WO2014139519A2 - Metal ceramic substrate and method for producing a metal ceramic substrate - Google Patents

Metal ceramic substrate and method for producing a metal ceramic substrate Download PDF

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WO2014139519A2
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metal
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ceramic substrate
ceramic
metallization
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Christoph WEHE
Xinhe Tang
Andreas Meyer
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Rogers Germany Gmbh
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    • H05K1/11—Printed elements for providing electric connections to or between printed circuits
    • H05K1/111—Pads for surface mounting, e.g. lay-out

Definitions

  • the invention relates to a metal-ceramic substrate according to the preamble of
  • Metal l-ceramic substrates in the form of printed circuit boards consisting of a ceramic layer and at least one metal surface connected to a surface side of the ceramic layer and for the formation of printed conductors, contacts, contact or pads structured metal are known in various designs.
  • Such metal-ceramic substrates are used, for example, for constructing a power semiconductor module in which two metal-ceramic substrates are arranged stacked in sandwich construction.
  • the center planes of the metal-ceramic substrates extend in two planes running parallel to one another, in such a way that the structured metallizations point toward one another between two
  • opposite contact or pad at least one semiconductor device, preferably to receive a power semiconductor device.
  • DCB method direct copper bonding
  • Metal ltiken preferably copper layers or foils with each other and / or connected to a ceramic layer, using metal or
  • Copper sheets or metal or copper foils having on their surface sides a layer or a coating ("reflow layer") of a chemical compound of the metal I and a reactive gas, preferably oxygen
  • this layer or coating (“Aufschmelz Anlagen”) forms a eutectic having a melting temperature below the melting temperature of the metal (eg copper), so that by hanging up the metal or copper foil on the ceramic layer and through Heating all layers they can be joined together, by melting the metal layer or copper layer substantially only in the region of the reflow layer or oxide layer.
  • the metal eg copper
  • Such a DCB method then has, for example, the following method steps:
  • Ceramic material or a ceramic layer known In this method, which is also used specifically for the production of metal-ceramic substrates, at a temperature between about 800 - 1000 ° C, a connection between a metal foil, such as copper foil, and a ceramic substrate, for example a
  • This active metal which is, for example, at least one element of the group Hf, Ti, Zr, Nb, Ce, establishes a connection between the brazing alloy and the ceramic by a chemical reaction, while the connection between the brazing alloy and the metal l forms a metallic braze Connection is.
  • adhesive bonds or adhesive techniques using plastic adhesives for example using epoxy resin-based adhesives, may also be used for such bonding of two layers especially fiber-reinforced adhesives.
  • Also known in particular is the use of special adhesives containing carbon fibers and / or carbon nanofibers and / or carbon nanotubes, and / or adhesives, with which a thermal and / or electrically good conductive adhesive bond is possible.
  • Said connection technologies can, of course, also be used in combination when providing a plurality of metal layers both on the lower and the upper side of the ceramic layer.
  • EP 2 01 9 429 A1 Also known from EP 2 01 9 429 A1 is an arrangement comprising two metal-ceramic substrates, in which at least one electrically connected semiconductor component is accommodated between the two metal-ceramic substrates.
  • the free spaces between the connected via the at least one semiconductor device Metal l-ceramic substrates by Transfermolden filled with a potting compound, such as epoxy, wherein channels are provided in the potting compound for cooling purposes.
  • the potting compound serves to insulate the opposing metallizations of the metal I ceramic substrates.
  • the casting method described is only possible after the connection of the metal-ceramic substrates via the semiconductor components. In the high-temperature range, cracking or other defects, for example air pockets within the potting compound, which may lead to a deterioration of the dielectric strength and / or partial discharge strength of the module, may also occur as a result of temperature changes.
  • the present invention seeks to provide a metal-ceramic substrate and a method for its
  • the object is achieved by a metal-ceramic substrate or a method for its manufacture ment according to the claims 1 and 1 3.
  • the essential aspect of the metal-ceramic substrate according to the invention is to be seen in that the at least one connection surface has a central connection surface portion and an insulating surface portion surrounding it, wherein on the Insulating surface portion at least partially an insulating layer of a dielectric Fül lmaterial is applied. This is particularly advantageous
  • Metal I ceramic substrate according to the invention at least ei ne by the central
  • Pad portion gebi ldete contact or bonding surface for a semiconductor device which is surrounded by an insulating layer.
  • Connection area can be effectively avoided, which often occur in a subsequent encapsulation of an array of two stacked metal l ceramic substrates in sandwich construction.
  • Such air pockets usually lead to an increase in the field strengths in this area, so that the risk of Tei lentladung significantly increased.
  • Metal I ceramic substrates according to the invention can be particularly advantageous especially in the arrangement of two stacked metal l-ceramic substrates in sandwich construction an improvement in the dielectric strength and the
  • Partial discharge strength can be achieved.
  • the layer thickness of the connection surface in the region of the connection surface section is greater than in the region of the insulation surface section and / or the transitional region between the connection surface section and
  • the metallization metallization of the metal-ceramic substrate that forms the terminal surface is, for example, by means of step etching or other shaping processing methods, for example step milling in the
  • the surface of the insulating layer is approximately flush in the surface of the pad portion over or protrudes above the level of the surface of the pad section.
  • the metal-ceramic substrate according to the invention is embodied such that the pad portion forms a contact or bonding surface and / or in that the dielectric filling material consists of polyimide or polyamides with a ceramic component, preferably a silicon nitride component, an aluminum oxide component, a
  • Aluminum nitride content or a proportion of glass is made and / or
  • the relative permittivity or dielectric constant of the dielectric filling material forming the insulating layer is between 2.5 and 6.5, preferably 3.2 to 4.0, and / or
  • thermal expansion coefficient of the insulating layer is adapted to the metallization, preferably corresponds to the thermal expansion coefficient of the metallization and / or
  • the metallizations are connected to the ceramic layer by means of a "direct copper bonding" method, wherein the above-mentioned features can again be provided individually or in any desired combination and alternative methods for connecting the metallization to the ceramic layer are also conceivable.
  • active soldering method or "direct aluminum bonding" method.
  • plastic adhesives for example using epoxy resin-based adhesives, in particular also fiber-reinforced adhesives.
  • the invention further relates to a method for producing a metal-ceramic substrate comprising a ceramic layer, the essential aspect of
  • connection surface comprising a central connection surface section and an insulating surface section surrounding it, wherein the
  • Insulating surface portion is at least partially coated with an insulating layer of a dielectric filling material.
  • the generation of the insulating layer is thus quickly and easily integrated in the manufacturing process of the metal-ceramic substrate.
  • Insulating surface portion is applied as long as with an etching solution until
  • Recesses of a given depth are etched free in the areas of the metallization released by etching resist layer. Finally, the etching resist layer is removed from the metallization again and the etched recesses are filled with the dielectric filling material to produce the insulating layer.
  • Etching resist layer the metal-ceramic substrate according to FIG. 7 after application of a further etching resist layer
  • the metal-ceramic substrate according to FIG. 8 after removal of the marginal metallization by means of etching
  • the metal-ceramic substrate according to FIG. 9 after removal of the further etching resist layer
  • FIG. 11 shows the metal-ceramic substrate according to FIG. 5 after insertion of channel-like or web-like recesses into the metallization
  • Fig. 12 shows the metal-ceramic substrate according to Figure 1 1 after introduction of a
  • FIG. 1 shows, in a simplified representation, a section through a metal-ceramic substrate 1 according to the invention comprising at least one ceramic layer 2 with two opposite surface sides, namely a first and a second one
  • FIG. 2 shows a plan view of the first surface side 2.1 of the metal-ceramic substrate 1 according to FIG. 1 according to the invention.
  • the first surface side 2.1 is provided in the present embodiment with a first metalization 3, which is preferably formed or made by a foil or layer of copper or a copper alloy and which directly on the
  • Ceramic layer 2 is applied.
  • the second surface side 2.2 opposite the first surface side 2.1 is provided with a second metallization 4, which is preferably also formed or produced by a foil or layer of copper or a copper alloy.
  • the first and second metallizations 3, 4 may be made of aluminum, an aluminum alloy, steel or a steel alloy.
  • the first and second metallizations 3, 4 made of copper or a copper alloy are preferably connected directly to the surface of the first or second surface side 2.1, 2.2 of the ceramic layer 2 directly using the DCB method described above.
  • a bond may be made by gluing using a plastic clip or a polymer suitable as an adhesive, preferably under
  • Aluminum alloy is also a "direct aluminum bonding method usable.
  • the ceramic layer 2 is made, for example, of an oxide, nitride or carbide ceramic such as aluminum oxide (Al 2 O 3) or aluminum nitride (AIN) or silicon nitride (Si 3 N 4) or silicon carbide (SiC) or of aluminum oxide with zirconium oxide (Al 2 O 3 + ZrO 2) and has a layer thickness, for example between 0.1 mm and 1, 0 mm, preferably between 0.2 mm and 0.7 mm.
  • an oxide, nitride or carbide ceramic such as aluminum oxide (Al 2 O 3) or aluminum nitride (AIN) or silicon nitride (Si 3 N 4) or silicon carbide (SiC) or of aluminum oxide with zirconium oxide (Al 2 O 3 + ZrO 2) and has a layer thickness, for example between 0.1 mm and 1, 0 mm, preferably between 0.2 mm and 0.7 mm.
  • the first metallization 3 is designed to form at least one connection region or a connection surface 5 for at least one electronic component, in particular power component 7, wherein the connection surface 5 is formed by the structured surface of the first metallization 3 lying opposite the ceramic layer 2.
  • the first and / or second metallization 3, 4 can be further structured to form additional conductor tracks, contacts and / or further attachment areas.
  • the basic idea of the invention with reference to the formation of a pad 5 is explained in more detail. It is understood that based on this basic idea, a multiplicity of different connection surfaces 5 and further structuring of the metallizations 3, 4 of a metal-ceramic substrate 1 can be produced, which make use of the basic idea according to the invention.
  • the at least one connection surface 5 has a central one
  • the pad 5 forms the top of the structured first metallization 3, which by corresponding
  • Processing method is divided into two different surface sections, namely the central land portion 5.1 and the surrounding Insulating surface section 5.2.
  • Insulating surface section 5.2 of the first metallization 3 according to the invention, the insulating layer 6 is applied from a dielectric filling material.
  • Pad area 5.1 is here for surface connection at least one
  • the pad portion 5.1 thus forms a contact or bonding surface.
  • connection surface 5 preferably has a rectangular, square or polygonal cross-section whose edge side
  • the insulation surface section 5.2 is covered by the insulation layer 6 at least in the region adjoining the central connection surface section 5.1.
  • the insulating surface portion 5.2 is completely covered with the insulating layer 6 to the dielectric strength and / or partial discharge resistance of the metal-ceramic substrate 1 in the connection region of
  • Semiconductor device preferably power semiconductor device 7 to improve.
  • the insulating layer 6 is disposed on the upper side facing away from the ceramic layer 2 of the first structured metallization 3 or of the resulting structure
  • the insulating layer 6 is preferably made of a dielectric filling material whose base substance is, for example, polyimide or polyamides, wherein the polyimide or polyamides has a ceramic component, for example a silicon nitride component, an aluminum oxide component, an aluminum nitride component or a glass component. Also can be used as a dielectric filling material, an epoxy resin or a thermoplastic material such as polyetheretherketone. Preferably, the relative permittivity of the dielectric filling material forming the insulating layer 6 is between 2.5 and 6.5, preferably between 3.2 and 4.0.
  • Insulation layer 6 is in this case selected such that this approximately the thermal Expansion coefficient or coefficient of thermal expansion of the first metallization 3, ie of copper or a copper alloy or aluminum or a
  • the first for example made of copper or a copper alloy metallization 3, for example, has a layer thickness between 0.1 mm and 1, 0 mm, preferably between 0.3 mm and 0.6 mm.
  • the layer thickness of the second metallization 4 can be designed accordingly.
  • the layer thickness is, for example, between 0.1 mm and 5.0 mm, preferably between 0.3 mm and 3.0 mm.
  • the layer thickness of the first metallization 3 forming the connection surface 5 in the region of the connection surface section 5.1 is greater than in the region of the
  • Insulating surface section 5.2 forms.
  • Transition region S are preferably rounded, which is due to the respective shaping process.
  • this is an inclusion-free
  • a stepped transition region S is shown schematically, which surrounds the central connection surface section 5.1.
  • the first stepped transition region S is shown schematically, which surrounds the central connection surface section 5.1.
  • Copper layer has a layer thickness of 0.1 mm to 1, 0 mm and in the range of
  • Isolations lakeabêtes 5.2 from 0.05 mm to 0.8 mm.
  • the layer thickness is in the range of
  • the layer thickness in the region of the insulation surface section 5.2 is approximately half the layer thickness in the region of the connection surface section 5.1. Due to the reduction of the layer thickness in the region of the insulating surface section 5.2, there is a free space which is filled with the dielectric filling material for the purpose of forming the insulating layer 6.
  • the insulating layer 6 of a dielectric Fül lmaterial is applied to the insulating surface section 5.2 that the metalization 3 opposite top of the insulating layer. 6
  • the Ansch luss simulation 5 thus has a the central pad area 5.1 surrounding, stepped abandonedbi ldeten insulation surface section 5.2, the lülmaterial with the dielectric Fül for bi tion of the insulating layer 6 is filled. This results in a stepped in cross-section formed, structured first metalization 3, in which the introduced by the metallization 3 in the introduced grading with the insulating layer 6 is filled.
  • two metal-ceramic substrates 1, 1 'designed in accordance with FIGS. 1 and 2 are stacked in sandwich construction, in such a way that at least two opposite connection surfaces 5, 5' for surface connection of the semiconductor component ls, in particular
  • the first lower metal I ceramic substrate 1 has a first analogous to FIG.
  • connection surface 5 comprises the central connection surface section 5.1 and the surrounding insulation surface section 5.2, on which the
  • Insulating layer 6 according to the invention is provided.
  • the pad 5 is connected to a first contact 7.1 of Halbleiterbautei ls 7 surface, preferably by means of a solder joint.
  • the second, upper metal I-ceramic substrate 1 ' is formed substantially identical to the first, lower metal I-ceramic substrates 1, preferably when used in a sandwich construction approximately mirror-inverted to the first, lower
  • Metal I ceramic substrates 1 realized.
  • the second, upper metal I ceramic substrate 1 ' is rotated by 1 80 °, so that the first, a further pad 5' forming further first Metal tion 3 'in the direction of the first, lower metal-ceramic substrates 1 is oriented.
  • the second, upper metal-ceramic substrate 1 ' also has a ceramic layer 2' with an upper and lower surface side 2.1 ', 2.2', wherein the other first
  • Insulating surface section 5.2 ' is also provided with a further insulating layer 6'.
  • the further connection surface 5 ' is connected in a planar manner to a second contact 7.2 of the semiconductor component 7, preferably by soldering, silver sintering or a "transient liquid phase bonding" method.
  • the insulation layers 6, 6 'according to the invention are the central ones
  • stacked metal-ceramic substrates 1, 1 ' are subsequently potted in order to obtain a further increase in the dielectric strength and partial discharge resistance.
  • potting compound a plastic material with high viscosity is preferably used, which is at least partially elastic even after curing.
  • silicone elastomers are preferably used.
  • the subject matter of the invention is a method for producing a metal-ceramic substrate 1 described above, whose essential method steps are illustrated by way of example in FIGS. 4 to 8.
  • FIG. 4 shows, by way of example, a cross section through a metal-ceramic substrate 1, which essentially consists of a ceramic layer 2 and one with the first one
  • the compound of metallization 3 preferably made of copper or a Copper alloy is made with the ceramic layer 2 via the DCB method described above. Alternatively, the previously described
  • the metallization 3 becomes a
  • Etch resist layer 8 is produced by means of per se known techniques. For example, by applying a photoresist layer with appropriate masking of the surface of the metalization 3, then exposing and curing of the photoresist layer.
  • FIG. 5 those areas of the metallization 3 which are not covered by the etching resist layer 8 are already indicated by dashed lines, which regions are to be removed by etching in the subsequent second process step.
  • the metallization 3 provided with the etching resist layer 8 is subjected to an etchant, namely for a predetermined period of time. The time duration is dependent on etchant and dimensioned such that recesses 9 of desired depth are etched free from the metallization 3.
  • FIG. 2 shows the metal-ceramic substrate 1 provided with the etching resist layer 8 after the etching step has been carried out and the recesses 9 exposed by the etching.
  • the ⁇ tzresist für 8 is now removed from the surface of the metallization 3, preferably using known per se, such as NaOH or Na2CÜ2 and.
  • the metal-ceramic substrate 1 is applied to the etchant until the recess 9 is introduced into the metallization with the desired depth, the layer thickness in the region of the recess 9 being reduced approximately to half the original layer thickness of the metallization 3 is.
  • the thus processed metal-ceramic substrate 1 is another
  • Metalization 3 with the dielectric filling material preferably polyimides or polyamide-imides and a Keramikanteil, for example, a silicon nitride, an aluminum nitride or a glass portion fillet lt and thereby an insulating layer 6 is formed, which preferably completely fills the recesses 9.
  • a screen printing method or a stencil printing method is suitable. Possibly. Repeat printing several times to obtain a homogeneous filling of the recesses 9, wherein the number of
  • Filling material is dependent. After curing of the dielectric Fül lmaterials can be a mechanical surface treatment of the metallization 3 and the filled
  • FIG. 7 shows the metal-ceramic substrate 1 after the filling of the recesses 9 and the hardening of the dielectric filling material or the insulating layer 6.
  • the surface of the metallization 3 surrounded by the insulating layer 6 forms the
  • FIG. 8 shows the metal-ceramic substrate 1 with the further etching resist layer 10.
  • a sixth method step according to FIG. 9 the area of the metallization 3 not covered by the etching resist layer 10 is removed by etching, specifically completely up to the ceramic layer 2. In the present exemplary embodiment, only the connection area 5 covered with the etching resist layer 10 remains. Finally, in a seventh method step according to FIG. 10, the etch resist layer 10 is removed by a corresponding solvent and the remaining step-formed metalization 3 with applied insulation layer 6 forms the invention
  • the metallization 3 provided with the etch resist layer 8 is exposed to an etchant and a channel-like or slot-like recess 11 is etched out of the metallization 3, which is preferably etched on the vol liges layer thickness of the metallization 3, ie extends to the ceramic layer 2.
  • the channel or web-like recess 1 1 has, for example, a width of 0.3 mm to 2 mm.
  • the Atzresist für 8 is at least partially removed. Alternatively, this can also be completely removed and reapplied, so that, according to FIG.
  • the uncovered part of the metallization 5 is subjected to an etchant, in such a way that only a part of the metallization 5 is removed and a step-like edge of the metallization 5 is formed, the
  • Insulating surface section 5.2 forms.
  • both the step-like edge of the metallization 5 forming the insulating surface section 5.2 and the channel-like or slot-like recess 11 between the etched-away sections of the metallization 5 with the dielectric filling material preferably polyimides or polyamides and a ceramic component, for example a silicon nitride component, an alumina moiety, a
  • Aluminiumnitridanteil or a glass portion is filled ltl and thereby one on the channel or web-like recess 1 1 and the opposite
  • the first and / or second metallization 3, 4 may be at least partially provided with a metallic surface layer, for example a surface layer of nickel, gold, silver or nickel, gold and silver alloys.
  • the layer thickness of the surface layer is for example between 0.1 micrometer and 10 micrometers.
  • Surface layer is preferably applied after the application of the first and / or second metalization 3, 4 on the ceramic layer 2. The application of the

Abstract

The invention relates to a metal ceramic substrate and to a corresponding method for producing same. The metal ceramic substrate has at least one ceramic layer (2) which is provided with at least one metalization (3) on at least one surface side (2.1). The metallization is structured in order to form at least one connecting surface (5) for connecting at least one semiconductor component, in particular a power semiconductor component (7). In a particularly advantageous manner, the at least one connecting surface (5) has a central connecting surface section (5.1) and an insulating surface section (5.2) surrounding the central connecting surface section, and an insulating layer (6) made of a dielectric filling material is applied onto at least some regions of the insulating surface section (5.2).

Description

Metall-Keramik-Substrat sowie Verfahren zum Herstellen eines Metall-Keramik-Substrates  Metal-ceramic substrate and method for producing a metal-ceramic substrate
Die Erfindung betrifft ein Metall-Keramik-Substrat gemäß dem Oberbegriff des The invention relates to a metal-ceramic substrate according to the preamble of
Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Metall-Keramik-Substrates gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 3. Claim 1 and a method for producing a metal-ceramic substrate according to the preamble of claim 1 third
Metal l-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 Metal lisierung sind in verschiedensten Ausführungen bekannt. Metal l-ceramic substrates in the form of printed circuit boards consisting of a ceramic layer and at least one metal surface connected to a surface side of the ceramic layer and for the formation of printed conductors, contacts, contact or pads structured metal are known in various designs.
Derartige Metall-Keramik-Substrate finden beispielsweise Verwendung zum Aufbau eines Leistungshalbleiter-Moduls, bei dem zwei Metall-Keramik-Substrate in Sandwich-Bauweise übereinander gestapelt angeordnet sind. Hierbei verlaufen die Mittelebenen der Metall- Keramik-Substrate in zwei parallel zueinander verlaufenden Ebenen, und zwar derart, dass die strukturierten Metallisierungen zueinander weisen, um zwischen zwei Such metal-ceramic substrates are used, for example, for constructing a power semiconductor module in which two metal-ceramic substrates are arranged stacked in sandwich construction. In this case, the center planes of the metal-ceramic substrates extend in two planes running parallel to one another, in such a way that the structured metallizations point toward one another between two
gegenüberliegenden Kontakt- oder Anschlussflächen zumindest ein Halbleiterbauteil, vorzugsweise ein Leistungshalbleiterbauteil aufzunehmen. opposite contact or pad at least one semiconductor device, preferably to receive a power semiconductor device.
Zur 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 For joining metallization-forming metal foils or metal layers with each other or with a ceramic substrate or a ceramic layer, the so-called "DCB method" ("direct copper bonding") is also known. It will be
Metal lschichten, vorzugsweise Kupferschichten oder -folien miteinander und/oder mit einer Keramikschicht verbunden, und zwar unter Verwendung von Metall- bzw. Metal lschichten, preferably copper layers or foils with each other and / or connected to a ceramic layer, using metal or
Kupferblechen oder Metall- bzw. Kupferfolien, die an ihren Oberflächenseiten eine Schicht oder einen Überzug („Aufschmelzschicht") aus einer chemischen Verbindung aus dem Metal l und einem reaktiven Gas, bevorzugt Sauerstoff aufweisen. Bei diesem  Copper sheets or metal or copper foils having on their surface sides a layer or a coating ("reflow layer") of a chemical compound of the metal I and a reactive gas, preferably oxygen
beispielsweise in der US-PS 37 44 120 oder in der DE-PS 23 19 854 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: For example, in US-PS 37 44 120 or in DE-PS 23 19 854 described method, this layer or coating ("Aufschmelzschicht") forms a eutectic having a melting temperature below the melting temperature of the metal (eg copper), so that by hanging up the metal or copper foil on the ceramic layer and through Heating all layers they can be joined together, by melting the metal layer or copper layer substantially only in the region of the reflow layer or oxide layer. Such a DCB method then has, for example, the following method steps:
Oxidieren einer Kupferfolie derart, dass sich eine gleichmäßige Kupferoxidschicht ergibt; Oxidizing a copper foil so as to give a uniform copper oxide layer;
- Auflegen des Kupferfolie mit der gleichmäßige Kupferoxidschicht auf die  - Laying the copper foil with the uniform copper oxide layer on the
Keramikschicht;  Ceramic layer;
- Erhitzen des Verbundes auf eine Prozesstemperatur zwischen etwa 1025 bis  - Heating the composite to a process temperature between about 1025 to
1083 °C, beispielsweise auf ca. 1071 °C;  1083 ° C, for example to about 1071 ° C;
- Abkühlen auf Raumtemperatur.  - Cool to room temperature.
Ferner ist aus den Druckschriften DE 22 1 3 1 15 und EP-A-1 53 618 das sogenannte Furthermore, from the documents DE 22 1 3 1 15 and EP-A-1 53 618 the so-called
Aktivlot-Verfahren zum Verbinden von Metallisierungen bildenden Metallschichten oder Metal lfolien, insbesondere auch von Kupferschichten oder Kupferfolien mit einem Active soldering method for joining metallizations forming metal layers or metal lfolien, in particular also of copper layers or copper foils with a
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 Ceramic material or a ceramic layer known. In this method, which is also used specifically for the production of metal-ceramic substrates, at a temperature between about 800 - 1000 ° C, a connection between a metal foil, such as copper foil, and a ceramic substrate, for example a
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, stel lt durch eine chemische Reaktion eine Verbindung zwischen dem Hartlot und der Keramik her, während die Verbindung zwischen dem Hartlot und dem Metal l eine metallische Hartlöt-Verbindung ist.  Aluminum nitride ceramic produced using a brazing alloy 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 brazing alloy and the ceramic by a chemical reaction, while the connection between the brazing alloy and the metal l forms a metallic braze Connection is.
Auch sind Verfahren zur flächigen Verbindung einer Aluminiumschicht mit einer Also, methods for laminar connection of an aluminum layer with a
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. Ceramic layer under the name "direct aluminum bonding"("DABprocess") known. In principle, adhesive bonds or adhesive techniques using plastic adhesives, for example using epoxy resin-based adhesives, may also be used for such bonding of two layers especially fiber-reinforced adhesives. Also known in particular is the use of special adhesives containing carbon fibers and / or carbon nanofibers and / or carbon nanotubes, and / or adhesives, with which a thermal and / or electrically good conductive adhesive bond is possible. Said connection technologies can, of course, also be used in combination when providing a plurality of metal layers both on the lower and the upper side of the ceramic layer.
Auch ist aus der EP 2 01 9 429 A1 eine Anordnung umfassend zwei Metall-Keramik- Substrate bekannt, bei der zwischen den beiden Metall-Keramik-Substraten wenigstens ein elektrisch verbundenes Halbleiterbauteil aufgenommen ist. Um eine hohe Also known from EP 2 01 9 429 A1 is an arrangement comprising two metal-ceramic substrates, in which at least one electrically connected semiconductor component is accommodated between the two metal-ceramic substrates. To a high
Durchschlagfestigkeit eines derartigen Metall-Keramik-Substrat-Modul zu erreichen werden die Freiräume zwischen den über das zumindest eine Halbleiterbauteil verbundenen Metal l-Keramik-Substrate mittels Transfermolden mit einer Vergussmasse, beispielsweise Epoxy gefüllt, wobei zu Kühlzwecken Kanäle in der Vergussmasse vorgesehen werden. Die Vergussmasse dient zur Isolation der einander gegenüberliegenden Metallisierungen der Metal l-Keramik-Substrate. Nachteilig ist jedoch das beschriebene Vergussverfahren erst nach erfolgter Verbindung der Metall-Keramik-Substrate über die Halbleiterbauteile möglich. Auch kann es im Hochtemperaturbereich aufgrund von Temperaturwechsel zur Rissbildung oder anders gearteten Fehlstellen, beispielsweise Lufteinschlüsse innerhalb der Vergussmasse kommen, die zu einer Verschlechterung der Durchschlagfestigkeit und/oder Teilentladungsfestigkeit des Moduls führen können.  To achieve dielectric strength of such a metal-ceramic substrate module, the free spaces between the connected via the at least one semiconductor device Metal l-ceramic substrates by Transfermolden filled with a potting compound, such as epoxy, wherein channels are provided in the potting compound for cooling purposes. The potting compound serves to insulate the opposing metallizations of the metal I ceramic substrates. However, the casting method described is only possible after the connection of the metal-ceramic substrates via the semiconductor components. In the high-temperature range, cracking or other defects, for example air pockets within the potting compound, which may lead to a deterioration of the dielectric strength and / or partial discharge strength of the module, may also occur as a result of temperature changes.
Ausgehend von dem voranstehend genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Metall-Keramik-Substrat als auch ein Verfahren zu dessen Based on the above-mentioned prior art, the present invention seeks to provide a metal-ceramic substrate and a method for its
Herstellung aufzuzeigen, welches eine verbesserte Durchschlagfestigkeit und To show manufacturing, which has an improved dielectric strength and
Teilentladungsfestigkeit aufweist und einfach und kostengünstig herstellbar ist. Die Aufgabe wird durch ein Metall-Keramik-Substrat bzw. ein Verfahren zu dessen Herstel lung gemäß der Patentansprüche 1 bzw. 1 3 gelöst. Der wesentliche Aspekt des erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Substrates ist darin zu sehen, dass die zumindest eine Anschlussfläche einen zentralen Anschlussflächenabschnitt und einen diesen umgebenden Isolationsflächenabschnitt aufweist, wobei auf dem Isolationsflächenabschnitt zumindest abschnittsweise eine Isolationsschicht aus einem dielektrischen Fül lmaterial aufgebracht ist. Besonders vortei lhaft weist das Having partial discharge resistance and is easy and inexpensive to produce. The object is achieved by a metal-ceramic substrate or a method for its manufacture ment according to the claims 1 and 1 3. The essential aspect of the metal-ceramic substrate according to the invention is to be seen in that the at least one connection surface has a central connection surface portion and an insulating surface portion surrounding it, wherein on the Insulating surface portion at least partially an insulating layer of a dielectric Fül lmaterial is applied. This is particularly advantageous
erfindungsgemäße Metal l-Keramik-Substrat zumindest ei ne durch den zentralen Metal I ceramic substrate according to the invention at least ei ne by the central
Anschlussflächenabschnitt gebi ldete Kontakt- oder Bondfläche für ein Halbleiterbauteil auf, welche von einer Isolationsschicht umgegeben ist. Durch die erfindungsgemäße Pad portion gebi ldete contact or bonding surface for a semiconductor device, which is surrounded by an insulating layer. By the invention
Isolationsschicht können besonders vortei lhaft Luftei nschlüsse im und um den Insulation layer can be particularly advantageous Lufttei in and around the
Anschlussbereich effektiv vermieden werden, welche bei einem nachträglichen Vergießen einer Anordnung von zwei gestapelten Metal l-Keramik-Substraten in Sandwich-Bauweise häufig auftreten. Derartige Lufteinschlüsse führen üblicherweise zu einer Erhöhung der Feldstärken in diesem Bereich, so dass sich die Gefahr einer Tei lentladung deutlich erhöht. Bei einer Verwendung von erfindungsgemäßen Metal l-Keramik-Substraten kann besonders vortei lhaft insbesondere bei Anordnung von zwei gestapelten Metal l-Keramik-Substraten in Sandwich-Bauweise eine Verbesserung der Durchschlagfestigkeit und der Connection area can be effectively avoided, which often occur in a subsequent encapsulation of an array of two stacked metal l ceramic substrates in sandwich construction. Such air pockets usually lead to an increase in the field strengths in this area, so that the risk of Tei lentladung significantly increased. When using Metal I ceramic substrates according to the invention can be particularly advantageous especially in the arrangement of two stacked metal l-ceramic substrates in sandwich construction an improvement in the dielectric strength and the
Tei lentladungsfestigkeit erreicht werden. Partial discharge strength can be achieved.
In einer Weiterbi ldung der Erfindung ist die Schichtdicke der Anschlussfläche im Bereich des Anschlussflächenabschnittes größer als im Bereich des Isolationsflächenabschnittes und/oder der Ü bergangsbereich zwischen dem Anschlussflächenabschnitt und dem In a further development of the invention, the layer thickness of the connection surface in the region of the connection surface section is greater than in the region of the insulation surface section and / or the transitional region between the connection surface section and
Isolationsflächenabschnitt stufenartig ausgebi ldet. Die die Anschlussfläche bi ldende strukturierten Metal lisierung des Metal l-Keramik-Substrates wird mittels Stufenätzen oder anderer formgebender Bearbeitungsverfahren beispielsweise Stufenfräsen in den Isolationsflächenabschnitt step-like trained. The metallization metallization of the metal-ceramic substrate that forms the terminal surface is, for example, by means of step etching or other shaping processing methods, for example step milling in the
Anschlussflächenabschnitt und den Isolationsflächenabschnitt unterschiedlicher Terminal surface portion and the insulating surface portion of different
Schichtdicke untertei lt und anschließend die entstandene Stufe bzw. Ausnehmung in der Metal lisierung mit dem dielektrischen Fül lmaterial zur Bi ldung der Isolationsschicht verfül lt. Vorzugsweise geht hierbei die Oberfläche der Isolationsschicht näherungsweise bündig in die Oberfläche des Anschlussflächenabschnittes über oder ragt über das Niveau der Oberfläche des Anschlussflächenabschnittes hinaus. Layer thickness entertei and then the resulting step or recess in the metallization with the dielectric Fül lmaterial for bi di tion of the insulating layer fillet lt. Preferably, in this case, the surface of the insulating layer is approximately flush in the surface of the pad portion over or protrudes above the level of the surface of the pad section.
In einer weiteren vortei lhaften Ausführungsvariante ist das erfindungsgemäße Metal l- Keramik-Substrat derart ausgebi ldet, dass der Anschlussflächenabschnitt eine Kontakt- oder Bondfläche bi ldet und/oder dass das dielektrischen Füllmaterial aus Polyimid oder Polyamide mit einen Keramikanteil, vorzugsweise einem Siliziumnitridanteil, einen Aluminiumoxidanteil, einen In a further advantageous embodiment variant, the metal-ceramic substrate according to the invention is embodied such that the pad portion forms a contact or bonding surface and / or in that the dielectric filling material consists of polyimide or polyamides with a ceramic component, preferably a silicon nitride component, an aluminum oxide component, a
Aluminiumnitridanteil oder einem Glasanteil hergestellt ist und/oder Aluminum nitride content or a proportion of glass is made and / or
dass die relative Permittivität bzw. Dielektrizitätszahl des die Isolationsschicht bildenden dielektrischen Füllmaterials zwischen 2,5 und 6,5, vorzugsweise 3,2 bis 4,0 beträgt und/oder in that the relative permittivity or dielectric constant of the dielectric filling material forming the insulating layer is between 2.5 and 6.5, preferably 3.2 to 4.0, and / or
dass der thermische Ausdehnungskoeffizient der Isolationsschicht an die Metallisierung angepasst ist, vorzugsweise dem thermischen Ausdehnungskoeffizient der Metallisierung entspricht und/oder that the thermal expansion coefficient of the insulating layer is adapted to the metallization, preferably corresponds to the thermal expansion coefficient of the metallization and / or
dass die Metallisierungen mittels einem„Direct-Copper-Bonding" Verfahren mit der Keramikschicht verbunden sind, wobei die vorgenannten Merkmale wiederum jeweils einzeln oder in beliebiger Kombination vorgesehen sein können. Auch sind alternative Verfahren zur Verbindung der Metallisierung mit der Keramikschicht denkbar, the metallizations are connected to the ceramic layer by means of a "direct copper bonding" method, wherein the above-mentioned features can again be provided individually or in any desired combination and alternative methods for connecting the metallization to the ceramic layer are also conceivable.
beispielsweise Aktivlot-Verfahren oder„Direct-Aluminium-Bonding" -Verfahren. For example, active soldering method or "direct aluminum bonding" method.
Grundsätzlich können auch Klebeverbindungen oder Klebe-Techniken unter Verwendung von Kunststoff-Klebern, beispielsweise unter Verwendung von Klebern auf Epoxyharz-Basis hierzu verwendet werden, und zwar insbesondere auch faserverstärkte Kleber. Vorteilhaft ist 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. In principle, it is also possible to use adhesive bonds or adhesive techniques using plastic adhesives, for example using epoxy resin-based adhesives, in particular also fiber-reinforced adhesives. Also advantageous is the use of special adhesives containing carbon fibers and / or carbon nanofibers and / or carbon nanotubes, and / or adhesive, with which a thermal and / or good electrical conductive adhesive bond is possible.
Ferner ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Metall-Keramik- Substrates umfassend eine Keramikschicht, die Der wesentliche Aspekt des The invention further relates to a method for producing a metal-ceramic substrate comprising a ceramic layer, the essential aspect of
erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass die Metallisierung in zumindest eine Anschlussfläche umfassend einen zentralen Anschlussflächenabschnitt und einen diesen umgebenden Isolationsflächenabschnitt strukturiert wird, wobei der The method according to the invention can be seen in that the metallization is structured in at least one connection surface comprising a central connection surface section and an insulating surface section surrounding it, wherein the
Isolationsflächenabschnitt zumindest abschnittsweise mit einer Isolationsschicht aus einem dielektrischen Füllmaterial beschichtet wird. Die Erzeugung der Isolationsschicht ist damit schnell und einfach in den Herstellungsprozesses des Metall-Keramik-Substrates integrierbar. Besonders vorteilhaft wird in einem ersten Verfahrensschritt auf die Metallisierung eine Atzresistschicht aufgebracht, und zwar dort, wo die Metallisierung mit der bestehenden Schichtdicke verbleiben soll und welche den Anschlussflächenabschnitt bildet. Insulating surface portion is at least partially coated with an insulating layer of a dielectric filling material. The generation of the insulating layer is thus quickly and easily integrated in the manufacturing process of the metal-ceramic substrate. In a first method step, it is particularly advantageous to apply an etching resist layer to the metallization, namely where the metallization should remain with the existing layer thickness and which forms the connection surface section.
Anschließenden wird in einem weiteren Verfahrensschritt die mit die Atzresistschicht versehene Metallisierung zur Erzeugung des Anschlussflächenabschnittes und Subsequently, in a further method step, the metallization provided with the etching resist layer for producing the connection surface section and
Isolationsflächenabschnittes solange mit einer Ätzlösung beaufschlagt wird, bis Insulating surface portion is applied as long as with an etching solution until
Ausnehmungen einer vorgegebenen Tiefe in den von Atzresistschicht freigegebenen Bereichen der Metallisierung freigeätzt sind. Schließlich wird der Atzresistschicht von der Metal lisierung wieder entfernt und die freigeätzten Ausnehmungen werden mit dem dielektrischen Füllmaterial zur Erzeugung der Isolationsschicht verfüllt. In einem Recesses of a given depth are etched free in the areas of the metallization released by etching resist layer. Finally, the etching resist layer is removed from the metallization again and the etched recesses are filled with the dielectric filling material to produce the insulating layer. In one
nachfolgenden Verfahrensschritt wird zumindest teilweise auf die Metallisierung und auch auf die Isolationsschicht eine weitere Atzresistschicht aufgebracht, und zwar dort, wo die Metal lisierung und/oder Isolationsschicht zur Ausbildung der Anschlussfläche verbleiben. Schließlich werden die von der weiteren Atzresistschicht freigegebenen Bereiche der Metal lisierung und/oder Isolationsschicht mit einer Ätzlösung beaufschlagt werden und vollständig bis zur Keramikschicht entfernt werden. subsequent process step is at least partially applied to the metallization and on the insulating layer another Atzresistschicht, namely where the metalization and / or insulating layer to form the connection surface remain. Finally, the regions of the metalization and / or insulating layer released by the further etching resist layer are subjected to an etching solution and are completely removed up to the ceramic layer.
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. The expressions "approximately", "substantially" or "approximately" in the context of the invention mean deviations from the respective exact value by +/- 10%, preferably by +/- 5% and / or deviations in the form of changes insignificant for the function ,
Weiterbi ldungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht. Weiterbi ldungen, advantages and applications of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments and from the figures. In this case, all described and / or illustrated features alone or in any combination are fundamentally the subject of the invention, regardless of their summary in the claims or their dependency. Also, the content of the claims is made an integral part of the description.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: eine vereinfachte Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Metall- Keramik-Substrat, eine vereinfachte Draufsicht auf das Metall-Keramik-Substrates gemäß Fig. 1 , eine vereinfachte Schnittdarstellung durch eine Anordnung aus zwei gestapelten erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Substrat, eine vereinfachte Schnittdarstellung durch ein Metal l-Keramik-Substrat umfassend eine vollflächig auf einer Keramikschicht aufgebrachte The invention will be explained in more detail below with reference to the figures of exemplary embodiments. Show it: a simplified sectional view through an inventive metal-ceramic substrate, a simplified plan view of the metal-ceramic substrate of FIG. 1, a simplified sectional view through an arrangement of two stacked metal-ceramic substrate according to the invention, a simplified sectional view through a metal l Ceramic substrate comprising a full surface applied to a ceramic layer
Metallisierung, das Metall-Keramik-Substrat gemäß Figur 4 nach Aufbringen einer Metallization, the metal-ceramic substrate according to Figure 4 after applying a
Ätzresistschicht, das Metall-Keramik-Substrat gemäß Figur 5 mit der aufgebrachten Ätzresistschicht, the metal-ceramic substrate according to Figure 5 with the applied
Ätzresistschicht und nach dem Freiätzen von Ausnehmungen in der Ätzresistschicht and after the etching of recesses in the
Metallisierung, das Metall-Keramik-Substrat gemäß Figur 6 nach dem Entfernen der Metallization, the metal-ceramic substrate according to Figure 6 after removing the
Ätzresistschicht, das Metall-Keramik-Substrat gemäß Figur 7 nach Aufbringen einer weiteren Ätzresistschicht, das Metall-Keramik-Substrat gemäß Figur 8 nach Entfernen der randseitigen Metallisierung mittels Ätzen, das Metall-Keramik-Substrat gemäß Figur 9 nach Entfernen der weiteren Ätzresistschicht, Fig. 1 1 das Metall-Keramik-Substrat gemäß Figur 5 nach Einbringen von kanal- oder bahnartigen Aussparungen in die Metallisierung, Etching resist layer, the metal-ceramic substrate according to FIG. 7 after application of a further etching resist layer, the metal-ceramic substrate according to FIG. 8 after removal of the marginal metallization by means of etching, the metal-ceramic substrate according to FIG. 9 after removal of the further etching resist layer, FIG. 11 shows the metal-ceramic substrate according to FIG. 5 after insertion of channel-like or web-like recesses into the metallization, FIG.
Fig. 12 das Metall-Keramik-Substrat gemäß Figur 1 1 nach Einbringen einer Fig. 12 shows the metal-ceramic substrate according to Figure 1 1 after introduction of a
randseitigen gestuften Ausnehmung in die Metallisierung mittels Ätzen und das Metall-Keramik-Substrat gemäß Figur 12 nach Auffüllen der freigeätzten Bereiche mit dem dielektrischen Füllmaterial und anschließenden Entfernen der weiteren Ätzresistschicht.  Edge-stepped recess in the metallization by means of etching and the metal-ceramic substrate according to Figure 12 after filling the etched areas with the dielectric filling material and subsequent removal of the further Ätzresistschicht.
Figur 1 zeigt in vereinfachter Darstellung einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Metal l-Keramik-Substrat 1 umfassend zumindest eine Keramikschicht 2 mit zwei gegenüberliegenden Oberflächenseiten, und zwar einer ersten und zweiten FIG. 1 shows, in a simplified representation, a section through a metal-ceramic substrate 1 according to the invention comprising at least one ceramic layer 2 with two opposite surface sides, namely a first and a second one
Oberflächenseite 2.1 , 2.2. Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf die erste Oberflächenseite 2.1 des erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Substrat 1 nach Figur 1 . Surface side 2.1, 2.2. FIG. 2 shows a plan view of the first surface side 2.1 of the metal-ceramic substrate 1 according to FIG. 1 according to the invention.
Die erste Oberflächenseite 2.1 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einer ersten Metal lisierung 3 versehen, die vorzugsweise durch eine Folie oder Schicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildet bzw. hergestellt ist und welche direkt auf der The first surface side 2.1 is provided in the present embodiment with a first metalization 3, which is preferably formed or made by a foil or layer of copper or a copper alloy and which directly on the
Keramikschicht 2 aufgebracht ist. In einer Ausführungsvariante der Erfindung ist die der ersten Oberflächenseite 2.1 gegenüberliegenden zweite Oberflächenseite 2.2 mit einer zweiten Metallisierung 4 versehen, die vorzugsweise auch durch eine Folie oder Schicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildet bzw. hergestellt ist. Auch können die erste und zweite Metallisierung 3, 4 aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Stahl oder einer Stahllegierung hergestellt sein. Ceramic layer 2 is applied. In one embodiment variant of the invention, the second surface side 2.2 opposite the first surface side 2.1 is provided with a second metallization 4, which is preferably also formed or produced by a foil or layer of copper or a copper alloy. Also, the first and second metallizations 3, 4 may be made of aluminum, an aluminum alloy, steel or a steel alloy.
Die erste und zweite Metallisierung 3, 4 aus Kupfer oder einer Kupfer legi er ung 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. Alternativ kann auch eine Verbindung durch Kleben unter Verwendung eines Kunststoff kl ebers oder eines als Kleber geeigneten Polymers, vorzugsweise unter The first and second metallizations 3, 4 made of copper or a copper alloy are preferably connected directly to the surface of the first or second surface side 2.1, 2.2 of the ceramic layer 2 directly using the DCB method described above. Alternatively, a bond may be made by gluing using a plastic clip or a polymer suitable as an adhesive, preferably under
Verwendung eines Klebers, der Carbon-Fasern, insbesondere Carbon-Nanofasern enthält, mit der ersten bzw. zweiten Oberflächenseite 2.1 , 2.2 der Keramikschicht 2 vorgesehen sein. Auch kann das eingangs beschriebene Aktivlot-Verfahren Anwendung finden. Bei Realisierung der Metallisierungen 3, 4 in Form Schicht aus Aluminium oder einer Use of an adhesive containing carbon fibers, in particular carbon nanofibers, be provided with the first and second surface side 2.1, 2.2 of the ceramic layer 2. Also, the Aktivlot method described above can be applied. When implementing the metallizations 3, 4 in the form of a layer of aluminum or a
Aluminiumlegierung ist auch ein„Direct-Aluminium-Bonding -Verfahren verwendbar. Aluminum alloy is also a "direct aluminum bonding method usable.
Die Keramikschicht 2 ist beispielsweise aus einer Oxid-, Nitrid- oder Karbidkeramik wie Aluminiumoxid (AI2O3) oder Aluminiumnitrid (AIN) oder Siliziumnitrid (Si3N4) oder Siliziumkarbid (SiC) oder aus Aluminiumoxid mit Zirkonoxid (Al2O3 +ZrO2) hergestellt und weist eine Schichtdicke beispielsweise zwischen 0,1 mm und 1 ,0 mm, vorzugsweise zwischen 0,2 mm und 0,7 mm auf. The ceramic layer 2 is made, for example, of an oxide, nitride or carbide ceramic such as aluminum oxide (Al 2 O 3) or aluminum nitride (AIN) or silicon nitride (Si 3 N 4) or silicon carbide (SiC) or of aluminum oxide with zirconium oxide (Al 2 O 3 + ZrO 2) and has a layer thickness, for example between 0.1 mm and 1, 0 mm, preferably between 0.2 mm and 0.7 mm.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die erste Metallisierung 3 ist zur Ausbildung zumindest eines Anschlussbereiches bzw. einer Anschlussfläche 5 für zumindest ein elektronisches Bauelement, insbesondere Leistungsbauelement 7 strukturiert ausgebildet, wobei die Anschlussfläche 5 durch die der Keramikschicht 2 gegenüberliegende strukturierte Oberfläche der ersten Metallisierung 3 gebildet ist. Ferner kann die erste und/oder zweite Metallisierung 3, 4 zur Ausbildung von zusätzlichen Leiterbahnen, Kontakten und/oder weiteren Befestigungsbereichen weitergehend strukturiert sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Grundgedanke der Erfindung anhand der Ausbildung einer Anschlussfläche 5 näher erläutert. Es versteht sich, dass basierend auf diesem Grundgedanken eine Vielzahl von unterschiedlichen Anschlussflächen 5 und weitere Strukturierungen der Metallisierungen 3, 4 eines Metall-Keramik-Substrates 1 herstellbar sind, welche von dem erfindungsgemäßen Grundgedanken Gebrauch machen. In the present exemplary embodiment, the first metallization 3 is designed to form at least one connection region or a connection surface 5 for at least one electronic component, in particular power component 7, wherein the connection surface 5 is formed by the structured surface of the first metallization 3 lying opposite the ceramic layer 2. Furthermore, the first and / or second metallization 3, 4 can be further structured to form additional conductor tracks, contacts and / or further attachment areas. In the present embodiment, the basic idea of the invention with reference to the formation of a pad 5 is explained in more detail. It is understood that based on this basic idea, a multiplicity of different connection surfaces 5 and further structuring of the metallizations 3, 4 of a metal-ceramic substrate 1 can be produced, which make use of the basic idea according to the invention.
Erfindungsgemäß weist die zumindest eine Anschlussfläche 5 einen zentralen According to the invention, the at least one connection surface 5 has a central one
Anschlussflächenabschnitt 5.1 und einen diesen umgebenden Isolationsflächenabschnitt 5.2 auf, wobei auf den Isolationsflächenabschnitt 5.2 eine Isolationsschicht 6 aus einem dielektrischen Füllmaterial aufgebracht ist. Die Anschlussfläche 5 bildet hierbei die Oberseite der strukturierten ersten Metallisierung 3, welche durch entsprechende Terminal surface portion 5.1 and a surrounding this insulating surface section 5.2, wherein on the insulation surface portion 5.2, an insulating layer 6 is applied from a dielectric filling material. The pad 5 forms the top of the structured first metallization 3, which by corresponding
Bearbeitungsverfahren in zwei unterschiedliche Oberflächenabschnitte unterteilt ist, und zwar den zentralen Anschlussflächenabschnitt 5.1 und den diesen umgebenden Isolationsflächenabschnitt 5.2. Auf dem der Keramikschicht 2 gegenüberliegenden Processing method is divided into two different surface sections, namely the central land portion 5.1 and the surrounding Insulating surface section 5.2. On the ceramic layer 2 opposite
Isolationsflächenabschnittes 5.2 der ersten Metallisierung 3 ist erfindungsgemäß die Isolationsschicht 6 aus einem dielektrischen Füllmaterial aufgebracht. Der zentrale Insulating surface section 5.2 of the first metallization 3 according to the invention, the insulating layer 6 is applied from a dielectric filling material. The central one
Anschlussflächenabschnitt 5.1 ist hierbei zum flächigen Anschluss zumindest eines Pad area 5.1 is here for surface connection at least one
Kontaktes des Halbleiterbauteils, vorzugsweise Leistungshalbleiterbauteils 7 vorgesehen und entsprechend dimensioniert. Der Anschlussflächenabschnitt 5.1 bildet damit eine Kontakt- oder Bondfläche aus. Contact of the semiconductor device, preferably power semiconductor device 7 provided and dimensioned accordingly. The pad portion 5.1 thus forms a contact or bonding surface.
Vorzugsweise weist die Anschlussfläche 5 in Draufsicht einen rechteckförmigen, quadratischen oder unterschiedlich polygonen Querschnitt auf, dessen randseitiger In plan view, the connection surface 5 preferably has a rectangular, square or polygonal cross-section whose edge side
Oberflächenabschnitt zumindest teilweise den Isolationsflächenabschnitt 5.2 bildet. In einer bevorzugten Ausführungsvariante wird der Isolationsflächenabschnitt 5.2 zumindest in dem an den zentralen Anschlussflächenabschnitt 5.1 anschließenden Bereich von der Isolationsschicht 6 überdeckt. Vorzugsweise ist jedoch der Isolationsflächenabschnitt 5.2 vollständig mit der Isolationsschicht 6 überdeckt, um die Durchschlagfestigkeit und/oder Teilentladungsfestigkeit des Metall-Keramik-Substrats 1 im Anschlussbereich des Surface portion at least partially forms the insulation surface section 5.2. In a preferred embodiment variant, the insulation surface section 5.2 is covered by the insulation layer 6 at least in the region adjoining the central connection surface section 5.1. Preferably, however, the insulating surface portion 5.2 is completely covered with the insulating layer 6 to the dielectric strength and / or partial discharge resistance of the metal-ceramic substrate 1 in the connection region of
Halbleiterbauteils, vorzugsweise Leistungshalbleiterbauteils 7 zu verbessern. Semiconductor device, preferably power semiconductor device 7 to improve.
Die Isolationsschicht 6 ist erfindungsgemäß auf der von der Keramikschicht 2 abgewandten Oberseite der ersten strukturierten Metallisierung 3 bzw. der dadurch entstehenden According to the invention, the insulating layer 6 is disposed on the upper side facing away from the ceramic layer 2 of the first structured metallization 3 or of the resulting structure
Anschlussfläche 5 im Isolationsflächenabschnitt 5.2 vorgesehen. Die Isolationsschicht 6 ist vorzugsweise aus einem dielektrischen Füllmaterial hergestellt, dessen Grundsubstanz beispielsweise Polyimid oder Polyamide ist, wobei das Polyimid oder Polyamide einen Keramikanteil, beispielsweise einem Siliziumnitridanteil, einen Aluminiumoxidanteil, einen Aluminiumnitridanteil oder einem Glasanteil aufweist. Auch kann als dielektrischer Füllmaterial ein Epoxidharz oder ein thermoplastischer Kunststoff wie Polyetheretherketon Verwendung finden. Vorzugsweise beträgt die relative Permittivität bzw. Dielektrizitätszahl des die Isolationsschicht 6 bildenden dielektrischen Füllmaterials zwischen 2,5 und 6,5, vorzugsweise zwischen 3,2 und 4,0.  Pad 5 provided in the insulation surface section 5.2. The insulating layer 6 is preferably made of a dielectric filling material whose base substance is, for example, polyimide or polyamides, wherein the polyimide or polyamides has a ceramic component, for example a silicon nitride component, an aluminum oxide component, an aluminum nitride component or a glass component. Also can be used as a dielectric filling material, an epoxy resin or a thermoplastic material such as polyetheretherketone. Preferably, the relative permittivity of the dielectric filling material forming the insulating layer 6 is between 2.5 and 6.5, preferably between 3.2 and 4.0.
Der thermische Ausdehnungskoeffizient bzw. Wärmeausdehnungskoeffizient der The thermal expansion coefficient or thermal expansion coefficient of
Isolationsschicht 6 ist hierbei derart gewählt, dass dieser näherungsweise dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten bzw. Wärmeausdehnungskoeffizient der ersten Metallisierung 3, d.h. von Kupfer oder einer Kupferlegierung oder Aluminium oder einer Insulation layer 6 is in this case selected such that this approximately the thermal Expansion coefficient or coefficient of thermal expansion of the first metallization 3, ie of copper or a copper alloy or aluminum or a
Aluminiumlegierung entspricht. Der Ausdehnungskoeffizient von Kupfer beträgt Aluminum alloy corresponds. The coefficient of expansion of copper is
beispielsweise ca. 16,5 * 10~6 1/K und von Aluminium beispielsweise ca. 23,5 * 10~6 1/K. For example, about 16.5 * 10 ~ 6 1 / K and of aluminum, for example, about 23.5 * 10 ~ 6 1 / K.
Die erste, beispielsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellte Metallisierung 3 weist beispielsweise eine Schichtdicke zwischen 0,1 mm und 1 ,0 mm, vorzugsweise zwischen 0,3 mm und 0,6 mm auf. Die Schichtdicke der zweiten Metallisierung 4 kann entsprechend ausgebildet sein. Bei Aluminium beträgt die Schichtdicke beispielweise zwischen 0,1 mm und 5,0 mm, vorzugsweise zwischen 0,3 mm und 3,0 mm. The first, for example made of copper or a copper alloy metallization 3, for example, has a layer thickness between 0.1 mm and 1, 0 mm, preferably between 0.3 mm and 0.6 mm. The layer thickness of the second metallization 4 can be designed accordingly. In the case of aluminum, the layer thickness is, for example, between 0.1 mm and 5.0 mm, preferably between 0.3 mm and 3.0 mm.
Hierbei ist die Schichtdicke der die Anschlussfläche 5 bildenden ersten Metallisierung 3 im Bereich des Anschlussflächenabschnittes 5.1 größer als im Bereich des In this case, the layer thickness of the first metallization 3 forming the connection surface 5 in the region of the connection surface section 5.1 is greater than in the region of the
Isolationsflächenabschnittes 5.2, sodass sich vorzugsweise ein stufenartiger Isolationsflächenabschnittes 5.2, so preferably a step-like
Übergangsbereich S zwischen dem Anschlussflächenabschnitt 5.1 und dem Transition region S between the pad portion 5.1 and the
Isolationsflächenabschnitt 5.2 ausbildet. Die Randabschnitt des stufenartigen Insulating surface section 5.2 forms. The edge section of the step-like
Übergangsbereiches S sind vorzugsweise abgerundet ausgebildet, was durch das jeweilige formgebende Verfahren bedingt ist. Vorteilhaft ist hierdurch ein einschlussfreies, Transition region S are preferably rounded, which is due to the respective shaping process. Advantageously, this is an inclusion-free,
vorzugsweise blasenfreies Auffüllen im erfindungsgemäßen Sinne mit einem dielektrischen Füllmaterial möglich. preferably bubble-free filling in accordance with the invention with a dielectric filler possible.
In den Figuren ist jeweils ein gestufter Übergangsbereich S schematisch dargestellt, der den zentralen Anschlussflächenabschnitt 5.1 umgibt. Vorzugsweise weist die erste In the figures, in each case a stepped transition region S is shown schematically, which surrounds the central connection surface section 5.1. Preferably, the first
Metal lisierung 3 im Bereich des Anschlussflächenabschnittes 5.1 im Falle einer Metalization 3 in the area of the pad section 5.1 in the case of
Kupferschicht eine Schichtdicke von 0,1 mm bis 1 ,0 mm und im Bereich des Copper layer has a layer thickness of 0.1 mm to 1, 0 mm and in the range of
Isolationsflächenabschnittes 5.2 von 0,05 mm bis 0,8 mm auf. Bei Realisierung in Form einer Aluminiumschicht beträgt die Schichtdicke im Bereich des  Isolationsflächenabschnittes 5.2 from 0.05 mm to 0.8 mm. When implemented in the form of an aluminum layer, the layer thickness is in the range of
Anschlussflächenabschnittes 5.1 von 0,1 mm bis 2,0 mm und im Bereich des Pad portion 5.1 of 0.1 mm to 2.0 mm and in the range of
Isolationsflächenabschnittes 5.2 von 0,05 mm bis 1 ,0 mm auf. Besonders bevorzugt beträgt die Schichtdicke im Bereich des Isolationsflächenabschnittes 5.2 näherungsweise die Hälfte als die Schichtdicke im Bereich des Anschlussflächenabschnittes 5.1 . Aufgrund der Reduzierung der Schichtdicke im Bereich des Isolationsflächenabschnittes 5.2 ergibt sich ein Freiraum, der mit dem dielektrischen Fül lmaterial zur Bi ldung der Isolationsschicht 6 verfül lt wird. Vorzugsweise ist die Isolationsschicht 6 aus einem dielektrischen Fül lmaterial derart auf den Isolationsflächenabschnitt 5.2 aufgebracht, dass die der Metal lisierung 3 gegenüberliegende Oberseite der Isolationsschicht 6 Isolationsflächenabschnittes 5.2 from 0.05 mm to 1, 0 mm. Particularly preferably, the layer thickness in the region of the insulation surface section 5.2 is approximately half the layer thickness in the region of the connection surface section 5.1. Due to the reduction of the layer thickness in the region of the insulating surface section 5.2, there is a free space which is filled with the dielectric filling material for the purpose of forming the insulating layer 6. Preferably, the insulating layer 6 of a dielectric Fül lmaterial is applied to the insulating surface section 5.2 that the metalization 3 opposite top of the insulating layer. 6
näherungsweise eben und vorzugsweise bündig mit dem Anschlussflächenabschnitt 5.1 verläuft. Die Ansch lussfläche 5 weist somit eine den zentralen Anschlussflächenabschnitt 5.1 umgebende, gestuft ausgebi ldeten Isolationsflächenabschnitt 5.2 auf, der mit dem dielektrischen Fül lmaterial zur Bi ldung der Isolationsschicht 6 gefül lt ist. Hierdurch ergibt sich eine im Querschnitt gestuft ausgebildete, strukturierte erste Metal lisierung 3, bei der die durch die in die Metal lisierung 3 eingebrachte Stufung mit der Isolationsschicht 6 verfül lt ist. approximately flat and preferably flush with the pad portion 5.1 runs. The Ansch lussfläche 5 thus has a the central pad area 5.1 surrounding, stepped ausgebi ldeten insulation surface section 5.2, the lülmaterial with the dielectric Fül for bi tion of the insulating layer 6 is filled. This results in a stepped in cross-section formed, structured first metalization 3, in which the introduced by the metallization 3 in the introduced grading with the insulating layer 6 is filled.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante gemäß Figur 3 werden zwei gemäß der Figur 1 und 2 ausgebildete Metal l-Keramik-Substrate 1 , 1 ' i n Sandwichbauweise übereinander gestapelt, und zwar derart, dass sich zumindest zwei gegenüberliegende Anschlussflächen 5, 5' zum flächigen Anschluss des Halbleiterbautei ls, insbesondere In a preferred embodiment according to FIG. 3, two metal-ceramic substrates 1, 1 'designed in accordance with FIGS. 1 and 2 are stacked in sandwich construction, in such a way that at least two opposite connection surfaces 5, 5' for surface connection of the semiconductor component ls, in particular
Leistungshalbleiterbautei ls 7 bilden. Das erste, untere Metal l-Keramik-Substrate 1 weist analog zu Figur 1 eine erste Power semiconductor components 7 form. The first lower metal I ceramic substrate 1 has a first analogous to FIG
Metal lisierung 3 auf, die auf der Keramikschicht 2 zur Ausbi ldung einer Anschlussfläche 5 strukturiert ist. Die Anschlussfläche 5 umfasst den zentralen Anschlussflächenabschnitt 5.1 und den diesen umgebenden Isolationsflächenabschnitt 5.2, auf dem die  Metalization 3, which is structured on the ceramic layer 2 for Ausbi tion of a pad 5. The connection surface 5 comprises the central connection surface section 5.1 and the surrounding insulation surface section 5.2, on which the
erfindungsgemäße Isolationsschicht 6 vorgesehen ist. Die Anschlussfläche 5 ist mit einem ersten Kontakt 7.1 des Halbleiterbautei ls 7 flächig verbunden, vorzugsweise mittels einer Lotverbindung. Insulating layer 6 according to the invention is provided. The pad 5 is connected to a first contact 7.1 of Halbleiterbautei ls 7 surface, preferably by means of a solder joint.
Das zweite, obere Metal l-Keramik-Substrat 1 ' ist im Wesentlichen baugleich zu dem ersten, unteren Metal l-Keramik-Substrate 1 ausgebildet, vorzugsweise bei Verwendung in einer Anordnung in Sandwichbauweise näherungsweise spiegelverkehrt zum ersten, unterenThe second, upper metal I-ceramic substrate 1 'is formed substantially identical to the first, lower metal I-ceramic substrates 1, preferably when used in a sandwich construction approximately mirror-inverted to the first, lower
Metal l-Keramik-Substrate 1 realisiert. Das zweite, obere Metal l-Keramik-Substrat 1 ' wird um 1 80° gedreht, so dass die erste, eine weitere Anschlussfläche 5' bildende weitere erste Metal lisierung 3' in Richtung des ersten, unteren Metall-Keramik-Substrate 1 orientiert ist. Das zweite, obere Metall-Keramik-Substrat 1 ' weist ebenfalls eine Keramikschicht 2' mit einer oberen und unteren Oberflächenseite 2.1 ', 2.2', wobei die weitere erste Metal I ceramic substrates 1 realized. The second, upper metal I ceramic substrate 1 'is rotated by 1 80 °, so that the first, a further pad 5' forming further first Metal tion 3 'in the direction of the first, lower metal-ceramic substrates 1 is oriented. The second, upper metal-ceramic substrate 1 'also has a ceramic layer 2' with an upper and lower surface side 2.1 ', 2.2', wherein the other first
Metal lisierung 3' auf der unteren Oberflächenseite 2.1 ' aufgebracht ist, welche die weitere Anschlussfläche 5' mit einem weiteren zentralen Anschlussflächenabschnitt 5.1 ' und einem diesen umgebenden weiteren Isolationsflächenabschnitt 5.2' bildet. Der weitere Metal lisierung 3 'on the lower surface side 2.1' is applied, which forms the further connection surface 5 'with a further central connection surface portion 5.1' and a surrounding further insulating surface section 5.2 '. The further
Isolationsflächenabschnitt 5.2' ist ebenfalls mit einer weiteren Isolationsschicht 6' versehen. Die weitere Anschlussfläche 5' ist mit einem zweiten Kontakt 7.2 des Halbleiterbauteils 7 flächig verbunden, vorzugsweise durch Löten, Silbersintern oder einem„Transient Liquid Phase Bonding" -Verfahren. Insulating surface section 5.2 'is also provided with a further insulating layer 6'. The further connection surface 5 'is connected in a planar manner to a second contact 7.2 of the semiconductor component 7, preferably by soldering, silver sintering or a "transient liquid phase bonding" method.
Durch die erfindungsgemäßen Isolationsschichten 6, 6' sind die die zentralen The insulation layers 6, 6 'according to the invention are the central ones
Anschlussflächenabschnitte 5.1 , 5.1 ' jeweils umgebenden Isolationsflächenabschnitte 5.2, 5.2' der gegenüberliegenden ersten Metallisierungen 3, 3' größtenteils voneinander isoliert, so dass besonders vorteilhaft die Durchschlagfestigkeit und die Teilentladungsfestigkeit der Anordnung im Vergleich zum Stand der Technik deutlich verbessert ist. Pad areas 5.1, 5.1 'respectively surrounding insulating surface sections 5.2, 5.2' of the opposite first metallizations 3, 3 'largely isolated from each other, so that particularly advantageous the dielectric strength and the partial discharge resistance of the arrangement is significantly improved compared to the prior art.
Zusätzlich kann die nicht eingehauste Anordnung zweier in Sandwich-Bauweise In addition, the non-encapsulated arrangement of two in sandwich construction
gestapelten Metall-Keramik-Substrate 1 , 1 ' nachträglich noch vergossen werden, um eine weitere Erhöhung der Durchschlagsfestigkeit und Teilentladungsfestigkeit zu erhalten. Als Vergussmasse wird vorzugsweise ein Kunststoffmaterial mit hoher Viskosität verwendet, welches auch nach dem Aushärten zumindest teilelastisch ist. Vorzugsweise findet beispielsweise Silikonelastomere Verwendung. Ferner ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines voranstehend beschriebenen Metall-Keramik-Substrates 1 , dessen wesentliche Verfahrensschritte in den Figuren 4 bis 8 beispielhaft dargestellt sind. stacked metal-ceramic substrates 1, 1 'are subsequently potted in order to obtain a further increase in the dielectric strength and partial discharge resistance. As potting compound, a plastic material with high viscosity is preferably used, which is at least partially elastic even after curing. For example, silicone elastomers are preferably used. Furthermore, the subject matter of the invention is a method for producing a metal-ceramic substrate 1 described above, whose essential method steps are illustrated by way of example in FIGS. 4 to 8.
In Figur 4 ist beispielhaft ein Querschnitt durch ein Metall-Keramik-Substrates 1 dargestellt, welches im Wesentlichen aus einer Keramikschicht 2 und einer mit der ersten FIG. 4 shows, by way of example, a cross section through a metal-ceramic substrate 1, which essentially consists of a ceramic layer 2 and one with the first one
Oberflächenseite 2a der Keramikschicht 2 vollflächig verbundenen 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. Alternativ können auch die zuvor beschriebenen Surface side 2a of the ceramic layer 2 metallization 3 connected over the entire surface. The compound of metallization 3, preferably made of copper or a Copper alloy is made with the ceramic layer 2 via the DCB method described above. Alternatively, the previously described
Verbindungstechnologien Anwendung finden. Gemäß Figur 5 wird in einem ersten Verfahrensschritt auf die Metallisierung 3 eine Find connection technologies. According to FIG. 5, in a first method step, the metallization 3 becomes a
Ätzresistschicht 8 aufgebracht, und zwar dort, wo die Metallisierung 3 aus Kupfer oder einer Kupferlegierung mit der bestehenden Schichtdicke verbleiben soll. Die Ätzresistschicht 8 applied, there, where the metallization 3 of copper or a copper alloy with the existing layer thickness should remain. The
Ätzresistschicht 8 wird mittels an sich bekannter Techniken erzeugt. Beispielsweise durch Aufbringen einer Photolackschicht unter entsprechender Maskierung der Oberfläche der Metal lisierung 3, anschließendem Belichten und Aushärten der Photolackschicht. Etch resist layer 8 is produced by means of per se known techniques. For example, by applying a photoresist layer with appropriate masking of the surface of the metalization 3, then exposing and curing of the photoresist layer.
In Figur 5 sind bereits mittels strichliert gezeichneter Linien diejenige, 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 aus der Metallisierung 3 freigeätzt werden. Figur 2 zeigt das mit der Ätzresistschicht 8 versehenen Metall-Keramik-Substrates 1 nach Durchführung des Ätzschrittes und die durch das Ätzen freigelegten Ausnehmungen 9. In FIG. 5, those areas of the metallization 3 which are not covered by the etching resist layer 8 are already indicated by dashed lines, which regions are to be removed by etching in the subsequent second process step. For this purpose, in the second method step, the metallization 3 provided with the etching resist layer 8 is subjected to an etchant, namely for a predetermined period of time. The time duration is dependent on etchant and dimensioned such that recesses 9 of desired depth are etched free from the metallization 3. FIG. 2 shows the metal-ceramic substrate 1 provided with the etching resist layer 8 after the etching step has been carried out and the recesses 9 exposed by the etching.
In einem nachfolgenden dritten Verfahrenschritt wird nun die Ätzresistschicht 8 von der Oberfläche der Metallisierung 3 entfernt, vorzugsweise unter Verwendung an sich bekannter Lösungsmittel, beispielsweise NaOH oder Na2CÜ2 und . Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Metall-Keramik-Substrat 1 solange mit dem Ätzmittel beaufschlagt, bis die Ausnehmung 9 mit der gewünschten Tiefe in die Metallisierung eingebracht ist, wobei die Schichtdicke im Bereich der Ausnehmung 9 näherungsweise auf die Hälfte der ursprünglichen Schichtdicke der Metallisierung 3 reduziert ist. Schließlich wird das derart bearbeitete Metall-Keramik-Substrates 1 einer weiteren In a subsequent third process step, the Ätzresistschicht 8 is now removed from the surface of the metallization 3, preferably using known per se, such as NaOH or Na2CÜ2 and. In the present embodiment, the metal-ceramic substrate 1 is applied to the etchant until the recess 9 is introduced into the metallization with the desired depth, the layer thickness in the region of the recess 9 being reduced approximately to half the original layer thickness of the metallization 3 is. Finally, the thus processed metal-ceramic substrate 1 is another
Oberflächenreinigung unterzogen. In einem vierten Verfahrenschritt werden die freigeätzten Ausnehmungen 9 in der Subjected to surface cleaning. In a fourth method step, the etched recesses 9 in the
Metal lisierung 3 mit dem dielektrischen Füllmaterial, vorzugsweise Polyimide oder Polyamidimide und einem Keramikanteil, beispielsweise einem Siliziumnitridanteil, einen Aluminiumnitridanteil oder einem Glasanteil verfül lt und hierdurch eine Isolationsschicht 6 gebildet, welche die Ausnehmungen 9 vorzugsweise vollständig ausfüllt. Zum Aufbringen des dielektrischen Füllmaterials eignet sich beispielsweise ein Siebdruckverfahren oder ein Schablonendruckverfahren. Ggf. ist Druckvorgang mehrmals zu wiederholen, um eine homogene Füllung der Ausnehmungen 9 zu erhalten, wobei die Anzahl der Metalization 3 with the dielectric filling material, preferably polyimides or polyamide-imides and a Keramikanteil, for example, a silicon nitride, an aluminum nitride or a glass portion fillet lt and thereby an insulating layer 6 is formed, which preferably completely fills the recesses 9. For applying the dielectric filling material, for example, a screen printing method or a stencil printing method is suitable. Possibly. Repeat printing several times to obtain a homogeneous filling of the recesses 9, wherein the number of
Wiederholungen von der aufzufüllenden Stufendicke und/oder der Viskosität des Repetitions of the step thickness to be filled and / or the viscosity of the
Füllmaterials abhängig ist. Nach Aushärten des dielektrischen Fül lmaterials kann eine mechanische Oberflächenbearbeitung der Metallisierung 3 und der befüllten Filling material is dependent. After curing of the dielectric Fül lmaterials can be a mechanical surface treatment of the metallization 3 and the filled
Ausnehmungen 9 vorgenommen. Figur 7 zeigt das Metall-Keramik-Substrat 1 nach dem Befüllen der Ausnehmungen 9 und dem Aushärten des dielektrischen Füllmaterials bzw. der Isolationsschicht 6. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß Figur 7 bildet die von der Isolationsschicht 6 umgebene Oberfläche der Metallisierung 3 den Recesses 9 made. FIG. 7 shows the metal-ceramic substrate 1 after the filling of the recesses 9 and the hardening of the dielectric filling material or the insulating layer 6. In the present exemplary embodiment according to FIG. 7, the surface of the metallization 3 surrounded by the insulating layer 6 forms the
Anschlussflächenabschnitt 5.1 der Anschlussfläche 5 und die von der Isolationsschicht 6 bedeckte Bodenfläche der Ausnehmung 9 den Isolationsflächenabschnitt 5.2 der  Terminal surface portion 5.1 of the pad 5 and the covered by the insulating layer 6 bottom surface of the recess 9, the insulation surface section 5.2 of
Anschlussfläche 5 aus. Gemäß einem fünften Verfahrenschritt wird auf die Metallisierung 3 und die Connection surface 5 off. According to a fifth method step, the metallization 3 and the
Isolationsschicht 6 eine weitere Atzresistschicht 10 aufgebracht, und zwar dort, wo der die Anschlussfläche 5 bildende Teil der Metallisierung 3 aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und die Isolationsschicht 6 verbleiben sollen. Die weitere Atzresistschicht 10 wird wiederum mittels an sich bekannter Techniken erzeugt. Fig. 8 zeigt das Metall-Keramik- Substrat 1 mit der weiteren Atzresistschicht 10.  Insulation layer 6, a further Atzresistschicht 10 applied, namely where the connecting surface 5 forming part of the metallization 3 of copper or a copper alloy and the insulating layer 6 should remain. The further etching resist layer 10 is again produced by means of per se known techniques. FIG. 8 shows the metal-ceramic substrate 1 with the further etching resist layer 10.
Anschließend werden in einem sechsten Verfahrenschritt gemäß Figur 9 die nicht durch die Atzresistschicht 10 abgedeckten Bereich der Metallisierung 3 durch Ätzen entfernt, und zwar vollständig bis zur Keramikschicht 2. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel verbleibt damit lediglich die mit der Atzresistschicht 10 abgedeckte Anschlussfläche 5. Schließlich wird einem siebten Verfahrensschritt gemäß Figur 10 die Atzresistschicht 10 durch ein entsprechendes Lösungsmittel entfernt und die verbleibende gestuft ausgebildete Metal lisierung 3 mit aufgebrachter Isolationsschicht 6 bildet die erfindungsgemäße Subsequently, in a sixth method step according to FIG. 9, the area of the metallization 3 not covered by the etching resist layer 10 is removed by etching, specifically completely up to the ceramic layer 2. In the present exemplary embodiment, only the connection area 5 covered with the etching resist layer 10 remains. Finally, in a seventh method step according to FIG. 10, the etch resist layer 10 is removed by a corresponding solvent and the remaining step-formed metalization 3 with applied insulation layer 6 forms the invention
Anschlussfläche 5 aus. Damit entsteht im Randbereich der Metallisierung 3 ein Connection surface 5 off. This results in the edge region of the metallization 3 a
stufenartiger Übergang zur Keramikschicht 2. step-like transition to the ceramic layer 2.
In einer alternativen Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß den Figuren 1 1 bis 1 3 wird in einem zweiten Verfahrensschritt die mit der Atzresistschicht 8 versehene Metallisierung 3 mit einem Ätzmittel beaufschlagt und eine kanal- oder bahnartige Aussparung 1 1 aus der Metallisierung 3 freigeätzt, welche sich vorzugsweise über die vol lständig Schichtdicke der Metallisierung 3, d.h. bis zur Keramikschicht 2 erstreckt. Die kanal- oder bahnartige Aussparung 1 1 weist beispielsweise eine Breite von 0,3 mm bis 2 mm auf. Anschließend wird die Atzresistschicht 8 zumindest teilweise entfernt. Alternativ kann dies auch vollständig entfernt und neu aufgebracht werden, so dass gemäß Figur 12 die gegenüberliegenden und durch die kanal- oder bahnartige Aussparung 1 1 voneinander getrennten Randabschnitte der Metallisierung 5 randseitig nicht abgedeckt ist. In einem weiteren Verfahrenschritt wird der nicht abgedeckte Teil der Metallisierung 5 mit einem Ätzmittel beaufschlagt, und zwar derart, dass nur ein Teil der Metallisierung 5 entfernt wird und ein stufenartig ausgebildeter Rand der Metallisierung 5 entsteht, der den In an alternative embodiment of the method according to the invention according to FIGS. 11 to 13, in a second method step the metallization 3 provided with the etch resist layer 8 is exposed to an etchant and a channel-like or slot-like recess 11 is etched out of the metallization 3, which is preferably etched on the vol liges layer thickness of the metallization 3, ie extends to the ceramic layer 2. The channel or web-like recess 1 1 has, for example, a width of 0.3 mm to 2 mm. Subsequently, the Atzresistschicht 8 is at least partially removed. Alternatively, this can also be completely removed and reapplied, so that, according to FIG. 12, the opposite edge sections of the metallization 5, which are separated from one another by the channel-like or web-like recess 11, are not covered at the edge. In a further process step, the uncovered part of the metallization 5 is subjected to an etchant, in such a way that only a part of the metallization 5 is removed and a step-like edge of the metallization 5 is formed, the
Isolationsflächenabschnitt 5.2 bildet. Insulating surface section 5.2 forms.
Im nächsten Verfahrensschritt wird sowohl der stufenartige, den Isolationsflächenabschnitt 5.2 bildende Rand der Metallisierung 5 als auch die kanal- oder bahnartige Aussparung 1 1 zwischen den freigeätzten Abschnitten der Metallisierung 5 mit dem dielektrischen Füllmaterial, vorzugsweise Polyimide oder Polyamide und einem Keramikanteil, beispielsweise einem Siliziumnitridanteil, einen Aluminimuoxidanteil, einen In the next method step, both the step-like edge of the metallization 5 forming the insulating surface section 5.2 and the channel-like or slot-like recess 11 between the etched-away sections of the metallization 5 with the dielectric filling material, preferably polyimides or polyamides and a ceramic component, for example a silicon nitride component, an alumina moiety, a
Aluminiumnitridanteil oder einem Glasanteil verfül lt und hierdurch eine sich über die kanal- oder bahnartige Aussparung 1 1 und die gegenüberliegenden Aluminiumnitridanteil or a glass portion is filled ltl and thereby one on the channel or web-like recess 1 1 and the opposite
Isolationsflächenabschnitte 5.2 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 mehrere Anschlussflächen 5, 5a, 5b aus. In einer vorteilhaften Ausführungsvariante können die erste und/oder zweite Metallisierung 3, 4 zumindest teilweise mit einer metallischen Oberflächenschicht versehen werden, beispielsweise einer Oberflächenschicht aus Nickel, Gold, Silber oder Nickel-, Gold- und Silber-Legierungen. Die Schichtdicke der Oberflächenschicht beträgt beispielsweise zwischen 0,1 Mikrometer und 10 Mikrometer. Eine derartige metallische Insulating surface sections 5.2 extending insulating layer 6 is formed. Finally, in turn, the Ätzresistschicht 10 is removed by a corresponding solvent and the remaining stepped metallization formed 3 with applied insulation layer 6 now forms a plurality of pads 5, 5a, 5b. In an advantageous embodiment, the first and / or second metallization 3, 4 may be at least partially provided with a metallic surface layer, for example a surface layer of nickel, gold, silver or nickel, gold and silver alloys. The layer thickness of the surface layer is for example between 0.1 micrometer and 10 micrometers. Such a metallic
Oberflächenschicht wird vorzugsweise nach dem Aufbringen der ersten und/oder zweiten Metal lisierung 3, 4 auf die Keramikschicht 2 aufgebracht. Das Aufbringen der Surface layer is preferably applied after the application of the first and / or second metalization 3, 4 on the ceramic layer 2. The application of the
Oberflächenschicht erfolgt in einem geeigneten Verfahren, beispielsweise galvanisch und/oder durch chemisches Abscheiden und/oder durch Spritzen. Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrunde liegend Erfindungsgedanke verlassen wird. Surface layer takes place in a suitable method, for example by electroplating and / or by chemical deposition and / or by spraying. The invention has been described above by means of exemplary embodiments. It is understood that numerous changes and modifications are possible without thereby departing from the invention underlying the idea of the invention.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 , r Metal l-Keramik-Substrat 1, r Metal l ceramic substrate
2, 2' Keramikschicht  2, 2 'ceramic layer
2.1 , 2.1 ' erste Oberflächenseite  2.1, 2.1 'first surface side
2.2, 2.2' zweite Oberflächenseite  2.2, 2.2 'second surface side
3, 3' erste Metal lisierung  3, 3 'first metalization
4, 4' zweite Metallisierung  4, 4 'second metallization
5 Anschlussfläche  5 connection area
5.1 , 5.1 ' Anschlussflächenabschnitt  5.1, 5.1 'interface section
5.2, 5.2' Isolationsflächenabschnitt  5.2, 5.2 'Isolationsflächenabschnitt
5a, 5b weitere Anschlussflächen  5a, 5b further connection surfaces
6 Isolationsschicht  6 insulation layer
7 Halbleiterbautei l  7 Semiconductor Devices
7.1 erster Kontakt  7.1 first contact
7.2 zweiter Kontakt  7.2 second contact
8 Ätzresistschicht  8 etch resist layer
9 Ausnehmungen  9 recesses
1 0 weitere Ätzresistschicht  1 0 further Ätzresistschicht
1 1 kanal- oder bahnartige Aussparung s Ü bergangsbereich  1 1 channel or track-like recess transition area

Claims

Patentansprüche claims
Metal l-Keramik-Substrat umfassend zumindest eine Keramikschicht (2), die an zumindest einer Oberflächenseite (2.1 ) mit wenigstens einer Metal lisierung (3) versehen ist, die zur Ausbi ldung zumindest einer Anschlussfläche (5) zum Anschluss zumindest eines Halbleiterbautei ls, insbesondere Leistungshalbleiterbautei ls (7) strukturiert ausgebi ldet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Anschlussfläche (5) einen zentralen Anschlussflächenabschnitt (5.1 ) und einen diesen umgebenden Isolationsflächenabschnitt (5.2) aufweist, wobei auf dem Isolationsflächenabschnitt (5.2) zumindest abschnittsweise eine Isolationsschicht (6) aus einem dielektrischen Fül lmaterial aufgebracht ist. Metal l-ceramic substrate comprising at least one ceramic layer (2) which is provided on at least one surface side (2.1) with at least one metalization (3) for the formation at least one connection surface (5) for connecting at least one semiconductor component, characterized in that the at least one connection surface (5) has a central contact surface section (5.1) and a surrounding insulating surface section (5.2), wherein on the insulation surface section (5.2) at least partially an insulating layer (5) 6) is applied lmaterial from a dielectric Fül.
Metal l-Keramik-Substrat nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Anschlussfläche (5) im Bereich des Anschlussflächenabschnittes (5.1 ) größer als im Bereich des Isolationsflächenabschnittes (5.2) ist. Metal l-ceramic substrate according to claim 1, characterized in that the layer thickness of the connection surface (5) in the region of the connection surface section (5.1) is greater than in the region of the insulation surface section (5.2).
Metal l-Keramik-Substrat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ü bergangsbereich (S) zwischen dem Anschlussflächenabschnitt (5.1 ) und dem Isolationsflächenabschnitt (5.2) stufenartig ausgebi ldet ist. Metal I ceramic substrate according to claim 1 or 2, characterized in that the Ü transition region (S) between the pad portion (5.1) and the insulation surface portion (5.2) is stepwise ausgebi LOD.
Metal l-Keramik-Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch Metal I ceramic substrate according to one of claims 1 to 3, characterized
gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Isolationsschicht (6) näherungsweise bündig in die Oberfläche des Anschlussflächenabschnittes (5.2) übergeht oder über das Niveau der Oberfläche des Anschlussflächenabschnittes (5.2) hinausragt. in that the surface of the insulation layer (6) merges approximately flush into the surface of the connection surface section (5.2) or projects beyond the level of the surface of the connection surface section (5.2).
Metal l-Keramik-Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch Metal I ceramic substrate according to one of claims 1 to 4, characterized
gekennzeichnet, dass der Anschlussflächenabschnitt (5.1 ) eine Kontakt- oder Bondfläche bi ldet. characterized in that the pad portion (5.1) defines a contact or bonding surface.
Metal l-Keramik-Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch Metal I ceramic substrate according to one of claims 1 to 5, characterized
gekennzeichnet, dass das dielektrischen Fül lmaterial aus Polyimid oder Polyamide mit einen Keramikanteil, vorzugsweise einem Siliziumnitridantei l, einen in that the dielectric filling material is made of polyimide or polyamide with a ceramic component, preferably a Siliziumnitridantei l, a
Aluminiumoxidanteil, einen Aluminiumnitridanteil oder einem Glasanteil hergestellt ist. Alumina, an aluminum nitride or a glass portion is made.
Metal l-Keramik-Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch Metal I ceramic substrate according to one of claims 1 to 6, characterized
gekennzeichnet, dass die relative Permittivität bzw. Dielektrizitätszahl des die Isolationsschicht (6) bildenden dielektrischen Füllmaterials zwischen 2,5 und 6,5, vorzugsweise zwischen 3,2 und 4,0 beträgt. in that the relative permittivity or dielectric constant of the dielectric filling material forming the insulating layer (6) is between 2.5 and 6.5, preferably between 3.2 and 4.0.
Metal l-Keramik-Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch Metal I ceramic substrate according to one of claims 1 to 7, characterized
gekennzeichnet, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient der Isolationsschicht (6) an die Metallisierung (3) angepasst ist, vorzugsweise dem thermische in that the thermal expansion coefficient of the insulating layer (6) is adapted to the metallization (3), preferably the thermal one
Ausdehnungskoeffizient der Metallisierung (3) entspricht. Expansion coefficient of the metallization (3) corresponds.
Metal l-Keramik-Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch Metal I ceramic substrate according to one of claims 1 to 8, characterized
gekennzeichnet, dass die Metallisierung (3) eine Schichtdicke zwischen 0,1 mm und 1 ,0 mm, vorzugsweise zwischen 0,3 mm und 0,6 mm aufweist. characterized in that the metallization (3) has a layer thickness between 0.1 mm and 1, 0 mm, preferably between 0.3 mm and 0.6 mm.
Metal l-Keramik-Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch Metal I ceramic substrate according to one of claims 1 to 9, characterized
gekennzeichnet, dass die Keramikschicht (2) aus Oxid-, Nitrid- oder characterized in that the ceramic layer (2) of oxide, nitride or
Karbidkeramiken wie Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid oder Siliziumnitrid oder Siliziumkarbid oder Aluminiumoxid mit Zirkonoxid hergestellt ist. Carbide ceramics such as aluminum oxide or aluminum nitride or silicon nitride or silicon carbide or aluminum oxide is prepared with zirconium oxide.
Metal l-Keramik-Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch Metal I ceramic substrate according to one of claims 1 to 10, characterized
gekennzeichnet, dass die weitere Oberflächenseite (2.2) der Keramikschicht (2) mit wenigstens eine zweite Metallisierung (4) versehen ist. in that the further surface side (2.2) of the ceramic layer (2) is provided with at least one second metallization (4).
Anordnung umfassend zwei Metall-Keramik-Substrate (1 , 1 ') gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metall-Keramik- Substrate (1 , 1 ') in Sandwichbauweise übereinander gestapelt sind, und zwar derart, dass diese zumindest zwei zumindest abschnittweise gegenüberliegende Anschlussflächen (5, 5') zum flächigen Anschluss zumindest eines Halbleiterbautei ls, insbesondere Leistungshalbleiterbauteils (7) bi lden. Arrangement comprising two metal-ceramic substrates (1, 1 ') according to one of the preceding claims, characterized in that the metal-ceramic substrates (1, 1') are stacked in sandwich construction, in such a way that these at least two at least in sections opposite each other Connection surfaces (5, 5 ') for surface connection of at least one Halbleiterbautei ls, in particular power semiconductor device (7) bi lden.
Verfahren zum Herstel len eines Metal l-Keramik-Substrates (2) umfassend zumindest eine Keramikschicht (2), die an einer ersten Oberflächenseite (2a) mit mindestens einer Metal lisierung (3) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die A method of manufacturing a metal-ceramic substrate (2) comprising at least one ceramic layer (2) provided on a first surface side (2a) with at least one metalization (3), characterized in that the
Metal lisierung (3) in zumindest eine Anschlussfläche (5) umfassend einen zentralen Anschlussflächenabschnitt (5.1 ) und einen diesen umgebenden Metalization (3) in at least one connection surface (5) comprising a central terminal surface portion (5.1) and a surrounding
Isolationsflächenabschnitt (5.2) strukturiert wird, wobei der Insulating surface portion (5.2) is structured, wherein the
Isolationsflächenabschnitt (5.2) zumindest abschnittsweise mit einer Insulating surface section (5.2) at least in sections with a
Isolationsschicht (6) aus einem dielektrischen Fül lmaterial beschichtet wird. Insulation layer (6) is coated lmaterial from a dielectric Fül.
Verfahren nach Anspruch 1 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Metal lisierung (3) eine Ätzresistschicht (8) aufgebracht wird, und zwar dort, wo die Metal lisierung (3) mit der bestehenden Schichtdicke verbleiben sol l und welche den A method according to claim 1 3, characterized in that an etching resist layer (8) is applied to the metalization (3), specifically where the metalization (3) with the existing layer thickness remains sol l and which the
Anschlussflächenabschnitt (5.1 ) bi ldet. Terminal surface section (5.1) bi ldet.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der A method according to claim 14, characterized in that the with
Ätzresistschicht (8) versehene Metal lisierung (3) zur Erzeugung des Ätzresistschicht (8) provided metalization (3) for generating the
Anschlussflächenabschnittes (5.1 ) und Isolationsflächenabschnittes (5.2) solange mit einer Ätzlösung beaufschlagt wird, bis Ausnehmungen (9) einer vorgegebenen Tiefe in den von Ätzresistschicht (8) freigegebenen Bereichen der Metal lisierung (3) frei geätzt sind. Pad surface portion (5.1) and insulation surface portion (5.2) as long as an etching solution is applied until recesses (9) of a predetermined depth in the etching resist layer (8) released areas of the metalization (3) are etched free.
Verfahren nach Anspruch 1 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ätzresistschicht (8) von der Metal lisierung (3) wieder entfernt wird. Method according to claim 1 5, characterized in that the etching resist layer (8) is removed again from the metalization (3).
Verfahren nach Anspruch 1 5 oder 1 6, dadurch gekennzeichnet, dass die A method according to claim 1 5 or 1 6, characterized in that the
freigeätzten Ausnehmungen (9) mit dem dielektrischen Fül lmaterial zur Erzeugung der Isolationsschicht (6) verfül lt werden. Verfahren nach Anspruch 1 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest teilweise auf die Metallisierung (3) und auf die Isolationsschicht (6) eine weitere Atzresistschicht (10) aufgebracht wird, und zwar dort, wo die Metallisierung (3) und/oder etched recesses (9) with the dielectric Fül lmaterial to produce the insulating layer (6) are fitted ltl. Method according to claim 1 7, characterized in that at least partly on the metallization (3) and on the insulating layer (6) a further etching resist layer (10) is applied, namely where the metallization (3) and / or
Isolationsschicht (6) zur Ausbildung einer oder mehrerer Anschlussflächen (5, 5a, 5b) verbleiben. Insulation layer (6) for forming one or more connection surfaces (5, 5a, 5b) remain.
Verfahren nach Anspruch 1 8, dadurch gekennzeichnet, dass die von der weiteren Atzresistschicht (8) freigegebenen Bereiche der Metallisierung (3) und/oder Method according to claim 1 8, characterized in that the areas of the metallization (3) released by the further etching resist layer (8) and / or
Isolationsschicht (6) mit einer Ätzlösung beaufschlagt werden und vollständig bis zur Keramikschicht (2) entfernt werden. Insulation layer (6) are applied with an etching solution and completely removed to the ceramic layer (2).
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113808915A (en) * 2020-06-17 2021-12-17 英飞凌科技股份有限公司 Method for manufacturing substrate

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10002821B1 (en) 2017-09-29 2018-06-19 Infineon Technologies Ag Semiconductor chip package comprising semiconductor chip and leadframe disposed between two substrates

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3744120A (en) 1972-04-20 1973-07-10 Gen Electric Direct bonding of metals with a metal-gas eutectic
DE2213115A1 (en) 1972-03-17 1973-09-27 Siemens Ag PROCESS FOR HIGH STRENGTH JOINING CARBIDES, INCLUDING DIAMONDS, BORIDES, NITRIDES, SILICIDES, TO METAL BY THE DRY SOLDERING PROCESS
DE2319854A1 (en) 1972-04-20 1973-10-25 Gen Electric PROCESS FOR DIRECTLY JOINING METALS WITH NON-METALLIC SUBSTRATES
EP0153618A2 (en) 1984-02-24 1985-09-04 Kabushiki Kaisha Toshiba Method for preparing highly heat-conductive substrate and copper wiring sheet usable in the same
EP2019429A1 (en) 2007-07-24 2009-01-28 Siemens Aktiengesellschaft Module with an electronic component electrically connected between two substrates, in particular DCB ceramic substrates, and production method thereof

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3512977B2 (en) * 1996-08-27 2004-03-31 同和鉱業株式会社 High reliability semiconductor substrate
US6870270B2 (en) * 2002-12-28 2005-03-22 Intel Corporation Method and structure for interfacing electronic devices
US6946384B2 (en) * 2003-06-06 2005-09-20 Intel Corporation Stacked device underfill and a method of fabrication
JP4372669B2 (en) * 2004-11-25 2009-11-25 株式会社トクヤマ Device mounting substrate manufacturing method
JP4967447B2 (en) * 2006-05-17 2012-07-04 株式会社日立製作所 Power semiconductor module
US8236666B2 (en) * 2007-07-17 2012-08-07 Mitsubishi Electric Corporation Semiconductor device and process for producing same
DE102010024520B4 (en) * 2010-06-21 2017-08-10 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Method for increasing the thermo-mechanical resistance of a metal-ceramic substrate
JP5759744B2 (en) * 2010-09-14 2015-08-05 株式会社日立製作所 Power module and manufacturing method thereof
KR101184508B1 (en) * 2011-02-08 2012-09-19 삼성전기주식회사 Printed circuit board

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2213115A1 (en) 1972-03-17 1973-09-27 Siemens Ag PROCESS FOR HIGH STRENGTH JOINING CARBIDES, INCLUDING DIAMONDS, BORIDES, NITRIDES, SILICIDES, TO METAL BY THE DRY SOLDERING PROCESS
US3744120A (en) 1972-04-20 1973-07-10 Gen Electric Direct bonding of metals with a metal-gas eutectic
DE2319854A1 (en) 1972-04-20 1973-10-25 Gen Electric PROCESS FOR DIRECTLY JOINING METALS WITH NON-METALLIC SUBSTRATES
EP0153618A2 (en) 1984-02-24 1985-09-04 Kabushiki Kaisha Toshiba Method for preparing highly heat-conductive substrate and copper wiring sheet usable in the same
EP2019429A1 (en) 2007-07-24 2009-01-28 Siemens Aktiengesellschaft Module with an electronic component electrically connected between two substrates, in particular DCB ceramic substrates, and production method thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113808915A (en) * 2020-06-17 2021-12-17 英飞凌科技股份有限公司 Method for manufacturing substrate

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