[發明專利]用于制造金屬-陶瓷襯底的方法以及金屬-陶瓷襯底

有效

• 申請號: 201710867323.4
• 申請日: 2017-09-22
• 公開（公告）號: CN107887279B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 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: H01L21/48
• 分類號: H01L21/48;H01L23/498;C04B37/02
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 周家新

本發明涉及一種用于制造金屬?陶瓷襯底(1，11，12)的方法，其中，至少一個金屬層(3)附連到陶瓷層(2)的至少一個表面側，金屬層(3)通過至少一個溝槽形居間空間(4)被結構化為多個彼此分離的金屬化區域(5，6)，以形成導電路徑和/或連接表面和/或接觸表面，其中，至少所述居間空間(4)被填充電絕緣填充材料(7)。在居間空間(4)中金屬化區域(5，6)的面對且鄰接陶瓷層(2)的所述表面側的第一邊緣(8)以及在居間空間(4)中金屬化區域(5，6)的背離陶瓷層(2)的所述表面側的至少一個第二邊緣(9)覆蓋有填充材料(7)。此外，本發明涉及一種相關的金屬?陶瓷襯底(1，11，12)。

技術領域

本發明涉及一種用于制造金屬-陶瓷襯底的方法以及一種相關的金屬-陶瓷襯底。

背景技術

這種金屬-陶瓷襯底優選用于半導體功率模塊領域。此時，陶瓷板或陶瓷層、例如氧化鋁陶瓷在其表面側中的至少一個上、例如頂側和/或底側上設有金屬化結構，其中，例如通過蝕刻工藝產生的電路結構、例如導電路徑、接觸表面和/或連接表面被引入至少一個金屬化側。例如，具有金屬化結構的這種陶瓷襯底例如用作電子功率模塊的電路載體，其中，它們確保熱和機械連接以及電絕緣。

金屬化結構在陶瓷襯底上的施加可以例如使用如DE 2319854A中描述的方法進行。在該工藝中，金屬部件、例如銅板或銅箔在表面側設有由金屬和反應氣體、特別是氧氣的化合物制成的涂層。這種涂層與相鄰的薄金屬層形成共晶物，共晶物的熔化溫度低于金屬的熔化溫度。然后，將金屬部件放置在陶瓷襯底上，并與陶瓷一起加熱到高于共晶物的熔點但低于金屬的熔化溫度的溫度。從而，實質上，只有共晶中間層熔化。冷卻后，金屬部件和陶瓷襯底此時彼此接合。當使用銅或銅合金作為金屬時，這種方法也稱為DCB結合或DCB工藝(DCB：Direct Copper Bonding)，但該方法也可以使用其他金屬進行。例如，DCB工藝包括以下工藝步驟：

-氧化銅箔，使得形成均勻的銅氧化物層；

-將銅箔放置到陶瓷層上；

-將復合物加熱到大約1025℃到1083℃之間的工藝溫度，例如大約1071℃；以及

-冷卻到室溫。

由此獲得的材料復合物、即金屬-陶瓷襯底然后可以以所需方式進一步加工。

用于在陶瓷襯底上產生厚的金屬化結構的另一種已知方法是，例如DE2213115A或EP153618A2中使用的所謂的活性硬焊工藝(AMB：Active Metal Brazing，活性金屬硬焊)。在這種工藝中，金屬箔與陶瓷襯底之間的接合使用硬焊料在大約800℃到1200℃之間的溫度下產生，所述硬焊料除了主成分，例如銅、銀和/或金外，還含有活性金屬。所述活性金屬，例如Hf、Ti、Zr、Nb或Ce的組中的至少一種元素通過化學反應在焊料與陶瓷之間產生接合，而焊料與金屬之間的接合通過金屬硬焊料接合形成。

在這兩種工藝中，均使用了高溫，因此，由于熱膨脹系數的不同，在冷卻到室溫期間，金屬化結構已在底下的陶瓷襯底上施加了力。此外，這種金屬-陶瓷襯底當用作電子器件或組件的襯底時由于最終的功率損失而會經受熱波動，從而陶瓷層上的應力可在金屬化結構的邊緣區域產生，所述應力可導致陶瓷層開裂，因此會使該金屬-陶瓷襯底或電子組件損壞。為了避免這樣的與溫度相關的應力，例如從102010024520A1中可得知一種用于提高金屬-陶瓷襯底的熱機械性能的方法，在所述方法中，金屬化結構與陶瓷層之間存在的邊緣在施加和結構化所述金屬化結構之后通過施加電絕緣填充材料被覆蓋。這種填充材料例如可以是耐熱的聚合物材料或是由玻璃或陶瓷制成的材料。

一種用于制造金屬-陶瓷襯底的方法也可從DE102013013842B4中獲得，在所述方法中，存在于陶瓷與金屬之間的金屬化結構的邊緣區域處和/或延伸到陶瓷中的裂紋被填充或灌入一種可固化的密封材料，其中，在填充或灌入所述密封材料之后，金屬化結構的邊緣區域被密封材料覆蓋到金屬化結構的厚度的至多50％的高度。