(57)【要約】本発明は、電気回路またはモジュールのための金属セラミック基板に関するものであり、前記基板は、平面的に前記セラミック層の表面に加えられる第１のタイプの少なくとも１つの金属層を備えるセラミック層を含む。ガラス含有材料からなる絶縁層は、第１のタイプの金属層の表面の少なくとも１つの部分的な領域に貼り付けられ、セラミック層に向かい合わせる前記表面、および第２のタイプの金属層は、絶縁層に貼り付けれられ、絶縁層および第２のタイプの金属層は、それぞれセラミック層および第１のタイプの金属層より薄い。
2005530353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気回路またはモジュール用の、特に、少なくとも１つの電力素子またはコンポーネント（ＩＩ）を備え、且つ少なくとも１つの低電力回路素子を備えるそのような回路又はモジュール用の金属セラミック基板であって、０．２〜２ｍｍの間の厚さを有する少なくとも１つのセラミック層を備え、セラミック層の表面に対し平面的方法で貼り付けられ、０．１〜０．９ｍｍの間の厚さを有する第１のタイプの少なくとも１つの金属層（１２、１３）を備え、おおよそ０．０１５〜０．１５ｍｍの厚さを有するガラス含有材料でできている絶縁層（１４）が、セラミック層（１１）に対向する第１のタイプの少なくとも１つの金属層（１２）の表面の少なくとも１つの部分的な領域に貼り付けられることを特徴とし、且つ、０．０１５〜０．１５ｍｍの間の厚さを有する第２のタイプの少なくとも１つの金属層（１５）が、この絶縁層に貼り付けられることを特徴とする基板。
【請求項２】
第１のタイプの少なくとも１つの金属層（１２）またはこの金属層の構造化された領域（１２’）が、電力コンポーネント（４、５）を配置するための少なくとも１つの電力領域  を形成し、且つ、第２のタイプの少なくとも１つの金属層（１５）が１つの露光された領域の上でまたはこの金属層（１５）の構造化領域（１５’）の上で基板の少なくとも１つの制御または駆動領域を形成することを特徴とする、請求項１に記載の基板。
【請求項３】
絶縁層（１４、１４ｃ）および第２のタイプの金属層（１５、１５ｃ）からなるいくつかの合成層が、少なくとも第１のタイプの少なくとも１つの金属被覆（１２）の１つの部分的な領域に備えられることを特徴とする、請求項２に記載の基板。
【請求項４】
絶縁層（１４）が、下側の層の凹部（１６）の中に、たとえば、第１のタイプの一つの金属層（１２）の凹部（１６）の中に備えられることを特徴とする、前述の請求項のうちの１つに記載の基板。
【請求項５】
凹部がおよそ０．０１５〜０．１５ｍｍの間の深さを有することを特徴とする、請求項４に記載の基板。
【請求項６】
第１のタイプの１つの金属層（１２、１３）が、少なくとも１つのセラミック層（１１）の各表面に加えられることを特徴とする、前述の請求項のうちの１つに記載の基板。
【請求項７】
追加の金属層（１５）および／又は、第２のタイプのいくつかの絶縁層（１４、１４ｃ）および／または第２のタイプのいくつかの金属層（１５、１５’）によって形成された合成層を備える少なくとも１つの絶縁層（１４）が、第１のタイプの２つの金属層のうちの１つだけに備えられることを特徴とする、請求項６に記載の基板。
【請求項８】
第１のタイプの少なくとも１つの金属層（１２、１３）が、３０Ｎｃｍを超える剥離強度でセラミック層に貼り付けられることを特徴とする、前述の請求項のうちの１つに記載の基板。
【請求項９】
基板面すなわち基板の最上面に対し平行の、第１のタイプの少なくとも１つの金属層（１２、１３）の熱膨張係数が、１０ｐｐｍより少ないことを特徴とする、前述の請求項のうちの１つに記載の基板。
【請求項１０】
第１のタイプの少なくとも１つの金属層の金属が銅であることを特徴とする、前述の請求項のうちの１つに記載の基板。
【請求項１１】
第１のタイプの少なくとも１つの金属層（１２、１３）が、ダイレクトボンディングプロセスによってセラミック層に取り付けられた金属箔、たとえば銅箔から形成されることを特徴とする、前述の請求項のうちの１つに記載の基板。
【請求項１２】
第２のタイプの少なくとも１つの追加の金属層（１５、１５ｃ）が導電性ペーストを使用して製作されることを特徴とする、前述の請求項のうちの１つに記載の基板。
【請求項１３】
少なくとも１つの構造化された領域（１２’）、望ましくは第１のタイプの少なくとも１つの金属層の構造化された領域が、ガラス含有材料からなる半田止め処理を備えていることを特徴とする、前述の請求項のうちの１つに記載の基板。
【請求項１４】
半田止め処理（２３）が、ガラス含有ペーストの塗布および焼き付けによって製作されることを特徴とする、請求項１３に記載の基板。
【請求項１５】
少なくとも１つのセラミック層を備え、かつセラミック層の１つの表面に平面的に貼り付けられる少なくとも１つの金属層（１２）を備え、それ（金属層）が、ストリップ導体、接触面、取付面、その他を形成するために構成される電気回路またはモジュールのための金属セラミック基板であって、ガラス含有材料でできている半田止め処理（２３）が、金属層（１２）の、少なくとも１つの構造化された領域で備えられることを特徴とする基板。
【請求項１６】
前記半田止め処理（２３）が、およそ０．０１５ｍｍ〜０．１５ｍｍの間の厚さを有することを特徴とする、請項１５に記載の基板。
【請求項１７】
金属箔、たとえば銅箔が、第１のタイプの金属層を形成するために、ダイレクトボンディングプロセスによってセラミック層の少なくとも１つの表面上に取り付けられている金属セラミック基板を製作するための方法であって、ガラス含有ペーストが、絶縁層を形成するために、第１のタイプの金属層（１２）の少なくとも１つの部分的な領域に塗布され、そして乾燥され、および７５０と１０３０℃の間の温度で焼き付けされ、且つ、第２のタイプの追加の金属層（１５、１５ｃ）が、金属成分を含むペースト（導電性ペースト）を塗布および７５０と１０３０℃の間の温度で焼き付けすることによって、絶縁層（１４、１４ｃ）に製作されることを特徴とする方法。
【請求項１８】
第１のタイプの少なくとも１つの金属層（１２、１３）を形成するために使用される金属箔が、セラミック層（１１）に結合される前に、不活性雰囲気中、たとえば窒素雰囲気中で、ダイレクトボンディングプロセスのプロセス温度より下の温度での加熱によって、焼き戻しされることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
ガラス含有材料でできている少なくとも１つの絶縁層の厚さを増加させるために、ガラス含有ペーストの塗布およびこのペーストの焼き付けが少なくとも１回繰り返されることを特徴とする、請求項１７または１８に記載の方法。
【請求項２０】
追加の金属層の厚さを増加させるために、第２のタイプの追加の金属層（１５、１５ｃ）を形成しているペーストの塗布および焼き付けが、少なくとも１回繰り返されることを特徴とする、前述の請求項のうちの１つに記載の方法。
【請求項２１】
ガラス含有材料からできている少なくとも２つの絶縁層（１４）および／又は第２のタイプの少なくとも２つの金属層（１５、１５ｃ）からなる合成層が、少なくとも１つの部分的な領域で第１のタイプの少なくとも１つの金属層（１２）に貼り付けられることを特徴とする前述の請求項のうちの１つに記載の方法。
【請求項２２】
少なくとも１つの電力領域のための接触面、取付面および／またはストリップ導体を形成するために、第１のタイプの少なくとも１つの金属層（１２）の構造化を特徴とする前述の請求項のうちの１つに記載の方法。
【請求項２３】
基板の少なくとも１つの制御または駆動領域のためのストリップ導体、接触面、取付面を形成するために、第２のタイプの少なくとも１つの金属層の構造化を特徴とする前述の請求項のうちの１つに記載の方法。
【請求項２４】
いくつかの基板が、セラミック層（１１）を形成している１つの共通セラミックプレートに複数製作されることを特徴とする、前述の請求項のうちの１つに記載の方法。
【請求項２５】
半田止め処理または領域（２３）が、ガラス含有ペーストの処理および焼成によって、金属層（１２）の１つの部分的な領域上、望ましくはこの金属層の少なくとも１つの構造化された領域（１２’）上に、形成されることを特徴する、前述の請求項のうちの１つに記載の方法。
【請求項２６】
半田止め領域の処理が、絶縁層（１４、１４ｃ）の処理と共に行われることを特徴とする、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
第１のタイプの金属層の少なくとも１つの露光された、構造化領域（ＩＩ）が、そこで備えられた少なくとも１つの半導体素子（３、４）のための、ストリップ導体、接触面、取付面などを形成することを特徴とする、請求項１から１４のうちの１つによる金属セラミック基板を使用して製作されるモジュール。
【請求項２８】
構造化領域（１５’）で、少なくとも１つの金属層（１５、１５ｃ）が、少なくとも１つの駆動または制御ステージのコンポーネント（６）のために、ストリップ導体、接触面および／又は取付面を形成することを特徴とする、請求項２７に記載の半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１または１５の前文による、金属セラミック基板に関するものであり、請求項１７の前文によるそのような金属セラミック基板、およびモジュールを製作するための方法に関するものであり、特に、請求項２７の前文に従う金属セラミック基板を使用した半導体電力モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気回路用の、特に半導体電力回路またはモジュール用の、金属セラミック基板、または銅セラミック基板は、多種多様な設計において既知である。また、セラミック上の、例えばいわゆる「ＤＣＢプロセス」（ダイレクト銅ボンド技術）（ｄｉｒｅｃｔ  ｃｏｐｐｅｒ  ｂｏｎｄ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）によって酸化アルミニウムセラミックの上の、金属被覆の応用例は、特にストリップ導体、コネクタ、その他の製造に知られており、前記金属被覆は、金属はくまたは銅はくまたは鉄板または銅板から形成され、それらの表面は、金属および反応性ガス（望ましくは酸素）の間の化学結合からの層または被覆（ホットメルト層）を含む。ＵＳ  ＰＳ  ３７  ４４  １２０およびＰＳ  ２３  １９  ８５４に記載されているこの方法において、この層または被膜（ホットメルト層）は、金属（例えば銅）の溶融温度以下の溶融温度で共晶を形成して、それらの層が、セラミックの上にホイルを置いて全層を熱することによって、すなわち、本質的にホットメルト層または酸化層付近のみの金属または銅を溶融することによって、互いに結合される。
【０００３】
それで、このＤＣＢプロセスは、一例として、次の処理工程を含む。
ａ）均一な酸化銅層を製作するための銅はくの酸化；
ｂ）銅箔をセラミック層へ配置；
ｃ）その複合材料を、おおよそ１０２５と１０８３℃の間のプロセス温度例えば、おおよそ１０７１℃まで加熱；
ｄ）室温まで冷却；
【０００４】
電気回路またはモジュール、特に電力素子および制御または駆動素子を有する電力回路またはモジュールは、金属セラミック基板が、電力素子用の基板または回路基板として使用され、そして、そのコンポーネントで組み立てられた別の回路基板上の制御または駆動回路は、適切な手段によって電力素子上の第２レベルで、または金属セラミック基板上で後者の隣に、取り付けられるという方法で製造されている。
【０００５】
この方法の欠点は、たとえば、製造コストが高いことであり、何故なら、電力素子および制御または駆動ステージが別々に製作されなければならず、製作で一緒に接続し結合する必要があるからである。特に、この既知の技術は、効果的な製作の原理に従う、全モジュール（電力素子＋制御および駆動ステージ）の多重製造を可能としない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、回路、特に半導体回路および対応する制御および駆動ステージを有する電力回路を著しく効果的に製作することを可能にする、金属セラミック基板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的は、請求項１ないし１５による金属セラミック基板によって達成される。この基板を製作するための方法は、請求項１７によって実現される。半導体モジュールは、請求項２７によって実現される。
【０００８】
発明の更なる実施形態は、従属請求項の対象である。
【０００９】
発明の基本的な長所は、次のように要約することができる。
ｅ）電力領域、および制御および駆動領域両方の簡略かされた製作；
ｆ）構造化（ストリップ導体、接触面、取付面など）によって、電力領域、および制御または駆動領域およびそこで形成される領域の正確な位置調整、及びコンポーネント取り付けの簡略化；
ｇ）電力領域における素子と制御および駆動領域の実装は、１ステップで可能である；
ｈ）有機基板物質が使用されていないので、高温の半田付け温度、たとえばコンポーネント実装用の４００℃以下の半田付け温度が可能であり、および、特に、無鉛半田を使用することができる；
ｉ）実装される電力素子の表面のレベルおよび実装される制御または駆動素子の表面のレベルがわずかに異なるだけであるので、基板の表面実装の間、半田または接着剤ペーストの適用がかなり簡単になる；
ｊ）電力素子および制御または駆動素子の表面実装に対する半田ペーストまたは接着剤の適用は、１ステップで可能である；
ｋ）超音波ボンディングを介した電力素子と制御および駆動素子との間の簡略化された配線；
ｌ）冷却システムへと改良されたボンディングに起因する制御または駆動ステージの改良された冷却；
ｍ）制御および駆動ステージの非常に複雑なレイアウトは、簡単に実現できる交差技術によって可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の典型的な実施形態が、以下に更に詳細に図面を参照して説明される。
【００１１】
図１は、先行技術から既知の、半導体モジュール１の断面における簡略化された図を示す。この半導体モジュールは、半導体電力コンポーネント３および４、たとえば電気駆動を制御するトランジスターまたはサイリスタなどを有する銅セラミック基板２、およびコンポーネント６を備える有機物質（プラスチック）からなるプリント基板５から構成され、そして、電力コンポーネント３および４を制御するための駆動または制御ステージを形成する。コンポーネント６を有するプリント基板５は、基板２の上に配置される。図２は、先行技術で知られている半導体モジュール１ａを示す。電力コンポーネント３および４を有する基板２は、有機物質（プラスチック）からなり、コンポーネント６を含みキャリア７上の基板２の横に配置されているプリント基板５と共に、共通のベースプレート７上に備えられている。
【００１２】
既知の構造は、複雑な配線およびその結果としての高い組立コストという欠点を持つ。更に、モジュール１または１ａの両方の部品、すなわち、基板２およびコンポーネント６を有するプリント基板５を含む部品は、別々に製作され、そして接続され機械的に結合される必要がある。
【００１３】
図３は、本発明による金属セラミック基板１０の一般的な層構造を示す。この基板は、各面に第１のタイプの金属層１２および１３が備えられているセラミック層１１から構成されている。描かれた実施形態では、金属層１２および１３は、セラミック層１１の表面に平面的に、ダイレクトボンディングプロセスによって貼り付けられた金属箔から形成されている。
【００１４】
誘電体または絶縁体でできている層１４は、図３で上部金属層１２に貼り付けられ、絶縁層は金属層１２および１３の厚さよりかなり薄い。層１４は、例えば、加熱または焼き付けによって金属層１２に貼り付けられるガラス含有材料からできている。第２のタイプの第２金属層１５が、絶縁層１４上に備えられる。金属層１５は、導電性ペーストを塗布することおよびこのペーストを焼き付けることにより、さらに、金属層１２および１３より著しく薄い厚さを有して製造される。
【００１５】
セラミック層１１の厚さは  、たとえば、０．２〜２  ｍｍである。金属層１２および１３は、たとえば、０．１〜０．９ｍｍの間の厚さを持つ。絶縁層１４は、０．０１５〜０．１５ｍｍの間の厚さを持つ。金属層１５の厚さは、およそ０．０１５〜０．１５ｍｍの間である。
【００１６】
描かれた実施形態で、金属層１２および１３は、同じ厚さを持ち、銅でできている。セラミック層１１のセラミックは、たとえば、酸化アルミニウムセラミックである。
【００１７】
多層金属セラミック基板は、たとえば次の加工ステップによる処理で製作される。
ａ）金属層１２および１３を形成するために、、それらの表面が酸化された少なくとも２つの銅箔ブランクが、ＤＣＢプロセスによってセラミック層１１の１つの表面に貼り付けられる。この適用の前に、望ましくは前処理で、保護用ガス雰囲気中、たとえば窒素雰囲気中で、銅材料の硬度を減らす目的で、銅箔ブランクは焼き戻しされる。
ｂ）冷却後、後の絶縁層１４を形成しているガラス含有ペーストからできている層は、加圧または他の適当ないくつかの方法によって金属層１２に貼り付けられる。
ｃ）ペーストが金属層１２に接着されている絶縁層１４を形成するように、ペーストは乾燥され、DCBプロセスの温度以下の温度、すなわち７５０と１０３０℃の間の温度で、焼き付けされる。
ｄ）再度冷却した後に、金属成分を含んでいる導電性ペーストは、絶縁層１５に、同じく加圧または他の適当ないくつかの方法によって、貼り付けられる。
ｅ）それから、導電性ペースト（厚膜）は、７５０と１０３０℃の間の温度で焼き付けられる。
【００１８】
絶縁層１４や金属層１５を更に厚くするために、加工ステップb）およびc）および／又はd）およびe）が何回も繰り返される。通常、また、少なくとも絶縁層１４からなる層に少なくとも更に１つの層を貼り付けることが可能であり、また金属層１５へ更なる１つの金属層１５を貼り付けることが可能でる。銅箔ブランクの酸化は、焼き戻しの前および／又は後とＤＣＢプロセス中に起こる。
【００１９】
絶縁層１４に対して、ペーストは、望ましくは、焼成の後に焼成の前のペーストより高い溶融点で層１４を製作するように使用され、それで、更に厚い層を達成するためにガラス含有ペーストの繰り返しの適用および焼き付けが可能である。同じことは、金属層１５に対して使用されるペーストにも適用される。絶縁層１４を製作するのに適したペーストは、たとえば、Ｄｕ  Ｐｏｎｔ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓから購入可能なペースト「Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ  ４５７５Ｄ」である。また、金属層１５を製作するのに適したペーストは、たとえば、Ｄｕ  Ｐｏｎｔ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓから購入可能なペースト「Ｃｏｐｐｅｒ  Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ  ９９２２」である。
【００２０】
一般的な層構成および可能な製造工程の説明に対して、絶縁層１４および金属層１５からなる合成層は金属層１２を全表面にわたって覆うことを、上述で仮定している。本発明による実用化において、合成層１４／１５の適用は、図４で金属セラミック基板１０ａの区間Ｉで示されるように、前記合成層が金属層１２の表面の部分的な領域だけを覆うような方法で行われ、一方、区間ＩＩでは金属層１２の表面は露出されている。これによって、図４の１２’で示すように導体ストリップ、接触面、その他を形成する目的で、適切な技術、たとえばエッチ−マスキング技術を使用して金属層１２を構成することが可能である。同様に、金属層１５もまた、１５’によって示されるように、導体ストリップ、接触面、その他を形成するように構成される。金属層１５の構造化は金属層１２の構造化よりも非常に精密であり、それは、単に金属層１５の厚さを小さくすることにより可能である。
【００２１】
金属層１５の構造化が、たとえばエッチ−マスキング技術によっておよび／又は金属層１５を形成している導電性ペーストの構造化の適用によってすでに、たとえば構造化加圧成形によっておこる。
【００２２】
金属層１５が、金属層１２を構成した後に行われるエッチ−マスキングプロセスで構成される場合、一般に、エッチング耐性マスクで構造化された金属層１２またはその領域１２’を覆う必要はない。金属層１５の層厚が金属層１２の層厚より非常に小さいので、金属層１５の構成中のエッチング媒体のさらなる反応は、金属層１２上で効果がない。せいぜい、これは、鋭いエッジを防ぎ絶縁耐力を増加させる積極的な効果を有して、構造化領域１２’の端を丸くされるようにする。
【００２３】
金属層１２および１３を適用するダイレクトボンディングプロセスの使用は、セラミック層１１のこれらの金属層に対して、３０Ｎ／ｃｍより大きな高結合力（剥離強度）を達成する。この高結合力は、金属層１２の剥離または分離を防ぐために重要であり、特に金属層１２または構造化領域１２’の端で重要であり、そのような剥離または分離は、それらがそれぞれ焼き付けされた後で、絶縁層１４および／または金属層１５の冷却後の熱的張力に由来している。
【００２４】
図５に更なる可能な実施形態として、本質的に、絶縁層１４が金属層１２の構造化領域１２’の溝状の凹部１６の中に配置される点のみ基板１０ａと異なる金属セラミック基板１０ｂを示す。金属セラミック基板１０を製作するための上述の方法から逸脱して、基板１０ｂは、たとえば、次のように製作される、即ち、ダイレクトボンディング（加工ステップａ）の金属層１２および１３の適用の後、一つ以上の次の加工ステップで、たとえばエッチ−マスキングプロセスによって、最初に溝状の凹部１６が、金属層１２の更なる構造化なしで金属層１２に形成される。絶縁層１４は、そこでのみ、凹部１６において１回以上繰り返される更なる加工ステップｂ）およびｃ）で形成され、それから、金属層１５が繰り返される加工ステップｄ）およびｅ）で貼り付けられる。更なる加工ステップで、金属層１２および１５は、構造化領域１２’および１５’を形成するために例えばマッチ−マスキング技術と同様なもので、構成される。それで１つの構造化された領域１２’は、絶縁層１４を有する凹部１６を含む。残りの構造化された領域１２’には、たとえば、半導体電力コンポーネントに対する接触面、導体ストリップ、その他が形成される。
【００２５】
描かれた実施形態の金属層１５は、全ての領域１５’が絶縁領域１４によって凹部１６を含む領域１２’から、電気的に絶縁されるように構成される。少なくとも領域１５’の一部は、低電力制御回路のための導体ストリップ、接触面などを形成する。
【００２６】
もちろん、例えば次のようなプロセス、即ち、凹部１６の作成の間、または前のまたは次の加工ステップで、金属層の領域１２’や構造化された領域１５’を形成するための金属層の構造化が、金属層を形成しているペーストの構造化された適用によって行われる金属セラミック基板１０ｂを製作するための他のプロセスが、また、考えられる。
【００２７】
凹部１６を有する金属セラミック基板１０ｂは、絶縁層１４の適用が簡単であることと、そのうえ、この絶縁層の最上面と金属層１２または領域１２’の最上面とが１つの平面内で配置されることであり、それは、特に製造工程に対して、特にこの基板の更なる処理に対して、有利であるという長所を特徴としている。
【００２８】
この実施形態は、凹部１６を含む領域１２’の最上面に確実に絶縁層１４を形成する材料が無いように、絶縁層１４を貼り付ける事が可能であり、凹部１６を含む領域１２’の最上面で絶縁層１４の外側に純粋に金属的な表面ができて、その上（金属表面）には、新たな素子、例えばハウジングが、例えば半田付けまたはいくつかの他の方法によって、絶縁層１４を形成している材料の残余からの妨げもなしで、密閉して固定することができる。
【００２９】
図６は、更なる可能な実施形態として、金属層１５の構造化の後で更なる絶縁層１４は同様にガラス含有ペーストの適用および乾燥の後のペーストの焼成によってこの金属層にまたはその構造化領域１５’に加えられるという点で基板１０と異なる金属セラミック基板１０ｃの層構造の部分的な区間を示している。
【００３０】
追加の絶縁層１４ｃの貼り付けの間に、この層、構造化領域１５’のいくつかの上に開口部または窓が備えられ、金属層１５に相当し、およびまた導電性ペーストの塗布および焼き付けによって製作される付加の金属層１５ｃの貼り付けの間に、これらの領域より上の構造化領域１５’および付加金属層１５ｃの間の電気的接続が存在する。絶縁層１４または１４ｃに相当する少なくとも１つの絶縁層と、金属層１５または１５ｃに相当する少なくとも１つの金属層から成る追加の合成層を、金属層１５ｃの上に、望ましくはこの金属層の構造化の後に、また貼り付けることは、もちろん可能である。したがって、図６で描かれる構造は、低減された電力を有する回路に対する非常に複雑な金属セラミック基板または基板領域を、特に電力コンポーネントのための制御回路に対して、小さな全体的なサイズで実現するのに使用することができる。
【００３１】
図７は、金属セラミック基板１０aを使用して製作される半導体モジュール１７の断面における簡略化された描写を示す。１つの半導体コンポーネント３または４は、それぞれ基板１０の区間ＩＩ上およびそこで配置される２つの構造化領域１２’上に備えられる。電気的接続１８（例えばリード線結合）によって、コンポーネント３および４は、接触面の役目を果たし、そしてその上に外部電力接続１９が備えられる追加領域１２’と接続される。
【００３２】
構造化された領域１５’は、制御回路またはコンポーネント３および４を含む電力ステージの制御用の駆動  のための、導体ストリップ、接触面などを形成する。この駆動ステージの該当するコンポーネント６は、領域１５’の上に備えられる。追加領域１５’は、接触面を形成し、それは、内部接続２０によってコンポーネント、導体ストリップなどと接続され、そして、たとえばまた、接触面に加えて、モジュール１７のための外部制御接続を形成し、それは、内部接続２１によって電力素子ＩＩと接続される。
【００３３】
図８は、再度、高熱伝導率および高機械的安定度を持つ材料からできている、ベースプレート２２と共に、電力モジュール１７を示す。特に大きな、複雑なモジュールでは、このベースプレート２２は、機械的及び／又は熱的安定度を増加させるのに役に立ち、そのうえ、温度変動その他の場合に金属セラミック基板１０aの変形を防ぐ。
【００３４】
基板１０ａの代わりに、本発明による別の金属セラミック基板を、電力モジュールに対して使用することができ、たとえば基板１０ｂまたは１０ｃ、すなわち図５および６で描かられている構造を有する基板である。図９は、基板１０ｂを有するモジュール１７ａを示す。
【００３５】
銅は、金属層、特に、金属層１２および１３に対して適切な金属であり、そのため、金属層１２および１３は、  銅箔を使用し、そしてダイレクト銅ボンディング技術を使用して製作される。また、通常、他の金属の使用も可能である。
【００３６】
セラミック層１１に対する適切なセラミックは、たとえば、酸化アルミニウムセラミック（Ａｌ２Ｏ３）である。他のセラミックは、また、たとえば、  ＡｌＮ、ＢｅＯ、ＣＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４およびＳｉＣが考えられる。
【００３７】
図３と関連して上述の方法では、金属層を形成する金属または導電性ペースト（厚膜ペースト）は、どちらも、構造化されていない状態で貼り付けられ、それから焼き付けられ、そしてその後、構造化は、領域１５’の製作のために適切な方法、例えばエッチ−マスキング方法によって行われるか、または、導電性ペーストがすでに所望の構造化で加えられて焼き付けられることが考えられる。また、感光性の導電性ペーストすなわち導電性ペーストを使用することが可能であり、それは、塗布された後と焼き付けされる前に所望の構造によって露光され、それによってたとえば、非露光領域は、次の加工ステップ（「現像プロセス」）で削除されて、導電性ペーストが焼き付けられる前に非常に精密な構造化が達成される。また、感光性の導電性ペーストが、露光の後に露光された領域を削除することができるように設計されることができる。
【００３８】
金属セラミック基板を製作する方法は、感光性の導電性ペーストを使用する時、次の加工ステップを含む。
ａ）金属層１２および１３を形成するために、それらの表面の上で酸化される銅箔の少なくとも２つのブランクが、ＤＣＢプロセスによってセラミック層１１の１つの表面に貼り付けられる。この貼りつけの前に、銅箔ブランクは、銅材料の硬度を低減する目的で、望ましくは前階段で、保護用ガス雰囲気中、たとえば窒素雰囲気中で、焼き戻しされる。
ｂ）冷却後に、後の絶縁層１４を形成するガラス含有ペーストでできている層が、加圧または他の適切ないくつかの方法によって金属層１２に貼り付けられる。
ｃ）ペーストは乾燥され、それから、ＤＣＢプロセスの温度以下の温度で、すなわち７５０と１０３０℃の間の温度で、焼き付けられて、ペーストが金属層１２に接着して絶縁層１４を形成する。
ｄ１）その後、感光性の導電性ペーストからなる層が塗布され、そして、この層は、所望の構造に対応して露光される。
ｄ２）次の加工ステップで、露光または非露光領域は、ペーストによって形成される層から除去される。
ｅ）それから、構造化された導電性ペースト（厚膜）は、７５０と１０３０℃の間の温度で焼き付けられる。
【００３９】
金属層１２の構造化は、このプロセスで、たとえば絶縁層１４の貼り付けの前におこる、すなわち上記の加工ステップa）に続いておこる。
【００４０】
図１０は、金属層１２によって形成される構造化された領域１２’を有する金属セラミック基板１０ｄの平面図における簡略化された部分的な描写を示す。描かれた実施形態おけるいくつかの領域１２’は、それらの縁の上で、例えば絶縁層１４に対して上で使用されるような領域１２’の露光された上面に貼り付けられる「Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ  ４５７５Ｄ」のような、導電性ペーストからなる層から形成されるフレームのような半田止め処理２３を備えている。この層２３は、最適の半田止めを備えることが、証明されており、すなわち、それは、コンポーネント、コネクションなどの半田付けの間に、半田がこの半田止めを越えて隣の領域１２’に流れるのを効果的に防ぎ、半田止めを備える領域に対して不必要な電気的接続を防ぐ。各半田止め処理２３は、半田が後で使用される構造化領域１２’の部分を囲む。使用される（ガラス含有ペースト）材料により、それぞれの半田止め処理２３は、高度な耐熱性を持ち、それは、一方で、高温処理を伴う半田、特に無鉛半田の使用を可能にする。
【００４１】
基板１０ｄは次の方法で製作される、即ち、金属層１２と金属層１３の貼りつけの後、もし適用できれば、ダイレクトボンディングプロセスによってセラミック層１１におよび金属層１２の構造化の後に、ガラス含有ペーストが、領域１２’に対してそれぞれの半田止め処理２３の所望のフローに対応して、およそ０．０１５〜０．１５ｍｍの層厚で、使用される。ペーストが乾燥した後で、それは、７５０と１０３０℃の間の温度で焼き付けられる。
【００４２】
少なくとも１つの絶縁層１４が基板１０dに加えられる場合、絶縁層１４に対するガラス含有ペーストの塗布、乾燥および焼き付けおよびそれぞれの半田止め処理２３は、共通の段階で行われる。
【００４３】
本発明は、典型的な実施形態に基づいて説明された。言うまでもなく、本発明の基づく、根底にある創意に富んだ考えを捨てることなく、多数の改良および変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】従来技術による半導体モジュールの簡略断面を示す。
【図２】従来技術による半導体モジュールの簡略断面を示す。
【図３】本発明による金属セラミック基板の１つの実施形態の層構成の略図を示す。
【図４】少なくとも１つの電力半導体コンポーネントを保持するための領域および制御回路のための更なる領域で組み立てられている図３の金属セラミック基板の断面を示す。
【図５】本発明による金属セラミック基板の更なる実施形態の層構成の略図を示す。
【図６】本発明による金属セラミック基板の更なる実施形態の層構成の略図を示す。
【図７】図４の構造化された金属セラミック基板を使用して製作される半導体モジュールの断面を示す。
【図８】図７の半導体モジュールを示すが、追加的な基板は共用である。
【図９】図５の構造化された金属セラミック基板を使用して製作される半導体モジュールの部分的な描写を示す。
【図１０】本発明による、金属セラミック基板の更に可能な実施形態の平面図の簡略された描写を示す。
【符号の説明】
【００４５】
１、１ａ              従来技術による半導体電力モジュール
２                    金属セラミック基板
３、４                半導体電力コンポーネント
５                    追加のプリント基板
６                    制御または駆動ステージのコンポーネント
７                    ベースプレート
１０、１０ａ、１０ｂ    本発明による金属セラミック基板
１０ｃ、１０ｄ        本発明による金属セラミック基板
１１                  セラミック層
１２、１３            金属層
１２’                構造化された領域
１４、１４ｃ          絶縁層
１５、１５ｃ          追加の金属層
１５’                構造化された領域
１６                  凹部
１７、１７ａ          本発明による電力モジュール
１８                  内部接続
１９                  外部電力接続
２０、２１            内部接続
２２                  ベースプレート
２３                  半田止め処理
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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