DE19614501C2 - Verfahren zum Herstellen eines Keramik-Metall-Substrates sowie Keramik-Metall-Substrat - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie auf ein Substrat entsprechend Oberbegriff Patentanspruch 13.

In der elektrischen Schaltungstechnik ist es allgemein üblich Schaltungen unter Verwendung von Leiterplatten herzustellen, die aus einem isolierenden Material bestehen und an wenigstens einer Oberflächenseite u. a. Leiterbahnen und Kontaktflächen zum Auflöten von elektrischen Bauelementen aufweisen. Da das Leiterplattenmaterial und das Material der verwendeten Bauelemente in der Regel einen unterschiedlichen thermischen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, führt dies bei Temperaturänderungen zu mechanischen Spannungen zwischen den Bauelementen und der Leiterplatte, so daß Zerstörungen der Bauelemente sowie auch mechanische Zerstörungen bzw. Unterbrechungen in den Leiterbahnen nicht auszuschließen sind.

Bekannt sind in verschiedensten Ausführungen auch Verfahren zum Herstellen von Metall-Keramik-Substraten und dabei insbesondere auch zum Herstellen von Kupfer- Keramik-Substraten, ebenso auch nach diesem Verfahren hergestellte Substrate.

Bekannt ist weiterhin ein Verfahren zum Herstellen eines Isolierstoff-Metall-Substrates (CH 654 143 A5). Bei diesem bekannten Verfahren werden auf der Oberseite einer Isolierschicht, die von einem streifenförmigen Trägerfilm gebildet ist, in Streifenlängsrichtung versetzt und beidseitig von einer Öffnung zur späteren Aufnahme eines elektrischen Bauelementes eine strukturierte, Anschlüsse bildende Metallfläche aufgebracht. Die Metallflächen erstrecken sich jeweils über einen die Öffnung umgebenden inneren Trägerfilmabschnitt und über einen quer zur Trägerfilmlängsrichtung angeordneten Schlitz im Trägerfilm bis an jeweils einen weiteren äußeren Trägerfilmabschnitt, der bis auf zwei Sollbruchstellen vom Trägerfilm freigestanzt ist. Die beiden äußeren Trägerfilmabschnitte werden dann jeweils um die Längserstreckung des benachbarten Schlitzes um 180° umgebogen, so daß sie gegen die Unterseite des inneren Trägerfilmabschnitts anliegen, so daß die strukturierten Metallflächen jeweils eine obere Kontaktfläche zur Verbindung mit dem Bauelement und eine untere Kontaktfläche bilden.

Es geht im bekannten Fall darum, ein Trägerelement für IC-Bausteine zu schaffen, um eine einfache Integration des mit dem IC-Baustein bestückten Trägerelementes in Chip- Karten, beispielsweise Ausweiskarten usw. zu ermöglichen. Das Trägerelement bestehend aus dem die Ausnehmung für das Bauelement umschließenden Trägerfilmabschnitt und den beiden seitlichen, auf die Unterseite des Trägerfilms geklappten Abschnitten verbleibt auch nach seiner Herstellung an dem streifenförmigen Trägermaterial, und zwar zusammen mit einer Vielzahl gleichartiger Trägerelemente. Erst beim Bestücken der jeweiligen Chipkarte erfolgt das Abtrennen des Trägerelementes mit dem Bauelement von dem Trägerfilm. Die für das Umklappen der äußeren Trägerfilmabschnitte verwendeten Schlitze erstrecken sich daher auch nicht über die gesamte Breite des Isoliermaterials bzw. des Trägerfilms. Weiterhin erfolgt im bekannten Fall nach dem Umklappen ein Vergießen des jeweiligen Trägerelementes und des IC-Bausteins, so daß insbesondere auch die inneren und äußeren Trägerfilmabschnitte fest miteinander verbunden und damit eine laterale Relativbewegung zwischen diesen Abschnitten nicht möglich ist.

Bekannt ist weiterhin ein in Kunststoff eingegossenes Bauelement mit U-förmig gebogenen Anschlüssen JP 5-198 722 A. Bekannt sind ferner keramische Chipträger (Thermal Management in Semiconductor Device Packaging, PROCEEDINGS OF THE IEEE, VOL. 73, NO. 9, SEPTEMBER 1985, S. 1396-1404). Bekannt ist weiterhin ein Verfahren zum Herstellen eines Substrates, bei dem zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit die Metallisierung an der einen Oberflächenseite derart verformt wird, daß sie jeweils im Bereich des Randes einer Keramikschicht des Substrates oder im Bereich einer Öffnung dieser Keramikschicht von dieser abgehoben wird (DE 43 18 463 C2).

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines Isolierstoff-Metall- Substrates aufzuzeigen, welches als "Schutzsubstrat" mechanische Beanspruchungen der Bauelementen und Leiterbahnen bzw. Kontaktflächen insbesondere auch durch einen unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizient vermeidet.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann in besonders einfacher Weise ein neuartiges Keramik-Metall-Substrat mit neuen vorteilhaften Eigenschaften hergestellt werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ausgebildet. Ein Metall-Keramik-Substrat ist entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 13 ausgeführt.

Das erfindungsgemäße Substrat zeichnet sich dadurch aus, daß es an seiner Oberseite wenigstens zwei Kontaktflächen aufweist, die an dem durch das Schlitzen der Ausgangs- Keramikschicht gebildeten zweiten Keramikschicht-Abschnitt bzw. an der von diesem Abschnitt gebildeten ersten Lage aus Keramik fest vorgesehen sind und mit denen ein elektrisches Bauelement oder Modul elektrisch verbunden werden kann. Das Substrat bildet weiterhin an der Unterseite wenigstens zwei untere Kontaktflächen, von denen jede jeweils mit einer oberen Kontaktfläche verbunden ist, und zwar am Rand des Substrates. Die unteren Kontaktflächen sind relativ zum restlichen Teil des Substrates beweglich und können mit Kontakten oder Leiterbahnen einer Leiterplatte verbunden werden. Thermisch bedingte unterschiedliche Längenänderungen werden durch die beweglichen unteren Kontaktflächen ausgeglichen, d. h. unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem herkömmlichen Leiterplattenmaterial und den Bauelementen führen dann nicht zu mechanischen Spannungen in den Bauelementen und damit auch nicht zu Zerstörungen dieser Bauelemente, aber auch nicht zu mechanischen Spannun­ gen in den Leiterbahnen der Leiterplatte und/oder in der elektrischen Verbindung zwi­ schen den Leiterbahnen und dem Substrat bzw. den dortigen unteren Kontaktflächen und damit nicht zu einer möglichen Unterbrechung der elektrischen Verbindungen.

Das erfindungsgemäße Substrat eignet sich insbesondere für die Verwendung bei kerami­ schen Bauelementen oder bei Bauelementen mit einem Gehäuse oder Bauelemente- Substrat aus Keramik.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 einen Substrat-Rohling sowie das aus diesem Rohling hergestellte Substrat zusammen mit einem an der Oberseite des Substrates vorgesehenen, zwei Anschlüsse aufweisenden, elektrischen Bauelement und einer Leiterplatte;

Fig. 3 in einer Darstellung wie Fig. 2 eine abgewandelte Ausführungsform des Substrates der Fig. 2;

Fig. 4 und 5 in Darstellungen wie Fig. 1 und 2 einen Substrat-Rohling und das aus diesem Rohling durch Biegen hergestellte Substrat entsprechend einer weite­ ren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 6 ein Schaltkreis mit dem Substrat der Fig. 5;

Fig. 7 in einer Darstellung wie Fig. 5 eine abgewandelte Ausführungsform des Substrates der Fig. 5;

Fig. 8 und 9 in einer Darstellung wie Fig. 1 und 2 einen Substrat-Rohling und das aus diesem Rohling hergestellte Substrat bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Substrat-Rohling 1a (Fig. 1), und das aus diesem Roh­ ling hergestellte Metall-Keramik-Substrat 1 (Fig. 2).

Der Substrat-Rohling 1a besteht aus einer Platte oder Ausgangs-Schicht 2a aus Keramik, beispielsweise aus Aluminiumoxid-Keramik. Die Schicht 2a besitzt beispielsweise einen rechteckförmigen oder quadratischen Zuschnitt, bei dem zwei Seiten 2a' senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1 und zwei Seiten parallel zu der Zeichenebene der Fig. 1 liegen. Die Schicht 2a ist an einer Oberflächenseite mit einer Metallisierung bzw. Metallschicht, d. h. bei der dargestellten Ausführungsform mit einer Kupferschicht 3 versehen, die von einer Kupferfolie gebildet ist und die Oberseite der Keramikschicht 2a bis auf einen schmalen Randbereich 4 abdeckt, der sich um den gesamten Umfang der Keramikschicht 2a erstreckt. Die die Kupferschicht 3 bildende Folie ist mit der dem Fachmann bekannten DCB-Technik (direct copper bonding) flächig mit der Oberseite der Keramikschicht 2a verbunden. Nach dem Herstellen dieses Verbundes aus der Keramikschicht 2a und der Kupferschicht 3 wird die Keramikschicht 2a entlang der beiden senkrecht zur Zeichene­ bene der Fig. 1 verlaufenden Seiten 2a' über die gesamte Breite, d. h. über die gesamte Länge dieser Seiten 2a' geschlitzt bzw. mit zwei Schlitzen 5 versehen, die zur Unterseite des Substrat-Rohlings 1a sowie an beiden Enden offen sind und in denen das Keramikma­ terial vollständig entfernt ist, so daß am Boden jedes Schlitzes 5 das Material der Kupfer­ schicht 3 frei liegt. Das Einbringen der Schlitzte 5, die bei der dargestellten Ausführungs­ form jeweils einen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen, erfolgt beispielsweise auf mechanischem Wege durch mechanisches Abtragender Keramikschicht 2a im Bereich der Schlitze 5. Jeder Schlitz 5 besitzt in Querrichtung und parallel zu der Ebene der Ke­ ramikschicht 2a eine Schlitzbreite b, die größer ist als die zweifache Dicke d der Kera­ mikschicht 2a. Weiterhin besitzt jeder Schlitz 5 einen Abstand a von der benachbarten Seite 2a'.

Durch die beiden Schlitze 5 bildet die Keramikschicht 2a insgesamt drei Abschnitte, näm­ lich die beiden außenliegenden, streifenförmigen Abschnitte 2a" und den mittleren Ab­ schnitt 2a'''. Sämtliche Abschnitte sind durch die die Schlitze 5 überlappende Kupfer­ schicht 3 miteinander verbunden. Die Kupferschicht 3 wird zumindest in ihrem auf dem Abschnitt 2a''' vorgesehenen Teil strukturiert, und zwar noch vor dem Einbringen der Schlitze 5 beispielsweise mit Hilfe der üblichen Maskier- und Ätztechniken, was möglich ist, da es sich um einen ebenen Verbund handelt.

Die Kupferschicht 3 ist bei dem Substrat-Rohling 1a so strukturiert, daß sie im Bereich des Abschnittes 2a''' eine Unterbrechung 6 aufweist, in der die Oberseite der Keramikschicht 2a frei liegt. Die Kupferschicht 3 bildet somit zwei beidseitig von der Unterbrechung 6 liegende Abschnitte, und zwar den in der Fig. 1 linken, kleineren Abschnitt 3' und den in dieser Figur rechten größeren Abschnitt 3". Die Unterbrechung 6 liegt hierfür dem in der Fig. 1 linken Schlitz 5 näher als dem in dieser Figur rechten Schlitz 5, wobei beide, paral­ lel zu den Seiten 2a' verlaufende Ränder der Unterbrechung 6 aber jeweils von dem in­ nenliegenden Rand des benachbarten Schlitzes 5 beabstandet sind, so daß die Kupfer­ schicht 3 die Schlitze 5 überlappt.

Grundsätzlich besteht zwar die Möglichkeit, die Kupferschicht 3 auch nach dem Schlit­ zen der Keramikschicht 2a zu strukturieren, allerdings muß dann bei Anwendung der üb­ lichen Maskierungs- und Ätztechniken der Boden jedes Schlitzes 5 mit einer das Abätzen des dortigen Kupfermaterials verhindernden Maskierung versehen werden.

Zur Herstellung des Substrates 1 aus dem Substrat-Rohling 1a wird die Kupferschicht 3 im Bereich der beiden Schlitze 5 um 180° umgebogen (Pfeile A der Fig. 1), und zwar derart, daß die der Kupferschicht 3 abgewandte Seite des Abschnittes 2a" gegen die ebenfalls der Kupferschicht 3 abgewandte Seite des Abschnittes 2a''' anliegt und so das in der Fig. 2 wiedergegebene Substrat 1 erhalten wird, bei dem die Abschnitte 2a" und 2a''' Lagen 2" bzw. 2''' aus Keramik bilden.

Nach dem Biegen der Kupferschicht 3 bildet der Abschnitt 3' einen U-förmigen Kontakt 7 mit der oberen ebenen Kontaktfläche 8 und der unteren ebenen Kontaktfläche 9 und der Abschnitt 3" einen U-förmigen Kontakt 7' mit der oberen ebenen Kontaktfläche 8' und der unteren ebenen Kontaktfläche 9. Die Kontaktflächen jedes Kontaktes 7 bzw. 7' liegen parallel zur Ebene der Keramikschicht 2a und sind miteinander elektrisch verbunden. Die obere Kontaktfläche 8' dient zum Auflöten eines Leistungs-Bauelementes 10, beispiels­ weise Leistungs-Diode oder Leistungs-Transistor, mit seiner auch zum Abführen der ther­ mischen Verlustleistung verwendeten Elektrode (beispielsweise Anode bzw. Kollektor). Der Kontakt 7' dient dann zugleich auch als Kühlkörper, über den die thermische Verlust­ leistung abgeführt wird.

Die beiden unteren Kontaktflächen 9 sind auf Kontaktflächen oder Leiterbahnen 11 und 12 an der Oberseite einer Leiterplatte 13 aufgelötet. Letztere besteht aus dem herkömmli­ chen Leiterplattenmaterial, nämlich aus faserverstärktem Kunststoff.

Das Substrat 1, welches ähnlich einem SMD-Bauelement ausgeführt ist, hat u. a. den Vor­ teil, daß das elektrische Bauelement 10 nicht unmittelbar an der Leiterplatte 13 bzw. an den dortigen Leiterbahnen 11 und 12 befestigt ist. Da die aus Kunststoff bestehende Lei­ terplatte 13 einen wesentlich größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist als das Material der Keramikschicht 2a bzw. des Abschnittes 2a''' und der thermische Ausdehnungskoeffizient dieses Keramikmaterials gleich oder aber zumindest in etwa gleich dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Bauelementes 10 ist, werden temperaturbedingte unterschiedliche Längenänderungen zwischen dem Bauelement 10 und der Leiterplatte 13 über das Substrat 1 ausgeglichen, d. h. durch Bewegen der unteren Kontaktflächen 9 relativ zur Lage 2''', wie dies in der Fig. 2 mit den Doppelpfeilen B an­ gedeutet ist, und unter Verformen der Kontakte 7 und 7'. Ein Zerstören oder Beschädigen des Bauelementes 10 ist somit auch bei extremen Temperaturschwankungen wirksam vermieden.

Das Substrat 14 ist der Fig. 3 unterscheidet sich von dem Substrat 1 lediglich dadurch, daß die Kupferschicht 3 derart strukturiert wurde, daß die Unterbrechung 6 in der Mitte zwischen den beiden Schlitzen 5 gebildet ist, so daß nach dem Biegen des entsprechen­ den Substrat-Rohlings in das Substrat 14 zwei identische Kontakte 7 erhalten sind. Zwi­ schen den oberen Kontaktflächen 8 ist das elektrische Bauelement 10' durch Auflöten befestigt. Dieses Bauelement 10' ist bei der dargestellten Ausführungsform ein kerami­ sches Bauelement, beispielsweise ein Kondensator oder ein Widerstand.

Die Breite b der Schlitze 5 ist bei den Substraten 1 und 14 so gewählt, daß zwischen den beiden Rändern des Keramikschicht-Abschnittes 2a''' und dem jeweils benachbarten, die Kontaktflächen 8 und 9 bzw. 8' und 9' verbindenden Teil der Kontakte 7 bzw. 7' ein Spalt 23 verbleibt, so daß der thermische Ausgleich ohne Krafteinwirkung auf den Kera­ mikschicht-Abschnitt 2a''' möglich ist.

Die Fig. 4 zeigt einen Substrat-Rohling 15a, aus dem durch Biegen das Substrat 15 der Fig. 5 hergestellt wird. Der Substrat-Rohling 15a entspricht in seinem Aufbau dem Substrat-Rohling 1a, lediglich mit dem Unterschied, daß an der Unterseite des Abschnittes 2a''' der Keramikschicht 2a eine weitere Kupferfolie oder -schicht 16 flächig aufgebracht ist, und zwar wiederum mit Hilfe des DCB-Prozesses. Diese Kupferschicht 16 endet mit ihren beiden senkrecht zur Zeichenebene und damit parallel zu den Seiten 2a' verlaufen­ den Rändern 16' etwas vor der benachbarten Seite des jeweiligen Schlitzes 5, so daß an den Seiten 16' die Keramikschicht 2a in einem schmalen Randbereich frei liegt. Die Her­ stellung des Substrat-Rohlings 15 erfolgt bevorzugt derart, daß zunächst auf beide Ober­ flächenseiten der Keramikschicht 2a die Kupferschichten 3 und 16 aufgebracht werden. Anschließend werden diese Kupferschichten beispielsweise mit Hilfe der üblichen Mas­ kierungs- und Ätztechniken so behandelt, so daß sie die in der Fig. 4 wiedergegebene Strukturierung aufweisen. Als nächster Verfahrensschritt werden die Schlitze 5 einge­ bracht. Bei dem Substrat-Rohling 15a ist die Breite b der Schlitze 5 größer als die doppel­ te Dicke d der Keramikschicht 2a zuzüglich der Dicke der zusätzlichen Kupferschicht 16.

Aus dem Substrat-Rohling 15a wird durch Biegen der Kupferschicht 3 im Bereich der Schlitze 5 das Substrat 15 hergestellt. Dieses besitzt dann an der Unterseite der von dem Keramikschicht-Abschnitt 2a''' gebildeten Lage 2''' zwischen den beiden Kontaktflächen 9 freiliegend die Kupferschicht 16, welche dann entsprechend der Fig. 6 mit einem an der Oberseite der Leiterplatte 3 vorgesehenen Metallblock 17 thermisch verbunden werden kann, und zwar beispielsweise durch Löten oder über eine Wärmeleit-Paste. Der Metall­ block 17 ist Bestandteil einer Wärmesenke und ist über durch die Leiterplatte 13 hin­ durchgehende thermische Brücken 18 mit einem an der Unterseite der Leiterplatte 13 vorgesehenen Kühlkörper 19 thermisch verbunden. Die thermischen Brücken 18 sind im einfachsten Fall Stifte oder Bolzen aus thermisch gut leitendem Material, beispielsweise aus Kupfer, die mit dem ebenfalls beispielsweise aus Kupfer bestehenden Metallblock 17 und dem Kühlkörper 19 verbunden sind.

Trotz einer optimalen Kühlung des Leistungsbauelementes 10 bzw. 10' und trotz einer kompakten und kleinen Bauweise sind mechanische Spannungen auch an diesem Bau­ element vermieden, die aus der unterschiedlichen thermischen Ausdehnung des Materials der Leiterplatte 13 und des Bauelementes 10 resultieren.

Die Fig. 7 zeigt in ähnlicher Darstellung wie Fig. 5 ein Substrat 20, welches sich von dem Substrat der Fig. 15 lediglich dadurch unterscheidet, daß die Kupferschicht 3 wiederum so strukturiert ist, daß zwei gleiche Abschnitte 3' seitlich von der Unterbrechung 6 und da­ mit zwei gleiche Kontakte 7 gebildet sind. An den oberen Kontaktflächen 8 ist beidendig das Bauelement 10' vorgesehen.

Bei den Substraten 15 und 20 liegen die Keramikschicht-Abschnitte 2a" mit ihrer der Kup­ ferschicht 3 bzw. den Kontaktflächen 9 abgewandten Oberflächenseite gegen die Unter­ seite der zusätzlichen Kupferschicht 16 an, ohne mit dieser Kupferschicht allerdings ver­ bunden zu sein, so daß zum Ausgleich von unterschiedlichen, thermisch bedingten Län­ genänderungen das Bewegen der Kontaktflächen 9 bzw. entsprechende Verformung der Kontakte 7 bzw. 7' entsprechend den Doppelpfeilen B möglich ist.

Die Fig. 8 zeigt als weitere mögliche Ausführungsform einen Substrat-Rohling 21a zum Herstellen des in der Fig. 9 wiedergegebenen Substrates 21. Letzteres unterscheidet sich von dem Substrat 15 dadurch, daß die Lagen 2" direkt gegen die Unterseite der Lage 2''' anliegen und anstelle der zusätzlichen Kupferschicht 16 eine Kupferschicht 22 vorgese­ hen ist, deren Unterseite in einer Ebene mit den Kontaktflächen 9 liegt. Um dies zu errei­ chen, besitzt die Kupferschicht 22 eine Dicke, die gleich der Summe der Dicken der Kup­ ferschicht 3 und der Keramikschicht 2a ist. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Dicke der Keramikschicht 2a gleich der Dicke d der Kupferschicht 3, so daß die Dicke der zusätzlichen Kupferschicht 22 2d ist. Weiterhin ist die Kupferschicht 22 so struktu­ riert, daß sie mit ihren senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 8 und damit parallel zu den Schlitzen 15 bzw. den Seiten 2a' verlaufenden Seiten 22' in einem Abstand c von dem innenliegenden Rand des jeweils benachbarten Schlitzes 5 endet, der (Abstand) größer ist als die Breite, die die außenliegenden Keramikschicht-Abschnitte 2a" in der Ebene der Keramikschicht 2a und senkrecht zu den Seiten 2a' aufweisen. Die Breite b der Schlitze 5 ist bei dem Substrat-Rohling 21a wiederum etwas größer als die doppelte Dicke d der Keramikschicht 2a.

Bei den Substraten 15 und 20 ist durch entsprechende Wahl der Breite b der Schlitze 5 der Spalt 23 zwischen den Rändern der Lage 2''' und der zusätzlichen Kupferschicht 16 und dem die Kontaktflächen 8 bzw. 8' und 9 verbindenden Teil der Kontakte 7 bzw. 7' gebildet. Bei dem Substrat 21 besteht ein zusätzlicher Spalt 24 zwischen dem jeweiligen Rand 22' der Kupferschicht 22 und dem benachbarten Rand bzw. der benachbarten Seite des Keramikschicht-Abschnittes 2a" und des umgebogenen Teils der Kupferschicht 3.

Bezugszeichenliste

1

Substrat

1

a Substrat-Rohling

2

a Keramikschicht

2

a' Rand der Keramikschicht

2

a",

2

a''' Keramikschicht-Abschnitt

2

",

2

''' Lage

3

Kupferschicht

3

',

3

" Kupferschicht-Abschnitt

4

Randbereich

5

Schlitz

6

Unterbrechung in Kupferschicht

3

7

,

7

' Kontakt

8

,

8

',

9

Kontaktfläche

10

,

10

' Bauelement

11

,

12

Leiterbahn

13

Leiterplatte

14

,

15

Substrat

15

a Substrat-Rohling

16

Kupferschicht

16

' Rand

17

Metallblock

18

thermische Brücke

19

Kühlkörper

20

,

21

Substrat

21

a Substrat-Rohling

22

Kupferschicht

22

' Rand

23

,

24

Spalt
a, c Abstand
b Breite

Claims (22)

1. Verfahren zum Herstellen eines Isolierstoff-Metall-Substrates, bei welchem (Verfahren) auf wenigstens eine Oberflächenseite einer Isolierschicht (2a) eine von einer Metallfolie, vorzugsweise von einer Kupferfolie, gebildete erste Metallschicht (3) flächig befestigt wird, und bei welchem diese erste Metallschicht (3) am Rand des Substrates derart umgebogen wird, daß sie wenigstens zwei U-förmige Kontakte (7, 7') bildet, deren Schenkel an der Oberseite des Substrates obere Kontaktflächen (8, 8') und an der Unterseite des Substrates untere Kontaktflächen (9) bilden, wobei die oberen und unteren Kontaktflächen parallel zueinander liegen und am Rand des Substrates miteinander verbunden sind, wobei in die Isolierschicht (2a) entlang wenigstens zweier Ränder (2a') der Isolierschicht (2a) und im Abstand (a) von diesen Rändern jeweils wenigstens ein Schlitz (5) eingebracht wird, und zwar durch Entfernen des Materials der Isolierschicht bis auf die erste Metallschicht (3) derart, daß beidseitig von jedem Schlitz (5) ein den jeweiligen benachbarten Rand (2a') aufweisender erster Isolierschicht-Abschnitt (2a") und ein weiterer Isolierschicht- Abschnitt (2a''') vorgesehen sind, wobei die Breite (b) jedes Schlitzes (5) wenigstens gleich der doppelten Dicke (d) der Isolierschicht (2a) ist, und
wobei im Bereich der Schlitze (5) die erste Metallschicht zusammen mit dem jeweiligen an dieser befestigten weiteren Isolierstoff-Abschnitt (2a''') jeweils um 180° derart umgebogen sind, daß im hergestellten Substrat die oberen und unteren Kontaktflächen, von denen die oberen Kontaktflächen zur Bestückung mit wenigstens einem Halbleiterbauelement (10) dienen, jeweils zumindest durch zwei Lagen (2", 2''') aus Isoliermaterial voneinander beabstandet sind, die von dem jeweiligen äußeren ersten Isolierschicht-Abschnitt (2a") und von dem weiteren Isolierschicht-Abschnitt (2a''') gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung eines Schutzsubstrates (1), welches temperaturbedingte Spannungen am Halbleiterbauelement vermeidet, und bei welchem die oberen und unteren Kontaktflächen jeweils lateral relativ zueinander beweglich sind, und die unteren Kontaktflächen zur Kontaktierung mit einer Leiterplatte dienen, als Isolierschicht eine Keramikschicht (2a) verwendet wird, und daß sich der jeweilige Schlitz (5) über die gesamte Länge des Randes (2a') erstreckt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht (3) vor dem Biegen und/oder vor dem Einbringen der Schlitze (5) strukturiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Metallschicht (3) vor dem Biegen und/oder vor dem Einbringen der Schlitze (5) wenigstens eine Unterbrechung (6) vorgesehen wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (5) in die Keramikschicht (2a) parallel zu zwei einander gegenüberliegende Rändern (2a') der Keramikschicht (2a), vorzugsweise parallel zu zwei zueinander parallelen Rändern (2a') eingebracht werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Unterseite der Keramikschicht (2a) eine zusätzliche zweite Metallschicht (16, 22), vorzugsweise eine zweite Kupferschicht, aufgebracht wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Metallschicht (3) im Bereich der Schlitze (5) derart gebogen wird, daß die ersten Keramikschicht-Abschnitte (2a") mit ihrer der ersten Metallschicht abgewandten Oberflächenseite auf der dieser ersten Metallschicht abgewandten Oberflächenseite des weiteren Keramikschicht-Abschnittes (2a''') anliegen.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Metallschicht (16) derart gewählt und/oder strukturiert ist, daß nach dem Biegen der jeweilige äußere erste Keramikschicht-Abschnitt (2a") mit seiner der ersten Metallschicht (3) abgewandten Seite an der zweiten Metallschicht (16) anliegt.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Metallschicht (22) so geformt oder strukturiert ist, daß nach dem Biegen der ersten Metallschicht (3) im Bereich der Schlitze (5) die der ersten Metallschicht (3) abgewandte Oberflächenseite der außenliegenden ersten Keramikschicht-Abschnitte (2a") gegen die der ersten Metallschicht (3) abgewandte Oberflächenseite des weiteren Keramikschicht-Abschnittes (2a''') anliegt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Schlitze (5) vom jeweiligen Rand (2a') der Keramikschicht (2a) derart gewählt ist, daß zwischen den unteren Kontaktflächen (9) die der ersten Metallschicht (3) abgewandte Oberflächenseite des weiteren Keramikschicht- Abschnittes (2a''') oder die zweite Metallschicht (16, 22) zugänglich ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5, 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (b) der Schlitze (5) wenigstens gleich der zweifachen Dicke (d) der Keramikschicht (2a) zuzüglich der Dicke der weiteren Metallschicht (16) ist.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Metallschicht (3) und/oder die zweite Metallschicht (16, 22) durch Aufbringen der diese Metallschicht bildenden Metallfolie mit Hilfe des Direct- Bonding-Verfahrens erfolgt.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikschicht (2a) eine Aluminiumoxid-Keramik oder eine Aluminiumnitrid-Keramik ist.

13. Substrat mit einer von einer Metallfolie, vorzugsweise von einer Kupferfolie, gebildeten ersten Metallschicht (3), die auf eine Oberflächenseite einer Isolierschicht (2a) flächig befestigt und am Rand des Substrates derart umgebogen ist, daß sie wenigstens zwei U-förmige Kontakte (7, 7') bildet, deren Schenkel an der Oberseite des Substrates obere Kontaktflächen (8, 8') und an der Unterseite des Substrates untere Kontaktflächen (9) bilden, wobei die oberen und unteren Kontaktflächen parallel zueinander liegen und am Rand des Substrates miteinander verbunden sind, wobei in die Isolierschicht (2a) entlang wenigstens zweier Ränder (2a') der Isolierschicht (2a) und im Abstand (a) von diesen Rändern jeweils wenigstens ein Schlitz (5) eingebracht ist, und zwar durch Entfernen des Materials der Isolierschicht bis an die erste Metallschicht (3) derart, daß beidseitig von jedem Schlitz (5) ein den jeweiligen benachbarten Rand (2a') aufweisender erster Isolierschicht-Abschnitt (2a") und ein weiterer Isolierschicht-Abschnitt (2a''') vorgesehen sind, wobei die Breite (b) jedes Schlitzes (5) wenigstens gleich der doppelten Dicke (d) der Isolierschicht (2a) ist, und
wobei im Bereich der Schlitze (5) die erste Metallschicht zusammen mit dem jeweiligen an dieser befestigten weiteren Isolierstoff-Abschnitt (2a''') jeweils um 180° derart umgebogen ist, daß im hergestellten Substrat die oberen und unteren Kontaktflächen, von denen die oberen Kontaktflächen zur Bestückung mit wenigstens einem Halbleiterbauelement (10) dienen, jeweils zumindest durch zwei Lagen (2", 2''') aus Isoliermaterial voneinander beabstandet sind, die von dem jeweiligen äußeren ersten Isolierschicht-Abschnitt (2a") und von dem weiteren Isolierschicht-Abschnitt (2a''') gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausbildung des Substrats als Schutzsubstrates (1), welches temperaturbedingte Spannungen am Halbleiterbauelement vermeidet, und bei welchem die oberen und unteren Kontaktflächen jeweils lateral relativ zueinander beweglich sind, und die unteren Kontaktflächen zur Kontaktierung mit einer Leiterplatte dienen, als Isolierschicht eine Keramikschicht (2a) verwendet ist, und daß sich der jeweilige Schlitz (5) über die gesamte Länge des Randes (2a') erstreckt.

14. Substrat nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Metallschicht (3) strukturiert ist.

15. Substrat nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Metallschicht (3) an der Oberseite des Substrates bzw. der durch den weiteren Keramik-Abschnitt gebildeten ersten Lage (2''') aus Keramik wenigstens eine Unterbrechung (6) aufweist.

16. Substrat nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Unterseite der ersten Lage (2''') aus Keramik wenigstens eine zweite, von einer Metallfolie, vorzugsweise einer Kupferfolie, gebildete Metallschicht (16, 22) flächig aufgebracht ist.

17. Substrat nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige zweite Lage (2") aus Keramik gegen die der Unterseite des Substrates zugewandte Seite der ersten Lage (2''') aus Keramik anliegt.

18. Substrat nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige zweite Lage (2") aus Keramik gegen die zweite Metallschicht (16) anliegt.

19. Substrat nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Lage (2''') aus Keramik und/oder die zweite Metallschicht (16, 22) zwischen den unteren Kontaktflächen (9) zugänglich ist.

20. Substrat nach einem der Ansprüche 16, 17 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die unteren Kontaktflächen (9) und die der ersten Lage (2''') aus Keramik abgewandte Oberflächenseite der zweiten Metallschicht (22) in einer gemeinsamen Ebene liegen.

21. Substrat nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Metallschicht (3) und/oder die zweite Metallschicht (16, 22) durch Befestigen der diese Metallschichten bildenden Metallfolie mit Hilfe des Direct-Bonding- Verfahrens hergestellt sind.

22. Substrat nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik eine Aluminiumoxid-Keramik oder eine Aluminiumnitrid-Keramik ist.