EP1917680A1 - Metall-keramik-substrat - Google Patents

Metall-keramik-substrat

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Publication number
EP1917680A1
EP1917680A1 EP06742395A EP06742395A EP1917680A1 EP 1917680 A1 EP1917680 A1 EP 1917680A1 EP 06742395 A EP06742395 A EP 06742395A EP 06742395 A EP06742395 A EP 06742395A EP 1917680 A1 EP1917680 A1 EP 1917680A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ceramic
intermediate layer
metallization
substrate according
thickness
Prior art date
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Ceased
Application number
EP06742395A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jürgen SCHULZ-HARDER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Curamik Electronics GmbH
Original Assignee
Curamik Electronics GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Curamik Electronics GmbH filed Critical Curamik Electronics GmbH
Publication of EP1917680A1 publication Critical patent/EP1917680A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a metal-ceramic substrate according to the preamble of claim 1 and to a method according to the preamble of claim 25.
  • Metal-ceramic substrates or ceramic substrates with metallizations are known in various designs, in particular as printed circuit boards or substrates for electrical and electronic circuits or modules and in particular for high power circuits or modules.
  • DCB method for directly connecting metallization on a ceramic substrate, e.g., a ceramic material or substrate, to produce the wiring required for traces, terminals, etc. on an aluminum oxide ceramic substrate.
  • a ceramic substrate e.g., a ceramic material or substrate
  • metal layers or foils e.g.
  • Copper layers or foils are provided on their surface sides with a coating of a chemical compound of the metal (e.g., copper) and a reactive gas (preferably oxygen).
  • a chemical compound of the metal e.g., copper
  • a reactive gas preferably oxygen
  • This coating forms with a thin layer of the adjacent metal a eutectic (melting layer) with a melting temperature below the melting temperature of the metal (eg copper), so that by laying the metal layer or foil on the ceramic and by heating all the layers they can be joined together , By melting the metal substantially only in the region of the reflow layer or oxide layer.
  • DCB bonding direct copper bonding
  • This DCB method then has, for example, the following method steps: > Oxidizing a copper foil so that a uniform copper oxide layer results;
  • EP-A-153 6178 for joining metallizations forming metal layers or metal foils, in particular also of copper layers or copper foils with the respective ceramic material.
  • this method which is also used especially for the production of metal-ceramic substrates, at a temperature between about 800 - 1000 0 C, a connection between a metal foil, such as copper foil, and a ceramic substrate, such as aluminum nitride ceramic, using a brazing filler metal, which also contains an active metal in addition to a main component such as copper, silver and / or gold.
  • This active metal which is, for example, at least one element of the group Hf, Ti, Zr, Nb, Ce, establishes a connection between the solder and the ceramic by chemical reaction, while the connection between the solder and the metal is a metallic braze joint ,
  • a metal-ceramic substrate with an inner layer or base layer made of a silicon nitride ceramic (EP 798 781), in comparison to other ceramics, in particular compared to an alumina ceramic (Ah ⁇ 2 ceramic) a much higher having mechanical strength.
  • a silicon nitride ceramic (EP 798 781)
  • this procedure does not lead to a complete, especially not to a defect-free connection between the ceramic material and the metallization.
  • this reaction consumes the liquid eutectic Cu / Cu 2 phase necessary for the bonding.
  • bubbles are formed by the resulting gaseous nitrogen (N2).
  • This adverse reaction can not be avoided by the intermediate layer of pure alumina ceramic. This is based on one of the present invention underlying knowledge, inter alia, on the very different thermal expansion coefficients of silicon nitride (3.0 x 10 "6 K “ 1 ) and aluminum oxide (8 x 10 "6 K “ 1 ).
  • the object of the invention is to show a metal-ceramic substrate, which avoids the aforementioned disadvantages while retaining the basic advantages of silicon nitride ceramic.
  • a metal-ceramic substrate according to the patent claim 1 is formed.
  • a method for producing a metal-ceramic substrate is the subject of claim 25.
  • Further developments are the subject of the dependent claims.
  • forsterite, cordierite, mullite or a combination of at least two of these ceramic materials, possibly also aluminum oxide in combination with forsterite and / or cordierite and / or mullite, are suitable for the intermediate layer.
  • the oxidic ceramic gfs forming the intermediate layer preferably has. in addition sintering additives (eg rare earth elements) - also other oxidic components on, as well Combinations of at least two of these constituents can be used as oxidic additive component, wherein the proportion of this oxidic additive component amounts to a maximum of 20 percent by weight based on the total mass of the intermediate layer.
  • sintering additives eg rare earth elements
  • other oxidic components on, as well Combinations of at least two of these constituents can be used as oxidic additive component, wherein the proportion of this oxidic additive component amounts to a maximum of 20 percent by weight based on the total mass of the intermediate layer.
  • the properties of the intermediate layer can be specifically controlled or adjusted, inter alia, with respect to the softening temperature.
  • These rare earth elements in the intermediate layer may also be present by diffusion
  • the substrate according to the invention has a high adhesion or peel strength of the metallization on the ceramic material.
  • Another essential advantage of the substrate according to the invention is that the ceramic forming the intermediate layer has a modulus of elasticity less than 300 GPa, so that an optimal compensation of the very different thermal expansion coefficients of the silicon nitride ceramic and the metal (eg Copper) of the metallizations, in contrast to the relatively high modulus of elasticity of 390 GPa of alumina.
  • the low modulus of elasticity of the intermediate layer makes it possible, in particular, to provide metallizations with a large thickness, specifically up to three times the thickness of the base layer made of the silicon nitride ceramic.
  • Fig. 1 in a simplified representation of a section through a substrate according to the
  • Invention 2 is a schematic representation of a method for determining the adhesion or
  • FIG. 3 shows a diagram of the distribution of free silicon oxide (SiO 2) in the intermediate layer consisting of an oxide ceramic;
  • Fig. 4 in a similar representation as Figure 1 shows another possible embodiment of the substrate according to the invention.
  • the metal-ceramic substrate denoted generally by 1 in FIG. 1 consists of a plate-shaped ceramic material 2 which is metallized on both surface sides by means of the DCB method with one of a metal foil, ie in the illustrated embodiment of a copper foil metallization 3 or , 4 is provided with a thickness dm.
  • the ceramic material 2 is made of a multilayer, consisting of an inner ceramic or base layer 5 of silicon nitride (SiaNO), which is provided on both surface sides with an intermediate layer 6 and 7 of an oxide ceramic, so that the application of the metallizations 3 and 4 using the DCB method without impurities and with high
  • Adhesive strength of the metallization 3 and 4 forming copper on the ceramic material 2 is possible.
  • the base layer 5 has a thickness de and contains inter alia also sintering aids in the form of an oxide of Ho, Er, Yb, Y, La, Sc, Pr, Ce, Nd, Dy, Sm and / or Gd. Also combinations of one or more These oxides are possible as sintering aids, in particular HO2O3 or He 2 Os find use.
  • the proportion of sintering aid in the middle layer is for example in the range between 1 and 8 percent by weight based on the total mass of the base layer 5 forming ceramic.
  • the two metallizations 3 and 4 have the same thickness dm, which can be at most three times the thickness de.
  • the thickness of the metallizations 3 and 4 is in the range between 0.01 to 1 mm.
  • the thickness de is, for example, in the range between 0.1 and 2 mm.
  • an oxide ceramic having a coefficient of thermal expansion which is less than or equal to 6 ⁇ 10 -5 K -1 is suitable.
  • the intermediate layers 6 and 7 in particular the following ceramics are considered:
  • the thermal expansion coefficient of aluminum oxide (Al2O3), however, is 8 x 10 "6 K- 1 .
  • Mixtures of one or more of the abovementioned oxide ceramics are also suitable for the intermediate layers 6 and 7, but in each case preferably an E-modulus for the intermediate layers of less than or equal to 300 GPa is sought, so as to pass over the respective intermediate layer 6 or 7 to achieve a certain balance of the very different thermal expansion coefficients between the metal or copper of the metallizations 3 and 4 and the SJ3NU of the inner layer 5.
  • the moduli of elasticity are:
  • a silicon nitride ceramic (Si 3 N 4) ceramic plate constituting the base layer 5 is used as the starting material. This is then coated with suitable processes on both sides to form the respective intermediate layer 6 or 7 with the ceramic component (s) suitable for the intermediate layer.
  • the ceramic material forming the respective intermediate layer is deposited in admixture with a suitable liquid, for example water, on the surface sides of the plate-shaped starting material. Subsequently, then gfs. after a preceding drying, baking and dense sintering of the respective intermediate layer 6 or 7 at a temperature in the range between 1200 and 1680 0 C in an oxidizing atmosphere.
  • a suitable liquid for example water
  • the coating of the starting material is carried out, for example, using micro-to nano-disperse mixtures containing the ceramic material, for example by spraying, dipping (dipcoating or spincoating) from aqueous dispersions. Other methods, for example sol-gel methods are usable. After the application of the intermediate layers 6 and 7, bonding or application of the metal or copper foils forming the metallizations 3 and 4 takes place with the aid of the known DCB method.
  • the substrate 1 can be produced over a large area, for example with dimensions greater than 80 ⁇ 80 mm, preferably greater than 100 ⁇ 150 mm, so that the substrate 1 can be further processed, i. by appropriate structuring of the metallizations 3 and 4 in multiple use the production of a variety of individual substrates is possible.
  • the substrate 1 having the structure described has improved mechanical strength due to the base layer 5 of silicon nitride ceramic. Furthermore, the bonding of the metallizations 3 and 4 with the established DCB method using the usual processing means is possible, without the risk of defects in the connection between the metallizations 3 and 4 and the ceramic material 2, the (defects) the adhesion of the Hardly affect metallizations on the ceramic material and can also lead to an impairment of the electrical strength of the substrate.
  • a specimen 1.1 which corresponds in structure to the substrate 1, but only with the metallization 3 and the intermediate layer 6, is prepared in the manner described above, wherein the metallization 3 as a strip with a width of 1 cm and a thickness dm with 0.3 mm is made.
  • a force F is exerted with the test specimen 1.1 clamped, with a size such that the strip-shaped metallization 3 at a speed of 0.5 cm / min, is deducted from the ceramic material 2.
  • the force F required for this purpose determines the adhesion or peel strength. This is greater than 40 N / cm in the substrate 1 with the above-described embodiment.
  • FIG. 3 shows in a diagram the distribution (curve A) of the free silicon oxide (SiO 2 ) in the intermediate layer 6 or 7, starting from the inner layer 5 up to the metallization 3 or 4, as indicated by the curve A.
  • the proportion of free SiO 2 relative to the proportion of the oxide layer forming the intermediate layer to the respective metallization 3 and 4, respectively strongly decreases, wherein the proportion of free SiO 2 in the region of the metallization reduced to 0 weight percent, based on the total mass of the intermediate layer.
  • the curve B is in the figure 3, the profile of the proportion of the intermediate layer forming oxide ceramic gfs. represented with the aforementioned additives, wherein the oxide ceramic is mullite, forsterite, cordierite or a combination of one or more of these ceramics.
  • FIG. 4 shows in a representation similar to FIG. 1 as a further possible embodiment a substrate 1a which differs from the substrate 1 in that the metallizations 3 and 4 are applied to the ceramic material 2 not by the DCB method but by an active soldering method ,
  • a layer 8 or 9 of active solder is applied to the ceramic material, which in turn consists of the base layer 5 of the Si3N4 ceramic and of the two intermediate layers 6 and 7, via which the respective metallization or the metal forming this metallization. or copper foil is connected flat with the ceramic material 2.
  • active solder the materials commonly used, for example, an active solder, which contains a base component or a Lot sauteil, such as copper / silver, and an active component, such as Ti, Hf, Zr.
  • the production of the Substrate 1 a is again such that the ceramic material 2 is first produced in one or more preceding process steps.
  • This is followed by the application of the metallizations 3 and 4 according to the known active soldering method, wherein the layers 8 and 9 are applied from active solder either as a paste or as a film.
  • the metal-ceramic substrates are patterned in the usual way and by the usual technique, e.g. with the known masking and etching technique.

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Abstract

Bei einem Metall-Keramik-Substrat mit einem mehrschichtigen, plattenförmigen Keramikmaterial und mit wenigstens einer an einer Oberflächenseite des Keramikmaterials vorgesehenen Metallisierung, die mit dem Keramikmaterial durch Directbonden oder Aktivlöten verbunden ist, besteht das Keramikmaterial aus wenigstens einer inneren Schicht oder Basisschicht aus einer Siliziumnitrid-Keramik. Die mit der wenigstens einen Metallisierung versehene Oberflächenseite des Keramikmaterials wird von einer auf die Basisschicht aufgebrachten Zwischenschicht aus einer oxidischen Keramik gebildet.

Description

Metall-Keramik-Substrat
Die Erfindung bezieht sich auf ein Metall-Keramik-Substrat gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff Patentanspruch 25.
Metall-Keramik-Substrate bzw. Keramiksubstrate mit Metallisierungen sind in verschiedensten Ausführungen bekannt, insbesondere auch als Leiterplatten oder Substrate für elektrische und elektronische Schaltkreise oder Module und dabei speziell für Schaltkreise oder Module mit hoher Leistung.
Bekannt ist weiterhin das sogenannte DCB-Verfahren zum direkten Verbinden von, mit Keramikmaterial oder -Substrat zum Herstellen der für Leiterbahnen, Anschlüssen usw. benötigte Metallisierung auf einem Keramiksubstrat, z.B. auf einem Aluminium- Oxid-Keramik-Substrat. Bei diesem beispielsweise in der US-PS 3744 120 oder in der DE-PS 23 19 854 beschriebenen Verfahren sind Metallschichten oder -folien, z.B.
Kupferschichten oder -folien an ihren Oberflächenseiten mit einem Überzug aus einer chemischen Verbindung aus dem Metall (z.B. Kupfer) und einem reaktiven Gas (bevorzugt Sauerstoff) versehen. Dieser Überzug bildet mit einer dünnen Schicht des angrenzenden Metalls ein Eutektikum (Aufschmelzschicht) mit einer Schmelztemperatur unter der Schmelztemperatur des Metalls (z.B. Kupfers), so dass durch Auflegen der Metallschicht oder -folie auf die Keramik und durch Erhitzen sämtlicher Schichten diese miteinander verbunden werden können, und zwar durch Aufschmelzen des Metalls im wesentlichen nur im Bereich der Aufschmelzschicht bzw. Oxidschicht. Bei Verwendung von Kupfer oder eine Kupferlegierung als Metall wird dieses Verfahren auch als DCB-Bonden oder DCB-Verfahren (Direct-Copper- Bonding- Verfahren) bezeichnet.
Dieses DCB-Verfahren weist dann z.B. folgende Verfahrensschritte auf: > Oxidieren einer Kupferfolie derart, dass sich eine gleichmäßige Kupferoxidschicht ergibt;
> Auflegen des Kupferfolie auf die Keramikschicht;
> Erhitzen des Verbundes auf eine Prozesstemperatur zwischen etwa 1025 bis 10830C, z.B. auf ca. 10710C;
> Abkühlen auf Raumtemperatur.
Bekannt ist weiterhin das sogenannte Aktivlot-Verfahren (DE 22 13 115;
EP-A-153 618) zum Verbinden von Metallisierungen bildenden Metallschichten oder Metallfolien, insbesondere auch von Kupferschichten oder Kupferfolien mit dem jeweiligen Keramikmaterial. Bei diesem Verfahren, welches speziell auch zum Herstellen von Metall-Keramik-Substraten verwendet wird, wird bei einer Temperatur zwischen ca. 800 - 10000C eine Verbindung zwischen einer Metallfolie, beispielsweise Kupferfolie, und einem Keramiksubstrat, beispielsweise 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 chemische Reaktion eine Verbindung zwischen dem Lot und der Keramik her, während die Verbindung zwischen dem Lot und dem Metall eine metallische Hartlot-Verbindung ist.
Bekannt ist weiterhin ein Metall-Keramik-Substrat mit einer inneren Schicht oder Basisschicht aus einer Siliziumnitrid-Keramik (EP 798 781), die im Vergleich zu anderen Keramiken, insbesondere auch im Vergleich zu einer Aluminiumoxid- Keramik (Ahθ2-Keramik) eine wesentlich höhere mechanische Festigkeit aufweist. Um das Aufbringen der Metallisierungen mit dem DCB-Verfahren zu ermöglichen, wurde vorgeschlagen, auf die Basisschicht aus der Siliziumnitrid-Keramik jeweils eine Zwischenschicht aus einer reinen Aluminiumoxid-Keramik aufzubringen. Diese Verfahrensweise führt jedoch nicht zu einer vollständigen, insbesondere auch nicht zu einer fehlstellenfreien Verbindung zwischen dem Keramikmaterial und der Metallisierung. Vielmehr ergeben sich speziell auch bei Verwendung von Metallisierungen aus Kupfer zahlreiche Gaseinschlüsse zwischen der Metallisierung und dem Keramikmaterial, die durch eine Reaktion zwischen dem Sauerstoff aus dem Kupfer- bzw. Kupferoxid-Eutektikum (Cu/Cu2θ-Eutektikum) und der Siliziumnitrid- Keramik herrühren, und zwar entsprechend der nachstehenden Formel:
Durch diese Reaktion wird einerseits die für das Bonden notwendige flüssige eutektische Cu/Cu2-Phase verbraucht. Andererseits bilden sich durch den entstehenden gasförmigen Stickstoff (N2) Blasen. Diese nachteilige Reaktion lässt sich durch die Zwischenschicht aus der reinen Aluminiumoxid-Keramik nicht vermeiden. Dies ist nach einer der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Erkenntnis u.a. auf die sehr unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Siliziumnitrid (3,0 x 10"6 K"1) und von Aluminiumoxid (8 x 10"6 K"1) zurückzuführen. Diese
Unterschiede im thermischen Ausdehnungskoeffizient führen z.B. während des Aufbrennens oder Sinterns der Zwischenschicht aus der Aluminiumoxid-Keramik, aber auch während des Bondens der Metallisierungen (DCB-Verfahren) zu Rissen in der Zwischenschicht, so dass durch diese Risse hindurch die vorstehende Reaktion zwischen dem Cu/Cu2θ-Eutektikum und der Siliziumnitrid-Keramik erfolgen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Metall-Keramik-Substrat aufzuzeigen, welches unter Beibehaltung der grundsätzlichen Vorteile der Siliziumnitrid-Keramik die vorgenannten Nachteile vermeidet. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Metall-Keramik- Substrat entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Ein Verfahren zum Herstellen eines Metall-Keramik-Substrats ist Gegenstand Patentanspruch 25. Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Für die Zwischenschicht eignet sich insbesondere Forsterit, Cordierit, Mullit oder eine Kombination wenigstens zweier dieser Keramikmaterialien, evtl. auch Aluminiumoxid in Verbindung mit Forsterit und/oder Cordierit und/oder Mullit.
Bevorzugt weist die die Zwischenschicht bildende oxidische Keramik - gfs. zusätzlich Sinterzusätzen (z.B. Seltenerdenelemente) - auch weitere oxidische Bestandteile auf, wie Auch Kombinationen von wenigstens zwei dieser Bestandteile können als oxidische Zusatzkomponente verwendet sein, wobei der Anteil an dieser oxidischen Zusatzkomponente maximal 20 Gewichtsprozent bezogen auf die Gesamtmasse der Zwischenschicht beträgt. Mit dieser oxidischen Zusatzkomponente können die Eigenschaften der Zwischenschicht u.a. in Bezug auf die Erweichungstemperatur gezielt gesteuert bzw. eingestellt werden. Weiterhin lassen sich mit dieser Zusatzkomponente auch Reaktionen des Kupferoxids (insbesondere CU2O) beim DCB- Verfahren unterdrücken, die zu schmelzflüssigen Reaktionsprodukten führen könnten. Diese Seltenerdenelemente in der Zwischenschicht können auch durch Diffusion aus der Siliziumnitrid-Keramik-Basisschicht beim Brennen der Zwischenschicht vorhanden sein.
Das erfindungsgemäße Substrat weist eine hohe Adhäsion bzw. Peelfestigkeit der Metallisierung an dem Keramikmaterial auf. Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Substrats besteht darin, dass die die Zwischenschicht bildende Keramik ein Elastizitätsmodul kleiner als 300 GPa aufweist, so dass über die die Zwischenschicht bildende oxidische Keramik ein optimaler Ausgleich der sehr unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Siliziumnitrid-Keramik und des Metalls (z.B. Kupfer) der Metallisierungen erreicht ist, und zwar im Gegensatz zu dem relativ hohen Elastizitätsmodul von 390 GPa von Aluminiumoxid. Durch den geringen Elastizitätsmodul der Zwischenschicht sind insbesondere Metallisierungen mit großer Dicke möglich, und zwar bis zur dreifachen Dicke der Basisschicht aus der Siliziumnitrid-Keramik.
Bekannt ist weiterhin (EP 0 499 589) auf eine Keramikbasisschicht wenigstens eine Zwischenschicht aus reinem Siliziumoxid (SiO2) vorzusehen und dann mit Hilfe des DCB-Verfahrens die Metallisierung aufzubringen. Diese Verfahrensweise führt ebenfalls nicht zu einem brauchbaren Ergebnis, da die für das DCB-Verfahren notwendige eutektische Schmelze mit dem SiO2 zu flüssigen Cu2O-SiO2 reagiert. Eine Zwischenschicht aus SiO2 ist somit für das Aufbringen der Metallisierungen mit dem DCB-Verfahren nicht brauchbar.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 in vereinfachter Darstellung einen Schnitt durch ein Substrat gemäß der
Erfindung; Fig. 2 in schematischer Darstellung eine Methode zur Ermittlung der Adhäsions- bzw.
Peelfestigkeit eine auf das Keramikmaterial aufgebrachten, von einer Folie gebildeten Metallisierung;
Fig. 3 in einem Diagramm die Verteilung von freiem Siliziumoxid (Siθ2) in der aus einer oxidischen Keramik bestehenden Zwischenschicht; Fig. 4 in ähnlicher Darstellung wie Figur 1 eine weitere mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Substrats.
Das in der Figur 1 allgemein mit 1 bezeichnete Metall-Keramik-Substrat besteht aus einem plattenförmigen Keramikmaterial 2, welches an beiden Oberflächenseiten mit Hilfe des DCB-Verfahrens mit jeweils einer von einer Metallfolie, d.h. bei der dargestellten Ausführungsform von einer Kupferfolie versehene Metallisierung 3 bzw. 4 mit einer Dicke dm versehen ist. Das Keramikmaterial 2 ist mehrschichtig ausgeführt, und zwar bestehend aus einer inneren Keramik- oder Basisschicht 5 aus Siliziumnitrid (SiaNO, die an beiden Oberflächenseiten jeweils mit einer Zwischenschicht 6 bzw. 7 aus einer oxidischen Keramik versehen ist, sodass das Aufbringen der Metallisierungen 3 und 4 mit Hilfe des DCB-Verfahrens ohne Störstellen und mit hoher
Adhäsionsfestigkeit des die Metallisierungen 3 und 4 bildenden Kupfers an dem Keramikmaterial 2 möglich ist.
Die Basisschicht 5 besitzt eine Dicke de und enthält beispielsweise u.a. auch Sinterhilfsmittel in Form eines Oxids von Ho, Er, Yb, Y, La, Sc, Pr, Ce, Nd, Dy, Sm und/oder Gd. Auch Kombinationen aus einem oder mehreren dieser Oxide sind als Sinterhilfsmittel möglich, wobei insbesondere HO2O3 oder Er2Os Verwendung finden. Der Anteil an Sinterhilfsmittel in der mittleren Schicht liegt beispielsweise im Bereich zwischen 1 und 8 Gewichtsprozent bezogen auf die Gesamtmasse der die Basisschicht 5 bildenden Keramik.
Bei der dargestellten Ausführungsform besitzen die beiden Metallisierungen 3 und 4 die selbe Dicke dm, die maximal das Dreifache der Dicke de betragen kann. Üblicherweise liegt die Dicke der Metallisierungen 3 und 4 aber im Bereich zwischen 0,01 bis 1 mm. Die Dicke de liegt beispielsweise im Bereich zwischen 0,1 und 2 mm.
Die im Vergleich zu der Basisschicht 5 und zu den Metallisierungen 3 und 4 sehr viel dünneren Zwischenschichten 6 und 7, deren Dicke beispielsweise im Bereich zwischen 0,1 und 10 mμ liegt, besteht aus einer oxidischen Keramik, die kein freies Siliziumoxid (SiO2) aufweist oder bei der der Anteil an freiem Siθ2 zumindest an den diesen Metallisierungen 3 und 4 benachbarten Bereichen der Zwischenschicht 6 und 7 vernachlässigbar klein ist. Für die Zwischenschichten 6 und 7 eignet sich eine oxidische Keramik mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der kleiner, höchstens gleich 6 x 10"5 K"1 ist. Für die Zwischenschichten 6 und 7 kommen insbesondere folgende Keramiken in Betracht:
Der thermische Ausdehnungskoeffizient von Aluminiumoxid (AI2O3) liegt hingegen bei 8 x 10"6 K-1.
Auch Mischungen von einer oder mehreren der vorgenannten Oxid-Keramiken sind für die Zwischenschichten 6 und 7 geeignet, wobei in jedem Fall aber bevorzugt ein E-Modul für die Zwischenschichten von kleiner, höchsten gleich 300 GPa angestrebt wird, um so über die jeweilige Zwischenschicht 6 bzw. 7 einen gewissen Ausgleich der sehr unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Metall bzw. Kupfer der Metallisierungen 3 und 4 und dem SJ3NU der inneren Schicht 5 zu erreichen.
Mit den vorgenannten Materialien für die Zwischenschichten 6 und 7 lässt sich auch diese Forderung bezüglich des Ausdehnungsverhaltens bzw. der Elastizität der Zwischenschichten optimal einhalten, und zwar bei Verwendung von Forsterit, Cordierit und Mullit und/oder eines hohen Anteils hiervon in der jeweiligen Zwischenschicht 6 bzw. 7.
Die Elastizitätsmodule sind:
Bevorzugt enthalten die Zwischenschichten 6 und 7, wie ausgeführt, als Zusatzkomponente einen oder mehrere Zusätze aus der Gruppe UO2, TiO2, BaO, ZO, B2, O3, CsO, Fi2θ3, ZrO2, CuO und/oder CU2O, und zwar bis zu einem maximalen Anteil von 20 Gewichtsprozent bezogen auf die Masse der jeweiligen Zwischenschicht.
Bei der Herstellung des Substrates 1 wird als Ausgangsmaterial eine die Basisschicht 5 bildende Platte aus der Siliziumnitrid-Keramik (Si3N4-Keramik) verwendet. Diese wird dann mit geeigneten Verfahren beidseitig zur Bildung der jeweiligen Zwischenschicht 6 bzw. 7 mit der (den) für die Zwischenschicht geeigneten Keramikkomponente (n) beschichtet.
Für diese Beschichtung stehen verschiedene Techniken zur Verfügung, bei denen z.B. das die jeweilige Zwischenschicht bildende Keramik-Material in Mischung mit einer geeigneten Flüssigkeit, beispielsweise Wasser auf den Oberflächenseiten des plattenförmigen Ausgangsmaterials abgeschieden. Im Anschluss daran erfolgt dann gfs. nach einem vorausgegangenen Trocknen ein Einbrennen und Dichtsintern der jeweiligen Zwischenschicht 6 bzw. 7 bei einer Temperatur im Bereich zwischen 1200 und 1680 0C in einer oxidieren Atmosphäre.
Das Beschichten des Ausgangsmaterials erfolgt beispielsweise unter Verwendung von das Keramik-Material enthaltenden mikro- bis nanodispersen Mischungen, z.B. durch Sprühen, Tauchen (Dipcoating oder Spincoating) aus wässrigen Dispersionen. Auch andere Verfahren, beispielsweise Sol-Gel-Verfahren sind verwendbar. Nach dem Aufbringen der Zwischenschichten 6 und 7 erfolgt mit Hilfe des bekannten DCB-Verfahrens das Bonden bzw. Aufbringen der die Metallisierungen 3 und 4 bildenden Metall- oder Kupferfolien.
Das Substrat 1 kann großflächig hergestellt werden, beispielsweise mit Abmessungen größer 80 x 80 mm, vorzugsweise größer 100 x 150 mm, so dass mit dem Substrat 1 durch weitere Verarbeitung, d.h. durch entsprechende Strukturierung der Metallisierungen 3 und 4 im Mehrfach nutzen die Fertigung einer Vielzahl von Einzelsubstraten möglich ist.
Das Substrat 1 mit dem beschriebenen Aufbau besitzt eine verbesserte mechanische Festigkeit, und zwar bedingt durch die Basisschicht 5 aus Siliziumnitrid-Keramik. Weiterhin ist das Bonden der Metallisierungen 3 und 4 mit dem bewährten DCB- Verfahren unter Verwendung der üblichen Verfahrensmittel möglich, und zwar ohne die Gefahr von Fehlstellen in der Verbindung zwischen den Metallisierungen 3 und 4 und dem Keramikmaterial 2, die (Fehlstellen) die Adhäsion der Metallisierungen am Keramikmaterial stark beeinträchtigen und auch zu einer Beeinträchtigung der elektrischen Spannungsfestigkeit des Substrates führen kann.
Bei dem Substrat 1 mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird eine ausreichend hohe Adhäsion der Metallisierungen an dem Keramikmaterial 2 erreicht. Diese Adhäsion bzw. Peelfestigkeit wird mit der in der Figur 2 dargestellten Methode gemessen. Ein Prüfling 1.1, der von seinem Aufbau her dem Substrat 1 entspricht, allerdings nur mit der Metallisierung 3 und der Zwischenschicht 6, wird in der vorbeschriebenen Weise hergestellt, wobei die Metallisierung 3 als Streifen mit einer Breite von 1 cm und mit einer Dicke dm mit 0,3 mm gefertigt ist. An dem nach oben wegstehenden Ende 3.1 der streifenförmigen Metallisierung 3 wird bei eingespanntem Prüfling 1.1 eine Kraft F ausgeübt, und zwar mit einer solchen Größe, dass die streifenförmige Metallisierung 3 mit einer Geschwindigkeit von 0,5 cm/min, von dem Keramikmaterial 2 abgezogen wird. Die hierfür benötigte Kraft F bestimmt dann die Adhäsions- bzw. Peelfestigkeit. Diese ist bei dem Substrat 1 mit der vorbeschriebenen Ausbildung größer als 40 N/cm.
Die Figur 3 zeigt in einem Diagramm die Verteilung (Kurve A) des freien Siliziumoxids (SiO2) in der Zwischenschicht 6 bzw. 7, und zwar ausgehend von der Innenschicht 5 bis an die Metallisierung 3 bzw. 4. Wie mit der Kurve A angedeutet, nimmt der Anteil an freiem Siθ2 bezogen auf den Anteil der die Zwischenschicht bildenden Oxid- Keramik zu der jeweiligen Metallisierung 3 bzw. 4 hin stark ab, wobei der Anteil an freiem Siθ2 sich im Bereich der Metallisierung auf 0 Gewichtsprozent reduziert, und zwar bezogen auf die Gesamtmasse der Zwischenschicht. Mit der Kurve B ist in der Figur 3 der Verlauf des Anteils der die Zwischenschicht bildenden Oxid-Keramik gfs. mit den vorgenannten Zusätzen dargestellt, wobei die Oxid-Keramik hierbei Mullit, Forsterit, Cordierit oder eine Kombination einer oder mehrerer dieser Keramiken ist.
Die Figur 4 zeigt in einer Darstellung ähnlich Figur 1 als weitere mögliche Ausführungsform ein Substrat 1a, welches sich von dem Substrat 1 dadurch unterscheidet, dass die Metallisierungen 3 und 4 nicht mit dem DCB-Verfahren, sondern mit einem Aktivlötverfahren auf das Keramikmaterial 2 aufgebracht sind.
Hierzu ist auf das Keramikmaterial, welches wiederum aus der Basisschicht 5 aus der Si3N4-Keramik sowie aus den beiden Zwischenschichten 6 und 7 besteht, eine Schicht 8 bzw. 9 aus Aktivlot aufgebracht, über die die jeweilige Metallisierung bzw. die diese Metallisierung bildende Metall- oder Kupferfolie flächig mit dem Keramikmaterial 2 verbunden ist.
Als Aktivlot eignen sich die üblicherweise verwendeten Materialien, z.B. ein Aktivlot, welches eine Basiskomponente oder einen Lotbestandteil, wie z.B. Kupfer/Silber, sowie eine Aktiv-Komponente enthält, wie z.B. Ti, Hf, Zr. Die Herstellung des Substrates 1 a erfolgt wiederum derart, dass zunächst in einem oder mehreren vorausgehenden Verfahrensschritten das Keramikmaterial 2 gefertigt wird. Im Anschluss daran erfolgt dann das Aufbringen der Metallisierungen 3 und 4 nach dem an sich bekannten Aktivlotverfahren, wobei die Schichten 8 und 9 aus Aktivlot entweder als Paste oder als Folie aufgebracht werden.
Zur Herstellen von Leiterbahnen, Kontaktflächen usw. werden die Metall-Keramik- Substrate in der üblichen Weise und mit der üblichen Technik strukturiert, z.B. mit der bekannten Maskier- und Ätztechnik.
Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird.
Bezugszeichen liste
1, 1a Metall-Keramik-Substrat
1.1 Prüfling 2 Keramikmaterial
3, 4 Metallisierung
5 innere Schicht aus Siliziumnitrid-Keramik
5, 6 Zwischenschicht aus einer oxidischen Keramik
8, 9 Aktivlotschicht F Abreißkraft de Dicke der inneren Schicht aus Siliziumnitrid-Keramik dm Dicke der die Metallisierungen bildenden Metallschichten

Claims

Patentansprüche
1. Metall-Keramik-Substrat mit einem mehrschichtigen, plattenförmigen
Keramikmaterial (2) und mit wenigstens einer an einer Oberflächenseite des ' Keramikmaterials vorgesehenen Metallisierung (3, A)1 die mit dem Keramikmaterial durch Directbonden (DCB-Verfahren) oder Aktivlöten verbunden ist, wobei das Keramikmaterial (2) aus wenigstens einer inneren Schicht oder Basisschicht (5) aus einer Siliziumnitrid-Keramik besteht, und wobei die mit der wenigstens einen Metallisierung (3, 4) versehene Oberflächenseite des Keramikmaterials (2) von einer auf die wenigstens eine Basisschicht (5) aufgebrachten Zwischenschicht (6,
7) aus einer oxidischen Keramik gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Zwischenschicht (6, 7) aus der oxidischen Keramik einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten kleiner oder höchstens gleich 6 x 10"6K"1 besitzt, und dass der Anteil an freiem Siliziumoxid (SiO2) in der die wenigstens eine
Zwischenschicht (6, 7) bildenden oxidischen Keramik zumindest im Bereich der Verbindung zwischen der Zwischenschicht (6, 7) und der Metallisierung (3, A) vernachlässigbar gering ist.
2. Substrat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an freiem Siliziumoxid in der wenigstens einen Zwischenschicht (6, 7) aus der oxidischen Keramik zumindest im Bereich der Verbindung zwischen der Zwischenschicht und der Metallisierung (3, A) gleich Null oder annähernd gleich Null ist.
3. Substrat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Basisschicht (5) aus der Siliziumnitrid-Keramik an beiden Oberflächenseiten mit jeweils wenigstens einer Zwischenschicht (6, 7) aus der oxidischen Keramik versehen ist.
4. Substrat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf beiden
Zwischenschichten (6, 7) jeweils wenigstens eine Metallisierung (3, A) aufgebracht ist.
5. Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Keramikmaterial (2) hinsichtlich der Schichtfolge und Dicke der Keramikschichten (5, 6, 7) symmetrisch zu einer parallel zu den Oberflächenseiten des Keramikmaterials verlaufenden Mittelebene ausgebildet ist.
6. Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es hinsichtlich der Schichtfolge und/oder hinsichtlich der Dicke der Schichten, einschließlich der Dicke der Keramikschichten (5, 6, 7) und der Metallisierungen (3, 4) symmetrisch zu einer parallel zu den Oberflächenseiten des Substrates verlaufenden Mittelebene ausgebildet ist.
7. Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das für die wenigstens eine Zwischenschicht (6, 7) verwendete Keramikmaterial einen Elastizitätsmodul kleiner 300 GPa, insbesondere einen Elastizitätsmodul im Bereich zwischen 100 und 300 GPa aufweist.
8. Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der wenigstens einen Zwischenschicht (6, 7) deutlich kleiner ist als die Dicke (de) der diese Zwischenschicht tragenden Basisschicht (5) aus der Siliziumnitrid-Keramik und/oder deutlich kleiner ist als die Dicke (dm) der wenigstens einen Metallisierung (3, 4).
9. Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (dm) der wenigstens einen Metallisierung (3, 4) maximal gleich der dreifachen Dicke (de) der Basisschicht (5) aus der Siliziumnitrid-Keramik ist.
10. Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der wenigstens einen Zwischenschicht (6, 7) im Bereich zwischen 0,1 - 10μm liegt.
11. Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (de) der wenigstens einen Basisschicht (5) aus der Siliziumnitrid- Keramik im Bereich zwischen 0,1 und 2 mm liegt.
12. Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (dm) der wenigstens einen Metallisierung im Bereich zwischen 0,5 1 mm liegt.
13. Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Metallisierung aus Kupfer aus einer Kupferlegierung besteht.
14. Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Zwischenschicht (6, 7) aus Forsterit, Cordierit, Mullit oder aus einer Mischung oder Kombination wenigstens zweier dieser Komponenten ist.
15. Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramik der wenigstens einen Zwischenschicht (6, 7) eine
Aluminiumoxid-Keramik enthält.
16. Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramik der wenigstens einen Zwischenschicht (6, 7) Sinterhilfsmittel, insbesondere in Form wenigstens eines Seltenerdeelementes enthält.
17. Substrat nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramik der wenigstens einen Zwischenschicht (6, 7) als Sinterhilfsmittel ein Oxid von Ho, Er, Yb, Y, La, Sc, Pr, Ce, Nd, Dy, Sm, Gd oder Mischungen von wenigstens zwei dieser Oxide enthält.
18. Substrat nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Sinterhilfsmittel im Bereich von 1,0 bis 8,0 Gewichtsprozent liegt.
19. Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramik der wenigstens einen Zwischenschicht (6, 7) als Zusatzkomponente wenigstens einen oxidischen Bestandteil aus der Gruppe Li2O, ÜO2, BaO, ZnO, B2O3, CsO, Fβ2θ3, Zrθ2, CuO, CU2O enthält, wobei der Anteil an dieser Zusatzkomponente maximal 20 Gewichtsprozent bezogen auf die
Gesamtmasse der Zwischenschicht beträgt.
20. Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Schicht aus der Siliziumnitrid-Keramik eine Wärmeleitfähigkeit größer 45 VV/mK aufweist.
21. Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Adhäsions- oder Peelfestigkeit der wenigstens einen Metallisierung (3, 4) an dem Keramikmaterial größer als 40 N/cm ist.
22. Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der wenigstens einen Zwischenschicht (6, 7) und der anschließenden Metallisierung (3, 4) wenigstens eine Schicht (8, 9) aus einem Aktivlot vorgesehen ist.
23. Substrat nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktivlot aus einem als Lot geeigneten Basisbestandteil und einem Aktiv-Metall, beispielsweise Ti, Hf, Zr, Nb und/oder Ce besteht.
24. Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Abmessungen des Substrates größer als 80 x 80 mm, vorzugsweise größer 100 x 150 mm sind.
25. Verfahren zum Herstellen eines Metall-Keramik-Substrats mit einem mehrschichtigen, plattenförmigen Keramikmaterial (2), welches aus wenigstens einer inneren Schicht oder Basisschicht (5) aus einer Siliziumnitrid-Keramik besteht, sowie mit wenigstens einer an einer Oberflächenseite des Keramikmaterials (2) vorgesehenen Metallisierung (3, 4), wobei an der mit der wenigstens einen Metallisierung (3, 4) zu versehenen Oberflächenseite des Keramikmaterials (2) auf der wenigstens einen Basisschicht (5) eine Zwischenschicht (6, 7) aus einer oxidischen Keramik gebildet wird und auf dieser Zwischenschicht die wenigstens eine Metallisierung (3, 4) durch Direct- Bonden (DCB-Verfahren) oder Aktivlöten wenigstens einer Metallschicht oder - folie aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass für die Zwischenschicht (6, 7) eine oxidische Keramik verwendet wird, deren thermischer Ausdehnungskoeffizienten kleiner oder höchsten gleich 6 x 10"6 K"1 ist und deren Anteil an freien Silizium (Siθ2) zumindest im Bereich der Verbindung zwischen der Zwischenschicht (6, 7) und der Metallisierung (3, 4) bzw. am
Übergang zwischen der Zwischenschicht (6, 7) und der Metallisierung (3, 4) vernachlässigbar gering ist.
26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (6, 7) so ausgebildet wird, dass der Anteil an freiem Siliziumoxid (Siθ2) in der wenigstens einen Zwischenschicht (6, 7) aus der oxidischen Keramik zumindest im Bereich der Verbindung zwischen der Zwischenschicht (6, 7) und der Metallisierung (3, 4) bzw. am Übergang zwischen der Zwischenschicht (6, 7) und der Metallisierung (3, 4) gleich Null oder annähernd gleich Null ist.
27. Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Basisschicht (5) am beiden Oberflächenseiten mit jeweils einer Zwischenschicht (6, 7) aus der oxidischen Keramik versehen und auf beide
Zwischenschichten (6, 7) jeweils wenigstens eine Metallisierung (3, 4) aufgebracht wird.
28. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (6, 7) mit einer Dicke erzeugt wird, die deutlich kleiner ist als die Dicke (de) der Basisschicht (5) aus Siliziumnitrid-Keramik und/oder deutlich kleiner ist als die Dicke (dm) der wenigstens einen Metallisierung (3,4).
29. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die wenigstens eine Metallisierung (3, 4) eine Metallfolie mit einer Dicke
(dm) verwendet wird, die maximal gleich der dreifachen Dicke (de) der Basisschicht (5) ist.
30. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Zwischenschicht (6, 7) mit einer Dicke im Bereich zwischen 0,1 - 10 μm erzeugt wird.
31. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die wenigstens eine Zwischenschicht (6, 7) Forsterit, Cordierit, Mullit oder eine Mischung oder Kombination wenigstens zweier dieser Komponenten verwendet wird.
32. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die wenigstens eine Zwischenschicht (6, 7) eine Keramik verwendet wird, die eine Aluminiumoxid-Keramik enthält.
33. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die wenigstens eine Zwischenschicht (6, 7) eine Keramik verwendet wird, die wenigstens ein Sinterhilfsmittel, insbesondere in Form wenigstens eines
Seltenerdenelementes enthält, wobei der Anteil an Sinterhilfsmitteln insbesondere im Bereich von 1,0 bis 8,0 Gewichtsprozent liegt.
34. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die wenigstens eine Zwischenschicht (6, 7) eine Keramik verwendet wird, die als Zusatzkomponente wenigstens einen oxidischen Bestandteil aus der Gruppe nthält, wobei der Anteil an der Zusatzkomponente maximal 20 Gewichtsprozent bezogen auf die Gesamtmasse der Zwischenschicht beträgt.
35. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisschicht (5) an wenigstens einer Oberflächenseite mit einem die Zwischenschicht (6, 7) bildenden Keramikmaterial beschichtet und diese Beschichtung bei einer Temperatur im Bereich zwischen 1200 und 168O0C eingebrannt bzw. dichtgesintert wird.
36. Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbrennen oder Dichtsintern in einer oxidischen Atmosphäre erfolgt.
37. Verfahren nach Anspruch 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, dass das
Beschichten durch Sprühen, Tauchen, beispielsweise aus wässrigen Dispersionen, oder in einem Sol-Gel-Verfahren erfolgt.
38. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichten unter Verwendung von das Keramikmaterial enthaltenden micro- bis nanodispersen Mischungen erfolgt.
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009015520A1 (de) * 2009-04-02 2010-10-07 Electrovac Ag Metall-Keramik-Substrat
DE102010025311B4 (de) * 2010-06-28 2014-08-28 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zum Aufbringen einer metallischen Schicht auf ein keramisches Substrat, Verwendung des Verfahrens und Materialverbund
DE102012110382B4 (de) * 2011-12-21 2021-02-18 Rogers Germany Gmbh Substrat sowie Verfahren zum Herstellen eines Substrates
DE102013108610A1 (de) 2013-08-06 2015-02-12 Rogers Germany Gmbh Metall-Keramik-Substrat sowie Verfahren zum Herstellen eines Metall-Keramik-Substrates
CN103739278B (zh) * 2014-01-10 2015-03-04 江西省源通陶瓷科技有限公司 与金属基涂层稳定结合的陶瓷基体材料及其制品
CN104628367A (zh) * 2014-01-10 2015-05-20 曹小松 与金属基涂层稳定结合的陶瓷基体的制备方法
CN104628368A (zh) * 2014-01-10 2015-05-20 曹小松 适用于电磁加热设备的陶瓷器皿
JP6724481B2 (ja) * 2016-03-30 2020-07-15 日立金属株式会社 セラミック基板及びその製造方法
JP7211949B2 (ja) * 2017-08-04 2023-01-24 デンカ株式会社 セラミックス回路基板
TWI687531B (zh) * 2018-01-26 2020-03-11 謝孟修 陶瓷電路板及其製法
DE102018101750A1 (de) * 2018-01-26 2019-08-01 Rogers Germany Gmbh Verbundkeramik für eine Leiterplatte und Verfahren zu deren Herstellung
TWI667221B (zh) * 2018-11-14 2019-08-01 國家中山科學研究院 一種降低雙面銅鍍層與氮化鋁基板之界面應力累積的方法
CN111278220A (zh) * 2018-12-04 2020-06-12 中科院微电子研究所昆山分所 一种厚铜dcb板的制备方法
DE102019108594A1 (de) * 2019-04-02 2020-10-08 Rogers Germany Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Metall-Keramik-Subtrats und ein solches Metall-Keramik-Substrat.
CN111848226B (zh) * 2019-04-24 2022-03-25 成都大学 一种纳米金属层陶瓷基板及其制造方法
DE102021106952A1 (de) 2021-03-22 2022-09-22 Infineon Technologies Austria Ag Dbc-substrat für leistungshalbleitervorrichtungen, verfahren zum herstellen eines dbc-substrats und leistungshalbleitervorrichtung mit dbc-substrat
CN116354739B (zh) * 2023-03-13 2024-02-02 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种陶瓷连接件及其制备方法与应用

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6107638A (en) * 1997-03-14 2000-08-22 Kabushiki Kaisha Toshiba Silicon nitride circuit substrate and semiconductor device containing same

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2213115C3 (de) 1972-03-17 1975-12-04 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen Verfahren zum hochfesten Verbinden von Keramiken aus Karbiden, einschließlich des Diamanten, Boriden, Nitriden oder Suiziden mit Metall nach dem Trocken-Lötverfahren
US3766634A (en) 1972-04-20 1973-10-23 Gen Electric Method of direct bonding metals to non-metallic substrates
US3744120A (en) 1972-04-20 1973-07-10 Gen Electric Direct bonding of metals with a metal-gas eutectic
US4443059A (en) * 1982-01-13 1984-04-17 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force High energy laser mirror
JPH0810710B2 (ja) 1984-02-24 1996-01-31 株式会社東芝 良熱伝導性基板の製造方法
US5874175A (en) * 1988-11-29 1999-02-23 Li; Chou H. Ceramic composite
CH684216A5 (fr) 1991-02-15 1994-07-29 Lem Liaisons Electron Mec Dispositif de mesure de courants.
JPH09153567A (ja) * 1995-09-28 1997-06-10 Toshiba Corp 高熱伝導性窒化珪素回路基板および半導体装置
JPH09153568A (ja) * 1995-09-28 1997-06-10 Toshiba Corp 窒化珪素セラミック回路基板および半導体装置
US5912066A (en) 1996-03-27 1999-06-15 Kabushiki Kaisha Toshiba Silicon nitride circuit board and producing method therefor
EP0805492B1 (de) * 1996-04-03 2004-06-30 Jürgen Dr.-Ing. Schulz-Harder Gewölbtes Metall-Keramik-Substrat
JP3907818B2 (ja) * 1997-03-14 2007-04-18 株式会社東芝 窒化珪素回路基板、半導体装置及び窒化珪素回路基板の製造方法
JPH11354684A (ja) * 1998-06-09 1999-12-24 Nitto Denko Corp 低熱膨張配線基板および多層配線基板
US6485816B2 (en) * 2000-01-31 2002-11-26 Ngk Insulators, Ltd. Laminated radiation member, power semiconductor apparatus, and method for producing the same
JP3949459B2 (ja) * 2002-01-25 2007-07-25 日本碍子株式会社 異種材料の接合体及びその製造方法
JP4766831B2 (ja) * 2002-11-26 2011-09-07 株式会社村田製作所 電子部品の製造方法
KR20060024421A (ko) * 2003-06-30 2006-03-16 켄이치로 미야하라 박막 형성용 기판, 박막 기판, 및 발광소자
DE102005061049A1 (de) * 2005-12-19 2007-06-21 Curamik Electronics Gmbh Metall-Keramik-Substrat

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6107638A (en) * 1997-03-14 2000-08-22 Kabushiki Kaisha Toshiba Silicon nitride circuit substrate and semiconductor device containing same

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Publication number Publication date
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