DE102014215377A1 - Method for producing double-sided metallized ceramic substrates - Google Patents

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Abstract

Beschreiben wird ein Verfahren zum Herstellen eines doppelseitig metallisierten Keramik-Substrats, bei welchem das Keramik-Substrat und die Metallschichten während der Herstellung geneigt und/oder gewölbt werden.Disclosed is a method of making a double-sided metallized ceramic substrate in which the ceramic substrate and metal layers are tilted and / or domed during manufacture.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von einem doppelseitig metallisierten Keramik-Substrat, die durch dieses Verfahren erhältlichen doppelseitig metallisierten Keramik-Substrate und Träger, die in dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen der doppelseitig metallisierten Keramik-Substrate Anwendung finden.The present invention relates to a method for producing a double-sided metallized ceramic substrate, to the double-sided metallized ceramic substrates obtainable by this method, and to carriers used in the method according to the invention for producing the double-sided metallized ceramic substrates.

Doppelseitig metallisierte Keramik-Substrate werden im Bereich der Leistungshalbleitermodule verwendet. Dabei wird ein Keramik-Substrat auf der Ober- und Unterseite mit einer Metallisierung versehen, wobei in der Regel mindestens eine metallisierte Seite später eine beispielsweise durch Ätzprozesse erzeugte schaltungstechnische Struktur aufweist. Das bekannte Verfahren zum Herstellen dieser doppelseitig metallisierten Keramik-Substrate erfolgt durch eutektisches Bonden und wird allgemein als Direct-Bonding-Prozess bezeichnet.Double-sided metallized ceramic substrates are used in the field of power semiconductor modules. In this case, a ceramic substrate is provided on the top and bottom with a metallization, wherein usually at least one metallized side later has a generated, for example, by etching processes circuit structure. The known method for producing these double-sided metallized ceramic substrates is by eutectic bonding and is commonly referred to as a direct-bonding process.

Grundlegenden Beschreibungen von Verfahren zur Herstellung von metallisierten Keramik-Substraten durch Bondprozesse können den Druckschriften US 3,744,120 , US 3,994,430 , EP 0 085 914 A oder der DE 23 19 854 A entnommen werden, deren entsprechende Offenbarung durch Bezugnahme in die vorliegende Erfindung eingeschlossen wird. Diesen bekannten Herstellungsverfahren ist beispielsweise im Rahmen des Direct-Copper-Bonding-Prozesses (DCB-Prozess) gemeinsam, dass eine Kupferfolie zunächst derartig oxidiert wird, dass sich eine im Wesentlichen gleichmäßige Kupferoxidschicht ergibt. Die resultierende Kupferfolie wird dann auf ein Keramik-Substrat positioniert und der Verbund aus Keramik-Substrat und Kupferfolie wird auf eine Prozess- bzw. Bondtemperatur zwischen etwa 1025 und 1083°C erwärmt, wodurch es zu der Ausbildung eines metallisierten Keramik-Substrats kommt. Abschließend wird das resultierende metallisierte Keramik-Substrat abgekühlt.Basic descriptions of methods of making metallized ceramic substrates by bond processes can be found in the references US 3,744,120 . US 3,994,430 . EP 0 085 914 A or the DE 23 19 854 A are taken from, the corresponding disclosure of which is incorporated by reference into the present invention. This known production method is common, for example in the context of the direct copper bonding process (DCB process), that a copper foil is first oxidized in such a way that a substantially uniform copper oxide layer results. The resulting copper foil is then positioned on a ceramic substrate and the ceramic substrate / copper foil composite is heated to a bonding temperature between about 1025-1083 ° C, thereby forming a metallized ceramic substrate. Finally, the resulting metallized ceramic substrate is cooled.

Die Durchführung des Verbindens von Keramik-Substrat und Metallfolie erfolgt im Allgemeinen in sogenannten Bondöfen. Entsprechende Bondöfen, häufig auch als Tunnelöfen bezeichnet, umfassen unter anderem einen langgestreckten tunnelartigen Ofenraum (auch Muffel genannt) sowie eine Transportvorrichtung mit einem Transportelement beispielsweise in Form eines flexiblen und hitzebeständigen Transportbandes zum Transportieren des Behandlungsgutes durch den mit einer Heizeinrichtung beheizten Ofenraum. Die Keramik-Substrate werden zusammen mit der Metallfolie auf einen Träger auf dem Transportband positioniert und durchlaufen anschließend in dem Bondofen durch das Transportband angetrieben einen Heizbereich, in welchem die erforderliche Bondtemperatur erreicht wird. Am Ende des Bondprozesses wird der resultierende Verbund aus Keramik-Substrat und Metallfolie wieder abgekühlt.The implementation of the bonding of ceramic substrate and metal foil is generally carried out in so-called bonding ovens. Corresponding bonding ovens, often referred to as tunnel ovens include, inter alia, an elongated tunnel-like furnace chamber (also called muffle) and a transport device with a transport element, for example in the form of a flexible and heat-resistant conveyor belt for transporting the material to be treated by the heated furnace with a heater chamber. The ceramic substrates are positioned together with the metal foil on a carrier on the conveyor belt and then passed through in the bonding oven by the conveyor belt driven a heating area in which the required bonding temperature is reached. At the end of the bonding process, the resulting composite of ceramic substrate and metal foil is cooled again.

Die Herstellung von doppelseitig metallisierten Substraten kann entweder über einen zweistufigen Bondprozess oder alternativ über einen einstufigen Bondprozess erfolgen.The production of double-sided metallized substrates can take place either via a two-stage bonding process or alternatively via a one-step bonding process.

Bei dem zweistufigen Bondprozess zur Herstellung von doppelseitig metallisierten Keramik-Substraten wird die Keramik in zwei Ofendurchläufen mit den Metallschichten auf den gegenüberliegenden Seiten des Keramik-Substrats verbunden. Für diesen Zweck wird zunächst ein Keramik-Substrat auf einen Träger positioniert und anschließend auf der obenliegenden, d. h. dem Träger abgewandten Seite mit einer Metallfolie bedeckt, Durch Wärmeeinwirkung wird die Seite des Keramik-Substrats mit der Metallschicht verbunden und anschießend die resultierende Anordnung abgekühlt. Anschließend wird das Substrat umgedreht und in einem zweiten Bondschritt wird die andere Seite des Substrats auf gleiche Weise mit einer Metallschicht versehen. Daher durchlaufen alle in einem zweistufigen Bondprozess hergestellten metallisierten Keramik-Substrate den Tunnelofen zweimal.In the two-step bonding process for making double-sided metallized ceramic substrates, the ceramic is bonded in two furnace passes to the metal layers on opposite sides of the ceramic substrate. For this purpose, a ceramic substrate is first positioned on a support and then placed on the overhead, d. H. By the action of heat, the side of the ceramic substrate is connected to the metal layer and then the resulting assembly is cooled. Subsequently, the substrate is turned over and in a second bonding step, the other side of the substrate is provided in the same way with a metal layer. Therefore, all metallized ceramic substrates produced in a two-step bonding process pass through the tunnel kiln twice.

Bei der Beschichtung der zweiten Substratseite liegt die bereits in dem ersten Bondschritt auf dem Keramik-Substrat gebildete Metallschicht in der Regel auf dem Träger auf, wobei es aufgrund der erforderlichen Bondwärme für die zweite Metallisierung auch zu einem Aufschmelzen dieser bereits gebildeten ersten Metallschicht kommen kann. Dabei können Fehlstellungen in der zunächst gebildeten Metallschicht auf dem Keramik-Substrat resultieren, da es in der Regel zu Wechselwirkungen zwischen der partiell aufgeschmolzenen ersten Metallschicht und dem Träger, auf welchem sich die zuerst gebildete Metallschicht mit dem Substrat befindet, kommt. Entsprechende Fehlstellungen können sich beispielsweise durch Reste des Trägermaterials oder andere Fremdkörper ergeben, die an der aufgeschmolzenen Metallschicht nach der Entfernung vom Träger hoffen.In the case of the coating of the second substrate side, the metal layer already formed on the ceramic substrate in the first bonding step generally rests on the carrier, and due to the required bond heat for the second metallization, this already formed first metal layer can also be melted. In this case, misalignments in the initially formed metal layer on the ceramic substrate may result, as it usually comes to interactions between the partially melted first metal layer and the carrier on which the first formed metal layer with the substrate is. Corresponding misalignments can result, for example, from residues of the carrier material or other foreign bodies which hope for the molten metal layer after removal from the carrier.

Um diese Nachteil der bekannten Verfahren zum Herstellen von doppelseitig metallisierten Substraten zu vermeiden, wurde die Verwendung von Trägern vorgeschlagen, bei welchem die bereits einseitig gebondeten Substrate so auf Trägern fixiert werden, dass es zu keinem unmittelbaren Kontakt der bereits gebondeten Keramik-Oberfläche mit anderen Oberflächen, wie beispielsweise dem Träger oder Transportband, im zweiten Bondschritt kommt. Dieses erfolgt beispielsweise durch die Verwendung von Trägern, bei welchen die einseitig gebondeten Substrate nur an den Kanten auf einem Träger aufliegen oder über schmale Auflagen an den kurzen Seiten der Substrate geträgert werden, Entsprechende Träger – auch Bond-Boote genannt – sind in den 1a und 1b dargestellt.To avoid this disadvantage of the known methods for producing double-sided metallized substrates, the use of carriers has been proposed in which the already one-sided Bonded substrates are fixed on carriers so that there is no direct contact of the already bonded ceramic surface with other surfaces, such as the carrier or conveyor belt, in the second bonding step. This is done for example by the use of carriers in which the substrates bonded on one side only rest on a carrier at the edges or are supported on narrow supports on the short sides of the substrates. Corresponding carriers - also called bond boats - are in the 1a and 1b shown.

Jedoch auch die mit Hilfe dieser sogenannten Bond-Boote hergestellten doppelseitig metallisierten Substrate weisen Nachteile auf. Beispielsweise kommt es bei Verwendung von Bond-Booten gemäß 1a mit schrägen Auflagen 2 zu dem Problem, dass bereits tordierte Substrate 1 in eine Position des tiefsten Schwerpunkts rutschen und sich damit die bereits aus dem Keramiksubstrat bzw. ersten Verfahrensschritt resultierende Torsion noch weiter verstärkt. Bei der in 1b dargestellten Ausgestaltung von Bond-Trägern, bei welchen das Substrat 1 auf Kanten 3 aufliegt, ist wiederum nachteilig, dass die Substrate auf der Unterseite in Kontakt mit beispielsweise der Transport-Kette, auf welcher sie geträgert durch den Ofen gezogen werden, kommen kann, was ebenfalls Qualitätseinbußen nach sich ziehen wird.However, the double-sided metallized substrates produced with the aid of these so-called bond boats also have disadvantages. For example, when using bond boats according to 1a with sloping supports 2 to the problem that already twisted substrates 1 slip into a position of the lowest center of gravity and thus further amplifies the already resulting from the ceramic substrate or first process step torsion. At the in 1b illustrated embodiment of bond carriers, in which the substrate 1 on edges 3 rests, is again disadvantageous that the substrates on the bottom can come in contact with, for example, the transport chain on which they are supported by the furnace, which will also result in quality losses.

Ferner kann sich auf der Keramikseite, die im ersten Verfahrensdurchlauf nicht gebondet wird, Ofenstaub ablagern, der dann zu Fehlstellungen bei der zweiten Metallisierung führt.Furthermore, on the ceramic side, which is not bonded in the first process run, deposit kiln dust, which then leads to malpositions in the second metallization.

Ferner weisen diese konventionellen zweistufigen Bondverfahren zum Herstellen von doppelseitig metallisierten Substraten den Nachteil auf, dass die Substrate zweimal hintereinander prozessiert werden müssen, was unter verfahrensökonomischen Betrachtungen nachteilig ist.Furthermore, these conventional two-stage bonding methods for producing double-sided metallized substrates have the disadvantage that the substrates have to be processed twice in succession, which is disadvantageous from a procedural economic point of view.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren des Standes der Technik ist die bisher ungenügende Positionsgenauigkeit von Metallschicht und Substrat insbesondere im zweiten Bondschritt.Another disadvantage of the known methods of the prior art is the hitherto insufficient positional accuracy of the metal layer and the substrate, in particular in the second bonding step.

Um diese Nachteile des zweistufigen Verfahrens zum Herstellen von doppelseitig metallisierten Substraten zu umgehen, wurden Verfahren zum gleichzeitigen doppelseitigen Bonden von Metallschichten auf Substraten entwickelt. Diese Verfahren führen ein gleichzeitiges Bonden der Metallschichten in nur einem Verfahrensschritt auf beiden Seiten des Keramik-Substrats durch.To circumvent these disadvantages of the two-step process for making double-sided metallized substrates, methods have been developed for simultaneously double-sided bonding of metal layers to substrates. These methods perform simultaneous bonding of the metal layers in only one process step on both sides of the ceramic substrate.

So beschreibt beispielsweise die DE 10 2010 023 637 A ein Verfahren zum Herstellen von doppelseitig metallisierten Substraten in einem einzelnen Verfahrensschritt, wobei eine erste Metallschicht, ein Substrat und eine zweite Metallschicht nacheinander in der angegebenen Reihenfolge auf einem Träger positioniert werden, wobei der Träger an der Oberseite, die der Anordnung aus der ersten und zweiten Metallplatte und dem Substrat zugewandt ist, eine Vielzahl von vorspringenden Ansätzen aufweist, die sich in Richtung der Anordnung aus der ersten und zweiten Metallplatte und dem Substrat verjüngen. Nach Aussage der DE 10 2010 023 637 A wird aufgrund der Strukturierung des Trägers mit Spitzen erreicht, dass sich der Verbund von Metallplatten und Keramiksubstrat nach dem beidseitigen Bondprozess rückstandsfrei von dem Träger lösen lässt. Hierdurch soll eine Beschädigung der Metallschicht, die während dem Bondprozess auf dem Träger aufliegt, vermieden werden. Nichtsdestotrotz bestehen an den Berührungspunkten zwischen den vorspringenden Ansätzen und der zu bondenden Metallschicht immer noch nachteilige Wechselwirkungen und insbesondere bei der Verwendung von Trägern auf Basis von nitridischen Keramiken, z. B. AlN kommt es zu einer oberflächlichen Oxidation und damit möglicherweise zu einer Verbindung mit der zu bondenden Metallfolie.For example, describes the DE 10 2010 023 637 A a method for producing double-sided metallized substrates in a single method step, wherein a first metal layer, a substrate and a second metal layer are sequentially positioned in a given order on a support, wherein the carrier at the top, that of the arrangement of the first and second Metal plate and facing the substrate, having a plurality of projecting lugs, which taper in the direction of the arrangement of the first and second metal plate and the substrate. According to the statement DE 10 2010 023 637 A Due to the structuring of the carrier with tips, it is achieved that the composite of metal plates and ceramic substrate can be detached from the carrier without residue after the two-sided bonding process. This is intended to prevent damage to the metal layer which rests on the carrier during the bonding process. Nevertheless, at the points of contact between the projecting lugs and the metal layer to be bonded, there are still adverse interactions, and particularly with the use of nitridic ceramics based materials, e.g. B. AlN it comes to a superficial oxidation and thus possibly to a compound with the metal foil to be bonded.

Die DE 10 2004 056 879 A betrifft ein Verfahren zum Herstellen von doppelseitig metallisierten Keramik-Substraten unter Verwendung des Direct-Bonding-Prozesses, bei welchem eine Anordnung aus mindestens zwei Metallschichten und einem zwischen den Metallschichten angeordnetem Keramik-Substrat auf einem mit einer Trennschicht versehenen Träger positioniert wird und dann die Anordnung auf eine Temperatur erwärmt wird, bei dem es zu einem Bonden der beiden Metallschichten mit dem Keramik-Substrat kommt. Durch die Verwendung einer entsprechenden Trennschicht soll es nicht zu einem Verbinden des Trägers mit der anliegenden Metallschicht der Anordnung kommen.The DE 10 2004 056 879 A relates to a method for producing double-sided metallized ceramic substrates using the direct bonding process, wherein an array of at least two metal layers and a ceramic substrate disposed between the metal layers is positioned on a release coated carrier and then the array is heated to a temperature at which it comes to a bonding of the two metal layers with the ceramic substrate. The use of a corresponding separating layer should not lead to a connection of the carrier to the adjacent metal layer of the arrangement.

Die DE 10 2004 056 879 A fokussiert dabei auf die Verwendung von besonders ebenen Trägern, die eine Abweichung von einer ideal ebenen Platte von weniger als 0,2% der Trägerlänge und/oder von weniger als 0,1% der Trägerbreite aufweisen. Durch diese besonders hohen Anforderungen an den Träger soll die Herstellung von besonders flachen doppelseitig metallisierten Keramik-Substraten gelingen. Nichtsdestotrotz weisen die resultierenden doppelseitig metallisierten Keramik-Substrate eine Restbiegung auf, deren Orientierung undefiniert ist.The DE 10 2004 056 879 A focusses on the use of particularly flat carriers which have a deviation from an ideally flat plate of less than 0.2% of the carrier length and / or less than 0.1% of the carrier width. These particularly high demands on the carrier to succeed in the production of particularly flat double-sided metallized ceramic substrates. Nonetheless, the resulting double-sided metallized ceramic substrates have a residual bend whose orientation is undefined.

Geht man darüber hinaus von einem kontinuierlichen Verfahren zur Herstellung von doppelseitig metallisierten Keramik-Substraten aus, wird die Orientierung der Restbiegung von Anordnung zu Anordnung variieren. In addition, assuming a continuous process for producing double-sided metallized ceramic substrates, the orientation of the residual bend will vary from device to device.

Der Grund für die variierende unspezifische Restbiegung liegt beispielsweise in Rohmaterialeinflüssen begründet, die sich bemerkbar machen. Die Durchbiegung der resultierenden doppelseitig metallisierten Keramik-Substrate schwankt daher auch bei Anwendung der in der DE 10 2004 056 879 A beschriebenen Vorgehensweise sowohl in Längs-/Querrichtung als auch in der Höhe erheblich und ist darüber hinaus unorientiert.The reason for the varying nonspecific residual bending, for example, is due to raw material influences that are noticeable. The deflection of the resulting double-sided metallized ceramic substrates therefore varies even when using in the DE 10 2004 056 879 A described approach both in the longitudinal / transverse direction and in height considerably and is also unoriented.

Darüber hinaus weisen die resultierenden doppelseitig metallisierten Keramik-Substrate, die mit asymmetrischen Metalldicken (zum Beispiel Vorderseite Metallmenge 0,3 mm und Rückseite Metallmenge 0,2 mm) hergestellt werden, aufgrund der unterschiedlichen Metallvolumina auf den beiden Seiten des Substrats nach dem Bonden eine in Längs- und Querrichtung undefinierte Biegung auf, wobei in der Regel die dickere Metallschicht auf der konkaven Seite gebildet wird.In addition, the resulting double-sided metallized ceramic substrates fabricated with asymmetric metal thicknesses (for example, 0.3 mm metal front side and 0.2 mm metal back metal) have an in-bonding capability due to the different metal volumes on both sides of the substrate after bonding Longitudinal and transverse undefined bending, wherein the thicker metal layer is usually formed on the concave side.

Neben dieser Durchbiegungsproblematik ist in den vorstehend genannten Verfahren des Standes der Technik auch die Positionsgenauigkeit von beiden Metallschichten zu Keramik von Nachteil. Eine industrielle Fertigung von doppelseitig metallisierten Keramik-Substraten gemäß den oben genannten Verfahren des Standes der Technik umfasst keinen Schritt des Ausrichtens der beiden Metallschichten und des Substrats jeweils zueinander. Werden beispielsweise die beiden Metallschichten nicht genau bündig auf das Substrat positioniert, resultieren beispielsweise Anordnungen aus den jeweiligen Verfahren, bei welchen die Metallschichten über den Rand des Keramik-Substrats herausreichen. Diese überschüssigen Metallreste, die zu weiteren Problemen bei den nachgelagerten Verfahrensschritten führen, müssen dann beispielsweise durch Ätzen wieder entfernt werden und führen darüber hinaus zu einem nicht erforderlichen Materialausschuss.In addition to this deflection problem, the positional accuracy of both metal layers to ceramic is disadvantageous in the above-mentioned prior art methods. Industrial fabrication of double-sided metallized ceramic substrates according to the above-mentioned prior art methods does not involve a step of aligning the two metal layers and the substrate with each other. If, for example, the two metal layers are not positioned exactly flush on the substrate, arrangements of the respective methods result, for example, in which the metal layers extend beyond the edge of the ceramic substrate. These excess metal residues, which lead to further problems in the downstream process steps, then have to be removed, for example, by etching again and also lead to an unnecessary material scrap.

Die aus diesen Problemen des Standes der Technik resultierenden Schwankungen in den Spezifikationen der resultierenden doppelseitig metallisierten Keramik-Substrate, insbesondere Durchbiegung und ungenaue Positionierung der Metallisierungen, können in den Nachfolgeprozessen sowie der Verarbeitung erhebliche negative Auswirkungen mit sich bringen und sind daher vorzugsweise zu vermeiden.The variations in the specifications of the resulting double-sided metallized ceramic substrates resulting from these problems of the prior art, in particular deflection and inaccurate positioning of the metallizations, can bring about considerable negative effects in the subsequent processes as well as the processing and are therefore preferably to be avoided.

Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich die vorliegende Erfindung somit zunächst einmal die allgemeine Aufgabe, die zuvor diskutierten Nachteile des Standes der Technik zu beheben.On the basis of this prior art, the present invention thus first of all sets itself the general task of remedying the disadvantages of the prior art discussed above.

Insbesondere stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, ein Verfahren zum Herstellen von doppelseitig metallisierten Keramik-Substraten bereitzustellen, wobei der Bondprozess vorzugsweise einstufig und damit zeitgleich auf beiden Seiten des Keramik-Substrats erfolgen kann.In particular, the present invention has the object to provide a method for producing double-sided metallized ceramic substrates, wherein the bonding process can preferably be carried out in one stage and thus simultaneously on both sides of the ceramic substrate.

Des Weiteren stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, ein Verfahren zum Herstellen von doppelseitig metallisierten Keramik-Substraten bereitzustellen, bei welchem vorzugsweise die Positionsgenauigkeit von Metallschicht zu Keramik verbessert wird.Furthermore, the present invention has the object to provide a method for producing double-sided metallized ceramic substrates, in which preferably the position accuracy of metal layer to ceramic is improved.

Ferner stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, ein Verfahren zum Herstellen von doppelseitig metallisierten Keramik-Substraten bereitzustellen, bei welchem die resultierenden doppelseitig metallisierten Keramik-Substrate eine definierte, d. h. im Wesentlichen konstante Durchbiegung aufweisen, was insbesondere bei einem anschließenden Systemlöten bzw. Chiplöten oder bei der Verwendung in einem bodenlosen Modul eine Rolle spielt.Furthermore, the present invention has the object to provide a method for producing double-sided metallized ceramic substrates, wherein the resulting double-sided metallized ceramic substrates a defined, d. H. have substantially constant deflection, which plays a role in particular in a subsequent system soldering or chip soldering or when used in a bottomless module.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Herstellen von einem doppelseitig metallisierten Keramik-Substrat, welches durch die folgenden Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:

  • (1) Positionieren von einer Anordnung, umfassend zumindest eine erste Metallschicht, zumindest eine zweite Metallschicht und ein zwischen der ersten und zweiten Metallschicht angeordnetem Keramik-Substrat, auf einem Träger;
  • (2) Erhitzen der aus dem Verfahrensschritt (1) resultierenden Anordnung auf eine Temperatur, so dass es zu einem Verbund aus dem Keramik-Substrat und den zwei anliegenden Metallschichten durch Bonden unter Ausbildung eines doppelseitig metallisierten Keramik-Substrats kommt.
This object is achieved by a method for producing a double-sided metallized ceramic substrate, which is characterized by the following method steps:
  • (1) positioning an assembly comprising at least a first metal layer, at least one second metal layer, and a ceramic substrate disposed between the first and second metal layers on a support;
  • (2) heating the assembly resulting from the process step (1) to a temperature such that bonding of the ceramic substrate and the two adjacent metal layers by bonding to form a double-sided metallized ceramic substrate.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dann dadurch gekennzeichnet, dass der Träger in Verfahrensschritt (1) vor dem Positionieren der Anordnung geneigt und/oder gewölbt ist und/oder der Träger in Verfahrensschritt (1) nach dem Positionieren der Anordnung auf dem Träger und/oder während dem Verfahrensschritt (2) geneigt wird. Dabei kann es sich auch um eine Schwenkbewegung bis zu einer Null-Neigung handeln oder auch eine Neigung um einen negativen Winkel kommt hierbei in Frage.The method according to the invention is then characterized in that, in method step (1), the carrier is inclined and / or curved before the positioning of the arrangement and / or the carrier in method step (1) after the positioning of the arrangement on the carrier and / or during the process step (2) is tilted. It can also be a pivoting movement up to a zero slope or an inclination to a negative angle comes here in question.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind Metallschichten beispielsweise Metallfolien oder Metallbleche aus Kupfer, aus einer Kupferlegierung oder aus einer Kupfer enthaltenden Legierung oder aus Aluminium, aus einer Aluminiumlegierung oder aus einer Aluminium enthaltenden Legierung.In the context of the present invention, metal layers are, for example, metal foils or metal sheets made of copper, of a copper alloy or of a copper-containing alloy or of aluminum, of an aluminum alloy or of an aluminum-containing alloy.

„Keramik-Substrate” im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind die aus einem keramischen Werkstoff bestehenden, vorzugweise plattenförmigen Elemente, die an zwei ihrer Oberflächenseiten mit einer Metallisierung versehen werden oder sind."Ceramic substrates" in the context of the present invention are made of a ceramic material, preferably plate-shaped elements, which are provided on two of their surface sides with a metallization or are.

Unter einer Anordnung versteht man im Rahmen der vorliegenden Erfindung einen Verbund aus zwei Metallschichten zwischen denen ein Keramik-Substrat vorgesehen ist, wobei die Anordnung vor, während oder nach dem Bonden vorliegen kann.In the context of the present invention, an arrangement is understood as meaning a composite of two metal layers between which a ceramic substrate is provided, wherein the arrangement may be present before, during or after the bonding.

Der Ausdruck „im Wesentlichen” bedeutet im Sinne der Erfindung Abweichungen vom jeweils exakten Wert um +/–10%, bevorzugt um +/–5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen.The term "essentially" in the context of the invention means deviations from the respective exact value by +/- 10%, preferably by +/- 5% and / or deviations in the form of changes insignificant for the function.

Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.Further developments, advantages and applications of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments and from the figures. In this case, all described and / or illustrated features alone or in any combination are fundamentally the subject of the invention, regardless of their summary in the claims or their dependency. Also, the content of the claims is made an integral part of the description.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht in einer ersten Ausgestaltung vor, dass die Anordnung, umfassend die mindestens zwei Metallschichten sowie das dazwischen angeordnete Keramik-Substrat, vor oder während dem eigentlichen Bonden im Verfahrensschritt (2) geneigt ist. Diese Neigung der Anordnung kann dadurch erfolgen, dass der Träger, auf welchem die Anordnung aus den beiden Metallschichten und dem dazwischen angeordnetem Keramik-Substrat positioniert wird, nach der Positionierung der Anordnung entweder mechanisch geneigt wird oder zu dem Zeitpunkt, bei welchem die Anordnung aus den beiden Metallschichten und dem dazwischen angeordnetem Keramik-Substrat auf dem Träger positioniert wird, bereits geneigt ist. Sollte vorgesehen sein, dass der Träger nach dem Positionieren der Anordnung geneigt wird, so kann das Neigen des Trägers sowohl im Verfahrensschritt (1), d. h. vor dem Erhitzen der Anordnung, oder im Verfahrensschritt (2), d. h. während dem Erhitzen der Anordnung, erfolgen.In a first embodiment, the method according to the invention provides that the arrangement comprising the at least two metal layers and the ceramic substrate arranged therebetween is inclined before or during actual bonding in method step (2). This inclination of the arrangement can take place in that the carrier on which the arrangement of the two metal layers and the interposed ceramic substrate is positioned, after the positioning of the arrangement is either mechanically inclined or at the time at which the arrangement of the Both metal layers and the interposed ceramic substrate is positioned on the support is already inclined. Should it be provided that the carrier is tilted after the positioning of the arrangement, tilting of the carrier may occur both in process step (1), i. H. before heating the assembly, or in process step (2), d. H. during the heating of the arrangement.

Durch die Neigung des Trägers kommt es zu einer definierten Ausrichtung der beiden Metallschichten und des dazwischen angeordneten Keramik-Substrats untereinander:
Die beiden Metallschichten sowie das Keramik-Substrat rutschen durch die Neigung des Trägers in eine zuvor bestimmte Position, so dass ihre Anordnung zueinander als definiert angesehen wird. Daher sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren doppelseitig metallisierte Keramik-Substrate herstellbar, die in ihrer Gesamtheit eine definierte und konstante Orientierung der beiden Metallschichten und des Keramik-Substrats zueinander aufweisen.
Due to the inclination of the carrier, there is a defined alignment of the two metal layers and the interposed ceramic substrate with each other:
The two metal layers and the ceramic substrate slip by the inclination of the carrier in a predetermined position, so that their arrangement is considered to be defined each other. Therefore, with the method according to the invention double-sided metallized ceramic substrates can be produced, which in their entirety have a defined and constant orientation of the two metal layers and the ceramic substrate to each other.

Darüber hinaus wird durch die Neigung des Trägers eine Fixierung der beiden Metallschichten und des dazwischen angeordneten Keramik-Substrats derart erreicht, dass ein Verrutschen in den nachfolgenden Verfahrensschritten vermieden wird.In addition, due to the inclination of the carrier, a fixation of the two metal layers and of the ceramic substrate arranged therebetween is achieved in such a way that slippage in the subsequent method steps is avoided.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht in einer weiteren zweiten Ausgestaltung vor, dass der Träger eine Wölbung aufweist. Die auf dem Träger positionierte Anordnung, umfassend die mindestens zwei Metallschichten und das dazwischen angeordnete Keramik-Substrat, wird bei dem anschließenden Bondprozess im Verfahrensschritt (2) unter Einwirkung von entsprechenden Bond-Temperaturen sich der Wölbung des Trägers annähern, wodurch zwar insgesamt gewölbte doppelseitig metallisierte Keramik-Substrate gebildet werden, die jedoch in ihrer Gesamtheit eine definierte und konstante Wölbung aufweisen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es somit möglich, reproduzierbar doppelseitig metallisierte Keramik-Substrate in Serie herzustellen, deren Durchbiegung sowohl in z-Richtung (Höhe) als auch in x- und y-Richtung (Längs- und Querrichtung) eindeutig definiert ist. Diese reproduzierbare Durchbiegung in Höhe sowie Längs- und Querrichtung macht sich insbesondere bei asymmetrischen Materialkombinationen bemerkbar, d. h. bei doppelseitig metallisierten Keramik-Substraten, bei welchen die Dicke der beiden Metallschichten auf den beiden Seiten des Keramik-Substrats unterschiedlich (z. B. 0,3 mm Cu//0,38 mm Keramik//0,25 mm Cu) ausgebildet sind.The inventive method provides in a further second embodiment that the carrier has a curvature. In the subsequent bonding process in method step (2), the arrangement positioned on the support, comprising the at least two metal layers and the ceramic substrate arranged therebetween, will approach the curvature of the support under the influence of corresponding bonding temperatures, whereby a total of curved double-sided metallised layers Ceramic substrates are formed, but in their entirety have a defined and constant curvature. The inventive method, it is thus possible to produce reproducible double-sided metallized ceramic substrates in series, the deflection in both the z-direction (height) and in the x and y directions (longitudinal and transverse directions) is clearly defined. This reproducible deflection in height as well as longitudinal and transverse direction is particularly noticeable in asymmetric material combinations, d. H. in the case of double-sided metallized ceramic substrates in which the thickness of the two metal layers on the two sides of the ceramic substrate are formed differently (eg 0.3 mm Cu / 0.38 mm ceramic / 0.25 mm Cu) ,

Durch Kombination der ersten Ausgestaltung (Neigung) und der zweiten Ausgestaltung (Wölbung) lassen sich insgesamt insbesondere in Serie doppelseitig metallisierte Keramik-Substrate herstellen, die konstante Charakteristika, insbesondere hinsichtlich Orientierung der einzelnen Schichten und Wölbung, aufweisen. By combining the first embodiment (inclination) and the second embodiment (curvature), a total of two-sided metallized ceramic substrates can be produced in series, which have constant characteristics, in particular with regard to orientation of the individual layers and curvature.

Daher betrifft die vorliegende Erfindung insbesondere ein erfindungsgemäßes Verfahren, welches in der Serienfertigung eine Vielzahl an doppelseitig metallisierten Keramik-Substraten mit im Wesentlichen konstanten Eigenschaften von Schichtorientierung und Gesamtwölbung aufweisen.The present invention therefore relates in particular to a method according to the invention which, in series production, has a multiplicity of double-sidedly metallized ceramic substrates having essentially constant properties of layer orientation and overall curvature.

Im Folgenden wird zunächst auf den im erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Träger eingegangen.In the following, the carrier used in the method according to the invention will first be discussed.

Verfahrenmethod

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen von doppelseitig metallisierten Keramik-Substraten verwendet einen Träger, der neigbar ist und/oder geneigt ist und/oder gewölbt ist. Die Neigung wird entweder durch die Bauform des Trägers oder mechanisch erreicht.The inventive method for producing double-sided metallized ceramic substrates uses a carrier which is tiltable and / or inclined and / or curved. The inclination is achieved either by the design of the carrier or mechanically.

In einer ersten Variante kann der Träger nach dem Auflegen der Metallfolie und des Substrats stark geneigt werden, so dass es zu einer Positionierung der einzelnen Bestandteile der Anordnung kommt. Damit die räumliche Höhe des Trägers für den Durchlauf im Bondofen nicht zu groß ist, kann der Träger mit den dann positionierten Bestandteilen der Anordnung dann wieder einer waagerechten Position angenähert werden.In a first variant, the carrier can be greatly tilted after placing the metal foil and the substrate, so that there is a positioning of the individual components of the arrangement. So that the spatial height of the carrier for the passage in the bonding oven is not too large, the carrier can then be approximated to a horizontal position with the then positioned components of the arrangement.

In einer zweiten Variante kann der Träger bereits stark geneigt sein, bevor die einzelnen Bestandteile der Anordnung auf ihm positioniert werden, wodurch es ebenfalls zu einer Positionierung der einzelnen Bestandteile der Anordnung kommt. Auch in diesem Fall kann der Träger mit den dann positionierten Bestandteilen der Anordnung anschließend wieder einer waagerechten Position angenähert werden.In a second variant, the carrier may already be highly inclined before the individual components of the arrangement are positioned on it, which also leads to a positioning of the individual components of the arrangement. Also in this case, the carrier with the then positioned components of the arrangement can then be approximated to a horizontal position again.

In diesem Fall sind die Neigung und die Auswahl der Materialien des Bondboots so zu wählen, dass es bei der gegebenenfalls vorgesehenen Annäherung des Trägers an eine waagerechte Position nicht zu einem Verrutschen der einzelnen Bestandteile der Anordnung kommt.In this case, the inclination and the selection of the materials of the bonding boat are to be chosen so that it does not come to a slipping of the individual components of the arrangement in the case where the intended approach of the carrier to a horizontal position.

Entsprechende Träger werden im Bereich des Direct-Metall-Bondings allgemein auch als Bond-Boote, Bond-Schiffe oder ähnlich bezeichnet.Corresponding carriers are also generally referred to as bond boats, bond ships or the like in the field of direct metal bonding.

Der in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Träger besteht vorzugsweise aus einem Material mit hoher Hitzebeständigkeit, welches bei den angewendeten Temperaturen des Bondprozesses reaktionsträge und/oder nicht benetzbar ist. Als Materialien für den erfindungsgemäßen Träger kommen insbesondere Materialien, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Graphit, Mullit, Steatit, Cordierit, ZrO2, Al2O3, AlN, BN, ZrN, Si3N4, SiC und Mischungen davon, in Frage.The support used in the method according to the invention is preferably made of a material having high heat resistance, which is inert and / or non-wettable at the applied temperatures of the bonding process. Materials for the support according to the invention are, in particular, materials selected from the group consisting of graphite, mullite, steatite, cordierite, ZrO 2 , Al 2 O 3 , AlN, BN, ZrN, Si 3 N 4 , SiC and mixtures thereof Question.

Der Träger, der im erfindungsgemäßen Verfahren Anwendung findet, weist insbesondere eine Tragplatte auf, die eine Dicke von insbesondere 0,2 bis 10 mm, vorzugsweise 1 bis 7 mm, weiter bevorzugt 1,5 bis 5 mm, aufweist.The support used in the process according to the invention has in particular a support plate which has a thickness of in particular 0.2 to 10 mm, preferably 1 to 7 mm, more preferably 1.5 to 5 mm.

In einer ersten Ausgestaltung weist der Träger eine Neigung auf bzw. ist so ausgebildet, dass er geneigt werden kann. Durch die Neigung kommt es nach dem Positionieren der anliegenden Metallschicht, der darauf folgenden Keramik-Substratsschicht und der abschließenden Metallschicht zu einer Positionierung der einzelnen Schichten zueinander. Damit die Anordnung weiterhin auf dem Träger fixiert bleibt, ist es vorgesehen, dass beispielsweise ein im Wesentlichen rechteckiger Träger mit mindestens einem Anschlag an mindestens einer der jeweils durch die Neigung unten liegenden Kante mit einer Begrenzung versehen ist. Wird nun die Anordnung, umfassend die mindestens zwei Metallschichten und das dazwischen angeordnete Keramik-Substrat, auf den Träger positioniert, können die einzelnen Schichten der Anordnung der Neigung des Trägers folgend verrutschen und so an die Begrenzung des Trägers anstoßen. Hierdurch wird eine klar definierte Positionierung der drei Schichten erreicht, die damit auch zueinander eine klar definierte Positionierung aufweisen.In a first embodiment, the carrier has an inclination or is formed so that it can be inclined. Due to the inclination, after the positioning of the adjacent metal layer, the subsequent ceramic substrate layer and the final metal layer, the individual layers are positioned relative to one another. So that the arrangement remains fixed on the support, it is provided that, for example, a substantially rectangular support is provided with at least one stop on at least one of each lying by the slope below edge with a boundary. If the arrangement comprising the at least two metal layers and the ceramic substrate arranged therebetween is then positioned on the carrier, the individual layers of the arrangement can slip following the inclination of the carrier and thus abut the boundary of the carrier. As a result, a clearly defined positioning of the three layers is achieved, which thus also have a clearly defined positioning relative to one another.

Im Vergleich hierzu wird eine Positionierung in den Verfahren des Standes der Technik, bei welchem keine Neigung des Trägers vorgesehen ist, nicht erreicht. Bei der Fertigung von doppelseitig metallisierten Keramik-Substraten muss daher in den Verfahren des Standes der Technik entweder eine sehr genaue Positionierung der beiden Metallschichten sowie der Keramikschicht realisiert werden oder aber die resultierenden doppelseitig metallisierten Keramik-Substrate weisen eine Ungenauigkeit in der Positionierung der einzelnen Schichten zueinander auf, was beispielsweise zu überstehenden Metallschichten im Verhältnis zu dem Keramik-Substrat führen kann. Derartige doppelseitig metallisierte Keramik-Substrate sind dann nach ihrer Herstellung Ausschuss.In comparison, a positioning in the prior art method in which no inclination of the carrier is provided is not achieved. In the production of double-sided metallized ceramic substrates, therefore, either a very precise positioning of the two metal layers and the ceramic layer must be realized in the prior art methods, or the resulting double-sided metallized ceramic substrates have an inaccuracy in the positioning of the individual Layers to each other, which may for example lead to protruding metal layers in relation to the ceramic substrate. Such double-sided metallized ceramic substrates are then rejected after their production.

Unter der Annahme eines im Wesentlichen rechteckigen Trägers bestehen mehrere Möglichkeiten eine Neigung des Trägers im Sinne der vorliegenden Erfindung zu realisieren.Assuming a substantially rectangular support there are several possibilities to realize a tendency of the carrier in the sense of the present invention.

Die 2 zeigt eine mögliche rechteckige Geometrie des Trägers, wobei zur Neigung des Trägers insgesamt Drehungen um die Kante 5 (vgl. 2a) oder um die Kanten 8 und 9 (vgl. 2b) möglich sind.The 2 shows a possible rectangular geometry of the carrier, wherein the inclination of the carrier in total rotations about the edge 5 (see. 2a ) or around the edges 8th and 9 (see. 2 B ) possible are.

In der zunächst in 2a dargestellten Ausführungsform wird die im Wesentlichen rechteckige Ebene des Trägers nur über eine Kante 5 gekippt, so dass sich insgesamt zwei Ecken des rechtwinkligen Trägers 6 und 7 ergeben, die sich nach der Neigung auf einem im Wesentlichen identischen tiefer angeordneten Niveau befinden.In the first in 2a In the illustrated embodiment, the substantially rectangular plane of the carrier is only over one edge 5 tilted, giving a total of two corners of the rectangular support 6 and 7 result, which are located after the inclination on a substantially identical lower level.

In der in 2b dargestellten Ausführungsform wird die im Wesentlichen rechteckige Ebene des Trägers um zwei Kanten 8 und 9 gekippt, so dass insgesamt nur eine Ecke des rechteckigen Trägers 10 sich auf dem tiefsten Niveau befindet.In the in 2 B In the embodiment shown, the substantially rectangular plane of the carrier is about two edges 8th and 9 tilted, leaving a total of only one corner of the rectangular support 10 is at the lowest level.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist die in 2b dargestellte Ausführungsform bevorzugt, da sie aufgrund der zweiseitigen Positionierung eine genauere Positionierung der einzelnen Bestandteile der Anordnung zueinander ermöglicht.In the context of the present invention, the in 2 B embodiment shown preferred because it allows a more accurate positioning of the individual components of the arrangement to each other due to the two-sided positioning.

Erfindungsgemäß wird unter dem Begriff „Niveau” vorzugsweise die laterale Ebene verstanden, in welcher sich die im Wesentlichen rechteckige Ebene des Trägers zumindest teilweise befinden kann. Dabei ist das „Ausgangsniveau”, auf welche alle anderen Angaben relativ bezogen sind, das Niveau, in welchem sich die im Wesentlichen rechteckige Ebene des Trägers zunächst erstreckt (Verfahrensschritt (1) Positionierung des Trägers). Alle anderen Begriffe des „Niveaus” sind relativ zu diesem Ausgangsniveau zu verstehen. So wird insbesondere unter einem „tieferen Niveau” eine laterale Ebene verstanden, welche in vertikaler Richtung parallel zur Ebene des Ausgangsniveaus verschoben ist. Bevorzugt ist das tiefere Niveau somit vertikal relativ zum Ausgangsniveau abgesenkt. Des Weiteren wird insbesondere unter einem „tiefsten Niveau” die laterale Ebene verstanden, welche in vertikaler Richtung parallel zur Ebene des Ausgangniveaus verschoben ist und dabei die höchste relative Verschiebung aufweist, in welcher sich noch eine Ecke des Trägers befindet. Bevorzugt ist das tiefste Niveau somit ebenfalls relativ zum Ausgangsniveau abgesenkt. Dabei weist das tiefste Niveau immer eine größere vertikale Verschiebung relativ zum Ausgangsniveau auf als das tiefere Niveau (wobei erfindungsgemäß die Fälle, bei denen es nur eine relative vertikale Verschiebung gibt, als ein Fall eines tieferen Niveaus bezeichnet wird; in diesem Fall ist das tiefere Niveau gleich dem tiefsten Niveau). Der aus diesem um die Drehachsen 8 und 9 geneigten Träger weist dann eine Neigung auf, die durch die in 3 dargestellten Winkel α, β und γ beschrieben wird.According to the invention, the term "level" is preferably understood to mean the lateral plane in which the substantially rectangular plane of the carrier can be located at least partially. In this case, the "initial level", to which all other information is relative, is the level at which the substantially rectangular plane of the carrier first extends (method step (1) positioning of the carrier). All other terms of the "level" are to be understood relative to this initial level. Thus, in particular a "lower level" is understood to mean a lateral plane which is displaced in the vertical direction parallel to the plane of the initial level. Preferably, the lower level is thus lowered vertically relative to the starting level. Furthermore, in particular, a "lowest level" is understood to mean the lateral plane which is displaced in a vertical direction parallel to the plane of the initial level and in this case has the highest relative displacement in which there is still a corner of the carrier. Preferably, the lowest level is thus also lowered relative to the initial level. In this case, the lowest level always has a greater vertical displacement relative to the initial level than the lower level (according to the invention, the cases where there is only a relative vertical displacement is referred to as a case of a lower level, in which case the lower level equal to the lowest level). The out of this about the axes of rotation 8th and 9 inclined support then has an inclination, which by the in 3 illustrated angle α, β and γ will be described.

In Abhängigkeit der Wahl der Winkel α und β ergibt sich ein Winkel γ, der im Allgemeinen 0,5 bis 45°, vorzugsweise 0,5 bis 40°, weiter bevorzugt 0,5 bis 35°, weiter bevorzugt 1 bis 30°, weiter bevorzugt 1 und 25°, beträgt. Der resultierende Winkel γ muss dabei groß genug sein, dass ein Ausrichten durch Verrutschen der Metallschichten und des Keramik-Substrats möglich ist, sollte aber wiederum nicht zu groß sein, da andernfalls die Bauhöhe des verwendeten Trägers zu groß wird und wiederum die Bauhöhe des verwendeten Tunnelofens erhöht werden müsste.Depending on the choice of the angle α and β, an angle γ, which is generally 0.5 to 45 °, preferably 0.5 to 40 °, more preferably 0.5 to 35 °, more preferably 1 to 30 °, further preferably 1 and 25 °. The resulting angle γ must be large enough that an alignment by slipping of the metal layers and the ceramic substrate is possible, but again should not be too large, otherwise the height of the carrier used is too large and in turn the height of the tunnel kiln used would have to be increased.

Aufgrund der vorliegenden Neigung des Trägers kommt es nach dem Positionieren der ersten Metallschicht, des Keramik-Substrats und der zweiten Metallschicht auf dem Träger zu einem Ausrichten unter Verrutschen der einzelnen Metallschichten bzw. des Keramik-Substrats, so dass eine im Hinblick auf die Ausrichtung von Metallschichten und Keramik-Substrat zueinander definierte Anordnung erreicht wird. Vorzugsweise rutschen die einzelnen Schichten bzw. das Substrat der Neigung des Trägers folgend soweit, bis sie an eine Begrenzung stoßen.Due to the present inclination of the carrier, after the positioning of the first metal layer, the ceramic substrate and the second metal layer on the carrier, the slipping of the individual metal layers or the ceramic substrate occurs, so that one with respect to the alignment of Metal layers and ceramic substrate to each other defined arrangement is achieved. Preferably, the individual layers or the substrate slip following the inclination of the carrier so far until they hit a boundary.

Die Begrenzung an dem Träger, an welche die Metallschichten und das Keramik-Substrat der Anordnung aufgrund der Neigung des Trägers positioniert wird, kann beliebig ausgebildet sein, solange sie in der Lage ist, die Anordnung aus den Metallschichten und dem dazwischen angeordneten Keramik-Substrat bei Neigung des Trägers oder bereits geneigtem Träger zu fixieren. Im Allgemeinen ist die Begrenzung so ausgebildet, dass sie im Sinne eines Vorsprungs oder Anschlags auf der Trägerseite der zu positionierenden Anordnung randseitig an dem Träger vorgesehen ist und über den Träger hinausragt.The boundary on the support to which the metal layers and the ceramic substrate of the device are positioned due to the inclination of the carrier may be arbitrarily formed as long as it is capable of the arrangement of the metal layers and the interposed ceramic substrate Tilt the carrier or already inclined carrier to fix. In general, the boundary is designed so that it is provided in the sense of a projection or stop on the support side of the arrangement to be positioned on the edge of the carrier and protrudes beyond the carrier.

In der in 2a dargestellten Ausführungsform, bei welcher der Träger über die Kante 5 gekippt wird, ist eine Begrenzung an der durch die Neigung unten liegenden Kante ausreichend, um die Anordnung aus den zwei Metallschichten und dem Keramik-Substrat zu fixieren. In the in 2a illustrated embodiment, wherein the carrier over the edge 5 is tilted, a limitation at the downside by the edge is sufficient to fix the arrangement of the two metal layers and the ceramic substrate.

Die Begrenzung kann dabei aus einem über den Träger in Richtung der Anordnung ragenden Vorsprung oder Anschlag gebildet werden, die entweder einstückig und damit durchgängig ausgebildet ist, oder aber unterbrochen ist und damit aus mehreren individualisierten, d. h. mindestens zwei einzelnen Vorsprüngen oder Anschlägen, besteht.The boundary can be formed from a projecting over the carrier in the direction of the arrangement projection or stop, which is either integrally formed and therefore continuous, or is interrupted and thus from a plurality of individualized, d. H. at least two individual projections or stops.

In Fall der Ausführungsform der 2b kann die entsprechende Begrenzung auch durch einen überstehenden Vorsprung oder Anschlag gebildet werden, der sich an den zwei benachbarten geneigten Kanten des Trägers befindet und beispielsweise spitz auf den unten liegenden Punkt 10 hinläuft. Wahlweise ist es auch möglich, dass die Begrenzung in der Ausführungsform gemäß 2b aus zwei oder mehreren, beispielsweise zwei, drei, vier, fünf oder sechs, kurzen und voneinander getrennten Vorsprügen oder Anschlägen gebildet wird, wobei die Vorsprünge oder Anschläge an den beiden nach unten geneigten, benachbarten Kanten des Trägers vorgesehen sind.In the case of the embodiment of the 2 B the corresponding boundary can also be formed by a projecting projection or stop, which is located on the two adjacent inclined edges of the carrier and, for example, pointed to the point below 10 hinläuft. Optionally, it is also possible that the limitation in the embodiment according to 2 B is formed of two or more, for example, two, three, four, five or six, short and separate Vorsprügen or stops, wherein the projections or stops on the two downwardly inclined adjacent edges of the support are provided.

Die Form, Dimension und Position dieser Begrenzungen kann nahezu beliebig gestaltet werden. Die Begrenzungen sind jedoch vorzugsweise möglichst schmal ausgebildet, damit sie eine geringe Kontaktfläche zum Bondgut aufweisen und umfassen keramische Materialien, beispielsweise Al2O3.The shape, dimension and position of these boundaries can be made almost arbitrary. However, the boundaries are preferably as narrow as possible, so that they have a small contact surface to the bond and include ceramic materials, such as Al 2 O 3 .

In einer zweiten Ausgestaltung weist der Träger eine Wölbung auf. Durch die Erwärmung von Keramik-Substrat und Metallschichten im Verfahrensschritt (2) kommt es zu einer Anpassung der resultierenden Anordnung an die gewölbte Form des Trägers. Die resultierende Anordnung weist daher nach dem Verfahrensschritt (2) ebenfalls eine durch den Träger vorgegebene Wölbung auf.In a second embodiment, the carrier has a curvature. Heating the ceramic substrate and metal layers in process step (2) results in an adaptation of the resulting arrangement to the curved shape of the support. The resulting arrangement therefore also has a curvature predetermined by the carrier after method step (2).

Bei einem im Wesentlichen rechteckigen Träger kann die durch die Wölbung erzeugte Krümmung sowohl nur in einer Richtung als auch in beiden Richtungen der durch den Träger aufgespannten Ebene möglich sein.In the case of a substantially rectangular support, the curvature produced by the curvature may be possible both in one direction and in both directions of the plane spanned by the support.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Wölbung des Trägers kann einer Kreis-, Ellipsen-, Parabel-, Sinus-, Tangens- und/oder Logarithmusfunktion folgen.The curvature of the carrier provided according to the invention can follow a circular, elliptical, parabolic, sinusoidal, tangent and / or logarithmic function.

In dem Fall, dass die Wölbung des Trägers einer Kreis- oder Ellipsenfunktion folgt, beträgt zumindest ein Radius der Funktion im Allgemeinen 200 bis 1000 mm, vorzugsweise 500 bis 8000 mm, weiter bevorzugt 1000 bis 6000 mm, weiter bevorzugt 1500 bis 5000 mm, weiter bevorzugt 2000 bis 4000 mm. Im Falle von einer Wölbung des Trägers, die einer Ellipsenfunktion folgt, liegen die beiden Radien der Ellipse ebenfalls in den oben genannten Bereichen.In the case that the curvature of the carrier follows a circular or elliptical function, at least one radius of the function is generally 200 to 1000 mm, preferably 500 to 8000 mm, more preferably 1000 to 6000 mm, further preferably 1500 to 5000 mm, farther preferably 2000 to 4000 mm. In the case of a curvature of the carrier, which follows an ellipse function, the two radii of the ellipse are also in the above-mentioned areas.

Der Träger mit der vorstehend genannten Wölbung kann sowohl konvex als auch konkav ausgebildet sein.The carrier with the aforementioned curvature may be formed both convex and concave.

Die Bestimmung des Radius in einer entsprechenden Kreis- oder Ellipsenfunktion ist in 9 dargestellt.The determination of the radius in a corresponding circular or ellipse function is in 9 shown.

In einer allgemeinen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Träger eine Wölbung auf, die eine Abweichung von einer idealen, absolut ebenen Platte von 0,2% oder mehr der Trägerlänge und/oder 0,1% oder mehr der Trägerbreite entspricht.In a general embodiment of the present invention, the carrier has a curvature corresponding to a deviation from an ideal, absolutely flat plate of 0.2% or more of the carrier length and / or 0.1% or more of the carrier width.

Die Dimension des Trägers kann in weiten Bereichen gewählt werden und hängt von den Größenordnungen der herzustellenden doppelseitig metallisierten Keramik-Substrate sowie den verwendeten Bondöfen ab. Geeignete Größenordnungen des Trägers liegen zwischen 20 × 20 mm2 und 300 × 350 mm2, wobei die Form des Trägers vorzugsweise entweder im Wesentlichen quadratisch oder im Wesentlichen rechteckig ist.The dimension of the support can be chosen within a wide range and depends on the orders of magnitude of the double-sided metallized ceramic substrates to be produced and the bonding furnaces used. Suitable dimensions of the carrier are between 20 × 20 mm 2 and 300 × 350 mm 2 , wherein the shape of the carrier is preferably either substantially square or substantially rectangular.

Im Bondofen, der im Allgemeinen ein Tunnelofen oder Durchlaufofen ist, sind grundsätzlich ein- oder mehrstöckige sowie ein- oder mehrreihige Aufbauten der Träger denkbar.In the bonding furnace, which is generally a tunnel kiln or continuous furnace, are basically one- or multi-storey and single or multi-row constructions of the carrier conceivable.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind daher auch Ausführungsformen vorgesehen, in welchen Träger verwendet werden, die für das gleichzeitige Bonden von mehreren Anordnungen ausgebildet sind. Bei einer derartigen Kombination mehrerer Bestückungsflächen vergrößert sich die oben beschriebene Größe entsprechend der Anzahl der Anordnungen. Diese Träger besitzen dann mehrere übereinander und/oder nebeneinander angeordnete Tragplatten, auf welchen jeweils eine zu bondende Anordnung positioniert wird.In the context of the present invention, embodiments are therefore also provided in which carriers are used which are designed for the simultaneous bonding of a plurality of arrangements. With such a combination of several mounting surfaces, the size described above increases according to the number of arrangements. These carriers then have a plurality of support plates arranged one above the other and / or next to one another, on each of which an arrangement to be bonded is positioned.

In dem Bondofen wird die Anordnung, die auf dem Träger aufliegt, in der Regel mit einer konstanten Transportgeschwindigkeit durch den Ofen geführt und so auf eine Temperatur gebracht, bei der ein Verbinden von Metallfolie und Keramik-Substrat erfolgt, und anschließend nach dem Durchlaufen der Heizzonen des Ofens wieder abgekühlt.In the bonding furnace, the assembly which rests on the support is usually passed through the furnace at a constant transport speed and thus brought to a temperature at which joining of metal foil and ceramic substrate takes place, and subsequently after passing through the heating zones cooled down again.

Im Bondofen kann der durch die Neigung entstehende tiefste Punkt der erfindungsgemäß verwendeten Träger dabei in Transportrichtung sowohl vorne als auch hinten sein.In the bonding furnace, the lowest point of the carriers used according to the invention, which is formed by the inclination, can be in the transport direction both at the front and at the rear.

Engobe/TrennmittelEngobe / release agent

Während des doppelseitigen Bondprozesses schmilzt die Metallschicht, die zwischen dem Träger und dem Keramik-Substrat angeordnet ist, oberflächlich auf. Wenn es zu diesem Zeitpunkt zu einem Kontakt mit anderen Oberflächen, wie beispielsweise von dem Träger, kommt, besteht die Möglichkeit, dass es zu Defekten in der erzeugten Metallbeschichtung auf dem Keramik-Substrat kommt.During the double-sided bonding process, the metal layer disposed between the substrate and the ceramic substrate melts superficially. If contact with other surfaces, such as the support, occurs at this time, there is a possibility that defects in the generated metal coating on the ceramic substrate will occur.

Um derartige Defekte auf der Metalloberfläche, die dem Träger zugeordnet ist, zu vermeiden, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, so genannte Trennmittel auf dem Träger vorzusehen.In order to avoid such defects on the metal surface, which is associated with the carrier, it is known from the prior art to provide so-called release agents on the carrier.

Daher wird in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein geneigter und/oder neigbarer und/oder gewölbter Träger verwendet, der an der zu der Metallschicht des doppelseitig metallisierten Keramik-Substrats orientierten Oberflächenseite mit einer Trennschicht derart versehen ist, dass während des Bondens eine Verbindung der an dieser Trennschicht anliegenden Metallschicht mit dem Träger nicht eintritt. Hierdurch ist es insbesondere möglich, auf der Trennschicht jeweils eine Anordnung, bestehend aus einer untenliegenden, der Trennschicht unmittelbar benachbarten ersten Metallschicht, aus einer darüber angeordneten Keramik-Schicht und aus einer darüber angeordneten weiteren Metallschicht, vorzusehen und diese Gesamtanordnung dann durch Bonden zu dem doppelseitig metallisierten Keramik-Substrat zu verbinden.Therefore, in a preferred embodiment of the present invention, an inclined and / or inclinable and / or domed support is used, which is provided on the surface side oriented to the metal layer of the double-sided metallized ceramic substrate with a release layer such that during bonding, a bond of the on this release layer adjacent metal layer does not enter the carrier. This makes it possible in particular to provide on the separating layer in each case an arrangement consisting of a lower, the separating layer immediately adjacent the first metal layer, a ceramic layer disposed above and from a further metal layer disposed above, and this overall arrangement then by bonding to the double-sided metallized ceramic substrate to connect.

Die auf dem Träger gegebenenfalls vorgesehene Trennschicht kann ein Material umfassen, welches ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus oxidischen, nitridischen oder carbidischen Keramiken sowie Salzen.The release layer optionally provided on the support may comprise a material which is selected from the group consisting of oxidic, nitridic or carbidic ceramics and salts.

Insbesondere umfasst die Trennschicht ein Material, welches ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Mullit, Steatit, Cordierit, Al2O3, TiO3, ZrO2, MgO, CaO, Yttriumoxid, SnO2, CaCO3, BN, ZrN, Graphit, Zirkoniumdioxid-verstärktes Aluminiumoxid (ZTA), BeO, Al2TiO5, CaSO4, MgSO4, BaSO4 und Mischung der vorgenannten Materialien.In particular, the release layer comprises a material selected from the group consisting of mullite, steatite, cordierite, Al 2 O 3 , TiO 3 , ZrO 2 , MgO, CaO, yttria, SnO 2 , CaCO 3 , BN, ZrN, graphite , Zirconia-reinforced alumina (ZTA), BeO, Al 2 TiO 5 , CaSO 4 , MgSO 4 , BaSO 4 and mixture of the aforementioned materials.

Des Weiteren ist bevorzugt, dass die Trennschicht ein Material umfasst, welches ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Mullit, Steatit, Cordierit, Al2O3, ZrO2, MgO, Al2TiO5, SnO2, Yttriumoxid, BaSO4, MgSO4 und Mischung der vorgenannten Materialien.Furthermore, it is preferred that the separating layer comprises a material which is selected from the group consisting of mullite, steatite, cordierite, Al 2 O 3 , ZrO 2 , MgO, Al 2 TiO 5 , SnO 2 , yttrium oxide, BaSO 4 , MgSO 4 and mixture of the aforementioned materials.

Die auf dem Träger gegebenenfalls verwendete Trennschicht weist insbesondere eine Dicke von 10 bis 1000 μm, vorzugsweise 25 bis 750 μm, weiter bevorzugt 50 bis 500 μm, weiter bevorzugt 75 bis 400 μm, weiter bevorzugt 100 bis 350 μm, auf. Des Weiteren ist es bevorzugt, wenn die Trennschicht eine Porosität, d. h. ein Verhältnis des Porenvolumens zum Feststoffvolumen, von größer als 10%, weiter bevorzugt größer als 15%, weiter bevorzugt größer als 20%, aufweist. Die Korngröße der die Trennschicht bildenden Partikel ist im Allgemeinen kleiner als 50 μm, vorzugsweise kleiner als 40 μm, weiter bevorzugt kleiner als 35 μm, weiter bevorzugt kleiner als 30 μm.The separating layer optionally used on the carrier has in particular a thickness of 10 to 1000 .mu.m, preferably 25 to 750 .mu.m, more preferably 50 to 500 .mu.m, more preferably 75 to 400 .mu.m, more preferably 100 to 350 .mu.m. Furthermore, it is preferred if the release layer has a porosity, i. H. a ratio of the pore volume to the volume of solids of greater than 10%, more preferably greater than 15%, more preferably greater than 20%. The particle size of the particles forming the separating layer is generally less than 50 μm, preferably less than 40 μm, more preferably less than 35 μm, more preferably less than 30 μm.

Die erfindungsgemäß gegebenenfalls vorgesehene Trennschicht kann beispielsweise auch mit einem farbigen Additiv versehen sein. Die Verwendung eines derartigen farbigen Additivs weist den Vorteil auf, dass man optisch leicht erkennen kann, ob die Trennschicht einen Defekt aufweist und so gegebenenfalls zu erneuern ist. Bei dem farbigen Additiv kann es sich beispielsweise um Chromoxid handeln.The separating layer provided according to the invention may, for example, also be provided with a colored additive. The use of such a colored additive has the advantage that it is easy to see visually whether the release layer has a defect and is thus to be replaced if necessary. The colored additive may, for example, be chromium oxide.

In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann die Trennschicht aus mindestens zwei separaten Untertrennschichten aufgebaut sein, wobei die separaten Untertrennschichten auf dem Träger zeitlich nacheinander aufgebracht werden.In a further embodiment of the present invention, the separating layer may be composed of at least two separate sub-separating layers, wherein the separate sub-separating layers are applied on the carrier in succession.

Des Weiteren ist es möglich, dass die separaten Untertrennschichten eine im Wesentlichen gleiche oder eine unterschiedliche Zusammensetzung aufweisen. Furthermore, it is possible for the separate sub-separating layers to have a substantially identical or a different composition.

Auch ist es möglich, dass die untere Trennschicht, die sich in unmittelbaren Kontakt mit dem Träger befindet, das farbige Additiv, beispielsweise Chromoxid, aufweist.It is also possible that the lower release layer, which is in direct contact with the carrier, the colored additive, such as chromium oxide having.

Die Untertrennschicht weist eine Schichtdicke von im Allgemeinen 50 bis 1000 μm, vorzugsweise 75 bis 800 μm, weiter bevorzugt 100 bis 600 μm, weiter bevorzugt 125 bis 400 μm, weiter bevorzugt 150 bis 350 μm, auf. The sub-separating layer has a layer thickness of generally 50 to 1000 μm, preferably 75 to 800 μm, more preferably 100 to 600 μm, more preferably 125 to 400 μm, further preferably 150 to 350 μm.

Sollten nach dem Bondprozess und nach dem Entfernen der Anordnung von dem Träger noch Teilchen der Trennschicht an der Metallschicht anheften, so können diese anschließend mit einem geeigneten Verfahren entfernt werden, beispielsweise mit einem mechanischen Verfahren (z. B. Abbürsten) oder mit einem chemischen Verfahren (z. B. Abätzen einer dünnen Oberflächenschicht).If, after the bonding process and after removal of the assembly from the support, particles of the release layer still adhere to the metal layer, they can then be removed by a suitable method, for example by a mechanical process (eg brushing) or by a chemical process (eg, etching a thin surface layer).

Weitere Ausgestaltungen der Trennschicht können der DE 10 2004 056 879 A entnommen werden, deren diesbezügliche Offenbarung durch Bezugnahme in die vorliegende Erfindung eingeschlossen wird.Further embodiments of the separation layer can the DE 10 2004 056 879 A are taken from the relevant disclosure by reference in the present invention.

Anordnungarrangement

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zum Herstellen von doppelseitig metallisierten Keramik-Substraten, die ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind. Die erfindungsgemäßen Anordnungen können neben den beiden Metallschichten und dem Keramik-Substrat noch weitere Schichten, wie eine Lotschicht, aufweisen.The inventive method is suitable for producing double-sided metallized ceramic substrates, which are also the subject of the present invention. The arrangements according to the invention can have, in addition to the two metal layers and the ceramic substrate, further layers, such as a solder layer.

Bei dem Keramik-Substrat kann es sich beispielsweise um Substrate aus Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Siliziumnitrid oder Siliziumcarbid handeln. Für die Keramikschicht eignet sich beispielsweise auch eine Aluminiumoxid-Keramik (Al2O3) mit einem Anteil an Zirkonoxid (ZrO2) in der Größenordnung von etwa 2–30% oder eine Aluminiumnitrid-Keramik, beispielsweise mit Yttriumoxid als Zusatz, oder eine Siliziumnitrid-Keramik, wobei die Aluminiumnitrid-Keramik und/oder die Siliziumnitrid-Keramik beispielsweise eine oxidische Oberflächenschicht, beispielsweise eine Oberflächenschicht aus Aluminiumoxid aufweisen kann. Die Dicke der Keramikschicht liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 0,2 und 1,5 mm.The ceramic substrate may, for example, be substrates of aluminum oxide, aluminum nitride, silicon nitride or silicon carbide. For the ceramic layer, for example, an alumina ceramic (Al 2 O 3 ) with a content of zirconium oxide (ZrO 2 ) in the order of about 2-30% or an aluminum nitride ceramic, for example with yttria as an additive, or a silicon nitride Ceramic, wherein the aluminum nitride ceramic and / or the silicon nitride ceramic, for example, may have an oxidic surface layer, for example, a surface layer of aluminum oxide. The thickness of the ceramic layer is preferably in the range between 0.2 and 1.5 mm.

Die Metallschichten auf dem Keramik-Substrat können ausgehend von Metallblechen oder Metallfolien gebildet werden, die vor dem Bondschritt eine Dicke von im Allgemeinen 100 bis 1000 μm, vorzugsweise 125 bis 750 μm, weiter bevorzugt 150 bis 700 μm, weiter bevorzugt 175 bis 600 μm.The metal layers on the ceramic substrate may be formed starting from metal sheets or metal foils having a thickness of generally 100 to 1000 μm, preferably 125 to 750 μm, more preferably 150 to 700 μm, more preferably 175 to 600 μm before the bonding step.

Vor dem erfindungsgemäßen Verfahren können die Metallfolien oder -bleche in bekannter Weise beidseitig oxidiert werden.Before the process according to the invention, the metal foils or sheets can be oxidized on both sides in a known manner.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Herstellung von Metall-Keramik-Substraten (MCS) und Substraten, die mittels Direct-Copper-Bonding (DCB), Direct-Aluminum-Bonding (DAB) oder Active-Metal-Bonding (AMB) hergestellt werden.The method according to the invention is suitable for the production of metal-ceramic substrates (MCS) and substrates which are produced by means of direct copper bonding (DCB), direct aluminum bonding (DAB) or active metal bonding (AMB).

Die resultierenden Anordnungen unterscheiden sich von denjenigen des Standes der Technik in einer verbesserten Positionsgenauigkeit der Metallschichten und des Keramik-Substrats zueinander und/oder in einer definierten Wölbung.The resulting arrangements differ from those of the prior art in an improved positional accuracy of the metal layers and the ceramic substrate to each other and / or in a defined curvature.

Trägercarrier

Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Träger zum Herstellen von einem doppelseitig metallisierten Keramik-Substrat, welches in dem vorstehend beschriebenen Verfahren Anwendung findet. Hinsichtlich der speziellen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Trägers wird daher auf obige Ausführungen verwiesen.Another object of the present invention is a carrier for producing a double-sided metallized ceramic substrate, which is used in the method described above. With regard to the specific embodiments of the carrier according to the invention, reference is therefore made to the above statements.

Insbesondere wird der erfindungsgemäße Träger in einem Tunnelofen oder Durchlaufofen zur Herstellung von doppelseitig metallisierten Keramik-Substraten eingesetzt, wobei der Tunnelofen oder Durchlaufofen für eine Hitzebehandlung von Behandlungsgut mit einem wenigstens einen tunnelartigen Ofenraum und mit wenigstens einer Heizeinrichtung zum Beheizen des wenigstens einen Ofenraumes versehen ist und eine Transporteinheit aufweist, die den erfindungsgemäßen Träger durch den Ofenraum transportiert.In particular, the carrier according to the invention is used in a tunnel kiln or continuous furnace for the production of double-sided metallized ceramic substrates, wherein the tunnel kiln or continuous furnace is provided for a heat treatment of treated with at least one tunnel-like furnace space and at least one heating device for heating the at least one furnace chamber and a transport unit which transports the carrier according to the invention through the oven space.

Der Träger kann dabei mindestens zwei Teile umfassen, wobei der Träger eine Auflagefläche zur Aufnahme der Metallschichten und des Keramik-Substrats sowie einen Werkzeugträger umfasst. Über den Werkezugträger wird die Auflagefläche mit einer Transporteinheit verbunden, die einen Transport des Trägers durch den Tunnelofen ermöglicht. The carrier may comprise at least two parts, wherein the carrier comprises a support surface for receiving the metal layers and the ceramic substrate and a tool carrier. The support surface is connected to a transport unit via the tool train carrier, which makes it possible to transport the carrier through the tunnel kiln.

Die Auflagefläche des Trägers sollte aus einem auf den Bondprozess bezogen reaktionsinerten oder zumindest reaktionsträgen sowie einem vorzugsweise nicht benetzbaren Material bestehen. Die Auflagefläche des Trägers kann beispielsweise aus einem hitzebeständigen bzw. hochtemperaturbeständigen Material, vorzugsweise einem Keramikmaterial, insbesondere Graphit, Mullit, Steatit, Cordierit, ZrO2, Al2O3, AlN, BN, ZrN, Si3N4, SiC und Mischungen davon, bestehen. Des Weiteren kommen hochtemperaturfeste Metalle für die Auflagefläche, insbesondere legierter Stahl, vorzugsweise Inconel, oder eine Legierung, umfassend einen Bestandteil ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Molybdän, Titan, Chrom, Nickel, Wolfram oder Mischungen davon, in Frage.The bearing surface of the carrier should consist of a material which is reaction-inert or at least relatively inert in relation to the bonding process and which preferably is not wettable. The support surface of the carrier may for example consist of a heat-resistant or high temperature resistant material, preferably a ceramic material, in particular graphite, mullite, steatite, cordierite, ZrO 2 , Al 2 O 3 , AlN, BN, ZrN, Si 3 N 4 , SiC and mixtures thereof , consist. Furthermore, high-temperature-resistant metals are suitable for the bearing surface, in particular alloyed steel, preferably Inconel, or an alloy comprising a constituent selected from the group consisting of molybdenum, titanium, chromium, nickel, tungsten or mixtures thereof.

Es ist des Weiteren bevorzugt, wenn die Auflagefläche gegebenenfalls nach einer Reinigung wieder verwendet werden kann.It is further preferred if the support surface can optionally be reused after cleaning.

Im Fall der Verwendung von SiC für die Auflagefläche des erfindungsgemäßen Trägers, was im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugt ist, kommt rekristallisiertes SiC, nitridgebundendes SiC, isostatisch gepresstes SiC, Si-infiltriertes SiC, drucklos gesintertes SiC oder flüssigphasengesintertes SiC in Frage.In the case of using SiC for the support surface of the present invention, which is particularly preferred in the present invention, recrystallized SiC, nitride-bonded SiC, isostatically pressed SiC, Si-infiltrated SiC, non-pressure sintered SiC or liquid-phase sintered SiC are suitable.

Es sind auch Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Trägern von der vorliegenden Erfindung umfasst, die für mehrere Substrate, beispielsweise für zwei, drei vier, fünf oder sechs Anordnungen ausgelegt sind. Eine beispielhafte Ausgestaltung eines derartigen Trägers ist in der 7 dargestellt, wobei unterschiedliche Anordnungsmöglichkeiten von einzelnen Trägern im Ofen in der 8 dargestellt sind.Embodiments of inventive beams of the present invention are also contemplated that are configured for multiple substrates, for example, two, three, four, five, or six arrays. An exemplary embodiment of such a carrier is in the 7 represented, with different arrangement possibilities of individual carriers in the oven in the 8th are shown.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibungen näher erläutert.The present invention will now be explained in more detail with reference to the following description of the figures.

Die in der Figurenbeschreibung verwendeten Bezugszeichen weisen folgende Bedeutung auf:The reference numerals used in the description of the figures have the following meaning:

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Keramik-Substrat,Ceramic substrate,
2, 32, 3
Träger des Standes der Technik,Carrier of the prior art,
44
Träger (erfindungsgemäß),Carrier (according to the invention),
5, 8, 95, 8, 9
Drehachsen,Axes of rotation
6, 7, 10, 116, 7, 10, 11
Eckpunkte eines im Wesentlichen rechteckigen Trägers 4,Corner points of a substantially rectangular support 4 .
12', 12'', 12''', 12''''12 ', 12' ', 12' '', 12 '' ''
durch Neigung gebildeter Höhenunterschied zur Nullebene,by inclination formed height difference to zero level,
1313
Auflagefläche,Supporting surface,
14', 14'', 14''', 14''''14 ', 14' ', 14' '', 14 '' ''
Begrenzungen undLimits and
15', 15''15 ', 15' '
höhenverstellbare Füße.height adjustable feet.

Dabei zeig die
1 zwei herkömmliche als Bond-Boote ausgebildete Träger des Standes der Technik, mit welchem in einem zweistufigen Verfahren beidseitig metallisierte Substrate hergestellt werden. Die bereits einseitig gebondeten Substrate 1 werden dabei so auf Trägern 2, 3 fixiert, dass es zu keinem unmittelbaren Kontakt der bereits gebondeten Kupfer- oder Keramik-Oberfläche mit anderen Oberflächen, wie beispielsweise dem Transportband, im zweiten Bondschritt kommt. Dieses erfolgt beispielsweise durch die Verwendung von Trägern, bei welchen die einseitig gebondeten Substrate 1 nur an den Kanten 2 auf einem Träger aufliegen (vgl. 1a) oder über schmale Auflagen 3 an den kurzen Seiten der Substrate 1 geträgert werden (vgl. 1b).
Show them the
1 two conventional prior art designed as bond boats carrier, with which two-sided metallized substrates are prepared in a two-stage process. The already one-sided bonded substrates 1 become so on carriers 2 . 3 fixes that there is no direct contact of the already bonded copper or ceramic surface with other surfaces, such as the conveyor belt, in the second bonding step. This is done for example by the use of carriers in which the one-side bonded substrates 1 only at the edges 2 resting on a support (cf. 1a ) or over narrow runs 3 on the short sides of the substrates 1 be carried (cf. 1b ).

Ferner zeigt die
2 einen im Wesentlichen rechteckigen geneigten Träger 4, der in der 2a über eine Kante 5 geneigt ist, so dass die Eckpunkte 6 und 7 des Trägers in einer unter der Nullebene des Trägers sich befindlichen Ebene befinden. In der 2b ist der Träger insgesamt um zwei Kanten 8 und 9. geneigt, so dass die Eckpunkte 10 und 11 des Trägers unterhalb der Nullebene des Trägers sich befinden. Die dargestellten Pfeile 12', 12'', 12''' und 12'''' zeigen die Neigung des Trägers an.
Furthermore, the shows
2 a substantially rectangular inclined support 4 , the Indian 2a over an edge 5 is inclined so the vertices 6 and 7 of the wearer are in a plane below the zero level of the wearer. In the 2 B the carrier is a total of two edges 8th and 9 , inclined so the vertices 10 and 11 of the wearer are below the zero level of the wearer. The arrows shown 12 ' . 12 '' . 12 ''' and 12 '''' indicate the inclination of the wearer.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einer Nullebene diejenige Ebene verstanden, welche durch den Träger in nicht geneigter und/oder gewölbter Form aufgespannt wird. In the context of the present invention, a zero plane is understood to mean that plane which is stretched by the carrier in a non-inclined and / or arched form.

Die
3 zeigt einen geneigten Träger 4, bei dem sich die Neigung des Trägers durch die dargestellten Winkel α, β und γ ergibt. Durch Wahl geeigneter Winkel α und β resultiert ein Winkel γ, der ein Maß für die Abweichung des geneigten Trägers aus der Nullebene darstellt, Der Winkel γ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung 0,5 bis 40°, vorzugsweise 0,5 bis 35°, weiter bevorzugt 0,5 bis 30°, weiter bevorzugt 1 bis 25°, weiter bevorzugt 1 und 5°, betragen.
The
3 shows a sloped carrier 4 in which the inclination of the carrier is given by the illustrated angles α, β and γ. By selecting suitable angles α and β results in an angle γ, which is a measure of the deviation of the inclined carrier from the zero plane, the angle γ in the present invention, 0.5 to 40 °, preferably 0.5 to 35 °, more preferably 0.5 to 30 °, more preferably 1 to 25 °, more preferably 1 and 5 °.

Die
4 zeigt eine Ausführungsform eines Trägers 4, welches im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens Anwendung findet. Der Träger 4 weist eine Auflagefläche 13 auf, auf welche die Anordnung, umfassend mindestens zwei Metallschichten und ein dazwischen angeordnetes Keramik-Substrat, positioniert wird. Der Träger 4 und die Tragfläche 13 weisen eine Neigung auf, wodurch es nach dem Auflegen der Anordnung zu einem Verrutschen oder zuverlässigem Positionieren der Anordnung in Richtung der randseitig an dem Träger vorgesehenen Begrenzungen 14 kommt.
The
4 shows an embodiment of a carrier 4 which is used in the context of the method according to the invention. The carrier 4 has a support surface 13 on which the assembly comprising at least two metal layers and a ceramic substrate interposed therebetween is positioned. The carrier 4 and the wing 13 have an inclination, whereby it after laying the arrangement to a slipping or reliable positioning of the arrangement in the direction of the edges provided on the support boundaries 14 comes.

Der Träger 1 ist zum Punkt 4 geneigt, wobei der Träger um die Achsen parallel zu den Kanten a und b geneigt ist. Die dabei jeweils erreichten Neigungen entsprechen den Winkeln α und β, wodurch sich ein auf die Horizontale bildender Winkel γ ergibt. Der Winkel γ beträgt im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise 0,5 bis 45°.The carrier 1 is to the point 4 inclined, wherein the carrier is inclined about the axes parallel to the edges a and b. The inclinations respectively achieved correspond to the angles α and β, resulting in an angle γ forming on the horizontal. The angle γ in the context of the present invention is preferably 0.5 to 45 °.

Ferner zeigt die
5 eine Ausführungsform eines Trägers 4, der geneigt ist, wobei die Neigung des Trägers 4 durch an den Ecken des im Wesentlichen rechtwinkligen Trägers 1 befindliche höhenverstellbare Füße 15', 15'' und 15''' erreicht wird.
Furthermore, the shows
5 an embodiment of a carrier 4 which is inclined, taking the inclination of the wearer 4 through at the corners of the substantially rectangular support 1 located height-adjustable feet 15 ' . 15 '' and 15 ''' is reached.

Die
6 zeigt einen geneigten und gewölbten Träger 4, der drei Begrenzungen 14', 14'', 14''' aufweist, wobei an der langen durch die Neigung untenliegenden Kante 2 Begrenzungen 14' und 14''' und an der durch die Neigung untenliegenden kurzen Kante eine Begrenzung 14''' vorgesehen ist.
The
6 shows a sloping and arched support 4 , the three limits 14 ' . 14 '' . 14 ''' having, at the long edge lying down through the inclination 2 limitations 14 ' and 14 ''' and at the short edge defined by the inclination a limit 14 ''' is provided.

Die
7 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Trägers 4 mit zwei Bestückungsflächen 15 und 16, während die
The
7 shows an embodiment of a carrier according to the invention 4 with two mounting surfaces 15 and 16 while the

8 eine Vielzahl an möglichen Anordnungen des Trägers im Tunnelofen darstellt. 8th represents a variety of possible arrangements of the support in the tunnel furnace.

Die
9 zeigt bei einem gewölbten Träger im Sinne der vorliegenden Erfindung die Abhängigkeit der Durchbiegung vom Krümmungsradius bei einer Wölbung des Trägers, der einer Kreis- oder Ellipsenform folgt. Der Krümmungsradius R ergibt sich aus der Durchbiegung d des Trägers bei einer Länge bzw. Breite a des Trägers wie folgt:

Figure DE102014215377A1_0002
The
9 shows in a curved support according to the present invention, the dependence of the deflection of the radius of curvature at a curvature of the carrier, which follows a circular or elliptical shape. The radius of curvature R results from the deflection d of the carrier at a length or width a of the carrier as follows:
Figure DE102014215377A1_0002

Damit ergibt sich bei beispielhaften Substratbreiten bzw. Substratlängen von 140 mm bzw. 190 mm folgende beispielhafte Verhältnisse von Krümmungsradius R zu Durchbiegung d: Durchbiegung d Substratlänge/Substratbreite 190 mm 140 mm Krümmungsradius (mm) 9000 0,5 0,3 6000 0,8 0,3 2000 2,3 1,2 1000 4,5 2,5 500 9,1 4,9 200 24,0 12,7 This results in exemplary substrate widths or substrate lengths of 140 mm or 190 mm following exemplary ratios of radius of curvature R to deflection d: Deflection d Substrate length / width of the substrate 190 mm 140 mm Radius of curvature (mm) 9000 0.5 0.3 6000 0.8 0.3 2000 2.3 1.2 1000 4.5 2.5 500 9.1 4.9 200 24.0 12.7

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung beträgt daher im Fall einer Wölbung des Trägers in der Form einer Kreis- oder Ellipsenform bei einer Substratlänge bzw. Substratbreite von 190 mm (140 mm) die Durchbiegung d mindestens 0,5 mm (0,3 mm).In the context of the present invention, in the case of a curvature of the carrier in the form of a circular or elliptical shape with a substrate length or substrate width of 190 mm (140 mm), the deflection d is at least 0.5 mm (0.3 mm).

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, mindestens ein Keramik-Substrat an der Ober- und Unterseite in nur einem Prozessdurchlauf mit jeweils einer Metallschicht zu verbinden. Dabei wird eine hohe Positionsgenauigkeit der Schichten zueinander erreicht und eine reproduzierbare definierte Wölbung der resultierenden Anordnung erreicht.The inventive method makes it possible to connect at least one ceramic substrate on the top and bottom in only one process run, each with a metal layer. In this case, a high positional accuracy of the layers is achieved and achieved a reproducible defined curvature of the resulting arrangement.

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Claims (12)

Verfahren zum Herstellen von einem doppelseitig metallisierten Keramik-Substrat, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: (1) Positionieren von einer Anordnung, umfassend zumindest eine erste Metallschicht, zumindest eine zweite Metallschicht und ein zwischen der ersten und zweiten Metallschicht angeordnetem Keramik-Substrat, auf einem Träger; (2) Erhitzen der aus dem Verfahrensschritt (1) resultierenden Anordnung auf eine Temperatur, so dass es zu einem Verbund aus dem Keramik-Substrat und den zwei anliegenden Metallschichten durch Bonden unter Ausbildung eines doppelseitig metallisierten Keramik-Substrats kommt, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger in Verfahrensschritt (1) vor dem Positionieren der Anordnung geneigt und/oder gewölbt ist und/oder der Träger in Verfahrensschritt (1) nach dem Positionieren der Anordnung auf dem Träger und/oder während dem Verfahrensschritt (2) geneigt wird.A method of manufacturing a double-sided metallized ceramic substrate, characterized by the following method steps: (1) positioning an assembly comprising at least a first metal layer, at least a second metal layer, and a ceramic substrate disposed between the first and second metal layers on one Carrier; (2) heating the assembly resulting from the process step (1) to a temperature such that bonding of the ceramic substrate and the two adjacent metal layers by bonding to form a double-sided metallized ceramic substrate, characterized in that the Carrier in step (1) before positioning the arrangement is inclined and / or curved and / or the support in step (1) after positioning the arrangement on the support and / or during the process step (2) is inclined. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger im Wesentlichen rechteckig ausgebildet ist und über eine Kante 5 geneigt wird, so dass sich insgesamt zwei Ecken des rechtwinkligen Trägers 6 und 7 ergeben, die sich nach der Neigung auf einem im Wesentlichen identischen tiefer angeordneten Niveau befinden.A method according to claim 1, characterized in that the carrier is formed substantially rectangular and an edge 5 is tilted, giving a total of two corners of the rectangular support 6 and 7 result, which are located after the inclination on a substantially identical lower level. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger im Wesentlichen rechteckig ausgebildet ist und über zwei Kanten 8 und 9 geneigt wird, so dass insgesamt nur eine Ecke des rechteckigen Trägers 10 sich auf dem tiefsten Niveau befindet.A method according to claim 1, characterized in that the carrier is formed substantially rectangular and two edges 8th and 9 is tilted, leaving a total of only one corner of the rectangular beam 10 is at the lowest level. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Verfahrensschritten (1) und/oder (2) vorgesehene Neigung des Trägers so ausgebildet ist, dass es zu einer Ausrichtung der Anordnung kommt und/oder sich die einzelnen Bestandteile der Anordnung, umfassend zumindest die zwei Metallschichten und das Keramik-Substrat, zueinander anordnen.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the inclination of the carrier provided in the method steps (1) and / or (2) is designed so that it comes to an alignment of the arrangement and / or the individual components of the Arrangement comprising at least the two metal layers and the ceramic substrate, to arrange each other. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger randseitig mindestens eine Begrenzung in der Form von mindestens zwei Anschlägen oder mindestens zwei Kanten aufweist.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the carrier edge has at least one boundary in the form of at least two stops or at least two edges. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger eine Wölbung aufweist und die Wölbung des Trägers einer Kreis-, Ellipsen-, Parabel-, Sinus-, Tangens- und/oder Logarithmusfunktion folgt.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the carrier has a curvature and the curvature of the carrier of a circular, elliptical, parabolic, sinusoidal, tangent and / or logarithmic function follows. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Träger eine Trennschicht vorgesehen ist, wobei wenigstens eine der Metallschichten der Anordnung gegen die Trennschicht anliegt.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that on the carrier a separating layer is provided, wherein at least one of the metal layers of the arrangement bears against the separating layer. Anordnung, umfassend zumindest eine erste Metallschicht, zumindest eine zweite Metallschicht und ein zwischen der ersten und zweiten Metallschicht angeordnetem Keramik-Substrat, erhältlich nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7.An assembly comprising at least a first metal layer, at least one second metal layer and a ceramic substrate disposed between the first and second metal layers, obtainable by the method according to one of claims 1 to 7. Träger zum Herstellen von einem doppelseitig metallisierten Keramik-Substrat, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger geneigt, neigbar und/oder gewölbt ist.Carrier for producing a double-sided metallized ceramic substrate, characterized in that the carrier is inclined, tiltable and / or curved. Träger nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger in einem Tunnelofen oder Durchlaufofen zur Herstellung von doppelseitig metallisierten Keramik-Substraten eingesetzt ist, wobei der Tunnelofen oder Durchlaufofen für eine Hitzebehandlung von Behandlungsgut mit einem wenigstens einen tunnelartigen Ofenraum und mit wenigstens einer Heizeinrichtung zum Beheizen des wenigstens einen Ofenraumes versehen ist und eine Transporteinheit aufweist, die den Träger durch den Ofenraum transportiert.Carrier according to claim 9, characterized in that the carrier is used in a tunnel kiln or continuous furnace for the production of double-sided metallized ceramic substrates, wherein the tunnel kiln or continuous furnace for a heat treatment of treated with a at least one tunnel-like furnace space and at least one heating device for heating the at least one furnace chamber is provided and has a transport unit which transports the carrier through the furnace chamber. Träger nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger randseitig mindestens eine Begrenzung in der Form von mindestens zwei Anschlägen oder mindestens zwei Kanten aufweist.Carrier according to claim 9 or 10, characterized in that the carrier edge has at least one boundary in the form of at least two stops or at least two edges. Träger nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger eine Wölbung aufweist und die Wölbung des Trägers einer Kreis-, Ellipsen-, Parabel-, Sinus-, Tangen- und/oder Logarithmusfunktion folgt Carrier according to one of claims 9 to 11, characterized in that the carrier has a curvature and the curvature of the carrier of a circular, elliptical, parabolic, sinusoidal, tangent and / or logarithmic function follows
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