(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの金属層（２，３，１４）と、少なくとも１つの金属層（２，３，１４）に平面的に接合したペーパーセラミック層（１１）とを備え、
前記ペーパーセラミック層（１１）は複数の孔の形態をした空隙を有する電子回路用の基板（１，１０）において、
少なくとも１つの金属層（２，３，１４）はペーパーセラミック層（１１）と少なくなくとも１つの接着剤層（６，６ａ，６ｂ）により接合され、
前記少なくとも１つの接着剤層（６，６ａ，６ｂ）は少なくとも１つの接着剤（６ａ’，６ａ’’，６ｂ’，６ｂ’’）を、金属層（２，３，１４）および／またはペーパーセラミック層（１１）に塗布することにより製造され、
前記ペーパーセラミック層（１１）の孔の形態をした空隙は、塗布された接着剤（６ａ’，６ａ’’，６ｂ’，６ｂ’’）により少なくともそのペーパーセラミック層（１１）の表面において充填されることを特徴とする電子回路用の基板。
【請求項２】
ペーパーセラミック層（１１）は接着剤（６ａ’，６ａ’’，６ｂ’，６ｂ’’）の充填後に１０％未満の多孔率を有することを特徴とする請求項１に記載の電子回路用の基板。
【請求項３】
少なくとも1つの金属層（１４）は少なくとも１つの追加の金属層（１３）と結合して複合層（１２）を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の電子回路用の基板。
【請求項４】
ペーパーセラミック層（１１）は５０μｍ〜６００μｍの層厚（ｄ１）を備え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電子回路用の基板。
【請求項５】
ペーパーセラミック層（１１）は加熱により焼結可能なセラミックの充填剤材料を含むペーパー構造で製造され、そのペーパー構造の充填材料の割合は８０重量％以上であ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電子回路用の基板。
【請求項６】
Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＡｌＮ、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、ＳｉＣ、ＢｅＯまたはそれらの組み合わせがペーパー構造の充填剤材料として提供されることを特徴とする請求項５に記載の電子回路用の基板。
【請求項７】
ペーパーセラミック層（１１）は上側面（１１ａ）および下側面（１１ｂ）を備え、上側面（１１ａ）は、接着剤層（６ａ）を介して第１金属層（２）と平面的に結合し、下側面（１１ｂ）は、他の接着剤層（６ｂ）を介して第２金属層（３）と結合す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電子回路用の基板。
【請求項８】
接着剤層（６，６ａ，６ｂ）を製造するために用いられる接着剤（６ａ’，６ａ’’，６ｂ’，６ｂ’’）は、３０Ｐａ未満の粘度を有す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電子回路用の基板。
【請求項９】
接着剤層（６，６ａ，６ｂ）の層厚は、１〜３０μｍであ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電子回路用の基板。
【請求項１０】
接着剤層は、ポリウレタン、エポキシ樹脂、ポリイミド、またはメタクリル酸メチルを備える接着剤のグループから成り、接着剤は異なる粘度を有する少なくとも２つの異なる接着剤から製造されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の電子回路用の基板。
【請求項１１】
接着剤（６ａ’，６ｂ’）のペーパーセラミック層（１１）への浸透深度は少なくとも接着剤層（６ａ，６ｂ）に隣接するペーパーセラミック層（１１）の層厚（ｄ１）の少なくとも３分の１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電子回路用の基板。
【請求項１２】
孔の形態をした空隙はほぼ完全に接着剤（６ａ’，６ｂ’）で充填され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電子回路用の基板。
【請求項１３】
少なくとも１つの金属層（２，３，１３，１４）は、銅、アルミニウム、金、銀、錫、亜鉛、モリブデン、タングステン、クロムまたはそれらの合金から成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電子回路用の基板。
【請求項１４】
複合層（１２）は、金属層（１３）と、少なくとも１つのアルミニウム層またはアルミニウム合金層（１４）とを備えることを特徴とする請求項３〜１３のいずれか一項に記載の電子回路用の基板。
【請求項１５】
金属層（１３）は、３５μｍ〜２ｍｍの層厚を有する銅層または銅合金層（１３）であり、アルミニウム層またはアルミニウム合金層（１４）は１０μｍ〜３００μｍの層厚を備えることを特徴とする請求項１４に記載の電子回路用の基板。
【請求項１６】
複合層（１２）のアルミニウム層（１４）は金属層（１３）と反対側の表面に陽極層（１５）を作成するために陽極酸化されることを特徴とする請求項１４または１５に記載の電子回路用の基板。
【請求項１７】
少なくとも１つの金属層（２，３，１３）および上側面（１１ａ）および下側面（１１ｂ）を有する少なくとも１つのペーパーセラミック層（１１）を備え、少なくとも上側面（１１ａ）および下側面（１１ｂ）は少なくとも１つの金属層（２，３，１３）に平面的に接合され、ペーパーセラミック層（１１）は複数の孔の形態をした空隙を備えた電子回路用の基板の製造方法において、
接着剤（６ａ’，６ａ’’，６ｂ’，６ｂ’’）が少なくとも１つの接着剤層を製造するために、少なくとも１つの金属層（２，３，１４）上および／またはペーパーセラミック層（１１）の上側面（１１ａ）および／または下側面（１１ｂ）上に平面的に塗布され、接着剤を塗布することにより、前記ペーパーセラミック層の孔の形態をした空隙が少なくともペーパーセラミック層の表面上において充填されることを特徴とする電子回路用の基板の製造方法。
【請求項１８】
接着剤（６ａ’’，６ｂ’’）は少なくとも１つの金属層（２，３，１４）の表面側のみに塗布され、次にペーパーセラミック層（１１）の上側面（１１ａ）または下側面（１１ｂ）に接着されることを特徴とする請求項１７に記載の電子回路用の基板の製造方法。
【請求項１９】
接着剤（６ａ’，６ｂ’）はペーパーセラミック層（１１）の上側面（１１ａ）および／または下側面（１１ｂ）のみに平面的に塗布され、次に少なくとも１つの金属層（２，３）に接着されることを特徴とする請求項１７に記載の電子回路用の基板の製造方法。
【請求項２０】
接着剤（６ａ’，６ａ’’，６ｂ’，６ｂ’’）は少なくとも１つの金属層（２，３）の表面上、および、ペーパーセラミック層（１１）の上側面（１１ａ）および／または下側面（１１ｂ）上、の両方に平面的に塗布され、次にその２つがお互いに接着されることを特徴とする請求項１７に記載の電子回路用の基板の製造方法。
【請求項２１】
少なくとも２つの異なったタイプの接着剤が少なくとも１つの金属層（２，３）上、および、ペーパーセラミック層（１１）の上側面（１１ａ）および／または下側面（１１ｂ）に塗布され、ペーパーセラミック層（１１）に塗布された接着剤（６ａ’，６ｂ’）の粘度は、金属層（２、３）上に塗布された接着剤（６ａ’’，６ｂ’’）の粘度より低いことを特徴とする請求項２０に記載の電子回路用の基板の製造方法。
【請求項２２】
接着剤（６ａ’，６ｂ’）はペーパーセラミック層（１１）の上側面（１１ａ）または下側面（１１ｂ）のみに平面的に塗布され、接着剤の量は孔の形態をした空隙がほぼ完全に充填されるように計算されることを特徴とする請求項１７に記載の電子回路用の基板の製造方法。
【請求項２３】
使われる接着剤の量は、接合された状態のときに、１〜３０μｍの膜厚を有する接着剤層（６，６ａ，６ｂ）が作製されるように決定されることを特徴とする請求項１７〜２２のいずれか一項に記載の電子回路用の基板の製造方法。
【請求項２４】
ペーパーセラミック層（１１）の孔の形態をした空隙は、充填後にペーパーセラミック層が１０％未満の多孔率を備えるように、接着剤で充填されることを特徴とする請求項１７〜２３のいずれか一項に記載の電子回路用の基板の製造方法。
【請求項２５】
前記孔の形態をした空隙は、ペーパーセラミック層の層厚（ｄ１）の少なくとも３分の１に沿って塗布された接着剤で充填されることを特徴とする請求項１７〜２４のいずれか一項に記載の電子回路用の基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、前項の請求項１に基づく電子回路基板ならびに前項の請求項１８に基づくその基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回路基板の形状の電気回路基板は公知技術により既知である。
【０００３】
その趣旨では、その基板は少なくとも１つの絶縁層および少なくとも１つの金属層またはその絶縁層に連結された金属被膜体を備える多層基板である。金属層または金属被膜体は、直接または選択的に、追加の金属層または絶縁層を介して絶縁層と平面的に結合し、プリント配線、接触点、接触面および／または接続面を形成するために複数の金属被膜表面部分に構築される。
【０００４】
特に、パワーエレクトロニクスをそのような基板の使用する分野、例えば２．５ｋＶ未満の電圧範囲である電力半導体モジュールの構築等のいわゆる「低電圧」への応用では、基板またはその絶縁層がそれぞれ高い絶縁強度、すなわち電圧および破壊強度を有することは必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００６０２２５９８号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００９０１１２０８号明細書
【特許文献３】米国特許第８６０８９０６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
よって、金属セラミック基板は大抵パワーエレクトロニクスの分野で使用され、絶縁層は高い絶縁強度を有する少なくとも１つのセラミック層から形成される。例えば、セラミック層は、酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡＩＮ）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化シリコン（ＳｉＣ）またはアルミニウム酸化物とジルコニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３＋ＺｒＯ２）等の酸化セラミック、窒化セラミックまたは炭化セラミックから成る。
【０００７】
セラミック層と少なくとも１つの金属層を水平に接合して金属被膜体を形成するためには、当該技術分野で公知の特異な製造方法を用いて、使用するセラミック材料および／または接着する金属層の金属によるが、つまり例えば「ダイレクト銅ボンディング」法、「ダイレクトアルミニウムボンディング」法および「活性金属ボンディング」法を用いる。この製造方法の欠点は、複雑かつコストが高い技術工程である。従来のセラミック層を用いる際に成形も制限される。
【０００８】
さらに、高荷電ペーパーの製造方法は、独国特許出願公開第１０２００６０２２５９８号明細書（特許文献１）、米国特許出願公開第２００９０１１２０８号明細書（特許文献２）、米国特許第８６０８９０６号明細書（特許文献３）等の従来技術にて既知であり、ペーパー構造は、ペーパー製造工程において、例えば焼結可能セラミック粉末、高吸収性粉末、または熱導電性の高い粉末等の機能的充填材料により重量の８５％まで濃縮される。いわゆる焼結ペーパーは個別にペーパーセラミックが例えばアルミニウム粉末等の焼結可能セラミック粉末によって濃縮されたプレセラミックペーパーから製造され、任意で２段階加熱のなかでも加熱等による追加の成形工程の後に行われる。加熱の第１工程において、パルプ、糊、ラテックス等のプレセラミックペーパーの有機成分は酸化により除去され、いわゆる「ブラウンコンパクト」が生成される。次に、「ブラウンコンパクト」は加熱の第２工程で焼結されて、セラミックの典型的な曲げ強度を有するセラミック基板を作製する。とりわけ、上記焼結ペーパーのミクロ構造として、ペーパーセラミック他は、例えば高い絶縁強度といったセラミックに特有の材料特性を示す。このようなペーパーセラミックは、簡易な成形および低重量といった、セラミック材料の長所とペーパー関連の技術的長所を組み合わせることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記技術に基づき、本発明の目的は、電子回路基板ならびにその基板を製造に関する方法を示すことであり、従来技術において既知の製造方法と比較すると、簡易かつ費用効果が高い。本目的は請求項１に基づく基板ならびに請求項１５に基づく方法により達成される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
以下、図面に基づき、例示的実施形態により本発明が詳細に説明される。
【００１１】
【図１】図１は、接着剤層を介して第１金属層およびそれに結合されたペーパーセラミック層を備えた本発明に基づく基板の簡略された概略断面図である。
【図２ａ】図２ａは、第１金属層および第２金属層と、接着剤層により接合されその間に受け入れられたペーパーセラミック層を備える、本発明に基づく基板を製造するための本発明の選択された工程を示す簡略された図である。
【図２ｂ】図２ｂは第１金属層および第２金属層と、接着剤層により接合されその間に受け入れられたペーパーセラミック層を備える、本発明に基づく基板を製造するための本発明の選択された工程を示す簡略された図である。
【図２ｃ】図２ｃは第１金属層および第２金属層と、接着剤層により接合されその間に受け入れられたペーパーセラミック層を備える、本発明に基づく基板を製造するための本発明の選択された工程を示す簡略された図である。
【図３】図３は、接着剤層を介して複合層およびそれに接合されたペーパーセラミック層を備える本発明に基づく基板の簡略された概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の電気回路基板の基本的な様態は、少なくとも１つの金属層は、少なくとも１つの接着剤層を介してペーパーセラミック層と結合するという事実であり、それは少なくとも１つの接着剤を金属層および／またはペーパーセラミック層に塗布することによって製造され、ペーパーセラミック層にある孔の形状をした空隙は少なくとも上側面で充填される。少なくとも１つの金属層とペーパーセラミック層との間の接着接続の製造以外では、ペーパーセラミック層の残留孔は、孔の形状をした空隙の上側面で充填されることで特に有利に減少させることができるので、基板の絶縁特性を明確に向上させる。特別な利点および接着剤で充填した後としては、ペーパーセラミック層は１０％未満、好ましくは５％未満の多孔率を有する。
【００１３】
本明細書において、ペーパーセラミック層とは、ペーパー製造の際に、焼成可能なセラミック粉末、好ましくはプレセラミックペーパー構造が作製された酸化アルミニウム粉末と共に濃縮されたペーパー構造物である。プレセラミックのペーパー構造物は２段階の加熱工程を経る。１つ目の工程では、最初にプレセラミックペーパー構造（「グリーンコンパクト」）から「ブラウンコンパクト」を作製し、プレセラミックペーパー構造におけるパルプ、澱粉およびラテックス等の有機成分は酸化により除去される。次の２つ目の工程では、「ブラウンコンパクト」は焼成工程に移動され、セラミック物質、つまりペーパーセラミックが例えば曲げ強度および絶縁強度といった、セラミック材料の一般的な物質特性によって作製される。この指定された製造方法により製造工程中に有利になると共にペーパーセラミック層の成形が可能になる。しかし、従来のセラミック層と比べて、ペーパーセラミック層１１は、加熱工程の実行する前は個々が軽量かつ形成可能である。その変形可能な性質が原因で、ペーパーセラミック層１１の原材料、つまりプレセラミックペーパー構造はまた、好ましくはロール製品として保管され処理される。
【００１４】
特別な利点としては、ペーパーセラミック層は加熱によりセラミックである焼結充填剤材料で濃縮されたペーパー構造で製造され、濃縮されたペーパー構造のセラミックである焼結充填材料の割合は８０重量％以上であり、好ましくは８０〜９０重量％である。Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＡｌＮ、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、ＳｉＣ、ＢｅＯまたはそれらの組み合わせ、ならびにＹ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ２等の関連した一般的な焼結手段がペーパー構造のセラミック充填剤材料として提供される。
【００１５】
好ましい実施例において、金属層または複合層は少なくとも１つの接着剤層を介してペーパーセラミック層と結合しており、これはそれぞれ金属層および／または複合層の形態から独立している。
【００１６】
代替実施形態において、少なくとも１つの金属層は、複合層を形成するために少なくとも１つの追加金属層と結合する。本発明に基づき、複合層は順番に接着剤層を介してペーパーセラミック層に結合する。基板はまだ複数の複合層、例えば第１複合層および第２複合層を備え、それらはそれぞれ接着剤層を介してペーパーセラミック層の上側面および／または下側面と平面的に結合することは明確である。
【００１７】
有利には、ペーパーセラミック層は、５０μｍ〜６００μｍの層厚、好ましくは８０μｍ〜１５０μｍの膜厚を備え、また、９０ＧＰａ〜１５０ＧＰａのｅ−モジュールを備える。
【００１８】
好ましい実施形態において、ペーパーセラミック層は上側面および下側面を備え、上側面は、接着剤層を介して第１金属層と平面的に結合し、下側面は、他の接着剤層を介して第２金属層と結合する。３つの層を備える基板は、「低電圧」で使用する際に高い絶縁特性を有し、かつ基板の厚みを抑えつつ高い機械安定性を有する。
【００１９】
特別に有利な点として、３０Ｐａ未満の粘着度を有する接着剤が接着剤層を製造するために用いられる、すなわち、１〜３０μｍ、好ましくは１〜１０μｍの層厚を有する接着剤層を製造するために用いられる。よって、層厚はペーパーセラミック層の上側面および／または下側面とそれに隣接する層の上側面との間の距離、特に金属層または複合層を示す。
【００２０】
接着剤層は、ポリウレタン、エポキシ樹脂、ポリイミド、またはメタクリル酸メチルを備える化学的および／または物理的に熱硬化性接着剤のグループから成り、接着剤がペーパーセラミック層および／またはその孔の形態の空隙への浸透深度は好ましくは少なくとも接着剤層に隣接するペーパーセラミック層の層厚の少なくとも３分の１である。よって、孔の形態をした空隙の少なくとも３分の１は接着剤によって面を充填する、すなわち、好ましくはペーパーセラミック層の上側面および下側面上であり、すなわち、孔の形態をした空隙の３分の２を集めることである。代替実施例において、ペーパーセラミック層の孔の形態の空隙は、最適な絶縁特性を得るため、ほぼ完全に接着剤によって充填される。例えば、接着剤層は、可能であれば異なる粘着性を有する少なくとも２つの異なる接着剤から製造することもできる。
【００２１】
他の利点は、アルミニウム、金、銀、錫、亜鉛、モリブデン、タングステン、クロムまたはそれらの合金から成る少なくとも1つの金属層によって示される。例えば、複合層は金属層および少なくとも１つのアルミニウム層または１つのアルミニウム合金層を備え、この代替実施例において、金属層は好ましくは銅層または銅合金層の形状で実現される。銅層または銅合金層の層厚は、例えば３５μｍ〜２ｍｍであり、アルミニウム層または１つのアルミニウム合金層の層厚は、１０μｍ〜３００μｍである。他の利点としては、複合層のアルミニウム層は、接着性を向上するために金属層の反対側にある陽極層を作製して陽極酸化できる。有利な実施形態としては、複合層のアルミニウム層はアルミニウムシリコン層を備える。
【００２２】
本発明の他の目的である電子回路基板の製造方法は、少なくとも１つの金属層および上側面および下側面を有する少なくとも１つのペーパーセラミック層を備え、少なくとも上側面および下側面は少なくとも１つの金属層に平面的に接合され、ペーパーセラミック層は孔の形状をした空隙を多数備える。本発明の基本的な様態は、接着剤は少なくとも１つの接着剤層を製造するために少なくとも１つの金属層上および／またはペーパーセラミック層の上側面および／または下側面上に平面的に塗布されるという事実であり、すなわち、接着剤を塗布することにより、孔の形状をした空隙が少なくともペーパーセラミック層の表面上に充填される。適宜計算された量を平面的に塗布された接着剤は少なくとも孔の形状をした空隙の表面に浸透し、それらはペーパーセラミック層の多孔性および／または残留多孔性は、接着剤層に隣接するペーパーセラミック層の少なくとも表面部分は減少するように、少なくとも部分的に閉鎖する。本明細書では、明確な接着剤の変更は例示的に可能である。
【００２３】
第１代替実施形態において、例えば、接着剤は少なくとも１つの金属層の表面側のみに平面的に塗布され、次にペーパーセラミック層の上側面または下側面に接着される。
それにより、接着剤は金属層が構成された後にのみペーパーセラミック層と接する。
【００２４】
第２代替実施形態において、接着剤はペーパーセラミック層の上側面および／または下側面のみに平面的に塗布され、次に少なくとも１つの金属層に接着される。そして、孔の形態である空隙は、既に接着剤を塗布する工程中に少なくとも部分的に有利に充填される、すなわち実際に接合する工程の前に行われる。
【００２５】
第３実施形態において、接着剤は少なくとも１つの金属層の表面上およびペーパーセラミック層の上側面および／または下側面上の両方に平面的に塗布され、次にその２つがお互いに接着される。これにより、特に実際に接合工程をする前に少なくとも一部は接着剤塗布を硬化する際に孔の形態をした空隙を最適に充填することと高い接合強度を有する接着接合を製造することが可能となる。他の代替実施形態において、少なくとも２つの異なった接着剤タイプが少なくとも１つの金属層上およびペーパーセラミック層の上側面および／または下側面に塗布され、ペーパーセラミック層に塗布された接着剤の粘着度は、金属層上に塗布された接着剤の粘着度より好ましくは低い。液体接着剤より薄い、金属と粘着結合を製造するために用いる接着剤を孔の形態をした空隙を充填するために本明細書では有利に用いる。
【００２６】
第４実施形態において、接着剤はペーパーセラミック層の上側面または下側面のみを介して平面的に塗布され、接着剤の量は孔の形態をした空隙はほぼ完全に充填されるように計算される。よって、孔の形態をした空隙の充填はペーパーセラミック層の側面を介して実現する。
【００２７】
特定の利点として、使われる接着剤の量は、１〜３０μｍ、好ましくは１〜１０μｍの膜厚を有する接着剤層が作製されるように接合された状態のとき決定される。
【００２８】
有利には、ペーパーセラミック層の孔の形態をした空隙は、充填後、ペーパーセラミック層は１０％未満、好ましくは５％未満の多孔率を備えるように接着剤で充填される。
【００２９】
他の利点として、孔の形状での空隙は、少なくともペーパーセラミック層の層厚の３分の１に沿った接着剤で充填される。
【００３０】
本発明で意味する「およそ」、「本質的に」または「例えば」という用語は、それぞれ実際の正確な数値の＋／−１０％、好ましくは＋／−５％および／または機能に重要ではない修正の形での差異を意味する。
【００３１】
さらなる本発明の発展、利点、応用オプションは同じく例示的実施形態の記載および図面が根拠であり、記載および／または説明された一部またはすべての特徴は、単独またはあらゆる組み合わせ、特許請求の範囲または本明細書に記載のいかなる内容により示された概要に関わらずに基本的に本発明の目的である。本明細書に記載の特許請求の範囲の内容は本明細書の一部にもなる。
【００３２】
図１は、本発明電子回路に基づいて形成した基板１を通した基板の簡略された概略断面図であり、ディスク型および多層構造を備え、すなわち回路基板の形状で形成される。
本発明の基板１は特にいわゆる「低電圧」の応用に適しており、すなわち電圧が２．５ｋＶ未満の電子回路の構築に適している。
【００３３】
本発明の電子回路基板１はよって、少なくとも第１金属被覆体および／または金属層２ならびに少なくとも１つの第１金属被膜体および金属層２に平面的に接合したペーパーセラミック層１１を備え、ペーパーセラミック層１１は、その製造により、複数の孔の形態をした空隙を備える。非常に薄いペーパーセラミック層１１を製造後、その製造過程においてクラックの形状で欠損が発生し、さらに絶縁特性が劣化する。
【００３４】
図１に基づいた例示的実施形態において、ペーパーセラミック層１１は、上側面１１ａおよび下側面１１ｂならびに第１金属被覆層および／またはペーパーセラミック層１１の上側面１１ａに平面的に接合する金属層２を備える。代替的で好ましい実施形態においては、基板１は、第１金属層２に加えて、ペーパーセラミック層１１の下側面１１ｂに平面的に接合された第２金属層３を備える。それにより、例としては、ペーパーセラミック層１１は第１層厚ｄ１を有し、第１金属層２および／または潜在的な第３金属層３は第２層厚ｄ２を有する。
【００３５】
本明細書において、ペーパーセラミック層１１および／またはペーパー技術により製造されたセラミックとは、焼成可能なセラミック充填材料であり、好ましくは粉末状であり、ペーパー製造の際に、プレセラミックペーパー構造は中間工程で製造される。好ましくは、プレセラミックペーパー構造における焼結可能充填材料の割合は８０重量％より大きく、好ましくは８０〜９０重量％である。この種類の「ペーパーセラミック」および／またはペーパーセラミック層１１は基本的に従来技術において公知である。
【００３６】
適したセラミック充填剤材料および／またはペーパー構造の主要な充填剤材料の例は、特にＡｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＡｌＮ、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、ＳｉＣ、ＢｅＯまたはそれらの組み合わせを含み、＜５μｍ、好ましくは＜１μｍのＺＴＡの粒度等である。主な充填剤材料の添加剤は、すなわちＹ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ２等がペーパー構造に含まれる典型的な充填剤材料および／または補助充填剤材料として用いられる。対応するプレセラミックのペーパー構造物は２段階の加熱工程を経る。１つ目の工程では、最初にプレセラミックペーパー構造（「グリーンコンパクト」）から「ブラウンコンパクト」を作製し、プレセラミックペーパー構造におけるパルプ、澱粉およびラテックス等の有機成分は酸化により除去される。次の２つ目の工程では、「ブラウンコンパクト」は焼成工程に移動され、セラミック物質、つまりペーパーセラミックが例えば曲げ強度および絶縁強度といった、セラミック材料の一般的な物質特性を備えるように作製される。しかし、従来のセラミック層と比べて、ペーパーセラミック層１１は、加熱工程の実行する前は個々が軽量かつ形成可能である。その変形可能な性質が原因で、ペーパーセラミック層１１の原材料、つまりプレセラミックペーパー構造はまた、好ましくはロール製品として保管され処理される。本発明で使用されるペーパーセラミック層１１は例えば５０μｍ〜６００μｍの層厚ｄ６、好ましくは８０μｍ〜１５０μｍの膜厚を備え、９０ＧＰａ〜１５０ＧＰａのｅ−モジュールを有する。
【００３７】
ペーパーセラミック層１１の記載された製造方法の面において、複数の孔の形態をした空隙がペーパー構造の有機成分を酸化して除去することにより作製される。孔の形態をした空隙は表面において開くか、ペーパーセラミック層１１内に完全に受け入れられる、つまりペーパーセラミック層１１内で拡大する。それにより、孔の形態をした空隙は大抵、酸化されて除去されたセルロース繊維の形態を有し、ほぼ均一にペーパーセラミック層１１全体に分布される。複数の孔の形態をした空隙が原因で、ペーパーセラミック層１１は例えば５０％未満、好ましくは３０％未満の多孔率および／または残留多孔率を備え、それにより、特に電子回路の基板１に用いられる場合のペーパーセラミック層１１の絶縁強度が損なわれる。これが本発明の出発点である。
【００３８】
本発明において、少なくとも１つの金属層２、３は接着剤層６ａ、６ｂ、６ｂを介してペーパーセラミック層１１に接合する、すなわち、少なくとも１つの接着剤層６、６ａ、６ｂは、少なくとも１つの接着剤６ａ’、６ａ”、６ｂ’、６ｂ”を少なくとも１つの金属層２、３および／またはペーパーセラミック層１１の上側面１１ａおよび／または下側面１１ｂに塗布することにより作製され、ペーパーセラミック層１１の孔の形態をした空隙は少なくとも部分的に少なくとも表面上において充填され、つまり、ペーパーセラミック層１１の上側面１１ａおよび／または下側面１１ｂに充填される。したがって、表面上に開かれたペーパーセラミック層１１の孔の形態をした空隙は接着剤６ａ’、６ａ”、６ｂ’、６ｂ”によって閉じられる。好ましくは、接着剤は、ペーパーセラミック層１１の上側面１１ａおよび／または下側面１１ｂ領域に隣接または配置された少なくとも部分的に孔の形態をした空隙に導入され、場合によっては、少なくとも１つの金属層２、３とペーパーセラミック層１１との間の接着接合を製造という状況の中でペーパーセラミック層１１の潜在的なクラックにも導入され、つまり、接着剤６ａ’、６ａ”、６ｂ’、６ｂ”は孔の形態をした空隙に浸透し、それらをペーパーセラミック層１１の上側面１１ａおよび／または下側面１１ｂに隣接するペーパーセラミック層１１の部分で完全に閉じる。有利には、ペーパーセラミック層１１の多孔率はそれにより１０％未満に減少し、よって絶縁強度が大幅に向上する。好ましくは、ペーパーセラミック層１１の孔の形態をした空隙の半分以上は少なくとも部分的に接着剤で充填され、すなわち次には接着剤６ａ’、６ａ”、６ｂ’、６ｂ”の接着剤の塗布により接着剤層６、６ａ、６ｂが作製される。図１において、ペーパーセラミック層１１の孔の形態をした空隙内に接着剤塗布６ａ’、６ｂ’の浸透深度は点線で示され、すなわち接着剤６ａ’、６ｂ’はペーパーセラミック層１１に隣接した層厚ｄ１の３分の１まで少なくとも浸透する。よって、６ａ’、６ｂ’の浸透深度はペーパーセラミック層１１の層厚ｄ１の少なくとも３分の１に達する。
【００３９】
複数の孔の形態をした空隙を備え、多孔性のペーパーセラミック層１１と、少なくとも１つの金属層２、３とは、接着剤層６、６ａ、６ｂによって結合状態にあり、その接着剤層６、６ａ、６ｂは、１〜３０μｍの層厚を有し、好ましくは１〜１０μｍの層厚を有する。
【００４０】
必要とされる接着剤の量が、所望する層厚ｄ３により定義される量ならびに金属層２、３および接着剤層６、６ａ、６ｂのペーパーセラミック層の大きさを超えて、追加の接着剤の量が少なくとも部分的に孔の形態をした空隙を充填できるだけではなく、可能であれば、金属層２、３および／またはペーパーセラミック層１１の上側面１１ａおよび下側面１１ｂの表面粗さの補正も実施できるように計算される。
【００４１】
接着剤は、当該技術分野で公知の方法を用いて塗布でき、特に塗布した接着剤の予備硬化を実施し、特に例えば溶媒または反応生成物等の接着剤が含有する揮発性成分を除去するために温度処理を行う。
【００４２】
本発明の基板１の製造の際の接着剤の塗布は様々な方法で実施される。基本的には、
少なくとも１つのペーパーセラミック層１１と、少なくとも１つの金属および／または金属被膜層２、３と、接着接合を作製するために必要な接着剤６ａ’、６ａ”、６ｂ’、６ｂ”とは、本発明の電子回路に基づく基板１を製造するために例えば提供される。
【００４３】
まず始めは、少なくとも１つの接着剤層６、６ａ、６ｂを介した、少なくとも１つのペーパーセラミック層１１と少なくとも１つの金属層２および／または金属被膜層３との間の接着接合は次の工程により製造され、好ましくは自動化さえる製造方法により製造される。接着剤層６、６ａ、６ｂおよび／または  この効果に必要な接着剤塗布６ａ’、６ａ”、６ｂ’、６ｂ”の製造ならびにそれによるペーパーセラミック層１１の孔の形態をした空隙の充填は、様々な代替的方法を介して実施される。
【００４４】
第１代替実施形態において、例えば、接着剤６ａ”、６ｂ”はそれぞれの金属層の表面側のみに塗布され、次にペーパーセラミック層の上側面１１ａまたは下側面１１ｂに接着される。あるいは、接着剤６ａ’、６ｂ’はペーパーセラミック層の上側面１１ａまたは下側面１１ｂに接着され、それぞれ金属層２、３が接着される。同様に図２ａ〜図２ｃに示す代替実施形態に基づく接着剤６ａ’、６ｂ’、６ａ”、６ｂ”は、ペーパーセラミック層の上側面１１ａまたは下側面１１ｂの両方、ならびに金属層２、３上に塗布されると推察する。
【００４５】
それぞれの接着剤塗布６ａ’、６ｂ’、６ａ”、６ｂ”が金属層２、３を備えたペーパーセラミック層１１に対応する構造は、接着剤塗布６ａ’、６ｂ’、６ａ”、６ｂ”から構成される所望の接着剤層６ａ、６ｂを作成し、ペーパーセラミック層とそれぞれの金属層２、３の間の機械接合の製造を除けば、さらにペーパーセラミック層１１の孔の形状をした空隙の表面上は少なくとも充填することを確保する。
【００４６】
最終的には、上記接着剤６ａ、６ｂをペーパーセラミック層の上側面１１ａまたは下側面１１ｂだけを介して塗布し、それを孔の形状をした空隙を介してそれぞれの反対側の下側面１１ｂおよび／または上側面１１ａ上に移動すると考えられる、すなわち、ペーパーセラミック層を一方的な接着塗布６ａ’、６ｂ’により過飽和にする。本代替実施形態はペーパーセラミック層１１の孔の形状の空隙にほぼ完全に充填することを必要とする。
【００４７】
それぞれの接着塗布を備えた層、特にペーパーセラミック層１１および／または金属層２、３は好ましくは積層工程、すなわち規定の圧力または温度下での工程を用いて構成される。本明細書では、上記圧力は、金属面２、３の均一的で気泡のない表面接合がペーパーセラミック層１１に保証されるように計算される。好ましくは、基板１の曲げはそれにより最小限まで低減される。例えば、積層工程の際にロール型または平面の積層物が活用される。
【００４８】
接着剤層６、６’を作成するための接着剤として、多様な接着剤を用いることができ、硬化後に少なくとも１００℃の温度安定性を有する。接着剤層は、ポリウレタン、エポキシ樹脂、ポリイミド、またはメタクリル酸メチルを備える化学的および／または物理的に熱硬化性接着剤のグループから成り、温度および／または圧力が上昇するときに硬化する、１種類または２種類の成分からなる接着剤として塗布される。金属層２、３とペーパーセラミック層１１との間で硬化する接着剤層６、６ａ、６ｂは次に好ましくは１００℃〜３５０℃で温度安定性を有する。さらに、接着剤層６、６ａ、６ｂの熱導電性を向上させるために、微分散粒子は、（電気的に導電性ではないが、熱導電性は高い）用いられる接着剤と混合される、すなわち例えばＳｉ３Ｎ４、ＡｌＮ、またはＡｌ２Ｏ３である。しかし、ペーパーセラミック層５の多孔性の上側面１１ａおよび下側面１１ｂを充填するために、好ましくは３０Ｐａ未満の低い粘着度を有する接着剤および／または接着剤物質を好ましく使用し、よって基板１の絶縁強度が向上する。例えば明らかな粘着性をそれぞれ有する多様な接着剤が接着剤層６、６ａ、６ｂを製造するために用いることができる。例えば、孔の形態をした空隙を充填し、接着接合を作製し、ペーパーセラミック層１１の上側面１１ａおよび／または下側面１１ｂに直接塗布するものとして提供される接着剤６ａ’、６ｂ’は好ましくは孔の形態をした空隙に問題なく浸透するのを確保するため低い粘着度を有するべきである。追加の接着剤６ａ”、６ｂ”を接着剤層６ａ、６ｂを製造するために金属層２、３に塗布する際、高い粘着性を有する、明確でありかつ多様な接着剤がそのときに塗布される。
【００４９】
金属層および／または金属被膜層２、３は例えば薄い金属シートまたは金属箔を用いることによって製造される。原材料としては例えば銅、アルミニウム、金、銀、錫、亜鉛、モリブデン、タングステン、クロムまたはそれらの合金である。複合体の使用は、すなわち多様な金属を積層するか冶金混合を粉末状にすることも可能である。それぞれの場合に用いられる材料によっては、使用される金属層２、３は１０μｍ〜５ｍｍの層厚ｄ２を備える。また、従来技術において公知のマンガニン、セラニンまたはイサオームという製品名で流通している、いわゆる抵抗合金材料を金属層２、３の製造に用いることも可能である。
【００５０】
ペーパーセラミック層５の上側面１１ａおよび下側面１１ｂは金属層２、３と接着して多様な金属または積層体または複合層から製造され、例えば銅層とアルミニウム層の組み合わせまたはマンガニン層とアルミニウム層の組み合わせから成る。
【００５１】
金属層２、３の層厚ｄ２は同一または異なることができ、これはペーパー技術で製造されるセラミックおよび／またはペーパーセラミック層１１の層厚ｄ１とは関係がない。
【００５２】
例えば、第２金属層３または複合体および／または総合層は冷却体を形成するか備え、
接着層６’の反対側の表面にある冷却体を形成する金属層は、多様な設計で形成できる拡大された面の輪郭を備えることができ、特に形態に関しては、配置および現存するくぼみの深さである。
【００５３】
本発明の基板１は、特に電気電源回路の電気回路または回路モジュールの回路基板である。その趣旨では、例えば、従来技術において公知のマスキングまたはエッチング技術によって、少なくとも第１金属層２は複数の金属被膜部分に構造化され、回路基板、接触点および／または接触面を形成する。好ましくは、上記第１金属層２の構成は、基板の製造の後に実施される。非常に薄いペーパーセラミック層が原因で、好ましくは基板１の金属被膜体および／または金属層２、３のうち１つだけが基板１に十分な安定性を確保するために構成される。しかし、対応する、安定性を向上させる中間層は、金属被膜体および／または金属層２、３の両方の構成が可能である。
【００５４】
この型の構成は引いていく工程であり、金属被膜体の部分は、ウェット化学工程において除去または脆くする。これと対照的に、ガルバニック絶縁等の追加工程は、局地的または面全体において金属被膜体の層厚を増加させるために、上記基板１のために用いることができる。これは構成された基板の既定箇所の形成された部分をろう接することでも実現できる。
【００５５】
本発明の基板１を、所望の基板１を形成するために製造後に分離する多層基板という形態で製造することは可能である。本発明に基づく基板１は、上記分離は、例えば、鋸引、切断、エンボス加工あるいはレーザーユニットの使用またはウォータージェット切断等の機械処理工程によって実施される。これにより、また最新技術と比較して、構成されていない金属層７は好ましくはそれぞれの基板１の最先端の縁まで延長する。
【００５６】
図２に基づいた本発明の向上した基板１０の代替実施形態において、基板１０は金属層１３および接着剤層６によりペーパーセラミック層１１に接合する少なくとも１つのアルミニウム層１４を有する少なくとも１つの複合層１２を備える。
【００５７】
複合層１２のアルミニウム層１４は、陽極層１５は接着剤層１６を介してペーパーセラミック層１１と結合して作成されるように、少なくとも部分的に陽極酸化された形態で形成できる。陽極層１５は、ペーパーセラミック層１１と複合層１２との間の接着接合の高い接着力を確保する、アルミニウム層１４の通常は平滑な表面を置き換えるために接着増強剤として提供される。このために、陽極層１５は１μｍ〜１５μｍの層厚を有する。
【００５８】
１２０℃〜１６０℃の対応処理温度を用いることで、ペーパーセラミック層１１の孔の形態をした現存するクラックおよび／または空隙を拡大する可能があり、その後接着剤６ａ’、６ｂ’で簡単に充填できる。温度は既定の時間で段階的または連続的に上昇させることができる。段階的な温度上昇の際、接着剤に潜在的に含まれる溶媒および／またはシンナーの揮発は有利に実現する。使用される接着剤の導電性を向上させるため、それらは本発明の一実施形態ではナノファイバーで濃縮もされる。
【００５９】
他の代替実施形態において、それぞれの接着剤層６は少なくとも２つの異なる接着剤を備え、それらは好ましくは層として連続的に塗布される。例えば、異なる粘着度を有する接着剤を使用することができ、１つは、ペーパーセラミック層１１の孔の形態をした空隙を充填するために提供される低い粘着度を有する接着剤であり、もう１つは層の組み合わせの接着結合を作製するために提供される高い粘着度を有する接着剤である。
【００６０】
記載された本発明の工程は、特にモジュールの構造といった異なる層構造を有し、複数の個別基板１を備える基板１の製造を可能にする事は明確である。
【００６１】
対応する接着接合を介して相互連結した、記載の２層または３層の基板１以外では、
ペーパー技術によって製造された交流金属層およびセラミック層から成る複数の層を提供することも可能である。これにより例えば基板１内に配列された回路基板の製造も可能になり、それはいわゆるビアという電気膜間接続を有する基板１の外部電気保護に接合する。
【００６２】
異なる金属層を有し、ＤＣＢ接続またはＡＭＢ接続等の従来技術において公知の接合技術を介してそれぞれ向き合って接合された多層複合層１２を使うことも可能である。
【００６３】
例えば、すなわち高熱安定結合層および／または対応する接合技術を用いて、冷却体と、金属層２およびペーパーセラミック層１１を備える本発明に基づく基板１に直接接着、構成、はんだ付けすることも可能である。
【００６４】
本発明の基板１を製造する前にペーパーセラミック層１１の多孔率を最小限にするために、他の予備処理が実施される、すなわちまだ紙の状態のときおよび／または製造済みのセラミック上でも効果がある。
【００６５】
まだ紙の状態のとき、例えばカレンダリングまたは紙のコーティングによる流れに沿ったペーパー加工製造工程孔の形態をした空隙を減少させることに資する。
【００６６】
残った多孔率を減少させるため、焼結済みペーパーセラミック層１１は、例えばゾルゲル法、プランジング、揮発またはペインティングにより例えばまだ片面または両面に被膜されたままである。その後、しかし、被膜されたペーパーセラミック層の焼結がもう１つ必要となる。すなわち例えばセルロース繊維により発生した５μｍ未満の気孔径の粒子サイズを有するセラミック粉末またはガラス粉末の浮遊により同型または他の型のセラミック材料の少なくとも部分的な孔の形態をした空隙を充填することもまた可能である。
【００６７】
あるいは、ケイ酸ナトリウム、有機材料、硬化材料等の使用を考慮することも可能である。
【００６８】
本発明は、上記によって例示的実施例によって説明されている。本発明の基本的に進歩的な考え方から逸脱することなく数多くの変更ならびに修正が可能であることは明確である。
【符号の説明】
【００６９】
１  １０  基板
２  第１金属層および／または金属被膜層
３  第２金属層および／または金属被膜層
６  ６ａ  ６６  接着剤層
６ａ’  ６ａ”  ６６’  ６６”  接着剤層および／または接着積層体
１１    ペーパーセラミック層
１２    複合層
１３    金属層
１４    アルミニウム層
１５    陽極層
ｄ１〜ｄ３    層厚
【図１】
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【図２ａ】
0006803369.tif 000003
【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３】
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