DE102014224588A1 - Method for producing metallized ceramic substrates - Google Patents
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Abstract
Beschrieben wird ein Verfahren zum Herstellen eines metallisierten Keramik-Substrats, bei welchem das Keramik-Substrat und die Metallschichten während der Herstellung geneigt wird.Disclosed is a method of manufacturing a metallized ceramic substrate in which the ceramic substrate and the metal layers are tilted during manufacture.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von einem metallisierten Keramik-Substrat, die durch dieses Verfahren erhältlichen metallisierten Keramik-Substrate und Träger, die in dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen der metallisierten Keramik-Substrate Anwendung finden.The present invention relates to a method for producing a metallized ceramic substrate, to the metallized ceramic substrates obtainable by this method and to carriers used in the method according to the invention for producing the metallized ceramic substrates.
Metallisierte Keramik-Substrate werden im Bereich der Leistungshalbleitermodule verwendet. Dabei wird ein Keramik-Substrat auf der Ober- und gegebenenfalls auf der 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 solcher metallisierten Keramik-Substrate erfolgt durch eutektisches Bonden und wird allgemein als Direct-Bonding-Prozess bezeichnet.Metallized ceramic substrates are used in the field of power semiconductor modules. In this case, a ceramic substrate is provided on the upper side and possibly on the underside with a metallization, wherein usually at least one metallized side later has a circuit-technical structure, for example, produced by etching processes. The known method for producing such metallized ceramic substrates is by eutectic bonding and is commonly referred to as a direct-bonding process.
Grundlegende Beschreibungen von Verfahren zur Herstellung von metallisierten Keramik-Substraten durch Bondprozesse können den Druckschriften
Die Durchführung des Verbindens von Keramik-Substrat und Metallfolie erfolgt in einem Ofen, wobei im Allgemeinen sogenannte Bondöfen eingesetzt werden. 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 bonding of the ceramic substrate and the metal foil is carried out in an oven, so-called bonding furnaces generally being used. 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.
Dieses Verfahren kann grundsätzlich zur Herstellung von einseitig metallisierten Keramik-Substraten sowie auch zur Herstellung von doppelseitig metallisierten Substraten angewendet werden. Dabei erfolgt die Herstellung von doppelseitig metallisierten Substraten in der Regel über einen zweistufigen Bondprozess.This method can be used in principle for the production of single-sidedly metallized ceramic substrates as well as for the production of double-sided metallized substrates. In this case, the production of double-sided metallized substrates usually takes place via a two-stage bonding process.
Bei diesem 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. auf der dem Träger abgewandten Seite, mit einer Metallfolie bedeckt. Durch Wärmeeinwirkung wird diese 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. Bei der Beschichtung der zweiten Substratseite würde die bereits in dem ersten Bondschritt auf dem Keramik-Substrat gebildete Metallschicht auf dem Träger aufliegen, wobei es aufgrund der erforderlichen Bondwärme für die zweite Metallisierung auch zu einem Aufschmelzen dieser bereits gebildeten ersten Metallschicht kommen kann. Dabei würden Fehlstellungen in der zunächst gebildeten Metallschicht auf dem Keramik-Substrat resultieren, da es 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 haften. Darüber hinaus kann es bei Durchführung des einseitigen Bond-Prozesses, beispielsweise bedingt durch den Bimetall-Effekt des einseitig gebondeten Substrats, während des Aufheizens im Bondofen zu einem Verbiegen der einseitig metallisierten Substrate kommen.In this 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. on the side facing away from the carrier, covered with a metal foil. By the action of heat, this side of the ceramic substrate is connected to the metal layer and subsequently 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. 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 would rest on the carrier, whereby due to the required bond heat for the second metallization, this already formed first metal layer may also be melted. This would result in misalignments in the initially formed metal layer on the ceramic substrate, since there are interactions between the partially melted first metal layer and the carrier on which the first formed metal layer is located with the substrate. Corresponding misalignments can result, for example, from residues of the carrier material or other foreign bodies which adhere to the molten metal layer after removal from the carrier. Moreover, when the one-sided bonding process is carried out, for example due to the bimetallic effect of the single-sidedly bonded substrate, during the heating in the bonding furnace, bending of the metallized substrates on one side may occur.
Um derartige Beeinträchtigungen der metallisierten Substratflächen durch Wechselwirkungen mit dem Trägermaterial zu verringern, beschreibt beispielsweise die
Nichtsdestotrotz liegt auch bei Verwendung derartiger Trennschichten zumindest eine der bereits metallisierten Schichten großflächig auf einer Kontaktfläche auf, und es ist wünschenswert, eine solche zusätzliche Kontaktfläche mit den metallisierten Substratseiten möglichst zu vermeiden.Nevertheless, even with the use of such separating layers, at least one of the already metallized layers has a large area on a contact surface, and it is desirable to avoid such an additional contact surface with the metallized substrate sides as far as possible.
Dahingegen beschreibt beispielsweise die
Die
Um die vorgenannten Nachteile der bekannten Verfahren zum Herstellen von doppelseitig metallisierten Substraten zu vermeiden, wurde des Weiteren die Verwendung von Trägern vorgeschlagen, bei welchen die Substrate so auf Trägern fixiert werden, dass es zu einem möglichst geringen unmittelbaren Kontakt der Keramik-Oberflächen mit anderen Oberflächen, wie beispielsweise dem Träger oder Transportband, kommt. Dies ist einerseits relevant, um die vorgenannten nachteiligen Wechselwirkungen einer bereits metallisierten Oberfläche mit dem Träger zu vermeiden, aber auch um eine mögliche Verunreinigung der in einem zweiten Bondschritt noch zu metallisierenden Keramik-Oberfläche durch Kontakt mit dem Träger oder der Transportkette zu vermeiden. Dieses erfolgt beispielsweise durch die Verwendung von Trägern, bei welchen die zu bondenden 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
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
Bei der in
Die
Ähnlich beschreibt auch die
Des Weiteren weisen die vorstehend beschriebenen Verfahren das bereits erwähnte Problem der Verstärkung einer im Substrat bereits bestehenden Torsionsneigung auf.Furthermore, the methods described above have the already mentioned problem of reinforcing a tendency to torsion already existing in the substrate.
Neben diesen Problemen der unerwünschten Durchbiegung und einer möglichen Verstärkung einer bestehenden Torsion ist in den vorstehend genannten Verfahren des Standes der Technik auch die bisher ungenügende Positionsgenauigkeit von Metallschicht und Keramiksubstrat zueinander, insbesondere im zweiten Bondschritt eines zweistufigen Bonding-Verfahrens, von Nachteil. Eine industrielle Fertigung von einseitig oder doppelseitig metallisierten Keramik-Substraten gemäß den oben genannten Verfahren des Standes der Technik umfasst keinen Schritt des Ausrichtens der Metallschichten und des Substrats jeweils zueinander. Werden beispielsweise die 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 können darüber hinaus zu einem nicht erforderlichen Materialausschuss führen. Wenn beispielsweise die Metallschichten über zwei Ränder des Keramik-Substrats hinausreichen, können derart unpräzise metallisierte Keramik-Substrate meistens nicht mehr weiter verarbeitet werden, so dass dies zur Reduzierung der Produktionsausbeute führt.In addition to these problems of unwanted deflection and possible reinforcement of an existing torsion, the hitherto insufficient positioning accuracy of the metal layer and the ceramic substrate relative to one another, in particular in the second bonding step of a two-stage bonding method, is disadvantageous in the above-mentioned prior art methods. Industrial fabrication of single-sided or double-sided metallized ceramic substrates according to the above-mentioned prior art methods does not involve a step of aligning the metal layers and the substrate with each other. If, for example, the 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 can also lead to an unnecessary material waste. If, for example, the metal layers extend beyond two edges of the ceramic substrate, such imprecise metallized ceramic substrates can usually no longer be processed further, so that this leads to a reduction in the production yield.
Die aus diesen Problemen des Standes der Technik resultierenden Schwankungen in den Spezifikationen der resultierenden metallisierten Keramik-Substrate, insbesondere Beeinträchtigung der metallisierten Schichten durch Kontaktflächen mit dem Träger, unerwünschte Torsion, unzureichende Ebenheit 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 metallized ceramic substrates resulting from these problems of the prior art, in particular impairment of the metallized layers by contact surfaces with the carrier, undesired torsion, insufficient flatness and inaccurate positioning of the metallizations, can be considerable in the subsequent processes as well as the processing negative effects and should therefore preferably 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 verbessertes Verfahren zum Herstellen von einseitig metallisierten Keramik-Substraten bereitzustellen, mit welchem zweiseitig metallisierte Keramik-Substrate durch eine zweistufige Verfahrensweise erhalten werden können.In particular, the present invention has the object to provide an improved method for producing single-sided metallized ceramic substrates, with which two-sided metallized ceramic substrates can be obtained by a two-step procedure.
Des Weiteren stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, ein Verfahren zum Herstellen von einseitig metallisierten Keramik-Substraten bereitzustellen, mit welchem zweiseitig metallisierte Keramik-Substrate durch eine zweistufige Verfahrensweise erhalten werden können und bei welchem vorzugsweise die Positionsgenauigkeit von Metallschicht zu Keramik verbessert wird.Furthermore, the present invention has the object to provide a method for producing single-sided metallized ceramic substrates, with which two-sided metallized ceramic substrates can be obtained by a two-stage procedure and 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 einseitig metallisierten Keramik-Substraten bereitzustellen, mit welchem zweiseitig metallisierte Keramik-Substrate durch eine zweistufige Verfahrensweise erhalten werden können und bei welchem die resultierenden metallisierten Keramik-Substrate eine verbesserte Ebenheit, speziell bei dünnen Keramik-Substraten mit einer Dicke ≤ 0,4 mm, und eine reduzierte Torsion 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 single-sided metallized ceramic substrates, with which two-sided metallized ceramic substrates can be obtained by a two-step procedure and in which the resulting metallized ceramic substrates improved flatness, especially in thin ceramic substrates having a thickness ≤ 0.4 mm, and having a reduced torsion, which plays a role in particular in a subsequent system soldering or when using in a bottomless module.
Verfahrenmethod
Gelöst werden diese Aufgaben durch ein Verfahren zum Herstellen von einem metallisierten Keramik-Substrat, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:
- (1) Positionieren von einer Anordnung, umfassend zumindest eine erste Metallschicht und ein 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 der anliegenden zumindest einen Metallschicht durch Bonden unter Ausbildung eines metallisierten Keramik-Substrats kommt.
- (1) positioning an assembly comprising at least a first metal layer and a ceramic substrate 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 adjacent at least one metal layer occurs by bonding to form a metallized ceramic substrate.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dann dadurch gekennzeichnet, dass
- – der Träger in Verfahrensschritt (1) an mindestens einer seiner randseitigen Kanten mindestens eine Auflage aufweist, auf der die Anordnung aus Verfahrensschritt (1) in mindestens einem randseitigen Teilbereich der Anordnung mit mindestens einer ihrer Außenkanten aufliegt, und
- – die mindestens eine Auflage auf dem Träger so angeordnet ist, dass die Anordnung beim Positionieren auf der Auflage des Trägers geneigt ist und/oder
- – der Träger mit der mindestens einen Auflage in Verfahrensschritt (1) nach dem Positionieren der Anordnung auf der mindestens einen Auflage des Trägers und/oder während des Verfahrensschritts (2) geneigt wird,
- – und worin der Träger an mindestens einer seiner randseitigen Kanten mindestens eine Begrenzung in der Form von mindestens einem Anschlag oder mindestens einer Kante aufweist.
- - The carrier in step (1) on at least one edge edges thereof has at least one support on which rests the arrangement of step (1) in at least one edge portion of the arrangement with at least one of its outer edges, and
- - The at least one support on the support is arranged so that the arrangement is inclined during positioning on the support of the wearer and / or
- - the carrier with the at least one support in process step (1) is tilted after the positioning of the arrangement on the at least one support of the support and / or during the process step (2),
- - And wherein the carrier has on at least one of its edge edges at least one boundary in the form of at least one stop or at least one edge.
Die Neigung des Trägers kann durch eine Schwenkbewegung bis zu einer Null-Neigung erreicht werden oder es kommt auch eine Neigung um einen negativen Winkel in Frage.The inclination of the carrier can be achieved by a pivoting movement up to a zero slope or there is also a tendency to a negative angle 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 mindestens einer Metallschicht, die auf einem Keramik-Substrat vorgesehen ist, wobei die Anordnung vor, während oder nach dem Bonden vorliegen kann. Bevorzugt ist die Anordnung im Rahmen der vorliegenden Erfindung im Wesentlichen rechteckig gestaltet, umfassend auch eine im Wesentlichen quadratische Anordnung. Dabei weist eine im Wesentlichen rechteckige Anordnung zwei einander gegenüberliegende im Wesentlichen gleich lange Längskanten (lange Kanten) auf sowie zwei einander gegenüberliegende im Wesentlichen gleich lange Querkanten (kurze Kanten) auf. Eine quadratische Anordnung weist vier im Wesentlichen gleich lange Kanten auf.In the context of the present invention, an arrangement is understood as meaning a composite of at least one metal layer which is provided on a ceramic substrate, wherein the arrangement may be present before, during or after the bonding. In the context of the present invention, the arrangement is preferably substantially rectangular, including a substantially square arrangement. In this case, a substantially rectangular arrangement has two opposite substantially equal long longitudinal edges (long edges) and two mutually opposite substantially equally long transverse edges (short edges). A square arrangement has four edges of substantially equal length.
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 vor, dass die Anordnung, umfassend die mindestens eine Metallschicht sowie das Keramik-Substrat, in mindestens einem randseitigen Teilbereich der Anordnung mit mindestens einer ihrer Außenkanten, auf mindestens einer Auflage, die an mindestens einer der randseitigen Kanten des Trägers angeordnet ist, aufliegt, und die Anordnung, umfassend die mindestens eine Metallschicht sowie das Keramik-Substrat, vor oder während dem eigentlichen Bonden im Verfahrensschritt (2) geneigt ist.The inventive method provides that the arrangement comprising the at least one metal layer and the ceramic substrate, in at least one peripheral portion of the arrangement with at least one of its outer edges on at least one support, which is arranged on at least one of the edge edges of the carrier , rests, and the arrangement comprising the at least one metal layer and the ceramic substrate, before or during the actual bonding in step (2) is inclined.
Diese Neigung der Anordnung kann dadurch erfolgen, dass der Träger mit der mindestens einen darauf angeordneten Auflage auf welcher die Anordnung, umfassend die mindestens eine Metallschicht sowie das Keramik-Substrat, positioniert wird, nach der Positionierung der Anordnung entweder mechanisch geneigt wird oder zu dem Zeitpunkt, bei welchem die Anordnung, umfassend die mindestens eine Metallschicht sowie das Keramik-Substrat, auf der mindestens einen Auflage des Trägers positioniert wird, bereits geneigt ist.This inclination of the arrangement can be achieved by positioning the support with the at least one support arranged thereon on which the arrangement comprising the at least one metal layer and the ceramic substrate is either mechanically inclined after the positioning of the arrangement or at the time in which the arrangement comprising the at least one metal layer and the ceramic substrate on which at least one support of the carrier is positioned is already inclined.
Die Neigung der Anordnung kann auch dadurch erfolgen, dass die mindestens eine Auflage bzw. eine oder mehrere der auf dem Träger angeordneten Auflagen selber, auf welcher die Anordnung, umfassend die mindestens eine Metallschicht sowie das Keramik-Substrat, positioniert wird, nach der Positionierung der Anordnung entweder mechanisch geneigt wird oder zu dem Zeitpunkt, bei welchem die Anordnung, umfassend die mindestens eine Metallschicht sowie das Keramik-Substrat, auf der mindestens einen Auflage des Träger positioniert wird, bereits geneigt ist.The inclination of the arrangement can also be effected by positioning the at least one support or one or more of the supports arranged on the support itself, on which the arrangement comprising the at least one metal layer and the ceramic substrate is positioned, after positioning Arrangement is either mechanically inclined or at the time at which the arrangement comprising the at least one metal layer and the ceramic substrate is positioned on the at least one support of the carrier is already inclined.
Außerdem ist es möglich, dass die Neigung der Anordnung dadurch erfolgt, dass sowohl der Träger als auch mindestens eine der darauf angeordneten Auflagen nach der Positionierung der Anordnung entsprechend geneigt wird oder bereits geneigt ist.In addition, it is possible that the inclination of the arrangement is effected in that both the carrier and at least one of the supports arranged thereon is correspondingly inclined or already inclined after the positioning of the arrangement.
Grundsätzlich kann also die Neigung der Anordnung, umfassend die mindestens eine Metallschicht sowie das Keramik-Substrat, durch Neigen des gesamten Trägers, umfassend die mindestens eine Auflage, und/oder durch die Neigung der mindestens einen Auflage bewirkt werden.In principle, therefore, the inclination of the arrangement, comprising the at least one metal layer and the ceramic substrate, can be effected by inclining the entire carrier, comprising the at least one support, and / or by the inclination of the at least one support.
Sollte vorgesehen sein, dass der Träger mit der mindestens einen darauf angeordneten Auflage und/oder die mindestens eine Auflage bzw. eine oder mehrere der auf dem Träger angeordneten Auflagen selber nach dem Positionieren der Anordnung geneigt wird, so kann das Neigen sowohl im Verfahrensschritt (1) und/oder gegebenenfalls in Verfahrensschritt (4), d. h. jeweils vor dem Erhitzen der Anordnung, oder im Verfahrensschritt (2) und/oder gegebenenfalls in Verfahrensschritt (5), d. h. jeweils während dem Erhitzen der Anordnung, erfolgen.Should it be provided that the carrier with the at least one support arranged thereon and / or the at least one support or one or more supports arranged on the support itself is tilted after the positioning of the arrangement, tilting can be carried out both in method step (1 ) and / or optionally in process step (4), d. H. in each case before the heating of the arrangement, or in process step (2) and / or optionally in process step (5), d. H. each time during the heating of the arrangement, take place.
Durch die Neigung der Anordnung auf dem Träger kommt es zu einer definierten Ausrichtung der mindestens einen Metallschicht und des Keramik-Substrats untereinander: Die mindestens eine Metallschicht sowie das Keramik-Substrat rutschen durch die Neigung des Trägers selber oder durch die Neigung, die über die auf dem Träger entsprechend geeignet angeordnete mindestens eine Auflage bewirkt wird, in eine zuvor bestimmte Position, so dass ihre Anordnung zueinander als definiert angesehen wird.Due to the inclination of the arrangement on the carrier, there is a defined orientation of the at least one metal layer and the ceramic substrate with each other: The at least one metal layer and the ceramic substrate slip through the inclination of the carrier itself or by the inclination, on the on the carrier is suitably arranged at least one support is effected, in a predetermined position, so that their arrangement is considered to each other as defined.
Darüber hinaus wird durch die Neigung des Trägers bzw. der mindestens einen Auflage eine Fixierung der mindestens einen Metallschicht und des Keramik-Substrats derart erreicht, dass ein Verrutschen in den nachfolgenden Verfahrensschritten vermieden wird.In addition, a fixation of the at least one metal layer and the ceramic substrate is achieved by the inclination of the carrier or at least one support such that slipping in the subsequent process steps is avoided.
Darüber sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren einseitig, sowie in einer zweistufigen Verfahrensweise auch doppelseitig metallisierte Keramik-Substrate herstellbar, die in ihrer Gesamtheit eine definierte und konstante Orientierung der beiden Metallschichten und des Keramik-Substrats zueinander aufweisen.In addition, with the method according to the invention on one side, as well as in a two-step procedure also double-sided metallized ceramic substrates produced in their entirety have a defined and constant orientation of the two metal layers and the ceramic substrate to each other.
Bei der Herstellung lediglich einseitig metallisierter Keramik-Substrate wird der vorstehend beschriebene Bonding-Prozess mit den Verfahrensschritten (1) und (2) lediglich einmal durchgeführt. Dazu wird im Verfahrensschritt (1) die Anordnung, umfassend zumindest eine erste Metallschicht und ein Keramik-Substrat, derart auf dem erfindungsgemäßen Träger positioniert, dass das Keramik-Substrat auf der auf dem Träger angebrachten mindestens einen Auflage aufliegt und die mindestens eine Metallschicht auf der der Auflage des Trägers abgewandten Seite des Keramik-Substrats aufgebracht ist. Die derart positionierte Anordnung wird dann in Verfahrensschritt (2) gebondet.In the production of only one-side metallized ceramic substrates, the above-described bonding process with the method steps (1) and (2) is carried out only once. This is in the Process step (1) the arrangement, comprising at least a first metal layer and a ceramic substrate, positioned on the support according to the invention that the ceramic substrate rests on the mounted on the support at least one support and the at least one metal layer on the support of Support side facing away from the ceramic substrate is applied. The thus positioned arrangement is then bonded in step (2).
Die Herstellung doppelseitig metallisierter Keramik-Substrate ist in einem zweistufigen Bonding-Prozess möglich, worin zunächst ein einseitig metallisiertes Keramik-Substrat gemäß den vorstehend beschriebenen Verfahrensschritten (1) und (2) hergestellt wird. Anschließend werden die zusätzlichen Verfahrensschritte, umfassend
- (3) Drehen des metallisierten Keramik-Substrats aus Verfahrensschritt (2) um eine parallel zu seiner Längs- oder Querkante verlaufende Drehachse;
- (4) Positionieren der Anordnung aus Verfahrensschritt (3) und zumindest einer weiteren Metallschicht, auf einem Träger, wie vorstehend definiert;
- (5) Erhitzen der aus dem Verfahrensschritt (4) resultierenden Anordnung wie in vorstehend beschriebenem Verfahrensschritt (2) definiert
- (3) rotating the metallized ceramic substrate from step (2) about a rotational axis parallel to its longitudinal or transverse edge;
- (4) positioning the assembly of step (3) and at least one further metal layer on a support as defined above;
- (5) heating the assembly resulting from the process step (4) as defined in the above-described process step (2)
Dabei wird anschließend an den Verfahrensschritt (2) das auf der dem Träger abgewandten Seite des Keramik-Substrats metallisierte Keramik-Substrat so gedreht, dass in einem nächsten Verfahrensschritt auf der bisher nicht metallisierten Keramik-Substrat-Seite eine weitere Metallschicht in gleicher Weise aufgebracht werden kann. Dabei befindet sich die zuerst metallisierte Seite des Keramik-Substrats auf der dem Träger zugewandten Seite. Üblicherweise erfolgt das Drehen des metallisierten Keramik-Substrats aus Verfahrensschritt (2) durch Drehen um eine parallel zur längsten Kante (Längskante) oder kürzesten Kante (Querkante) des einseitig metallisierten Substrats verlaufende Drehachse, entsprechend einem Kippen um die Längs- oder Querkante.In this case, subsequent to method step (2), the ceramic substrate metallized on the side of the ceramic substrate facing away from the carrier is rotated such that a further metal layer is applied in the same way on the previously unmetallized ceramic substrate side in a next method step can. In this case, the first metallized side of the ceramic substrate is located on the side facing the carrier. Usually, the turning of the metallized ceramic substrate from method step (2) takes place by rotating about an axis of rotation parallel to the longest edge (longitudinal edge) or shortest edge (transverse edge) of the one-sided metallized substrate, corresponding to tilting about the longitudinal or transverse edge.
Zusätzlich zu den Verfahrensschritten (1) bis (5) können grundsätzlich noch weitere Verfahrensschritte durchgeführt werden. Beispielsweise kann das Positionieren in Verfahrensschritt (1) und/oder gegebenenfalls in Verfahrensschritt (4) durch mechanisches Ausrichten von Keramiksubstrat und Metallschicht manuell oder mittels einer geeigneten Ausrichtungsvorrichtung erfolgen. Auch ist es möglich, dass – sofern erforderlich – die aus dem Verfahrensschritt (2) resultierenden einseitig metallisierten Keramiksubstrate vor dem Verfahrensschritt (4) durch geeignete Maßnahmen eine zusätzliche Ausrichtung erfahren und beispielsweise eine im ersten Bondschritt erhaltene Durchbiegung der einseitig metallisierten Substrate durch geeignete Schritte verringert wird.In addition to the method steps (1) to (5), in principle further method steps can be carried out. For example, the positioning in method step (1) and / or optionally in method step (4) can be carried out by mechanical alignment of ceramic substrate and metal layer manually or by means of a suitable alignment device. It is also possible, if necessary, for the one-sidedly metallized ceramic substrates resulting from process step (2) to be additionally aligned by suitable measures and, for example, to reduce bending of the metallised substrates on one side by suitable steps in the first bonding step becomes.
Im zweiten Bondschritt gemäß Verfahrensschritt (4) und (5) würde in Ausführungsformen, in denen das Keramik-Substrat nicht symmetrisch auf der Oberfläche metallisiert wurde, bei Verwendung des identischen Trägers wie in Verfahrensschritt (1) und (2) das bereits einseitig metallisierte Substrat im zweiten Verfahrensschritt an der gegenüberliegenden Längskante angeschlagen werden. Dadurch würde im zweiten Bondschritt die Ausrichtung der Metallschicht auf dem bereits einseitig metallisierten Keramik-Substrat beim Positionieren auf dem geneigten Träger asymmetrisch zu der gegenüberliegenden Metallschicht erfolgen. Um dies zu verhindern, werden üblicherweise im ersten und zweiten Bondschritt unterschiedliche Träger verwendet. Durch die Verwendung eines zweiten unterschiedlichen Trägers wird es insbesondere möglich, im ersten und im zweiten Bondschritt jeweils die gleichen Kanten anzuschlagen und damit die Positionierung der zweiten Metallschicht gegenüber der ersten Metallschicht auf dem Keramik-Substrat möglichst exakt zu definieren.In the second bonding step according to method steps (4) and (5), in embodiments in which the ceramic substrate was not metallized symmetrically on the surface, using the identical carrier as in method steps (1) and (2), the already one-sided metallized substrate be struck in the second step on the opposite longitudinal edge. As a result, in the second bonding step, the alignment of the metal layer on the ceramic substrate which has already been metallized on one side would take place asymmetrically with respect to the opposite metal layer during positioning on the inclined support. In order to prevent this, different carriers are usually used in the first and second bonding step. The use of a second different carrier makes it possible, in particular, to strike the same edges in the first and in the second bonding step and thus to define the positioning of the second metal layer with the first metal layer on the ceramic substrate as accurately as possible.
Bevorzugt wird im zweiten Bondschritt nach Verfahrensschritt (4) und (5) ein Träger verwendet, welcher im Aufbau dem Träger des ersten Bondschrittes aus Verfahrensschritt (1) und (2) entspricht und gegenüber diesem um die gleiche Kante gespiegelt ist, um die das einseitig metallisierte Substrat aus Verfahrensschritt (2) gedreht wurde.Preferably, in the second bonding step after method step (4) and (5), a carrier is used which corresponds in construction to the carrier of the first bonding step from method steps (1) and (2) and is mirrored with respect to same by the same edge, on the one side metallized substrate from step (2) was rotated.
Eine Drehung des einseitig metallisierten Substrats um die Längskante (lange Kante) erfolgt bevorzugt bei Verwendung von erfindungsgemäßen Trägern, bei denen die Auflagen an den langen Kanten des Trägers angebracht sind.A rotation of the one-sided metallized substrate about the longitudinal edge (long edge) is preferably carried out when using carriers according to the invention, in which the supports are attached to the long edges of the carrier.
Eine Drehung des einseitig metallisierten Substrats um die Querkante (kurze Kante) erfolgt bevorzugt bei Verwendung von erfindungsgemäßen Trägern, bei denen die Auflagen an den kurzen Kanten des Trägers angebracht sind.A rotation of the one-sidedly metallized substrate about the transverse edge (short edge) is preferably carried out when using carriers according to the invention, in which the supports are attached to the short edges of the carrier.
Die Verwendung eines identischen Trägers in Verfahrensschritt (1) und in Verfahrensschritt (4) ist dann möglich, wenn die Abmessungen der Metallschichten und des Keramiksubstrats so aufeinander abgestimmt werden, dass sich die Metallschicht während des Bondprozesses in Verfahrensschritt (2) und (5) jeweils bis zum gegenüberliegenden Keramikrand ausdehnt und vollständig mit der Keramik verbindet, also auf Ober- und Unterseite symmetrisch metallisierte Keramik-Substrate resultieren. The use of an identical carrier in process step (1) and in process step (4) is possible if the dimensions of the metal layers and the ceramic substrate are coordinated so that the metal layer during the bonding process in step (2) and (5) respectively extends to the opposite ceramic edge and connects completely with the ceramic, so on the top and bottom symmetrically metallized ceramic substrates result.
Darüber hinaus ist auch eine Ausführungsform eines zweistufigen Bond-Verfahrens möglich, worin die Metallschicht und das Keramik-Substrat derart dimensioniert sind bzw. die Position und Größe der nutzbaren Fläche auf dem Substrat so gestaltet sind, dass das Anschlagen des metallisierten Substrats an der Auflage im Verfahrensschritt (4) nach dem Drehen gemäß Verfahrensschritt (3) für das resultierende zweiseitig metallisierte Produkt keine negativen Auswirkungen, beispielsweise in Form von Beschädigungen der Metallschicht in der Randregion des metallisierten Substrats, hat. Beispielsweise sind hier Ausführungsformen denkbar, worin eine Metallisierung vorgesehen wird, die im Randbereich, in dem die Anordnungen auf der mindestens einen Auflage des Trägers aufliegen, einen überstehenden Keramikbereich belässt. In solchen Fällen ist es auch denkbar, einen Träger mit identischer Ausgestaltung im ersten und zweiten Bondschritt zu verwenden.In addition, an embodiment of a two-stage bonding method is possible in which the metal layer and the ceramic substrate are dimensioned or the position and size of the usable area on the substrate are designed so that the striking of the metallized substrate to the support in Method step (4) after rotating according to method step (3) for the resulting two-sided metallized product has no negative effects, for example in the form of damage to the metal layer in the edge region of the metallized substrate has. For example, embodiments are conceivable in which a metallization is provided, which leaves a protruding ceramic region in the edge region in which the arrangements rest on the at least one support of the support. In such cases, it is also conceivable to use a carrier with identical configuration in the first and second bonding step.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es besonders bevorzugt, dass die erfindungsgemäße Anordnung, sowohl die Anordnung aus Verfahrensschritt (1) als auch gegebenenfalls die Anordnung aus Verfahrensschritt (4), jeweils ausschließlich in mindestens einem randseitigen Teilbereich der Anordnung mit mindestens einer ihrer Außenkanten aufliegt. Dies bedeutet, dass es erfindungsgemäß besonders bevorzugt ist, dass die erfindungsgemäßen Anordnungen, außer im außenseitigen Randbereich, keinen weiteren Kontakt durch Auflage auf dem Träger oder daran angebrachten Auflagen und/oder Anschlägen haben. Erfindungsgemäß bezeichnet dabei dieser ausschließliche randseitige Teilbereich der erfindungsgemäßen Anordnungen den Bereich des Umfangs, in dem die erfindungsgemäßen Anordnungen während des Bond-Prozesses auf den erfindungsgemäßen Auflagen aufliegen. Durch die nachfolgend definierte Größe der erfindungsgemäßen Auflagen ergibt sich damit die Größe dieses randseitigen Teilbereichs der erfindungsgemäßen Anordnungen entsprechend.In the context of the present invention, it is particularly preferred that the arrangement according to the invention, both the arrangement of method step (1) and, if appropriate, the arrangement of method step (4), in each case rests exclusively in at least one peripheral portion of the arrangement with at least one of its outer edges. This means that, according to the invention, it is particularly preferred that the arrangements according to the invention, except in the outer edge region, have no further contact with the support or with supports and / or stops attached thereto. According to the invention, this exclusive edge-side subarea of the arrangements according to the invention designates the region of the circumference in which the arrangements according to the invention rest on the supports according to the invention during the bonding process. As a result of the subsequently defined size of the supports according to the invention, the size of this edge-side portion of the arrangements according to the invention accordingly results.
Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Keramik-Substrate können bereits vor Durchführung des eigentlichen Bondprozesses im Verfahrensschritt (2), sowie gegebenenfalls vor Durchführung des zweiten Bondprozesses im Verfahrensschritt (4), per se eine Torsion sowie auch eine gewisse Eigenbiegung aufweisen. In der Regel sind die in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Keramik-Substrate nicht vollkommen eben. Eine bereits bestehende Eigenbiegung und/oder Torsion des Substrats kann sich bei dem anschließenden Bondprozess im Verfahrensschritt (2), sowie gegebenenfalls im Verfahrensschritt (5), unter Einwirkung von entsprechenden Bond-Temperaturen verändern, das heißt verstärken und/oder reduzieren. Dabei ist insbesondere eine Ausbildung oder Verstärkung einer solchen Biegung aufgrund des sogenannten Bimetall-Effekts der metallisierten Substrate zu erwähnen. Der Grad der Biegung kann außerdem durch das Eigengewicht des Keramik-Metallverbundes bei einigen Materialkombinationen bewirkt werden und jeweils durch geeignete Wahl der seitlichen stützenden Auflagen, die ein Durchhängen der Anordnung aus Keramiksubstrat und der mindestens einen Metallschicht reduzieren, gezielt beeinflusst werden.The ceramic substrates used in the method according to the invention can, before the actual bonding process is carried out in process step (2) and, if appropriate, before carrying out the second bonding process in process step (4), have per se a torsion as well as a certain intrinsic bending. In general, the ceramic substrates used in the process according to the invention are not completely flat. An existing self-bending and / or torsion of the substrate may change, ie amplify and / or reduce, during the subsequent bonding process in method step (2), and optionally in method step (5), under the action of corresponding bonding temperatures. In particular, a formation or reinforcement of such a bend due to the so-called bimetallic effect of the metallized substrates should be mentioned. The degree of flexure may also be effected by the inherent weight of the ceramic-metal composite in some combinations of materials and may be selectively affected by appropriate selection of the lateral support pads which reduce sagging of the ceramic substrate assembly and the at least one metal layer.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren, in welchem die Anordnung, umfassend zumindest eine erste Metallschicht und ein Keramik-Substrat, derart auf einer oder mehreren auf dem Träger angeordneten Auflagen positioniert wird, dass die Anordnung lediglich in mindestens einem randseitigen Teilbereich lediglich mit mindestens einer ihrer Außenkanten auf der Auflage des Trägers aufliegt, wird einerseits eine Reduzierung einer möglicherweise bereits bestehenden Torsion erreicht. Darüber hinaus kann auch durch Berücksichtigung der Materialeigenschaften und geeignete Wahl der stützend wirkenden Auflagen die Biegung der metallisierten Keramik-Substrate gezielt beeinflusst werdenBy means of the method according to the invention, in which the arrangement, comprising at least one first metal layer and one ceramic substrate, is positioned on one or more supports arranged on the carrier, the arrangement only has at least one edge-side partial area only with at least one of its outer edges rests on the support of the carrier, on the one hand, a reduction of a possibly existing torsion is achieved. In addition, the bending of the metallized ceramic substrates can also be influenced in a targeted manner by taking into account the material properties and a suitable choice of supporting supports
Bei Vorliegen eines gebogenen oder tordierten Keramik-Substrats, welches nur an einigen wenigen Punkten auf den erfindungsgemäßen Auflagen aufliegt während die anderen Auflagen von dem tordierten bzw. gebogenen Keramik-Substrat aufgrund der Biegung oder Torsion nicht berührt werden, kommt es bei dem Erwärmen zu einer Reduzierung der Torsion. Die zu hoch stehenden Stellen des Keramik-Substrats nähern sich beim Erwärmen an die Auflagen an, da das Keramik-Substrat weich wird und sozusagen „nach unten” fließt. Ein weiterer Effekt, der dabei die Reduzierung der Torsion bewirkt, liegt darin, dass lediglich einige wenige Punkte, beispielsweise zwei oder auch drei, der auf den erfindungsgemäßen Auflagen aufliegenden Punkte des Substrats durch den Kontakt zu der jeweiligen Auflage belastet und im Vergleich zu den übrigen freistehenden bzw. hochstehenden Punkten, die keinen Kontakt zu einer Auflage haben, nach oben gedrückt werden. Auf die freistehenden Punkte der Anordnung wird dadurch ein geringerer bzw. kein Druck ausgeübt, wodurch ein Biegemoment entsteht. Durch dieses Biegemoment und das oben erwähnte plastische Fließen der Keramik bei Bondtemperatur wird die Torsion des Substrats reduziert, bzw. durch das Verhindern des Rutschens in den tiefsten Schwerpunkt der Anordnung nicht weiter gesteigert.In the presence of a bent or twisted ceramic substrate, which rests only on a few points on the supports according to the invention while the other supports are not touched by the twisted or bent ceramic substrate due to the bending or torsion, heating occurs Reduction of torsion. The excessively high points of the ceramic substrate approach when heating on the pads, as the ceramic substrate is soft and, so to speak, "flows down". Another effect, which causes the reduction of torsion, is that only a few points, for example two or three, of the points of the substrate resting on the supports according to the invention are loaded by contact with the respective support and in comparison to the others freestanding or high-ranking points that have no contact with an edition, are pushed upward. On the freestanding points of the arrangement thereby a lesser or no pressure is exerted, whereby a bending moment arises. By this bending moment and the above-mentioned plastic flow the ceramic at bond temperature, the torsion of the substrate is reduced, or not further increased by preventing the slipping in the deepest center of gravity of the arrangement.
Dieser Effekt der Reduzierung der Torsion wird bevorzugt erzielt, wenn das tordierte Keramik-Substrat an mindestens zwei, bevorzugt drei, Punkten auf mindestens zwei, bevorzugt drei, der erfindungsgemäßen Auflagen aufliegt.This effect of reducing the torsion is preferably achieved when the twisted ceramic substrate rests on at least two, preferably three, points on at least two, preferably three, of the supports according to the invention.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es somit möglich, reproduzierbar einseitig und/oder doppelseitig metallisierte Keramik-Substrate in Serie herzustellen, die eine geringe Torsion aufweisen.The inventive method, it is thus possible to produce reproducible one-sided and / or double-sided metallized ceramic substrates in series, which have a low torsion.
Damit lassen sich insgesamt insbesondere in Serie einseitig und/oder doppelseitig metallisierte Keramik-Substrate herstellen, die konstante Charakteristika, insbesondere hinsichtlich Torsion, Ebenheit und Orientierung der einzelnen Schichten, sowie Qualität der metallischen Oberflächen aufweisen.This makes it possible to produce ceramic substrates which are one-sidedly and / or double-sidedly metallized in series and which have constant characteristics, in particular with regard to torsion, flatness and orientation of the individual layers, as well as the quality of the metallic surfaces.
Daher betrifft die vorliegende Erfindung insbesondere ein erfindungsgemäßes Verfahren, welches in der Serienfertigung eine Vielzahl an einseitig und/oder doppelseitig metallisierten Keramik-Substraten mit im Wesentlichen konstanten Eigenschaften von Torsion, Ebenheit, Schichtorientierung, sowie Qualität der metallischen Oberflächen, aufweisen.The present invention therefore relates in particular to a method according to the invention which has a large number of one-sided and / or double-sided metallized ceramic substrates with substantially constant properties of torsion, flatness, layer orientation and quality of the metallic surfaces.
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.
Trägercarrier
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen von metallisierten Keramik-Substraten verwendet einen Träger (auch Bond-Boot oder Bondschiff genannt). Dabei bezeichnet im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Träger die Gesamtheit zur Aufnahme der erfindungsgemäßen Anordnungen. Insbesondere umfasst ein Träger im Sinne der vorliegenden Erfindung mindestens ein Grundgerüst, nachfolgend als Traggerüst bezeichnet, welches ggf. mit einer Einlegeplatte versehen werden kann, sowie mindestens eine Auflage zur Aufnahme der erfindungsgemäßen Anordnung (des Bond-Guts) sowie gegebenenfalls mindestens einen Anschlag als Begrenzung.The method according to the invention for producing metallized ceramic substrates uses a carrier (also called a bond boat or bond ship). In this context, in the context of the present invention, a carrier denotes the entirety for accommodating the arrangements according to the invention. In particular, a carrier according to the present invention comprises at least one skeleton, hereinafter referred to as a support frame, which may optionally be provided with an insert plate, as well as at least one support for receiving the inventive arrangement (the Bond-Guts) and optionally at least one stop as a boundary ,
Die Elemente des erfindungsgemäßen Trägers werden nachfolgend im Detail beschrieben.The elements of the carrier according to the invention are described in detail below.
Das Traggerüst bildet das Grundgerüst des erfindungsgemäßen Trägers, auf oder an welchem die weiteren erfindungsgemäßen Trägerelemente angebracht werden. Dabei kann das Traggerüst beispielsweise in Form eines Rahmens oder von miteinander verbundenen Streben ausgestaltet werden.The support frame forms the basic framework of the support according to the invention, on or on which the further support elements according to the invention are attached. In this case, the support frame can be configured for example in the form of a frame or interconnected struts.
Der erfindungsgemäße Träger umfasst mindestens eine Auflage zur Aufnahme eines Substrats bzw. einer Anordnung, umfassend zumindest eine erste Metallschicht und ein Keramik-Substrat, das sogenannte Bond-Gut.The carrier according to the invention comprises at least one support for receiving a substrate or an arrangement, comprising at least a first metal layer and a ceramic substrate, the so-called bond good.
In einer Variante der Erfindung ist die mindestens eine Auflage auf dem Träger so angeordnet, dass die Anordnung beim Positionieren auf der Auflage des Trägers geneigt ist.In a variant of the invention, the at least one support is arranged on the carrier so that the arrangement is inclined during positioning on the support of the carrier.
Darin ist die mindestens eine Auflage an mindestens einer der randseitigen Kanten des Trägers vorgesehen und derart ausgestaltet und auf dem Träger angeordnet, dass eine darauf positionierte Anordnung, umfassend zumindest eine erste Metallschicht und ein Keramik-Substrat, oder ein darauf zu positionierendes Bond-Gut neigbar ist und/oder geneigt ist. Die Neigung des Bond-Guts oder der Anordnung kann dabei durch die Bauform der auf dem Träger angebrachten mindestens einen Auflage und/oder durch die Art ihrer Anordnung auf dem Träger erreicht werden, beispielsweise durch deren Anzahl, Höhe und/oder Positionierung auf dem Träger.Therein, the at least one overlay is provided on at least one of the edge edges of the carrier and configured and arranged on the carrier such that an arrangement positioned thereon, comprising at least a first metal layer and a ceramic substrate, or a bond material to be positioned thereon, can be tilted is and / or is inclined. The inclination of the bond material or the arrangement can be achieved by the design of the mounted on the support at least one support and / or by the nature of their arrangement on the support, for example by their number, height and / or positioning on the support.
Die auf dem Träger angebrachte mindestens eine Auflage ist derart gestaltet, dass das darauf zu positionierende Bond-Gut geneigt wird. Dies kann beispielsweise durch die Bauform bzw. geometrische Ausgestaltung der mindestens einen Auflage erreicht werden aber auch durch die gewählte Anzahl, Höhe und/oder Positionierung der mindestens einen Auflage auf dem Träger. Diese wird bevorzugt so gewählt, dass eine schiefe Ebene entsteht, die der Neigung des Bond-Guts bzw. der darauf zu positionierenden Anordnung, umfassend zumindest eine erste Metallschicht und ein Keramik-Substrat, derart entsprechen soll, dass es zu einer gezielten Ausrichtung der Position von Keramik-Substrat und Metallschicht zueinander kommt.The attached to the support at least one support is designed such that the bond material to be positioned thereon is inclined. This can be achieved, for example, by the design or geometric design of the at least one support but also by the selected number, height and / or positioning of the at least one support on the support. This is preferably chosen such that an inclined plane is formed which is intended to correspond to the inclination of the bond material or the arrangement to be positioned thereon comprising at least a first metal layer and a ceramic substrate in such a way that it leads to a targeted alignment of the position comes from ceramic substrate and metal layer to each other.
In einer weiteren Variante der Erfindung ist die mindestens eine Auflage auf dem Träger so angeordnet, dass die Anordnung durch Neigen des gesamten Trägers in Verfahrensschritt (1) nach dem Positionieren der Anordnung auf der mindestens einen Auflage des Trägers und/oder durch Neigen des Trägers während des Verfahrensschritts (2) geneigt wird. In a further variant of the invention, the at least one support is arranged on the carrier such that the arrangement by inclining the entire carrier in process step (1) after positioning the assembly on the at least one support of the carrier and / or by inclining the carrier during of the process step (2) is inclined.
Auch eine Kombination von beiden Varianten ist möglich, nämlich Neigen der Anordnung durch Auflegen auf mindestens eine geeignet angeordnete und gestaltete Auflage und Neigen des gesamten Trägers.A combination of both variants is possible, namely tilting the arrangement by placing on at least one suitably arranged and designed edition and tilting of the entire carrier.
Des Weiteren ist die auf dem Träger vorgesehene mindestens eine Auflage derart dimensioniert, dass einerseits eine möglichst kleine Auflagefläche und somit Kontaktfläche zum Bond-Gut bzw. den Bestandteilen der darauf positionierten Anordnung besteht, um Beeinträchtigungen durch Wechselwirkungen zwischen Auflage und Keramik-Substrat bzw. metallisiertem Substrat so gering wie möglich zu halten. Andererseits ist die Dimensionierung der mindestens einen Auflage jedoch so zu wählen, dass mögliche Substratgrößenschwankungen während des Bond-Prozesses und/oder Unterschiede der Ausdehnungskoeffizienten zwischen Träger und der darauf positionierten Anordnung (Keramik-Substrat und Metallschicht) aufgefangen werden können.Furthermore, the at least one support provided on the support is dimensioned such that, on the one hand, the smallest possible contact surface and thus contact surface with the bond material or the components of the arrangement positioned thereon is impaired by interactions between the support and the ceramic substrate or metallized Keep substrate as low as possible. On the other hand, however, the dimensioning of the at least one overlay must be selected such that possible substrate size fluctuations during the bonding process and / or differences in the expansion coefficients between the support and the arrangement (ceramic substrate and metal layer) positioned thereon can be absorbed.
Bevorzugt sind die erfindungsgemäßen Auflagen so dimensioniert, dass die Länge der jeweiligen Auflage, die sich rechtwinklig zu der Außenkante erstreckt mit der die Anordnung auf der entsprechenden Auflage positioniert wird (also zur Mitte des Bond-Gutes hin), nicht mehr als 10 mm, bevorzugter nicht mehr als 5 mm, bevorzugter nicht mehr als 3 mm beträgt.The supports according to the invention are preferably dimensioned so that the length of the respective support which extends at right angles to the outer edge with which the arrangement is positioned on the corresponding support (ie towards the middle of the bonding material) is not more than 10 mm, more preferably not more than 5 mm, more preferably not more than 3 mm.
Entsprechend dieser bevorzugten maximalen Dimensionierung der Auflagen ergibt sich ein bevorzugter randseitiger Teilbereich der erfindungsgemäßen Anordnungen, der sich bis zu 10 mm, bevorzugt bis zu 5 mm, bevorzugter bis zu 3 mm rechtwinklig von der Außenkante der Anordnung (also zur Mitte der Anordnung hin) erstreckt.Corresponding to this preferred maximum dimensioning of the supports, a preferred edge-side subregion of the arrangements according to the invention results, which extends up to 10 mm, preferably up to 5 mm, more preferably up to 3 mm at right angles from the outer edge of the arrangement (ie towards the center of the arrangement) ,
Bei Verwendung von mehr als einer Auflage an einem erfindungsgemäßen Träger können die einzelnen Auflagen jeweils gleich oder unterschiedlich dimensioniert sein.When using more than one overlay on a carrier according to the invention, the individual pads can each be the same or different dimensions.
Darüber hinaus ist die Gestaltung der mindestens einen Auflage bevorzugt so zu wählen, dass die darauf positionierte Anordnung vor oder während des Bondens in die gewünschte Position rutscht und die vorgesehene Ausrichtung der einzelnen Bestandteile der Anordnung untereinander ermöglicht wird. Dies ist besonders bevorzugt in den Varianten, worin die Neigung der Anordnung durch die Neigung der mindestens einen Auflage erzielt und/oder mit unterstützt wird.In addition, the design of the at least one support is preferably to be chosen so that the arrangement positioned thereon before or during bonding slips into the desired position and the intended alignment of the individual components of the arrangement is made possible with each other. This is particularly preferred in the variants in which the inclination of the arrangement is achieved and / or assisted by the inclination of the at least one support.
Auf dem erfindungsgemäßen Träger ist mindestens eine Auflage zur Aufnahme der darauf zu positionierenden Anordnung vorgesehen. Es ist jedoch auch möglich, zwei, drei, vier, fünf, sechs oder mehr jeweils gleich oder unterschiedlich ausgestaltete Auflagen auf dem Träger vorzusehen. Bevorzugt werden zwei, drei, vier oder fünf jeweils gleich oder unterschiedlich ausgestaltete Auflagen vorgesehen. Bevorzugter werden drei, vier oder fünf jeweils gleich oder unterschiedlich ausgestaltete Auflagen vorgesehen. In einer Ausführungsform, die lediglich eine einzige Auflage zur Aufnahme der darauf zu positionierenden Anordnung aufweist, muss die positionierte Anordnung zwangsläufig über mindestens eine weitere Kante gestützt werden. Denkbar ist hier, dass die Anordnung mit der Kante, die der auf der einen Auflage aufliegenden Kante gegenüber liegt, auf dem Träger, beispielsweise auf dessen Einlegeplatte und/oder an mindestens einem an dieser gegenüberliegenden Kante des Trägers positionierten Anschlag aufliegt. Eine solche Ausführungsform ist erfindungsgemäß weniger bevorzugt.At least one support for receiving the arrangement to be positioned thereon is provided on the support according to the invention. However, it is also possible to provide two, three, four, five, six or more identical or differently configured supports on the support. Preferably, two, three, four or five identical or differently configured pads are provided. More preferably, three, four or five identical or differently designed pads are provided. In an embodiment having only a single support for receiving the assembly to be positioned thereon, the positioned assembly must necessarily be supported by at least one further edge. It is conceivable here that the arrangement rests with the edge, which lies opposite the edge resting on the one support, on the support, for example on its insert plate and / or on at least one stop positioned on this opposite edge of the support. Such an embodiment is less preferred according to the invention.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der Träger randseitig mindestens zwei Auflagen umfasst, auf der die Anordnung, umfassend zumindest eine erste Metallschicht und ein Keramik-Substrat, in mindestens zwei randseitigen Teilbereichen mit zwei ihrer Außenkanten aufliegt. In einer solchen Ausführungsform sind also bevorzugt zwei Auflagen auf zwei Außenkanten des Trägers vorgesehen. Dabei können diese beiden Auflagen gleich oder unterschiedlich ausgebildet sein. Die zwei Auflagen können an einander gegenüberliegenden Außenkanten oder einander benachbarten Außenkanten des Trägers vorgesehen sein.A preferred embodiment is characterized in that the carrier at the edge comprises at least two supports on which the arrangement, comprising at least a first metal layer and a ceramic substrate, rests in at least two edge-side portions with two of its outer edges. In such an embodiment, therefore, two supports are preferably provided on two outer edges of the carrier. These two requirements may be the same or different. The two pads may be provided at opposite outer edges or adjacent outer edges of the carrier.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der Träger randseitig mindestens drei Auflagen umfasst, auf der die Anordnung, umfassend zumindest eine erste Metallschicht und ein Keramik-Substrat, in mindestens drei randseitigen Teilbereichen mit mindestens zwei ihrer Außenkanten aufliegt. In einer solchen Ausführungsform werden also bevorzugt zwei Auflagen auf einer Außenkante des Trägers vorgesehen, bei im Wesentlichen rechteckigen Anordnungen bevorzugt auf einer der langen Kanten (Längskanten) des Trägers, und eine weitere Auflage wird auf einer gegenüberliegenden Kante, bevorzugt ebenfalls langen Kante, oder auf einer dazu benachbarten Außenkante des Trägers, bei im Wesentlichen rechteckigen Anordnungen bevorzugt auf einer der kurzen Kanten (Querkanten) der Trägers, vorgesehen. Dabei können diese drei Auflagen jeweils gleich oder unterschiedlich ausgebildet sein.A further preferred embodiment is characterized in that the carrier comprises at least three editions on the edge, on which the arrangement, comprising at least a first metal layer and a ceramic substrate, rests in at least three peripheral partial areas with at least two of its outer edges. In such an embodiment, therefore, two supports are preferably provided on an outer edge of the support, in the case of substantially rectangular arrangements, preferably on one of the long edges (Longitudinal edges) of the carrier, and a further support is on an opposite edge, preferably also long edge, or on an adjacent outer edge of the carrier, in substantially rectangular arrangements preferably on one of the short edges (transverse edges) of the carrier provided. In this case, these three requirements may be the same or different.
Sofern tordierte Substrate auftreten, sind Ausführungsformen bevorzugt, worin der erfindungsgemäße Träger mindestens vier Auflagen aufweist. Durch die Positionierung per se bereits vor dem Bond-Prozess tordierter Keramik-Substrate und mindestens einer Metallschicht auf beispielsweise drei der mindestens vier Auflagen wird in einer solchen Ausführungsform ein stabiles Aufliegen des tordierten Substrats über drei Punkte auf drei der Auflagen erreicht. Dabei werden lediglich die drei auf den Auflagen aufliegenden Punkte des Substrats durch den Kontakt zu der jeweiligen Auflage belastet und im Vergleich zu dem vierten freistehenden, in der Regel torsionsbedingt hochstehenden Punkt, der keinen Kontakt zu einer Auflage hat, nach oben gedrückt. Auf den freistehenden Punkt der Anordnung wird dadurch ein geringerer bzw. kein Druck ausgeübt, wodurch ein Biegemoment entsteht. Durch dieses Biegemoment und das plastische Fließen der Keramik bei Bondtemperatur wird die Torsion des Substrats reduziert, bzw. durch das Verhindern des Rutschens in den tiefsten Schwerpunkt der Anordnung nicht weiter gesteigert.If twisted substrates occur, embodiments are preferred in which the support according to the invention has at least four supports. By positioning per se already before the bonding process of twisted ceramic substrates and at least one metal layer on, for example, three of the at least four supports, in such an embodiment, a stable contact of the twisted substrate over three points on three of the supports is achieved. In this case, only the three resting on the supports points of the substrate are charged by the contact to the respective support and compared to the fourth freestanding, usually torsionally upstanding point that has no contact with a support, pushed up. On the freestanding point of the arrangement thereby a lesser or no pressure is exerted, whereby a bending moment arises. By this bending moment and the plastic flow of the ceramic at bonding temperature, the torsion of the substrate is reduced, or not further increased by preventing the slippage in the deepest center of gravity of the arrangement.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der Träger randseitig mindestens vier Auflagen umfasst, auf der die Anordnung, umfassend zumindest eine erste Metallschicht und ein Keramik-Substrat, in mindestens vier randseitigen Teilbereichen mit mindestens zwei ihrer Außenkanten aufliegt. In einer solchen Ausführungsform werden bevorzugt jeweils zwei Auflagen auf zwei einander gegenüberliegenden Außenkanten des Trägers vorgesehen, bei im Wesentlichen rechteckigen Anordnungen bevorzugt auf den beiden langen Kanten (Längskanten). Dabei können diese vier Auflagen jeweils gleich oder unterschiedlich ausgebildet sein. Es ist auch denkbar, dass jeweils zwei Auflagen auf zwei einander benachbarten Außenkanten des Trägers vorgesehen sind.A further preferred embodiment is characterized in that the carrier comprises at least four supports on the edge, on which the arrangement, comprising at least a first metal layer and a ceramic substrate, rests in at least four edge-side partial areas with at least two of its outer edges. In such an embodiment, two supports are preferably provided on two opposite outer edges of the carrier, in the case of substantially rectangular arrangements, preferably on the two long edges (longitudinal edges). In this case, these four requirements may each be the same or different. It is also conceivable that two pads are each provided on two adjacent outer edges of the carrier.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der Träger randseitig mindestens fünf Auflagen umfasst, auf der die Anordnung, umfassend zumindest eine erste Metallschicht und ein Keramik-Substrat, in mindestens fünf randseitigen Teilbereichen mit mindestens drei ihrer Außenkanten aufliegt. In einer solchen Ausführungsform werden bevorzugt jeweils zwei Auflagen auf zwei einander gegenüberliegenden Außenkanten des Trägers vorgesehen, bei im Wesentlichen rechteckigen Anordnungen bevorzugt auf den beiden langen Kanten (Längskanten), und eine weitere Auflage wird auf einer weiteren Außenkante des Trägers, bei im Wesentlichen rechteckigen Anordnungen bevorzugt auf einer der kurzen Kanten (Querkanten), vorgesehen. Dabei können diese fünf Auflagen jeweils gleich oder unterschiedlich ausgebildet sein.A further preferred embodiment is characterized in that the carrier comprises at least five editions on the edge, on which the arrangement, comprising at least a first metal layer and a ceramic substrate, rests in at least five peripheral partial areas with at least three of its outer edges. In such an embodiment, two supports are preferably each provided on two opposite outer edges of the carrier, in the case of essentially rectangular arrangements preferably on the two long edges (longitudinal edges), and a further support is placed on a further outer edge of the carrier, with essentially rectangular arrangements preferably on one of the short edges (transverse edges), provided. These five editions can each be the same or different.
Die nachfolgende Tabelle zeigt beispielhaft mögliche Anordnungen der mindestens einen Auflage an dem Träger, ohne dass die Erfindung hierauf beschränkt ist:
Entsprechende beispielhafte Möglichkeiten zur Anordnung ergeben sich auch für den mindestens einen an dem Träger vorgesehenen Anschlag. Außerdem können darin jeweils auch Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Auflagen und Anschläge vorgesehen werden, die gleichzeitig die Funktion von Auflage und Anschlag erfüllen, wie nachfolgend ausgeführt und beispielhaft in
Weitere Kombinationen und Anordnungen sind möglich und ebenfalls von der vorliegenden Erfindung umfasst.Other combinations and arrangements are possible and also encompassed by the present invention.
Grundsätzlich kann in einer ersten Variante der Träger bedingt durch die Bauform, Anzahl, Höhe und/oder Positionierung der darauf angebrachten mindestens einen Auflage bereits die Neigung der darauf zu positionierenden Anordnung vorgeben, wodurch es bei der Positionierung der einzelnen Bestandteile der Anordnung zu deren Ausrichtung auf dem Träger kommt.Basically, in a first variant of the carrier due to the design, number, height and / or positioning of the attached at least one edition already predetermine the inclination of the arrangement to be positioned on it, whereby it in the positioning of the individual components of the arrangement to their orientation the carrier comes.
Grundsätzlich kann darin aber auch die mindestens eine auf dem Träger angebrachte Auflage zur Aufnahme der Bestandteile der Anordnung erst nach dem Positionieren der einzelnen Bestandteile der Anordnung geneigt werden, beispielsweise durch Verstellen der Höhe und/oder Position (Neigung) der mindestens einen Auflage, so dass es zu einer Positionierung der einzelnen Bestandteile der Anordnung kommt.In principle, however, the at least one support arranged on the support for receiving the components of the arrangement can also be inclined only after the positioning of the individual components of the arrangement, for example by adjusting the height and / or position (inclination) of the at least one support, so that it comes to a positioning of the individual components of the arrangement.
In einer zweiten Variante erfährt die Anordnung nach Positionierung auf der mindestens einen Auflage des Trägers eine Neigung, indem der gesamte Träger geneigt wird, wie vorstehend bereits beschrieben.In a second variant, the arrangement undergoes an inclination after positioning on the at least one support of the support by tilting the entire support, as already described above.
Bevorzugt erfährt die Anordnung nach Positionierung auf der mindestens einen Auflage des Trägers eine Neigung durch die Auflagen und durch die Neigung des gesamten Trägers.Preferably, the arrangement undergoes, after being positioned on the at least one support of the support, an inclination by the supports and by the inclination of the entire support.
Damit die räumliche Höhe des Trägers für den Durchlauf im Bondofen nicht zu groß ist, kann der geneigte Träger und/oder die darauf angebrachte mindestens eine geneigte Auflage nach dem Positionieren und Ausrichten der Bestandteile der Anordnung wieder einer waagerechten Position angenähert werden.So that the spatial height of the support for the passage in the bonding furnace is not too large, the inclined support and / or the attached thereto at least one inclined support can be approximated to a horizontal position after positioning and aligning the components of the arrangement.
In diesem Fall sind die Neigung und die Auswahl der Materialien des Trägers 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 choice of materials of the wearer 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.
Grundsätzlich ist die Form und Größe der mindestens einen Auflage so zu gestalten, dass die darauf positionierte Anordnung aufgrund einer durch den Bondprozess entstehenden Biegung, insbesondere beispielsweise eine auftretende Bimetall-Durchbiegung, nicht mit anderen Bestandteilen des Trägers in Berührung kommt.In principle, the shape and size of the at least one support is to be designed so that the arrangement positioned thereon does not come into contact with other components of the support due to a bending, in particular a bimetallic deflection occurring, for example, due to the bonding process.
Eine Bimetall-Durchbiegung tritt in der Regel im zweiten Bondschritt auf. Besonders wichtig ist eine exakte Ausrichtung von Keramik-Substrat und Metallschicht zueinander daher vor und während des zweiten Bondschritts, d. h. im erfindungsgemäßen Verfahrensschritt (4).A bimetallic deflection usually occurs in the second bonding step. Therefore, it is particularly important to precisely align the ceramic substrate and metal layer with each other before and during the second bonding step, i. H. in the process step (4) according to the invention.
Beispiele möglicher Ausgestaltungen der auf den erfindungsgemäßen Trägern vorgesehenen mindestens einen Auflage zeigt
In der erfindungsgemäßen Variante, in der die Neigung der Anordnung durch die an dem Träger angebrachte mindestens eine Auflage bewirkt wird, wird die vorgesehene mindestens eine Auflage an dem Träger derart angebracht, dass eine Neigung der darauf positionierten Anordnung bewirkt wird oder bewirkt werden kann. Durch die Neigung kommt es bei dem oder nach dem Positionieren der Keramik-Substratschicht und der Metallschicht zu einer Positionierung der einzelnen Schichten zueinander.In the variant according to the invention in which the inclination of the arrangement is effected by the at least one support attached to the support, the provided at least one support is attached to the support in such a way that an inclination of the arrangement positioned thereon is effected or can be effected. Due to the inclination, during or after the positioning of the ceramic substrate layer and the metal layer, the individual layers are positioned relative to one another.
Damit die Anordnung auf der mindestens einen Auflage des Trägers fixiert bleibt, ist es vorgesehen, dass der Träger randseitig mindestens eine Begrenzung in der Form von mindestens einem Anschlag oder mindestens einer Kante als Begrenzung aufweist. Eine derartige Begrenzung ist dabei an mindestens einer der jeweils durch die Neigung unten liegenden Kante des Trägers, an welche die Anordnung durch die Neigung des Trägers bzw. der Auflagen rutscht, vorgesehen. Wird nun die Anordnung, umfassend die mindestens eine Metallschicht und das Keramik-Substrat, auf der mindestens einen Auflage des Trägers positioniert, können die einzelnen Schichten der Anordnung der durch die Auflagen bewirkten Neigung folgend verrutschen und so an die Begrenzung des Trägers anstoßen. Hierdurch wird eine klar definierte Positionierung der einzelnen Schichten der Anordnung erreicht, die damit auch zueinander eine klar definierte Positionierung aufweisen.So that the arrangement remains fixed on the at least one support of the carrier, it is provided that the carrier has at least one boundary in the form of at least one stop or at least one edge as boundary on the edge. Such a limitation is provided on at least one of the edge of the carrier lying in each case by the inclination to which the arrangement slips due to the inclination of the carrier or the supports. If the arrangement comprising the at least one metal layer and the ceramic substrate is then positioned on the at least one support of the support, the individual layers of the arrangement can slip following the inclination caused by the supports and thus abut the boundary of the support. As a result, a clearly defined positioning of the individual layers of the arrangement is achieved, which thus also have a clearly defined positioning relative to one another.
Grundsätzlich ist es möglich, dass der erfindungsgemäße Träger mindestens einen Anschlag zur Begrenzung des Trägers aufweist. Es ist jedoch auch möglich, zwei, drei, vier, fünf, sechs oder mehr jeweils gleich oder unterschiedlich ausgestaltete Anschläge auf dem Träger vorzusehen. Bevorzugt werden ein, zwei oder drei gleich oder unterschiedlich ausgestaltete Anschläge vorgesehen. Bevorzugter werden zwei oder drei gleich oder unterschiedlich ausgestaltete Anschläge vorgesehen. Weiter bevorzugt sind ein, zwei oder drei gleich ausgestaltete Anschläge vorgesehen. Noch weiter bevorzugt sind zwei oder drei jeweils gleich ausgestaltete Anschläge vorgesehen.In principle, it is possible that the carrier according to the invention has at least one stop for limiting the carrier. However, it is also possible to have two, three, four, five, six or more each provided identically or differently designed attacks on the carrier. Preferably, one, two or three identically or differently configured stops are provided. More preferably, two or three identically or differently configured stops are provided. More preferably, one, two or three identically designed stops are provided. Even more preferably, two or three identically configured stops are provided.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der Träger randseitig mindestens einen Anschlag an mindestens einer der durch die Neigung der positionierten Anordnung unten liegenden Kante aufweist. Bevorzugt sind mindestens zwei Anschläge an mindestens einer der durch die Neigung der positionierten Anordnung unten liegenden Kante vorgesehen. Weiter bevorzugt sind dabei zwei Anschläge an einer der untenliegenden Kanten der positionierten Anordnung vorgesehen, vorzugsweise an der langen unten liegenden Kante (Längskante). Dabei können diese jeweils beiden Anschläge gleich oder unterschiedlich ausgebildet sein.A preferred embodiment is characterized in that the carrier at the edge has at least one stop on at least one of the edges located below by the inclination of the positioned arrangement. At least two stops are preferably provided on at least one of the edges located below by the inclination of the positioned arrangement. More preferably, two stops are provided on one of the lower edges of the positioned arrangement, preferably on the long lower edge (longitudinal edge). In this case, these two attacks can be the same or different.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind mindestens zwei Anschläge an mindestens zwei der durch die Neigung der positionierten Anordnung unten liegenden Kanten vorgesehen, bevorzugt ist dabei ein Anschlag an der langen untenliegenden Kante (Längskante) der positionierten Anordnung vorgesehen und ein zweiter Anschlag ist an der kurzen untenliegenden Kante (Querkante) der positionierten Anordnung vorgesehen. Dabei können diese beiden Anschläge jeweils gleich oder unterschiedlich ausgebildet sein.In a further preferred embodiment, at least two stops are provided on at least two of the edges located below by the inclination of the positioned arrangement, a stop on the long underlying edge (longitudinal edge) of the positioned arrangement is preferably provided, and a second stop is on the short underlying one Edge (transverse edge) of the positioned arrangement provided. In this case, these two stops can each be the same or different.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind mindestens drei Anschläge an mindestens zwei der durch die Neigung der positionierten Anordnung unten liegenden Kanten vorgesehen, bevorzugt sind dabei zwei Anschläge an der langen untenliegenden Kante (Längskante) der positionierten Anordnung vorgesehen und ein dritter Anschlag ist an der kurzen untenliegenden Kante (Querkante) der positionierten Anordnung vorgesehen. Dabei können diese drei Anschläge jeweils gleich oder unterschiedlich ausgebildet sein.In a further preferred embodiment, at least three stops are provided on at least two of the edges located below by the inclination of the positioned arrangement, two stops on the long underlying edge (longitudinal edge) of the positioned arrangement are preferably provided, and a third stop is on the short one below Edge (transverse edge) of the positioned arrangement provided. In this case, these three stops can each be the same or different.
Dabei können die als Begrenzung des Trägers wirkenden Anschläge hinsichtlich ihrer Form, Dimension und Positionierung an den randseitigen Kanten des Trägers nahezu beliebig ausgestaltet werden, solange sie in der Lage sind, die geneigte Anordnung, umfassend zumindest eine erste Metallschicht und ein Keramik-Substrat, nach Neigung der Anordnung auf den Auflagen des Trägers zu fixieren. Denkbar sind diverse geometrische Grundflächen wie z. B. rechteckig, rund, dreieckig, usw. Typischerweise werden diese nach oben projiziert bzw. extrudiert, so dass sich Säulen mit der jeweiligen Grundfläche ergeben.In this case, acting as a boundary of the carrier stops with respect to their shape, dimension and positioning at the edge edges of the carrier can be configured almost arbitrarily, as long as they are able, the inclined arrangement comprising at least a first metal layer and a ceramic substrate after To fix the inclination of the arrangement on the supports of the wearer. Conceivable are various geometric surfaces such. As rectangular, round, triangular, etc. Typically, these are projected upwards or extruded, so that there are columns with the respective base area.
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 vertikal über den Träger hinausragt. Dabei ist die Höhe der Begrenzung bzw. des mindestens einen Anschlags so zu wählen, dass die auf der mindestens einen Auflage positionierten Anordnungen aufgrund einer Durchbiegung, beispielsweise einer durch den Bondprozess entstehenden Bimetall-Durchbiegung, nicht über die Anschläge und damit von der mindestens einen Auflage rutschen. Die Anschläge sind jedoch vorzugsweise möglichst schmal ausgebildet, damit sie eine geringe Kontaktfläche zum Bond-Gut aufweisen.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 vertically beyond the carrier. In this case, the height of the boundary or of the at least one stop is to be selected such that the arrangements positioned on the at least one support do not have the stops and thus of the at least one support due to a deflection, for example a bimetallic deflection resulting from the bonding process slip. However, the stops are preferably designed as narrow as possible, so that they have a small contact area to the bond Good.
Grundsätzlich ist es in allen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen möglich, dass die Anschläge so gestaltet sind, dass sie gleichzeitig die Funktion der Auflage erfüllen bzw. die Auflagen so gestaltet sind, dass sie gleichzeitig als begrenzender Anschlag wirken. Beispiele von derartigen Ausgestaltungen, die eine Kombination von Anschlag und Auflage darstellen, zeigt beispielhaft
Dabei ist insbesondere eine Ausführungsform bevorzugt, worin mindestens ein, bevorzugt zwei Anschläge an der langen untenliegenden Kante (Längskante) der positionierten Anordnung vorgesehen sind und worin ein weiterer Anschlag an der kurzen untenliegenden Kante (Querkante) der positionierten Anordnung vorgesehen ist, und worin an der der langen untenliegenden Kante gegenüberliegenden langen Kante mindestens ein, bevorzugt zwei Auflagen vorgesehen sind, und worin der mindestens eine, bevorzugt die beiden Anschläge an der langen untenliegenden Kante gleichzeitig als Auflage ausgebildet sind. Eine entsprechende Ausführungsform ist beispielhaft in
Im Vergleich zu dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Verwendung der erfindungsgemäßen Träger wird eine Positionierung der einzelnen Schichten der Anordnung zueinander in den Verfahren des Standes der Technik, bei welchen keine Neigung des Trägers vorgesehen ist, nicht erreicht. Bei der Fertigung von metallisierten Keramik-Substraten muss daher in den Verfahren des Standes der Technik entweder eine sehr genaue Positionierung der einzelnen Metallschichten sowie der Keramikschicht realisiert werden oder aber die resultierenden 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 metallisierte Keramik-Substrate sind dann nach ihrer Herstellung Ausschuss oder weisen einen breiten nicht verwendbaren technischen Rand auf.In comparison with the method according to the invention using the carriers according to the invention, positioning of the individual layers of the arrangement relative to one another is not achieved in the prior art methods in which no inclination of the carrier is provided. In the production of metallized ceramic substrates, therefore, either very precise positioning of the individual metal layers and of the ceramic layer must be realized in the prior art methods, or the resulting metallized ceramic substrates have an inaccuracy in the positioning of the individual layers relative to one another, which is for example can lead supernatant metal layers in relation to the ceramic substrate. Such metallized ceramic substrates are then rejected after their production or have a wide unusable technical edge.
Unter der Annahme eines im Wesentlichen rechteckigen Bond-Gutes bestehen mehrere Möglichkeiten eine Neigung des auf dem Träger positionierten Bond-Gutes im Sinne der vorliegenden Erfindung zu realisieren.Assuming a substantially rectangular bonding material, there are several possibilities for realizing an inclination of the bonding material positioned on the support in the sense of the present invention.
Die
In der zunächst in
In der in
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist die in
Erfindungsgemäß wird unter dem Begriff „Niveau” vorzugsweise die laterale Ebene verstanden, in welcher sich die im Wesentlichen rechteckige Ebene des auf dem Träger positionierten Bond-Gutes zumindest teilweise befinden kann. Dabei ist das „Ausgangsniveau” (die sogenannte Null-Ebene), auf welche alle anderen Angaben relativ bezogen sind, das Niveau (d. h. die Ebene), welches durch das Bond-Gut in nicht geneigter Form aufgespannt wird, in welchem sich also die im Wesentlichen rechteckige Ebene des auf dem Träger positionierten Bond-Gutes zunächst (horizontal) erstreckt (Verfahrensschritt (1) bzw. (4)), bevor es eine Neigung erfährt, und welches in der Regel auf der Ebene der höchsten Auflage verläuft. Alle anderen Begriffe des „Niveaus” sind relativ zu diesem Ausgangsniveau zu verstehen. So wird insbesondere unter einem „tieferen Niveau” eine laterale Ebene (d. h. eine horizontal aufgespannte 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 (d. h. die horizontal aufgespannte Ebene) verstanden, welche in vertikaler Richtung parallel zur Ebene des Ausgangniveaus verschoben ist und dabei die höchste, d. h. größte, relative (vertikale) Verschiebung gegenüber dem Ausgangsniveau aufweist, in welcher sich noch eine Ecke des auf dem Träger positionierten Bond-Gutes befindet. Bevorzugt ist das tiefste Niveau somit ebenfalls relativ zum Ausgangsniveau vertikal 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). Das aus diesem um die Drehachsen
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 mindestens einen Metallschicht 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 Ofens, wie insbesondere eines 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 alignment by slipping of at least one metal layer 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 used furnace, such as in particular a tunnel oven, would have to be increased.
Aufgrund der vorliegenden Neigung des auf dem Träger positionierten Bond-Guts kommt es nach dem Positionieren des Keramik-Substrats und der mindestens einen Metallschicht auf den Auflagen des erfindungsgemäßen Trägers 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 der auf dem Träger angebrachten Auflagen folgend soweit, bis sie an eine Begrenzung (z. B. in Form der erfindungsgemäßen Anschläge) stoßen.Due to the present inclination of the bonding material positioned on the carrier, after the positioning of the ceramic substrate and the at least one metal layer on the supports of the carrier according to the invention, the individual metal layers or the ceramic substrate become aligned with slippage, so that a with regard to the alignment of metal layers and ceramic substrate to each other defined arrangement is achieved. Preferably, the individual layers or the substrate slip the Following the inclination of the supports placed on the support following until they hit a boundary (eg in the form of the stops according to the invention).
In der in
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.
Im Fall der Ausführungsform der
Der Träger, der im erfindungsgemäßen Verfahren Anwendung findet, kann eine Einlegeplatte aufweisen, welche in das Traggerüst des Trägers eingelassen werden kann. Die Einlegeplatte weist bevorzugt eine Dicke von insbesondere 0,1 bis 10 mm, vorzugsweise 0,15 bis 5 mm, weiter bevorzugt 0,25 bis 3 mm, auf. Dabei kann die Einlegeplatte so gestaltet werden, dass die Fläche unterhalb der auf dem Träger positionierten Anordnung vollständig geschlossen oder teilweise offen ist. Wird keine Einlegeplatte in das Traggerüst eingelassen, ist die Fläche unterhalb der auf dem Träger positionierten Anordnung offen. Es kann beispielsweise eine vollständig geschlossene Einlegeplatte vorgesehen werden, oder eine Art Lochplatte bzw. ein Bodengitter. Eine offene Ausführungsform ohne Einlegeplatte ist weniger bevorzugt.The carrier, which is used in the method according to the invention, may have an insert plate, which can be inserted into the support frame of the carrier. The insert plate preferably has a thickness of in particular 0.1 to 10 mm, preferably 0.15 to 5 mm, more preferably 0.25 to 3 mm. In this case, the insert plate can be designed so that the surface is completely closed or partially open below the positioned on the carrier assembly. If no insert plate is inserted into the support frame, the surface is open below the positioned on the carrier assembly. For example, a completely closed insert plate can be provided, or a type of perforated plate or a bottom grid. An open embodiment without insert plate is less preferred.
Eine geschlossene oder teilweise offene Ausführungsform des Trägers kann entweder durch Bilden eines entsprechend gestalteten Traggerüsts aus dem entsprechenden Vollmaterial oder durch Einlegen einer entsprechenden Einlegeplatte bzw. eines Gitters in ein Traggerüst in Form eines Rahmens oder Gestänges erhalten werden.A closed or partially open embodiment of the carrier can be obtained either by forming a correspondingly shaped support frame from the corresponding solid material or by inserting a corresponding insert plate or a grid into a support frame in the form of a frame or linkage.
Die Einlegeplatte des erfindungsgemäßen Trägers besteht vorzugsweise aus einem hochtemperaturbeständigen Material, welches bei den angewendeten Temperaturen des Bondprozesses reaktionsträge und/oder nicht benetzbar ist. Hier können im Grunde die gleichen Materialien eingesetzt werden, wie nachfolgend für den erfindungsgemäßen Träger definiert wird. Es ist jedoch auch möglich, ein anderes hochtemperaturbeständiges Material einzusetzen, wie beispielsweise ein keramisches Material. Bevorzugt wird ein oxidkeramisches Material wie z. B. Aluminiumoxid, oder ein carbidisches, nitridisches, silizidisches oder metallisches Material verwendet.The insert plate of the carrier according to the invention preferably consists of a high-temperature-resistant material, which is inert and / or not wettable at the applied temperatures of the bonding process. Here, basically the same materials can be used, as defined below for the carrier according to the invention. However, it is also possible to use another high temperature resistant material, such as a ceramic material. Preferably, an oxide ceramic material such. As alumina, or a carbide, nitridic, silicic or metallic material used.
Der Träger im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst als Hauptbestandteile das Traggerüst, mindestens eine an dem Träger angebrachte Auflage, wie vorstehend definiert, sowie gegebenenfalls mindestens einen Anschlag, wie vorstehend definiert, sowie gegebenenfalls eine Einlegeplatte, wie vorstehend definiert.The carrier according to the present invention comprises as main components the support framework, at least one support attached to the support, as defined above, and optionally at least one stop, as defined above, and optionally an insert plate, as defined above.
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.
Die Träger der vorliegenden Erfindung können durch einzelne, voneinander unabhängige Bestandteile gebildet und variabel zusammengesetzt werden. Sie können aber auch fest zusammengefügt werden zu einem quasi „aus einem Guss” bestehenden Träger, welches die hierin definierten funktionellen Elemente der mindestens einen Auflage und des mindestens einen Anschlags aufweist.The supports of the present invention can be formed by individual, independent components and variably assembled. However, they can also be firmly joined together to form a quasi-"one-piece" carrier which has the functional elements of the at least one overlay and the at least one stop defined herein.
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.
Auch für die einzelnen erfindungsgemäßen Trägerelemente wie Traggerüst, Einlegeplatte, die mindestens eine Auflage und den mindestens einen Anschlag kommen diese Materialien als geeignet in Betracht. Dabei können die einzelnen Elemente jeweils aus den gleichen oder aus unterschiedlichen Materialien gebildet werden. Also for the individual support elements according to the invention, such as support frame, insert plate, the at least one support and the at least one stop, these materials are suitable. The individual elements can each be formed from the same or different materials.
Auch der Träger selbst bzw. die – neben der Einlegeplatte – vorgesehenen verschiedenen Trägerelemente können neben den vorgenannten Materialien auch aus einem anderen hochtemperaturbeständigen Material, wie beispielsweise einem keramischen Material gebildet sein, wie z. B. bevorzugt aus einem oxidkeramischen Material wie z. B. Aluminiumoxid, oder einem karbidischen, nitridischen, silizidischen oder metallischen Material.Also, the carrier itself or the - next to the insert plate - provided various support elements may be formed in addition to the aforementioned materials also from another high temperature resistant material, such as a ceramic material such. B. preferably from an oxide ceramic material such. As alumina, or a carbide, nitridic, silicic or metallic material.
Des Weiteren kommen hochtemperaturfeste Metalle, insbesondere für den Träger bzw. das Traggerüst, die Anschläge und die Auflageflächen, wie 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.Furthermore, high-temperature-resistant metals, in particular for the support or the support framework, the stops and the bearing surfaces, 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, in question.
Im Fall der Verwendung von SiC für die mindestens eine Auflage des erfindungsgemäßen Trägers, was im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugt ist, kommt rekristallisiertes SiC, nitridgebundenes SiC, isostatisch gepresstes SiC, Siinfiltriertes SiC, drucklos gesintertes SiC oder flüssigphasengesintertes SiC in Frage.In the case of using SiC for the at least one overlay of the carrier according to the invention, which is particularly preferred in the context of the present invention, recrystallized SiC, nitride-bonded SiC, isostatically pressed SiC, Si-filtered SiC, pressure-sintered SiC or liquid-phase sintered SiC come into question.
Es ist des Weiteren bevorzugt, wenn die mindestens eine Auflage und/oder der mindestens eine Anschlag des Trägers gegebenenfalls nach einer Reinigung wieder verwendet werden kann.It is further preferred if the at least one support and / or the at least one stop of the support can optionally be reused after cleaning.
Die Dimension des Trägers kann in weiten Bereichen gewählt werden und hängt von den Größenordnungen der herzustellenden 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 wide ranges and depends on the orders of magnitude of the 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 Traggerüste mit den darauf angebrachten Auflage- und Anschlagselementen, 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 a plurality of mounting areas, the size described above increases according to the number of layouts. These carriers then have a plurality of support structures arranged one above the other and / or next to one another with the support and stop elements mounted thereon, on each of which an arrangement to be bonded is positioned.
Ein einstöckiger Aufbau ist bevorzugt.A one-story construction is preferred.
In dem Bondofen wird die Anordnung, die auf den Auflagen des Trägers 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 supports of the carrier, 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 of the furnace cooled 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 Bondprozesses schmilzt die Metallschicht, die auf dem Keramik-Substrat angeordnet ist, oberflächlich auf. Wenn es zu diesem Zeitpunkt zu einem Kontakt mit anderen Oberflächen, wie beispielsweise von dem Träger oder den auf dem Träger angebrachten Auflagen und/oder Anschlägen, kommt, besteht die Möglichkeit, dass es zu Defekten in der erzeugten Metallbeschichtung auf dem Keramik-Substrat kommt.During the bonding process, the metal layer disposed on the ceramic substrate melts superficially. If contact occurs at this time with other surfaces, such as the carrier or the supports and / or stops attached to the carrier, there is a possibility that defects in the generated metal coating on the ceramic substrate will occur.
Um derartige Defekte auf der Metalloberfläche 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, it is known from the prior art to provide so-called release agents on the support.
Daher wird in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Träger verwendet, der an den mit dem Bond-Gut in Kontakt kommenden Flächen, z. B. den Oberflächen der Auflagen und/oder der Anschläge, mit einer Trennschicht derart versehen ist, dass während des Bondens eine Verbindung der an dieser Trennschicht möglicherweise anliegenden Metallschicht mit dem Träger bzw. den Auflagen und/oder Anschlägen nicht eintritt. Therefore, in a preferred embodiment of the present invention, a carrier is used, which at the coming into contact with the bond Good surfaces, for. B. the surfaces of the pads and / or the attacks, is provided with a release layer such that during bonding a connection of the metal layer possibly adjacent to this separation layer with the carrier or the supports and / or attacks does not occur.
Die auf den Trägerelementen gegebenenfalls vorgesehene Trennschicht kann ein Material umfassen, welches ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus oxidischen, nitridischen, silizidischen oder karbidischen Keramiken sowie Salzen.The separating layer optionally provided on the carrier elements may comprise a material which is selected from the group consisting of oxidic, nitridic, silicidal or carbide 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 den Trägerelementen 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 elements 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.
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
Um ein mögliches Anhaften von Metallschicht und Auflagen zu vermeiden, kann die Position der mindestens einen Auflage des erfindungsgemäßen Trägers so gewählt werden, dass in Kombination mit einem entsprechend angepassten Metall-Stanz-Bild (z. B. Kupfer-Stanz-Bild) im Bereich der jeweiligen Auflagen kein Metall (z. B. Kuper) vorliegt. Dazu kann z. B. das Metall (z. B. Kupfer) während des Stanzens/Abhackens so ausgeklinkt werden, dass an den Stellen, wo die Metallschicht mit den Auflagen des Trägers in Kontakt tritt (z. B. an den Ecken der Metallschicht) kein Metall (z. B. Kupfer) mehr vorliegt. Dadurch findet kein Kontakt zwischen den Auflagen des Trägers und der Metalloberfläche während des Bondens statt. Die Substrate können nicht mehr anbonden. Dies ist besonders bei der Automatisierung von Be- und Entladung am Ein- und Auslauf des Bondofens wichtig.In order to avoid a possible adhesion of the metal layer and supports, the position of the at least one support of the support according to the invention can be chosen such that in combination with a correspondingly adapted metal punching image (eg copper punched image) in the region the respective requirements no metal (eg Kuper) is present. This can z. For example, the metal (eg, copper) may be unlatched during punching / chopping so that there is no metal (eg at the corners of the metal layer) at the locations where the metal layer contacts the pads of the substrate (e.g. eg copper) is more present. As a result, there is no contact between the supports of the carrier and the metal surface during bonding. The substrates can no longer bond. This is particularly important in the automation of loading and unloading at the inlet and outlet of the bonding furnace.
Anordnungarrangement
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zum Herstellen von metallisierten Keramik-Substraten, die ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind. Die erfindungsgemäßen Anordnungen können neben der mindestens einen Metallschicht und dem Keramik-Substrat noch weitere Schichten, wie eine Lötschicht, aufweisen.The inventive method is suitable for producing metallized ceramic substrates, which are also the subject of the present invention. The arrangements according to the invention may have, in addition to the at least one metal layer 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% is suitable. or an aluminum nitride ceramic, for example with yttrium oxide as 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 mindestens eine Metallschicht auf dem Keramik-Substrat kann 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 aufweisen.The at least one metal layer 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 before the bonding step have μm.
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 verbesserten Ebenheit, sowie einer verringerten Torsion.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 improved flatness, as well as a reduced torsion.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Träger zum Herstellen von einem 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 support for producing a 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 Ofen, bevorzugt in einem Tunnelofen oder Durchlaufofen, zur Herstellung von metallisierten Keramik-Substraten eingesetzt, wobei der Ofen, insbesondere 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 support according to the invention is used in an oven, preferably in a tunnel kiln or continuous furnace, for the production of metallized ceramic substrates, wherein the furnace, in particular the tunnel kiln or continuous furnace, for a heat treatment of treated with at least one tunnel-like furnace chamber and at least one Heating device is provided for heating the at least one furnace chamber and has a transport unit which transports the carrier according to the invention through the furnace chamber.
Der Träger kann dabei mindestens zwei Teile umfassen, wobei der Träger mindestens eine Auflage zur Aufnahme der mindestens einen Metallschicht und des Keramik-Substrats sowie einen Werkzeugträger umfasst. Über den Werkzeugträger wird der Träger mit der darauf angebrachten mindestens einen Auflage 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 at least one support for receiving the at least one metal layer and the ceramic substrate and a tool carrier. About the tool carrier, the carrier is attached to the mounted thereon at least one support with a transport unit, which allows transport of the carrier through the tunnel kiln.
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, wobei unterschiedliche Anordnungsmöglichkeiten von einzelnen Trägern im Ofen in der
Beschreibung der FigurenDescription of the figures
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
- Anordnung, umfassend zumindest eine erste Metallschicht und ein Keramik-Substrat bzw. Bond-Gut,Arrangement comprising at least a first metal layer and a ceramic substrate or bonding material,
- 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 einer im Wesentlichen rechteckigen Anordnung, umfassend zumindest eine erste Metallschicht und ein Keramik-Substrat/eines im Wesentlichen rechteckigen Bond-Guts
1 ,Corner points of a substantially rectangular arrangement, comprising at least a first metal layer and a ceramic substrate / a substantially rectangular Bond Guts1 . - 12', 12'', 12''', 12''''12 ', 12' ', 12' '', 12 '' ''
- durch Neigung gebildeter Höhenunterschied zur Nullebene,by inclination formed height difference to zero level,
- 13', 13'', 13''', 13'''', 13''''', 13'''''' 13 ', 13'',13''', 13 '''', 13 ''''',13''''''
- Auflagen,Pads,
- 14', 14'', 14''', 14'''', 14''''', 14''''''14 ', 14' ', 14' '', 14 '' '', 14 '' '', 14 '' '' ''
- Anschläge/Begrenzungen,Stops / limits
- 15', 15''15 ', 15' '
- höhenverstellbare Füße undheight adjustable feet and
- 16', 16''16 ', 16' '
- Kombination von Anschlag und AuflageCombination of stop and support
Dabei zeigt die
Ferner zeigt die
Dabei ist sowohl in
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einer Nullebene diejenige Ebene verstanden, welche durch das Bond-Gut in nicht geneigter Form aufgespannt wird.In the context of the present invention, a zero level is understood to mean the plane which is spanned by the bond material in an un tilted form.
Die
Die
Die
Ferner zeigt die
Die
Die
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, mindestens ein Keramik-Substrat an der Oberseite und/oder an Ober- und Unterseite in einem einstufigen bzw. zweistufigen Prozessdurchlauf mit jeweils einer Metallschicht zu verbinden. Dabei wird eine hohe Positionsgenauigkeit der Schichten zueinander erreicht und eine reproduzierbare verbesserte Ebenheit der resultierenden Anordnung erreicht und die Torsionsneigung der Substrate reduziert.The inventive method makes it possible to connect at least one ceramic substrate at the top and / or top and bottom in a single-stage or two-stage process run, each with a metal layer. In this case, a high positional accuracy of the layers is achieved to each other and achieves a reproducible improved flatness of the resulting arrangement and reduces the torsional tendency of the substrates.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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