[发明专利]金属陶瓷衬底及其制造方法

说明书

本发明涉及一种金属陶瓷衬底及其制造方法。该金属陶瓷衬底具有陶瓷板或陶瓷层和两个平面地固定在陶瓷层的两个相对表面侧的金属层，其中陶瓷层的材料沿着从一个金属化表面侧到另一金属化表面侧的方向具有密度梯度和/或两个金属层具有不同的屈服强度。此外本发明还涉及一种用于制造这种金属陶瓷衬底的方法。

技术领域

本发明涉及一种金属陶瓷衬底、特别是一种双面金属化陶瓷衬底以及用于制造该金属陶瓷衬底的方法。

背景技术

这种金属陶瓷衬底优选用在功率半导体模块的领域中。在此陶瓷衬底、例如氧化铝陶瓷在其上侧和下侧设置有金属化，其中通常至少一个金属化面之后具有例如通过蚀刻工艺产生的电路结构。已知的用于制造该双面金属化陶瓷衬底的方法通过共晶键合进行，并且通常被称为直接键合工艺。

用于通过键合工艺制造金属化陶瓷衬底的方法的基本说明例如可由EP 0 085914 A2得到。例如在直接铜键合工艺(DCB工艺)的范围中，首先将铜箔氧化，使得获得基本上均匀的氧化铜层。然后将合成的铜箔定位在陶瓷衬底的表面侧，并且将陶瓷衬底和铜箔的复合结构加热到在约1025℃和1083℃之间的键合温度，由此促使金属化陶瓷衬底的形成。最后将金属化陶瓷衬底冷却。

双面金属化陶瓷衬底的制造或者通过两阶段的键合工艺或者替代地通过单阶段的键合工艺进行，在两阶段的键合工艺中首先将陶瓷衬底的第一表面侧金属化然后将陶瓷衬底的与第一表面侧对置的第二表面侧金属化，在单阶段的键合工艺中将陶瓷衬底的两个表面侧同时金属化。

例如在DE 10 2010 023 637 B4中说明了一种用于在单独的方法步骤中制造双面金属化陶瓷衬底的方法，其中将第一金属层、陶瓷衬底和第二金属层依次以给定的顺序定位在支撑件或键合辅助件上，其中支撑件在朝向由第一金属层、第二金属层和衬底构成的组件的上侧处具有多个伸出的凸耳，其朝着由第一金属层、第二金属层和衬底构成的组件的方向逐渐变细。通过将支撑件构造有尖端应实现金属层和陶瓷衬底的复合结构可在双面键合工艺之后无残留地从支撑件松开。

此外由DE 10 2004 056 879 B4已知一种用于通过使用直接键合工艺制造双面金属化陶瓷衬底的方法，在其中由至少两个金属层和布置在金属层之间的陶瓷衬底构成的组件被定位在设置有分离层的支撑件或键合辅助件上，并且之后将该组件加热到出现两个金属层与陶瓷衬底键合的温度。通过使用相应的分离层不会导致支撑件与所贴靠的组件金属层连接。

在此，DE 10 2004 056 879 B4的重点在于使用尤其为平面的支撑件，其相对于理想平面具有小于支撑件长度的0.2％和/或小于支撑件宽度的0.1％的偏差。通过这种对支撑板特别高的要求可成功地制造特别平的双面金属化陶瓷衬底。尽管如此，合成的双面金属化陶瓷衬底具有取向未限定的残余翘曲。此外，如果以用于制造双面金属化陶瓷衬底的连续方法为出发点，残余翘曲的取向随着不同组件而变化。因此，即使使用DE 10 2004 056879 B4中所述的方法所得到的双面金属化陶瓷衬底的翘曲也会不仅在纵向/横向上而且在高度上显著变化并且此外是非定向的。

此外以非对称金属厚度(例如正面金属厚度为0.3mm而背面金属厚度为0.2mm)制造的合成双面金属化陶瓷衬底由于在衬底两侧上不同的金属体积在键合之后具有在纵向和横向上未限定的翘曲，其中通常较厚的金属层位于凹面侧。

由现有技术的这些问题得到的在合成双面金属化陶瓷衬底规格中的变化，特别是翘曲，可能在后续工艺以及加工中产生重大的不利影响并且因此优选加以避免。

因此进一步在DE 196 15 481 C5中公开了在室温下拱曲的双面金属化陶瓷衬底的应用，该陶瓷衬底可在其下侧被支撑地、弹性地回弯成平面形状，从而其由于陶瓷层的弹性应力可紧密且固定地抵靠在金属板的表面上，以确保最佳的冷却效果。