DE102006009159A1

DE102006009159A1 - Verfahren zum Herstellen eines Verbundsubstrates sowie Verbundsubstrat

Info

Publication number: DE102006009159A1
Application number: DE102006009159A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dr. Schulz-Harder
Original assignee: Curamik Electronics GmbH
Current assignee: Rogers Germany GmbH
Priority date: 2006-02-21
Filing date: 2006-02-28
Publication date: 2007-08-23

Abstract

Ein Verbundsubstrat mit einem Träger, der zumindest an wenigstens einer Oberflächenseite aus einem metallischen Material, beispielsweise aus Kupfer und/oder Aluminium besteht, sowie mit wenigstens einem an der Oberflächenseite des Trägers vorgesehenen Metall-Keramik-Substrat mit einer an beiden Oberflächenseiten mit jeweils einer Metallisierung versehenen Keramikschicht. Das wenigstens eine Metall-Keramik-Substrat ist durch Sintern und unter Verwendung eines metallischen Sintermaterials mit der Oberflächenseite des Trägers verbunden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie auf ein Verbundsubstrat gemäß Oberbegriff Patentanspruch 29.

Bekannt ist es, die zum Herstellen von Leiterbahnen, Anschlüssen usw. benötigte Metallisierung auf einer Keramik, z.B. auf einer Aluminium-Oxid-Keramik mit Hilfe des sogenannten „DCB-Verfahrens" (Direct-Copper-Bond-Technology) herzustellen, und zwar unter Verwendung von die Metallisierung bildenden Metall- bzw. Kupferfolien oder Metall- bzw. Kupferblechen, die an ihren Oberflächenseiten eine Schicht oder einen Überzug (Aufschmelzschicht) aus einer chemischen Verbindung aus dem Metall und einem reaktiven Gas, bevorzugt Sauerstoff aufweisen. Bei diesem beispielsweise in der US-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 Folie auf die Keramik und durch Erhitzen sämtlicher Schichten diese miteinander verbunden werden können, und zwar durch Aufschmelzen des Metalls bzw. Kupfers im wesentlichen nur im Bereich der Aufschmelzschicht bzw. Oxidschicht.

Dieses DCB-Verfahren weist dann z.B. folgende Verfahrensschritte auf:

– Oxidieren einer Kupferfolie derart, daß sich eine gleichmäßige Kupferoxidschicht ergibt;
– Auflegen des Kupferfolie auf die Keramikschicht;
– Erhitzen des Verbundes auf eine Prozeßtemperatur zwischen etwa 1025 bis 1083°C, z.B. auf ca. 1071°C;
– Abkühlen auf Raumtemperatur.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem in besonders preiswerter Form Verbundsubstrate speziell auch in einer industriellen Fertigung hergestellt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Ein Verbundsubstrat ist Gegenstand des Patentanspruches 29.

Eine Besonderheit des erfindungsgemäßen Verbundsubstrates besteht u.a. darin, dass die Verbindung zwischen dem Träger, der beispielsweise plattenförmiger ein massiver metallischer oder mehrschichtiger Träger oder ein Kühler ist, und dem wenigstens einem Metall-Keramik-Substrat, welches vorzugsweise ein DCB-Substrat ist, über eine Sinterverbindung bzw. eine Sinterschicht realisiert ist. Hierdurch ergibt sich eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit zwischen dem Metall-Keramik-Substrat und dem Träger, so dass durch Verlustleistung erzeugte Wärme von Bauteilen in optimaler Weise z.B. von dem Metall-Keramik-Substrat an den an einem Kühler befestigten oder als Kühler ausgebildeten Träger übertragen werden kann.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 in vereinfachter Darstellung ein Verbundsubstrat gemäß der Erfindung;
2 in sehr vereinfachter Darstellung eine Vorrichtung zum Herstellen des Verbundsubstrates;
3 die Elemente eines Verbundsubstrats gemäß der Erfindung mit gewölbtem Träger vor der Herstellung sowie das Verbundsubstrat nach der Herstellung;
4 – 9 weitere Ausführungsformen der Erfindung.
Das in der 1 allgemein mit 1 bezeichnete Verbundsubstrat besteht im Wesentlichen aus einem plattenförmigen metallischen Träger 2 und aus einem an einer Oberflächenseite dieses Trägers vorgesehenen Metall-Keramik-Substrat 3, mit einer Keramikschicht 3.1, die jeweils beidseitig mit einer Metallisierung 3.2 versehen ist.
Das Metall-Keramik-Substrat 3 ist als DCB-Substrat ausgebildet, d. h. die beiden Metallisierungen 3.2, die aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen und von Folien aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildet sind, sind mit Hilfe des DCB- Verfahrens flächig mit der jeweiligen Oberflächenseite der Keramikschicht 1 verbunden. Eine der beiden Kupferschichten, nämlich die in der 1 untere Kupferschicht ist mit ihrer der Keramikschicht 3.1 abgewandten Oberflächenseite flächig mit einer Oberflächenseite des plattenförmigen Trägers 2 verbunden, und zwar über eine Sinterverbindung oder Sinterschicht 4.
Für die Keramikschicht 3.1 eignet sich beispielsweise eine Aluminiumoxid-Keramik (Al₂O₃), auch eine Aluminiumoxid-Keramik mit Zusätzen an Zirkonoxid (Al₂O₃ + ZrO₂), eine Aluminiumnitrid-Keramik (AIN) oder eine Siliziumnitrid-Keramik (Si₂N₄). Die Dicke der Keramikschicht 3.1 liegt im Bereich zwischen 0,2 und 1,2 mm. Die Dicke der Metallisierungen 3.2 liegt im Bereich zwischen 0,1 und 1,0 mm.
Für den metallischen Träger 2 eignen sich unterschiedlichste Materialien, beispielsweise Kupfer, Aluminium oder Kupfer-Aluminium-Verbindungen. Die Dicke des metallischen Trägers 2 liegt in der Größenordnung zwischen 1 – 6 mm.
Für die Sinterschicht 4 eignen sich unterschiedlichste metallische Sintermaterialien, beispielsweise Silber (Ag), Legierungen, die Kupfer und Silber sowie gegebenenfalls noch weitere metallische Bestandteile, z. B. Zinn enthalten. Die Sinterschicht 4 ist so ausgebildet, dass der Schmelzpunkt dieser Schicht über 350°C liegt. Die Dicke der Sinterschicht beträgt 10 – 200 μm.
Bei der in der 1 dargestellten Ausführungsform weist das Verbundsubstrat 1 eine Formgebung auf, bei der der metallische Träger 2 an seinen Oberflächenseiten eben ausgebildet ist. Die Abmessungen des metallischen Trägers 2 sind etwas größer als die Abmessungen des Metall-Keramik-Substrats 3, so dass der beispielsweise quadratische oder rechteckförmige Träger 2 an wenigstens zwei einander gegenüberliegenden Verbundsubstratseiten über die entsprechenden Seiten des ebenfalls z. B. quadratischen oder rechteckförmigen Metall-Keramik-Substrats 3 vorstehen.
Die Herstellung des Verbundsubstrates 1 erfolgt beispielsweise in der Form, dass zunächst das Metall-Keramik-Substrat 3 vorgefertigt wird. Zum Verbinden des vorgefertigten Metall-Keramik-Substrates 3 mit dem Träger 2 wird dann auf die eine Oberflächenseite dieses Trägers und/oder auf die mit dem Träger zu verbindende Oberflächenseite des Metall-Keramik-Substrates 3 eine Pulverschicht aus dem die Sinterschicht bildenden Material beispielsweise in Form einer Dispersion oder Nanodispersion aufgebracht. Im Anschluß daran wird das Metall-Keramik-Substrat 3 auf den Träger 2 aufgelegt und dann die verbindende Sinterschicht 4 durch Erhitzen auf Sintertemperatur und unter Druck (Sinterdruck) erzeugt, beispielsweise bei einer Sintertemperatur zwischen 100 und 400°C und bei einem Sinterdruck zwischen 10 und 500 bar. Anschließend erfolgt ein Abkühlen des Verbundsubstrates 1 und der das Metall-Keramik-Substrat 3 mit dem Träger 2 verbindenden Sinterschicht 4, und zwar drucklos oder aber weiterhin unter Druck, beispielsweise bei Sinterdruck von 10 – 500 bar.
Die 2 zeigt schematisch eine für die Herstellung der Sinterverbindung geeignete Vorrichtung 5. Diese besteht aus einem unteren Gegenlager oder Werkstückträger 6 und aus einem Druckstempel 7, mit dem der Sinterdruck auf die zwischen diesem Stempel und der Werkstückauflage 6 positionierte Anordnung bestehend aus dem Träger 2, dem Metall-Keramik-Substrat 3 und der Schicht aus dem Sintermaterial aufgebracht wird, und zwar unter Hitzeeinwirkung bei der Sintertemperatur.
Durch die Sinterschicht 4 ist in einfacher Weise eine Verbindung zwischen dem Metall-Keramik-Substrat 3 und dem metallischen Träger 2 realisierbar. Ein besonderer Vorteil besteht aber darin, dass die Sinterschicht 4 eine thermische Leitfähigkeit aufweist, die wesentlich größer ist als die thermische Leitfähigkeit einer Schicht aus einem Lot-Material, sodass hierdurch die thermische Leitfähigkeit des Verbundsubstrats 1 insgesamt, d. h. der Wärmeübergang von der dem Träger 2 entfernt liegenden Metallisierung 3.2 an den Träger 2 im Vergleich zu einem solchen Verbundsubstrat, bei dem das Metall-Keramik-Substrat mit dem metallischen Träger über eine Lotschicht verbunden wäre, wesentlich verbessert ist.
Abweichend von dem vorbeschriebenen Verfahren kann die Sinterverbindung auch so erfolgen, dass zunächst bei auf dem Träger 2 aufliegendem Metall-Keramik-Substrat 3 mit der dazwischen angeordneten Schicht aus der das pulverförmige Sintermaterial enthaltenden Dispersion (nanodisperse Pulverschicht) ein Vorsintern ohne Druck erfolgt, bis sich aus dem Sintermaterial eine Schicht mit geschlossenen Poren ausgebildet hat, und dass dann beispielsweise durch einen isostatischen Gasdruck im Bereich zwischen 10 – 1000 bar und bei einer Temperatur zwischen 200 und 400°C die verbindende Sinterschicht 4 erzeugt wird. Als Gas für den isostatischen Gasdruck eignet sich beispielsweise Stickstoff oder ein Stickstoff/Wasserstoff-Gemisch, welches 40% Wasserstoff enthält, oder Argon bzw. ein Argon/Wasserstoff-Gemisch, welches 50% Wasserstoff enthält.
Die 3 zeigt in der Position b ein Verbundsubstrat 1a, welches sich von dem Verbundsubstrat 1 im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass der metallische Träger 2a an seinen Oberflächenseiten um wenigstens eine Achse oder aber um wenigstens zwei senkrecht zueinander verlaufende Achsen gewölbt ist, und zwar derart, dass diese Wölbung an der dem Metall-Keramik-Substrat 3 abgewandten Unterseite konvex ist. Die Herstellung des Verbundsubstrates 1a erfolgt analog zu der vorstehend beschriebenen Herstellung des Verbundsubstrates 1, und zwar derart, dass zunächst das ebene Metall-Keramik-Substrat 3 sowie auch der gewölbte Träger 2 vorgefertigt werden. Die Wölbung des Trägers 2 erfolgt dabei beispielsweise unter Druck in der Form oder durch Prägen derart, dass der Abstand x, den zwei gegenüber liegende Ränder des gewölbten Trägers 2a an der Unterseite dieses Trägers jeweils von einer gedachten Ebene E aufweisen, die die Unterseite des Trägeres 2a in der Mitte nach Art einer Tangente berührt, in etwa 0,8 – 3% des Abstandes der beiden einander gegenüberliegenden Umfangsseiten bzw. der Breite B des Trägers 2a ist.
Auf die konkav gewölbte Oberseite des Trägers 2a werden das Sintermaterial in Pulverform, beispielsweise als Nanodispersion und das Metall-Keramik-Substrat 3 aufgebracht. Anschließend wird die Sinterverbindung bei der Sintertemperatur unter Sinterdruck erzeugt, wobei durch den Sinterdruck auch das Metall-Keramik-Substrat der Form des metallischen Trägers 2a entsprechend gewölbt wird, so dass das Metall- Keramik-Substrat 3 schließlich in dieser gewölbten Form über die Sinterschicht 4 mit dem gewölbten Träger 2a verbunden ist.
Die Sinterverbindung wird beispielsweise wiederum unter Verwendung einer Vorrichtung entsprechend der Vorrichtung 5 realisiert, wobei die Werkstückaufnahme 6 und der Stempel 7 der Wölbung des Verbundsubstrates 1a entsprechend eine konkav gewölbte Werkstückanlagefläche bzw. eine konvex gewölbte Stempelfläche aufweisen.
Grundsätzlich besteht bei dieser Ausführungsform auch die Möglichkeit, ein gezielt gewölbtes Metall-Keramik-Substrat einzusetzen, welches dann die gleiche oder eine ähnliche Wölbungsrichtung wie der gewölbte Träger aufweist, und zwar beispielsweise mit der gleichen oder einer ähnlichen Wölbung wie dieser Träger, d.h. das in diesem Fall verwendete Metall-Keramik-Substrat wäre dann an seiner dem Träger 2a zugewandten Unterseite konvex gewölbt.
4 zeigt als weitere mögliche Ausführungsform der Erfindung ein Modul 8 mit dem Verbundsubstrat 1, mit einem auf der Oberseite des Metall-Keramik-Substrats 3 vorgesehenen elektrischen Bauelement 9 z.B. in Form eines Chips. Das Metall-Keramik-Substrat 3 ist auch bei dieser Ausführungsform beispielsweise wiederum ein Kupfer-Keramik-Substrat mit der Keramikschicht 3.1 und den beiden die Metallisierungen 3.2 bildenden Kupferschichten. Das Metall-Keramik-Substrat 3 ist über die Sinterschicht 4 mit dem metallischen Träger 2 flächig verbunden. Das elektrische Bauelement 9 ist über eine weitere Sinterschicht 10 mit der Oberseite des Metall-Keramik-Substrats bzw. mit der dortigen Metall- oder Kupferschicht 3.2 verbunden. Für die weitere Sinterschicht 10 ist ebenfalls ein geeignetes Sintermaterial verwendet, beispielsweise Silber, Kupfer oder eine Kupfer und Silber sowie gegebenenfalls einen weiteren Bestandteil, z. B. Zinn enthaltende Legierung.
Das Aufbringen des die Sinterschicht 10 bildenden Sintermaterials erfolgt beispielsweise wiederum als Pulver, z. B. in einer dieses Pulver enthaltenden Dispersion, z. B. Nano-Dispersion. Die beiden Sinterschichten 4 und 10 werden dann beispielsweise im selben Verfahrensschritt erzeugt.
Das Bauelement 9 ist z. B. eine Leuchtdiode, eine Laserdiode oder aber ein anderes elektronisches Bauteil beispielsweise in Form eines SiC-Chips oder eines Si-Chips.
Das Modul 8 hat u. a. den Vorteil einer besonders preiswerten Herstellbarkeit sowie insbesondere auch den Vorteil, dass die Sinterschicht 10, mit der das Bauteil 9 an der vorzugsweise strukturierte Metallisierung 3.2 an der Oberseite des Metall-Keramik-Substrats 3 gehalten ist, wiederum im Vergleich zu einer Schicht aus einem Lot eine wesentlich verbesserte Wärmeleitfähigkeit aufweist, sodass insgesamt eine verbesserte Kühlung des Bauelementes 9 erreicht ist.
Obwohl in der 4 nur ein einziges Bauelement 9 dargestellt ist, kann das Modul 8 eine Vielzahl solcher Bauelemente aufweisen, beispielsweise zur Realisierung eines Moduls 8 in Form einer komplexeren elektrischen Baugruppe oder aber eines Licht aussendenden Moduls mit einer Vielzahl von Leuchtdioden usw.
Die 5 zeigt als weitere Ausführungsform ein Verbundsubstrat 1b, welches sich von dem Verbundsubstrat 1 im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass anstelle eines massiven, plattenförmigen metallischen Trägers 2 ein Träger 2b in Form eines Kühlers 11 vorgesehen ist, der an einer Oberflächenseite über die Sinterschicht 4 mit dem darüber liegenden Metall-Keramik-Substrat 3 flächig verbunden ist. Zumindest an der dem Metall-Keramik-Substrat benachbarten Seite besteht der Kühler 11 aus einem metallischen Material, beispielsweise aus Kupfer. Bevorzugt ist der Kühler 11 mehrschichtig aus mehreren flächig miteinander verbundenen Schichten aus metallischem Material, beispielsweise aus Kupfer hergestellt, wobei diese Schichten beispielsweise durch Direct-Bonding (z. B. durch DCB-Bonding) flächig miteinander verbunden und mit Ausnahme der äußeren Schichten derart strukturiert sind, dass innerhalb des Kühlers ein sich dreidimensional vielfach verzweigender Kanal für das den Kühler 11 durchströmende Kühlmedium ausgebildet ist.
Zum Zuführen und Abführen des flüssigen Kühlmediums weist der Kühler 11 wenigstens einen Einlass 12 und einen Auslass 13 auf. Diese Einlässe sind beispielsweise im Bereich des Umfangs, z. B. an zwei einander gegenüberliegenden Umfangsseiten des Kühlers 11, oder aber, wie mit 12a bzw. 13a angedeutet an der dem Metall-Keramik-Substrat 3 abgewandten Unterseite des Kühlers 11 vorgesehen.
6 zeigt ein unter Verwendung des Verbundsubstrates 1b aufgebautes Modul 14. Ähnlich wie bei dem Modul 8 ist auch bei dem Modul 14 auf der dem Träger 2b bzw. dem Kühler 11 abgewandten Seite des Metall-Keramik-Substrats 3 wenigstens ein Bauelement 9 vorgesehen, welches wiederum durch die Sinterschicht 10 mit diesem Metall-Keramik-Substrat 3 bzw. mit dessen, vorzugsweise strukturierten Metallisierung 3.2 verbunden ist.
Die 7 zeigt in einer Explosionsdarstellung die Schichtfolge des Verbundsubstrates 1c entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Dieses Verbundsubstrat besteht wiederum aus dem Träger, beispielsweise aus dem massiven metallischen Träger 2 und dem über die Sinterschicht 4 mit dem Träger verbundenen Metall-Keramik-Substrat 3. Dieses ist aber an seinen außen liegenden Oberflächenseiten bzw. an den außen liegenden Oberflächenseiten der Metallisierungen 3.2 zusätzlich mit einer weiteren Metallschicht bzw. Zwischenschicht 15 versehen, beispielsweise mit einer Nickelschicht, die beispielsweise eine Dicke im Bereich zwischen 1 – 12 μm aufweist und die der Verbesserung der Verbindung über die Sinterschicht 4 und aber auch zur Verbesserung der jeweiligen Verbindung zwischen der Oberseite des Metall-Keramik-Substrats 3 bzw. der dortigen Metallisierung 3.2 mit den Bauelementen beispielsweise durch Löten oder wiederum durch Sintern unter Verwendung einer Sinterschicht 10 dient.
Die 8 zeigt in vergrößerter Darstellung die Schichtfolge im Bereich der Sinterverbindung zwischen dem metallischen, beispielsweise wiederum aus Kupfer und/oder Aluminium bestehenden Träger 2 und der diesem Träger benachbarten Metallisierung 3.2, beispielsweise Kupferschicht des auf dem Träger 2 befestigten Metall-Keramik-Substrats 3. Wie in der 8 dargestellt ist sowohl an der Oberfläche des Trägers 2 als auch an der Oberfläche der Kupferschicht 3.2 jeweils eine Zwischenschicht 15 aus Nickel aufgebracht. Auf jeder Zwischenschicht 15 befindet sich weiterhin eine Zwischenschicht 16 aus Gold, an die sich dann die das Metall-Keramik-Substrat 3 mit dem Träger 2 verbindende Sinterschicht 4 anschließt. Die Dicke der Zwischenschichten 15 aus Nickel liegt wiederum im Bereich zwischen 1 – 12 μm. Die Dicke der Zwischenschichten 16 aus Gold liegt im Bereich zwischen 0,01 – 1,5 μm.
Die 9 zeigt für ein Verbundsubstrat 1e den Übergang zwischen der Metallisierung 3.2 des Metall-Keramik-Substrats 3 und dem Träger 2, der wiederum aus Kupfer und/oder Aluminium besteht. Das Verbundsubstrat 1e unterscheidet sich von dem Verbundsubstrat 1d dadurch, dass zwischen jeder Zwischenschicht 16 aus Gold und der Sinterschicht 4 zusätzlich noch eine Zwischenschicht 17 aus Silber vorgesehen ist, deren Dicke im Bereich zwischen 0,5 – 1 μm liegt.
Die Zwischenschichten 15, 16 und 17 sind bei den Ausführungsformen der 7 – 9 beispielsweise jeweils elektrolytisch und/oder durch chemisches Abscheiden erzeugt. Weiterhin besteht die Möglichkeit, bei den Verbundsubstraten 1c – 1e die Art und Anzahl der Zwischenschichten 15 – 17 auch anders auszuführen, beispielsweise bei dem Verbundsubstrat 1e auf eine oder aber auf beide Zwischenschichten 16 aus Gold zu verzichten usw.
Die Sinterschichten 4 bzw. 10 sind bei den Verbundsubstraten 1a – 1e bzw. bei den entsprechenden Modulen 8 und 14 beispielsweise so ausgeführt, wie dies im Zusammenhang mit dem Verbundsubstrat 1 beschrieben wurde.
Bei den Verbundsubstraten 1a – 1e bzw. bei den entsprechenden Modulen 8 und 10 weist auch das Metall-Keramik-Substrat 3 jeweils den Aufbau auf, wie er im Zusammenhang mit dem Verbundsubstrat 1 beschrieben wurde, und besteht aus den im Zusammenhang mit der 1 beschriebenen Materialien.
Die Erfindung wurde an mehreren Ausführungsbeispielen erläutert. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne das dadurch der der Erfindung zugrunde liegende Erfindungsgedanke verlassen wird. So ist es beispielsweise möglich, bei den Verbundsubstraten 1c – 1e ebenfalls den gewölbten Träger 2a oder den Träger 2b in Form des Kühlers 11 zu verwenden.

1, 1a – 1e: Verbundsubstrat
2, 2a, 2b: Träger
3: Metall-Keramik-Substrat bzw. Kupfer-Keramik-Substrat
3.1: Keramik
3.2: Metall oder Kupferschicht
4: Sinterschicht
5: Vorrichtung
6: Werkstückträger
7: Stempel
8: Modul
9: elektronisches Bauteil
10: Sinterschicht
11: Kühler
12, 12a: Einlass
13, 13a: Auslass
14: Modul
15: Zwischenschicht aus Nickel
16: Zwischenschicht aus Gold
17: Zwischenschicht aus Silber
B: Breite
x: Abstand

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Verbundsubstrats mit einem Träger (2, 2a, 2b), der zumindest an wenigstens einer Oberflächenseite aus einem metallischen Material, beispielsweise aus Kupfer- und/oder Aluminium besteht, sowie mit wenigstens einem an der Oberflächenseite des Trägers (2, 2a, 2b) vorgesehenen Metall-Keramik-Substrat (3) mit einer an beiden Oberflächenseiten mit jeweils einer Metallisierung (3.2) versehenen Keramikschicht (3), dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Metall-Keramik-Substrat (3) durch Sintern und unter Verwendung eines metallischen Sintermaterials mit der Oberflächenseite des Trägers (2, 2a, 2b) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sintern bei einer Sintertemperatur im Bereich zwischen 100 und 400°C erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sintern bei einer Sintertemperatur im Bereich zwischen 200 und 400°C erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sintern bei einem Sinterdruck größer 10 bar erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sintern bei einem Sinterdruck im Bereich zwischen 10 und 500 bar erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sintern in einer ersten Phase zunächst drucklos bei Sintertemperatur, beispielsweise bei einer Sintertemperatur im Bereich zwischen 200 und 400°C, und dann in einer zweiten Phase bei einem erhöhten Sinterdruck im Bereich zwischen 10 und 1000 bar erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erhöhte Sinterdruck durch einen isostatischen Gasdruck beispielsweise in einer hauptsächlich Stickstoff und/oder Argon enthaltenden Atmosphäre erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erhöhte Sinterdruck durch einen isostatischen Gasdruck beispielsweise in einer hauptsächlich Wasserstoff oder Argon und Wasserstoff enthaltenden Atmosphäre erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Metall-Keramik-Substrat (3) ein unter Verwendung des Direct-Bondens hergestelltes Substrat ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierungen (3.2) des wenigstens einen Metall-Keramik-Substrats (3) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Metallisierungen (3.2) im Bereich zwischen 0,1 – 1,0 mm liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramik des wenigstens einen Metall-Keramik-Substrats (3) eine Aluminiumoxid-Keramik, beispielsweise mit Zusätzen an Zirkonoxid, oder eine Aluminiumnitrid-Keramik oder eine Siliziumnitrid-Keramik ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikschicht (3.1) des wenigstens einen Metall-Keramik-Substrats (3) eine Dicke im Bereich zwischen 0,2 und 1,2 mm aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2, 2a) eine Dicke im Bereich zwischen 1 – 6 mm aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung eines metallischen Sintermaterials mit einem Schmelzpunk > 350°C.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Sintermaterial derart aufgebracht wird, dass die Sinterschicht (4, 10) eine Dicke im Bereich zwischen 10 – 200 μm aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Sintervorgang ein druckloses Abkühlen des Verbundsubstrates (1, 1a – 1e) oder ein Abkühlen des Verbundsubstrates (1, 1a – 1e) unter Druck erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung eines plattenförmigen massiven metallischen Trägers (2).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung eines vorgewölbten plattenförmigen Trägers (2a).
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das zunächst ebene oder im Wesentlichen ebene Metall-Keramik-Substrat über die Sinterverbindung mit dem vorgewölbten plattenförmigen Träger (2a) derart verbunden wird, dass das Metall-Keramik-Substrat (3) nach dem Verbinden eine der Wölbung des Trägers (2a) entsprechende Wölbung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Metall-Keramik-Substrat (3) in ebener Form auf die gewölbte, mit dem Sintermaterial versehene Fläche des Trägers (2a) aufgelegt und während des Sintervorgangs unter Verformen mit dem vorgewölbten Träger (2a) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Metall-Keramik-Substrat (3) in vorgewölbter Form über die Sinterverbindung mit der mit dem vorgewölbten Träger verbunden wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen als Kühler (11) ausgebildeten Träger (2b).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein elektrisches Bauelement (8) auf die dem Träger (2, 2a, 2b) abgewandte Oberflächenseite des wenigstens einen Metall-Keramik-Substrats (3) bzw. auf eine dortige, vorzugsweise strukturierte Metallisierung (3.2) aufgebracht wird, und zwar durch Sintern unter Verwendung des metallischen Sintermateriales.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbinden des wenigstens einen Bauteils (9) mit dem wenigstens einen Metall-Keramik-Substrat (3) und das Verbinden dieses Substrats mit dem Träger (2, 2a, 2b) in einem gemeinsamen Sinterprozess erfolgen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierungen (3.2) des wenigstens einen Metall-Keramik-Substrats (3) von Metallfolien gebildet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf wenigstens eine der über die jeweilige Sinterschicht (4, 10) zu verbindenden Oberflächenseiten zumindest eine Zwischenschicht (15, 16, 17) aus einem metallischen Material, beispielsweise aus Nickel, Gold oder Silber aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf wenigstens eine der über die Sinterschicht (4, 10) zu verbindenden Oberflächenseiten wenigstens zwei Zwischenschichten aus einem metallischen Material, beispielsweise aus Nickel, Gold oder Silber aufgebracht werden.
Verbundsubstrat mit einem Träger (2, 2a, 2b), der zumindest an wenigstens einer Oberflächenseite aus einem metallischen Material, beispielsweise aus Kupfer- und/oder Aluminium besteht, sowie mit wenigstens einem an der Oberflächenseite des Trägers (2, 2a, 2b) vorgesehenen Metall-Keramik-Substrat (3) mit einer an beiden Oberflächenseiten mit jeweils einer Metallisierung (3.2) versehenen Keramikschicht (3), dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Metall-Keramik-Substrat (3) über wenigstens eine Sinterschicht (4) aus einem metallischen Sintermaterial mit der Oberflächenseite des Trägers (2, 2a, 2b) verbunden ist.
Verbundsubstrat nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Metall-Keramik-Substrat (3) ein unter Verwendung des Direct-Bondens hergestelltes Substrat ist.
Verbundsubstrat nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierungen (3.2) des wenigstens einen Metall-Keramik-Substrats (3) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen.
Verbundsubstrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Metallisierungen (3.2) im Bereich zwischen 0,1 – 1,0 mm liegt.
Verbundsubstrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramik des wenigstens einen Metall-Keramik-Substrats (3) eine Aluminiumoxid-Keramik, beispielsweise mit Zusätzen an Zirkonoxid, oder eine Aluminiumnitrid-Keramik oder eine Siliziumnitrid-Keramik ist.
Verbundsubstrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikschicht (3.1) des wenigstens einen Metall-Keramik-Substrats (3) eine Dicke im Bereich zwischen 0,2 und 1,2 mm aufweist.
Verbundsubstrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2, 2a) eine Dicke im Bereich zwischen 1 – 6 mm aufweist.
Verbundsubstrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Sintermaterial einem Schmelzpunk größer 350°C aufweist.
Verbundsubstrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Sintermaterial derart aufgebracht wird, dass die Sinterschicht (4, 10) eine Dicke im Bereich zwischen 10 – 200 μm aufweist.
Verbundsubstrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen plattenförmigen massiven metallischen Träger (2).
Verbundsubstrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen vorgewölbten plattenförmigen Träger.
Verbundsubstrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen als Kühler (11) ausgebildeten Träger (2b).
Verbundsubstrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein elektrisches Bauelement (8) auf die dem Träger (2, 2a, 2b) abgewandte Oberflächenseite des wenigstens einen Metall-Keramik-Substrats (3) bzw. auf eine dortige, vorzugsweise strukturierte Metallisierung (3.2) durch Sintern unter Verwendung des metallischen Sintermateriales aufgebracht ist.
Verbundsubstrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierungen (3.2) des wenigstens einen Metall-Keramik-Substrats (3) von Metallfolien gebildet sind.
Verbundsubstrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf wenigstens eine der über die jeweilige Sinterschicht (4, 10) zu verbindenden Oberflächenseiten zumindest eine Zwischenschicht (15, 16, 17) aus einem metallischen Material, beispielsweise aus Nickel, Gold oder Silber aufgebracht ist.
Verbundsubstrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf wenigstens eine der über die Sinterschicht (4, 10) zu verbindenden Oberflächenseiten wenigstens zwei Zwischenschichten aus einem metallischen Material, beispielsweise aus Nickel, Gold oder Silber aufgebracht sind.