[发明专利]金属陶瓷基片以及用于制造这种基片的方法

说明书

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的金属陶瓷基片以及根据权利要求17的前序部分所述的、用于制造这种基片的方法。

背景技术

在不同实施例中已知陶瓷基片，特别是用于电和电子电路或模块的这种基片，即特别作为用于这些电路或模块的印刷电路板。

还已知“DCB处理”(直接铜结合技术)，下文中称为DCB结合，它用于使得金属层或板(例如铜板或铜箔)相互结合和/或与陶瓷或陶瓷层结合，也就是使用金属板或铜板，或者金属箔或铜箔，它们由于在金属和反应气体(优选是氧气)之间的化学键而在表面上提供有层或覆层(热熔层)。在这种方法中(该方法例如在US-PS3744120和DE-PS2319854中所述)，该层或覆层(热熔层)形成共晶体，该共晶体的熔化温度低于金属(例如铜)的熔化温度，因此，通过将箔布置在陶瓷上并加热所有层(即通过使得金属或铜基本只在热熔层或氧化物层的区域中熔化)，这些层能够相互结合。

这样的DCB方法包括例如以下步骤：

氧化铜箔，以便产生均匀的氧化铜层；

将铜箔布置在陶瓷层上；

加热复合材料至在大约1025℃和1083℃之间的处理温度，例如加热至大约1071℃；

冷却至室温。

还已知用于使得金属层或金属箔(特别是铜层或铜箔)与陶瓷材料结合的所谓活性钎焊方法(DE2213115、EP-A-153618)。在，特别用于制造金属陶瓷基片的这种方法中，在大约800-1000℃的温度下在金属箔(例如铜箔)和陶瓷基片(例如铝-氮化物陶瓷)之间利用硬钎料而产生结合，该硬钎料除了主要组分例如铜、银和/或金之外还包含活性金属。活性金属是组Hf、Ti、Zr、Nb、Ce中的至少一种元素，该活性金属在焊料和陶瓷之间通过化学反应而产生结合，同时在钎料和金属之间的结合是金属硬钎焊结合。

发明内容

在本发明中使用的术语“结合”总体上是指连接，例如DCB结合、活性钎焊、硬钎焊、粘接剂结合等。

在本发明中使用的术语“基本上”是指偏离确切值+/-10％，优选是+/-5％，和/或以功能并不明显变化的形式偏离。

本发明的目的是提供一种金属陶瓷基片，它具有提高的机械特性、热特性和电特性。该目的通过根据权利要求1的金属陶瓷基片而实现。用于制造金属陶瓷基片的方法是权利要求17的主题。

在优选实施例中，根据本发明的金属陶瓷基片包括至少两个陶瓷层，这两个陶瓷层通过中间层而相互分离，陶瓷层例如由Al₂O₃、Al₂O₃-ZrO₂、AlN和/或Si₃N₄制造，并通过中间层而相互分离，该中间层包括与两个陶瓷层都相邻的至少一个内部金属层或者分别与一个陶瓷层相邻的至少两个内部金属层。各内部金属层与陶瓷层连接，使得在内部金属层和相邻陶瓷层之间的粘接或剥离强度大于10N/mm，以便获得很高的弯曲强度和断裂强度。还有，为了特别在由于温度变化而产生应变时防止在各相邻陶瓷层中产生损坏或裂缝，内部金属层的金属具有小于75的布氏硬度，优选是布氏硬度小于40。

然后，这样形成的金属陶瓷基片优选是具有比单个陶瓷层(该陶瓷层的层厚等于本发明的基片的两个分离陶瓷层的层厚)的断裂强度显著更高的断裂强度，至少大1.5倍。

而且，本发明的金属陶瓷基片具有比只有一个陶瓷层(该陶瓷层的层厚等于本发明的基片的两个分离陶瓷层的层厚的总和)的基片的耐电强度或绝缘强度显著更高的耐电强度或绝缘强度，至少大1.4倍。在本发明的基片中，在产生电击穿之前，在层厚为大约0.3mm的陶瓷层内能够有至少18kV/mm的电场强度。

本发明的其它实施例、优点和应用也在下面对示例实施例和附图的说明中公开。所述和/或所示的所有特征(单独或者任意组合)是本发明的主题，而不管它们如何在权利要求中概括或表述。权利要求的内容也是说明书的整体部分。

附图说明

下面将根据示例实施例更详细地介绍本发明，附图中：

图1显示了本发明的金属陶瓷基片的简化剖视图；

图2和3显示了用于确定本发明的金属陶瓷基片的断裂强度或用于确定在内部金属层和相邻陶瓷层之间的粘接强度或剥离强度的测量结构；

图4-7分别显示了本发明不同实施例的金属陶瓷基片的剖视图；

图8和9分别显示了本发明的其他金属陶瓷基片的放大局部剖视图。

具体实施方式