[發明專利]金屬陶瓷襯底及其制造方法

有效

• 申請號: 201710470918.6
• 申請日: 2017-06-20
• 公開（公告）號: CN107540384B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: A·羅特
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技股份有限公司
• 主分類號: H01L23/15
• 分類號: H01L23/15;C04B35/622;C04B41/88
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 鄭立柱

本發明涉及一種金屬陶瓷襯底及其制造方法。該金屬陶瓷襯底具有陶瓷板或陶瓷層和兩個平面地固定在陶瓷層的兩個相對表面側的金屬層，其中陶瓷層的材料沿著從一個金屬化表面側到另一金屬化表面側的方向具有密度梯度和/或兩個金屬層具有不同的屈服強度。此外本發明還涉及一種用于制造這種金屬陶瓷襯底的方法。

技術領域

本發明涉及一種金屬陶瓷襯底、特別是一種雙面金屬化陶瓷襯底以及用于制造該金屬陶瓷襯底的方法。

背景技術

這種金屬陶瓷襯底優選用在功率半導體模塊的領域中。在此陶瓷襯底、例如氧化鋁陶瓷在其上側和下側設置有金屬化，其中通常至少一個金屬化面之后具有例如通過蝕刻工藝產生的電路結構。已知的用于制造該雙面金屬化陶瓷襯底的方法通過共晶鍵合進行，并且通常被稱為直接鍵合工藝。

用于通過鍵合工藝制造金屬化陶瓷襯底的方法的基本說明例如可由EP 0 085914 A2得到。例如在直接銅鍵合工藝(DCB工藝)的范圍中，首先將銅箔氧化，使得獲得基本上均勻的氧化銅層。然后將合成的銅箔定位在陶瓷襯底的表面側，并且將陶瓷襯底和銅箔的復合結構加熱到在約1025℃和1083℃之間的鍵合溫度，由此促使金屬化陶瓷襯底的形成。最后將金屬化陶瓷襯底冷卻。

雙面金屬化陶瓷襯底的制造或者通過兩階段的鍵合工藝或者替代地通過單階段的鍵合工藝進行，在兩階段的鍵合工藝中首先將陶瓷襯底的第一表面側金屬化然后將陶瓷襯底的與第一表面側對置的第二表面側金屬化，在單階段的鍵合工藝中將陶瓷襯底的兩個表面側同時金屬化。

例如在DE 10 2010 023 637 B4中說明了一種用于在單獨的方法步驟中制造雙面金屬化陶瓷襯底的方法，其中將第一金屬層、陶瓷襯底和第二金屬層依次以給定的順序定位在支撐件或鍵合輔助件上，其中支撐件在朝向由第一金屬層、第二金屬層和襯底構成的組件的上側處具有多個伸出的凸耳，其朝著由第一金屬層、第二金屬層和襯底構成的組件的方向逐漸變細。通過將支撐件構造有尖端應實現金屬層和陶瓷襯底的復合結構可在雙面鍵合工藝之后無殘留地從支撐件松開。

此外由DE 10 2004 056 879 B4已知一種用于通過使用直接鍵合工藝制造雙面金屬化陶瓷襯底的方法，在其中由至少兩個金屬層和布置在金屬層之間的陶瓷襯底構成的組件被定位在設置有分離層的支撐件或鍵合輔助件上，并且之后將該組件加熱到出現兩個金屬層與陶瓷襯底鍵合的溫度。通過使用相應的分離層不會導致支撐件與所貼靠的組件金屬層連接。

在此，DE 10 2004 056 879 B4的重點在于使用尤其為平面的支撐件，其相對于理想平面具有小于支撐件長度的0.2％和/或小于支撐件寬度的0.1％的偏差。通過這種對支撐板特別高的要求可成功地制造特別平的雙面金屬化陶瓷襯底。盡管如此，合成的雙面金屬化陶瓷襯底具有取向未限定的殘余翹曲。此外，如果以用于制造雙面金屬化陶瓷襯底的連續方法為出發點，殘余翹曲的取向隨著不同組件而變化。因此，即使使用DE 10 2004 056879 B4中所述的方法所得到的雙面金屬化陶瓷襯底的翹曲也會不僅在縱向/橫向上而且在高度上顯著變化并且此外是非定向的。

此外以非對稱金屬厚度(例如正面金屬厚度為0.3mm而背面金屬厚度為0.2mm)制造的合成雙面金屬化陶瓷襯底由于在襯底兩側上不同的金屬體積在鍵合之后具有在縱向和橫向上未限定的翹曲，其中通常較厚的金屬層位于凹面側。

由現有技術的這些問題得到的在合成雙面金屬化陶瓷襯底規格中的變化，特別是翹曲，可能在后續工藝以及加工中產生重大的不利影響并且因此優選加以避免。

因此進一步在DE 196 15 481 C5中公開了在室溫下拱曲的雙面金屬化陶瓷襯底的應用，該陶瓷襯底可在其下側被支撐地、彈性地回彎成平面形狀，從而其由于陶瓷層的彈性應力可緊密且固定地抵靠在金屬板的表面上，以確保最佳的冷卻效果。