DE102013104739B4

DE102013104739B4 - Metall-Keramik-Substrate sowie Verfahren zum Herstellen eines Metall-Keramik-Substrates

Info

Publication number: DE102013104739B4
Application number: DE102013104739.4A
Authority: DE
Inventors: Fabian Hierstetter; Christoph Wehe; Xinhe Tang; Andreas Meyer
Original assignee: Rogers Germany GmbH
Current assignee: Rogers Germany GmbH
Priority date: 2013-03-14
Filing date: 2013-05-08
Publication date: 2022-10-27
Anticipated expiration: 2033-05-09
Also published as: DE102013104739A1

Abstract

Metall-Keramik-Substrat umfassend zumindest eine Keramikschicht (2), die an zumindest einer Oberflächenseite (2.1) mit wenigstens einer Metallisierung (3) mit einer Schichtdicke (D) von wenigstens 0,1 mm versehen ist, die zur Ausbildung von Leiterbahnen und/oder Kontakt- oder Anschlussflächen (5, 5a, 5b) derart strukturiert ist, dass im äußeren Randbereich (3') der strukturierten Metallisierung (3) ein sich zumindest abschnittsweise entlang des äußeren Randbereiches (3') erstreckender Metallisierungsabschnitt (3a, 3b) mit reduzierter Schichtdicke (DR) entsteht, wobei der schichtdickenreduzierte Metallisierungsabschnitt (3a, 3b) mit einer Beschichtung aus einem Füllmaterial (6) versehen ist, wobei das Füllmaterial (6) aus einem Kunststoffmaterial mit einem Keramikanteil und/oder graphitisierten Kohlenstoffanteil hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein bündiger Übergang zwischen der Oberseite der Metallisierung (3) und der Oberseite der Beschichtung aus dem Füllmaterial (6) gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft Metall-Keramik-Substrate gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 13 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Metall-Keramik-Substrates gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 14.
Metall-Keramik-Substrate in Form von Leiterplatten bestehend aus einer Keramikschicht und wenigstens einer mit einer Oberflächenseite der Keramikschicht verbundenen und zur Ausbildung von Leiterbahnen, Kontakten, Kontakt- oder Anschlussflächen strukturierten Metallisierung sind in verschiedensten Ausführungen bekannt. Derartige Metall-Keramik-Substrate finden beispielsweise Verwendung zum Aufbau von Leistungshalbleiter-Modulen.
Zum Verbinden von die Metallisierung bildenden Metallfolien oder Metallschichten miteinander oder mit einem Keramiksubstrat bzw. einer Keramikschicht ist ferner das sogenannte „DCB-Verfahren“ („Direct-Copper-Bonding“) bekannt. Dabei werden Metallschichten, vorzugsweise Kupferschichten oder -folien miteinander und/oder mit einer Keramikschicht verbunden, und zwar unter Verwendung von Metall- bzw. Kupferblechen oder Metall- bzw. Kupferfolien, die an ihren Oberflächenseiten eine Schicht oder einen Überzug („Aufschmelzschicht“) aus einer chemischen Verbindung aus dem Metall und einem reaktiven Gas, bevorzugt Sauerstoff aufweisen. Bei diesem beispielsweise in der US 3 744 120 A oder in der DE 23 19 854 A beschriebenen Verfahren bildet diese Schicht oder dieser Überzug („Aufschmelzschicht“) ein Eutektikum mit einer Schmelztemperatur unter der Schmelztemperatur des Metalls (z.B. Kupfers), so dass durch Auflegen der Metall- 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 des Kupferfolie mit der gleichmäßige Kupferoxidschicht auf die Keramikschicht;
• - Erhitzen des Verbundes auf eine Prozesstemperatur zwischen etwa 1025 bis 1083°C, beispielsweise auf ca. 1071 °C;
• - Abkühlen auf Raumtemperatur.

Ferner ist aus den Druckschriften DE 22 13 115 A und EP 0 153 618 A das sogenannte Aktivlot-Verfahren zum Verbinden von Metallisierungen bildenden Metallschichten oder Metallfolien, insbesondere auch von Kupferschichten oder Kupferfolien mit einem Keramikmaterial bzw. einer Keramikschicht bekannt. Bei diesem Verfahren, welches speziell auch zum Herstellen von Metall-Keramik-Substraten verwendet wird, wird bei einer Temperatur zwischen ca. 800-1000°C eine Verbindung zwischen einer Metallfolie, beispielsweise Kupferfolie, und einem Keramiksubstrat, beispielsweise einer Aluminiumnitrid-Keramik, unter Verwendung eines Hartlots hergestellt, welches zusätzlich zu einer Hauptkomponente, wie Kupfer, Silber und/oder Gold auch ein Aktivmetall enthält. Dieses Aktivmetall, welches beispielsweise wenigstens ein Element der Gruppe Hf, Ti, Zr, Nb, Ce ist, stellt durch eine chemische Reaktion eine Verbindung zwischen dem Hartlot und der Keramik her, während die Verbindung zwischen dem Hartlot und dem Metall eine metallische Hartlöt-Verbindung ist.
Auch sind Verfahren zur flächigen Verbindung einer Aluminiumschicht mit einer Keramikschicht unter der Bezeichnung „Direct-Aluminium-Bonding“ („DAB-Verfahren“) bekannt. Grundsätzlich können auch Klebeverbindungen oder Klebe-Techniken unter Verwendung von Kunststoff-Klebern, beispielsweise unter Verwendung von Klebern auf Epoxyharz-Basis für ein derartiges Bonden zweier Schichten verwendet werden, und zwar insbesondere auch faserverstärkte Kleber. Bekannt ist insbesondere auch die Verwendung von speziellen Klebern, die Carbon-Fasern und/oder Carbon-Nanofasern und/oder Carbon-Nanotubes enthalten, und/oder Kleber, mit denen eine thermische und/oder elektrisch gut leitende Klebeverbindung möglich ist. Genannte Verbindungstechnologien können bei Vorsehen mehrere Metallschichten sowohl an der Unter- als auch der Oberseite der Keramikschicht selbstverständlich auch in Kombination Anwendung finden.
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 am Übergang zwischen diesen Schichten bei Temperaturschwankungen erhebliche mechanische Druck- oder Zugspannungen, deren Gradient im Keramikmaterial am Rand der Metallschicht besonders groß ist und zu Rissen im Bereich der Oberfläche der Keramikschicht führt.
Auch ist bekannt, dass durch eine Strukturierung der Metallisierung bzw. Metallschicht, die bereits häufig durch das für den Schaltkreis notwendige Layout vorgegeben ist, der Gradient der Zug- und Druckspannungen verringert werden kann.
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.
Aus der US 2008 / 0 164 588 A1 ist ein Leistungshalbleitermodul bekannt, welches eine Keramikschicht aufweist, auf deren Oberseite wenigstens eine Metallisierung vorgesehen ist, welche zur Ausbildung von Kontakt- oder Anschlussflächen strukturiert ist. Ferner weist zumindest eine der eine Kontakt- oder Anschlussflächen bildenden Metallisierung einen sich zumindest abschnittsweise entlang des äußeren Randbereiches der Metallisierung erstreckenden Metallisierungsabschnitt mit reduzierter Schichtdicke auf. Das gesamte Leistungshalbleitermodul ist oberseitig eingekapselt ausgebildet.
Ferner ist aus der US 6 054 762 A , DE 199 27 046 B4 , EP 0 789 397 A2 ein Metall-Keramik-Substrat mit Keramikschicht und einer darauf befindlichen Metallisierung bekannt, bei der im äußeren Randbereich der Metallisierung zumindest abschnittsweise ein schichtdickenreduzierter Metallisierungsbereich vorgesehen ist.
Aus der US 2007 / 0 224 400 A1 ist ein Metall-Keramik-Substrat mit einer Keramikschicht und auf dieser angeordneten Kontaktflächen bekannt, wobei die Kontaktflächen mit einer Metallisierung versehen sind und eine Schichtdicke von lediglich 20µm aufweisen. In einzelnen Ausführungsvarianten ist im äußeren Randbereich der Kontaktflächen eine Glasschicht mit einem zweischichtigen Aufbau, und zwar umfassend eine erste Glasunterschicht und eine zweite Glasunterschicht, vorgesehen, welche sich über die äußeren Randbereich der Kontaktflächen auf die Unterseite der Keramikschicht erstreckt und damit den vollständigen Randbereich, einschließlich der Stirnseiten der Kontaktflächen abdeckt.
Aus der gattungsbildenden JP 2002 - 76 197 A und der EP 0 921 565 A2 sind jeweils Metall-Keramik-Substrate bekannt, bei denen die Metallisierung und die Keramik von einer Beschichtung aus einem Füllmaterial bedeckt sind. Insbesondere aus der JP 2002 - 76 197 A ist es bekannt, das Füllmaterial mit einem Keramikmaterial zu ergänzen.
Ausgehend von dem voranstehend genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Metall-Keramik-Substrates als auch zugehöriges Verfahren zur Herstellung eines Metall-Keramik-Substrates aufzuzeigen, welches eine verbesserte Temperaturwechselbeständigkeit aufweist. Die Aufgabe wird durch ein Metall-Keramik-Substrat bzw. ein Verfahren zu dessen Herstellung gemäß der Patentansprüche 1, 13 . und 14 gelöst.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Metall-Keramik-Substrat vorgesehen, umfassend zumindest eine Keramikschicht, die an zumindest einer Oberflächenseite mit wenigstens einer Metallisierung mit einer Schichtdicke von wenigstens 0,1 mm versehen ist, die zur Ausbildung von Leiterbahnen und/oder Kontakt- oder Anschlussflächen derart strukturiert ist, dass im äußeren Randbereich der strukturierten Metallisierung ein sich zumindest abschnittsweise entlang des äußeren Randbereiches erstreckender Metallisierungsabschnitt mit reduzierter Schichtdicke entsteht, wobei der schichtdickenreduzierte Metallisierungsabschnitt mit einer Beschichtung aus einem Füllmaterial versehen ist, wobei das Füllmaterial aus einem Kunststoffmaterial mit einem Keramikanteil und/oder graphitisierten Kohlenstoffanteil hergestellt ist, wobei ein bündiger Übergang zwischen der Oberseite der Metallisierung und der Oberseite der Schicht Beschichtung aus dem Füllmaterial gebildet ist
Der wesentliche Aspekt des erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Substrates ist darin zu sehen, dass der schichtdickenreduzierte Metallisierungsabschnitt mit einer Beschichtung aus einem Füllmaterial versehen ist. Besonders vorteilhaft wird durch die erfindungsgemäße Beschichtung des schichtdickenreduzierten Randbereiches der strukturierten Metallisierung eine merkliche Verbesserung der Temperaturwechselbeständigkeit erreicht. Das verwendete Füllmaterial ist vorzugsweise kompatibel mit diversen Metallisierungsverfahren, beispielsweise Nickelbad, Goldbad, Silberbad und auch säuren- und laugenbeständig. Schließlich weist das Füllmaterial auch eine Hitzebeständigkeit größer 350°C auf.
Besonders vorteilhaft ist in einer ersten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Substrat der schichtdickenreduzierte Metallisierungsabschnitt durch einen stufenartig ausgebildeten äußeren Randabschnitt der Metallisierung gebildet, der vorzugsweise vollflächig mit dem Füllmaterial beschichtet ist. Die reduzierte Schichtdicke des Metallisierungsabschnittes und die Schichtdicke des Füllmaterials entsprechen in Summe näherungsweise der Schichtdicke der Metallisierung, d.h. es entsteht erfindungsgemäß ein bündiger Übergang zwischen Oberseite Metallisierung und Oberseite der Schicht aus dem Füllmaterial. Auch kann sich die Schicht aus dem Füllmaterial über den äußeren Randabschnitt in den anschließenden freigeätzten Bereich der Keramikschicht erstrecken.
In einer zweiten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Substrates ist der schichtdickenreduzierte Metallisierungsabschnitt durch eine vorzugsweise einen wannenartiger Querschnitt aufweisende Ausnehmung im äußeren Randbereich der Metallisierung gebildet. Vorteilhaft ergibt sich durch das Ätzen einer derartigen einen wannenartigen Querschnitt aufweisenden Ausnehmung ein Ausnehmungsrand, der ein randseitiges Abfließen des Füllmaterials in den freigeätzten Bereich der Keramikschicht effektiv verhindert. Vorzugsweise ist die wannenartige Ausnehmung mit dem Füllmaterial vollständig verfüllt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante ist das erfindungsgemäße Metall-Keramik-Substrat derart ausgebildet, dass der schichtdickenreduzierte Metallisierungsabschnitt durch entsprechendes Maskieren und Ätzen der Metallisierung und/oder durch eine mechanische Oberflächenbearbeitung, insbesondere Fräsen erzeugt ist und/oder
dass der äußeren Randbereiches einen zentralen Metallisierungsbereich einschließt, welcher eine Kontakt- oder Bondfläche zum Anschluss eines elektrischen Bauelementes bildet, wobei
als Kunststoffmaterial beispielsweise Polyimid, Polyamide, Epoxid oder Polyetheretherketon und als Keramikanteil beispielsweise Siliziumnitrid, Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid oder Glas vorgesehen sind, und/oder dass der thermische Ausdehnungskoeffizient des Füllmaterials kleiner als der thermische Ausdehnungskoeffizient der Metallisierung ist, und/oder dass die Keramikschicht aus Oxid-, Nitrid- oder Karbidkeramiken wie Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid oder Siliziumnitrid oder Siliziumkarbid oder Aluminiumoxid mit Zirkonoxid hergestellt ist, und/oder
dass die weitere Oberflächenseite der Keramikschicht mit wenigstens einer weiteren Metallisierung versehen ist, wobei die vorgenannten Merkmale wiederum jeweils einzeln oder in beliebiger Kombination vorgesehen sein können. Ferner ist der Gegenstand der Erfindung ein Metall-Keramik-Substrat, wobei das Metall-Keramik-Substrat zumindest eine Keramikschicht umfasst, die an zumindest einer Oberflächenseite mit wenigstens einer Metallisierung mit einer Schichtdicke von wenigstens 0,1 mm versehen ist, die zur Ausbildung von Leiterbahnen und/oder Kontakt- oder Anschlussflächen derart strukturiert ist, dass im äußeren Randbereich der strukturierten Metallisierung ein sich zumindest abschnittsweise entlang des äußeren Randbereiches erstreckender Metallisierungsabschnitt mit reduzierter Schichtdicke entsteht, wobei der schichtdickenreduzierte Metallisierungsabschnitt mit einer Beschichtung aus einem Füllmaterial versehen ist, wobei das Füllmaterial aus einem Kunststoffmaterial mit einem Keramikanteil und/oder graphitisierten Kohlenstoffanteil hergestellt ist, wobei der schichtdickenreduzierte Metallisierungsabschnitt durch eine Vielzahl von Ausnehmungen gebildet ist und wobei ein bündiger Übergang zwischen der Oberseite der Metallisierung und der Oberseite der Schicht aus dem Füllmaterial gebildet ist.
Ferner ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Metall-Keramik-Substrates umfassend zumindest eine Keramikschicht, die an zumindest einer Oberflächenseite mit wenigstens einer Metallisierung mit einer Schichtdicke von wenigstens 0,1 mm versehen ist, bei dem zur Ausbildung von Leiterbahnen und/oder Kontakt- oder Anschlussflächen die Metallisierung derart strukturiert wird, dass im äußeren Randbereich der strukturierten Metallisierung ein sich zumindest abschnittsweise entlang des äußeren Randbereiches erstreckender Metallisierungsabschnitt mit reduzierter Schichtdicke erzeugt wird. Erfindungsgemäß wird der schichtdickenreduzierte Metallisierungsabschnitt mit einem Füllmaterial beschichtet, wobei das Füllmaterial aus einem Kunststoffmaterial mit einem Keramikanteil und/oder graphitisierten Kohlenstoffanteil hergestellt ist, wobei ein bündiger Übergang zwischen der Oberseite der Metallisierung und der Oberseite der Schicht aus dem Füllmaterial gebildet wird. Vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren technisch einfach umsetzbar, so dass zur Herstellung der erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Substrate kein erwähnenswerter Mehraufwand erforderlich ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die Metallisierung eine Ätzresistschicht aufgebracht, und zwar dort, wo die Metallisierung mit bestehender Schichtdicke verbleiben soll. Anschließend wird die mit der Ätzresistschicht versehene Metallisierung zur Erzeugung des schichtdickenreduzierten Metallisierungsabschnittes solange mit einer Ätzlösung beaufschlagt, bis Ausnehmungen einer vorgegebenen Tiefe in den von Ätzresistschicht freigegebenen Bereichen der Metallisierung freigeätzt sind. Die Ätzresistschicht wird von der Metallisierung wieder entfernt und die freigeätzten Ausnehmungen mit dem Füllmaterial verfüllt, vorzugsweise vollständig. Schließlich wird zumindest teilweise auf die Metallisierung und auf die Schicht aus dem Füllmaterial eine weitere Ätzresistschicht aufgebracht, und zwar dort, wo die Metallisierung und die Schicht aus dem Füllmaterial zur Ausbildung einer oder mehrerer Anschlussflächen verbleiben und die von der weiteren Ätzresistschicht freigegebenen Bereiche der Metallisierung werden mit einer Ätzlösung beaufschlagt und vollständig bis zur Keramikschicht entfernt.
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.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine vereinfachte Schnittdarstellung durch eine erste Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßes Metall-Keramik-Substrat,
2 eine vereinfachte Schnittdarstellung durch eine zweite Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßes Metall-Keramik-Substrat,
3 eine vereinfachte Schnittdarstellung durch eine dritte Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßes Metall-Keramik-Substrat,
4 eine vereinfachte Draufsicht auf das Metall-Keramik-Substrates gemäß 1,
5 eine vereinfachte Draufsicht auf das Metall-Keramik-Substrates gemäß 2,
6 eine vereinfachte Schnittdarstellung durch ein Metall-Keramik-Substrat umfassend eine vollflächig auf einer Keramikschicht aufgebrachte Metallisierung,
7 das Metall-Keramik-Substrat gemäß 6 nach Aufbringen einer Ätzresistschicht,
8 das Metall-Keramik-Substrat gemäß 7 mit der aufgebrachten Ätzresistschicht und nach dem Freiätzen von Ausnehmungen in der Metallisierung,
9 das Metall-Keramik-Substrat gemäß 8 nach dem Entfernen der Ätzresistschicht,
10 das Metall-Keramik-Substrat gemäß 9 nach Aufbringen einer weiteren Ätzresistschicht,
11 das Metall-Keramik-Substrat gemäß 10 nach Entfernen der randseitigen Metallisierung mittels Ätzen,
12 das Metall-Keramik-Substrat gemäß 11 nach Entfernen der weiteren Ätzresistschicht,
13 das Metall-Keramik-Substrat gemäß 7 nach Einbringen von kanal- oder bahnartigen Aussparungen in die Metallisierung,
14 das Metall-Keramik-Substrat gemäß 13 nach Einbringen einer randseitigen gestuften Ausnehmung in die Metallisierung mittels Ätzen,
15 das Metall-Keramik-Substrat gemäß 14 nach Auffüllen der freigeätzten Bereiche mit dem Füllmaterial und anschließenden Entfernen der weiteren Ätzresistschicht,
16 das Metall-Keramik-Substrat gemäß 7 nach Einbringen von kanal- oder bahnartigen Aussparungen in die Metallisierung,
17 das Metall-Keramik-Substrat gemäß 13 nach Einbringen einer randseitig gestuften Ausnehmung in die Metallisierung mittels Ätzen und Entfernen der randseitigen Metallisierungsabschnitte und
18 das Metall-Keramik-Substrat gemäß 17 nach Auffüllen des gestuften Randbereiches und eines Teils der anschließenden Oberfläche der Keramikschicht mit dem Füllmaterial sowie anschließenden Entfernen der weiteren Ätzresistschicht.

1 zeigt in vereinfachter schematischer Darstellung einen Schnitt durch eine Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Substrates 1 umfassend zumindest eine Keramikschicht 2 mit zwei gegenüberliegenden Oberflächenseiten, und zwar einer ersten und zweiten Oberflächenseite 2.1, 2.2.
2 und 3 zeigen ebenfalls schematische Schnittdarstellungen weiterer Ausführungsvarianten und 4 zeigt eine Draufsicht auf die erste Oberflächenseite 2.1 des erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Substrat 1 gemäß den 1 und 5 eine Draufsicht auf die erste Oberflächenseite 2.1 des erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Substrat 1 gemäß 2.
Die erste Oberflächenseite 2.1 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit wenigstens einer Metallisierung 3 versehen, die vorzugsweise durch eine Folie oder Schicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildet bzw. hergestellt ist und welche direkt und flächig auf der Keramikschicht 2 aufgebracht ist. In einer Ausführungsvariante der Erfindung ist die der ersten Oberflächenseite 2.1 gegenüberliegenden zweite Oberflächenseite 2.2 mit einer weiteren Metallisierung 4 versehen, die vorzugsweise ebenfalls durch eine Folie oder Schicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und/oder Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet bzw. hergestellt sind. Vorzugsweise weisen die Metallisierungen 3, 4 aus Kupfer oder einer Kupferlegierung eine Schichtdicke D von wenigstens 0,1 mm, vorzugsweise zwischen 0,3 mm und 0,8 mm und bei Realisierung in Aluminium oder einer Aluminiumlegierung eine Schichtdicke D zwischen 0,1 mm und 25 mm, vorzugsweise zwischen 0,3 mm und 3,0 mm auf.
Die Metallisierungen 3, 4 aus Kupfer oder einer Kupferlegierung sind vorzugsweise direkt unter Verwendung des eingangs beschriebenen DCB-Verfahrens flächig mit der ersten bzw. zweiten Oberflächenseite 2.1, 2.2 der Keramikschicht 2 verbunden. Die Keramikschicht 2 ist hierbei beispielsweise aus einer Oxid-, Nitrid- oder Karbidkeramik wie Aluminiumoxid (Al2O3) oder Aluminiumnitrid (AlN) oder Siliziumnitrid (Si3N4) oder Siliziumkarbid (SiC) oder aus Aluminiumoxid mit Zirkonoxid (Al2O3 + ZrO2) hergestellt und weist eine Schichtdicke beispielsweise zwischen 0,1 mm und 1,0 mm, vorzugsweise zwischen 0,2 mm und 0,7 mm auf.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die mit der ersten Oberflächenseite 2.1 flächig verbundene Metallisierung 3 zur Ausbildung zumindest eines Anschlussbereiches bzw. einer Anschlussfläche 5 für zumindest ein elektronisches Bauelement, insbesondere Halbleiterbauelement 7 strukturiert ausgebildet. Die Strukturierung der Metallisierung 3 erfolgt vorzugsweise durch entsprechendes Maskieren und anschließendes Ätzen einer vollflächig auf die Keramikschicht 2 aufgebrachten noch unstrukturierten Metallisierung (siehe 6), wobei die Strukturierung aufgrund des für den Schaltkreis notwendigen Layouts zumindest teilweise bereits vorgegeben ist. Die Metallisierung 3 kann somit auch zur Ausbildung von Leiterbahnen, Kontakten und/oder weiteren Befestigungsbereichen noch weitergehend strukturiert sein.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Grundgedanke der Erfindung an einer beispielsweise rechteckförmig strukturierten Metallisierung 3 zur Ausbildung einer Anschlussfläche 5 näher erläutert, welche vollständig von freigeätzten Bereichen 2' der Keramikschicht 2 umgeben ist. Es versteht sich, dass basierend auf diesem Grundgedanken eine Vielzahl von unterschiedlichen Strukturierungen der Metallisierung 3 eines Metall-Keramik-Substrates 1 herstellbar sind, welche ebenfalls durch den erfindungsgemäßen Gedanken getragen werden.
Wie bereits hinreichend bekannt treten bei Temperaturschwankungen in den freigeätzten Bereichen 2' der Keramikschicht 2 Zugspannungen auf, während die mit der strukturierten Metallisierung 3 verbundenen Bereiche der Keramikschicht 2 unter Druckspannung stehen.
Dadurch kann es aufgrund des Gradienten der Zug- und Druckspannungen am Übergang zwischen der strukturierten Metallisierung 3 zur den nichtmetallisierten Bereichen 2' der Keramikschicht 2 des Metall-Keramik-Substrates 1 zu einer Rissbildung in der Keramikschicht 2 kommen.
Zur Reduzierung dieser mechanischen Spannungen in der Keramikschicht 2 und damit Verbesserung der Temperaturwechselbeständigkeit weist die strukturierte Metallisierung 3 einen äußeren Randbereich 3' auf, welcher einen vorzugsweise zentralen Metallisierungsbereich 3" zur flächigen Anbindung des elektronisches Bauelementes 7 umgibt, der derart strukturiert ist, dass im äußeren Randbereich 3' der strukturierten Metallisierung 3 ein sich zumindest abschnittsweise entlang des äußeren Randbereiches 3' erstreckender Metallisierungsabschnitt 3a, 3b mit reduzierter Schichtdicke DR entsteht. Erfindungsgemäß ist dieser schichtdickenreduzierte Metallisierungsabschnitt 3a, 3b mit einer Schicht aus einem Füllmaterial 6 versehen. Hierbei wird der aufgrund der Schichtdickenreduzierung entfernte Anteil der strukturierten Metallisierung 3 sozusagen durch die Schicht aus dem Füllmaterial 6 „aufgefüllt“, wodurch eine Erhöhung der Temperaturwechselbeständigkeit erreicht wird.
In 1 ist beispielsweise eine erste Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Substrates 1 dargestellt, gemäß der die schichtdickenreduzierte Metallisierungsabschnitt durch einen stufenartig ausgebildeten äußeren Randabschnitt 3a der Metallisierung 3 gebildet ist, d.h. die Schichtdicke D der strukturierten Metallisierung 3 ist im Bereich des äußeren Randbereiches 3' derart reduziert, dass ein stufenartiger Randabschnitt 3a entsteht, d.h. ein gestufter Übergang S vom zentralen Metallisierungsabschnitt 3" in den äußeren Randbereich 3'. Sowohl die Breite B als auch die reduzierte Schichtdicke DR sind abhängig von den äußeren Abmessungen und der Schichtdicke D der Metallisierung 3 gewählt, wobei die reduzierte Schichtdicke DR jedoch aus Gründen der elektrischen Leitfähigkeit die Hälfte der Schichtdicke D der Metallisierung 3 nicht unterschreiten sollte. Beispielsweise bei einer Schichtdicke D der Metallisierung 3 von ca. 0,3 mm weist der stufenartige Randabschnitt 3a eine Breite B zwischen 0,2 mm und 0,3 mm und eine reduzierte Schichtdicke DR zwischen 0,1 mm und 0,15 mm auf.
Alternativ oder zusätzlich kann der schichtdickenreduzierte Metallisierungsabschnitt auch durch eine Vielzahl von Ausnehmungen unterschiedlicher Form und Größe gebildet sein.
Die Ausnehmungen können durch ovale, schlitzförmige, karo- oder rautenförmige Vertiefungen und/oder durch einen mäanderförmigen, briefmarkenrandförmigen oder sägezahnförmigen Randverlauf des schichtdickenreduzierten Metallisierungsabschnittes gebildet sein. Aufgrund der Ausnehmungen ist eine Erhöhung der Verbindungsstärke zwischen dem Füllmaterial 6 und der Metallisierung 3 möglich.
Der stufenartige Randabschnitt 3a ist vorzugsweise derart mit dem Füllmaterial 6 beschichtet, dass ein nahezu bündiger Übergang zwischen dem zentralen Metallisierungsbereich 3" der strukturierten Metallisierung 3 und der Oberfläche der Schicht aus dem Füllmaterial 6 entsteht. Auch kann die Oberfläche des Füllmaterials 6 über das Niveau des zentralen Metallisierungsbereiches 3" der strukturierten Metallisierung 3 hinaus stehen.
In einer zweiten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Substrates 1 gemäß 2 ist der schichtdickenreduzierte Metallisierungsabschnitt durch eine einen wannenartigen Querschnitt aufweisende Ausnehmung 3b im äußeren Randbereich 3' der Metallisierung 3 gebildet, welche durch entsprechendes Maskieren und Ätzen der Oberseite der Metallisierung 3 erzeugt wird. Diese wannenartige Ausnehmung 3b ist vorzugsweise vollständig mit dem Füllmaterial 6 verfüllt, so dass vorzugsweise ein mit der Oberseite der Metallisierung 3 bündiger Verschluss der wannenartigen Ausnehmung 3b durch die Schicht aus dem Füllmaterial 6 gegeben ist. Die wannenartige Ausnehmung 3b erstreckt sich entlang des äußeren Randbereiches 3' der strukturierten Metallisierung 3, wobei ein die Schichtdicke D der Metallisierung 3 im zentralen Metallisierungsbereich 3" aufweisender, vorzugsweise umlaufender Ausnehmungsrand 3b' entsteht. Ferner weist die wannenartige Ausnehmung 3b bei Schichtdicke D von 0,3 mm der Metallisierung 3 beispielsweise eine Breite B' zwischen 0,2 mm und 0,3 mm und eine Tiefe T zwischen 0,1 mm und 0,15 mm auf.
Als Füllmaterial 6 findet vorzugsweise ein Kunststoffmaterial, vorzugsweise Epoxidharze mit einem Anteil eines Keramikmaterials oder graphitisierten Kohlenstoff Anwendung. Als Kunststoffmaterial kann beispielsweise Polyimid oder Polyamide und als Keramikmaterial Siliziumnitrid, Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid oder Glas Verwendung finden, und zwar ALN, Si₃N₄, SiC, AL₂O₃. Der thermische Ausdehnungskoeffizient bzw. Wärmeausdehnungskoeffizient des Füllmaterials 6 ist vorzugsweise kleiner als der thermische Ausdehnungskoeffizient bzw. Wärmeausdehnungskoeffizient der Metallisierung 3 gewählt. Ferner weist das Füllmaterial 6 beispielsweise eine relative Permittivität bzw. Dielektrizitätszahl zwischen 2,5 und 6,5, vorzugsweise zwischen 3,2 und 4,0 auf.
In einer dritten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Substrates 1 gemäß 3 ist der schichtdickenreduzierte Metallisierungsabschnitt wiederum in Form eines stufenartig ausgebildeten äußeren Randabschnittes 3a der strukturierten Metallisierung 3 analog zur 1 ausgebildet. Hier erstreckt sich jedoch unterschiedlich zur ersten Ausführungsvariante die Schicht aus dem Füllmaterial 6 über den äußeren Randbereich 3' der Metallisierung 3 in den freigeätzten Bereich 2' der Keramikschicht 2, d.h. der Übergangsbereich zwischen dem äußeren Randabschnitt 3a der strukturierten Metallisierung 3 und dem freigeätzten Bereich 2' der Keramikschicht 2 ist vollständig mit dem Füllmaterial 6 versiegelt bzw. verfüllt. Bei dieser Ausführungsvariante ist ein Teil der Schicht aus dem Füllmaterial 6 sowohl mit der strukturierten Metallisierung 3 als auch mit der Keramikschicht 2 flächig verbunden.
Ferner ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines voranstehend beschriebenen Metall-Keramik-Substrates 1, dessen wesentliche Verfahrensschritte in den 5 bis 15 beispielhaft dargestellt sind.
In 6 ist beispielhaft ein Querschnitt durch ein Metall-Keramik-Substrates 1 dargestellt, welches im Wesentlichen aus einer Keramikschicht 2 und einer mit der ersten Oberflächenseite 2a der Keramikschicht 2 vollflächig verbundenen und noch unstrukturierten Metallisierung 3 besteht. Die Verbindung der Metallisierung 3, die vorzugsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt ist, mit der Keramikschicht 2 erfolgt über das eingangs beschriebene DCB-Verfahren. Es versteht sich, dass auch eine Metallisierung 3 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung vorgesehen sein kann, welche über ein Direct-Aluminium-Bonding-Verfahren mit der Keramikschicht 2 flächig verbunden ist. Ebenso können weitere eingangs beschriebene Verbindungsverfahren wie ein Aktivlot-Verfahren oder ein geeignetes Klebeverfahren Verwendung finden. In 6 ist lediglich beispielhaft nur eine erste Metallisierung 3 vorgesehen. Weitere Metallisierungen 4 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen.
Gemäß 7 wird in einem ersten Verfahrensschritt auf die noch unstruktrierte Metallisierung 3 eine Ätzresistschicht 8 aufgebracht, und zwar dort, wo die Metallisierung 3 aus Kupfer oder einer Kupferlegierung mit Schichtdicke D verbleiben soll. Die Ätzresistschicht 8 wird mittels an sich bekannter Techniken erzeugt. Beispielsweise durch Aufbringen einer Photolackschicht unter entsprechender Maskierung der Oberfläche der Metallisierung 3, anschließendem Belichten und Aushärten der Photolackschicht.
In 7 sind bereits mittels strichliert gezeichneter Linien diejenigen, nicht von der Ätzresistschicht 8 überdeckten Bereiche der Metallisierung 3 angedeutet, welche im nachfolgenden zweiten Verfahrenschritt durch Ätzen entfernt werden sollen. Hierzu wird im zweiten Verfahrensschritt die mit der Ätzresistschicht 8 versehene Metallisierung 3 mit einem Ätzmittel beaufschlagt, und zwar für eine vorgegebene Zeitdauer. Die Zeitdauer ist abhängig von Ätzmittel und derart dimensioniert, dass Ausnehmungen 9 gewünschter Tiefe T aus der Metallisierung 3 freigeätzt werden. 8 zeigt das mit der Ätzresistschicht 8 versehenen Metall-Keramik-Substrates 1 nach Durchführung des Ätzschrittes und die durch das Ätzen freigelegten Ausnehmungen 9.
In einem nachfolgenden dritten Verfahrenschritt wird nun die Ätzresistschicht 8 von der Oberfläche der Metallisierung 3 entfernt, und zwar unter Verwendung an sich bekannter Lösungsmittel. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Metall-Keramik-Substrat 1 solange mit dem Ätzmittel beaufschlagt, bis die Ausnehmung 9 mit der gewünschten Tiefe T in die Metallisierung 3 eingebracht ist, wobei die reduzierte Schichtdicke DR im Bereich der Ausnehmung 9 mindestens die Hälfte der ursprünglichen Schichtdicke D der Metallisierung 3 beträgt. Schließlich wird das derart bearbeitete Metall-Keramik-Substrates 1 einer weiteren Oberflächenreinigung unterzogen.
In einem vierten Verfahrenschritt werden die freigeätzten Ausnehmungen 9 in der Metallisierung 3 mit dem Füllmaterial 6 verfüllt und hierdurch eine Schicht gebildet, welche die Ausnehmungen 9 vorzugsweise vollständig ausfüllt. Zum Aufbringen des Füllmaterials 6 eignet sich beispielsweise ein Siebdruckverfahren oder Schablobendruckverfahren. Auch kann überschüssiges Füllmaterial mittels einer Rakel entfernt werden. Ggf. ist der Druckvorgang mehrmals zu wiederholen, um eine homogene Füllung der Ausnehmungen 9 zu erhalten. Nach Aushärten des Füllmaterials 6 kann eine mechanische Oberflächenbearbeitung der Metallisierung 3 und der befüllten Ausnehmungen 9 vorgenommen werden. 9 zeigt das Metall-Keramik-Substrat 1 nach dem Befüllen der Ausnehmungen 9 und dem Aushärten des Füllmaterials bzw. der Isolationsschicht 6. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß 9 bildet die von der Schicht aus dem Füllmaterial 6 umgebene Oberfläche der Metallisierung 3 der zentralen Metallisierungsbereich 3" der strukturierten Metallisierung 3 aus.
Gemäß einem fünften Verfahrenschritt wird auf die Metallisierung 3 und die Schicht aus dem Füllmaterial 6 eine weitere Ätzresistschicht 10 aufgebracht, und zwar dort, wo der den zentralen Metallisierungsbereich 3" bildende Teil der Metallisierung 3 aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und die Schicht aus dem Füllmaterial 6 verbleiben sollen. Die weitere Ätzresistschicht 10 wird wiederum mittels an sich bekannter Techniken erzeugt. 10 zeigt das Metall-Keramik-Substrat 1 mit der weiteren Ätzresistschicht 10.
Anschließend werden in einem sechsten Verfahrenschritt gemäß 11 die nicht durch die weitere Ätzresistschicht 10 abgedeckten Bereich der Metallisierung 3 durch Ätzen entfernt, und zwar vollständig bis zur Keramikschicht 2 und hierdurch die freigeätzten Bereiche der Keramikschicht 2 gebildet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel verbleibt damit lediglich die mit der weiteren Ätzresistschicht 10 abgedeckte Anschlussfläche 5.
Schließlich wird einem siebten Verfahrensschritt gemäß 12 die weitere Ätzresistschicht 10 durch ein entsprechendes Lösungsmittel entfernt und die verbleibende gestuft ausgebildete Metallisierung 3 mit aufgebrachter Schicht aus dem Füllmaterial 6 bildet die erfindungsgemäße Anschlussfläche 5 aus. Damit entsteht im äußeren Randbereich 3' der Metallisierung 3 ein stufenartiger Übergang zum freigeätzten Bereich der Keramikschicht 2.
In einer alternativen Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß den 13 bis 15 wird in einem zweiten Verfahrensschritt die mit der Ätzresistschicht 8 versehene Metallisierung 3 mit einem Ätzmittel beaufschlagt und eine kanal- oder bahnartige Aussparung 11 aus der Metallisierung 3 freigeätzt, welche sich vorzugsweise über die vollständig Schichtdicke der Metallisierung 3, d.h. bis zur Keramikschicht 2 erstreckt. Die kanal- oder bahnartige Aussparung 11 weist beispielsweise eine Breite von 0,3 mm bis 2 mm auf.
Anschließend wird die Ätzresistschicht 8 zumindest teilweise entfernt. Alternativ kann dies auch vollständig entfernt und neu aufgebracht werden, so dass gemäß 14 die gegenüberliegenden und durch die kanal- oder bahnartige Aussparung 11 voneinander getrennten Randabschnitte der Metallisierung 3 randseitig nicht abgedeckt sind. In einem weiteren Verfahrenschritt wird der nicht abgedeckte Teil der Metallisierung 3 mit einem Ätzmittel beaufschlagt, und zwar derart, dass nur ein Teil der Metallisierung 3 entfernt wird und ein stufenartig ausgebildeter Rand der Metallisierung 3 entsteht.
Im nächsten Verfahrensschritt wird sowohl der stufenartige Rand der Metallisierung 3 als auch die kanal- oder bahnartige Aussparung 11 zwischen den freigeätzten Abschnitten der Metallisierung 3 mit dem Füllmaterial verfüllt und hierdurch eine sich über die kanal- oder bahnartige Aussparung 11 und die Isolationsschicht 6 gebildet.
Abschließend wird wiederum die Ätzresistschicht 10 durch ein entsprechendes Lösungsmittel entfernt und die verbleibende gestuft ausgebildeten Metallisierung 3 mit aufgebrachter Isolationsschicht 6 bildet nun mehrere Anschlussflächen 5, 5a, 5b aus.
Die Erzeugung der wannenartigen Ausnehmung 3b erfolgt analog zu den beschriebenen Verfahrensschritten durch entsprechende Maskierung und anschließendes gesteuertes Ätzen.
Alternativ können der stufenartige Randabschnitt 3a oder die wannenartige Ausnehmung 3b auch durch ein mechanisches Oberflächenbearbeitungsverfahren, beispielsweise Fräsen erzeugt werden.
In einer weiteren alternativen Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß den 16 bis 18 wird in einem zweiten Verfahrensschritt die mit der Ätzresistschicht 8 versehene Metallisierung 3 mit einem Ätzmittel beaufschlagt und eine kanal- oder bahnartige Aussparung 11 aus der Metallisierung 3 freigeätzt, welche sich vorzugsweise über die vollständig Schichtdicke der Metallisierung 3, d.h. bis zur Keramikschicht 2 erstreckt. Anschließend wird zur Erzeugung eines gestuft ausgebildeten Randabschnittes 3a die Ätzresistschicht 8 zumindest in den sich an die kanal- oder bahnartige Aussparung 11 anschließenden Randereichen entfernt und ein erneut mit einem Ätzmittel beaufschlagt. Alternativ kann diese auch vollständig entfernt und eine neue weitere Ätzresistschicht 10 aufgebracht werden, so dass die in 16 strichliert angedeuteten Bereiche Randabschnitte der Metallisierung 3 weggeätzt werden können. Hierzu wird in einem weiteren Verfahrenschritt der nicht abgedeckte Teil der Metallisierung 3 mit einem Ätzmittel beaufschlagt, und zwar derart, dass nur ein Teil der Metallisierung 3 entfernt wird und ein stufenartig ausgebildeter Randabschnitt 3a der Metallisierung 3 entsteht und in einer bevorzugten Ausführungsvariante auch der anschließende Randabschnitt der Keramikschicht 2 vollständig von der Metallisierung 3 befreit ist.
Im nächsten Verfahrensschritt wird sowohl der stufenartige Randabschnitt 3a der Metallisierung 3 als auch ein Teil der daran unmittelbar anschließenden Oberfläche der Keramikschicht 2 mit dem Füllmaterial verfüllt und hierdurch eine sich über den Randabschnitt 3a auf die Oberfläche der Keramikschicht erstreckende Isolationsschicht 6 gebildet. Abschließend wird wiederum die Ätzresistschicht 10 durch ein entsprechendes Lösungsmittel entfernt und die verbleibende gestuft ausgebildeten Metallisierung 3 mit aufgebrachter Isolationsschicht 6 bildet nun zumindest eine Anschlussfläche 5 aus.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante können die Metallisierungen 3, 4 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 0.1 Mikrometer und 10 Mikrometer. Eine derartige metallische Oberflächenschicht wird vorzugsweise nach dem Aufbringen der Metallisierungen 3, 4 auf die Keramikschicht 2 aufgebracht. Das Aufbringen der Oberflächenschicht erfolgt in einem geeigneten Verfahren, beispielsweise galvanisch und/oder durch chemisches Abscheiden und/oder durch Spritzen.
In einer in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsvariante kann zwischen der Anschlussfläche 5 und dem Füllmaterial 6 eine die Anschlussfläche 5 zumindest abschnittsweise umgebende Lötstopstruktur vorgesehen ist, welche beispielsweise ebenfalls aus dem Füllmaterial hergestellt ist. Diese ist auf die Oberfläche der Metallisierung 3 aufgebracht, beispielsweise mittels eines Siebdruckverfahrens. Alternativ kann die Lötstopstruktur durch eine glashaltige Paste erzeugt werden, welche in die Metallisierung eingebrannt wird und im eingebrannten Zustand einen im Vergleich zu einer aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildeten Metallisierung 3 einen kleinen Ausdehnungskoeffizienten aufweist.
Bezugszeichenliste

1: Metall-Keramik-Substrat
2: Keramikschicht
2': freigeätzte Bereiche
2.1: erste Oberflächenseite
2.2: zweite Oberflächenseite
3: strukturierte Metallisierung
3': äußerer Randbereich
3": zentraler Metallisierungsbereich
3a: Metallisierungsabschnitt bzw. stufenartiger Randabschnitt
3b: Metallisierungsabschnitt bzw. wannenartige Ausnehmung
3b': Ausnehmungsrand
4: weitere Metallisierung
5: Anschlussfläche
6: Füllmaterial
7: Halbleiterbauteil
8: Ätzresistschicht
9: Ausnehmungen
10: weitere Ätzresistschicht
11: kanal- oder bahnartige Aussparung
S: Übergangsbereich
D: Schichtdicke
DR: reduzierte Schichtdicke
B: Breite des stufenartigen Randabschnittes
B': Breite der Ausnehmung
T: Tiefe der Ausnehmung

Claims

Metall-Keramik-Substrat umfassend zumindest eine Keramikschicht (2), die an zumindest einer Oberflächenseite (2.1) mit wenigstens einer Metallisierung (3) mit einer Schichtdicke (D) von wenigstens 0,1 mm versehen ist, die zur Ausbildung von Leiterbahnen und/oder Kontakt- oder Anschlussflächen (5, 5a, 5b) derart strukturiert ist, dass im äußeren Randbereich (3') der strukturierten Metallisierung (3) ein sich zumindest abschnittsweise entlang des äußeren Randbereiches (3') erstreckender Metallisierungsabschnitt (3a, 3b) mit reduzierter Schichtdicke (DR) entsteht, wobei der schichtdickenreduzierte Metallisierungsabschnitt (3a, 3b) mit einer Beschichtung aus einem Füllmaterial (6) versehen ist, wobei das Füllmaterial (6) aus einem Kunststoffmaterial mit einem Keramikanteil und/oder graphitisierten Kohlenstoffanteil hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein bündiger Übergang zwischen der Oberseite der Metallisierung (3) und der Oberseite der Beschichtung aus dem Füllmaterial (6) gebildet ist.
Metall-Keramik-Substrat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der schichtdickenreduzierte Metallisierungsabschnitt (3a, 3b) durch einen stufenartig ausgebildeten äußeren Randabschnitt (3a) der Metallisierung (3) gebildet ist.
Metall-Keramik-Substrat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Beschichtung aus dem Füllmaterial (6) über den äußeren Randabschnitt (3a) in einen anschließenden freigeätzten Bereich (2') der Keramikschicht (2) erstreckt.
Metall-Keramik-Substrat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der schichtdickenreduzierte Metallisierungsabschnitt (3a, 3b) durch eine einen wannenartigen Querschnitt aufweisende Ausnehmung (3b) im äußeren Randbereich (3') der Metallisierung (3) gebildet ist.
Metall-Keramik-Substrat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wannenartige Ausnehmung (3b) mit dem Füllmaterial (6) vollständig verfüllt ist.
Metall-Keramik-Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der schichtdickenreduzierte Metallisierungsabschnitt (3a, 3b) durch entsprechendes Maskieren und Ätzen der Metallisierung (3) und/oder durch eine mechanische Oberflächenbearbeitung erzeugt ist.
Metall-Keramik-Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Randbereich (3') einen zentralen Metallisierungsbereich (3") einschließt, welcher eine Kontakt- oder Bondfläche zum Anschluss eines elektrischen Bauelementes (7) bildet.
Metall-Keramik-Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Kunststoffmaterial Polyimid, Polyamide, Epoxide oder Polyetheretherketon und als Keramikanteil Siliziumnitrid, Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid oder Glas vorgesehen ist.
Metall-Keramik-Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient des Füllmaterials (6) kleiner als der thermische Ausdehnungskoeffizient der Metallisierung (3) ist.
Metall-Keramik-Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikschicht (2) aus Oxid-, Nitrid- oder Karbidkeramiken wie Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid oder Siliziumnitrid oder Siliziumkarbid oder Aluminiumoxid mit Zirkonoxid hergestellt ist.
Metall-Keramik-Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Oberflächenseite (2.2) der Keramikschicht (2) mit wenigstens einer weiteren Metallisierung (4) versehen ist.
Metall-Keramik-Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierungen (3, 4) mittels einem „Direct-Copper-Bonding“ Verfahren mit der Keramikschicht (2) verbunden sind.
Metall-Keramik-Substrat umfassend zumindest eine Keramikschicht (2), die an zumindest einer Oberflächenseite (2.1) mit wenigstens einer Metallisierung (3) mit einer Schichtdicke (D) von wenigstens 0,1 mm versehen ist, die zur Ausbildung von Leiterbahnen und/oder Kontakt- oder Anschlussflächen (5, 5a, 5b) derart strukturiert ist, dass im äußeren Randbereich (3') der strukturierten Metallisierung (3) ein sich zumindest abschnittsweise entlang des äußeren Randbereiches (3') erstreckender Metallisierungsabschnitt (3a, 3b) mit reduzierter Schichtdicke (DR) entsteht, wobei der schichtdickenreduzierte Metallisierungsabschnitt (3a, 3b) mit einer Beschichtung aus einem Füllmaterial (6) versehen ist, wobei das Füllmaterial (6) aus einem Kunststoffmaterial mit einem Keramikanteil und/oder graphitisierten Kohlenstoffanteil hergestellt ist, wobei der schichtdickenreduzierte Metallisierungsabschnitt (3a, 3b) durch eine Vielzahl von Ausnehmungen gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein bündiger Übergang zwischen der Oberseite der Metallisierung (3) und der Oberseite der Beschichtung aus dem Füllmaterial (6) gebildet ist.
Verfahren zum Herstellen eines Metall-Keramik-Substrates (2) umfassend zumindest eine Keramikschicht (2), die an zumindest einer Oberflächenseite (2.1) mit wenigstens einer Metallisierung (3) mit einer Schichtdicke (D) von wenigstens 0,1 mm versehen ist, bei dem zur Ausbildung von Leiterbahnen und/oder Kontakt- oder Anschlussflächen (5, 5a, 5b) die Metallisierung (3) derart strukturiert wird, dass im äußeren Randbereich (3') der strukturierten Metallisierung (3) ein sich zumindest abschnittsweise entlang des äußeren Randbereiches (3') erstreckender Metallisierungsabschnitt (3a, 3b) mit reduzierter Schichtdicke (DR) erzeugt wird, wobei der schichtdickenreduzierte Metallisierungsabschnitt (3a, 3b) mit einem Füllmaterial (6) beschichtet wird, wobei das Füllmaterial (6) aus einem Kunststoffmaterial mit einem Keramikanteil und/oder graphitisierten Kohlenstoffanteil hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein bündiger Übergang zwischen der Oberseite der Metallisierung (3) und der Oberseite der Beschichtung aus dem Füllmaterial (6) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Metallisierung (3) eine Ätzresistschicht (8) aufgebracht wird, und zwar dort, wo die Metallisierung (3) mit der bestehenden Schichtdicke (D) verbleiben soll.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Ätzresistschicht (8) versehene Metallisierung (3) zur Erzeugung des schichtdickenreduzierten Metallisierungsabschnittes (3a, 3b) solange mit einer Ätzlösung beaufschlagt wird, bis Ausnehmungen (9) einer vorgegebenen Tiefe (T) in den von Ätzresistschicht (8) freigegebenen Bereichen der Metallisierung (3) freigeätzt sind.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Ätzresistschicht (8) von der Metallisierung (3) wieder entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17 dadurch gekennzeichnet, dass die freigeätzten Ausnehmungen (9) mit dem Füllmaterial (6) verfüllt werden.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest teilweise auf die Metallisierung (3) und auf die Beschichtung aus dem Füllmaterial (6) eine weitere Ätzresistschicht (10) aufgebracht wird, und zwar dort, wo die Metallisierung (3) zur Ausbildung einer oder mehrerer Anschlussflächen (5, 5a, 5b) verbleibt.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die von der weiteren Ätzresistschicht (10) freigegebenen Bereiche der Metallisierung (3) mit einer Ätzlösung beaufschlagt werden und vollständig bis zur Keramikschicht (2) entfernt werden.