einer Keramikschicht und wenigstens einer mit einer Oberflächenseite der
Keramikschicht verbundenen und zur Ausbi ldung von Leiterbahnen,
Kontakten, Kontakt- oder Anschlussflächen strukturierten Metal lisierung sind in verschiedensten Ausführungen bekannt. Derartige Metal l-Keramik- Substrate finden beispielsweise Verwendung zum Aufbau von
Leistungshalbleiter-Modulen. Zum Verbinden von die Metal lisierung bi ldenden Metal lfolien oder
Metal lschichten miteinander oder mit einem Keramiksubstrat bzw. einer Keramikschicht ist das so genannte„DCB-Verfahren" („Direct-Copper- Bonding") bekannt. Dabei werden Metallschichten, vorzugsweise
Kupferschichten oder -folien miteinander und/oder mit ei ner Keramikschicht verbunden, und zwar unter Verwendung von Metal l- bzw. Kupferblechen oder Metal l- bzw. Kupferfol ien, die an ihren Oberflächenseiten eine Schicht oder einen Ü berzug („Aufschmelzschicht") aus einer chemischen
Verbindung aus dem Metal l und einem reaktiven Gas, bevorzugt Sauerstoff aufweisen. Bei diesem beispielsweise in der US-PS 37 44 1 20 oder in der DE-PS 23 1 9 854 beschriebenen Verfahren bi ldet diese Schicht oder dieser Ü berzug („Aufschmelzschicht") ein Eutektikum mit einer Schmelztemperatur unter der Schmelztemperatur des Metal ls (z.B. Kupfers), so dass durch Auflegen der Metal l- bzw. Kupferfolie auf die Keramikschicht und durch Erhitzen sämtlicher Schichten diese miteinander verbunden werden können, und zwar durch Aufschmelzen der Metallschicht bzw. Kupferschicht im Wesentlichen nur im Bereich der Aufschmelzschicht bzw. Oxidschicht. Ein derartiges DCB-Verfahren weist dann beispielsweise folgende
Verfahrensschritte auf: - Oxidieren einer Kupferfolie derart, dass sich eine gleichmäßige
Kupferoxidschicht ergibt;
- Auflegen der Kupferfolie mit der gleichmäßigen Kupferoxidschicht auf die Keramikschicht;
Erhitzen des Verbundes auf eine Prozesstemperatur zwischen etwa 1 025 °C bis 1 083 °C, beispielsweise auf ca. 1 071 °C;
- Abkühlen auf Raumtemperatur.
Ferner ist aus den Druckschriften DE 22 1 3 1 1 5 und EP-A-1 53 61 8 das sogenannte Aktivlot-Verfahren zum Verbinden von Metal lisierungen bi ldenden Metal lschichten oder Metal lfolien, insbesondere auch von
Kupferschichten oder Kupferfolien mit einem Keramikmaterial bzw. einer Keramikschicht bekannt. Bei diesem Verfahren, welches speziel l auch zum Herstel len von Metal l-Keramik-Substraten verwendet wird, wird bei einer Temperatur zwischen ca. 800°C - 1 000°C eine Verbindung zwischen einer Metal lfolie, beispielsweise Kupferfolie, und einem Keramiksubstrat, beispielsweise einer Aluminiumnitrid-Keramik, unter Verwendung eines Hartlots hergestel lt, welches zusätzlich zu einer Hauptkomponente, wie Kupfer, Si lber und/oder Gold auch ein Aktivmetal l enthält. Dieses
Aktivmetal l, welches beispielsweise wenigstens ein Element der Gruppe Hf, Ti, Zr, Nb, Ce ist, stel lt durch eine chemische Reaktion eine Verbindung zwischen dem Hartlot und der Keramik her, während die Verbindung zwischen dem Hartlot und dem Metall eine metal lische Hartlöt-Verbindung ist. Es ist bekannt, dass derartige Metall-Keramik-Substrate in vielen
Anwendungen hohen Temperaturwechselbelastungen unterliegen, bei denen beispielsweise Temperaturänderungen zwischen -40°C und + 125°C auftreten können. Bedingt durch den unterschiedlichen
Wärmeausdehnungskoeffizienten der Keramikschicht und der Metallisierung bzw. Metallschicht ergeben sich insbesondere am Übergang zwischen diesen Schichten bei Temperaturschwankungen erhebliche mechanische Druck- oder Zugspannungen, deren Gradient im Keramikmaterial
insbesondere am Rand der Metallschicht besonders groß ist und zu Rissen im Bereich der Oberfläche der Keramikschicht führt.
Zur Vermeidung derartiger Rissbildung und Erhöhung der
Temperaturwechselbeständigkeit des Metall-Keramik-Substrates sind bereits unterschiedliche Maßnahmen bekannt. Beispielsweise ist aus der DE 40 04 844 C1 bereits ein Verfahren zur Herstellung einer strukturierten
Kupfermetallisierung eines Metall-Keramik-Substrates bekannt, bei dem durch entsprechende Ätztechniken eine strukturierte Metallisierung geschaffen wird, die an ihren Rändern zur Reduzierung des Gradienten der Zug- und Druckspannungen stellenweise geschwächt ist. Die hierbei vermittelte Lehre umfasst in ihrer allgemein gehaltenen Form auch bereits vorher bekannte Ausgestaltungen von Leiterbahnen, Kontaktflächen oder dergl. strukturierten Metallisierungen sowie auch Kantenabschwächungen, wie sie beim Ätzen von Strukturen von Metallisierungen zwangsläufig erhalten werden und sich nicht vermeiden lassen. Auch sind bereits Verbindungstechnologien bekannt, beispielsweise
Reibschweißen bzw. U ltraschallreibschweißen oder die Verwendung von Kontakt- oder Strahlungsheizungen zur direkten flächigen Verbindung zweier Metalloberflächen, beispielsweise eines Anschlussbereiches eines Metall-Keramik-Substrates und eines Kontaktelements bekannt. Die direkte flächige Verbindung zwischen den Fügepartnern wird ohne eine Verbindungsschicht hergestellt. Insbesondere mittels U ltraschallschweißen können Metalloberflächen aus Kupfer, Aluminium und deren Legierungen, beispielsweise eine Metallisierungsoberfläche und die Oberfläche eines Kontaktelementes direkt flächig verbunden werden. Die zur direkten flächigen Verbindung erforderliche Wärme wird durch Einleitung einer hochfrequenten mechanischen Schwingung erreicht, welche unter Druck auf zumindest einen Fügepartner übertragen wird. Beim U ltraschallschweißen von Folien oder dünnen Blechen entsteht die Verbindung nach Aufbrechen der Oxidschicht im Wesentlichen durch ein Ineinanderverzahnen der aneinander anliegenden Oberflächenabschnitte der Fügepartner. Nachteilig kann es beim Ultraschallreibschweißen eines Kontaktelementes auf einem Metallisierungsabschnitt eines Metall-Keramik-Substrates aufgrund des zum U ltraschallreibschweißen erforderlichen hohen Flächendruckes zu einer Rissbildung in der Keramikschicht kommen. Ferner ist es bekannt, bei der Herstellung eines Metall-Keramik-Substrates in die von der Metallisierung befreiten Oberflächenbereiche der
Keramikschicht Sollbruchlinien einzubringen. Durch Brechen entlang der Sollbruchlinien werden vorzugsweise manuell die ungenützten Abschnitte der Keramikschicht des Metall-Keramik-Substrates entfernt, insbesondere bei Herstellung von mehreren einzelnen Metall-Keramik-Substraten aus einem Basissubstrat im Mehrfach nutzen die auf einem Basissubstrat angeordneten Metall-Keramik-Substrate durch entsprechendes Brechen des Basissubstrates entlang der in die Keramikschicht eingebrachten Sollbruchlinien vereinzelt. Ausgehend von dem voranstehend genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Metall-Keramik-Substrat und
zugehöriges Verfahren zur Herstellung eines Metall-Keramik-Substrates aufzuzeigen, welches eine verbesserte Temperaturwechsel beständigkeit aufweist, so dass die Gefahr eines unkontrollierten Rissbildung im
Randbereich der Keramikschicht reduziert werden kann. Die Aufgabe wird durch ein Metall-Keramik-Substrat und ein Verfahren zur Herstellung Metall- Keramik-Substrat gemäß der Patentansprüche 1 und 1 7 gelöst.
Der wesentliche Aspekt des erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Substrates ist darin zu sehen, dass die freien Ränder der Keramikschicht des Metall- Keramik-Substrates durch Brechen der Keramikschicht eines Basissubstrates entlang mehrerer in zumindest einer Oberflächenseite der Keramikschicht in dem von der Metallisierung befreiten Bereich der Keramikschicht
eingebrachte Sollbruchlinien hergestellt sind und dass zumindest ein Kontaktelement mit dem zumindest einen Metallisierungsabschnitt im ersten Oberflächenabschnitt mittels Reibschweißen, insbesondere mittels
U ltraschallreibschweißen direkt flächig verbunden ist. Durch die
erfindungsgemäße Vorbehandlung der freien Ränder der Keramikschicht und das Vorsehen der ersten Ausnehmungen im ersten Oberflächenabschnitt kann der zur Herstellung einer direkten flächigen Verbindung des
Kontaktelementes mit dem ersten Oberflächenabschnitt des
Metallisierungsabschnittes erforderliche Flächendruck zwischen den
Fügepartnern reduziert werden, so dass die Gefahr eine Beschädigung der Keramikschicht aufgrund der Direktverbindungstechnologie deutlich reduziert ist. Durch Brechen der Keramikschicht entlang einer
kontinuierlichen schlitzartigen Sollbruchlinie wird das Entstehen von
Mikrorissen in den freien Rändern der Keramikschicht nahezu vermieden. Durch das Einbringen der ersten Ausnehmungen im ersten
Oberflächenabschnitt wird die direkte Kontaktfläche zwischen den
Fügepartnern deutlich reduziert, d.h. zur Herstellung der direkten flächigen Verbindung zwischen den Fügepartnern ist ein geringerer Flächendruck ausreichend. Auch wird durch das Einbringen der ersten Ausnehmungen in den ersten Oberflächenabschnitt die Temperaturwechselbeständigkeit des Metall-Keramik-Substrates im Bereich der Anschlussstellen für die
Kontaktelemente deutlich verbessert, so dass auch hierdurch die Gefahr von Rissbildungen in der Keramikschicht sinkt. Vorzugsweise erfolgt eine annähernd gleichmäßige Verteilung der ersten Ausnehmungen über den ersten Oberflächenabschnitt des Metallisierungsabschnittes.
Besonders vortei lhaft weist der Metallisierungsabschnitt einen an den ersten Oberflächenabschnitt anschließenden zweiten Oberflächenabschnitt auf, der den ersten Oberflächenabschnitt teilweise umgibt und der mehrere entlang des freien Randes des Metallisierungsabschnittes verteilt vorgesehene zweite Ausnehmungen aufweist. Durch das Vorsehen zweiter Ausnehmungen im Randbereich des Metallisierungsabschnittes kann die
Temperaturwechselbeständigkeit zusätzlich erhöht werden, so dass insbesondere im Übergangsbereich zwischen dem freigeätzten Bereich der Keramikschicht und dem Rand des Metallisierungsabschnittes eine
Reduzierung des Gradienten der Zug- und Druckspannungen in der
Keramikschicht entsteht, wodurch wiederum die Gefahr einer Rissbildung weiter reduziert wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante sind die ersten Ausnehmungen kreisförmig ausgebildet und weisen einen Durchmesser zwischen 30
Mikrometer und 350 Mikrometer auf, wobei die Tiefe der ersten
Ausnehmungen zwischen 10% und 70% der Schichtdicke des
Metallisierungsabschnittes beträgt. Die zweiten Ausnehmungen sind ebenfalls kreisförmig ausgebildet, weisen jedoch im Gegensatz dazu einen Durchmesser zwischen 400 Mikrometer und 700 Mikrometer, vorzugsweise zwischen 550 Mikrometer und 650 Mikrometer auf. Ferner weisen die zweiten Ausnehmungen zwischen 60% und 100% der Schichtdicke der Metallisierung auf. Vorzugsweise ist damit der Durchmesser der zweiten Ausnehmungen mindestens doppelt so groß als der Durchmesser der ersten Ausnehmungen. Durch die beschriebene Dimensionierung der ersten Ausnehmungen wird die Wärmeleitfähigkeit des Metallisierungsabschnittes nicht wesentlich beeinträchtigt, da nur ein geringer Materialabtrag vorliegt. Alternativ können die ersten Ausnehmungen auch durch ovale,
schlitzförmige, karo- oder rautenförmige und/oder spiralförmige Vertiefungen gebildet sein. Prinzipiell sind eine Vielzahl von unterschiedlichen
Geometrien derartiger erster Ausnehmungen möglich, die durch mittels bekannter Ätzverfahren oder mechanischer Bearbeitungsverfahren, beispielsweise Fräsen, Bohren etc. herstellbar sind. Die zweiten
Ausnehmungen sind durch ovale, schlitzförmige, karo- oder rautenförmige Vertiefungen und/oder durch einen mäanderförmigen,
briefmarkenrandförmigen oder sägezahnförmigen Randverlauf des zumindest eines Metallisierungsabschnittes gebildet.
Besonders vortei lhaft sind die Sollbruchlinien mittels einer Lasereinrichtung in die erste Oberflächenseite der Keramikschicht und/oder in der
gegenüberliegenden zweiten Oberflächenseite der Keramikschicht eingebracht und in Form einer kontinuierlichen Vertiefung ausgebildet, wobei die kontinuierlichen Vertiefungen vorzugsweise schlitzartig
ausgebildet sind. Die Sollbruchlinien weisen beispielsweise eine Tiefe zwischen 30 μηι und 200 μηι auf. Durch die beschriebene Dimensionierung und Form der Sollbruchlinien ist die Erzeugung von freien Rändern mit deutlich reduzierten Mikrorissen möglich. Hierbei ist ein Einbringen der Sollbruchlinien auf der mittels Reibschweißen behandelten Oberflächenseite und/oder auf der gegenüberliegenden Oberflächenseite vorteilhaft.
Das Kontaktelement und der zumindest eine Metallisierungsabschnitt sind beispielsweise aus Kupfer, Aluminium, einer Kupfer- oder
Aluminiumlegierung hergestellt, wobei das zumindest eine Kontaktelement vorzugsweise einen höheren Härtegrad als der zumindest eine
Metallisierungsabschnitt aufweist.
Schließlich ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Metall-Keramik-Substrates umfassend eines Metall-Keramik-Substrates umfassend zumindest eine Keramikschicht, bei dem die an zumindest einer Oberflächenseite mit wenigstens einer Metallisierung versehen wird, bei dem die wenigstens eine Metallisierung zur Ausbildung von Leiterbahnen und/oder Kontakt- oder Anschlussflächen derart strukturiert wird, dass zumindest ein Metallisierungsabschnitt zum Anschluss eines
Kontaktelementes entsteht, wobei der zumindest eine
Metallisierungsabschnitt zumindest einen ersten Oberflächenabschnitt zum flächigen Anschluss eines Kontaktelementes aufweist. Besonders vorteilhaft werden die freien Ränder der Keramikschicht des Metall-Keramik-Substrates durch Brechen der Keramikschicht eines Basissubstrats entlang mehrerer in zumindest einer Oberflächenseite der Keramikschicht in dem von der Metallisierung befreiten Bereich der Keramikschicht eingebrachte
Sollbruchlinien hergestellt und zumindest ein Kontaktelement wird mit dem zumindest einen Metallisierungsabschnitt im ersten Oberflächenabschnitt direkt flächig mittels Reibschweißen, insbesondere mittels
U ltraschallreibschweißen verbunden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in den ersten Oberflächenabschnitt des zumindest einen
Metallisierungsabschnittes mehrere über den ersten Oberflächenabschnitt verteilte erste Ausnehmungen eingebracht. Zusätzlich können auch in einen zweiten Oberflächenabschnitt des zumindest einen Metallisierungsabschnitt mehrere entlang des freien Randes des Metallisierungsabschnittes verteilt vorgesehene zweite Ausnehmungen eingebracht werden, wobei der zweite Oberflächenabschnitt an den ersten Oberflächenabschnitt anschließt und diesen zumindest teilweise umgibt.
Schließlich werden die Sollbruchlinien in die erste Oberflächenseite der Keramikschicht und/oder die gegenüberliegende zweite Oberflächenseite der Keramikschicht mittels einer Lasereinrichtung eingebracht, und zwar vorzugsweise in Form einer kontinuierlichen Sollbruchlinien, wobei die kontinuierlichen Sollbruchlinien in Form von schlitzartigen Vertiefungen ausgebildet sind. Weiterhin vorteilhaft erfolgt das Einbringen der
kontinuierlichen schlitzartigen Vertiefungen mittels einer Lasereinrichtung, insbesondere mittels eines Diodenlaser, Faserlaser oder Festkörperlaser mit unterschiedlichen Pulsdauern, beispielsweise U ltrakurzpuls- oder
Kurzpulssekundenlaser.
Weiterhin vorteilhaft werden die Sollbruchlinien derart in die
Keramikschicht des Basissubstrates eingebracht, dass ungenützte
Randbereiche mit zumindest einem Metallisierungsabschnitt entstehen, die einen sich über mehrere einzelne, auf dem Basissubstrat befindliche Metall- Keramik-Substrate randseitig erstrecken und einen Stützrand bilden.
Besonders vortei lhaft wird hierdurch die Handhabung des Basissubstrates bei der Fertigung der Metall-Keramik-Substrate im Mehrfach-Nutzen wesentlich verbessert, insbesondere ein ungewolltes Brechen des Basis- oder
Mehrfachsubstrates in die einzelnen Metall-Keramik-Substrate wirksam verhindert.
Die Ausdrucke„näherungsweise",„im Wesentlichen" oder„etwa" bedeuten im Sinne der Erfindung Abweichungen vom jeweils exakten Wert um +/- 10%, bevorzugt um +/- 5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von
Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger
Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine vereinfachte Schnittdarstellung durch eine
Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen
Modulanordnung,
Fig. 2 eine vereinfachte Draufsicht auf das unbestückte Metall- Keramik-Substrat gemäß Fig. 1 ,
Fig. 3 eine vereinfachte Draufsicht auf das bestückte Metall-Keramik- Substrat gemäß Fig. 1 ,
Fig. 4 eine vereinfachte Seitenansicht auf ein Basissubstrat zur
Herstellung eines Metall-Keramik-Substrates im Mehrfachnutzen,
Fig. 5 eine vereinfachte Draufsicht auf das Basissubstrat gemäß Figur 4 zur Herstellung eines Metall-Keramik-Substrates im
Mehrfachnutzen,
Fig. 5a-c eine vereinfachte perspektivische Ausschnittsdarstellung einer kontinuierlichen Sollbruchstelle sowie unterschiedlicher
Querschnittsformen einer kontinuierlichen Sollbruchstelle,
Fig. 6 - 9 vereinfachte Draufsichten auf diverse Ausführungsvarianten der in die Metallisierungsabschnitte eingebrachten Ausnehmungen,
Fig. 10 eine vereinfachte Schnittdarstellung durch den
Verbindungsbereich des ersten Metallisierungsabschnittes mit ersten Kontaktelement in einer ersten Ausführungsvariante und
Fig. 1 1 eine vereinfachte Schnittdarstellung durch den
Verbindungsbereich des ersten Metallisierungsabschnittes mit dem ersten Kontaktelement in einer zweiten
Ausführungsvariante.
Figur 1 zeigt in vereinfachter schematischer Darstel lung einen Schnitt durch eine Ausführungsvariante einer Modulanordnung 1 umfassend zumindest ein erfindungsgemäßes Metall-Keramik-Substrat 2, zumindest ein
Halbleiterbauteil 3, insbesondere in Form eines Halbleiterchips und ein erstes und zweites Kontaktelement 4, 5.
Das Metall-Keramik-Substrat 2 weist zumindest eine Keramikschicht 6 mit zwei gegenüberliegenden Oberflächenseiten, und zwar einer ersten und zweiten Oberflächenseite 6.1 , 6.2 auf. Die erste Oberflächenseite 6.1 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit wenigstens einer Metallisierung 7 versehen, die vorzugsweise durch eine Folie oder Schicht aus Kupfer oder einer Kupfer legi er ung oder Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet bzw. hergestellt ist und welche vorzugsweise direkt und flächig auf der Keramikschicht 6 aufgebracht ist.
In einer Ausführungsvariante des Metall-Keramik-Substrates 2 ist die der ersten Oberflächenseite 6.1 gegenüberliegende zweite Oberflächenseite 6.2 mit einer weiteren Metallisierung 8 versehen, die vorzugsweise durch eine Folie oder Schicht aus Kupfer oder einer Kupfer legierung oder Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet bzw. hergestellt ist. Vorzugsweise weisen die Metallisierungen 7, 8 eine Schichtdicke D von wenigstens 75 μηι, vorzugsweise zwischen 75 prn und 900 prn auf. Es versteht sich, dass auch andere geeignete Metalle zur Herstellung der Metallisierungen 7, 8 Verwendung finden können.
Die Kontaktelemente 4, 5 sind vorzugsweise aus einem Material mit hoher Leitfähigkeit hergestellt, beispielsweise Kupfer, Aluminium, einer Kupfer- oder Aluminiumlegierung. In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist das Material der Kontaktelemente 4, 5 an das Material der Metallisierung 7, 8 angepasst. Insbesondere sind die Kontaktelemente 4, 5 aus einem Material mit einem höheren Härtegrad als das auf die Keramikschicht 6 als
Metallisierung 7 aufgebrachte Material hergestellt. Werden beispielweise sowohl das Kontaktelement 4, 5 als auch die Metallisierung 7 aus Kupfer hergestellt, so weisen die Kontaktelemente 4, 5 einen höheren Härtegrad als die Metallisierung 7 auf. Die Kontaktelemente 4, 5 besitzen vorzugsweise einen flachen, rechteckförmigen Querschnitt und bilden einen flächigen Anschlussbereich zur Verbindung mit der Metallisierung 7 aus.
Die Keramikschicht 6 ist beispielsweise aus einer Oxid-, Nitrid- oder Karbidkeramik wie Aluminiumoxid (AI2O3) oder Aluminiumnitrid (AIN) oder Siliziumnitrid (Si3N4) oder Siliziumkarbid (SiC) oder aus
Aluminiumoxid mit Zirkonoxid (AI2O3 +ZrO2) hergestellt und weist eine Schichtdicke beispielsweise zwischen 200 prn und 1000 μηι, vorzugsweise zwischen 300 prn und 700 prn auf.
Bei Ausbildung der Metallisierungen 7, 8 aus Kupfer oder einer
Kupferlegierung werden diese unter Verwendung der eingangs
beschriebenen„Direct-Copper-Bonding" Technologie flächig mit der ersten bzw. zweiten Oberflächenseite 6.1 , 6.2 der Keramikschicht 6 verbunden. Alternativ kann die Anbindung mittels Aktivlöten erfolgen. Die Verbindung einer aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung hergestellten Metallisierung 7, 8 mit der der ersten bzw. zweiten Oberflächenseite 6.1 , 6.2 der Keramikschicht 6 erfolgt beispielsweise mittels Hartlöten, Aktivlöten oder Kleben.
Die mit der ersten Oberflächenseite 6.1 flächig verbundene Metallisierung 7 ist zur Ausbildung von Leiterbahnen und/oder Kontakt- oder
Anschlussflächen derart strukturiert ausgebildet, dass zumindest ein
Metallisierungsabschnitt 7a, 7b zum Anschluss eines Kontaktelementes 4, 5 entsteht. Der Metallisierungsabschnitt 7a, 7b bildet damit ein so genanntes „päd" zum Anschluss eines Kontaktelementes 4, 5 aus. Die
Metallisierungsabschnitte 7a, 7b, 7c sind zumindest von freigeätzten
Randbereichen 6' der Keramikschicht 6 umgeben.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Metallisierung 7 in einen ersten Metallisierungsabschnitt 7a, einen zweiten Metallisierungsabschnitt 7b sowie einen dritten Metallisierungsabschnitt 7c strukturiert, wobei der erste
Metallisierungsabschnitt 7a zum Anschluss des ersten Kontaktelements 4 und der zweite Metallisierungsabschnitt 7b zum Anschluss des zweiten
Kontaktelementes 5 vorgesehen sind. Diese sind vorzugsweise in zumindest einem Randbereich des Metall-Keramik-Substrates 2 bzw. der
Modulanordnung 1 angeordnet. Es versteht sich das nahezu beliebige Strukturierungen der Metallisierung 7 möglich sind, ohne das hierdurch der erfindungsgemäße Gedanke verlassen wird.
Der dritte Metallisierungsabschnitt 7c ist zum Anschluss des
Halbleiterbauteils 3 vorgesehen. Das in Form eines„Chip" ausgebildete Halbleiterbauteil 3 weist beispielsweise zumindest einen oberen und unteren Anschlusskontakt 3', 3" auf, wobei vorzugsweise der untere
Anschlusskontakt 3' des Halbleiterbauteils 3 flächig mit der Oberseite des dritten Metallisierungsabschnitt 7c verbunden ist, und zwar mittels einer Lötoder Sinterverbindung. Hierdurch wird eine elektrisch und thermisch leitende Verbindung zwischen dem dritten Metallisierungsabschnitt 7c und dem unteren Anschlusskontakt 3' des Halbleiterbauteils 3 hergestellt.
Der obere Anschlusskontakt 3" des Halbleiterbauteils 3 wird beispielsweise über eine Bonddrahtverbindung oder eine andere ebenfalls geeignete Verbindungstechnologie mit dem ersten Metallisierungsabschnitt 7a elektrisch leitend verbunden. Die elektrisch leitende Verbindung des dritten Metallisierungsabschnittes 7c mit dem zweiten Metallisierungsabschnitt 7b wird analog zuvor beispielsweise über eine Bonddrahtverbindung oder eine andere ebenfalls geeignete Verbindungstechnologie hergestellt.
Die Strukturierung der Metallisierung 7 in die ersten bis dritten
Metallisierungsabschnitte 7a bis 7c wird vorzugsweise durch entsprechendes Maskieren und anschließendes Ätzen einer vollflächig auf die
Keramikschicht 6 aufgebrachten noch unstrukturierten Metallisierung erzeugt. Vorzugsweise weisen der die Anschlussflächen bildende erste und zweite Metallisierungsabschnitt 7a bis 7c eine rechteckige oder quadratische Struktur auf.
Das erste und zweite Kontaktelement 4, 5 werden vorzugsweise flächig direkt mit dem ersten und zweiten Metallisierungsabschnitt 7a, 7b verbunden. Hierzu weist jeder der Metallisierungsabschnitte 7a, 7b zumindest einen ersten Oberflächenabschnitt 7.1 a, 7.1 b zum flächigen Anschluss des Kontaktelementes 4, 5 auf. Im ersten Oberflächenabschnitt 7.1 a, 7.1 b ist die direkte flächige Verbindung zwischen dem Kontaktelement 4, 5 und dem Metallisierungsabschnitt 7a, 7b mittels Reibschweißen, insbesondere U ltraschallreibschweißen hergestellt.
An den ersten Oberflächenabschnitt 7.1 a, 7.1 b der Metallisierungsabschnitte 7a, 7b schließt sich ein zweiter Oberflächenabschnitt 7.2a, 7.2b an, der zumindest teilweise den ersten Oberflächenabschnitt 7.1 a, 7.1 b umgibt und sich somit im Wesentlichen vom ersten Oberflächenabschnitt 7.1 a, 7.1 b bis zum Rand des jeweiligen Metallisierungsabschnittes 7a, 7b erstreckt.
Bei Temperaturschwankungen treten insbesondere in den freigeätzten Bereichen 6' der Keramikschicht 6 Zugspannungen auf, während die mit der strukturierten Metallisierung 7 verbundenen Bereiche der Keramikschicht 6 unter Druckspannung stehen. Dadurch kann es aufgrund des Gradienten der Zug- und Druckspannungen nicht nur am Übergang zwischen der
strukturierten Metallisierung 7 zu den nichtmetallisierten bzw. freigeätzten Bereichen 6' der Keramikschicht 6 des Metall-Keramik-Substrates 2, d.h. im Bereich der zweiten Oberflächenabschnitte 7.2a, 7.2b, sondern auch im Bereich der ersten Oberflächenabschnitten 7.1 a, 7.1 b der
Metallisierungsabschnitte 7a, 7b zu einer Rissbildung kommen.
Um die Rissbildungen an sich und das Ausbreiten von Mikrorissen in der Keramikschicht 6 zu vermeiden und dadurch die
Temperaturwechselbeständigkeit des Metall-Keramik-Substrates 2 zu verbessern, werden im ersten Oberflächenabschnitt 7.1 a, 7.1 b des
Metallisierungsabschnittes 7a, 7b mehrere, über den ersten
Oberflächenabschnitt 7.1 a, 7.1 b gleichmäßig verteilte erste Ausnehmungen 9 vorgesehen. Zusätzlich werden erfindungsgemäß die freien Ränder 6" der Keramikschicht 6 des Metall-Keramik-Substrates 2 durch Brechen der
Keramikschicht 6 eines beispielhaft in Figur 4 und 5 dargestellten
Basissubstrates BS entlang mehrerer in zumindest einer Oberflächenseite 6.1 , 6.2 der Keramikschicht 6 in dem von der Metallisierung 7, 8 befreiten Bereich 6' der Keramikschicht 6 eingebrachte Sollbruchlinien 6a - 6f hergestellt.
Für eine rationale Fertigung der Metall-Keramik-Substrate 2 werden diese im Mehrfach nutzen hergestellt, und zwar mittels eines Basissubstrates BS, welches aus einer Keramikschicht 6 besteht, auf dem eine Vielzahl von einzelnen Metall-Keramik-Substraten 2 angeordnet sind, und zwar matrixartig in mehren Spalten und Zeilen. Die Sollbruchlinien 6a bis 6f sind zum Entfernen der ungenützten Randbereiche BSa, BSb, BSc, BSd des Basissubstrates BS und zum Vereinzeln der auf dem Basissubstrat BS vorgesehenen mehreren Metall-Keramik-Substrate 2 vorgesehen.
Figur 4 zeigt beispielhaft eine Seitenansicht eines derartigen Basissubstrates BS, dessen Metallisierungen 7, 8 bereits strukturiert sind und die mehrere, in der ersten Oberflächenseite 6.1 der Keramikschicht 6 eingebrachte
Sollbruchlinien 6a - 6f aufweisen. Figur 5 zeigt eine Draufsicht auf das Basissubstrat BS gemäß Figur 4, welches im vorliegenden
Ausführungsbeispiel zur Herstellung von vier Metall-Keramik-Substraten 2 im Mehrfach nutzen vorgesehen ist. Die Sollbruchlinien 6a - 6f sind hierbei derartig in die Keramikschicht eingebracht, dass die von den einzelnen Metall-Keramik-Substraten 2 abgetrennten ungenützten Randbereiche BSa, BSb, BSc, BSd durchgehende Randstücke bilden, welche eigene
Metallisierungsabschnitte 7', 8' aufweisen und sich randseitig über zumindest zwei Metall-Keramik-Substrate 2 erstrecken. Durch die
beschriebene Ausgestaltung werden nicht nur Biegekräfte, die bei der Handhabung des Basissubstrates BS bei der Fertigung auftreten, durch die Metallisierungsabschnitte 7', 8' aufgenommen, so dass ein ungewolltes
Brechen des Basissubstrates BS in die einzelnen Metall-Keramik-Substrate 2 vermieden werden kann, sondern bilden diese einen Stützrand aus, der das Vereinzeln der Metall-Keramik-Substrate 2 in einer vorgegebenen Reihefolge erfordert.
Die Sollbruchlinien 6a - 6f werden mittels einer Lasereinrichtung in die erste Oberflächenseite 6.1 der Keramikschicht 6 und/oder in der
gegenüberliegenden zweiten Oberflächenseite 6.2 der Keramikschicht 6 des Basissubstrates BS eingebracht, wobei hierzu beispielsweise Lasereinrichtung Verwendung finden. Die Sollbruchlinien 6a - 6f sind in Form einer kontinuierlichen Vertiefung ausgebildet, wobei die kontinuierlichen
Vertiefungen vorzugsweise schlitzartig realisiert sind. Derartige
kontinuierliche schlitzartige Vertiefungen werden auch als„Grooves" bezeichnet. Die Sollbruchlinien 6a - 6f bzw.„Grooves" weisen
beispielsweise eine Tiefe T3 zwischen 30 μηι und 200 μηι auf. In Figur 5a ist beispielhaft in einer perspektivischen Ausschnittdarstellung eine
Sollbruchlinie 6a dargestellt, welche unterschiedliche Querschnittformen aufweisen können. Figur 5b zeigt beispielsweise eine Sollbruchlinie 6a mit einem näherungsweise ovalen oder halbkreisförmigen Querschnitt, wohingegen der Querschnitt der Sollbruchlinie 6a gemäß Figur 5c näherungsweise keilförmig ausgebildet ist.
Besonders vortei lhaft werden beim Brechen der Keramikschicht 6 entlang der in Form von kontinuierlichen Vertiefungen ausgebildeten Sollbruchlinien 6a - 6f nahezu keine Mikrorisse in die freien Ränder 6" der Keramikschicht 6 erzeugt und damit die Bildung von Rissen in der Keramikschicht 6 aufgrund eines Temperaturwechsels effektiv reduziert.
Derartige Lasereinrichtungen können beispielsweise durch einen
Dioden laser oder einen Faserlaser im KW-Bereich oder einen Festkörperlaser mit unterschiedlichen Pulsdauern, beispielsweise U ltrakurzpuls- oder
Kurzpulssekundenlaser im 100 Wattbereich oder KW-Bereich gebildet sein. Letztgenannte Festkörperlaser können beispielsweise in Form eines
Nanosekundenlaser mit beispielsweise einer Wellenlänge von 1064 nm oder eines Picosekundenlasers mit beispielsweise einer Wellenlänge von 1090 nm bis 1064 nm realisiert sein. Die genannten Lasereinrichtungen arbeiten damit beispielsweise im UV-Bereich, Infrarotbereich oder in einem grünen Spektralbereich.
Der Abstand A zwischen den freien Rändern 6" und dem Randbereich der Metallisierungsabschnitte 7a, 7b beträgt beispielsweise zwischen 0,1 mm und 3mm und ist abhängig von der Schichtdicke D der Metallisierung 7, 8 gewählt.
Auch kann die Erzeugung der Sollbruchlinien 6a bis 6f mittels der beschriebenen Lasereinrichtungen in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre erfolgen, die vorzugsweise einen Sauerstoffanteil von mindestens 30% aufweist.
Auch können die Sollbruchlinien 6a - 6f in ihren Kreuzungsbreichen unterschiedliche Tiefen aufweisen, wobei vorzugsweise in den in Figur 5 mittels strichliert gezeichneten Quadraten angedeuteten Kreuzungsbereichen die Tiefe der Sollbruchlinien 6a - 6f größer ist als außerhalb der
Kreuzungsbereiche, um das Entstehen von Schol lenbrüchen in den
Kreuzungsbereichen beim Vereinzeln der Metall-Keramik-Substrate 2 zu vermeiden.
Die Tiefe T1 der ersten Ausnehmungen 9 erstreckt sich hierbei maximal über 70% der Schichtdicke D der Metallisierung 7 bzw. des jeweiligen
Metallisierungsabschnittes 7a, 7b, d.h. die im Bereich einer ersten
Ausnehmung 9 verbleibende Schichtdicke des Metallisierungsabschnittes 7a, 7b beträgt mindestens 30 Mikrometer. Damit ist sichergestellt, dass die erforderliche Wärmeleitfähigkeit des Metallisierungsabschnittes 7a, 7b erhalten bleibt. Vorzugsweise beträgt die Tiefe T1 der ersten Ausnehmungen 9 zwischen 30% und 60% der Schichtdicke D der Metallisierung 7, so dass auch bei hohen Strömen keine merkliche Erhöhung des Widerstandes und damit kein Hitzestau im Metallisierungsabschnitt 7a, 7b entsteht.
Vorzugsweise ist die Tiefe T1 der ersten Ausnehmungen 9 an das jeweils zur Verbindung des Kontaktelementes 4, 5 mit dem Metallisierungsabschnittes 7a, 7b verwendete Verfahren angepasst. Beispielsweise beträgt die Tiefe T1 der ersten Ausnehmungen 9 bei Verwendung des Reibschweißverfahrens bzw. des Ultraschallreibschweißverfahrens zwischen 40 prn und 70 μηι, vorzugsweise ca. 50 pm. Die Fügetiefe beim Reibschweißverfahren bzw. beim U ltraschallreibschweißverfahren beträgt vorzugsweise ebenfalls ca. 50 pm. Durch das Einbringen der ersten Ausnehmungen 9 in die ersten
Oberflächenabschnitte 7.1 a, 7.1 b der Metallisierungsabschnitte 7a, 7b kann der beim Reibschweißen bzw. U ltraschallreibschweißen erforderliche
Anpressdruck reduziert werden, so dass durch den Anpressdruck bedingte Rissbildungen in der Keramikschicht 6 aufgrund des reduzierten
Anpressdruckes nahezu vermieden werden. Auch können im weiteren Fügepartner, und zwar dem Kontaktelement 4, 5 ebenfalls Ausnehmungen und/oder eine Perforierung eingebracht sein, wodurch der beim
Reibschweißen bzw. U ltraschallreibschweißen erforderliche auftretende Flächendruck weiter reduziert werden kann. Auch wird hierdurch das Schweißergebnis deutlich verbessert. Zusätzlich können auch ersten
Ausnehmungen 9 in die zweite Metallisierung 8 eingebracht werden, und zwar vorzugsweise in den den ersten Oberflächenabschnitten 7.1 a, 7.1 b der Metallisierungsabschnitte 7a, 7b gegenüberliegenden
Metallisierungsabschnitten der der zweiten Metallisierung 8.
Figur 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf das unbestückte Metall- Keramik-Substrat 2, d.h. ohne das Halbleiterbauteil 3 und die
Kontaktelemente 4, 5. Wie aus Figur 2 ersichtlich weisen der erste und zweite Metallisierungsabschnitt 7a, 7b jeweils einen ersten und zweiten Oberflächenabschnitt 7.1 a, 7.2a bzw. 7.1 b, 7.2b auf, wobei der die
Anschlussfläche für das Kontaktelement 4, 5 bildende erste
Oberflächenabschnitt 7.1 a, 7.1 b eine Vielzahl von ersten Ausnehmungen 9 aufweist, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel kreisförmig ausgebildet und beispielsweise gleichmäßig über den ersten Oberflächenabschnitt 7.1 a, 7.1 b verteilt sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine matrixartige Verteilung der ersten Ausnehmungen 9 vorgesehen. Die kreisförmig ausgebildeten ersten Ausnehmungen 9 bilden damit so genannte„Dimple" mit einem Durchmesser D1 zwischen 20 prn und 350 prn aus, welche sich in Richtung der Keramikschicht 6 verjüngen. Der Abstand zweier
benachbarter erster Ausnehmungen 9 beträgt vorzugsweise mindestens 100 pm. Insbesondere ist die von den ersten Ausnehmungen 9 gebildete Fläche größer als die verbleibende Fläche des ersten Oberflächenabschnittes 7.1 a, 7.1 b der Metal lisierungsabschnitte 7a, 7b.
In der dargestellten Ausführungsvariante sind zusätzlich zu den ersten Ausnehmungen 9 noch zweite Ausnehmungen 10 im zweiten
Oberflächenabschnitt 7.2a, 7.2b vorgesehen, die zumindest teilweise entlang des Randes des ersten bzw. zweiten Metallisierungsabschnittes 7a, 7b verteilt angeordnet sind. Die zweiten Ausnehmungen 10 sind zur
Reduzierung der randseitigen Verspannungen in der Keramikschicht 6 vorgesehen und weisen vorzugsweise ebenfalls eine kreisrunde Form auf, d.h. sind kreisförmig ausgebildet. Alternativ können die zweiten
Ausnehmungen 10 sich über den Rand des ersten bzw. zweiten
Metallisierungsabschnittes 7a, 7b hinaus erstrecken, so dass ein strukturierter Randverlauf, beispielsweise ein briefmarkenartig geformter Randverlauf entsteht. Dadurch kann der Flächenbedarf um einen Faktor 10 reduziert werden, ohne dass die Funktion wesentlich beeinträchtigt wird. Auch können die zweiten Ausnehmungen durch ovale, schlitzförmige, karo- oder rautenförmige Vertiefungen und/oder durch einen mäanderförmigen oder sägezahnförmigen Randverlauf des zumindest eines
Metallisierungsabschnittes gebildet sein. Auch können in der zweiten Metallisierung 8 entsprechende zweite Ausnehmungen 10 eingebracht werden, und zwar vorzugsweise in einem den zweiten Oberflächenabschnitt 7.2a, 7.2b gegenüberliegenden Abschnitt der zweiten Metallisierung 8.
Diese erstrecken sich zwischen 60% und 100% der Schichtdicke D der Metallisierung 7 bzw. des ersten bzw. zweiten Metallisierungsabschnittes 7a, 7b. In einer bevorzugten Ausführungsvariante erstrecken sich diese über die vollständige Schichtdicke D der Metallisierung 7 bis zur Keramikschicht 6, d.h. weisen eine der Schichtdicke D der Metallisierung 7 entsprechende Tiefe T2 auf. Der Durchmesser D2 der zweiten Ausnehmungen 10 ist vorzugsweise mindest doppelt so groß wie der Durchmesser D1 der ersten Ausnehmungen 9. Die zweiten Ausnehmungen 10 weisen demgemäß einen Durchmesser D2 zwischen 400 prn und 700 μηι, vorzugsweise zwischen 550 prn und 650 prn auf. Der jeweils kürzeste Abstand der zweiten
Ausnehmungen 10 zum anschließenden Rand des Metallisierungsabschnitt 7a, 7b beträgt vorzugsweise 200 prn analog zum Abstand zweier
benachbarter zweiter Ausnehmungen 10.
Die ersten und zweiten Ausnehmungen 9, 10 werden vorzugsweise durch entsprechendes Maskieren und zumindest teilweise Ätzen der Metallisierung 7 erzeugt. Alternativ oder zusätzlich können die ersten Ausnehmungen 9 durch mechanische Mittel erzeugt werden. Somit ist eine Vielzahl von Ausnehmungen unterschiedlicher Geometrien möglich. Beispielsweise können stempelartige Perforierungswerkzeuge Verwendung finden oder die Kontaktelemente 4, 5 selbst aufgrund des höheren Härtegrades zur
Perforierung des ersten Oberflächenabschnittes 7.1 a, 7.1 b benutzt werden, welche entsprechend ausgebildet sind.
Figur 3 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Modulanordnung 1 gemäß Figur 1 , d.h. das Metall-Keramik-Substrat 2 mit darauf
drahtgebondeten Halbleiterchip 3 und mit den mit der ersten bzw. zweiten Metallisierungsabschnitten 7a, 7b verbundenen ersten bzw.
Kontaktelementen 4, 5.
Die Figuren 6 bis 9 zeigen jeweils eine isolierte Draufsicht auf den ersten Metallisierungsabschnitt 7 mit erstem und zweitem Oberflächenabschnitt 7.1 a, 7.2a, wobei der erste Oberflächenabschnitt 7.1 a mit jeweils
unterschiedlich ausgebildeten ersten Ausnehmungen 9 versehen ist. Die zweiten Ausnehmungen 10 sind in den Figuren 6 bis9 jeweils kreisförmig ausgebildet. Figur 6 zeigt eine Ausführungsform des ersten
Metallisierungsabschnitt 7a mit ebenfalls kreisförmigen ersten
Ausnehmungen 9 analog zur Figur 2. Die in Figur 7 gezeigten ersten
Ausnehmungen 9 sind rauten- bzw. karoförmig realisiert. Figur 8 zeigt eine Ausführungsform des ersten Metallisierungsabschnittes 7a mit
briefmarkenförmigen Randverlauf und durch schlitzförmige Vertiefungen gebildete erste Ausnehmungen 9 und in Figur 9 ist eine spiralförmige Struktur einer die erste Ausnehmungen 9 bildenden Vertiefung im ersten Oberflächenabschnitt 7.1 a dargestellt.
Figur 10 zeigt in einer vergrößerten Schnittdarstellung einen Schnitt durch den Anschlussbereich des ersten Metallisierungsabschnittes 7a der
Halbleiteranordnung gemäß Figur 1 . Die flächige Anbindung des ersten Kontaktelementes 4 am ersten Oberflächenabschnitt 7.1 a des ersten
Metallisierungsabschnittes 7a erfolgte durch Reibschweißen, insbesondere U ltraschallreibschweißen. Aufgrund des Reibschweißprozesses ergibt sich eine Verzahnung der Oberflächen des Kontaktelementes 4 und/oder des Metallisierungsabschnittes 7a miteinander. Der beim Reibschweißen erforderliche Anpressdruck wird aufgrund der größeren Oberfläche deutlich besser verteilt und somit die Flächendruckbelastung auf die Keramikschicht 6 im Bereich des Metallisierungsabschnittes 7a reduziert. Die Fügetiefe beim Reibschweißen beträgt vorzugsweise 50 pm.
Zusätzlich kann in einer alternativen Ausführungsvariante gemäß Figur 1 1 auch die Unterseite des Kontaktelementes 4 ebenfalls mit Ausnehmungen oder einer Profilierung versehen sein. Damit ergibt sich eine weitere
Vergrößerung der beim Reibschweißen wechselwirkenden
Anschlussflächenbereiche des Kontaktelementes 4 und des Metallisierungsabschnittes 7a. Auch können zusätzlich zur zweiten
Metallisierung 8 noch weitere Metallschichten vorgesehen sein.
In einer Ausführungsvariante können die Metallisierungsabschnitte 7a, 7b zumindest teilweise mit einer metallischen Oberflächenschicht versehen werden, beispielsweise einer Oberflächenschicht aus Nickel, Gold, Silber oder einer Nickel-, Gold- und Silber-Legierungen. Die Schichtdicke der Oberflächenschicht beträgt beispielsweise zwischen 2 Mikrometer und 15 Mikrometer. Eine derartige metallische Oberflächenschicht wird
vorzugsweise nach dem Aufbringen der Metallisierungen 7,8 auf die Keramikschicht 6 aufgebracht. Das Aufbringen der Oberflächenschicht erfolgt in einem geeigneten Verfahren, beispielsweise galvanisch und/oder durch chemisches Abscheiden und/oder durch Spritzen.
Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrunde liegend
Erfindungsgedanke verlassen wird.
Bezugszeichenliste
1 Modulanordnung
2 Metal l-Keramik-Substrat
3 Halbleiterbautei l
3', 3" Anschlusskontakt
4 erstes Kontaktelement
5 zweites Kontaktelement
6 Keramikschicht
6' freigeätzte Bereiche
6" freie Ränder
6a - 6f Sol lbruchlinien
7 Metal lisierung
7' Metal lisierungsabschnitt
7a erster Metal lisierungsabschnitt
7b zweiter Metal lisierungsabschnitt
7.1 a, 7.1 b erster Oberflächenabschnitt
7.2a, 7.2b zweiter Oberflächenabschnitt
8 weitere Metal lisierung
8' Metal lisierungsabschnitt
9 erste Ausnehmungen
1 0 zweite Ausnehmungen
A Abstand
BS Basissubstrat
BSa, BSb, BSc, BSd ungenützte Randbereiche
D Schichtdicke
D1 Durchmesser der ersten Ausnehmungen
D2 Durchmesser der zweiten Ausnehmungen T1 Tiefe der ersten Ausnehmung
T2 Tiefe der zweiten Ausnehmung
T3 Tiefe der Sollbruchlinien

Claims

Patentansprüche
Metal l-Keramik-Substrat (2) umfassend zumindest eine Keramikschicht (6) mit zwei gegenüberliegenden Oberflächenseiten (6.1 , 6.2), die an zumindest einer Oberflächenseite (6.1 ) wenigstens eine
Metal lisierung (7) aufweist, die zur Ausbi ldung von Leiterbahnen und/oder Kontakt- oder Anschlussflächen derart strukturiert ist, dass die Metal lisierung (7) zumindest einen Metal lisierungsabschnitt (7a, 7b) zum Anschluss eines Kontaktelementes (4, 5) aufweist, dass der zumindest eine Metal lisierungsabschnitt (7a, 7b) zumindest einen ersten Oberflächenabschnitt (7.1 a, 7.1 b) zum flächigen Anschluss eines Kontaktelementes (4, 5) aufweist, wobei die Keramikschicht (6) von der wenigstens einen Metal lisierung (6) befreite, freie Ränder (6") umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die freien Ränder (6") der Keramikschicht (6) des Metal l-Keramik-Substrates (2) durch Brechen der Keramikschicht (6) eines Basissubstrates (BS) entlang mehrerer in zumindest einer Oberflächenseite (6.1 , 6.2) der Keramikschicht (6) in dem von der Metal lisierung (7, 8) befreiten Bereich (6') der
Keramikschicht (6) eingebrachte Sol lbruchlinien (6a - 6f) hergestel lt sind und dass zumindest ein Kontaktelement (4, 5) mit dem
zumindest einen Metal lisierungsabschnitt (7a, 7b) im ersten
Oberflächenabschnitt (7.1 a, 7.1 b) mittels Reibschweißen direkt flächig verbunden ist.
Metal l-Keramik-Substrat nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Metal l isierungsabschnitt (7a, 7b) im ersten Oberflächenabschnitt (7.1 a, 7.1 b) mehrere, über den ersten
Oberflächenabschnitt (7.1 a, 7.1 b) vertei lte erste Ausnehmungen (9) aufweist und dass die durch die ersten Ausnehmungen (9) gebi ldete Fläche kleiner als die verbleibende Fläche des ersten
Oberflächenabschnittes (7.1 a, 7.1 b) ist und/oder dass das zumindest eine Kontaktelement (4, 5) mit dem zumindest einen
Metallisierungsabschnitt (7a, 7b) im ersten Oberflächenabschnitt (7.1 a, 7.1 b) mittels U ltraschallreibschweißen direkt flächig verbunden ist.
Metall-Keramik-Substrat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass der Metal lisierungsabschnitt (7a, 7b) einen an den ersten Oberflächenabschnitt (7.1 a, 7.1 b) anschließenden zweiten Oberflächenabschnitt (7.2a, 7.2b) aufweist, der den ersten
Oberflächenabschnitt (7.1 a, 7.1 b) teilweise umgibt und der mehrere entlang des freien Randes des Metallisierungsabschnittes (7a, 7b) verteilt vorgesehene zweite Ausnehmungen (10) aufweist.
Metall-Keramik-Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Ausnehmungen (9) kreisförmig ausgebildet sind und einen Durchmesser (D1 ) zwischen 30 μηι und 350 μηι aufweisen.
Metall-Keramik-Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Ausnehmungen (9) eine Tiefe (T1 ) zwischen 10% und 70% der Schichtdicke (D) des
Metallisierungsabschnittes (7a, 7b) aufweisen.
Metall-Keramik-Substrat nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Ausnehmungen (10) kreisförmig ausgebildet sind und einen Durchmesser (D2) zwischen 400 μηι und 700 μηι, vorzugsweise zwischen 550 μηι und 650 μηι aufweisen. Metall-Keramik-Substrat nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Ausnehmungen (10) eine Tiefe (T2) aufweisen, die zwischen 60 % - 100 % der Schichtdicke (D) der Metallisierung (7) beträgt.
Metall-Keramik-Substrat nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (D2) der zweiten
Ausnehmungen (10) mindestens doppelt so groß als der Durchmesser (D1 ) der ersten Ausnehmungen (9) ist.
Metall-Keramik-Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Ausnehmungen (9) durch ovale, schlitzförmige, karo- oder rautenförmige und/oder spiralförmige Vertiefungen gebildet sind und/oder dass die zweiten Ausnehmungen (10) durch ovale, schlitzförmige, karo- oder rautenförmige
Vertiefungen und/oder durch einen mäanderförmigen,
briefmarkenrandförmigen oder sägezahnförmigen Randverlauf des zumindest eines Metallisierungsabschnittes (7a, 7b) gebildet sind.
Metall-Keramik-Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollbruchlinien (6a - 6f) mittels einer Lasereinrichtung in die erste Oberflächenseite (6.1 ) der
Keramikschicht (6) und/oder in der gegenüberliegenden zweiten Oberflächenseite (6.2) der Keramikschicht (6) eingebracht sind.
Metall-Keramik-Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollbruchlinien (6a - 6f) in Form einer kontinuierlichen Vertiefung ausgebildet sind, wobei die
kontinuierlichen Vertiefungen vorzugsweise schlitzartig ausgebildet sind. Metall-Keramik-Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Sollbruchlinien (6a - 6f) eine Tiefe (T3) zwischen 30 μηι und 200 μηι aufweisen.
Metall-Keramik-Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (4, 5) und der zumindest eine Metallisierungsabschnitt (7a, 7b) aus Kupfer, Aluminium, einer Kupfer- oder Aluminiumlegierung hergestellt sind.
Metall-Keramik-Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Kontaktelement (4, 5) einen höheren Härtegrad als der zumindest eine Metallisierungsabschnitt (7a, 7b) aufweist.
Metall-Keramik-Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikschicht (2) aus Oxid-, Nitrid- oder Karbidkeramiken wie Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid oder Siliziumnitrid oder Si liziumkarbid oder Aluminiumoxid mit
Zirkonoxid hergestellt ist.
Metall-Keramik-Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Oberflächenseite (6.2) der
Keramikschicht (6) mit wenigstens einer weiteren Metallisierung (8) versehen ist, die durch eine Schicht aus Kupfer, Aluminium, einer Kupfer- oder Aluminiumlegierung gebi ldet ist.
Verfahren zum Herstellen eines Metall-Keramik-Substrates (2) umfassend zumindest eine Keramikschicht (6) mit zwei
gegenüberliegenden Oberflächenseiten (6.1 , 6.2), bei dem die Keramikschicht (6) an zumindest einer Oberflächenseite (6.1 ) mit wenigstens einer Metallisierung (7) versehen wird, bei dem die wenigstens eine Metal lisierung (7) zur Ausbi ldung von Leiterbahnen und/oder Kontakt- oder Anschlussflächen derart strukturiert wird, dass zumindest ein Metal lisierungsabschnitt (7a, 7b) zum Anschluss eines Kontaktelementes (4, 5) entsteht, wobei der zumindest eine
Metal lisierungsabschnitt (7a, 7b) zumindest einen ersten
Oberflächenabschnitt (7.1 a, 7.1 b) zum flächigen Anschluss eines Kontaktelementes (4, 5) und die Keramikschicht (6) von der wenigstens einen Metallisierung (7, 8) befreite, freie Ränder (6") aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die freien Ränder (6") der Keramikschicht (6) des Metal l-Keramik-Substrates (2) durch Brechen der Keramikschicht (6) eines Basissubstrats (BS) entlang mehrerer in zumindest einer Oberflächenseite (6.1 , 6.2) der Keramikschicht (6) in dem von der Metal lisierung (7, 8) befreiten Bereich (6') der
Keramikschicht (6) eingebrachte Sol lbruchlinien (6a - 6f) hergestel lt werden und dass zumindest ein Kontaktelement (4, 5) mit dem zumindest einen Metal lisierungsabschnitt (7a, 7b) im ersten
Oberflächenabschnitt (7.1 a, 7.1 b) direkt flächig mittels
Reibschweißen verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1 7, dadurch gekennzeichnet, dass in den ersten Oberflächenabschnitt (7.1 a, 7.1 b) des zumi ndest einen
Metal lisierungsabschnittes (7a, 7b) mehrere über den ersten
Oberflächenabschnitt (7.1 a, 7.1 b) vertei lte erste Ausnehmungen (9) eingebracht werden und/oder dass das zumindest eine
Kontaktelement (4, 5) mit dem zumindest einen
Metal lisierungsabschnitt (7a, 7b) im ersten Oberflächenabschnitt (7.1 a, 7.2b) direkt flächig mittels U ltraschal lreibschweißen verbunden wird. Verfahren nach Anspruch 1 7 oder 1 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einen zweiten Oberflächenabschnitt (7.2a, 7.2b) des zumindest einen Metallisierungsabschnittes (7a, 7b) mehrere entlang des freien Randes des Metallisierungsabschnittes (7a, 7b) verteilt vorgesehene zweite Ausnehmungen (10) eingebracht werden, wobei der zweite Oberflächenabschnitt (7.2a, 7.2b) an den ersten Oberflächenabschnitt (7.1 a, 7.1 b) anschließt und diesen zumindest teilweise umgibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 7 bis 19, dadurch
gekennzeichnet, dass die Sollbruchlinien (6a - 6f) in die erste
Oberflächenseite (6.1 ) der Keramikschicht (6) und/oder die
gegenüberliegende zweite Oberflächenseite (6.2) der Keramikschicht (6) mittels einer Lasereinrichtung eingebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 7 bis 20, dadurch
gekennzeichnet, dass die Sollbruchlinien (6a - 6f) in Form einer kontinuierlichen Sollbruchlinien (6a - 6f) in die Keramikschicht (6) eingebracht werden, wobei die kontinuierlichen Sollbruchlinien (6a 6f) in Form von schlitzartigen Vertiefungen ausgebildet sind.
Verfahren nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die in Form einer kontinuierlichen schlitzartigen Vertiefung ausgebildeten Sollbruchlinien (6a - 6d) mittels einer Lasereinrichtung, insbesondere mittels eines Diodenlaser, Faserlaser oder Festkörperlaser mit unterschiedlichen Pulsdauern, beispielsweise U ltrakurzpuls- oder Kurzpulssekundenlaser erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen der Sol lbruchstellen (6a bis 6f) mittel der Laservorrichtung in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre erfolgt, die vorzugsweise einen Sauerstoffanteil von mindestens 30% aufweist.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 7 bis 23, dadurch
gekennzeichnet, dass die Sol lbruchlinien (6a - 6f) derart in die Keramikschicht (6) des Basissubstrates (BS) eingebracht werden, dass ungenützte Randbereiche (BSa, BSb, BSc, BSd) mit zumindest einem Metal lisierungsabschnitt (7', 8') entstehen, die einen sich über mehrere einzelne, auf dem Basissubstrat (BS) befindliche Metal l- Keramik-Substrate (2) randseitig erstrecken und einen Stützrand bi lden.
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