(57)【要約】金属セラミック基板（１）であって、セラミックを含み第１の厚さ（Ｄ１）を有する絶縁層（１１）と、絶縁層（１１）に接合され、第２の厚さ（Ｄ２）を有する金属被覆層（１２）と、を備え、第１の厚さ（Ｄ１）は２５０μｍ未満であり、第２の厚さ（Ｄ２）は２００μｍよりも大きく、第１の厚さ（Ｄ１）および第２の厚さ（Ｄ２）は、金属被覆層（１２）の熱膨張係数と金属セラミック基板（１）の熱膨張係数との差の量の、金属セラミック基板（１）の熱膨張係数に対する比が、０．２５未満、好ましくは０．２未満、より好ましくは０．１５未満、またはさらには０．１未満の値を有するような寸法である、金属セラミック基板（１）。
2021509542.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属セラミック基板（１）であって、
セラミックを含み第１の厚さ（Ｄ１）を有する絶縁層（１１）と、
前記絶縁層（１１）に接合され、第２の厚さ（Ｄ２）を有する金属被覆層（１２）とを備え、
前記第１の厚さ（Ｄ１）は２５０μｍ未満であり、前記第２の厚さ（Ｄ２）は２００μｍよりも大きく、前記第１の厚さ（Ｄ１）および前記第２の厚さ（Ｄ２）は、
前記金属被覆層（１２）の熱膨張係数と前記金属セラミック基板（１）の熱膨張係数との差の量の、
前記金属セラミック基板（１）の熱膨張係数に対する比が、
０．２５未満、好ましくは０．２未満、より好ましくは０．１５未満、またはさらには０．１未満の値を有するような寸法である、金属セラミック基板（１）。
【請求項２】
請求項１に記載の金属セラミック基板（１）において、
前記第１の厚さ（Ｄ１）は３０μｍよりも大きく、好ましくは６０μｍよりも大きく、より好ましくは９０μｍよりも大きい、金属セラミック基板（１）。
【請求項３】
請求項１または２に記載の金属セラミック基板（１）において、
前記金属被覆層（１２）とは反対の側で、第３の厚さ（Ｄ３）を有する更に別の金属被覆層（１３）が前記絶縁層（１１）に接合され、前記第１の厚さ（Ｄ１）、前記第２の厚さ（Ｄ２）および／または前記第３の厚さ（Ｄ３）は、
前記更に別の金属被覆層（１３）および／または前記金属被覆層（１２）の熱膨張係数と前記金属セラミック基板（１）の熱膨張係数との差の量の、
前記金属セラミック基板（１）の熱膨張係数に対する比が、
０．２５未満、好ましくは０．２未満、より好ましくは０．１５未満、またはさらには０．１未満の値を有するような寸法である、金属セラミック基板（１）。
【請求項４】
請求項３に記載の金属セラミック基板（１）において、
安定性のため、前記更に別の金属被膜層（１３）は途切れがなく、特に、絶縁トレンチがない、金属セラミック基板（１）。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の金属セラミック基板（１）において、
前記第２の厚さ（Ｄ２）および／または第３の厚さ（Ｄ３）は３００μｍよりも大きく、好ましくは４００μｍよりも大きく、より好ましくは５００μｍよりも大きい、金属セラミック基板（１）。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の金属セラミック基板（１）において、
前記熱膨張係数は、材料固有のパラメータおよび／またはポアソン数に依存する、金属セラミック基板（１）。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の金属セラミック基板（１）において、
前記第２の厚さ（Ｄ２）および第３の厚さ（Ｄ３）は実質的に同一である、金属セラミック基板（１）。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の金属セラミック基板（１）において、
主延長面（ＨＳＥ）に平行に測定される更に別の金属被覆層（１３）の第３の延長（Ｅ３）の、前記主延長面（ＨＳＥ）に平行に測定される前記金属被覆層（１２）の第２の延長（Ｅ２）に対する比は、１．０１から１．４の間の値を有する、金属セラミック基板（１）。
【請求項９】
金属セラミック基板（１）を製造する方法であって、
セラミックを含み第１の厚さ（Ｄ１）を有する絶縁層（１１）を配置する工程であって、前記第１の厚さ（Ｄ１）は３００μｍ未満である工程と、
前記絶縁層（１１）に接合され、第２の厚さ（Ｄ２）を有する金属被覆層（１２）を配置する工程であって、前記第２の厚さ（Ｄ２）は２００μｍよりも大きい工程と、
前記金属被覆層（１２）を前記絶縁層（１１）に接合する工程とを備え、
前記第１の厚さ（Ｄ１）および／または前記第２の厚さ（Ｄ２）は、
前記金属被覆層（１２）の熱膨張係数と前記金属セラミック基板（１）の熱膨張係数との差の量の、
前記金属セラミック基板（１）の熱膨張係数に対する比が、
０．２５未満、好ましくは０．２未満、より好ましくは０．１５未満、またはさらには０．１未満の値を有するような寸法である、金属セラミック基板（１）を製造する方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法において、
前記金属被覆層（１２）は、ＤＣＢプロセス、ＤＡＢプロセス、またはアクティブはんだ付けプロセスによって、前記絶縁層（１１）に接合される、方法。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載の方法において、
前記金属セラミック基板（１）は、レーザースクライビング、レーザー切断、またはウォータジェット切断によって分離される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気、特に、電子部品用の金属セラミック基板、および金属セラミック基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属セラミック基板は、例えば、最先端のプリント回路基板や回路基板として周知である。通常、電気部品と導体トラックの接続面は、金属セラミック基板の部品側に配置されており、電気回路を形成するように電気部品と導体トラックと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、セラミック製の絶縁層および絶縁層に接合された金属被覆層である。比較的高い絶縁強度によりセラミック製の絶縁層が特に効果的であることは、実証されている。金属被覆層を構成することによって、電気部品用の導体トラックおよび／または接続面を実現することが可能である。
【０００３】
特許文献１から、両面の金属被覆層を有するＳｉ３Ｎ４絶縁層が知られており、Ｓｉ３Ｎ４絶縁層は０．２６ｍｍより薄く、金属被覆層は０．６ｍｍより厚い寸法である。
原則として、低い熱抵抗に加えて、高い温度変化耐性も望ましく、これは対応する金属セラミック基板の耐久性に寄与する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１７／０５６６６６号
【特許文献２】米国特許第３７４４１２０号明細書
【特許文献３】独国特許発明第２３１９８５４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この背景により、本発明の目的は、低い熱抵抗および比較的高い温度変化耐性を有する金属セラミック基板を提供することにある。
この目的は、請求項１に記載の金属セラミック基板および請求項８に記載の方法によって達成される。本発明のさらなる利点および特徴は、説明および添付の図と共に、従属請求項からもたらされる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願は、金属セラミック基板および金属セラミック基板の製造方法に関する。
本発明によれば、金属セラミック基板は、セラミックを含み第１の厚さを有する絶縁層と、絶縁層に接合され第２の厚さを有する金属被覆層とを備え、第１の厚さは２５０μｍ未満であり、第２の厚さは２００μｍよりも大きく、第１の厚さおよび第２の厚さは、金属被覆層の熱膨張係数と金属セラミック基板の熱膨張係数との差の量の、金属セラミック基板の熱膨張係数に対する比が、０．２５未満、好ましくは０．２未満、より好ましくは０．１５未満、またはさらには０．１未満の値を有するような寸法である。
【０００７】
従来技術と比較すると、本発明による第１の厚さおよび第２の厚さの構成または寸法により、比較的薄い絶縁層、すなわち２５０μｍ未満、好ましくは２００μｍ未満、特に好ましくは１５０μｍ未満の第１の厚さによって熱抵抗が低下するような金属セラミック基板について特に、向上した温度変化耐性を実現することが可能である。本発明によれば、金属セラミック基板の熱膨張係数（すなわち、全層、特に絶縁層および金属被覆層を考慮に入れた総熱膨張係数）および金属被覆層の熱膨張係数は、第１の厚さおよび／または第２の厚さの寸法を決定する際に使用される。驚くべきことに、絶縁層の第１の厚さが比較的小さいにもかかわらず、第２の厚さまたは第１の厚さの寸法が記載された要件に従って決められている場合、温度変化耐性が向上することが分かった。特に、金属被覆層の熱膨張係数と金属セラミック基板の熱膨張係数との差が小さいほど、熱変化下での金属セラミック基板の故障が少なくなることが明らかになった。
【０００８】
比較的薄い絶縁層の熱抵抗の低下とは別の本発明のさらなる利点は、構造上的な欠陥の数と大きさが、層の厚さの減少に伴って減少することである。したがって、セラミック製の絶縁層が故障する確率も低下する。第１の厚さおよび第２の厚さは主延長面に垂直な方向に沿って測定され、主延長面は絶縁層に平行である。金属被覆層は、接合面を介して絶縁層に直接取り付けられる。
【０００９】
温度変化耐性は、好ましくは、金属被覆層への境界の領域における絶縁層の破れ（ｔｅａｒｉｎｇ）であると理解される。この破れは、次第に、周波数が増えるにつれて層間剥離につながる。温度変化の下で観察できる金属セラミック基板の耐久性は、ＵＳ顕微鏡でクラックが検出されたときに終了する。これにより、熱源下または熱源周囲の銅厚さの半分の領域での放熱を妨げるか、基板の絶縁強度を制限する。金属セラミック基板の寸法が記載された要件に従って決めされている場合、温度変化の下で観察される寿命が長くなることが分かった。
【００１０】
好ましくは、絶縁層は、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％以上）、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、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。金属被覆層の材料として、銅、アルミニウム、モリブデンおよび／またはそれらの合金、ならびにＣｕＷ、ＣｕＭｏ、ＣｕＡｌ、ＡｌＣｕおよび／またはＣｕＣｕなどの積層、特に第１の銅層および第２の銅層を備えた銅サンドイッチ構造であり、第１の銅層の粒径が第２の銅層と異なるものが、考えられる。
【００１１】
さらに、絶縁層は、例えば、ジルコニア強化酸化アルミニウムを含んでよく、これは、絶縁層の安定性を高めるという利点を有し、一方、例えば、Ａｌ２Ｏ３の絶縁層は、比較的安価に製造することができる。
【００１２】
たとえば、銅製の金属被覆層の第２の厚さが実質的に０．６ｍｍである場合、ＨＰＳ９セラミック製の絶縁層は０．２６ｍｍまたは０．３２ｍｍの第１の厚さを有する。
本発明のさらなる実施形態によれば、第１の厚さは３０μｍよりも大きく、好ましくは６０μｍよりも大きく、より好ましくは９０μｍよりも大きい。そのような第１の厚さにより、金属セラミック基板の対応する絶縁強度および安定性を確保できることが分かった。さらに、第１の厚さが９０μｍよりも大きい絶縁層の製造コストは、それよりも薄い絶縁層の製造コストよりも低くなる。
【００１３】
好ましくは、金属被覆層とは反対の側で、第３の厚さを有する更に別の金属被覆層が絶縁層に接合され、第１の厚さ、第２の厚さ、および／または第３の厚さは、更に別の金属被覆層および／または金属被覆層の熱膨張係数と金属セラミック基板の熱膨張係数との差の量の、金属セラミック基板の熱膨張係数に対する比が、０．２５未満、好ましくは０．２未満、より好ましくは０．１５未満、またはさらには０．１未満の値を有するような寸法である。
【００１４】
金属セラミック基板は、熱機械的に対称であることが好ましい。特に、金属被覆層、絶縁層、および更に別の金属被覆層は、主延長面に垂直な積層方向に沿って上下に配置されている。第３の厚さは、主延長面に垂直な方向に延びている。更に別の金属被覆層または金属被覆層の熱膨張係数は、金属セラミック基板の熱膨張係数に近いものが選択されることが好ましい。記載された要件が、３つを超える層から構成される金属セラミック基板に適用可能であることは、当業者には明らかである。好ましくは、３層を超えるような多層金属セラミック基板は、絶縁層、金属被覆層、および更に別の金属被覆層を有する金属セラミック基板、すなわち３層金属セラミック基板に適用可能である。第２の金属被覆層の材料は、金属セラミック基板全体の剛性を増加するように選択されることが好ましい。これにより、金属セラミック基板全体の機械的負荷容量が具体的に調整可能になる。第１の金属被覆層の材料は、第２の金属被覆層の金属とは異なると考えられる。例えば、更に別の金属被覆層の材料はモリブデンである。更に別の金属被覆層の材料として、銅、アルミニウム、タングステンおよび／またはそれらの合金、ならびにＣｕＷ、ＣｕＭｏ、ＣｕＡｌ、ＡｌＣｕおよび／またはＣｕＣｕなどの積層、特に第１の銅層および第２の銅層を備えた銅サンドイッチ構造であり、第１の銅層の粒径が第２の銅層とは異なるものが、考えられる。さらに、ＣｕＳｉＣ、ＣｕＣ、ＡｌＳｉＣまたはＭｇＳｉＣなどのＭＭＣに基づく裏面金属被膜も考えられ、そのＣＴＥは、特に基板および／またはチップの組み合わされたＣＴＥに対して適合させることができる。更に別の金属被覆層は、金属被覆層の１．１倍から１０倍の間の厚さ、好ましくは１．５倍から８倍の間、より好ましくは２倍から６倍の間の厚さであることが特に好ましい。
【００１５】
安定性化のため、更に別の金属被覆層は途切れがなく、特に分離トレンチがないことが好ましい。これにより、絶縁トレンチの領域において金属セラミック基板が薄い絶縁層のみによって形成されることでこの領域で破れやすくなることが防止される。換言すると、更に別の金属被覆層は、比較的薄い絶縁層の安定化層として機能する。積層方向に沿って、金属被覆層の絶縁トレンチおよび更に別の金属被覆層の絶縁トレンチが上下に配置されないように、金属被膜層および更に別の金属被膜が構成されることも考えられる。また、更に別の金属被覆層および金属被覆層の非対称設計にもかかわらず、比較的長い寿命を実現できることが分かった。好ましくは、更に別の金属被覆層は、主延長面に平行な方向に金属被覆層よりもさらに延びている。これは、更に別の金属被覆層が主延長面に平行な方向に金属被覆層から突出していることを意味する。金属セラミック基板の十分な安定性を確保するために、更に別の金属被覆層を金属被覆層よりも厚くすることも考えられる。言い換えれば、より厚い更に別の金属被覆層は、絶縁層の減少した厚さを少なくとも部分的に埋め合わせる。
【００１６】
本発明のさらなる実施形態によれば、第２の厚さおよび／または第３の厚さは３５０μｍよりも大きい、より好ましくは５００μｍよりも大きい。金属被覆層の第２の厚さは、第１の厚さよりも大きく、電流伝導の抵抗損失による導体トラックの加熱を制限して、熱を熱源の下に拡散し、金属セラミック基板の屈曲を最小限に抑えるのに役立つ。これは、異なる金属被覆層の大部分で特に５００μｍを超える厚さの場合に保証する。
【００１７】
熱膨張係数は、材料固有のパラメータおよび／またはポアソン数に依存することが好ましい。例えば、熱膨張係数は、弾性係数、ポアソン数、および／または材料固有の熱膨張係数に依存する。特に、次の関係が適用される。
【００１８】
【数１】
2021509542.tif 000003
ここで、Ｄｉは、材料固有の各熱膨張係数ＣＴＥｉを持つｎ層のｉ番目の厚さである。さらに、ポアソン数ηｉ、各層の形状、およびその弾性係数Ｅｉが考慮される。この相関関係により、各熱膨張係数は、材料固有の大きさおよび寸法データに基づいて決定できる。これにより、各熱膨張係数の比較が可能である。
【００１９】
第２の厚さと第３の厚さが実質的に同じであることが好ましい。好ましくは、金属被覆層および更に別の金属被覆層は、同じ材料で形成される。第３の厚さおよび／または材料の選択が、金属被覆層および絶縁層の所望の大きさ寸法を実現するために、更に別の金属被覆層に対して適合されることも考えられる。
【００２０】
本発明の別の態様は、金属セラミック基板を製造する方法であって、セラミックを含み第１の厚さを有する絶縁層を配置する工程であって、第１の厚さは３００μｍ未満である工程と、絶縁層に接合され第２の厚さを有する金属被覆層を配置する工程であって、第２の厚さは２００μｍよりも大きい工程と、金属被覆層を絶縁層に接合する工程とを備え、第１の厚さおよび／または第２の厚さは、金属被覆層の熱膨張係数と金属セラミック基板の熱膨張係数との差の量の、金属セラミック基板の熱膨張係数に対する比が、０．２５未満、好ましくは０．２未満、より好ましくは０．１５未満、またはさらには０．１未満の値を有するような寸法である。
【００２１】
本発明による金属セラミック基板について記載された全ての特徴およびその利点は、本発明による方法に対しても同様に適用可能であり、本発明による金属セラミック基板の製造方法について記載された全ての特徴およびその利点は、本発明による金属セラミック基板に対しても同様に適用可能である。第１の厚さ、第２の厚さ、および／または第３の厚さを決定するとき、金属セラミック基板の所望の総厚を最初に決めることが好ましい。次に、好ましい第２の厚さおよび／または第１の厚さが決定され、次に、第１の厚さ、第２の厚さ、および必要に応じて第３の厚さが、熱膨張係数に基づいて決定される。
【００２２】
本発明の好ましい実施形態によれば、金属被覆層は、ＤＣＢプロセスまたはアクティブはんだ付けプロセスによって、絶縁層に接合される。
「ＤＣＢプロセス」（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｏｐｐｅｒ  Ｂｏｎｄ技術）または「ＤＡＢプロセス」（Ｄｉｒｅｃｔ  Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ  Ｂｏｎｄ技術）は、例えば、金属層またはシート（例えば、銅シートまたは箔）を、表面側に層またはコーティング（溶融層）を有する金属もしくは銅シートまたは金属もしくは銅箔を使用して、相互におよび／またはセラミック、またはセラミック層に接合するプロセスであると当業者に理解されている。このプロセスでは、例えば、特許文献２又は特許文献３に記載されているように、この層またはコーティング（可融層）は、金属（例えば、銅）の溶融温度より低い溶融温度で共晶を形成するので、セラミック上に箔を載せて全ての層を加熱することによって、それらを実質的に可融層または酸化物層の領域だけで、金属または銅を溶融させて接合することができる。
【００２３】
特に、ＤＣＢプロセスは、例えば、以下の、均一な酸化銅層が得られるように銅箔を酸化する工程と、銅箔をセラミック層上に載せる工程と、複合物を１０２５℃から１０８３℃の間の処理温度、例えば約１０７１℃まで加熱する工程と、室温まで冷却する工程とを有する。
【００２４】
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と接合するアクティブはんだ付けプロセスは、特に金属セラミック基板の製造にも使用されるプロセスである。ここで、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、銅箔などの金属箔と窒化アルミニウムセラミックなどのセラミック基板とを、約６５０℃から１０００℃の間の温度で接続する。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、化学反応によってはんだとセラミックとの間の接続を形成する一方、はんだと金属との間の接続は、金属ろうによる接続である。
【００２５】
代わりに、接合については、アルミニウムメタライゼーションのＤＡＢプロセスおよび／または厚膜プロセスも知られている。
金属セラミック基板は、レーザースクライビング、レーザー切断、および／またはウォータジェット切断によって分離されることが好ましい。これにより、個々の金属セラミック基板は、前のプロセスで一度に形成された後、容易かつ比較的迅速に提供され得る。金属セラミック基板は、更に別の金属被覆層に途切れまたはエッチングがない場合、特にマスターカードからの、例えばレーザースクライビング、レーザー切断、および／またはウォータジェット切断による切断プロセスによって実現されることが好ましい。これは、基板の分離に役立つ。特に連続した更に別の金属被覆層のため、基板を破断によって分離する場合には多大な費用がかかるか、困難を伴う。
【００２６】
本発明において、数値は実質的に、各場合における正確な値からの＋／−１５％、好ましくは＋／−１０％、より好ましくは＋／−５％の偏差、および／または関数にとって重要ではない変更という形式の偏差を意味する。
【００２７】
さらなる利点および特徴は、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、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】
【００２８】
【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示す図。
【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示す図。
【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示す図。
【図４】本発明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を模式的に示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１は、本発明の好ましい実施形態による金属セラミック基板１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に取り付けることができる電子部品または電気部品のキャリアとして機能することが好ましい。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に沿って延びる絶縁層１１、および絶縁層１１に接合された金属被覆層１２である。絶縁層１１は、セラミックを含む少なくとも１つの材料から形成されている。金属被覆層１２および絶縁層１１は、主延長面ＨＳＥに垂直に延びる積層方向Ｓに沿って上下に配置されている。
【００３０】
絶縁層１１は、主延長面ＨＳＥに垂直または積層方向Ｓに平行な第１の厚さＤ１と、主延長面ＨＳＥに平行な第１の延長Ｅ１とを有する。金属被覆層１２は、主延長面ＨＳＥに垂直または積層方向Ｓに平行な第２の厚さＤ２と、主延長面ＨＳＥに平行な第２の延長Ｅ２とを有する。積層方向Ｓに平行な方向において、更に別の金属被覆層１３が、好ましくは、金属被覆層１２とは反対の絶縁層１１の側で、絶縁層１２に接合されている。更に別の金属被覆層１３は、主延長面ＨＳＥに垂直または積層方向Ｓに平行に測定される第３の厚さＤ３と、主延長面ＨＳＥに平行に測定される第３の延長Ｅ３とを有する。金属被覆層１２および／または更に別の金属被覆層１３は、例えば、構成された金属被覆層１２によって、導体トラックおよび／または電気回路の接続面を提供するために、例えばエッチングまたは表面フライス加工によって構成されることが好ましい。
【００３１】
熱抵抗を低減するため、金属セラミック基板１において、絶縁層１１は、３００μｍ未満の第１の厚さＤ１を有している一方、金属被覆層１２の第２の厚さＤ２および／または更に別の金属被覆層１３の第３の厚さＤ３の値は２００μｍよりも大きく、より好ましくは５００μｍよりも大きいことが好ましい。言い換えれば、絶縁層１１は、金属被覆層１２や更に別の金属被覆層１３よりも薄くなければならない。これにより、比較的薄い絶縁層１１は、低い熱抵抗に対して特に有利であることが実証される。
【００３２】
熱拡散を向上させ金属セラミック基板１の屈曲を最小限にすると共に、電流を伝導する間の抵抗損失による導体トラックの加熱を抑制するため、金属被覆層１２の第２の厚さＤ２および／または更に別の金属被覆層１３の第３の厚さＤ３は、比較的厚い寸法であり、すなわち、好ましくは絶縁層１１の第１の厚さＤ１よりも厚くなっている。図１に示す実施形態では、更に別の金属被覆層１３は、少なくともいくつかの領域で、好ましくは完全に、金属被覆層１２と一致する主延長面ＨＳＥに垂直な方向に配置される。これにより、更に別の金属被覆層１３は、主延長面ＨＳＥに平行な方向に金属被覆層１２よりもさらに延びる。主延長面ＨＳＥに平行に測定される更に別の金属被覆層１３の第３の延長Ｅ３の、主延長面ＨＳＥに平行に測定される金属被覆層１２の第２の延長Ｅ２に対する比は、好ましくは１．０１から１．４の間、より好ましくは１．０１から１．２の間、最も好ましくは１．０５から１．１５の間の値を有する。金属被覆層１２は、回路関連の構成によって順に途切れ得る。
【００３３】
金属セラミック基板１の耐久性は、その温度変化耐性によって大きく決まる。絶縁層１１の第１の厚さＤ１が小さい場合、金属被覆層１２の第２の厚さＤ２および更に別の金属被覆層１３の第３の厚さＤ３と共に、絶縁層１１の第１の厚さＤ１の寸法を決めることにより、温度変化耐性を最適化できることが示されている。これに関連して、第１の厚さＤ１、第２の厚さＤ２、および／または第３の厚さＤ３は、比が以下のようになるように調整されることが好ましい。
【００３４】
金属被覆層１２または更に別の金属被覆層１３の熱膨張係数と金属セラミック基板１の熱膨張係数との差の量の、
金属セラミック基板１の熱膨張係数に対する比が、
０．２５未満、好ましくは０．２未満、より好ましくは０．１５未満、またはさらには０．１未満の値を有する。
【００３５】
以下の関係を使用して、金属セラミック基板１、第１の金属被覆層１２、および第２の金属被覆層１３の熱膨張係数をそれぞれ決定する。
【００３６】
【数２】
2021509542.tif 000004
ここで、Ｄｉは、各ＣＴＥｉを持つｎ層のｉ番目の厚さである。さらに、ポアソン数ηｉにより、各層の形状およびその弾性係数Ｅｉが考慮される。
【００３７】
図２は、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１を示す。図２の金属セラミック基板１は、更に別の金属被覆層１３が、絶縁層１１の延長全体、すなわち第１の延長Ｅ１に沿って延びており、実質的にその点でのみ、図１と異なる。言い換えると、更に別の金属被覆層１３は、主延長面ＨＳＥに平行な方向で、好ましくはすべての側面で、絶縁層１１と面一である。すなわち、第１の延長Ｅ１は、第３の延長Ｅ３に等しい。しかしながら、主延長面ＨＳＥに沿った金属被覆層１２の第２の延長Ｅ２が、更に別の金属被覆層１３の第３の延長Ｅ３よりも大きく、更に別の金属被覆層１３が絶縁層１１と面一でない場合も考えられる。例えば、更に別の金属被覆層１３は、金属被覆層１２に関して、主延長面ＨＳＥに平行な方向に、好ましくは、同じ方向の絶縁層１１の最外周と金属被覆層１２の最外周との間の距離よりも小さいか、大きいか、または等しい距離だけ突出することが考えられる。
【００３８】
図３は、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１を示す。図３の金属セラミック基板１は、更に別の金属被覆層１３が、特に絶縁層１１とは反対側に、凹部、減衰または厚さテーパ８を有し、実質的にその点でのみ、図２と異なる。凹部８は、好ましくは、更に別の金属被覆層１３の縁領域に設けられている。例えば、凹部８は、更に別の金属被覆層１３にエッチングされる。
【００３９】
図４は、金属セラミック基板１を製造する方法をフローチャートで模式的に示す。例えば、第１の厚さＤ１を有する絶縁層１１を設け、絶縁層１１の第１の厚さＤ１は３００μｍ未満であることが好ましい。配置１０１すなわち絶縁層１１の形成後、金属被覆層１２および／または更に別の金属被覆層１３に対するＣＴＥｉの上記の関係、およびその弾性係数とポアソン数とを使用して、比が以下のようになるように、第２の厚さＤ２を決定または確立することが好ましい。
【００４０】
金属被覆層１２または更に別の金属被覆層１３の熱膨張係数と金属セラミック基板１の熱膨張係数との差の量の、
金属セラミック基板１の熱膨張係数に対する比が、
０．２５未満、好ましくは０．２未満、より好ましくは０．１５未満、またはさらには０．１未満の値を有する。決定１０２の後、好ましくはアクティブはんだ付けプロセス、ＤＡＢプロセス、またはより好ましくはＤＣＢプロセスを使用して、第２の厚さＤ２を有する金属被覆層１２が絶縁層１１に接合される。
【００４１】
さらに、第２の厚さＤ２を決定するときに、金属被覆層１１に加えて、第３の厚さＤ３を有するさらな更に別の金属被覆層１３が考慮される。好ましくは決定１０２と共に行われる接合１０３の後に、金属セラミック基板１はレーザースクライビングまたはレーザー切断によって分離され、および／または金属被覆層１１が、エッチングプロセスによって構成されることが好ましい。例えば、金属セラミック基板１の分離１０５および／または構成１０４が続く。金属セラミック基板１全体の安定性を向上させるために、更に別の金属被覆層１３は構成のないままであり、少なくとも更に別の金属被覆層１３はスルーエッチングされた構成を有していないことが好ましい。
【符号の説明】
【００４２】
１…金属セラミック基板、８…凹部、１１…絶縁層、１２…金属被覆層、１３…更に別の金属被覆層、Ｅ１…第１の延長、Ｅ２…第２の延長、Ｅ３…第３の延長、ＨＳＥ…主延長面、Ｓ…積層方向、Ｄ１…第１の厚さ、Ｄ２…第２の厚さ、Ｄ３…第３の厚さ、１０１…絶縁層の配置、１０２…第２の厚さの決定、１０３…接合、１０４…構成、１０５…分離。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年8月1日(2019.8.1)
【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）であって、
セラミックを含み第１の厚さ（Ｄ１）を有する絶縁層（１１）と、
前記絶縁層（１１）に接合され、第２の厚さ（Ｄ２）を有する金属被覆層（１２）とを備え、
前記金属被覆層（１２）は、ＤＣＢプロセス、ＤＡＢプロセス、またはアクティブはんだ付けプロセスによって、前記絶縁層（１１）に接合され、
前記第１の厚さ（Ｄ１）は２００μｍ未満であり、前記第２の厚さ（Ｄ２）は２００μｍよりも大きく、前記第１の厚さ（Ｄ１）および前記第２の厚さ（Ｄ２）は、
前記金属被覆層（１２）の熱膨張係数と前記金属セラミック基板（１）の熱膨張係数との差の量の、
前記金属セラミック基板（１）の熱膨張係数に対する比が、
０．２５未満、好ましくは０．２未満、より好ましくは０．１５未満、またはさらには０．１未満の値を有するような寸法である、金属セラミック基板（１）。
【請求項２】
請求項１に記載の金属セラミック基板（１）において、
前記第１の厚さ（Ｄ１）は３０μｍよりも大きく、好ましくは６０μｍよりも大きく、より好ましくは９０μｍよりも大きい、金属セラミック基板（１）。
【請求項３】
請求項１または２に記載の金属セラミック基板（１）において、
前記金属被覆層（１２）とは反対の側で、第３の厚さ（Ｄ３）を有する更に別の金属被覆層（１３）が前記絶縁層（１１）に接合され、前記第１の厚さ（Ｄ１）、前記第２の厚さ（Ｄ２）および／または前記第３の厚さ（Ｄ３）は、
前記更に別の金属被覆層（１３）および／または前記金属被覆層（１２）の熱膨張係数と前記金属セラミック基板（１）の熱膨張係数との差の量の、
前記金属セラミック基板（１）の熱膨張係数に対する比が、
０．２５未満、好ましくは０．２未満、より好ましくは０．１５未満、またはさらには０．１未満の値を有するような寸法である、金属セラミック基板（１）。
【請求項４】
請求項３に記載の金属セラミック基板（１）において、
安定性のため、前記金属被膜層（１３）は途切れがなく、特に、絶縁トレンチがない、金属セラミック基板（１）。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の金属セラミック基板（１）において、
前記第２の厚さ（Ｄ２）および／または第３の厚さ（Ｄ３）は３００μｍよりも大きく、好ましくは４００μｍよりも大きく、より好ましくは５００μｍよりも大きい、金属セラミック基板（１）。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の金属セラミック基板（１）において、
前記熱膨張係数は、材料固有のパラメータおよび／またはポアソン数に依存する、金属セラミック基板（１）。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の金属セラミック基板（１）において、
前記第２の厚さ（Ｄ２）および第３の厚さ（Ｄ３）は実質的に同一である、金属セラミック基板（１）。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の金属セラミック基板（１）において、
主延長面（ＨＳＥ）に平行に測定される更に別の金属被覆層（１３）の第３の延長（Ｅ３）の、前記主延長面（ＨＳＥ）に平行に測定される前記金属被覆層（１２）の第２の延長（Ｅ２）に対する比は、１．０１から１．４の間の値を有する、金属セラミック基板（１）。
【請求項９】
金属セラミック基板（１）を製造する方法であって、
セラミックを含み第１の厚さ（Ｄ１）を有する絶縁層（１１）を配置する工程であって、前記第１の厚さ（Ｄ１）は２００μｍ未満である工程と、
前記絶縁層（１１）に接合され、第２の厚さ（Ｄ２）を有する金属被覆層（１２）を配置する工程であって、前記第２の厚さ（Ｄ２）は２００μｍよりも大きい工程と、
前記金属被覆層（１２）を前記絶縁層（１１）に接合する工程とを備え、
前記第１の厚さ（Ｄ１）および／または前記第２の厚さ（Ｄ２）は、
前記金属被覆層（１２）の熱膨張係数と前記金属セラミック基板（１）の熱膨張係数との差の量の、
前記金属セラミック基板（１）の熱膨張係数に対する比が、
０．２５未満、好ましくは０．２未満、より好ましくは０．１５未満、またはさらには０．１未満の値を有するような寸法である、金属セラミック基板（１）を製造する方法において、
前記金属被覆層（１２）は、ＤＣＢプロセス、ＤＡＢプロセス、またはアクティブはんだ付けプロセスによって、前記絶縁層（１１）に接合される、方法。。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法において、
前記金属セラミック基板（１）は、レーザースクライビング、レーザー切断、またはウォータジェット切断によって分離される、方法。
【国際調査報告】
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