[发明专利]在陶瓷基材上的金属层

说明书

本发明涉及在陶瓷基材上制备金属层用于电接触的方法以及具有金属层的陶瓷基材。本发明特别涉及在陶瓷基材上制备可焊接和可钎焊的金属层。

施加在陶瓷导体板上的有源和无源电子元件通常通过焊料钎焊或焊接在该导体板上。为此，这些元件和导体板必须具有可钎焊或可焊接的金属，该金属例如与常规的焊料，特别是SnAgCu-合金结合成合金。

无源电元件，例如线圈管包括陶瓷绝缘体（芯），其被导电金属线（通常由铜制成）缠绕。线圈（即导电线圈线）的电接合通过施加在该陶瓷绝缘体上的金属层进行。该金属层不仅用于线圈线的电接合，还用于将线圈线固定在线圈管上。所述线圈线通常借助摩擦焊接与施加在陶瓷上的金属层接合。通过相同的金属层也可以将电元件例如电接合到导体板上。

在电元件上和在导体板上的金属层因此必须含有可钎焊和/或可焊接的导电金属，例如铜、镍、金或银。

然而，所述金属，特别是导电良好的和可以很好钎焊和/或焊接的金属（如铜或镍）不能在陶瓷基材上充分粘合或者形成不可钎焊或不可焊接的表面。如果将例如镍-玻璃-金属层在相对低的温度下烘烤，则陶瓷和金属层之间的粘合不足。如果将镍-玻璃-金属层在较高的温度下烘烤，则金属层过度烧结。该“过度烧结”会产生不规则的金属网，其不能充分地钎焊或者焊接。

为了提供好的可钎焊性或可焊接性，希望得到封闭的片状的金属层表面。这样的金属层目前不能使用所述金属直接实现，即不需要繁琐制备的由不同金属构成的层系列。

目前常见的金属层例如具有如下层系列：钨/玻璃、镍、钯和金或银-钯。

钨/玻璃-基础金属层用于将金属层牢固地接合在陶瓷上。为此，将金属-玻璃-糊料施加在陶瓷上，例如通过浸渍在金属层糊料中或借助丝网印刷。该糊料必须在超过1000℃的温度下烘烤。

然而，钨不是好的导电体，也不能令人满意地焊接。因此，在下一步骤中化学或无电流地施加可钎焊和可焊接的镍层。由于镍不能直接通过化学电镀而沉积在钨层上，钨层必须在镍沉积之前与作为催化剂的钯接种（bekeimen）。

如果施加的镍层足够得厚，其能够钎焊或者焊接。然而，如果将较细的铜线、铝线或金线作为线圈线或者作为与电子元件的接合而施加在金属层上或者电接合需要通过压焊（Bonden）进行，则此外还必须在该金属层上施加金涂层。由于金与镍形成合金，还可以在镍涂层和金涂层之间作为分离层而设置另一个钯层。该钯层也用于防止腐蚀。钯层和金层通常通过电化学的电镀或者由无电流操作的浴沉积。

由这些实施方案可以看出，在陶瓷基材上借助金属层的电接合需要许多不同的操作步骤、许多不同的过程和昂贵的材料，尤其是钯、银和金。

本发明的目的在于，一方面简化金属层在陶瓷基材上的制备，另一方面在于通过避免昂贵的材料和通过简化方法而降低制备成本。

所述目的通过独立权利要求特征部分的方法和产品而实现。根据本发明提供在陶瓷基材上制备导电金属层的方法，其中该金属层与陶瓷基材直接接触并且是可钎焊和/或可焊接的，该方法包括以下步骤：

a)制备金属层糊料，其包含至少一种导电的可钎焊和/或可焊接的金属；

b)将该金属层糊料施加在所述陶瓷基材上；

c)烘烤该金属层糊料。

相比于现有技术中已知的方法，该方法的优点在于，可以将导电的可钎焊和/或可焊接的金属层直接施加在陶瓷基材上。根据现有技术中已知的方法，首先必须将增粘剂层施加在陶瓷基材上，其主要由钨构成，原因在于导电的可钎焊和/或可焊接的金属容易过度烧结（uebersintern）或者在陶瓷基材上不能足够粘合。这特别涉及到便宜的和因此经常使用的镍。

此外，本发明还涉及具有导电金属层的陶瓷基材，其中所述金属层是可钎焊和/或可焊接的。该陶瓷基材与现有技术中已知的金属化基材的区别在于，所述金属层与所述陶瓷基材直接接触，而不是施加在基础金属层（例如由钨构成）上。

陶瓷基材特别是指氧化物陶瓷，例如Al₂O₃、Al₂O₃-ZrO₂、Al₂O₃-SlO2，也可以是介电或磁性材料。原则上可以使用所有常规的陶瓷基材。

特别优选地，本发明的金属层糊料如下组成：所述导电材料的熔体或者所述导电材料和添加剂的熔体的表面张力小于1.4N/m，优选小于1.2N/m和特别优选小于1.0N/m或小于0.9N/m。