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特開2024-45136金属セラミック基板を製造する方法、はんだシステム、およびその方法で製造された金属セラミック基板
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024045136
(43)【公開日】2024-04-02
(54)【発明の名称】金属セラミック基板を製造する方法、はんだシステム、およびその方法で製造された金属セラミック基板
(51)【国際特許分類】
H05K 3/00 20060101AFI20240326BHJP
B23K 35/14 20060101ALI20240326BHJP
C04B 37/02 20060101ALI20240326BHJP
H05K 1/03 20060101ALI20240326BHJP
H01L 23/12 20060101ALI20240326BHJP
【ＦＩ】
H05K3/00 R
B23K35/14 A
C04B37/02 B
H05K1/03 610D
H01L23/12 D
【審査請求】有
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023221218
(22)【出願日】2023-12-27
(62)【分割の表示】P 2022521333の分割
【原出願日】2020-10-02
(31)【優先権主張番号】102019126954.7
(32)【優先日】2019-10-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE
(71)【出願人】
【識別番号】515063390
【氏名又は名称】ロジャーズ ジャーマニー ゲーエムベーハー
【氏名又は名称原語表記】Ｒｏｇｅｒｓ Ｇｅｒｍａｎｙ ＧｍｂＨ
【住所又は居所原語表記】Ａｍ Ｓｔａｄｔｗａｌｄ ２， Ｄ－９２６７６ Ｅｓｃｈｅｎｂａｃｈ， Ｇｅｒｍａｎｙ
(74)【代理人】
【識別番号】100116322
【弁理士】
【氏名又は名称】桑垣 衛
(72)【発明者】
【氏名】シュミット、カルステン
(72)【発明者】
【氏名】マイヤー、アンドレアス
(72)【発明者】
【氏名】ブリッティング、シュテファン
(57)【要約】
【課題】金属セラミック基板を製造する方法、はんだシステム、およびその方法で製造された金属セラミック基板を提供する。
【解決手段】金属セラミック基板１を製造する方法は、セラミック層１０、金属層２０、およびはんだ層３０を供給する工程と、セラミック層１０および／または金属層２０および／またははんだ層３０を活性金属層４０でコーティングする工程と、セラミック層１０と金属層２０との間に、はんだ層３０を積層方向Ｓに沿って配置することで、はんだシステム３５を形成する工程と、はんだシステム３５を介して金属層２０をセラミック層１０に接合する工程と、を備える。活性金属層４０の第１の厚さＤ１は、１５０ｎｍから７５０ｎｍの間であり、はんだ層３０の第２の厚さＤ２に対する活性金属層４０の第１の厚さＤ１の割合は、０．００３から０．５の間である。
【選択図】図１
【解決手段】金属セラミック基板１を製造する方法は、セラミック層１０、金属層２０、およびはんだ層３０を供給する工程と、セラミック層１０および／または金属層２０および／またははんだ層３０を活性金属層４０でコーティングする工程と、セラミック層１０と金属層２０との間に、はんだ層３０を積層方向Ｓに沿って配置することで、はんだシステム３５を形成する工程と、はんだシステム３５を介して金属層２０をセラミック層１０に接合する工程と、を備える。活性金属層４０の第１の厚さＤ１は、１５０ｎｍから７５０ｎｍの間であり、はんだ層３０の第２の厚さＤ２に対する活性金属層４０の第１の厚さＤ１の割合は、０．００３から０．５の間である。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
金属セラミック基板（１）を製造する方法であって、
１つ以上のセラミック層（１０）、１つ以上の金属層（２０）、および特に１つ以上のはんだ箔の形状の１つ以上のはんだ層（３０）を供給する工程と、
１つ以上の前記セラミック層（１０）および／または１つ以上の前記金属層（２０）および／または１つ以上の前記はんだ層（３０）を１つ以上の活性金属層（４０）でコーティングする工程と、
１つ以上の前記セラミック層（１０）と１つ以上の前記金属層（２０）との間に、１つ以上の前記はんだ層（３０）を積層方向（Ｓ）に沿って配置することで、１つ以上の前記はんだ層および１つ以上の前記活性金属層（４０）を備えるはんだシステム（３５）を形成する工程と、
活性はんだ処理によって、前記はんだシステム（３５）を介して１つ以上の前記金属層（２０）を１つ以上の前記セラミック層（１０）に接合する工程と、を備え、
製造された前記金属セラミック基板（１）における１つ以上の前記金属層（２０）は、電気部品の導体トラックまたは接続領域を形成するよう構造化され、
前記はんだ層（３０）のはんだ材料は、ＡｇＣｕＩｎ、ＡｇＣｕＧａ、ＣｕＩｎ、ＣｕＧａ、ＣｕＩｎＳｎ、ＣｕＧａＳｎ、ＣｕＮｉ、ＣｕＮｉＭｎ、又はＮｉＣｒＭｎであり、
１つ以上の前記活性金属層（４０）の第１の厚さ（Ｄ１）は、１５０ｎｍから７５０ｎｍの間であり、
前記はんだ層（３０）の第２の厚さ（Ｄ２）に対する前記活性金属層（４０）の第１の厚さ（Ｄ１）の割合は、０．００３から０．５の間である方法。
１つ以上のセラミック層（１０）、１つ以上の金属層（２０）、および特に１つ以上のはんだ箔の形状の１つ以上のはんだ層（３０）を供給する工程と、
１つ以上の前記セラミック層（１０）および／または１つ以上の前記金属層（２０）および／または１つ以上の前記はんだ層（３０）を１つ以上の活性金属層（４０）でコーティングする工程と、
１つ以上の前記セラミック層（１０）と１つ以上の前記金属層（２０）との間に、１つ以上の前記はんだ層（３０）を積層方向（Ｓ）に沿って配置することで、１つ以上の前記はんだ層および１つ以上の前記活性金属層（４０）を備えるはんだシステム（３５）を形成する工程と、
活性はんだ処理によって、前記はんだシステム（３５）を介して１つ以上の前記金属層（２０）を１つ以上の前記セラミック層（１０）に接合する工程と、を備え、
製造された前記金属セラミック基板（１）における１つ以上の前記金属層（２０）は、電気部品の導体トラックまたは接続領域を形成するよう構造化され、
前記はんだ層（３０）のはんだ材料は、ＡｇＣｕＩｎ、ＡｇＣｕＧａ、ＣｕＩｎ、ＣｕＧａ、ＣｕＩｎＳｎ、ＣｕＧａＳｎ、ＣｕＮｉ、ＣｕＮｉＭｎ、又はＮｉＣｒＭｎであり、
１つ以上の前記活性金属層（４０）の第１の厚さ（Ｄ１）は、１５０ｎｍから７５０ｎｍの間であり、
前記はんだ層（３０）の第２の厚さ（Ｄ２）に対する前記活性金属層（４０）の第１の厚さ（Ｄ１）の割合は、０．００３から０．５の間である方法。
【請求項2】
前記はんだ層（３０）のはんだ材料は、ＣｕＩｎ、ＣｕＧａ、ＣｕＩｎＳｎ、ＣｕＧａＳｎ、ＣｕＮｉ、ＣｕＮｉＭｎ、又はＮｉＣｒＭｎである、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
１つ以上の前記活性金属層（４０）の第１の厚さ（Ｄ１）は、２００ｎｍから５００ｎｍの間の値を有する、請求項１または２に記載の方法。
【請求項4】
前記活性はんだ処理は、１０－２ｍｂａｒ（１Ｐａ）未満、好ましくは１０－３ｍｂａｒ（１０－１Ｐａ）未満、より好ましくは１０－４ｍｂａｒ（１０－２Ｐａ）未満の圧力で、および／またはプロセスガスを使用して実行され、
および／または、１つ以上の前記活性金属層（４０）は、蒸着処理によっておよび／またはガルバニ電流によって配置される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
および／または、１つ以上の前記活性金属層（４０）は、蒸着処理によっておよび／またはガルバニ電流によって配置される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項5】
金属セラミック基板（１）を製造する方法であって、
１つ以上のセラミック層（１０）、１つ以上の金属層（２０）、および特に１つ以上のはんだ箔の形状の１つ以上のはんだ層（３０）を供給する工程と、
１つ以上の前記セラミック層（１０）および／または１つ以上の前記金属層（２０）および／または１つ以上の前記はんだ層（３０）を１つ以上の活性金属層（４０）でコーティングする工程であって、前記活性金属層が前記はんだ層と前記セラミック層との間に配置される工程と、
１つ以上の前記セラミック層（１０）と１つ以上の前記金属層（２０）との間に、１つ以上の前記はんだ層（３０）を積層方向（Ｓ）に沿って配置することで、１つ以上の前記はんだ層および１つ以上の前記活性金属層（４０）を備えるはんだシステム（３５）を形成する工程と、
活性はんだ処理によって、前記はんだシステム（３５）を介して１つ以上の前記金属層（２０）を１つ以上の前記セラミック層（１０）に接合する工程と、を備え、
前記はんだ層（３０）のはんだ材料は、ＡｇＣｕＩｎ、ＡｇＣｕＧａ、ＣｕＩｎ、ＣｕＧａ、ＣｕＩｎＳｎ、ＣｕＧａＳｎ、ＣｕＮｉ、ＣｕＮｉＭｎ、又はＮｉＣｒＭｎであり、
１つ以上の前記活性金属層（４０）の第１の厚さ（Ｄ１）は、１５０ｎｍから７５０ｎｍの間であり、
前記はんだ層（３０）の第２の厚さ（Ｄ２）に対する前記活性金属層（４０）の第１の厚さ（Ｄ１）の割合は、０．００３から０．５の間である方法。
１つ以上のセラミック層（１０）、１つ以上の金属層（２０）、および特に１つ以上のはんだ箔の形状の１つ以上のはんだ層（３０）を供給する工程と、
１つ以上の前記セラミック層（１０）および／または１つ以上の前記金属層（２０）および／または１つ以上の前記はんだ層（３０）を１つ以上の活性金属層（４０）でコーティングする工程であって、前記活性金属層が前記はんだ層と前記セラミック層との間に配置される工程と、
１つ以上の前記セラミック層（１０）と１つ以上の前記金属層（２０）との間に、１つ以上の前記はんだ層（３０）を積層方向（Ｓ）に沿って配置することで、１つ以上の前記はんだ層および１つ以上の前記活性金属層（４０）を備えるはんだシステム（３５）を形成する工程と、
活性はんだ処理によって、前記はんだシステム（３５）を介して１つ以上の前記金属層（２０）を１つ以上の前記セラミック層（１０）に接合する工程と、を備え、
前記はんだ層（３０）のはんだ材料は、ＡｇＣｕＩｎ、ＡｇＣｕＧａ、ＣｕＩｎ、ＣｕＧａ、ＣｕＩｎＳｎ、ＣｕＧａＳｎ、ＣｕＮｉ、ＣｕＮｉＭｎ、又はＮｉＣｒＭｎであり、
１つ以上の前記活性金属層（４０）の第１の厚さ（Ｄ１）は、１５０ｎｍから７５０ｎｍの間であり、
前記はんだ層（３０）の第２の厚さ（Ｄ２）に対する前記活性金属層（４０）の第１の厚さ（Ｄ１）の割合は、０．００３から０．５の間である方法。
【請求項6】
前記はんだ層（３０）の第２の厚さ（Ｄ２）に対する前記活性金属層（４０）の第１の厚さ（Ｄ１）の割合は、０．０１５から０．２の間、より好ましくは０．０３から０．１４の間の値を有する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項7】
１つ以上の前記活性金属層（４０）は前記積層方向（Ｓ）に沿ってその組成が変化している、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項8】
１つ以上の前記はんだ層（３０）および／または１つ以上の前記活性金属層（４０）は、特にはんだシステム（３５）として、好ましくは圧延後の前記活性金属層（４０）の第１の厚さ（Ｄ１）が７５０ｎｍ未満、より好ましくは５００ｎｍ未満の値を有するように圧延される、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項9】
さらなる活性金属層が供給され、前記はんだ層（３０）は、前記活性金属層（４０）と前記さらなる活性金属層との間に配置される、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項10】
前記セラミック層（１０）は前記活性金属層（４０）でコーティングされ、１つ以上の前記金属層（２０）は前記はんだ層（３０）でコーティングされる、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項11】
１つ以上の前記金属層（２０）は、１ｍｍよりも大きい、好ましくは１．３ｍｍよりも大きい、より好ましくは１．５ｍｍよりも大きい層厚さを有する、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項12】
１つ以上の前記活性金属層（４０）は、１つ以上の保護層（４１）により覆われており、
前記保護層（４１）は、銅、ニッケル、インジウム、銀、クロム、または窒化チタンにより形成されている、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の方法。
前記保護層（４１）は、銅、ニッケル、インジウム、銀、クロム、または窒化チタンにより形成されている、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項13】
請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の方法のはんだシステム（３５）であって、前記はんだシステム（３５）は、特に１つ以上のはんだ箔の形状の１つ以上のはんだ層（３０）と、１つ以上の活性金属層（４０）とを備えるはんだシステム（３５）。
【請求項14】
方法によって製造された金属セラミック基板（１）であって、
１つ以上のセラミック層（１０）、１つ以上の金属層（２０）、および特に１つ以上のはんだ箔の形状の１つ以上のはんだ層（３０）を供給する工程と、
１つ以上の前記セラミック層（１０）および／または１つ以上の前記金属層（２０）および／または１つ以上の前記はんだ層（３０）を１つ以上の活性金属層（４０）でコーティングする工程と、
１つ以上の前記セラミック層（１０）と１つ以上の前記金属層（２０）との間に、１つ以上の前記はんだ層（３０）を積層方向（Ｓ）に沿って配置することで、１つ以上の前記はんだ層および１つ以上の前記活性金属層（４０）を備えるはんだシステム（３５）を形成する工程と、
活性はんだ処理によって、前記はんだシステム（３５）を介して１つ以上の前記金属層（２０）を１つ以上の前記セラミック層（１０）に接合する工程と、を備え、
前記はんだ層（３０）のはんだ材料は、ＡｇＣｕＩｎ、ＡｇＣｕＧａ、ＣｕＩｎ、ＣｕＧａ、ＣｕＩｎＳｎ、ＣｕＧａＳｎ、ＣｕＮｉ、ＣｕＮｉＭｎ、又はＮｉＣｒＭｎであり、
１つ以上の前記活性金属層（４０）の第１の厚さ（Ｄ１）は、１５０ｎｍから７５０ｎｍの間であり、
前記はんだ層（３０）の第２の厚さ（Ｄ２）に対する前記活性金属層（４０）の第１の厚さ（Ｄ１）の割合は、０．００３から０．５の間である前記方法によって製造された金属セラミック基板（１）。
１つ以上のセラミック層（１０）、１つ以上の金属層（２０）、および特に１つ以上のはんだ箔の形状の１つ以上のはんだ層（３０）を供給する工程と、
１つ以上の前記セラミック層（１０）および／または１つ以上の前記金属層（２０）および／または１つ以上の前記はんだ層（３０）を１つ以上の活性金属層（４０）でコーティングする工程と、
１つ以上の前記セラミック層（１０）と１つ以上の前記金属層（２０）との間に、１つ以上の前記はんだ層（３０）を積層方向（Ｓ）に沿って配置することで、１つ以上の前記はんだ層および１つ以上の前記活性金属層（４０）を備えるはんだシステム（３５）を形成する工程と、
活性はんだ処理によって、前記はんだシステム（３５）を介して１つ以上の前記金属層（２０）を１つ以上の前記セラミック層（１０）に接合する工程と、を備え、
前記はんだ層（３０）のはんだ材料は、ＡｇＣｕＩｎ、ＡｇＣｕＧａ、ＣｕＩｎ、ＣｕＧａ、ＣｕＩｎＳｎ、ＣｕＧａＳｎ、ＣｕＮｉ、ＣｕＮｉＭｎ、又はＮｉＣｒＭｎであり、
１つ以上の前記活性金属層（４０）の第１の厚さ（Ｄ１）は、１５０ｎｍから７５０ｎｍの間であり、
前記はんだ層（３０）の第２の厚さ（Ｄ２）に対する前記活性金属層（４０）の第１の厚さ（Ｄ１）の割合は、０．００３から０．５の間である前記方法によって製造された金属セラミック基板（１）。
【請求項15】
１つ以上の前記活性金属層（４０）は、１つ以上の保護層（４１）により覆われており、
前記保護層（４１）は、銅、ニッケル、インジウム、銀、クロム、または窒化チタンにより形成されている、請求項１４に記載の金属セラミック基板（１）。
前記保護層（４１）は、銅、ニッケル、インジウム、銀、クロム、または窒化チタンにより形成されている、請求項１４に記載の金属セラミック基板（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、金属セラミック基板を製造する方法、その方法のはんだシステム、およびその方法で実現される金属セラミック基板に関する。
【背景技術】
【0002】
金属セラミック基板は、例えば、プリント回路基板または回路基板として、例えば、特許文献１、特許文献２および特許文献３により、従来技術から周知である。通常、電気部品と導体トラックとの接続領域は、金属セラミック基板の部品側に配置され、電気回路を形成するように電気部品と導体トラックを相互に接続することが可能である。金属セラミック基板の必須の構成要素は、好ましくはセラミック製の絶縁層、および該絶縁層に接合された１つ以上の金属層である。比較的高い絶縁強度により、セラミック製の絶縁層は、パワーエレクトロニクスにおいて特に効果的であることが実証されている。金属層を構造化することにより、電気部品用の導電性トラックおよび／または接続領域を実現することができる。
【0003】
そのような金属セラミック基板を供給するために、金属層とセラミック層との間の永久的な接合が必要である。いわゆる直接接合処理、すなわちＤＣＢまたはＤＡＢ処理に加えて、はんだ材料により金属層をセラミック層に接合することが従来技術から周知である。
【0004】
例えば金属層または金属箔、特に銅層または銅箔をセラミック材料に接合する活性はんだ処理は、金属セラミック基板を製造するために特に使用される処理として理解される。この処理では、銅、銀、および／または金などの主成分に加えて活性金属も含むろう付け合金を使用して、銅箔等の金属箔と窒化アルミニウムセラミック等のセラミック基板との間の接合が、約６５０℃から１０００℃の温度で行われる。例えばＨｆ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃｅの中の１つ以上の元素であるこの活性金属は、化学反応によってろう付け合金とセラミックとの間の連結を確立する一方、ろう付け合金と金属との間の連結は金属ろうによる連結である。
【0005】
特許文献４および特許文献５は、例えば、活性はんだ材料を使用して電源モジュール基板を製造する方法を開示する。特に、銅箔のセラミック層への接合が、多層はんだシステムにより実施されることが開示されている。この多層システムは、チタン箔の層とリンを含むはんだフィラー材料の層で構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】独国特許出願公開第１０２０１３１０４７３９号明細書
【特許文献2】独国特許発明第１９９２７０４６号明細書
【特許文献3】独国特許出願公開第１０２００９０３３０２９号明細書
【特許文献4】欧州特許出願公開第３０４１０４２号明細書
【特許文献5】国際公開第２０１７／１２６６５３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
この従来技術に鑑み、本発明は、特にはんだ層、金属層とセラミック層との接合、および活性はんだ付け中の接合処理に関して、従来技術と比較して改善されたはんだシステムを使用することで、金属層のセラミック層への接合を実現することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
課題は、請求項１及び請求項５に記載の金属セラミック基板を製造する方法、請求項１３に記載のその方法のはんだシステム、および請求項１４に記載のその方法で製造された金属セラミック基板によって達成される。本発明のさらなる効果および特性は、説明および添付の図と共に、従属請求項によりもたらされる。
【0009】
本発明の第１の態様によれば、金属セラミック基板を製造する方法が提供され、方法は、
１つ以上のセラミック層、１つ以上の金属層、および特に１つ以上のはんだ箔の形状の１つ以上のはんだ層を供給する工程と、
１つ以上のセラミック層および／または１つ以上の金属層および／または１つ以上のはんだ層を１つ以上の活性金属層でコーティングする工程と、
１つ以上のセラミック層と１つ以上の金属層との間に、１つ以上のはんだ層を積層方向に沿って配置することで、１つ以上のはんだ層および１つ以上の活性金属層を備えるはんだシステムを形成する工程と、
活性はんだ処理によって、はんだシステムを介して１つ以上の金属層を１つ以上のセラミック層に接合する工程と、を備える。
１つ以上のセラミック層、１つ以上の金属層、および特に１つ以上のはんだ箔の形状の１つ以上のはんだ層を供給する工程と、
１つ以上のセラミック層および／または１つ以上の金属層および／または１つ以上のはんだ層を１つ以上の活性金属層でコーティングする工程と、
１つ以上のセラミック層と１つ以上の金属層との間に、１つ以上のはんだ層を積層方向に沿って配置することで、１つ以上のはんだ層および１つ以上の活性金属層を備えるはんだシステムを形成する工程と、
活性はんだ処理によって、はんだシステムを介して１つ以上の金属層を１つ以上のセラミック層に接合する工程と、を備える。
【0010】
金属セラミック基板を製造するための従来技術により周知の処理と比較して、本発明によれば、好ましくは融点を低下させる元素を含まない１つ以上のはんだ層、および１つ以上の活性金属層を備える多層はんだシステムが提供される。１つ以上の活性金属層と１つ以上のはんだ層との分離は、特にはんだ層が箔である場合に比較的薄いはんだ層を実現できるので、特に有利であることが分かっている。そうでない場合は、はんだペーストつまりはんだ層の変態を妨げる脆弱な金属間相のため、活性金属を含むはんだ材料に関して比較的大きいはんだ層厚さを実現する必要があり、それにより最小の層厚さは、活性金属を含むはんだ材料の製造特性によって制限される。したがって、活性金属を含むはんだ層に関しては、はんだ層の最小のはんだ層厚さを決定するのは接合処理に必要な最小の厚さではなく、はんだ層の最小のはんだ層厚さを決定するのは技術的に実現可能なはんだ層の最小の層厚さである。その結果、活性金属を含む厚いはんだ層は、薄い層よりも高価である。
【0011】
活性金属を１つ以上のはんだ層から分離することにより、１つ以上のはんだ層のはんだ層厚さを有利に減少することができる。その結果、はんだシステムまたは１つ以上のはんだ層の材料を節約することが可能である。そのような活性金属を含まないはんだ層はまた、１０μｍ未満、好ましくは７μｍ未満の厚さに圧延可能な点で特に有利である。さらなる利点は、特に、はんだシステムまたは１つ以上のはんだ層の第２の厚さが減少するために、製造された金属セラミック基板上のパターン形成のエッチングが単純化されることである。さらに、金属層のセラミック層への接合が、製造作業において促進され得る。
【0012】
特に、はんだ層が融点を低下させる元素を含まない、および／またはリンを含まない場合、別個の活性金属層の使用も可能である。これにより、各場合に使用される１つ以上のはんだ層の材料をより柔軟に選択でき、活性はんだ処理用に確立された処理パラメータの使用も可能である。さらに、１つ以上のはんだ層を形成する前に、対応する融点を低下させる元素の添加を回避することが有利に可能である。特に、当業者は、融点を低下させる元素を含まない１つ以上のはんだ層を、３重量％未満、好ましくは２重量％未満、より好ましくは１重量％未満のこれらの融点を低下させる元素を有する層であると理解できる。これらの融点を低下させる元素の例としては、リンおよび亜鉛が挙げられる。リンを含まないはんだ付け材料の使用は、例えば、リンを含まず、したがってはんだ層への一体化がリンについて周知である融点の大幅な低下にはつながらない融点を低下させる材料を含むはんだ層についても、活性金属層とはんだ層との分離を有利に可能にする。例えば、はんだ層の融点を１００℃未満、好ましくは８０℃未満、より好ましくは５０℃未満低下させるのは、そのような融点を低下させる材料である。
【0013】
さらに、１つ以上のはんだ層は、活性金属を含まないことが好ましい。特に、当業者は、活性金属を含まないということは、はんだ層が５重量％未満、好ましくは３重量％未満、より好ましくは１．５重量％未満の活性金属を有することを意味すると理解できる。活性金属の例としては、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、クロム（Ｃｒ）、ニオブ（Ｎｂ）、セリウム（Ｃｅ）、バナジウム（Ｖ）が挙げられる。１つ以上のはんだ層は箔として設けられることが特に好ましい。これにより、特に金属セラミック基板の連続生産において、１つ以上のセラミック層と１つ以上の金属層との間に箔を配置する際に、箔の可能な限り簡単な取り扱いが可能になる。
【0014】
例えば、１つ以上のはんだ層が、金属層または１つ以上の金属層と共に予め設けられることも考えられる。例えば、１つ以上のはんだ層は、金属セラミック基板を製造するために使用される１つ以上の金属層の片面に設けられる。この場合、１つ以上の金属層は、１つ以上のはんだ層の支持体として機能する。しかしながら、１つ以上のはんだ層が、フィルム、例えば、支持体を形成するプラスチックフィルムに設けられることも考えられる。さらに、１つ以上のはんだ層が１つ以上の金属層に設けられること、および、好ましくは異なる粒径分布または異なる平均粒径を有する１つ以上のさらなる金属層が、好ましくは１つ以上のはんだ層を担持する１つ以上の金属層において、はんだ層とは反対側の面に提供されることが考えられる。特に、１つ以上の金属層および１つ以上のさらなる金属層の粒径、特にそれらの平均粒径が互いに異なるので、接合処理中に２層の金属化層がセラミックの上側に形成される。小さい平均粒径の金属層は外側に位置し、大きい平均粒径の金属層ははんだシステムまたはセラミック層に面することが特に好ましい。
【0015】
特に、１つ以上の活性金属層を、１つ以上のセラミック層および／または１つ以上の金属層および／または１つ以上のはんだ層に選択的に配置可能な点で有利である。該層のうちの２つ以上の層に対して、１つ以上の活性金属層が配置されることが好ましい。好ましくは、１つ以上の活性金属層は、１つ以上のセラミック層、および／または１つ以上の金属層の、配置状態または金属セラミック基板において１つ以上のはんだに面する面に配置される。１つ以上の活性金属層が１つ以上のはんだ層に配置されることが特に好ましい。この場合、１つ以上の活性金属層を有する１つ以上のはんだ層を備えるはんだシステムを提供することが可能であり、該はんだシステムを、活性はんだ処理のために１つ以上のセラミック層と１つ以上の金属層との間に容易に配置することが可能である。この場合、接合処理は、６００℃から１０００℃の間、好ましくは７００℃から９５０℃の間の処理温度で実行される活性はんだ処理である。
【0016】
好ましくは、１つ以上のはんだ層のはんだ材料は、銀ベースまたは銅ベースのはんだ材料である。銀ベースのはんだ材料では、銀が主成分、つまり重量パーセントで最も高い割合を占める成分であり、銅ベースのはんだ材料では、銅が主成分である。銀ベースのはんだ材料の例としては、ＡｇＣｕ、特にＡｇＣｕ２８、ＡｇＣｕＩｎ、ＡｇＣｕＳｎ、およびＡｇＣｕＧａが挙げられる。銅ベースのはんだ材料の例としては、銅ＣｕＳｎ、ＣｕＩｎ、ＣｕＧａ、ＣｕＩｎＳｎ、ＣｕＩｎＭｎ、およびＣｕＧａＳｎが挙げられる。はんだ材料としてＮｉＣｒＭｎを使用することも考えられる。特に、はんだ層が銀を含まない場合は、すなわち、はんだ層が３重量％未満の銀、好ましくは２重量％未満の銀、より好ましくは１重量％未満の銀を含むことが好ましい。製造された金属セラミック基板の銀含有量は、はんだシステム内の銀イオンの移動につながりかねないので、このようにして銀を有利に節約することができる。
【0017】
好ましくは、はんだ層またははんだ層のはんだ材料は、複数の成分を含み、および／または銀を含まない。換言すると、はんだ材料は単一の化学元素で構成されない。特に、はんだ層は銀のみを含むわけではない。好ましくは、はんだ層は、２つ以上の異なる成分または要素を含む。これにより、例えば接着強度および耐熱衝撃性に関して、接合の挙動をさらに最適化することが有利に可能になる。例えば、その銀イオンの移動およびエッチング挙動により、製造された金属セラミック基板に有害な影響を与えるような純銀の層を使用する必要はない。ろう付け材料としてはんだ層を形成する材料の他の例としては、特に１０５０℃までのはんだの使用温度のＣｕＮｉおよびＣｕＮｉＭｎが挙げられる。さらに、純銀も考えられる。
【0018】
１つ以上の金属層について考えられる材料は、銅、アルミニウム、モリブデン、および／またはそれらの合金およびラミネート、ならびにＣｕＷ、ＣｕＭｏ、ＣｕＡｌ、ＡｌＣｕおよび／またはＣｕＣｕなどの粉末冶金複合材料、特に第１の銅層および第２の銅層を有しかつ第１の銅層の粒径が第２の銅層とは異なる銅サンドイッチ構造である。さらに、１つ以上の金属層が表面改質されていることが好ましい。考えられる表面改質は、例えば、貴金属、特に銀および／もしくは金、もしくはＥＮＩＧ（「無電解ニッケル置換金メッキ」）によるシーリング、または亀裂の形成または膨張を抑制するための第１または第２の金属層のエッジカプセル化である。
【0019】
好ましくは、１つ以上のセラミック層は、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＡｌＮ、ＨＰＳＸセラミック（すなわち、ＺｒＯ２のｘパーセント部分を含むＡｌ２Ｏ３基質を有するセラミック、例えば、９％のＺｒＯ２＝ＨＰＳ９を有するＡｌ２Ｏ３または２５％のＺｒＯ２＝ＨＰＳ２５を有するＡｌ２Ｏ３）、ＳｉＣ、ＢｅＯ、ＭｇＯ、高密度ＭｇＯ（理論密度の９０％を超える）、ＴＳＺ（正方安定化酸化ジルコニウム）、またはＺＴＡをセラミックの材料として含む。ここでは、絶縁層が複合セラミックまたはハイブリッドセラミックとして設計され、さまざまな望ましい特性を組み合わせるために、材料組成がそれぞれ異なる複数のセラミック層が上下に配置されて接合されて、絶縁層を形成することも考えられる。可能な限り低い熱抵抗のために、高熱伝導性セラミックが使用されることが好ましい。
【0020】
好ましい実施形態によれば、１つ以上の活性金属層は、蒸着処理、特にＰＶＤ（物理蒸着処理）によって、またはＣＶＤ（化学蒸着）によって配置される。この製造作業によって、特に可能な限り均一に配置される比較的薄い活性金属層を提供することが可能である。特に、配置は可能な限り制御してよく、その結果、配置された１つ以上の活性金属層は、配置領域にわたって可能な限り一定の厚さを有する。例えば、蒸着処理に関して、熱蒸着、電子ビーム蒸着、レーザービーム蒸着、アーク蒸着または分子ビームエピタキシー、イオンビーム支援蒸着などのスパッタリング、イオンプレーティング、および／またはＩＣＢ技術などを使用することができる。
【0021】
有利には、１つ以上の活性金属層の第１の厚さは、１００ｎｍから１０００ｎｍの間、好ましくは１５０ｎｍから７５０ｎｍの間、より好ましくは２００ｎｍから５００ｎｍの間の値を有する。そのような薄い活性金属層は、特に１つ以上のセラミック層と１つ以上の金属層との間の界面において、金属セラミック基板の熱伝導率の低下および機械的強度の低下を有利に防止する。層厚さが意図された保有時間と一致するとより好ましい。例えば、例えば１０日を超える長い保有時間に対しては、特に活性金属層としてのチタンの場合、７５０から１０００ｎｍの間の層厚さを用いることが有利である。短い保有時間に対しては、１５０ｎｍから３５０ｎｍの第１の厚さを使用してもよい。
【0022】
活性はんだ処理は、１０－２ｍｂａｒ（１Ｐａ）未満、好ましくは１０－３ｍｂａｒ（１０－１Ｐａ）未満、より好ましくは１０－４ｍｂａｒ（１０－２Ｐａ）未満の圧力で、および／またはプロセスガスを使用して実行されることが好ましい。例えば、活性はんだ処理は、高真空または１ｍｂａｒ（１００Ｐａ）未満の非常に低い酸素分圧とアルゴン分圧を有する微小真空で実行される。あるいは、アルゴンまたは一般に希ガス下で大気圧で作業することも考えられる。ここでは有機バインダーを使用していないため、処理時間を半分まで短縮することが可能である。
【0023】
さらに、好ましくは、１つ以上のはんだ層の第２の厚さは、１μｍから１００μｍの間、好ましくは１．５μｍから５０μｍの間、より好ましくは２μｍから２０μｍまたは１０μｍ未満の間の値を有する。特に、これは接合処理、すなわち活性はんだ処理前の第２の厚さである。１つ以上のはんだ層は、１０μｍ未満の厚さ、好ましくは７μｍ未満の厚さ、より好ましくは５μｍ未満の厚さまで例えば圧延されることによって、接合処理の前にさらに減少されることが特に好ましい。このようにして、はんだ材料または１つ以上のはんだ層の層厚さを、有利にさらに減少することができる。さらに、１つ以上のセラミック層と１つ以上の金属層との間に配置される前に、１つ以上のはんだ層が、圧延によってその層厚さに関して減少されることが好ましい。このようにして、さらなるはんだ層工程で例えば圧延によって接合処理のために意図された最終的な層厚さに減少する前に、より薄い１つ以上のはんだ層を実現することが可能である。
【0024】
はんだ層の第２の厚さに対する活性金属層の第１の厚さの割合は、０．００３から０．５の間、好ましくは０．０１５から０．２の間、より好ましくは０．０３から０．１４の間の値を有する。換言すると、はんだ層の第２の厚さは、活性金属層の第１の厚さよりも著しく大きい。
【0025】
さらに、１つ以上の活性金属層は１つ以上の保護層により覆われていることが好ましい。この１つ以上の保護層によって、１つ以上の活性金属層の酸化を防ぐことが有利に可能である。例えば、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、インジウム（Ｉｎ）、銀（Ａｇ）、クロム（Ｃｒ）、または窒化チタン（ＴｉＮ）を、１つ以上の活性金属層の保護層として使用できる。この場合、１つ以上の保護層の厚さは、少なくとも１００ｎｍの値を有する。１つ以上の保護層の厚さ、すなわち第３の厚さは、保有時間、すなわち、１つ以上の活性金属層の配置と活性はんだ処理における実際の接合処理との間で経過する時間に適合されることが特に好ましい。このようにして、１つ以上の活性金属層で覆われた構成要素（１つ以上の金属層および／または１つ以上の活性金属層および／または１つ以上のはんだ層）の恒久的な保有を、接合処理の前に１つ以上の活性金属層が酸化することなく、有利に確実にすることができる。例えば、１つ以上の保護層の層厚さ、すなわち第３の厚さは、１００ｎｍまたは５０ｎｍから１０００ｎｍの間、好ましくは１５０ｎｍから７５０ｎｍの間、より好ましくは２５０ｎｍから５００ｎｍの間である。
【0026】
さらに、積層方向で測定した、１つ以上の活性金属層の第１の厚さに対する１つ以上の保護層の第３の厚さの割合は、０．５から１の間、好ましくは０．７から０．９の間、より好ましくは０．７５から０．８５の間の値を有することが好ましい。
【0027】
さらに、１つ以上の活性金属層は、積層方向に沿ってその組成が変化していることが好ましい。このようにして、活性金属層の適時でない酸化もまた、特に、活性金属が設置される表面（１つ以上の金属層、１つ以上のセラミック層、または１つ以上のはんだ層）からの距離が増加するにつれて、窒素、酸素または炭素などの介在元素の量を増加させることによって、有利に防止される。さらに、１つ以上の活性金属層を備えた構成要素、つまり１つ以上の金属層、１つ以上のセラミック層、および／または１つ以上のはんだ層の保有時間を延長するために、１つ以上の活性金属層は、１つ以上のさらなるはんだ層で覆われている。この場合、１つ以上のさらなるはんだ層の厚さは、１つ以上のはんだ層の第２の厚さよりも、少なくとも０．１倍、好ましくは０．０５倍、より好ましくは０．０１倍だけ薄い。有利には、はんだシステムは、１つ以上の活性金属層が１つ以上のはんだ層および１つ以上のさらなるはんだ層によって包まれているかまたは囲まれているサンドイッチ構造を形成する。
【0028】
１つ以上のはんだ層および／または１つ以上の活性金属層は、圧延および／またはプレス後の活性金属層の第１の厚さが１０００ｎｍ未満、好ましくは７５０ｎｍ未満、より好ましくは５００ｎｍ未満の値を有するように圧延されることが好ましい。このようにして、電気めっき処理または気相堆積処理による代わりの方法と比較して、はんだ層および活性金属層が共に圧延されるときに特に１０００ｎｍ未満である活性金属層の第１の厚さを実現することが有利に可能である。この処理では、活性金属層とはんだ層の層厚さ、すなわち第１の厚さと第２の厚さは、共に圧延および／またはプレスされる。この目的のため、例えば厚いはんだ箔の形状のはんだ層および活性金属層は、例えば、層厚さを減少するための上流の圧延または初期の圧延により初めに接合される。ここでは、活性金属層の開始時の層厚さおよびはんだ箔の開始時の層厚さは、第１の厚さの活性金属層および第２の厚さのはんだ層を有する製造されたはんだシステムにおける第１の厚さおよび第２の厚さとして互いに同じ割合であることが好ましい。その後の圧延、特に複数回の圧延において、活性金属層およびはんだ層は各圧延によりそれぞれの厚さに圧延されて、比較的薄いはんだ層においてさらに薄い活性金属層が配置される。その後、このはんだシステムを使用して、活性はんだ処理で金属層をセラミック層に接着することができる。
【0029】
さらなる活性金属層が提供され、はんだ層は、活性金属層とさらなる活性金属層との間に配置されることが特に好ましい。結果として、はんだ層と１つ以上の金属層との間の界面もまた、活性金属層の活性金属によって影響を受け得る。
【0030】
さらに、セラミック層が活性金属層でコーティングされ、１つ以上の金属層ははんだ層でコーティングされることが好ましい。
１つ以上の金属層は、１ｍｍよりも大きい、好ましくは１．３ｍｍよりも大きい、特に好ましくは１．５ｍｍよりも大きい層厚さを有する場合に特に好ましい。これにより、比較的厚い１つ以上の金属層が提供され、熱エネルギーの急速な放散を支持し、部品側の熱拡散を可能にする。
１つ以上の金属層は、１ｍｍよりも大きい、好ましくは１．３ｍｍよりも大きい、特に好ましくは１．５ｍｍよりも大きい層厚さを有する場合に特に好ましい。これにより、比較的厚い１つ以上の金属層が提供され、熱エネルギーの急速な放散を支持し、部品側の熱拡散を可能にする。
【0031】
本発明のさらなる態様は、本発明による方法のはんだシステムであり、はんだシステムは、特にはんだ箔の形状の１つ以上のはんだ層と、１つ以上の活性金属層とを備える。金属セラミック基板の製造方法について説明した全ての効果および仕様は、同様にはんだシステムに適用される。
【0032】
別の態様は、方法によって製造された金属セラミック基板であって、該方法は、
１つ以上のセラミック層、１つ以上の金属層、および特に１つ以上のはんだ箔の形状の１つ以上のはんだ層を供給する工程と、
１つ以上のセラミック層および／または１つ以上の金属層および／または１つ以上のはんだ層を１つ以上の活性金属層でコーティングする工程と、
１つ以上のセラミック層と１つ以上の金属層との間に、１つ以上のはんだ層を積層方向に沿って配置することで、１つ以上のはんだ層および１つ以上の活性金属層を備えるはんだシステムを形成する工程であって、１つ以上のはんだ層のはんだ材料は、好ましくは融点を低下させる材料を含まない工程と、
活性はんだ処理によって、はんだシステムを介して１つ以上の金属層を１つ以上のセラミック層に接合する工程と、を備える。金属セラミック基板の製造方法について説明した全ての効果および特徴は、同様に金属セラミック基板に適用される。
１つ以上のセラミック層、１つ以上の金属層、および特に１つ以上のはんだ箔の形状の１つ以上のはんだ層を供給する工程と、
１つ以上のセラミック層および／または１つ以上の金属層および／または１つ以上のはんだ層を１つ以上の活性金属層でコーティングする工程と、
１つ以上のセラミック層と１つ以上の金属層との間に、１つ以上のはんだ層を積層方向に沿って配置することで、１つ以上のはんだ層および１つ以上の活性金属層を備えるはんだシステムを形成する工程であって、１つ以上のはんだ層のはんだ材料は、好ましくは融点を低下させる材料を含まない工程と、
活性はんだ処理によって、はんだシステムを介して１つ以上の金属層を１つ以上のセラミック層に接合する工程と、を備える。金属セラミック基板の製造方法について説明した全ての効果および特徴は、同様に金属セラミック基板に適用される。
【0033】
さらなる効果および特徴は、添付の図面を参照に、本発明の主題の好ましい実施形態の以下の説明から明らかになる。各実施形態の各特徴は、したがって、本発明の範囲内で組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【0034】
【図1】本発明の第１の好ましい実施形態による金属セラミック基板を製造する方法の概略図。
【図2】本発明の第２の好ましい実施形態による金属セラミック基板を製造する方法の概略図。
【図3】本発明の第３の好ましい実施形態による金属セラミック基板を製造する方法の概略図。
【図4】本発明の第４の好ましい実施形態による金属セラミック基板を製造する方法の概略図。
【図5】本発明の第５の好ましい実施形態による金属セラミック基板を製造する方法の概略図。
【発明を実施するための形態】
【0035】
図１は、本発明の第１の好ましい実施形態による金属セラミック基板１を製造する方法の概略を示す。このような金属セラミック基板１は、金属セラミック基板１に接続可能な電子部品または電気部品の支持体として使用されることが好ましい。図１の左上に、製造された金属セラミック基板１の例を概略的に示す。このような金属セラミック基板１の必須の構成要素は、主延長面ＨＳＥに沿って延在する１つ以上のセラミック層１０、および１つ以上の該セラミック層１０に接合された１つ以上の金属層２０を含む。１つ以上のセラミック層１０は、セラミックを含む１つ以上の材料で形成されている。ここでは、１つ以上の金属層２０および１つ以上のセラミック層１０は、主延長面ＨＳＥに対し垂直に延びる積層方向Ｓに沿って上下に配置され、また、製造された状態では少なくとも所定の領域で、はんだシステム３５により材料結合を通じて互いに接合される。製造された金属セラミック基板１における１つ以上の金属層２０は、次に、電気部品の導体トラックまたは接続領域を形成するよう構造化されることが好ましい。例えば、このパターニングは１つ以上の金属層２０にエッチングされる。しかしながら、永久的な結合、特に材料結合が、１つ以上の金属層２０と１つ以上のセラミック層１０との間に事前に確立されなければならない。
【0036】
図１の例示的な実施形態では、この永久的な、特に材料的に結合された接続は、活性はんだ処理によって実現される。この目的のため、はんだシステム３５は、１つ以上のセラミック層１０と１つ以上の金属層２０との間に配置される。はんだシステム３５により、セラミック層１０と金属層２０との間の材料結合が、完成された金属セラミック基板１において実現される。特に、はんだシステム３５は複数層を有する。１つ以上のはんだ層３０に加えて、はんだシステム３５は、１つ以上の活性金属層４０を含む。ここでは特に、１つ以上のはんだ層３０は活性金属を含まない、つまり、活性金属を有さない。代わりに、活性金属は、はんだシステム３５に活性金属層４０として別個の層に配置される。活性金属を含まないはんだ付け材料が一方のはんだ層３０に設けられ、また活性金属が包む活性金属層４０が他方に設けられる、はんだシステム３５におけるこの分離は、有利には、可能な限り薄いはんだ層３０の実現を可能にする。そうでない場合は、接合処理に必要な最小の厚さによって制限されるのではなく、１つ以上のはんだ層３０の製造作業によって制限される、特にはんだ箔の形状で、１つ以上のはんだ層３０についてより大きな最小の層厚さを有する必要がある。
【0037】
１つ以上の活性金属層４０と１つ以上のはんだ層３０とを分離することにより、この場合は脆弱な金属間相が変態を妨げることがないので、対応するより薄いはんだ箔を製造することができる。特に、これにより、特にはんだ箔の形状で、１つ以上のはんだ層３０の１０μｍ未満、好ましくは８μｍ未満、より好ましくは６μｍ未満の厚さの圧延性を実現するはんだ層３０を供給することが有利に可能である。図示の例示的な実施形態では、１つ以上の活性金属層４０は、例えば、スパッタリングまたはＣＶＤによって１つ以上のセラミック層１０に配置され、１００ｎｍから１０００ｎｍの間、好ましくは１５０ｎｍから７５０ｎｍの間、より好ましくは２００ｎｍから５００ｎｍの間の値を有する第１の厚さＤ１を有する。
【0038】
この薄い活性金属層４０は、そうでない場合により厚い活性金属層４０を使用した際に予想される熱伝導率および機械的強度の低下を防止することが可能である。この特徴は、層厚さ、つまり２００ｎｍから５００ｎｍの間の第１の厚さＤ１で特に当てはまる。ここでは、活性はんだ処理が実行される前に、１つ以上のはんだ層３０、特に１つ以上のはんだ箔が、１つ以上の活性金属層４０と１つ以上の金属層２０との間に別個の層として配置される。例えば、可能な限り薄い１つ以上のはんだ層３０を実現するため、１つ以上のはんだ箔が１つ以上の活性金属層４０に配置され、また圧延工程により１０μｍ未満、好ましくは７μｍ未満の第２の厚さにめっきされることが考えられる。比較的薄い１つ以上のはんだ層３０の使用は、一方では接合過程を加速し、他方では１つ以上のセラミック層１０と１つ以上の金属層２０との間の接合を実施する際の材料消費を有利に低減する。この場合、１つ以上のセラミック層１０および１つ以上の金属層２０は、積層方向Ｓに沿って上下に配置される。１つ以上のはんだ層３０および１つ以上の活性金属層４０を有するはんだシステム３５は、積層方向Ｓに沿って１つ以上の金属層２０と１つ以上のセラミック層１０との間に配置される。特に、１つ以上のはんだ層３０は、活性金属を含まないだけでなく、リンまたは亜鉛などの融点を低下させる元素も含まない。実質的に「低融点の元素を含まない」ということは、当業者には、特に、はんだ層中のそれらの元素量は３重量％未満、好ましくは２重量％未満、より好ましくは１重量％未満であることが理解される。例として、１つ以上のはんだ層３０には、融解温度が低下するのを防ぐために、リンまたは亜鉛を含むはんだ材料を使用することが回避される。意外にも、融点を低下させる元素が併せて使用されていないそのようなはんだ材料については、別個の１つ以上の活性元素層４０を介した接合も可能である。これにより、活性はんだ処理の通常の処理温度で使用されるそのようなはんだ材料に対して、比較的薄い１つ以上のはんだ層３０の使用が可能になる。したがって、活性はんだ処理で一般的に使用される通常のプロセスパラメータを使用することができ、比較的薄い１つ以上のはんだ層３０を実現することができる。
【0039】
図２は、本発明の第２の例示的な実施形態による金属セラミック基板１を製造する方法の概略を示す。特に、図２の例示的な実施形態は、１つ以上の活性金属層４０に加えて、１つ以上の保護層４１が配置されるという点でのみ、図１の例示的な実施形態とは実質的に異なる。具体的には、主延長面ＨＳＥに延びる１つ以上の保護層４１は、活性金属層４０を覆う。そのような１つ以上の保護層４１を使用することにより、実際の接合処理、すなわち活性はんだ処理が行われる前に、１つ以上の活性金属層４０上または１つ以上の活性金属層４０の外側で起こる酸化を防ぐことが有利に可能である。好ましくは、そのような１つ以上の保護層４１は、少なくとも１００ｎｍの最小の厚さを有する第３の厚さＤ３を有する。好ましくは、１つ以上の保護層の第３の厚さＤ３は、１００ｎｍから１０００ｎｍ、好ましくは１５０ｎｍから７５０ｎｍ、より好ましくは２００ｎｍから５００ｎｍの間である。さらには、１つ以上の保護層４１は１つ以上の活性金属層４０を部分的または好ましくは完全に覆い、積層方向Ｓから見た場合に、１つ以上の活性金属層４０と１つ以上のはんだ層３０との間に配置されることが好ましい。好ましくは、第３の厚さＤ３は、活性金属層（４０）および保護層（４１）の堆積に始まり、活性はんだ処理による接合が起こるまでの、予想される期間に適合される。このようにして、１つ以上の活性金属層４０が接合前に酸化しないように、意図された保有時間を、特に保護層４１の第３の厚さＤ３によって有利な方法で調整することができる。好ましくは、１つ以上の保護層４１の第３の厚さＤ３は、活性金属層４０の第１の厚さＤ１に略一致する。
【0040】
さらに、１つ以上のはんだ層３０は、０．１から１００μｍの間、好ましくは０．５から５０μｍの間、より好ましくは０．２から２０μｍの間の値を有する第２の厚さＤ２を有する。特に、１つ以上のはんだ層３０を適用する前、または１つ以上の金属層２０もしくは１つ以上の活性金属層４０に配置する前の第２の厚さＤ２がそうである。特に、１つ以上の金属層２０の適用または配置後、１つ以上のはんだ層３０の第２の厚さＤ２は、さらなる圧延によってさらに減少される。１つ以上の金属層２０と、１つ以上のセラミック層１０と、該１つ以上の金属層２０および１つ以上のセラミック層１０の間に配置されたはんだシステム３５とを配置した後、７００℃から９００℃の間の温度で接合が行われる。はんだ付け処理は、１０ｍｂａｒ（１０３Ｐａ）未満の圧力で行われることが好ましい。接合処理、すなわち活性はんだ処理は、プロセスガスを使用して、または、例えば、アルゴンまたはより一般的には１つまたは複数の希ガスを含む作業雰囲気中で実施されることも考えられる。
【0041】
図３は、本発明の第３の例示的な実施形態による金属セラミック基板１を製造する方法の概略を示す。実質的には、本実施形態は、１つ以上の活性金属層４０は、１つ以上の金属層２０と１つ以上のセラミック層１０との間に配置される前に、１つ以上のはんだ層３０に取り付けられるという点で図２の実施形態とは異なる。換言すると、本明細書では、１つ以上の活性金属層４０の１つ以上のはんだ層３０への接合は、１つ以上のセラミック層１０と１つ以上の金属層２０との間の配置の時間的に前にスパッタリングによって行われる。特に、本明細書では、１つ以上の活性金属層４０の初期酸化を防ぐために、１つ以上の保護層４１が、１つ以上の活性金属層４０を特に片側において部分的または好ましくは完全に覆う。
【0042】
図４は、本発明の第４の例示的な実施形態による金属セラミック基板１を製造する方法の概略を示す。図２および３の実施形態とは対照的に、図４の例示的な実施形態では、１つ以上の活性金属層４０が、活性はんだ処理の前に１つ以上の金属層２０に接合される。この場合、１つ以上の活性金属層４０は、特に、接合処理においてはんだ層３０に対向する１つ以上の金属層２０の側に配置される。例えば、１つ以上の活性金属層４０は、ＣＶＤ処理またはスパッタリングによって、すなわち、一般に蒸着処理によって、１つ以上の金属層２０に全領域にわたって配置されてよい。１つ以上の活性金属層４０が付着する１つ以上の金属層２０と、１つ以上のセラミック層１０と、１つ以上のはんだ層３０とを配置した後、接合処理は、活性はんだ処理によって実施される。
【0043】
図５は、本発明の第５の例示的な実施形態による金属セラミック基板１を製造する方法の概略を示す。本明細書では、図５の例示的な実施形態は、１つ以上のセラミック層１０の表側および裏側の両方が、対応するはんだシステム３５を介して１つ以上の金属層２０にそれぞれ接合されるという点でのみ、図２の実施形態とは異なる。好ましくは、はんだシステム３５は、１つ以上のはんだ層３０と、１つ以上の活性金属層４０と、１つ以上の保護層４１とを含む。
【符号の説明】
【0044】
１ 金属セラミック基板
１０ セラミック層
２０ 金属層
３０ はんだ層
３５ はんだシステム
４０ 活性金属層
４１ 保護層
Ｓ 積層方向
ＨＳＥ 主延長面
Ｄ１ 第１の厚さ
Ｄ２ 第２の厚さ
Ｄ３ 第３の厚さ
１０ セラミック層
２０ 金属層
３０ はんだ層
３５ はんだシステム
４０ 活性金属層
４１ 保護層
Ｓ 積層方向
ＨＳＥ 主延長面
Ｄ１ 第１の厚さ
Ｄ２ 第２の厚さ
Ｄ３ 第３の厚さ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【手続補正書】
【提出日】2024-02-19
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
金属セラミック基板（１）を製造する方法であって、
１つ以上のセラミック層（１０）、１つ以上の金属層（２０）、および特に１つ以上のはんだ箔の形状の１つ以上のはんだ層（３０）を供給する工程と、
１つ以上の前記セラミック層（１０）および／または１つ以上の前記金属層（２０）および／または１つ以上の前記はんだ層（３０）を１つ以上の活性金属層（４０）でコーティングする工程と、
１つ以上の前記セラミック層（１０）と１つ以上の前記金属層（２０）との間に、１つ以上の前記はんだ層（３０）を積層方向（Ｓ）に沿って配置することで、１つ以上の前記はんだ層および１つ以上の前記活性金属層（４０）を備えるはんだシステム（３５）を形成する工程と、
活性はんだ処理によって、前記はんだシステム（３５）を介して１つ以上の前記金属層（２０）を１つ以上の前記セラミック層（１０）に接合する工程と、を備え、
製造された前記金属セラミック基板（１）における１つ以上の前記金属層（２０）は、電気部品の導体トラックまたは接続領域を形成するよう構造化され、
前記はんだ層（３０）のはんだ材料は、ＡｇＣｕＩｎ、ＡｇＣｕＧａ、ＣｕＩｎ、ＣｕＧａ、ＣｕＩｎＳｎ、又はＣｕＧａＳｎであり、
１つ以上の前記活性金属層（４０）の第１の厚さ（Ｄ１）は、１５０ｎｍから７５０ｎｍの間であり、
前記はんだ層（３０）の第２の厚さ（Ｄ２）に対する前記活性金属層（４０）の前記第１の厚さ（Ｄ１）の割合は、０．００３から０．５の間である方法。
１つ以上のセラミック層（１０）、１つ以上の金属層（２０）、および特に１つ以上のはんだ箔の形状の１つ以上のはんだ層（３０）を供給する工程と、
１つ以上の前記セラミック層（１０）および／または１つ以上の前記金属層（２０）および／または１つ以上の前記はんだ層（３０）を１つ以上の活性金属層（４０）でコーティングする工程と、
１つ以上の前記セラミック層（１０）と１つ以上の前記金属層（２０）との間に、１つ以上の前記はんだ層（３０）を積層方向（Ｓ）に沿って配置することで、１つ以上の前記はんだ層および１つ以上の前記活性金属層（４０）を備えるはんだシステム（３５）を形成する工程と、
活性はんだ処理によって、前記はんだシステム（３５）を介して１つ以上の前記金属層（２０）を１つ以上の前記セラミック層（１０）に接合する工程と、を備え、
製造された前記金属セラミック基板（１）における１つ以上の前記金属層（２０）は、電気部品の導体トラックまたは接続領域を形成するよう構造化され、
前記はんだ層（３０）のはんだ材料は、ＡｇＣｕＩｎ、ＡｇＣｕＧａ、ＣｕＩｎ、ＣｕＧａ、ＣｕＩｎＳｎ、又はＣｕＧａＳｎであり、
１つ以上の前記活性金属層（４０）の第１の厚さ（Ｄ１）は、１５０ｎｍから７５０ｎｍの間であり、
前記はんだ層（３０）の第２の厚さ（Ｄ２）に対する前記活性金属層（４０）の前記第１の厚さ（Ｄ１）の割合は、０．００３から０．５の間である方法。
【請求項2】
前記はんだ層（３０）のはんだ材料は、ＣｕＩｎ、ＣｕＧａ、ＣｕＩｎＳｎ、又はＣｕＧａＳｎである、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
１つ以上の前記活性金属層（４０）の前記第１の厚さ（Ｄ１）は、２００ｎｍから５００ｎｍの間の値を有する、請求項１または２に記載の方法。
【請求項4】
前記活性はんだ処理は、１０－２ｍｂａｒ（１Ｐａ）未満、好ましくは１０－３ｍｂａｒ（１０－１Ｐａ）未満、より好ましくは１０－４ｍｂａｒ（１０－２Ｐａ）未満の圧力で、および／またはプロセスガスを使用して実行され、
および／または、１つ以上の前記活性金属層（４０）は、蒸着処理によっておよび／またはガルバニ電流によって配置される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
および／または、１つ以上の前記活性金属層（４０）は、蒸着処理によっておよび／またはガルバニ電流によって配置される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項5】
金属セラミック基板（１）を製造する方法であって、
１つ以上のセラミック層（１０）、１つ以上の金属層（２０）、および特に１つ以上のはんだ箔の形状の１つ以上のはんだ層（３０）を供給する工程と、
１つ以上の前記セラミック層（１０）および／または１つ以上の前記金属層（２０）および／または１つ以上の前記はんだ層（３０）を１つ以上の活性金属層（４０）でコーティングする工程であって、前記活性金属層が前記はんだ層と前記セラミック層との間に配置される工程と、
１つ以上の前記セラミック層（１０）と１つ以上の前記金属層（２０）との間に、１つ以上の前記はんだ層（３０）を積層方向（Ｓ）に沿って配置することで、１つ以上の前記はんだ層および１つ以上の前記活性金属層（４０）を備えるはんだシステム（３５）を形成する工程と、
活性はんだ処理によって、前記はんだシステム（３５）を介して１つ以上の前記金属層（２０）を１つ以上の前記セラミック層（１０）に接合する工程と、を備え、
前記はんだ層（３０）のはんだ材料は、ＡｇＣｕＩｎ、ＡｇＣｕＧａ、ＣｕＩｎ、ＣｕＧａ、ＣｕＩｎＳｎ、又はＣｕＧａＳｎであり、
１つ以上の前記活性金属層（４０）の第１の厚さ（Ｄ１）は、１５０ｎｍから７５０ｎｍの間であり、
前記はんだ層（３０）の第２の厚さ（Ｄ２）に対する前記活性金属層（４０）の前記第１の厚さ（Ｄ１）の割合は、０．００３から０．５の間である方法。
１つ以上のセラミック層（１０）、１つ以上の金属層（２０）、および特に１つ以上のはんだ箔の形状の１つ以上のはんだ層（３０）を供給する工程と、
１つ以上の前記セラミック層（１０）および／または１つ以上の前記金属層（２０）および／または１つ以上の前記はんだ層（３０）を１つ以上の活性金属層（４０）でコーティングする工程であって、前記活性金属層が前記はんだ層と前記セラミック層との間に配置される工程と、
１つ以上の前記セラミック層（１０）と１つ以上の前記金属層（２０）との間に、１つ以上の前記はんだ層（３０）を積層方向（Ｓ）に沿って配置することで、１つ以上の前記はんだ層および１つ以上の前記活性金属層（４０）を備えるはんだシステム（３５）を形成する工程と、
活性はんだ処理によって、前記はんだシステム（３５）を介して１つ以上の前記金属層（２０）を１つ以上の前記セラミック層（１０）に接合する工程と、を備え、
前記はんだ層（３０）のはんだ材料は、ＡｇＣｕＩｎ、ＡｇＣｕＧａ、ＣｕＩｎ、ＣｕＧａ、ＣｕＩｎＳｎ、又はＣｕＧａＳｎであり、
１つ以上の前記活性金属層（４０）の第１の厚さ（Ｄ１）は、１５０ｎｍから７５０ｎｍの間であり、
前記はんだ層（３０）の第２の厚さ（Ｄ２）に対する前記活性金属層（４０）の前記第１の厚さ（Ｄ１）の割合は、０．００３から０．５の間である方法。
【請求項6】
前記はんだ層（３０）の前記第２の厚さ（Ｄ２）に対する前記活性金属層（４０）の前記第１の厚さ（Ｄ１）の割合は、０．０１５から０．２の間、より好ましくは０．０３から０．１４の間の値を有する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項7】
１つ以上の前記活性金属層（４０）は前記積層方向（Ｓ）に沿ってその組成が変化している、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項8】
１つ以上の前記はんだ層（３０）および／または１つ以上の前記活性金属層（４０）は、特にはんだシステム（３５）として、好ましくは圧延後の前記活性金属層（４０）の前記第１の厚さ（Ｄ１）が７５０ｎｍ未満、より好ましくは５００ｎｍ未満の値を有するように圧延される、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項9】
さらなる活性金属層が供給され、前記はんだ層（３０）は、前記活性金属層（４０）と前記さらなる活性金属層との間に配置される、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項10】
前記セラミック層（１０）は前記活性金属層（４０）でコーティングされ、１つ以上の前記金属層（２０）は前記はんだ層（３０）でコーティングされる、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項11】
１つ以上の前記金属層（２０）は、１ｍｍよりも大きい、好ましくは１．３ｍｍよりも大きい、より好ましくは１．５ｍｍよりも大きい層厚さを有する、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項12】
１つ以上の前記活性金属層（４０）は、１つ以上の保護層（４１）により覆われており、
前記保護層（４１）は、銅、ニッケル、インジウム、銀、クロム、または窒化チタンにより形成されている、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の方法。
前記保護層（４１）は、銅、ニッケル、インジウム、銀、クロム、または窒化チタンにより形成されている、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項13】
請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の方法のはんだシステム（３５）であって、前記はんだシステム（３５）は、特に１つ以上のはんだ箔の形状の１つ以上のはんだ層（３０）と、１つ以上の活性金属層（４０）とを備えるはんだシステム（３５）。
【請求項14】
方法によって製造された金属セラミック基板（１）であって、
１つ以上のセラミック層（１０）、１つ以上の金属層（２０）、および特に１つ以上のはんだ箔の形状の１つ以上のはんだ層（３０）を供給する工程と、
１つ以上の前記セラミック層（１０）および／または１つ以上の前記金属層（２０）および／または１つ以上の前記はんだ層（３０）を１つ以上の活性金属層（４０）でコーティングする工程と、
１つ以上の前記セラミック層（１０）と１つ以上の前記金属層（２０）との間に、１つ以上の前記はんだ層（３０）を積層方向（Ｓ）に沿って配置することで、１つ以上の前記はんだ層および１つ以上の前記活性金属層（４０）を備えるはんだシステム（３５）を形成する工程と、
活性はんだ処理によって、前記はんだシステム（３５）を介して１つ以上の前記金属層（２０）を１つ以上の前記セラミック層（１０）に接合する工程と、を備え、
前記はんだ層（３０）のはんだ材料は、ＡｇＣｕＩｎ、ＡｇＣｕＧａ、ＣｕＩｎ、ＣｕＧａ、ＣｕＩｎＳｎ、又はＣｕＧａＳｎであり、
１つ以上の前記活性金属層（４０）の第１の厚さ（Ｄ１）は、１５０ｎｍから７５０ｎｍの間であり、
前記はんだ層（３０）の第２の厚さ（Ｄ２）に対する前記活性金属層（４０）の前記第１の厚さ（Ｄ１）の割合は、０．００３から０．５の間である前記方法によって製造された金属セラミック基板（１）。
１つ以上のセラミック層（１０）、１つ以上の金属層（２０）、および特に１つ以上のはんだ箔の形状の１つ以上のはんだ層（３０）を供給する工程と、
１つ以上の前記セラミック層（１０）および／または１つ以上の前記金属層（２０）および／または１つ以上の前記はんだ層（３０）を１つ以上の活性金属層（４０）でコーティングする工程と、
１つ以上の前記セラミック層（１０）と１つ以上の前記金属層（２０）との間に、１つ以上の前記はんだ層（３０）を積層方向（Ｓ）に沿って配置することで、１つ以上の前記はんだ層および１つ以上の前記活性金属層（４０）を備えるはんだシステム（３５）を形成する工程と、
活性はんだ処理によって、前記はんだシステム（３５）を介して１つ以上の前記金属層（２０）を１つ以上の前記セラミック層（１０）に接合する工程と、を備え、
前記はんだ層（３０）のはんだ材料は、ＡｇＣｕＩｎ、ＡｇＣｕＧａ、ＣｕＩｎ、ＣｕＧａ、ＣｕＩｎＳｎ、又はＣｕＧａＳｎであり、
１つ以上の前記活性金属層（４０）の第１の厚さ（Ｄ１）は、１５０ｎｍから７５０ｎｍの間であり、
前記はんだ層（３０）の第２の厚さ（Ｄ２）に対する前記活性金属層（４０）の前記第１の厚さ（Ｄ１）の割合は、０．００３から０．５の間である前記方法によって製造された金属セラミック基板（１）。
【請求項15】
１つ以上の前記活性金属層（４０）は、１つ以上の保護層（４１）により覆われており、
前記保護層（４１）は、銅、ニッケル、インジウム、銀、クロム、または窒化チタンにより形成されている、請求項１４に記載の金属セラミック基板（１）。
前記保護層（４１）は、銅、ニッケル、インジウム、銀、クロム、または窒化チタンにより形成されている、請求項１４に記載の金属セラミック基板（１）。