[发明专利]用于生产具有至少一个过孔的金属陶瓷衬底的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于生产具有至少一个导电过孔的金属陶瓷衬底、特别是两侧均被金属化的陶瓷衬底的方法。

背景技术

这种金属陶瓷衬底优选用于功率半导体模块领域中。在该方法中，陶瓷衬底、例如氧化铝陶瓷在其顶侧和底侧设置有金属化部，其中，一般而言，至少一个金属化侧之后具有借助于例如刻蚀工艺产生的电路结构。已知用于生产这些两侧均被金属化的陶瓷衬底的方法是借助于共晶结合进行的，其通常称为直接结合工艺。

例如，从EP 0 085 914 A2可获得通过结合工艺生产被金属化的陶瓷衬底的方法的基本描述。例如，在直接铜结合(DCB：direct copper bonding)工艺的情况下，首先将铜片氧化，以形成基本均匀的铜氧化物层。然后将所得到的铜片设置在陶瓷衬底的一个表面侧上，并且将陶瓷衬底与铜片的复合体加热至约1025℃至1083℃之间的结合温度，这样形成了被金属化的陶瓷衬底。最后，被金属化的陶瓷衬底被冷却。

此外，EP 1 403 229 B1描述了一种用于生产铝陶瓷复合衬底的方法，其中，用铝板代替铜附连到氧化铝或氮化铝陶瓷衬底的至少一个表面侧上。

两侧均被金属化的陶瓷衬底的生产可以经由两级结合工艺进行，其中，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相反的第二表面侧金属化，或者两侧均被金属化的陶瓷衬底的生产可以替代性地经由单级结合工艺进行，其中，陶瓷衬底的两个表面侧同时被金属化。

例如，DE 10 2010 023 637 B4描述了一种在单个工艺步骤中生产两侧均被金属化的陶瓷衬底的方法，其中，第一金属层、陶瓷层和第二金属层按指定次序相继定位在载体或结合助物上，然后根据DCB方法在高温步骤中将两个金属层同时结合到陶瓷上，以形成两侧均被金属化的金属陶瓷衬底。

此外，从DE 10 2010 025 311 A1已知一种将金属层施加在陶瓷材料层上的方法，其中，金属片或金属板通过熔化共晶混合物的中间层结合到陶瓷材料层。为了形成中间层，将金属材料、金属材料的氧化物和作为陶瓷填料的氧化铝的混合物引入金属片或金属板与陶瓷层之间。通过混合物中的陶瓷材料的含量来调节中间层的热膨胀系数，使得在热循环期间产生较少的机械应力。

在电子电路工程中通常需要在衬底的两个不同侧的例如导体路径、接触表面等之间建立导电连接的过孔。

例如，在EP 0 627 875 A1中描述了一种用于生产金属陶瓷衬底的方法，所述金属陶瓷衬底由陶瓷衬底和两个分别设置在陶瓷层的一个表面侧上的金属层构成，并且具有至少一个过孔，在所述过孔处，金属层在陶瓷层中的开口的区域通过金属桥相互电连接。在陶瓷层根据DCB方法在一个表面侧已经结合到金属层之后，完全或几乎完全填充开口的金属体被插入陶瓷层中的限定过孔的开口中。在将金属体插入开口中之后，根据DCB方法，在另一工艺步骤中将第二金属层附连到陶瓷层的尚未被占据的一个表面侧，使得导电过孔同时由金属桥产生。针对金属体的形状提出了圆胚型、长方体或球形构型。为了产生一个可靠的过孔，所提出的方法要求金属体恰好具有陶瓷层的厚度，使得在插入开口中之后，金属体与第二金属层所施加的表面侧齐平，或者具有略大于陶瓷层的厚度的尺寸，在这种情况下，金属体必须在施加第二金属层之前用冲头压平。

此外，DE 41 03 294 A1公开了一种用于在陶瓷衬底中产生导电过孔的方法，金属层借助于DCB方法附连到陶瓷衬底的表面，其中，陶瓷层中的限定过孔的孔眼完全填充有含金属的粉末。根据DCB方法，使陶瓷层、粉末填充的孔眼和设置在陶瓷层表面处的金属层的组合体经受单个高温步骤，其中，金属粉末的毛细管作用将位于孔眼的上方的金属吸入孔眼中，使得金属在非常小的孔眼直径的情况下填充孔眼，在较大孔眼直径的情况下以牢固粘合的方式覆盖孔眼壁。

在EP 0 862 209 A2中描述了另一种用于生产金属陶瓷衬底的方法，其中，使用DCB方法以铜片的形式将第一金属化部施加到陶瓷层的第一表面侧，并且通过厚膜或薄膜技术使用含有第二金属化部的金属的膏剂将第二金属化部施加到陶瓷层的另一表面侧，其中，陶瓷层具有至少一个开口，并且在膏剂的施加期间也将膏剂施加在开口中和第一金属化部的暴露于开口中的表面上。施加到陶瓷层的第二表面侧的膏剂在氮气气氛下在与DCB方法的温度相比非常低的温度下烧制，以形成第二金属化部。

发明内容