(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層構造の平板状のセラミック材料（２）と、前記セラミック材料（２）の少なくとも１つの表面上に具備された金属被覆（３、４）を備えた金属セラミック基板であって、前記金属被覆（３、４）が前記セラミック材料（２）とダイレクトボンディング（ＤＣＢ法）または活性はんだによって接合され、前記セラミック材料（２）が少なくとも１つの窒化シリコンセラミックベース層（５）から成り、および前記少なくとも１つの金属被覆（３、４）を備えた前記セラミック材料（２）表面が、少なくとも１つのベース層（５）上に施された酸化セラミック中間層（６、７）を形成する金属セラミック基板であって、前記少なくとも１つの中間層（６、７）が、酸化ジルコニウム層と、ケイ酸ジルコニウム、ケイ酸チタニウム、及びケイ酸ハフニウムからなる群から選択されたケイ酸塩層と、で構成されることを特徴とする金属セラミック基板。
【請求項２】
前記少なくとも１つの中間層（６、７）の熱膨脹係数が６×１０-６Ｋ-１より小さいかまたは最大でも同じであることを特徴とする、請求項１に記載の基板。
【請求項３】
前記少なくとも１つの中間層（６、７）の遊離した酸化シリコン（ＳｉＯ２）の含有量が、少なくとも前記中間層（６、７）と前記金属被覆（３、４）との間の接合部分で無視できるほど少ないことを特徴とする、請求項１又は２に記載の基板。
【請求項４】
前記少なくとも１つの中間層（６、７）の遊離した酸化シリコンの含有量が、少なくとも前記中間層と前記金属被覆（３、４）との間の接合部分でゼロまたはほぼゼロであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の基板。
【請求項５】
前記少なくとも１つの窒化シリコンセラミックベース層（５）が両方の表面にそれぞれ少なくとも１つの中間層（６、７）を備えていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の基板。
【請求項６】
両方の中間層（６、７）の上にそれぞれ少なくとも１つの金属被覆（３、４）が施されることを特徴とする、請求項５に記載の基板。
【請求項７】
前記セラミック材料（２）が層の順番および前記セラミック層（５、６、７）の厚さに関して、前記セラミック材料の表面に平行に伸びる中心面に対称に形成されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の基板。
【請求項８】
層の順番および／または層の厚さに関して、前記中間層（６、７）および前記金属被覆（３、４）の厚さを含めて、基板の表面に平行に伸びる中心面に対称に形成されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の基板。
【請求項９】
前記少なくとも１つの中間層、（６、７）に用いられた材料が、弾性率が３００ＧＰａ未満の弾性モジュールを、弾性率が１００〜３００ＧＰａの間にある弾性モジュールを有することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の基板。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの中間層（６、７）の厚さが、前記この中間層を支えている窒化シリコンセラミックベース層（５）の厚さ（ｄｃ）より小さいおよび／または前記少なくとも１つの金属被覆（３、４）の厚さ（ｄｍ）より小さいことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の基板。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの金属被覆（３、４）の厚さ（ｄｍ）が、前記窒化シリコンセラミックベース層（５）の厚さ（ｄｃ）の３倍と最大で同じであることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の基板。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの中間層（６、７）の厚さが、０．１〜１０μｍの間の範囲にあることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の基板。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの窒化シリコンセラミックベース層（５）の厚さ（ｄｃ）が、０．１〜２ｍｍの間の範囲にあることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の基板。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの金属被覆の厚さ（ｄｍ）が、０．５〜１ｍｍの間の範囲にあることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の基板。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの銅の金属被覆が銅合金で作られていることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の基板。
【請求項１６】
前記ベース層（５）および／または少なくとも１つの中間層（６、７）が、特に少なくとも１つの希土類元素の形で焼結助剤を含んでいることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の基板。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの中間層（６、７）のセラミックが、焼結助剤として、ホルミウム、エルビウム、イッテルビウム、イットリウム、ランタン、スカンジウム、プラセオジム、セリウム、ネオジム、ジスプロシウム、サマリウム、ガドリニウムの酸化物、またはこれらの酸化物の少なくとも２つの組み合わせを含むことを特徴とする、請求項１６に記載の基板。
【請求項１８】
焼結助剤の含有量が１．０〜８．０重量パーセントの範囲にあることを特徴とする、請求項１６または１７に記載の基板。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの中間層（６、７）が、添加剤としてＬｉ２Ｏ、ＴｉＯ２、ＢａＯ、ＺｎＯ、Ｂ２Ｏ３、ＣｓＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏの群から少なくとも１つの酸化物の成分を含有した材料を用い、添加剤の含有量は、中間層の全質量の最大２０重量パーセントであることを特徴とする、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の基板。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの窒化シリコンセラミックベース層に、４５Ｗ／ｍＫを超える熱伝導率があることを特徴とする、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の基板。
【請求項２１】
前記セラミック材料の前記少なくとも１つの金属被覆（３、４）の接着力または剥離強度が、４０Ｎ／ｃｍより大きいことを特徴とする、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の基板。
【請求項２２】
前記少なくとも１つの中間層（６、７）と隣接する前記金属被覆（３、４）との間に、少なくとも１つの別の活性はんだの層（８、９）が備えられていることを特徴とする、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の基板。
【請求項２３】
前記活性はんだが、はんだとして適切なベース成分および活性金属である、チタン、ハフニウム、ジルコニウム、ニオブおよび／またはセリウムから成ることを特徴とする、請求項２２に記載の基板。
【請求項２４】
前記基板の外部の寸法が、８０×８０ｍｍより大きい、ことを特徴とする、請求項１〜２３のいずれか一項に記載の基板。
【請求項２５】
多層構造の平板状のセラミック材料（２）を備えた金属セラミック基板を製造する方法であって、該セラミック材料が、窒化シリコンセラミックから成る少なくとも１つのベース層（５）および少なくとも１つの、セラミック材料（２）の表面に具備された金属被覆（３、４）から構成され、その際前記少なくとも１つの金属被覆（３、４）を備えるべきベース層（５）の表面に中間層（６、７）が形成され、およびこの中間層上に少なくとも１つの金属被覆（３、４）がダイレクトボンディング（ＤＣＢ法）または活性はんだによって少なくとも１つの金属層または金属箔が施される方法において、前記中間層（６、７）のために、酸化ジルコニウム層と、ケイ酸ジルコニウム、ケイ酸チタニウム、及びケイ酸ハフニウムからなる群から選択されたケイ酸塩層と、が使用されることを特徴とする方法。
【請求項２６】
前記中間層（６、７）のために酸化ジルコニウム層およびケイ酸塩層が使用され、これらの層の膨脹係数が６×１０-６Ｋ-１より小さいかまたは最大でも同じであり、およびその遊離したシリコン（ＳｉＯ２）の含有量が少なくとも中間層（６、７）と金属被覆（３、４）との間の接合領域において、または中間層（６、７）と金属被覆（３、４）の間の移行部において無視できるほど少ないことを特徴とする、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記中間層（６、７）が、遊離した酸化シリコン（ＳｉＯ２）の含有量が前記少なくとも１つの中間層（６、７）で、前記少なくとも中間層（６、７）と前記金属被覆（３、４）と中間層との間の接合領域において、または前記中間層（６、７）と前記金属被覆（３、４）との間の移行部において、ゼロまたはほぼゼロであるように形成されることを特徴とする、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記少なくとも１つのベース層（５）が両方の表面にそれぞれ１つの中間層（６、７）を備え、および両方の中間層（６、７）上にそれぞれ少なくとも１つの金属被覆（３、４）が施されていることを特徴とする、請求項２６または２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記中間層（６、７）が、ベース層（５）の厚さ（ｄｃ）より小さいおよび／または少なくとも１つの金属被覆（３、４）の厚さ（ｄｍ）より小さい厚さで製造されることを特徴とする、請求項２５〜２８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
前記少なくとも１つの金属被覆（３、４）のために使用される金属箔の厚さ（ｄｍ）が、ベース層（５）の厚さ（ｄｃ）の３倍と最大で同じであることを特徴とする、請求項２５〜２９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
厚さが０．１〜１０μｍの間の範囲にある前記少なくとも１つの中間層（６、７）が製造されることを特徴とする、請求項２５〜３０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３２】
前記ベース層（５）および／または前記少なくとも１つの中間層（６、７）のために、少なくとも１つの焼結助剤を、特に少なくとも１つの希土類元素の形で含んだ材料が使用され、その際焼結助剤の含有量が特に１．０〜８．０重量パーセントの間にあることを特徴とする、請求項２５〜３１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３３】
前記少なくとも１つの中間層（６、７）が、添加剤としてＬｉ２Ｏ、ＴｉＯ２、ＢａＯ、ＺｎＯ、Ｂ２Ｏ３、ＣｓＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏの群から少なくとも１つの酸化物の成分を含有した材料を用い、添加剤の含有量は、中間層の全質量の最大２０重量パーセントであることを特徴とする、請求項２５〜３２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３４】
前記ベース層（５）は、少なくとも１つの表面に中間層（６、７）を形成する材料でコーティングされ、およびこのコーティングが１２００〜１６８０℃の間の範囲の温度で焼き付けられまたは緻密焼結されることを特徴とする、請求項２５〜３３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３５】
焼き付けまたは緻密焼結が酸化雰囲気中で実施されることを特徴とする、請求項３４に記載の基板。
方法
【請求項３６】
前記コーティングが例えば水分散液の噴霧、液浸によって、またはゾルゲル法によって施されることを特徴とする、請求項３４または３５に記載の方法
【請求項３７】
前記コーティングが、酸化ジルコニウムおよび／または少なくとも１つのケイ酸塩を含んでいるマイクロ分散からナノ分散混合物を使用して施されることを特徴とする、請求項２５〜３６のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前段に従った金属セラミック基板、および請求項２６の前段に従った方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属セラミック基板または金属被覆を備えたセラミック基板はさまざまな実施形態が公知であり、特に電気・電子回路またはモジュールのための基板として、特に高性能の回路またはモジュールのための基板として公知である。
【０００３】
また、セラミック基板上、例えば酸化アルミニウムセラミック基板上で、回路基板、結線などに必要な金属被覆を製造するために、セラミック材料または基板と直接接合するためのいわゆるＤＣＢ法が公知である。例えば特許文献１または特許文献２に記載されているこの方法では、金属層または箔、例えば銅層または銅箔の表面は、金属（例えば銅）および反応性ガス（好ましくは酸素）から成る化学化合物の被膜が備えられる。このコーティングは隣接した金属の薄層と共に、金属（例えば銅）の融解温度より低い融解温度を備える共晶（融解層）を形成する。その結果、セラミックに金属層または箔を施し、全層を熱することによって、すなわち基本的に融解層または酸化被膜の領域でのみ金属を融解することによって、これらを相互に接合することができる。銅または銅合金が金属として用いられる場合、この方法もＤＣＢボンディングまたはＤＣＢ法（ダイレクト銅ボンディング法）と呼ばれる。
【０００４】
このＤＣＢ法は例えば次の工程ステップを含んでいる。
・均一の酸化銅層を生成するための銅箔の酸化、
・セラミック層への銅箔の配置、
・およそ１０２５℃と１０８３℃の間、例えばおよそ１０７１℃のプロセス温度への接合部の加熱、
・室温への冷却。
【０００５】
また、それぞれのセラミック材料と、特に銅層または銅箔の金属被覆を形成する金属層または金属箔とを接合する、いわゆる活性はんだ法（特許文献３、特許文献４）が公知である。特に金属セラミック基板の製造のために用いられるこの方法において、およそ８００〜１０００℃の温度で、金属箔、例えば銅箔とセラミック基板、例えば窒化アルミニウムセラミックとの間で、硬質はんだを用いて接合が生成される。この硬質はんだは銅、銀および／または金などのような主要成分に加えて活性金属も含んでいる。はんだと金属との間の接合が金属の硬質はんだ接合であるのに対し、ハフニウム、チタン、ジルコニウム、ニオブ、セリウム群の少なくとも１つの要素である活性金属は、化学反応によってはんだとセラミックとの間に接合を生成する。
【０００６】
また、他のセラミックと比較して、特に酸化アルミニウムセラミック（Ａｌ２Ｏ３）と比較して著しく高い機械的強度を有している窒化シリコンセラミック（特許文献５）の中間層またはベース層による金属セラミック基板が公知である。ＤＣＢ法によって金属被覆のコートを可能にするために、窒化シリコンセラミックのベース層にそれぞれ１つの純アルミニウム酸化物セラミック中間層を施すことが提示されている。しかしながらこの方法は、完全な接合、特にセラミック材料と金属被覆の間に不良個所のない接合をもたらさない。むしろ、特に銅の金属被覆の使用により、この方法は金属被覆とセラミック材料との間に多数の気孔を生じ、このことは銅または酸化銅共晶（Ｃｕ／Ｃｕ２Ｏ共晶）からの酸素と窒化シリコンセラミックの間の反応に起因しており、これはすなわち下記の式に相当する。
【０００７】
６ＣｕＯ+Ｓｉ３Ｎ４→３ＳｉＯ２+６Ｃｕ+Ｎ２
【０００８】
この反応によって、一方でボンディングに必要な液体の共晶のＣｕ／Ｃｕ２フェーズが使われ、他方で発生した窒素ガス（Ｎ２）により気泡が形成される。この不利な反応は、純アルミニウム酸化物セラミック中間層が原因で回避できない。このことは本発明の１つによれば、窒化シリコン（３．０×１０-６Ｋ-１）と酸化アルミニウム（８×１０-６Ｋ-１）の熱膨脹係数が非常に異なっていることに起因する。この熱膨脹係数の差は、酸化アルミニウムセラミック中間層を焼き付けまたは焼結する間だけでなく、金属被覆のボンディング（ＤＣＢ法）の間にも中間層に亀裂を引き起し、その結果これらの亀裂を通って、Ｃｕ／Ｃｕ２Ｏ共晶と窒化シリコンセラミックとの間の上記反応が可能になる。
【０００９】
さらに、セラミックベース層上に少なくとも１つの純粋な酸化シリコン（ＳｉＯ２）中間層を備え、ＤＣＢ法を用いて金属被覆を施す方法（特許文献６）が公知である。この手順は同様に使用可能な結果をもたらさない。なぜならＤＣＢ法に必要な共晶溶融が、ＳｉＯ２と共に液体のＣｕ２Ｏ-ＳｉＯ２を形成するためである。したがって、ＳｉＯ２の中間層は、ＤＣＢ法を用いて金属被覆を施すためには使用できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】ＵＳＰＳ３７４４１２０
【特許文献２】ＤＥＰＳ２３１９８５４
【特許文献３】ＤＥ２２１３１１５
【特許文献４】ＥＰＡ１５３６１８
【特許文献５】ＥＰ７９８７８１
【特許文献６】ＥＰ０４９９５８９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の課題は、窒化シリコンセラミックの基本的な利点を保ちながら前述の欠点を防ぐ金属セラミック基板を提示することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この課題を解決するために、請求項１に従った金属セラミック基板が形成される。金属セラミック基板を製造する方法は、請求項２６の主題である。発明のさらなる実施例は、従属請求項の主題である。
【００１３】
中間層に特に適している材料は、酸化ジルコニウムおよび／またはケイ酸塩、特にケイ酸ジルコニウム（ＺｒＳｉＯ４）および／またはケイ酸チタンおよび／またはケイ酸ハフニウムである。
【００１４】
好ましくは、ベース層を形成する窒化シリコンセラミックおよび／または中間層は、ＬｉＯ２、ＴｉＯ２、ＢａＯ、ＺｎＯ、Ｂ２Ｏ３、ＣｓＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏなどのような酸化物の成分にさらに加えて、必要に応じて追加的な焼結助剤（例えば希土類元素）を含む。これらの成分の少なくとも２つの組み合わせも酸化物の添加剤として用いることができ、その場合これらの酸化物の添加剤の含有量は、中間層の全質量の最大２０重量パーセントである。この酸化物の添加剤は、融合する温度に関して中間層の特性を目的に合わせて制御または調節することを可能にする。さらにこの添加剤により、ＤＣＢ法における酸化銅（特にＣｕ２Ｏ）の、溶融性の反応生成物を生じ得る反応が抑えられる。これら中間層中の希土類元素はまた、中間層の焼き付けの間に窒化シリコンセラミックベース層の拡散により存在し得る。
【００１５】
本発明による基板は、セラミック材料上の金属被覆の高い接着力または剥離強度を特色とする。本発明による基板のさらなる重要な利点は、中間層を形成するセラミックが３００ＧＰａより小さい弾性モジュールを有しているということである。その結果、中間層を形成する酸化セラミック、すなわち酸化アルミニウムの３９０ＧＰａという比較的高い弾性モジュールに比べて、窒化シリコンセラミックおよび金属被覆の金属（例えば銅）の非常に異なる熱膨脹係数が最適に調整される。
【００１６】
特に、中間層の低弾性モジュールはその厚さを厚くすること、すなわち窒化シリコンセラミックのベース層の厚さの３倍までの金属被覆が可能になる。
【００１７】
本発明の発展形態では、基板が例として以下のように仕上げられる；
ケイ酸塩層のケイ酸塩がケイ酸ジルコニウムおよび／またはケイ酸チタンおよび／またはケイ酸ハフニウムである、
および／または
少なくとも１つの中間層の熱膨脹係数が、６×１０-６Ｋ-１より小さいかまたは最大でも同じである、
および／または
遊離した酸化シリコン（ＳｉＯ２）の含有量が、少なくとも１つの中間層で、少なくとも金属被覆と中間層接合領域において無視できるほど小さい、
および／または
遊離した酸化シリコンの含有量が、少なくとも１つの中間層で、少なくとも金属被覆と中間層との間の接合領域においてゼロまたはほぼゼロである、
および／または
少なくとも１つの、窒化シリコンセラミックから成るベース層が、表面の両面にそれぞれ少なくとも１つの中間層を備えている、
および／または
２つの中間層上にそれぞれ少なくとも１つの金属被覆が施されている、
および／または
セラミック材料が層の順番およびセラミック層の厚さに関して、セラミック材料の表面に平行に伸びる中心面に対称に形成される、
および／または
層の順番および／または層の厚さに関して、中間層および金属被覆の厚さを含めて、基板の表面に平行に伸びる中心面に対称に形成される、
および／または
少なくとも１つの中間層に用いられた材料のために弾性率が３００ＧＰａ未満の弾性モジュールを、特に、弾性率が１００〜３００ＧＰａの間にある弾性モジュールをある、
および／または
少なくとも１つの中間層の厚さが、中間層を支持する窒化シリコンセラミックベース層の厚さ（ｄｃ）より著しく小さく、および／または少なくとも１つの金属被覆の厚さ（ｄｍ）よりも著しく小さい、
および／または
少なくとも１つの金属被覆の厚さ（ｄｍ）が窒化シリコンセラミックのベース層の厚さ（ｄｃ）の３倍と最大で同じである、
および／または
少なくとも１つの中間層の厚さが０．１〜１０μｍの間にある、
および／または
窒化シリコンセラミックの少なくとも１つのベース層の厚さ（ｄｃ）が、０．１〜２ｍｍの間にある、
および／または
少なくとも１つの金属被覆の厚さ（ｄｍ）が０．５〜１ｍｍの間にある、
および／または
少なくとも１つの銅の金属被覆が銅合金で作られている、および／または
ベース層および／または少なくとも１つの中間層が、特に少なくとも１つの希土類元素の形で焼結手段を含んでいる、
および／または
少なくとも１つの中間層のセラミックが、焼結手段として、ホルミウム、エルビウム、イッテルビウム、イットリウム、ランタン、スカンジウム、プラセオジム、セリウム、ネオジム、ジスプロシウム、サマリウム、ガドリニウムの酸化物、またはこれらの酸化物の少なくとも２つの混合物を含む、
および／または
焼結手段の含有量が１．０〜８．０重量パーセントの間にある、
および／または
少なくとも１つの中間層が添加剤としてＬｉ２Ｏ、ＴｉＯ２、ＢａＯ、ＺｎＯ、Ｂ２Ｏ３、ＣｓＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏの群から少なくとも１つの酸化物の成分を含み、添加剤の含有量は、中間層の全質量の最大２０重量パーセントである、
および／または
少なくとも１つの窒化シリコンセラミックベース層に、４５Ｗ／ｍＫＫを超える熱伝導率がある、
および／または
セラミック材料の少なくとも１つの金属被覆の接着力または剥離強度が４０Ｎ／ｃｍより大きい、
および／または
少なくとも１つの中間層と隣接する金属被覆との間に、少なくとも１つの別の活性はんだの層が備えられている、
および／または
活性はんだが、はんだとして適切なベース成分から成り、および活性金属、例えばチタン、ハフニウム、ジルコニウム、ニオブおよび／またはセリウムから成る、
および／または
基板の外部の寸法が、８０×８０ｍｍより大きい、好ましくは１００×１５０ｍｍより大きく、
その際、基板の上述の特徴がそれぞれ個別に、または任意の組み合わせで備えられていてよい。
【００１８】
本発明の発展形態では、方法が例として以下のように仕上げられる；
中間層として酸化ジルコニウム層および／またはケイ酸塩層が施され、その熱膨脹係数が６×１０-６Ｋ-１より小さいかまたは最大でも同じであり、およびその遊離したシリコン（ＳｉＯ２）の含有量は、少なくとも中間層（６、７）と金属被覆との間の接合領域において、または中間層と金属被覆との間の移行部において無視できるほど少ない、
および／または
中間層が、遊離した酸化シリコン（ＳｉＯ２）の含有量が少なくとも１つの中間層で、少なくとも金属被覆と中間層との間の接合領域において、または中間層と金属被覆との間の移行部においてゼロまたはほぼゼロであるように形成される、
および／または
少なくとも１つのベース層が両方の表面にそれぞれ１つの中間層を備え、および両方の中間層上にそれぞれ少なくとも１つの金属被覆が施されている、
および／または
中間層が、ベース層の厚さ（ｄｃ）より著しく小さいおよび／または少なくとも１つの金属被覆の厚さ（ｄｍ）より著しく小さい厚さで製造される、
および／または
少なくとも１つの金属被覆のために使用される金属箔の厚さ（ｄｍ）が、ベース層の厚さ（ｄｃ）の３倍と最大で同じである、
および／または
少なくとも１つの中間層が０．１〜１０μｍの間の厚さで製造される、
および／または
ベース層および／または少なくとも１つの中間層のために、少なくとも１つの焼結手段、特に少なくとも１つの希土類元素を含んだ材料が使用され、その際焼結手段の含有量が特に１．０〜８．０重量パーセントの間にある、
および／または
少なくとも１つの中間層が添加剤としてＬｉ２Ｏ、ＴｉＯ２、ＢａＯ、ＺｎＯ、Ｂ２Ｏ３、ＣｓＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏの群から少なくとも１つの酸化物の成分を含有した材料を用い、添加剤の含有量は、中間層の全質量の最大２０重量パーセントである、
および／または
少なくとも１つの表面に中間層を備えたベース層が材料でコーティングされ、およびこのコーティングが１２００〜１６８０℃の間の範囲の温度で施され、焼き付けられまたは緻密焼結され、および／または焼き付けまたは緻密焼結が酸化雰囲気中で実施される、
および／または
コーティングが例えば水分散液の噴霧、液浸によって、またはゾルゲル法によって施される、
および／または
コーティングが酸化ジルコニウムおよび／または少なくとも１つのケイ酸塩を含んでいるマイクロ分散からナノ分散混合物を使用して施され、
その際上述の方法の特徴がやはりそれぞれ個別に、または任意の組み合わせで備えられていてよい。
【００１９】
本発明の発展形態、利点および適用可能性は以下の実施例および図による記述でも開示される。その際に記述された、および／又図によって示されたすべての特徴は、それ自体または任意の組み合わせにおいて、請求項中またはその関連の要約とは無関係に基本的に本発明の主題である。請求項の内容も、記述の構成要素とされる。
【００２０】
本発明は以下で図を使用して実施例において詳しく説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による基板の断面の簡易図である。
【図２】セラミック材料に施された箔によって形成された金属被覆の接着力または剥離強度を判定する方法の模式図である。
【図３】酸化ジルコニウムおよび／または少なくとも１つのケイ酸塩の中間層中で遊離した酸化シリコン（ＳｉＯ２）の分布を示す線図である。
【図４】本発明による基板のさらに可能な実施形態の、図１と類似の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
全般的に図１内の符号１で示される金属セラミック基板は平板状セラミック材料２から成り、この材料の両方の表面上にはＤＣＢ法で施された金属箔、実施形態においては銅箔で作られた、厚さｄｍの金属被覆３および４が備えられている。セラミック材料２は多層に仕上げられ、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）から構成される内側セラミック層またはベース層５から成り、その両側に酸化ジルコニウムおよび／または少なくとも１つのケイ酸塩からなる中間層６および７を有し、その結果ＤＢＣ法を用いて不良個所なしに金属被覆３および４を施し、金属被覆３および４を形成する銅がセラミック材料２に対し高い接着性を持つこと可能にする。
【００２３】
ベース層５は厚さｄｃを有しており、例えば焼結手段もホルミウム、エルビウム、イッテルビウム、イットリウム、ランタン、スカンジウム、プラセオジム、セリウム、ネオジム、ジスプロシウム、サマリウムおよび／またはガドリニウムの酸化物の形で含んでいる。また、特にこれらの酸化物の１つ以上の組み合わせも焼結手段として可能であり、その場合には、ＨＯ２Ｏ３またはＥｒ２Ｏ３が用いられる。中間層５中の焼結手段の含有量は、例えば、ベース層５を形成するセラミックの全質量の１〜８重量パーセントの間にある。
【００２４】
示された実施形態において、２つの金属被覆３および４は、同じ厚さｄｍを有しており、それは最第大でｄｃの３倍の厚さであってよい。通常、金属被覆３および４の厚さは、０．０１〜１ｍｍである。厚さｄｃは、例えば０．１〜２ｍｍである。
【００２５】
ベース層５および金属被覆３および４と比べてはるかに薄い中間層６および７は、例えば０．１〜１０μｍの厚さを有しており、酸化ジルコニウムおよび／または少なくとも１つのケイ酸塩から成り、その場合各中間層６または７は遊離した酸化シリコン（ＳｉＯ２）を含んでいないかまたは遊離したＳｉＯ２の含有量が少なくともその金属被覆３および４に隣接する中間層６および７の領域において無視できるほど小さい。
【００２６】
中間層６および７には材料として、酸化ジルコニウムと並んで特にケイ酸ジルコニウムおよび／またはケイ酸チタンおよび／またはケイ酸ハフニウムも適しており、すなわち特に６×１０-６Ｋ-１より小さい、最大で同じ熱膨脹係数を備えたケイ酸塩でもある。他方では、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の熱膨脹係数は、８×１０-６Ｋ-１である。
【００２７】
また、上述の酸化物セラミックスの複数の組み合わせは中間層６および７に適しており、しかしその際にいずれの場合も、中間層６および７のためのＥ−モジュールは３００ＧＰａより小さいか最大で同じであるのが好ましく、それにより、各中間層６および７に関して、金属被覆３および４の金属または銅と内側層５のＳｉ３Ｎ４との間で非常に異なる熱膨脹係数がある程度調整される。
【００２８】
中間層６および７の上述の材料により、中間層の膨張特性または弾性に関する要求が最適に保持される。
【００２９】
好ましくは中間層６および７は上記のように、添加剤としてＬｉＯ２、ＴｉＯ２、ＢａＯ、ＺｎＯ、Ｂ２Ｏ３、ＣｓＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＣｕＯおよび／またはＣｕ２Ｏの群からなる１つまたは複数の添加物を含み、その含有量は、各中間層の全質量の最大２０重量パーセントである。
【００３０】
基板１の製造において、出発原料としてベース層５を形成する窒化シリコンセラミック（Ｓｉ３Ｎ４セラミック）で作られたプレートが用いられる。これはさらに、中間層に適した方法で、両側を各中間層６および７を形成するために、中間層に適した成分でコーティングされる。
【００３１】
コーティングのためにはさまざまな技術が使用でき、例えば各中間層を形成する材料が適切な液体、例えば水と混合されて平板状の出発原料の表面に析出される。
その後、必要に応じて乾燥された後で、酸化雰囲気中で１２００〜１６８０℃の温度範囲で、各中間層６および７が焼き付けまたは緻密焼結される。
【００３２】
出発材料のコーティングは、例えば中間層６および７の材料を含んでいるマイクロ分散からナノ分散混合物を使用して、例えば水分散液の噴霧、液浸（浸せきコーティングまたはスピンコーティング）によって行われる。また、ゾルゲル法などのような他の方法も用いることができる。
【００３３】
中間層６および７を施した後、公知のＤＣＢ法を用いて、金属被覆３および４を形成する金属または銅箔がボンディングまたはコートされる。
【００３４】
基板１は、例えば８０×８０ｍｍより大きい、望ましくは１００×１５０ｍｍより大きい寸法で、大面積で製造してよい。その結果、基板１は、その後の処理によって、すなわち、金属被覆３および４の対応する多層の構造によって、多数の単一基板を製造することができる。
【００３５】
上記の構造の基板１は、窒化シリコンセラミックのベース層５により、より改善された機械的強度を有する。さらに、金属被覆３および４のボンディングは、通常のなプロセス手段により、実証されたＤＣＢ法を用いて可能であり、すなわち金属被覆３および４とセラミック材料２との間の接合において不良個所のリスクなしで接合することができる。この不良個所は、セラミック材料上の金属被覆の接着力を大きく損ない、基板の絶縁耐力もまた損なう場合がある。
【００３６】
上述の構造の基板１の使用は、十分にセラミック材料２上の金属被覆の高密着性を達成する。この接着力または剥離強度は、図２に表された方法を用いて測定される。試験片１．１は上述のように製造され、その構造は基板１に相応するが、金属被覆３および中間層６に関してのみ相応し、その際金属被覆３は、幅が１ｃｍで０．３ｍｍの厚さｄｍのストリップとして製造される。上方へ向かって立っているストリップ状の金属被覆３の端部３．１で、試験片１．１を挟み込んだ状態で、力Ｆがかけられるが、この力はすなわち、０．５ｃｍ／分の速度でセラミック材料２からストリップ状の金属被覆３が引き離されるほどの大きさである。こうして、そのために必要な力Ｆが、接着力または剥離強度として定義される。上述の構造を備えた基板１の接着力または剥離強度は４０Ｎ／ｃｍより大きい。
【００３７】
図３は、内側層５から始まり金属被覆３または４までの、中間層６または７内で遊離した酸化シリコン（ＳｉＯ２）の分布による線図（曲線Ａ）である。曲線Ａによって示されるように、中間層を形成する酸化ジルコニウムおよび／またはケイ酸塩における遊離したＳｉＯ２の含有量は、それぞれの金属被覆３または４の方に向かって大きく減少し、その際金属被覆領域での遊離したＳｉＯ２の含有量は、中間層の全質量に関して０重量パーセントに減少する。図３の曲線Ｂは、必要に応じて前述の添加剤を含む中間層を形成する酸化ジルコニウムおよび／またはケイ酸塩の含有量の曲線を示している。
【００３８】
図４は、さらに可能な実施形態として、図１と同様の表現で基板１ａを示している。基板１ａは、ＤＣＢ法ではなく活性はんだ処理によってセラミック材料２に金属被覆３および４が施される点で基板１と異なる。これを達成するために、同様にＳｉ３Ｎ４セラミックのベース層５および２つの中間層６および７から成るセラミック材料の表面に活性はんだ層８および９が施され、それによってそれぞれの金属被覆または前記金属被覆を形成する金属または銅箔がセラミック材料２と面で接合される。
【００３９】
活性はんだに適している材料は、通常用いられる材料、例えば銅／銀などのようなベース成分であり、またははんだ成分、例えばチタン、ハフニウムまたはジルコニウムなどのような活性成分を含んでいる活性はんだである。基板１ａの製造も同様に、まずセラミック材料２が１つまたは複数の前述の処理ステップで製造される。その後、金属被覆３および４は、活性はんだ層８および９がペーストまたは箔のいずれかとして施される公知の活性はんだ処理を用いて施される。
【００４０】
回路基板、接触表面などを製造するために、金属セラミック基板は、通常の技術、例えば公知のエッチング技術およびマスキング技術を用いて、通常の方法で組み立てられる。
【００４１】
本発明は実施例に基づいて上述された。本発明は、そのために本発明が基づく発明概念を離れることなく、さまざまな変更および変化形態が可能であることは自明である。
【符号の説明】
【００４２】
１  金属セラミック基板
１ａ  金属セラミック基板
１．１  試験片
２  セラミック材料
３  金属被覆
４  金属被覆
５  窒化シリコンセラミック内側層
５  酸化セラミック中間層
６  酸化セラミック中間層
８  活性はんだ層
９  活性はんだ層
Ｆ  引離し強さ
ｄｃ  窒化シリコンセラミックの内側層の厚さ
ｄｍ  金属被覆を形成する金属層の厚さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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