WO2017013075A1 - Substrat für elektrische schaltkreise und verfahren zur herstellung eines derartigen substrates - Google Patents

Substrat für elektrische schaltkreise und verfahren zur herstellung eines derartigen substrates Download PDF

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Karsten Schmidt
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    • H05K2203/1126—Firing, i.e. heating a powder or paste above the melting temperature of at least one of its constituents

Definitions

  • the invention relates to a substrate for electrical circuits according to the preamble of claim 1 and to a method for producing such a substrate according to the preamble of claim 18.
  • substrates of this type have a multilayer structure and have at least one insulation layer and at least one metal layer or metallization connected to this insulation layer.
  • the metal layer or metallization is areally connected to the insulation layer either directly or optionally via further metal or insulation layers and is structured to form conductor tracks, contacts, contact surfaces and / or connection surfaces in a plurality of metalization surface sections.
  • metal-ceramic substrates are often used whose insulation layer is characterized by at least one high
  • the ceramic layer is made of, for example, an oxide, nitride or carbide ceramic such as alumina
  • Al2O3 + ZrO2 aluminum oxide with zirconium oxide
  • Main fillers for the paper structure are, for example, in particular Al 2 O 3, Si 3 N 4, AlN, ZrO 2, MgO, SiC and BeO or else a combination such as ZTA, in particle sizes of ⁇ 5 ⁇ m, preferably ⁇ 1 ⁇ m.
  • Further sintering aids are the ceramic fillers or secondary fillers respective main fillers, namely Y 2 O 3, CaO, MgO, SiO 2, etc., were incorporated into the paper structure. From this preceramic ceramic structure enriched with sinterable ceramic fillers, a so-called sintered paper or a paper ceramic is optionally produced after a further deformation process by thermal conversion, inter alia by carrying out a two-stage thermal conversion.
  • the organic components of the preceramic papers such as pulp, starch and latex, are oxidatively removed to form a so-called "brownling.”
  • the "brownling" is sintered
  • the result is a ceramic material with the typical bending strength of a ceramic.
  • the microstructure of this sintered paper or of the paper ceramic shows, among other things, the typical for ceramics Material properties, for example, a high insulation resistance.
  • the advantages of ceramic materials can be combined with the papering advantages, such as ease of deformation and light weight.
  • the present invention seeks to provide a substrate for electrical circuits and an associated method for producing such a substrate, which is simple and inexpensive to produce compared to the known substrates and its insulation layer made of a paper ceramic a has improved insulation resistance.
  • the object is achieved by a substrate according to the
  • the at least one metal layer is connected via at least one adhesive layer with the paper ceramic layer, which is prepared by applying at least one adhesive to the metal layer and / or on the paper ceramic layer, wherein by means of the applied adhesive, the pore-shaped cavities in the paper ceramic layer filled at least on the surface side.
  • the residual porosity of the paper-ceramic layer is particularly advantageous due to at least the surface side
  • the paper-ceramic layer particularly advantageously has a porosity of less than 10%, preferably less than 5%.
  • a paper-ceramic layer according to the invention is understood as meaning a paper structure enriched in papermaking with a sinterable ceramic filler, preferably alumina powder, from which a preceramic paper structure is produced.
  • the preceramic paper structure is subjected to a two-stage thermal conversion process and firstly from the preceramic paper structure ("green body") a "Braunling" is produced in which the organic components of the preceramic paper structure, such as pulp, starch and latex are oxidatively removed.
  • the "Braunling" is fed to a sintering process, whereby a ceramic material, namely the paper ceramics, is produced.
  • a ceramic material namely the paper ceramics
  • the paper ceramics layer exhibits the typical material properties of a ceramic material, namely a high bending and insulation resistance the well-known ceramic layer in the case of metal-ceramic substrates
  • the paper-ceramic layer is lighter in comparison to a conventional ceramic layer and individually deformable prior to the implementation of the thermal conversion process. Also advantageously, the starting material of the paper-ceramic layer can be stored and further processed as a roll product due to the deformability.
  • the paper-ceramic layer is produced particularly advantageously from a paper structure enriched with a sinterable ceramic filler by means of thermal conversion, in which the proportion of sinterable ceramic fillers of the enriched paper structure is greater than 80% by weight, preferably between 80 and 90% by weight.
  • ceramic fillers of the paper structure Al 2 O 3, Si 3 N 4, AlN, ZrO 2, MgO, SiC, BeO or a combination thereof and associated typical sintering aids such as Y 2 O 3, CaO, MgO, SiO 2 are provided.
  • Composite layer via at least one adhesive layer or a solder layer connected to the paper-ceramic layer, depending on the respective formation of the metal layer or composite layer.
  • the at least one metal layer is connected to at least one further metal layer to form a composite layer.
  • the composite layer according to the invention is in turn connected to the paper-ceramic layer via an adhesive layer.
  • the substrate may also comprise a plurality of composite layers, for example a first and second
  • Composite layer which are connected at the top and bottom of the paper-ceramic layer in each case over an adhesive layer surface.
  • the paper-ceramic layer has a layer thickness between 50 .mu.m and 600 .mu.m, preferably 80 .mu.m and 150 .mu.m, and an E-modulus between 90 GPa and 150 GPa.
  • the paper-ceramic layer has a top and bottom side, wherein the upper side is connected in a planar manner by means of an adhesive layer to a first metal layer and the underside by means of a further adhesive layer to a second metal layer.
  • Such a three-layer substrate has good insulation properties for use in the "low-voltage" range and high mechanical stability with low substrate thickness.
  • an adhesive having a viscosity of less than 30 Pas is particularly advantageously used for producing an adhesive layer having a layer thickness of between 1 and 30 ⁇ m, preferably between 1 and 10 ⁇ m.
  • the layer thickness gives the distance between the top and bottom sides / or bottom of the paper-ceramic layer and the surface of the adjoining layer, in particular metal or composite layer.
  • the adhesive layer is made of a chemically and / or physically curable adhesive from the group of polyurethanes, epoxy resins, polyimides or
  • Methyl metacrylate manufactured, whereby the penetration depth of the adhesive into the
  • Paper ceramic layer or its pore-shaped cavities preferably at least one third of the adjoining the adhesive layer layer thickness of the paper-ceramic layer.
  • at least one side surface becomes advantageous
  • One third of the pore-shaped cavities of the paper-ceramic layer are filled with adhesive, preferably both from the top and from the underside of the paper-ceramic layer, ie in total at least two-thirds of the pore-shaped cavities.
  • the pore-shaped cavities in the paper-ceramic layer are almost completely filled with adhesive in order to obtain optimum insulation properties.
  • the adhesive layer can
  • the at least one metal layer is advantageously produced from copper, aluminum, gold, silver, tin, zinc, molybdenum, tungsten, Cr or their alloys.
  • the composite layer may comprise a metal layer and at least one aluminum layer or aluminum alloy layer, wherein in this embodiment variant the metal layer is preferably realized in the form of a copper layer or copper alloy layer.
  • the layer thickness of the copper layer or copper alloy layer is then, for example, between 35 ⁇ and 2 mm and the layer thickness of the aluminum layer or aluminum alloy layer between 10 jum and 300 ⁇ .
  • the aluminum layer of the composite layer has an aluminum-silicon layer.
  • the invention likewise provides a process for the production of a substrate for electrical circuits comprising at least one metal layer and at least one paper ceramic layer having a top and bottom, in which at least the top or bottom surface are connected to the at least one metal layer, wherein the paper ceramic layer Variety of pore-shaped
  • An essential aspect of the method according to the invention is to be seen in that on the at least one metal layer and / or on the top and / or bottom of the paper ceramic layer adhesive for the production of at least one adhesive layer is applied surface, in such a way that by means of the applied adhesive the pore-shaped voids in the paper-ceramic layer be filled at least on the surface side.
  • the applied in a suitably sized amount surface adhesive penetrates at least superficially
  • the adhesive is applied over the surface only on the surface side of the at least one metal layer and then glued to the top or bottom of the paper-ceramic layer.
  • the adhesive comes after the joining of the metal layer with the
  • the adhesive is applied over the surface exclusively to the top and / or bottom side of the paper-ceramic layer and then bonded to the at least one metal layer.
  • at least partial filling of the pore-shaped cavities takes place already during adhesive application, i. before the actual joining process.
  • the adhesive is applied both to the
  • the viscosity of the adhesive applied to the paper ceramic layer adhesive is preferably less than the viscosity of the on the
  • Metal layer applied adhesive can be filled the pore-shaped cavities find a less liquid adhesive than for the production of the adhesive bond with the metal layer use.
  • the adhesive is applied over the surface exclusively on the top or bottom of the paper ceramic layer, wherein the
  • Adhesive amount is dimensioned such that the pore-shaped cavities are completely filled. The filling of the pore-shaped cavities thus takes place over one side of the paper-ceramic layer.
  • the amount of adhesive used is set such that, in the connected state, an adhesive layer having a layer thickness in the range between 1 and 30 ⁇ m, preferably between 1 and 10 ⁇ m, is formed.
  • Porosity below 10%, preferably below 5%.
  • the pore-shaped cavities along at least one third of the layer thickness of
  • a substrate according to the invention comprising a first metal layer and a paper-ceramic layer bonded thereto via an adhesive layer,
  • Fig. 2a-c is a simplified depicting development of selected steps of the method for
  • Fig. 3 is a simplified schematic sectional view through a
  • a substrate according to the invention comprising a composite layer and a paper-ceramic layer bonded thereto via an adhesive layer.
  • Figure 1 shows in a simplified schematic representation a section through an inventively designed substrate 1 for electrical circuits, which has a plate-shaped and multilayer structure, i. in the form of a
  • the substrate 1 according to the invention is particularly suitable for so-called "low-voltage” applications, ie for the construction of electrical circuits in a voltage range of less than 2.5 kV.
  • the substrate 1 according to the invention for electrical circuits here comprises at least one first metalization or metal 2 and a paper-ceramic layer 1 1 which is connected in a planar manner to the at least one first metalization and metal layer 2, wherein the paper-ceramic layer 1 1 has a multiplicity of pore-shaped cavities due to the production
  • the paper-ceramic layer 11 has an upper and lower side 11a, 11b, and the first metallization layer or metal layer 2 is connected in a planar manner to the upper side 11a of the paper-ceramic layer 11.
  • the substrate 1 in addition to the first metal layer 2, a second metal layer 3, which is connected to the underside 11 b of the paper-ceramic layer 11 area.
  • the paper-ceramic layer 11 has a first layer thickness d1 and the first or any second metal layer 2, 3 present a second layer thickness d2.
  • a paper-ceramic layer 11 or a paper-based ceramic is understood as meaning a paper structure enriched in papermaking with sinterable ceramic, preferably powdery, fillers, from which a preceramic paper structure is produced in an intermediate step.
  • the proportion of sinterable ceramic filler of the preceramic paper structure is greater than 80 wt .-%, preferably between 80 and 90 wt .-%.
  • suitable ceramic fillers or main fillers of the paper structure are Al.sub.2O.sub.3, Si.sub.3N.sub.4, AlN, ZrO.sub.2, MgO, SiC and BeO or combinations such as ZTA, in particle sizes of ⁇ 5 .mu.m ⁇ 1 vm.
  • Further typical ceramic fillers or secondary fillers are the respective typical ones
  • the corresponding preceramic paper structure is then subjected to a two-stage thermal conversion process and first a "Braunling" is produced from the preceramic paper structure ("green body"), in which the organic components of the preceramic paper structure, such as pulp, starch and latex are oxidatively removed. Then in the second stage of the "Braunling" one
  • Paper ceramics with the typical material properties of a ceramic material is created, such as a high bending and insulation strength.
  • the However, paper-ceramic layer 11 is compared to a conventional one
  • paper-ceramic layer 1 1 used according to the invention has a layer thickness d 1 between 50 ⁇ and 600 ⁇ , preferably 80 ⁇ and 1 50 ⁇ and has an E-modulus between 90 GPa and 1 50 GPa.
  • layer thickness d 1 between 50 ⁇ and 600 ⁇ , preferably 80 ⁇ and 1 50 ⁇ and has an E-modulus between 90 GPa and 1 50 GPa.
  • E-modulus between 90 GPa and 1 50 GPa.
  • Paper texture a variety of pore-shaped cavities.
  • the pore-shaped cavities can be opened on the surface side or vol lstieri in the
  • Paper ceramic layer 1 1 are included, i. within the
  • Paper ceramic layer 1 1 extend.
  • the pore-shaped cavities here often have the shape of the cellulose fibers removed by oxidation, and are approximately evenly distributed over the entire paper-ceramic layer 1 1.
  • Paper ceramic layer 1 1 has due to the large number of pore-shaped cavities, for example, a porosity or residual porosity smaller than 50%, preferably less than 30%, through which the insulation strength of the paper ceramic layer 1 1, in particular when using it in a substrate 1 for electrical
  • Adhesive 6a ', 6a ", 6b', 6b” closed.
  • the adhesive is preferably at least partially in on the upper and / or U nterseite 1 1 a, 1 1 b of the paper ceramic layer 1 1 subsequent or arranged in its area pore-shaped cavities and possibly ebens existing cracks in the paper ceramic layer 1 1 in the frame the manufacture ment of the adhesive bond between the at least one metal ltik 2, 3 and the paper ceramic layer 1 1 introduced, ie the adhesive 6a ', 6a ", 6b', 6b” penetrates into the pore-shaped cavities and closes them vol lstieri in the to the upper and / or U nterseite 1 1 a, 1 1 b of the paper-ceramic layer 1 1 subsequent section of the paper-ceramic layer 1 1.
  • this reduces the existing porosity of the paper-ceramic layer 11 to less than 10% and thus significantly improves its insulation resistance.
  • more than half of the pore-shaped cavities in the paper-ceramic layer 11 are at least partially filled with the adhesive, after the adhesive layers 6, 6a, 6b produced by the adhesive application 6a ', 6a ", 6b', 6b".
  • the penetration depth of the adhesive application 6a ', 6b' in the pore-shaped cavities of the paper ceramic layer 1 1 indicated by a dashed line drawn, ie the adhesive 6a ', 6b' is at least up to a third of the adhesive layer 6 anschl penetrating layer thickness d 1 penetrated into the paper-ceramic layer 1 1.
  • the penetration depth of the adhesive 6a ', 6b' is thus for example at least one third of the layer thickness d 1 of the paper-ceramic layer 1 1.
  • an adhesive layer 6, 6a, 6b with a layer thickness d3 is formed in the range between 1 and 30 ⁇ , preferably between 1 and 10 ⁇ .
  • the quantity of glue required for this purpose is dimensioned in such a way that it exceeds the predetermined volume by the desired layer thickness d3 and the dimensions of the metal layer 2, 3 or paper-ceramic layer of the adhesive layer 6, 6a, 6b, in such a way that with the additional amount of adhesive not only the pore-shaped cavities can be at least partially filled, but also, if necessary, a compensation of the surface roughness of the respective metal layer 2, 3 or the upper and / or lower surface 11a, 11b of the paper-ceramic layer 11 takes place.
  • the adhesive application can be carried out using known methods, wherein in particular a pre-hardening of the applied adhesive, in particular a temperature treatment can be carried out to optionally in the adhesive volatile components such as solvents or reaction products to remove.
  • the adhesive application can be made to different variants.
  • the production of the adhesive layer 6, 6a, 6b or the adhesive application 6a ', 6a ", 6b', 6b" required for this purpose and thus also the filling of the pore-shaped cavities of the paper-ceramic layer 11 can be effected by means of different process variants.
  • the adhesive 6a ", 6b" can be applied exclusively to the respective surface side of the metal layer 2, 3, and subsequently subsequently adhesively bonded to the top or bottom 11a, 11b of the paper-ceramic layer 11.
  • the adhesive 6a ', 6b' exclusively on the top and / or bottom 11a, 11b of the
  • Paper ceramic layer 11 are applied and then the respective
  • Metal layer 2, 3 are bonded hereby.
  • the adhesive 6a ', 6b', 6a ", 6b" according to the embodiment shown in Figures 2a to 2c, both on the top and / or bottom 11a, 11b of the paper-ceramic layer 11 and on the metal layer 2, 3 applied become.
  • Paper ceramic layer 11 required.
  • the layers provided with the respective adhesive application, in particular the paper-ceramic layer 11 and / or the metal layers 2, 3, are preferably joined using a lamination process, namely under one
  • the pressure is in this case dimensioned such that an areal homogeneous and bubble-free connection of the metal layers 2, 3 is ensured on the paper ceramic layer 11.
  • the deflection of the substrate 1 is reduced to a minimum.
  • roll and / or flat laminators can be used in the lamination process.
  • adhesives for the production of the adhesive layer 6 6 'different adhesives can be used, which have a temperature stability of at least 100 ° C after curing.
  • adhesives for the production of the adhesive layer 6 6 'different adhesives can be used, which have a temperature stability of at least 100 ° C after curing.
  • chemically and / or physically hardenable adhesives from the group of polyurethanes, epoxy resins, polyimides and methyl methacrylate can be used, which are used as one or two
  • Component adhesives are applied and cure under temperature increase and / or pressure increase.
  • the correspondingly cured adhesive layers 6, 6a, 6b between the metal layers 2, 3 and the paper-ceramic layer 11 then preferably have a temperature stability of 100 ° C. to 350 ° C.
  • adhesive finely dispersed particles which, although electrically non-conductive, but have a good thermal conductivity, namely, for example, Si3N4, ALN or AL203 mixed.
  • adhesives or adhesives of low viscosity are preferably used, namely
  • Paper ceramic layer 5 to fill and thus increase the insulation resistance of the substrate 1.
  • different adhesives may be used, which for example a
  • the adhesives 6a ', 6b' provided for filling the pore-shaped cavities and producing the adhesive bond, which are applied directly to the top and / or bottom 11a, 11b of the paper-ceramic layer 11, should have a low viscosity, to ensure easy penetration into the pore-shaped cavities.
  • an additional adhesive 6a ", 6b" to the metal layers 2, 3 for producing the adhesive layers 6a, 6b different and / or thicker adhesives having a higher viscosity can then be used.
  • the metal layers or metallization layers 2, 3 are produced, for example, using thin metal sheets or metal foils.
  • Starting materials may be, for example, copper, aluminum, gold, silver, tin, zinc, molybdenum, tungsten, Cr or their alloys. Also, the use of composites, i. Laminates or powder metallurgical
  • the metal layers 2, 3 used have layer thicknesses d2 of between 10 ⁇ m and 5 mm. Also known per se
  • the top and bottom 1 1 a, 1 1 b of the paper-ceramic layer 5 can be bonded to metal layers 2, 3 or laminate or composite layers produced from different metals, for example a combination of a copper layer and an aluminum layer or a combination of one Manganintik and an aluminum layer.
  • Metal layers 2, 3 may be the same or different, irrespective of the layer thickness d1 of the paper-produced ceramic or
  • the second metal layer 3 or composite layer can form or have a heat sink, wherein the metal layer forming the heat sink can have a surface enlargement profile on its surface opposite the adhesive layer 6 '
  • the substrates 1 according to the invention serve as printed circuit boards for electrical or electronic circuits or circuit modules, in particular for electronic power circuits.
  • at least the first metal layer 2 by means of known masking and etching technologies in several
  • Metallleitersabroughe structured that form, for example, interconnects, contact and / or pads. Due to the very thin paper ceramic layer 11, preferably only one of the metallizations or metal layer 2, 3 of the substrate 1 is patterned in order to ensure sufficient stability of the substrate 1. In the case of a corresponding, stability-enhancing intermediate layer, however, structuring of the two metallizations or metal layers 2, 3 of the substrate 1 is also possible.
  • This type of structuring is one of the subtractive methods in which a part of the metallization is removed or weakened in a wet-chemical process.
  • additive processes such as galvanic deposition in order to increase the layer thickness of the metallization locally or over the entire surface. This can also be done, for example, by soldering moldings at defined points of the structured substrate.
  • the singulation takes place in the substrates 1 according to the invention, for example by means of mechanical processing operations such as, for example, sawing, cutting or punching or by using a laser unit or a water jet cutting edge. Accordingly, the extends
  • the substrate 10 at least one composite layer 12 with a metal layer 13 and at least one aluminum layer 14, which is connected by means of an adhesive layer 6 with the paper-ceramic layer 11.
  • the aluminum layer 14 of the composite layer 12 may be formed at least partially anodized, so that an anodized layer 15 is formed, which is connected via the adhesive layer 16 with the paper-ceramic layer 11.
  • the anodizing layer 15 is provided as an adhesion promoter to replace the inherently smooth surface of the aluminum layer 14 with the roughened anodized layer 15, which ensures a high adhesive force of the adhesive bond between the paper-ceramic layer 11 and the composite layer 12.
  • the anodized layer 15 has a layer thickness between 1 ⁇
  • the respective adhesive layer 6 has at least two different adhesives, which are preferably applied in layers one behind the other.
  • adhesives are preferably applied in layers one behind the other.
  • multilayer composite layers 12 which have different metal layers and are connected to one another in a planar manner via further connection technologies known per se, such as, for example, a DCB or AMB connection.
  • a metal layer 2 and a paper-ceramic layer 11 having substrates 1 according to the invention can be glued, joined or soldered directly to a heat sink, using a
  • the paper manufacturing process subsequent pressing for example by means of calendering or a coating of the paper can contribute to a reduction of the pore-shaped cavities.
  • the already sintered paper-ceramic layer 11 can be coated, for example, on one or both sides, for example by means of sol-gel technology, dipping, spraying or brushing. Following this, however, re-sintering of the coated paper ceramic layer is required.
  • the pore-shaped cavities can at least partially be filled with similar or other ceramic materials, namely, for example by suspensions of fine ceramic powders or glass powder with grain sizes the deutl I caused lulosemaschinen by the Zel
  • materials such as

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Substrat (1, 10) für elektrische Schaltkreise umfassend zumindest eine Metallschicht (2, 3, 14) und eine mit der zumindest einen Metallschicht (2, 3, 14) flächig verbundene Papierkeramikschicht (11) mit einer Ober- und Unterseite (11a, 11b), wobei die Papierkeramikschicht (11) eine Vielzahl von porenförmigen Hohlräumen aufweist. Besonders vorteilhaft ist die zumindest eine Metallschicht (2, 3, 14) über zumindest eine Klebstoffschicht (6, 6a, 6b) mit der Papierkeramikschicht (11) verbunden, die durch Auftragen zumindest eines Klebstoffes (6a', 6a'', 6b', 6b'') auf die Metallschicht (2, 3, 14) und/oder auf die Papierkeramikschicht (11) hergestellt ist, wobei mittels des aufgetragenen Klebstoffes (6a', 6a'', 6b', 6b'') die porenförmigen Hohlräume in der Papierkeramikschicht (11) zumindest oberflächenseitig verfüllt sind.

Description

Substrat für elektrische Schaltkreise und Verfahren zur Herstellung eines derartigen
Substrates Die Erfindung betrifft ein Substrat für elektrische Schaltkreise gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Substrates gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 18.
Substrate für elektrische Schaltkreise in Form von Leiterplatten sind hinlänglich bekannt.
Derartige Substrate sind hierzu mehrschichtig ausgebildet und weisen zumindest eine Isolationsschicht und zumindest eine mit dieser Isolationsschicht verbundene Metallschicht oder Metallisierung auf. Die Metallschicht oder Metallisierung ist flächig mit der Isolationsschicht entweder direkt oder ggf. über weitere Metall- oder Isolationsschichten verbunden und ist zur Ausbildung von Leiterbahnen, Kontakten, Kontakt- und/oder Anschlussflächen in mehrere Metal lisierungsflächenabschnitte strukturiert. Insbesondere bei Verwendung derartiger Substrate im Bereich der
Leistungselektronik, und zwar so genannte„low voltage"-Anwendungen,
beispielsweise zum Aufbau von Leistungshalbleiter-Modulen in einem
Spannungsbereich von kleiner 2,5 kV, ist es erforderlich, dass die Substrate bzw. deren Isolationsschicht eine hohe Isolationsfestigkeit, d.h. Spannungs- und
Durchschlagfestigkeit aufweisen.
Im Bereich der Leistungselektronik kommen daher häufig Metall-Keramik-Substrate zum Einsatz, deren Isolationsschicht durch zumindest eine eine hohe
Isolationsfestigkeit aufweisende Keramikschicht gebildet ist. Die Keramikschicht 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 (Al2O3 + ZrO2) hergestellt. Zur flächigen Verbindung der Keramikschicht mit zumindest einer eine Metallisierung bildenden Metallschicht finden abhängig vom verwendeten
Keramikmaterial und/oder dem zu bondenden Metall der Metallschicht
unterschiedliche, an sich bekannte Herstellungsverfahren Verwendung, und zwar beispielsweise ein„Direct-Copper-Bonding"-Verfahren, ein„Direct-Aluminium- Bonding"-Verfahren und ein„Active-Metal-Bonding"-Verfahren. Nachteilig sind derartige Herstellungsverfahren prozesstechnisch aufwendig und kostenintensiv. Auch ist bei der Verwendung von herkömmlichen Keramikschichten die
Formgebung eingeschränkt.
Ferner sind Verfahren zur Herstellung von hochgefüllten Papieren beispielsweise aus der DE 102006022598 A1 , US 2009011208 A1 oder US 8608906 B2 bekannt, bei denen beim Papierherstellungsprozess das Papiergefüge bis zu 85 Gew.-% mit funktionalen Füllstoffen angereichert wird, beispielsweise mit einem sinterfähigen keramischen Pulver, hoch adsorptiven Pulver oder Pulver mit guter
Wärmespeicherkapazität. Diese keramischen Füllstoffe weisen die bekannten elektrischen Isolationseigenschaften auf. Als keramische Füllstoffe bzw.
Hauptfüllstoffe für das Papiergefüge eignen sich beispielsweise vor allem AI203, Si3N4, AIN, Zr02, MgO, SiC und BeO oder auch Kombination wie z.B. ZTA, in Korngrößen von < 5vm bevorzugt < 1 vm. Als weitere keramische Füllstoffe bzw. Nebenfüllstoffe werden die Sinterhilfsmittel der jeweiligen Hauptfüllstoffe, und zwar Y203, CaO, MgO, SiO2 usw. in das Papiergefüge aufgenommen. Aus diesem mit sinterfähigen keramischen Füllstoffen angereicherten präkeramischen Papiergefüge wird ggf. nach einem weiterer Verform ungsprozess durch thermische Umsetzung, u.a. Durchführung einer zweistufigen thermischen Umsetzung ein so genanntes Sinterpapier bzw. eine Papierkeramik hergestellt. Im Rahmen der ersten Stufe der thermischen Umsetzung werden die organischen Komponenten der präkeramischen Papiere, beispielsweise Zellstoff, Stärke und Latex oxidativ entfernt, wodurch ein so genannter„Braunling" entsteht. Anschließend wird in einer zweiten Stufe der thermischen Umsetzung der„Braunling" gesintert und es entsteht ein keramischer Werkstoff mit der typischen Biegefestigkeit einer Keramik. Die Mikrostruktur dieses Sinterpapiers bzw. der Papierkeramik zeigt u.a. die für Keramiken typische Materialeigenschaften, beispielsweise auch eine hohe Isolationsfestigkeit. Bei derartigen Papierkeramiken können die Vorteile von keramischen Materialien mit den papiertechnischen Vorteilen, beispielsweise der einfachen Verformung und des geringen Gewichts miteinander verbunden werden. Nachteilig entstehen jedoch durch die oxidative Entfernung der organischen Komponenten, insbesondere der Zellulosefasern als Bindemittel des Papiergefüges in der Papierkeramik porenförmige Hohlräume, die zu einer Porosität des Papierkeramikmaterials von kleiner 50% führen. Die Porosität des Papierkeramikmaterials führt insbesondere bei
Verwendung des Papierkeramikmaterials in Substraten für elektrische Schaltungen zu einer Verschlechterung deren Isolationsfestigkeit.
Ausgehend vom voranstehend genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Substrat für elektrische Schaltkreise sowie ein zugehöriges Verfahren zur Herstellung eines derartigen Substrates aufzuzeigen, welches im Vergleich zu den bekannten Substraten einfach und kostengünstig herstellbar ist und dessen aus einer Papierkeramik hergestellte Isolationsschicht eine verbesserte Isolationsfestigkeit aufweist. Die Aufgabe wird durch ein Substrat gemäß dem
Patentanspruch 1 und ein Verfahren gemäß den Patentanspruch 18 gelöst. Der wesentliche Aspekt des erfindungsgemäßen Substrates für elektrische
Schaltkreise ist darin zu sehen, dass die zumindest eine Metallschicht über zumindest eine Klebstoffschicht mit der Papierkeramikschicht verbunden ist, die durch Auftragen zumindest eines Klebstoffes auf die Metallschicht und/oder auf die Papierkeramikschicht hergestellt ist, wobei mittels des aufgetragenen Klebstoffes die porenförmigen Hohlräume in der Papierkeramikschicht zumindest oberflächenseitig verfüllt sind. Besonders vorteilhaft wird neben der Herstellung der Klebeverbindung zwischen der zumindest einen Metallschicht und der Papierkeramikschicht die Restporosität der Papierkeramikschicht durch zumindest oberflächenseitiges
Verfüllen deren porenförmigen Hohlräume deutlich reduziert und damit die
Isolationseigenschaften des Substrates wesentlich verbessert. Besonders vorteilhaft weist die Papierkeramikschicht nach dem Verfüllen mit Klebstoff eine Porosität unter 10%, vorzugsweise unter 5% auf. Unter einer erfindungsgemäßen Papierkeramikschicht wird hierbei ein bei der Papierherstellung mit einem sinterfähigen keramischen Füllstoff, vorzugsweise Aluminiumoxid-Pulver angereichertes Papiergefüge verstanden, aus dem ein präkeramisches Papiergefüge erzeugt wird. Das präkeramische Papiergefüge wird einem zweistufigen thermischen Umsetzungsprozess unterzogen und in erster Stufe aus dem präkeramisches Papiergefüge („Grünling") zunächst ein„Braunling" erzeugt, bei dem die organischen Komponenten des präkeramischen Papiergefüges, beispielsweise Zellstoff, Stärke und Latex oxidativ entfernt sind. Anschließend wird in der zweiten Stufe der„Braunling" einem Sinterprozess zugeführt, wodurch ein keramischer Werkstoff, und zwar die Papierkeramik erzeugt wird. Vorteilhaft weist die Papierkeramikschicht die typischen Materialeigenschaften eines Keramikmaterials auf, und zwar eine hohe Biege- und Isolationsfestigkeit. Die Papierkeramikschicht ersetzt somit die bekannte Keramikschicht bei Metall-Keramik-Substraten. Durch das unterschiedliche Herstellungsverfahren ergeben sich enorme Vorteile im
Herstellungsprozess sowie in der Formgestaltung der Papierkeramikschicht. Die Papierkeramikschicht ist im Vergleich zu einer herkömmlichen Keramikschicht leichter und vor der Durchführung des thermischen Umsetzungsprozesses individuell verformbar. Auch kann vorteilhaft das Ausgangsmaterial der Papierkeramikschicht aufgrund der Verformbarkeit als Rollenware gelagert und weiterverarbeitet werden.
Die Papierkeramikschicht ist besonders vorteilhaft aus einem mit einem sinterfähigen keramischen Füllstoffen angereicherten Papiergefüge mittels thermischer Umsetzung hergestellt ist, bei dem der Anteil des sinterfähigen keramischen Füllstoffe des angereicherten Papiergefüges größer 80 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 80 und 90 Gew.-% beträgt. Als keramische Füllstoffe des Papiergefüges werden AI203, Si3N4, AIN, Zr02, MgO, SiC, BeO oder eine Kombination dessen sowie zugehörige typische Sinterhilfsmittel wie beispielsweise Y203, CaO, MgO, SiO2 vorgesehen.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist die Metallschicht oder die
Verbundschicht über zumindest eine Klebstoffschicht oder eine Lotschicht mit der Papierkeramikschicht verbunden, und zwar abhängig von der jeweiligen Ausbildung der Metallschicht bzw. Verbundschicht. In einer alternativen Ausführungsvariante ist die zumindest eine Metallschicht mit zumindest einer weiteren Metallschicht zu einer Verbundschicht verbunden. Die Verbundschicht ist erfindungsgemäß wiederum über eine Klebstoffschicht mit der Papierkeramikschicht verbunden. Es versteht sich, dass das Substrat auch mehrere Verbundschichten umfassen kann, beispielsweise eine erste und zweite
Verbundschicht, die an der Ober- bzw. Unterseite der Papierkeramikschicht jeweils über eine Klebstoffschicht flächig angebunden sind.
Vorteilhaft weist die Papierkeramikschicht eine Schichtdicke zwischen 50 μνη und 600 jum, vorzugsweise 80 μνη und 150 μνη und ein E-Modul zwischen 90 GPa und 150 GPa auf.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante weist die Papierkeramikschicht eine Ober- und Unterseite auf, wobei die Oberseite mittels einer Klebstoffschicht mit einer ersten Metallschicht und die Unterseite mittels einer weiteren Klebstoffschicht mit einer zweiten Metallschicht flächig verbunden sind. Ein derartiges drei Schichten umfassendes Substrat weist gute Isolationseigenschaften für den Einsatz im„low- voltage" Bereich und eine hohe mechanische Stabilität bei geringer Substratstärke auf.
Besonders vorteilhaft wird zur Herstellung der Klebstoffschicht ein Klebstoff mit einer Viskosität kleiner 30 Pas verwendet, und zwar zur Herstellung einer Klebstoffschicht mit einer Schichtdicke zwischen 1 und 30 μνη, vorzugsweise zwischen 1 und 10 vm. Die Schichtdicke gibt hierbei den Abstand zwischen der Ober- und/oder Unterseite der Papierkeramikschicht und der Oberfläche der daran anschließenden Schicht, insbesondere Metall- oder Verbundschicht an.
Die Klebstoffschicht ist aus einem chemisch und/oder physikalisch aushärtbaren Klebstoff aus der Gruppe der Polyurethane, Epoxidharze, Polyimide oder
Methyl metacrylat hergestellt, wobei die Eindringtiefe des Klebstoffes in die
Papierkeramikschicht bzw. deren porenförmigen Hohlräume vorzugsweise zumindest ein Drittel der an die Klebstoffschicht anschließenden Schichtdicke der Papierkeramikschicht beträgt. Vorteilhaft wird damit oberflächenseitig zumindest ein Drittel der porenförmigen Hohlräume der Papierkeramikschicht mit Klebstoff verfüllt, und zwar vorzugsweise sowohl von der Ober- als auch von der Unterseite der Papierkeramikschicht, d.h. in Summe mindestens zwei Drittel der porenförmigen Hohlräume. In einer alternativen Ausführungsvariante sind die porenförmigen Hohlräume in der Papierkeramikschicht nahezu vollständig mit Klebstoff gefüllt, um optimale Isolationseigenschaften zu erhalten. Die Klebstoffschicht kann
beispielsweise auch aus zumindest zwei unterschiedlichen Klebstoffen mit ggf. einer unterschiedlichen Viskosität hergestellt werden. Weiterhin vorteilhaft ist die zumindest eine Metallschicht aus Kupfer, Aluminium, Gold, Silber Zinn, Zink, Molybdän, Wolfram, Cr oder deren Legierungen hergestellt. Beispielsweise kann die Verbundschicht eine Metallschicht und zumindest eine Aluminiumschicht oder Aluminiumlegierungsschicht aufweisen, wobei in dieser Ausführungsvariante die Metallschicht vorzugsweise in Form einer Kupferschicht oder Kupferlegierungsschicht realisiert ist. Die Schichtdicke der Kupferschicht oder Kupferlegierungsschicht beträgt dann beispielsweis zwischen 35 μνη und 2 mm und die Schichtdicke der Aluminiumschicht oder Aluminiumlegierungsschicht zwischen 10 jum und 300 μνη. Weiterhin vorteilhaft kann die Aluminiumschicht der
Verbundschicht zur Erzeugung einer Eloxalschicht an der der Metallschicht gegenüberliegenden Oberfläche eloxiert sein, um eine Haftverbesserung zu erreichen. In einer vorteilhaften Ausführungsvariante weist die Aluminiumschicht der Verbundschicht eine Aluminium-Silizium-Schicht auf.
Ebenfalls ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Substrates für elektrische Schaltkreise umfassend zumindest eine Metallschicht und zumindest eine Papierkeramikschicht mit einer Ober- und Unterseite , bei dem zumindest die Ober- oder Unterseite mit der zumindest einen Metallschicht flächig verbunden werden, wobei die Papierkeramikschicht eine Vielzahl von porenförmigen
Hohlräumen aufweist. Ein wesentlicher Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass auf die zumindest eine Metallschicht und/oder auf die Ober- und/oder Unterseite der Papierkeramikschicht Klebstoff zur Herstellung zumindest einer Klebstoffschicht flächig aufgetragen wird, und zwar derart, dass mittels des aufgetragenen Klebstoffes die porenförmigen Hohlräume in der Papierkeramikschicht zumindest oberflächenseitig verfüllt werden. Der in einer entsprechend bemessenen Menge flächig aufgetragene Klebstoff dringt zumindest oberflächlich in
porenförmigen Hohlräume ein und verschließt diese zumindest teilweise, so dass zumindest in den an die Klebstoffschicht anschließenden oberflächenseitigen
Abschnitt der Papierkeramikschicht die Porosität bzw. Restporosität der
Papierkeramikschicht reduziert ist. Hierbei sind beispielhaft unterschiedliche
Klebevarianten möglich.
In einer ersten Ausführungsvariante wird beispielsweise der Klebstoff ausschließlich auf die Oberflächenseite der zumindest einen Metallschicht flächig aufgebracht und anschließend mit der Ober- oder Unterseite der Papierkeramikschicht verklebt.
Hierbei kommt der Klebstoff erst nach dem Fügen der Metallschicht mit der
Papierkeramikschicht in Kontakt. In einer zweiten Ausführungsvariante wird der Klebstoff ausschließlich auf die Ober- und/oder Unterseite der Papierkeramikschicht flächig aufgebracht und anschließend mit der zumindest einen Metallschicht verklebt. Hier erfolgt vorteilhaft ein zumindest teilweises Verfüllen der porenförmigen Hohlräume bereits beim Klebstoffauftrag, d.h. vor dem eigentlichen Fügeprozess.
In einer dritten Ausführungsvariante wird der Klebstoff sowohl auf die
Oberflächenseite der zumindest einen Metallschicht als auch auf die Ober- und/oder Unterseite der Papierkeramikschicht flächig aufgebracht und anschließend beide miteinander verklebt. Dadurch ist sowohl ein optimales Verfüllen der porenförmigen Hohlräume als auch die Herstellung einer Klebverbindung mit hoher
Verbindungsstärke möglich, insbesondere bei einem zumindest teilweisen Aushärten des Klebstoffauftrages vor dem eigentlichen Fügeprozess. In einer weiteren
Ausführungsvariante werden auf die zumindest eine Metallschicht und die Ober- und/oder Unterseite der Papierkeramikschicht zumindest zwei unterschiedliche Klebstoffe aufgetragen, wobei die Viskosität des auf die Papierkeramikschicht aufgetragenen Klebstoffes vorzugsweise geringer als die Viskosität des auf die
Metallschicht aufgetragenen Klebstoffes ist. Vorteilhaft kann hierbei zum Verfüllen der porenförmigen Hohlräume ein dünnflüssigerer Klebstoff als zur Herstellung der Klebeverbindung mit der Metallschicht Verwendung finden.
In einer vierten Ausführungsvariante wird der Klebstoff ausschließlich über die Ober- oder Unterseite der Papierkeramikschicht flächig aufgebracht, wobei die
Klebstoffmenge derart bemessen ist, dass die porenförmigen Hohlräume vollständig verfüllt sind. Das Auffüllen der porenförmigen Hohlräume erfolgt somit über eine Seite der Papierkeramikschicht. Besonders vorteilhaft ist die verwendete Klebstoffmenge derart eingestellt dass im verbundenen Zustand eine Klebstoffschicht mit einer Schichtdicke im Bereich zwischen 1 und 30 vm, vorzugsweise zwischen 1 und 10 vm entsteht.
Die porenförmigen Hohlräume der Papierkeramikschicht werden vorteilhaft derart mit Klebstoff verfüllt, dass die Papierkeramikschicht nach dem Verfüllen eine
Porosität unter 10%, vorzugsweise unter 5% aufweist.
Weiterhin vorteilhaft werden mittels des aufgetragenen Klebstoffes die porenförmigen Hohlräume entlang mindestens eines Drittels der Schichtdicke der
Papierkeramikschicht verfüllt.
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 schematische Schnittdarstel lung durch ein
erfindungsgemäßes Substrat umfassend eine erste Metal lschicht und eine über eine Klebstoffschicht mit dieser verbundene Papierkeramikschicht,
Fig. 2a-c eine vereinfachte Darstel lung ausgewählter Schritte des Verfahrens zur
Herstel lung eines erfindungsgemäßen Substrates umfassend eine erste und zweite Metal lschicht und eine dazwischen aufgenommene und mittels Klebstoffschichten verbundene Papierkeramikschicht und
Fig. 3 eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung durch ein
erfindungsgemäßes Substrat umfassend eine Verbundschicht und eine über eine Klebstoffschicht mit dieser verbundene Papierkeramikschicht.
Figur 1 zeigt in vereinfachter schematischer Darstellung einen Schnitt durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Substrat 1 für elektrische Schaltkreise, welches einen plattenförmigen und mehrschichten Aufbau aufweist, d.h. in der Form einer
Leiterplatte ausgebildet ist. Das erfindungsgemäße Substrat 1 ist besonders für so genannte„low voltage"-Anwendungen geeignet, d.h. zum Aufbau von elektrischen Schaltkreisen in einem Spannungsbereich kleiner 2,5 kV Das erfindungsgemäße Substrat 1 für elektrische Schaltkreise umfasst hierbei zumindest eine erste Metal l isierungs- bzw. Metal lschicht 2 und eine mit der zumindest einen ersten Metal l isierungs- und Metal lschicht 2 flächig verbundene Papierkeramikschicht 1 1 , wobei die Papierkeramikschicht 1 1 herstel lungsbedingt eine Vielzahl von porenförmigen Hohlräumen aufweist. Im Nachgang zur
Herstel lung von sehr dünnen Papierkeramikschichten 1 1 können bei deren
Weiterverarbeitung zusätzl ich auch noch Fehlstel len in Form von Rissen entstehen, die ebenfal ls zu einer Verschlechterung der Isolationseigenschaften führen könnten. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 weist die Papierkeramikschicht 11 eine Ober- und Unterseite 11a, 11b auf und die erste Metallisierungsschicht bzw. Metallschicht 2 ist mit der Oberseite 11 a der Papierkeramikschicht 11 flächig verbunden. In einer alternativen, bevorzugten Ausführungsvariante weist das Substrat 1 zusätzlich zur ersten Metallschicht 2 eine zweite Metallschicht 3 auf, welche mit der Unterseite 11 b der Papierkeramikschicht 11 flächig verbunden ist. Hierbei weisen die Papierkeramikschicht 11 beispielhaft eine erste Schichtdicke d1 und die erste bzw. eine ggf. vorhandene zweite Metallschicht 2, 3 eine zweite Schichtdicke d2 auf.
Unter einer Papierkeramikschicht 11 bzw. einer papiertechnisch hergestellten Keramik wird im erfindungsgemäßen Sinne eine bei der Papierherstellung mit sinterfähigen keramischen, vorzugsweise pul verförmigen Füllstoffen angereichertes Papiergefüge verstanden, aus dem in einem Zwischenschritt ein präkeramisches Papiergefüge erzeugt wird. Vorzugsweise beträgt der Anteil des sinterfähigen keramischen Füllstoffes des präkeramischen Papiergefüges größer 80 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 80 und 90 Gew.-%. Die Herstellung derartiger
„Papierkeramiken" bzw. Papierkeramikschichten 11 ist prinzipiell bekannt. Als keramische Füllstoffe bzw. Hauptfüllstoffe des Papiergefüges eignen sich vor allem AI2O3, Si3N4, AIN, ZrO2, MgO, SiC und BeO oder auch Kombination wie beispielsweise ZTA, in Korngrößen von < 5vm bevorzugt < 1 vm. Als weitere keramische Füllstoffe bzw. Nebenfüllstoffe werden die jeweiligen typischen
Sinterhilfsmittel der Hauptfüllstoffe, und zwar beispielsweise Y2O3, CaO, MgO, SiO2 etc. in das Papiergefüge mit aufgenommen. Das entsprechende präkeramische Papiergefüge wird dann einem zweistufigen thermischen Umsetzungsprozess unterzogen und in erster Stufe aus dem präkeramisches Papiergefüge („Grünling") zunächst ein„Braunling" erzeugt, bei dem die organischen Komponenten des präkeramischen Papiergefüges, beispielsweise Zellstoff, Stärke und Latex oxidativ entfernt sind. Anschließend wird in der zweiten Stufe der„Braunling" einem
Sinterprozess zugeführt, wodurch ein keramischer Werkstoff, und zwar die
Papierkeramik mit den typischen Materialeigenschaften eines Keramikmaterials entsteht, wie beispielsweise einer hohen Biege- und Isolationsfestigkeit. Die Papierkeramikschicht 1 1 ist jedoch im Vergleich zu einer herkömml ichen
Keramikschicht leichter und vor der Durchführung des thermischen
Umsetzungsprozesses individuell verformbar. Auch kann das Ausgangsmaterial der Papierkeramikschicht 1 1 , und zwar das präkeramischen Papiergefüge aufgrund der Verformbarkeit als Rol lenware gelagert und weiterverarbeitet wird. Die
erfindungsgemäß verwendete Papierkeramikschicht 1 1 weist beispielsweise eine Schichtdicke d1 zwischen 50 μνη und 600 μνη, vorzugsweise 80 μνη und 1 50 μνη auf und besitzt ein E-Modul zwischen 90 GPa und 1 50 GPa. Im Rahmen des beschriebenen Herstel lungsverfahrens der Papierkeramikschicht 1 1 entsteht durch die oxidative Entfernung der organischen Komponenten im
Papiergefüge eine Vielzahl von porenförmigen Hohlräumen. Die porenförmigen Hohlräume können oberflächenseitig geöffnet oder vol lständig in der
Papierkeramikschicht 1 1 aufgenommen sind, d.h. sich innerhalb der
Papierkeramikschicht 1 1 erstrecken. Die porenförmigen Hohlräume weisen hierbei häufig die Form der oxidativ entfernten Zel lulosefasern auf und sind über die gesamte Papierkeramikschicht 1 1 annähernd gleichmäßig verteilt. Die
Papierkeramikschicht 1 1 weist aufgrund der Vielzahl der porenförmigen Hohlräume beispielsweise eine Porosität bzw. Restporosität kleiner als 50%, vorzugsweise kleiner als 30% auf, durch welche die Isolationsfestigkeit der Papierkeramikschicht 1 1 , insbesondere bei Verwendung dessen in einem Substrat 1 für elektrische
Schaltkreise beeinträchtigt ist. H ier setzt die Erfindung an.
Erfindungsgemäß ist die zumindest eine Metal lschicht 2, 3 über zumindest eine Klebstoffschicht 6, 6a, 6b mit der Papierkeramiksch icht 1 1 verbunden, und zwar wird die zumindest eine Klebstoffschicht 6, 6a, 6b durch Auftragen zumindest eines Klebstoffes 6a', 6a", 6b', 6b" auf die zumindest eine Metal lschicht 2, 3 und/oder auf die Ober - und/oder U nterseite 1 1 a, 1 1 b der Papierkeramikschicht 1 1 derart erzeugt, dass mittels des aufgetragenen Klebstoffes 6a', 6a", 6b', 6b" die porenförmigen Hohlräume in der Papierkeramikschicht 1 1 zumindest an deren Oberfläche, d.h. im Bereich der Ober- und/oder Unterseite 1 1 a, 1 1 b der Papierkeramikschicht 1 1 zumindest teilweise verfül lt sind. Damit werden zumindest die oberflächenseitig geöffneten porenförmigen Hohlräume in der Papierkeramikschicht 1 1 mittels des Klebstoffes 6a', 6a", 6b', 6b" verschlossen. Der Klebstoff wird bevorzugt zumindest teilweise in an die Ober- und/oder U nterseite 1 1 a, 1 1 b der Papierkeramikschicht 1 1 anschl ießenden bzw. in dessen Bereich angeordneten porenförmigen Hohlräume und ggf. ebenfal ls vorhandenen Risse der Papierkeramikschicht 1 1 im Rahmen der Herstel lung der Klebeverbindung zwischen der zumindest einen Metal lschicht 2, 3 und der Papierkeramikschicht 1 1 eingebracht, d.h. der Klebstoff 6a', 6a", 6b', 6b" dringt in die porenförmigen Hohlräume ein und verschl ießt diese vol lständig in dem sich an die Ober- und/oder U nterseite 1 1 a, 1 1 b der Papierkeramikschicht 1 1 anschl ießenden Abschnitt der Papierkeramikschicht 1 1 . Vorteilhaft wird hierdurch die bestehende Porosität der Papierkeramikschicht 1 1 auf unter 10% reduziert und damit dessen Isolationsfestigkeit deutl ich verbessert. Vorzugsweise werden mehr als die Hälfte der porenförmigen Hohlräume in der Papierkeramikschicht 1 1 zumindest teilweise mit dem Klebstoff verfül lt, und zwar im Anschluss an die durch den Klebstoffauftrag 6a', 6a", 6b', 6b" erzeugten Klebstoffschichten 6, 6a, 6b. In den Figuren 1 ist die Eindringtiefe des Klebstoffauftrags 6a', 6b' in die porenförmigen Hohlräume der Papierkeramikschicht 1 1 mittels einer strichl iert gezeichneten Linie angedeutet, d.h. der Klebstoff 6a', 6b' ist zumindest bis zu einem Drittel der an die Klebstoffschicht 6 anschl ießenden Schichtdicke d 1 in die Papierkeramikschicht 1 1 eingedrungen. Die Eindringtiefe des Klebstoffes 6a', 6b' beträgt damit beispielsweise mindestens ein Drittel der Schichtdicke d 1 der Papierkeramikschicht 1 1 .
Ausgehend von der eine Vielzahl von porenförmigen Hohlräumen aufweisenden, d.h. porösen Papierkeramikschicht 1 1 und der zumindest einen Metal lschicht 2, 3 werden diese derart mit einem Klebstoffauftrag 6a, 6b versehen, so dass im verbundenen Zustand eine Klebstoffschicht 6, 6a, 6b mit einer Schichtdicke d3 im Bereich zwischen 1 und 30 μνη, vorzugsweise zwischen 1 und 10 μνη entsteht. Die hierzu erforderl iche Klebstoffmenge wird derart bemessen, dass diese durch die gewünschte Schichtdicke d3 und den Abmessungen der Metallschicht 2,3 bzw. Papierkeramikschicht der Klebstoffschicht 6, 6a, 6b vorgegebene Volumen überschreitet, und zwar derart, dass mit der zusätzl ichen Klebstoffmenge nicht nur die porenförmigen Hohlräume zumindest teilweise verfül lt werden können, sondern auch ggf. noch ein Ausgleich der Oberflächenrauheit der jeweil igen Metal lschicht 2, 3 bzw. der Ober- und/oder U nterseite 1 1 a, 1 1 b der Papierkeramikschicht 1 1 erfolgt. Der Klebstoffauftrag kann unter Verwendung von bekannten Verfahren erfolgen, wobei insbesondere auch eine Vorhärtung des aufgetragenen Klebers, insbesondere eine Temperaturbehandlung dessen erfolgen kann, um ggf. im Klebstoff enthalten flüchtige Bestandteile wie beispielsweise Lösemittel oder Reaktionsprodukte zu entfernen.
Bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Substrates 1 kann der Klebstoffauftrag auf unterschiedliche Varianten erfolgen. Prinzipiell werden zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Substrates 1 für elektrische Schaltkreise beispielsweise zumindest eine Papierkeramikschicht 11 und zumindest eine Metall- bzw.
Metallisierungsschicht 2, 3 und der zur Herstellung der Klebeverbindungen erforderliche Klebstoff 6a', 6b', 6a", 6b" bereitgestellt. Mittels eines vorzugsweise automatisierten Herstellungsverfahrens werden ausgehend hiervon in den
nachfolgenden Schritten eine Klebeverbindung über zumindest eine Klebstoffschicht 6, 6a, 6b zwischen der zumindest eine Papierkeramikschicht 11 und zumindest eine Metall- bzw. Metallisierungsschicht 2, 3 erzeugt. Die Erzeugung der Klebstoffschicht 6, 6a, 6b bzw. der hierzu erforderliche Klebstoffauftrag 6a', 6a", 6b', 6b" und damit auch das Verfüllen der porenförmigen Hohlräume der Papierkeramikschicht 11 kann mittels unterschiedlicher Verfahrensvarianten erfolgen.
Beispielsweise kann in einer ersten Ausführungsvariante der Klebstoff 6a", 6b" ausschließlich auf die jeweilige Oberflächenseite der Metallschicht 2, 3 aufgebracht werden und im Anschluss daran diese dann mit der Ober- bzw. Unterseite 11a, 11b der Papierkeramikschicht 11 verklebt werden. Alternativ hierzu kann der Klebstoff 6a', 6b' ausschließlich auf der Ober- und/oder Unterseite 11a, 11b der
Papierkeramikschicht 11 aufgetragen werden und dann darauf die jeweilige
Metallschicht 2, 3 hiermit verklebt werden. Analog hierzu kann der Klebstoff 6a', 6b', 6a", 6b" gemäß der in den Figuren 2a bis 2c dargestellten Ausführungsvariante sowohl auf der Ober- und/oder Unterseite 11a, 11b der Papierkeramikschicht 11 als auch auf der Metallschicht 2, 3 aufgetragen werden.
Durch entsprechendes Fügen der mit dem jeweiligen Klebstoffauftrag 6a', 6b', 6a", 6b" versehenen Papierkeramikschicht 11 mit den Metallschichten 2, 3 entstehen dann die gewünschten Klebstoffschichten 6a, 6b, welche sich aus den Klebstoffaufträgen 6a', 6b', 6a", 6b" zusammensetzen und neben der Herstellung der mechanischen Verbindung zwischen der Papierkeramikschicht 11 und der jeweiligen Metallschicht 2, 3 darüber hinaus ein zumindest oberflächiges Verfüllen der porenförmigen Hohlräume in der Papierkeramikschicht 11 gewährleisten.
Schließlich ist auch denkbar den Klebstoff 6a', 6b' nur über die Oberseite 11 a oder die Unterseite 11b der Papierkeramikschicht 11 aufzubringen und diesen über die porenförmigen Hohlräume auf die jeweils gegenüberliegende Unter- bzw. Oberseite 11b, 11 a zu transportieren, d.h. die Papierkeramikschicht 11 mittels eines einseitigen Klebstoffauftrags 6a', 6b' zu übersättigen. Bei dieser Ausführungsvariante ist ein nahezu vollständiges Verfüllen der porenförmigen Hohlräume der
Papierkeramikschicht 11 erforderlich. Die mit dem jeweiligen Klebstoffauftrag versehenen Schichten, insbesondere der Papierkeramikschicht 11 und/oder der Metallschichten 2, 3 werden vorzugsweise unter Verwendung eines Laminationsprozess gefügt, und zwar unter einem
vorgegebenen Druck und/oder Temperatur. Der Druck ist hierbei derart bemessen, dass eine flächenmäßig homogene und blasenfreie Anbindung der Metallschichten 2, 3 an der Papierkeramikschicht 11 gewährleistet ist. Vorzugsweise wird hierbei die Durchbiegung des Substrats 1 auf ein Minimum reduziert. Beispielsweise können Rollen- und/oder Flachlaminatoren beim Laminationsprozess zum Einsatz kommen.
Als Klebstoffe zur Erzeugung der Klebstoffschicht 6, 6' können unterschiedliche Klebstoffe Verwendung finden, die nach dem Aushärten eine Temperaturstabilität von mindestens 100°C aufweisen. Beispielsweise können chemisch und/oder physikalisch aushärtbare Klebstoffe aus der Gruppe der Polyurethane, Epoxidharze, Polyimide und Methyl metacrylat verwendet werden, die als ein oder zwei
Komponentenkleber aufgetragen werden und unter Temperaturerhöhung und/oder Druckerhöhung aushärten. Die entsprechend ausgehärteten Klebstoffschichten 6, 6a, 6b zwischen den Metallschichten 2, 3 und der Papierkeramikschicht 11 weisen dann vorzugsweise eine Temperaturstabilität von 100°C bis 350 °C auf. Ferner können zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit der Klebstoffschicht 6, 6a, 6b dem jeweils verwendeten Klebstoff feindisperse Partikel, die zwar elektrisch nicht-leitend ausgebildet sind, jedoch eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen, und zwar beispielsweise Si3N4, ALN oder AL203, beigemischt werden. Bevorzugt finden jedoch Kleber bzw. Klebstoffe niedriger Viskosität Anwendung, und zwar
vorzugsweise kleiner 30 Pas, um die poröse Ober- und Unterseite 1 1 a, 1 1 b der
Papierkeramikschicht 5 zu verfüllen und damit die Isolationsfestigkeit des Substrates 1 zu erhöhen. Auch können zur Herstellung der Klebstoffschichten 6, 6a, 6b unterschiedliche Klebstoffe verwendet werden, welche beispielsweise ein
unterschiedliche Viskosität aufweisen. So sollten vorzugsweise die zum Verfüllen der porenförmigen Hohlräume und Herstellen der Klebeverbindung vorgesehenen Klebstoffe 6a', 6b', die direkt auf die Ober- und/oder Unterseite 1 1 a, 1 1 b der Papierkeramikschicht 1 1 aufgetragen werden, eine niedrige Viskosität aufweisen, um ein einfaches Eindringen in die porenförmigen Hohlräume zu gewährleisten. Beim Aufbringen eines zusätzlichen Klebstoffes 6a", 6b" auf die Metallschichten 2, 3 zur Herstellung der Klebstoffschichten 6a, 6b können dann unterschiedliche und/oder dickflüssigere Klebstoffe mit einer höheren Viskosität Anwendung finden.
Die Metallschichten bzw. Metallisierungsschichten 2, 3 sind beispielsweise unter Verwendung von dünnen Metallblechen oder Metallfolien hergestellt. Als
Ausgangsmaterialien können beispielsweise Kupfer, Aluminium, Gold, Silber Zinn, Zink, Molybdän, Wolfram, Cr oder deren Legierungen verwendet werden. Auch ist die Verwendung von Kompositen, d.h. Laminaten oder pulvermetallurgische
Mischungen aus verschiedenen Metallen möglich. Die verwendeten Metallschichten 2, 3 weisen abhängig vom jeweils verwendeten Material Schichtdicken d2 zwischen 10 vm bis 5mm auf. Auch können an sich bekannte
Widerstandslegierungsmaterialien, die unter den Produktbezeichnungen Manganin, Ceranin oder Isaohm vertrieben werden, zur Herstellung der Metallschichten 2, 3 Anwendung finden. Die Ober- und Unterseite 1 1 a, 1 1 b der Papierkeramikschicht 5 können mit aus unterschiedlichen Metallen hergestellten Metallschichten 2, 3 oder Laminat- oder Kompositschichten verklebt werden, beispielsweise eine Kombination aus einer Kupferschicht und einer Aluminiumschicht oder eine Kombination aus einer Manganinschicht und einer Aluminiumschicht. Die Schichtdicken d2 der
Metallschichten 2, 3 können gleich oder unterschiedlich sein, und zwar unabhängig von Schichtdicke d1 der papiertechnisch hergestellten Keramik bzw.
Papierkeramikschicht 11.
Beispielsweise kann die zweite Metallschicht 3 oder Verbund- bzw. Kompositschicht einen Kühlkörper ausbilden oder aufweisen, wobei die den Kühlkörper bildende Metallschicht auf ihrer der Klebstoffschicht 6' gegenüberliegenden Oberflächenseite eine Profilierung zur Oberflächenvergrößerung aufweisen kann, die
unterschiedlichster Gestalt, insbesondere im Hinblick auf Form, Anordnung und Tiefe vorhandener Ausnehmungen ausgebildet sein kann.
Die erfindungsgemäßen Substrate 1 dienen als Leiterplatten für elektrische oder elektronische Schaltkreise oder Schaltungsmodule, insbesondere für elektronische Leistungsschaltungen. Hierzu wird zumindest die erste Metallschicht 2 mittels an sich bekannter Maskierungs- und Ätztechnologien in mehrere
Metallisierungsabschnitte strukturiert, die beispielsweise Leiterbahnen, Kontakt- und/oder Anschlussflächen ausbilden. Vorzugsweise erfolgt die Strukturierung der ersten Metallschicht 2 nach der Herstellung des Substrates 1. Aufgrund der sehr dünnen Papierkeramikschicht 11 wird vorzugsweise nur eine der Metallisierungen bzw. Metallschicht 2, 3 des Substrates 1 strukturiert, um eine ausreichende Stabilität des Substrates 1 zu gewährleisten. Bei einer entsprechenden, Stabilitätsverstärkend Zwischenschicht ist jedoch auch eine Strukturierung beider Metallisierungen bzw. Metallschichten 2, 3 des Substrates 1 möglich.
Diese Art des Strukturierens zählt zu den subtraktiven Verfahren beim dem in einem nasschemischen Prozess ein Teil der Metallisierung entfernt oder geschwächt wird. Demgegenüber können für o.g. Substrate 1 auch durch additive Verfahren wie beispielsweise eine galvanische Abscheidung zum Einsatz kommen um lokal oder ganzflächig die Schichtdicke der Metallisierung zu erhöhen. Dies kann z.B. auch durch Auflöten von Formteilen an definierten Stellen des strukturierten Substrats erfolgen. Auch ist eine Herstellung der erfindungsgemäßen Substrate 1 in Form von
Mehrfachsubstraten möglich, welche nach erfolgter Fertigung zu den gewünschten Substraten 1 vereinzelt werden. Die Vereinzelung erfolgt bei den erfindungsgemäßen Substraten 1 beispielsweise mittels mechanischer Bearbeitungsvorgänge wie beispielsweise Sägen, Schneiden oder Stanzen oder unter Verwendung einer Lasereinheit oder einer Wasserstrahlschneide. Demnach erstreckt sich die
unstrukturierte Metallschicht 7 unterschiedlich zum Stand der Technik vorzugsweise auch bis zum Rand der Schnittkante des jeweiligen Substrates 1. Bei einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäß verbesserten Substrate 10 gemäß der Fig.2 weist das Substrat 10 zumindest eine Verbundschicht 12 mit einer Metallschicht 13 und zumindest einer Aluminiumschicht 14 auf, die mittels einer Klebstoffschicht 6 mit der Papierkeramikschicht 11 verbunden ist. Die Aluminiumschicht 14 der Verbundschicht 12 kann zumindest teilweise eloxiert ausgebildet sein, so dass eine Eloxalschicht 15 entsteht, die über die Klebstoffschicht 16 mit der Papierkeramikschicht 11 verbunden ist. Die Eloxalschicht 15 wird als Haftverbesserer vorgesehen, um die an sich glatte Oberfläche der Aluminiumschicht 14 durch die aufgeraute Eloxalschicht 15 zu ersetzen, die eine hohe Haftkraft der Klebeverbindung zwischen der Papierkeramikschicht 11 und der Verbundschicht 12 gewährleistet. Hierzu weist die Eloxalschicht 15 eine Schichtdicke zwischen 1 μνη
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Auch können durch Verwendung einer entsprechenden Prozesstemperatur von 120°C bis zu 160°C bestehende Risse und/oder porenförmige Hohlräume in der Papierkeramikschicht 11 aufgeweitet werden und diese dann einfach mit dem Klebstoff 6a', 6b' verfüllt werden. Die Temperaturerhöhung kann hierbei stufenartig oder kontinuierlich über einen vorgegebenen Zeitraum erfolgen. Vorteilhaft erfolgt bei einer stufenartigen Temperaturerhöhung ein Ausdampfen von im Kleber eventuell enthaltener Lösemittel bzw. Verdünner. Zur Verbesserung der Leitfähigkeit der verwendeten Klebstoffe können dieser in einer Ausführungsvariante der
Erfindung auch mit Nanofasern angereicht sein. In einer weiteren Ausführungsvariante weist die jeweilige Klebstoffschicht 6 zumindest zwei unterschiedliche Klebstoffe auf, die vorzugsweise schichtartig hintereinander aufgetragen werden. Beispielsweise können Klebstoffe
unterschiedlicher Viskosität Verwendung finden, wobei der eine Klebstoff mit geringerer Viskosität zum Verfüllen der porenförmigen Hohlräume in der
Papierkeramikschicht 11 und der weitere Klebstoff mit höher Viskosität zur
Herstellung der Klebeverbindung des Schichtenverbundes vorgesehen wird.
Es versteht sich, dass mittels des beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens auch die Herstellung von Substraten 1 mit unterschiedlichsten Schichtaufbauten und insbesondere der Aufbau von Modulen umfassend mehrere Einzel-Substrate 1 möglich ist.
Neben dem beschrieben zwei- oder dreischichtigen Substraten 1, die über entsprechende Klebstoffverbindungen miteinander verbunden sind, können auch mehrere Lagen aus abwechselnden Metallschichten und papiertechnisch
hergestellten Keramikschichten vorgesehen werden. Dadurch können beispielsweise innerhalb des Substrates 1 befindliche Leiterbahnen geschaffen werden, die mit elektrischer Durchkontaktierungen, so genannten Via's mit der äußeren elektrischen Beschaltung des Substrates 1 verbunden sind.
Auch können mehrschichtige Verbundschichten 12 zum Einsatz kommen, die unterschiedliche Metallschichten aufweisen und über weitere, an sich bekannte Verbindungstechnologien wie beispielsweise eine DCB- oder AMB-Verbindung miteinander flächig verbunden sind.
Auch können beispielsweise ein Metallschicht 2 und eine Papierkeramikschicht 11 aufweisende erfindungsgemäße Substrate 1 direkt auf einen Kühlkörper geklebt, gefügt oder gelötet werden, und zwar unter Verwendung einer
hochtemperaturstabilen Verbindungsschicht bzw. einer entsprechenden
Verbindungstechnologie. Zur Minimierung der Porosität der Papierkeramikschicht 1 1 vor der Herstel lung des erfindungsgemäßen Substrates 1 können weitere Vorbehandlungen durchgeführt werden, und zwar kann dies noch im Papierzustand und/oder auch an der bereits erzeugten Keramik erfolgen.
Im Papierzustand kann ein dem Papierherstel lungsprozess nachgeschaltetes Pressen, beispielsweise mittels Kalandrieren oder eine Besch ichtung des Papier zu einer Verringerung der porenförmigen Hohlräume beitragen. Zur Reduzierung der Restporosität kann die bereits gesinterte Papierkeramikschicht 1 1 beispielsweise noch ein- oder beidseitig beschichtet werden, beispielsweise mittels Sol-Gel-Technologie, Tauchen, Sprühen oder Streichen. Im Anschluss daran ist jedoch ein erneutes Sintern der beschichten Papierkeramikschicht erforderl ich. Auch können die porenförmigen Hohlräume zumindest teilweise mit artgleichen oder anderen keramischen Materialen verfül lt werden, und zwar beispielsweise mittels Suspensionen aus feinen keramischen Pulvern oder auch Glaspulver an mit Korngrößen die deutl ich unter der durch die Zel lulosefasern verursachten
Porengröße von > 5 vm l iegen. Alternativ bieten sich auch Material ien wie
Wasserglas oder organische, aushärtbare Material ien an.
Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen mögl ich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrunde liegend Erfindungsgedanke verlassen wird.
Bezugszeichenliste
1, 10 Substrat
2 erste Metallschicht bzw. Metallisierungsschicht
3 zweite Metallschicht bzw. Metallisierungsschicht
6, 6a, 6b Klebstoffschicht
6a', 6a", 6b', 6b" Klebstoff bzw. Klebstoffauftrag
11 Papierkeramikschicht
12 Verbundschicht
13 Metallschicht
14 Aluminiumschicht
15 Eloxalschicht d1 -d3 Schichtdicken

Claims

Patentansprüche
1 . Substrat (1 , 1 0) für elektrische Schaltkreise umfassend zumindest eine
Metal lschicht (2, 3, 14) und eine mit der zumindest einen Metal lschicht (2, 3, 14) flächig verbundene Papierkeramikschicht (1 1 ) mit einer Ober- und Unterseite (1 1 a, 1 1 b), wobei die Papierkeramikschicht (1 1 ) eine Vielzahl von porenförmigen Hohlräumen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Metal lschicht (2, 3, 14) über zumindest eine Klebstoffschicht (6, 6a, 6b) mit der Papierkeramikschicht (1 1 ) verbunden ist, die durch
Auftragen zumindest eines Klebstoffes (6a', 6a", 6b', 6b") auf die
Metal lschicht (2, 3, 14) und/oder auf die Papierkeramikschicht (1 1 ) hergestel lt ist, wobei mittels des aufgetragenen Klebstoffes (6a', 6a", 6b', 6b") die porenförmigen Hohlräume in der Papierkeramikschicht (1 1 ) zumindest oberflächenseitig verfüllt sind.
2. Substrat nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Papierkeramikschicht nach dem Verfül len mit Klebstoff (6a', 6a", 6b', 6b") eine Porosität unter 1 0%, vorzugsweise unter 5% aufweist.
3. Substrat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
zumindest eine Metal lschicht (14) mit zumindest einer weiteren Metal lschicht (1 3) zu einer Verbundschicht (1 2) verbunden ist.
4. Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Papierkeramikschicht (1 1 ) eine Schichtdicke (d 1 ) zwischen 50 μνη und 600 ;m, vorzugsweise 80 μνη und 1 50 μνη.
5. Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Papierkeramikschicht (1 1 ) ein E-Modul zwischen 90 GPa und 1 50 GPa aufweist.
6. Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Papierkeramikschicht (11) aus einem mit einem sinterfähigen keramischen Füllstoffen angereicherten Papiergefüge mittels thermischer Umsetzung hergestellt ist, wobei der Anteil des sinterfähigen keramischen Füllstoffe des angereicherten Papiergefüges größer 80 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 80 und 90 Gew.-% beträgt.
7. Substrat nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als keramische
Füllstoffe des Papiergefüges AI203, Si3N4, AIN, Zr02, MgO, SiC, BeO oder eine Kombination dessen sowie zugehörige typische Sinterhilfsmittel, beispielsweise Y203, CaO, MgO, SiO2 vorgesehen sind.
8. Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Papierkeramikschicht (11) eine Ober- und Unterseite (11a, 11b) aufweist und die Oberseite (11a) mittels einer Klebstoffschicht (6a) mit einer ersten
Metallschicht (2) und die Unterseite (11 b) mittels einer weiteren
Klebstoffschicht (6b) mit einer zweiten Metallschicht (3) flächig verbunden sind.
9. Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Herstellung der Klebstoffschicht (6, 6a, 6b) verwendete Klebstoff (6a', 6a", 6b', 6b") eine Viskosität kleiner 30 Pas aufweist.
10. Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke (d3) der Klebstoffschicht (6, 6a, 6b) zwischen 1 und 30 vm, vorzugsweise zwischen 1 und 10 μνη beträgt.
11. Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebstoffschicht (6, 6a, 6b) aus einem chemisch und/oder physikalisch aushärtbaren Klebstoff aus der Gruppe der Polyurethane, Epoxidharze, Polyimide oder Methyl metacrylat hergestellt ist und/oder dass die
Klebstoffschicht (6, 6a, 6b) aus zumindest zwei unterschiedlichen Klebstoffen mit ggf. einer unterschiedlichen Viskosität hergestellt ist.
12. Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Eindringtiefe des Klebstoffes (6a', 6b') in die Papierkeramikschicht (1 1 ) zumindest ein Drittel der an die Klebstoffschicht (6a, 6b) anschließenden Schichtdicke (d1 ) der Papierkeramikschicht (1 1 ) beträgt.
1 3. Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die porenförmigen Hohlräume in der Papierkeramiksch icht (1 1 ) nahezu vol lständig mit Klebstoff (6a', 6b') gefüllt sind.
14. Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die zumindest eine Metal lschicht (2, 3, 1 3, 14) aus Kupfer, Aluminium, Gold, Silber Zinn, Zink, Molybdän, Wolfram, Cr oder deren Legierungen hergestel lt ist.
1 5. Substrat nach einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbundschicht (1 2) eine Metal lschicht (1 3) und zumindest einer Aluminiumschicht oder Aluminiumlegierungsschicht (14) aufweist.
1 6. Substrat nach Anspruch 1 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Metal lschicht (1 3) als Kupferschicht oder Kupferlegierungsschicht (1 3) mit einer
Schichtdicke zwischen 35 μνη und 2 mm und die Aluminiumschicht oder Aluminiumlegierungsschicht (14) eine Schichtdicke zwischen 10 μνη und 300 jum aufweist.
1 7. Substrat nach Anspruch 1 5 oder 1 6, dadurch gekennzeichnet, dass die
Aluminiumschicht (14) der Verbundschicht (1 2) zur Erzeugung einer
Eloxalschicht (1 5) an der der Metal lschicht (1 3) gegenüberl iegenden
Oberfläche eloxiert ist.
18. Verfahren zur Herstel lung eines Substrates für elektrische Schaltkreise
umfassend zumindest eine Metallschicht (2, 3, 1 3) und zumindest eine Papierkeramikschicht (1 1 ) mit einer Ober- und U nterseite (1 1 a, 1 1 b), bei dem zumindest die Ober- oder Unterseite (11a, 11b) mit der zumindest einen Metallschicht (13) flächig verbunden werden, wobei die Papierkeramikschicht (11) eine Vielzahl von porenförmigen Hohlräumen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass auf die zumindest eine Metallschicht (2, 3, 14) und/oder auf die Ober- und/oder Unterseite (11a, 11b) der Papierkeramikschicht (11) Klebstoff (6a', 6a", 6b', 6b") zur Herstellung zumindest einer Klebstoffschicht (6, 6a, 6b) flächig aufgetragen wird, und zwar derart, dass mittels des aufgetragenen Klebstoffes (6a', 6a", 6b', 6b") die porenförmigen Hohlräume in der Papierkeramikschicht (11) zumindest oberflächenseitig verfüllt werden.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff (6a", 6b") ausschließlich auf die Oberflächenseite der zumindest einen Metallschicht (2, 3) flächige aufgebracht und anschließend mit der Ober- oder Unterseite (11a, 11b) der Papierkeramikschicht (11 ) verklebt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff (6a', 6b') ausschließlich auf die Ober- und/oder Unterseite (11a, 11b) der
Papierkeramikschicht (11) flächig aufgebracht und anschließend mit der zumindest einen Metallschicht (2, 3) verklebt wird.
21. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff (6a', 6a", 6b', 6b") sowohl auf die Oberflächenseite der zumindest einen
Metallschicht (2, 3) als auch auf die Ober- und/oder Unterseite (11a, 11b) der Papierkeramikschicht (11) flächig aufgebracht und anschließend beide miteinander verklebt werden.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass auf die
zumindest eine Metallschicht (2, 3) und die Ober- und/oder Unterseite (11 a, 11 b) der Papierkeramikschicht (11) zumindest zwei unterschiedliche
Klebstoffe aufgetragen werden, wobei die Viskosität des auf die
Papierkeramikschicht (11) aufgetragenen Klebstoffes (6a', 6b') vorzugsweise geringer als die Viskosität des auf die Metal lschicht (2, 3) aufgetragenen Klebstoffes (6a", 6b") ist.
23. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass ausschl ießl ich über die Ober- oder U nterseite (1 1 a, 1 1 b) der Papierkeramikschicht (1 1 ) flächig Klebstoff (6a', 6b') aufgebracht wird, wobei die Klebstoffmenge derart bemessen ist, dass die porenförmigen Hohlräume nahezu vol lständig verfül lt sind.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 8 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendete Klebstoffmenge derart eingestel lt wird, dass im verbundenen Zustand eine Klebstoffschicht (6, 6a, 6b) mit einer Schichtdicke (d3) im Bereich zwischen 1 und 30 μνη, vorzugsweise zwischen 1 und 1 0 μνη entsteht.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 8 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die porenförmigen Hohlräume der Papierkeramikschicht (1 1 ) derart mit Klebstoff (6a', 6a", 6b', 6b") verfül lt werden, dass die Papierkeramikschicht (1 1 ) nach dem Verfül len eine Porosität unter 1 0%, vorzugsweise unter 5% aufweist.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 8 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des aufgetragenen Klebstoffes (6a', 6b') die porenförmigen Hohlräume entlang mindestens eines Drittels der Schichtdicke (d 1 ) der Papierkeramikschicht 1 1 verfüllt werden.
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