EP3177580A1 - Verfahren zum herstellen von doppelseitig metallisierten keramik-substraten - Google Patents

Verfahren zum herstellen von doppelseitig metallisierten keramik-substraten

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EP3177580A1
EP3177580A1 EP15749996.3A EP15749996A EP3177580A1 EP 3177580 A1 EP3177580 A1 EP 3177580A1 EP 15749996 A EP15749996 A EP 15749996A EP 3177580 A1 EP3177580 A1 EP 3177580A1
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EP
European Patent Office
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carrier
ceramic substrate
arrangement
double
metal
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15749996.3A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Rogg
Gabriel ZIER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Heraeus Deutschland GmbH and Co KG
Original Assignee
Heraeus Deutschland GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Heraeus Deutschland GmbH and Co KG filed Critical Heraeus Deutschland GmbH and Co KG
Publication of EP3177580A1 publication Critical patent/EP3177580A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H10W70/69—Insulating materials thereof
    • H10W70/692—Ceramics or glasses

Definitions

  • the bonding of ceramic substrate and metal foil is generally carried out in so-called bonding ovens.
  • Corresponding bonding furnaces often also referred to as tunnel furnaces, include, inter alia, an elongated tunnel-like furnace.
  • raum also called muffle
  • a transport device with a transport element for example in the form of a flexible and hflzebehavinglgen conveyor belt for transporting the material to be treated by the heated with a heater furnace chamber.
  • the ceramic substrates are positioned together with the metal foil on a carrier on the conveyor belt and then passed through in the bonding oven by the conveyor belt driven a heating area, in which the required bonding temperature is reached.
  • the resulting composite of ceramic substrate and metal roll is cooled down again.
  • the ceramic is bonded in two furnace passes to the metal layers on the opposite selvages of the ceramic substrate.
  • a ceramic substrate is first positioned on a support and then placed on the overhead, i. The side facing away from the carrier covered with a metal foil. By the action of heat, the side of the ceramic substrate is connected to the metal layer and then the resulting arrangement is cooled. Subsequently, the substrate is turned over and in a second Bondschrttt the other side of the substrate is provided on the same catfish with a metal layer. Therefore, all metallized ceramic substrates produced in a two-step bonding process pass through the tunnel furnace twice.
  • DE 10 2004 056 879 A relates to a method for producing double-sidedly metallized ceramic substrates using the direct bonding process, in which an arrangement of at least two metal layers and a ceramic substrate arranged between the metal layers on a is positioned with a release layer provided carrier and then the arrangement is heated to a temperature at which there is a bonding of the two metal layers with the ceramic substrate.
  • the reason for the varying nonspecific residual bending is, for example, due to raw material influences that are noticeable.
  • the deflection of the resolling double-sided metallized ceramic substrates therefore fluctuates considerably even when the method described in DE 10 2004 056 879 A is used both in the longitudinal / transverse direction and in the height, and is furthermore unoriented.
  • the object is achieved by a method for producing a double-sided metallized ceramic substrate, which is characterized by the following method steps:
  • the method according to the invention is then characterized in that the carrier is tilted and / or curved in the process section (1) before the positioning of the arrangement and / or the carrier is in process step (1) after the positioning of the arrangement on the carrier and / or during the process
  • Aidsschrttt (2) is inclined. It may also be a pivoting movement up to a zero slope or a tendency to a negative angle is here in question,
  • Ceramic Substrates in the context of the present invention are the preferably planar or plate-shaped elements consisting of a ceramic material, which are or are provided with metallization on two of their surface sorts
  • the ceramic substrates used do not involve angular ceramic bodies, as are used in particular in DE 10 2008 001 224.
  • the planar or plate-shaped ceramic substrates which only have a maximum of 1% on an edge length of the ceramic substrates, based on an ideal pkanare level (For example, with a substrate length of 200 mm, the deviation would be a maximum of 2 mm.)
  • the ceramic substrates have at best a slight curvature (and in no case an angular curvature).
  • the ceramic substrate is additionally characterized in that the flatness of the ceramic substrate is less than 1%, based on the edge length of the ceramic substrate.
  • the carrier is inventively provided that dleser also has only a slight curvature.
  • the carrier has a bulge of not more than 5%, preferably not more than 3%, preferably not more than 1%, in each case based on the edge length of the carrier and based on an ideal planar plane.
  • the carrier is therefore additionally identified by net, that the flatness of the carrier is less than 5%, preferably less than 3%. preferably less than 1%, in each case based on the length of the carrier.
  • a flatness of the ceramic substrate or carrier is understood to mean a shape tolerance of the ceramic substrate or of the carrier in which the flat surface of the ceramic substrate or carrier must be located.
  • the tolerance limits result from two imaginary surfaces, parallel to the ideal planar surface of the ceramic substrate or support, in which case, in which case the real surface of the ceramic substrate or support is produced by the one of the parallel surfaces pierces the tolerance is exceeded.
  • an arrangement is understood to mean a composite of two metal layers between which a ceramic substrate is provided, wherein the arrangement may be before, during or after the bonding.
  • substantially in the sense of the invention means deviations from the respective exact value by +/- 10%, preferably by +/- 5% and / or deviations in the form of changes insignificant for the function.
  • the method according to the invention provides that the arrangement comprising the at least two metal plates and the ceramic substrate arranged therebetween is inclined before or during actual bonding in process step (2).
  • This inclination of the arrangement can be achieved by positioning the support on which the arrangement of the two metal layers and the ceramic substrate arranged therebetween is either mechanically inclined after the positioning of the arrangement or to the point in time at which the arrangement is already tilted from the two metal plates and the interposed ceramic substrate is positioned on the carrier. Should it be provided that the carrier is tilted after positioning the arrangement, so can Tending the carrier both in process step (1), ie before heating the arrangement, or Inmaschinesschrttt (2), ie during the heating of the arrangement occur.
  • the inventive method provides in a further second embodiment that the carrier has a curvature.
  • the arrangement positioned on the carrier, comprising the at least two metal layers and the ceramic substrate arranged therebetween, will approach the curvature of the carrier in the subsequent bonding process in method step (2) under the effect of corresponding bonding temperatures
  • curved double-sided metallized ceramic substrates are formed, but in their entirety they have a defined and constant curvature. It is thus possible by the method according to the invention to produce reproducibly double-sidedly metallized ceramic substrates in series, the deflection of which is determined both in the z direction (height) and in the x and y direction (longitudinal and transverse direction). is clearly defined.
  • the present invention relates in particular to a method according to the invention, which in series production has a multiplicity of double-sidedly metallized ceramic substrates with substantially constant properties of layer orientation and overall curvature.
  • the carrier used in the method according to the invention will first be discussed.
  • the carrier can be greatly tilted after placing the metal foil and the substrate, so that there is a positioning of the individual components of the arrangement. So that the spatial height of the carrier for the passage in the bonding oven is not too large, the carrier can then be approximated to a horizontal position with the then positioned components of the arrangement.
  • Corresponding carriers are also generally referred to in the field of direct metali bonding as bond boats, bond ships or the like.
  • the support used in the process according to the invention is preferably made a material with a high hardness, which is inert and / or not wettable at the temperatures of the bonding process used.
  • Malerlallen for the support according to the invention are in particular materials selected from the group consisting of graphite, Mulllt, Slecrttt, Cordlerit, Zr0 2 , Al 2 0 3 , AIN, BN, ZrN, SijN * SIC and mixtures thereof, in question.
  • the carrier has a slope or is formed so that it can be inclined. Due to the tendency to tilt, after the positioning of the adjacent metal layer, the subsequent ceramic substrate layer and the closing metal layer, the individual layers are positioned relative to one another.
  • a substantially rectangular carrier is provided with at least one stop on at least one of the respective edges lying below by the inclination with a boundary. If the arrangement comprising the at least two metal layers and the ceramic substrate arranged therebetween is now positioned on the carrier, the individual layers of the arrangement can slip following the inclination of the carrier and thus abut the boundary of the carrier. As a result, a clearly defined positioning of the three layers is achieved so that they also have a clearly defined positioning relative to one another.
  • FIG. 2 shows a possible rectangular geometry of the carrier, with rotations about the edge 5 (see FIG. 2a) or about the edges 8 and 9 (see FIG.
  • the essentially rectangular plane of the carrier is tilted only over one edge 5, so that a total of two corners of the rectangular carrier 6 and 7 result, which after the inclination lie on a substantially identical lower level are located.
  • the substantially rectangular plane of the carrier is tilted about two edges 8 and 9, so that in total only one corner of the rectangular carrier 10 is at the lowest level.
  • the embodiment shown in FIG. 2b is preferred since, because of the two-sided positioning, it permits a more precise positioning of the individual components of the arrangement relative to one another.
  • the invention preferably dle the term .Niveau "lateral plane were comparable.
  • substantially rectangular plane of the medium can at least partially located.
  • the .Ausgangsitate * to which all other arrival gave are relatively related, the Level in which the substantially rectangular plane of the carrier first extends (process step (1) positioning of the carrier)
  • All other terms of the "level” are to be understood relative to their starting level.
  • a lower level 1 * is understood to mean a lateral plane which is displaced in a vertical direction parallel to the plane of the initial level.
  • the lower level is thus lowered vertically relative to the starting level.
  • a .tiefsten level * dle lateral plane which is displaced parallel to the plane of the output levels in the vertical direction and thereby comprises dle highest relative displacement in which is still at a corner of the carrier.
  • the lowest level is thus also lowered relative to the initial level.
  • the lowest level always has a greater vertical displacement relative to the starting level than the lower level (according to the invention, the cases in which there is only a relative vertical shift is referred to as a case of a lower level; is the deeper oil level at the lowest level).
  • the carrier inclined from them about the axes of rotation 8 and 9 then has an inclination which is described by the angles ⁇ , ⁇ and ⁇ shown in FIG.
  • an angle ⁇ which is generally 0.5 to 45 °, preferably 0.5 to 40 °, welter preferably 0.5 to 35 °, more preferably 1 to 30 ° welter preferably 1 and 25 °.
  • the resulting angle ⁇ must be large enough that an alignment by slipping of the metal layers and the ceramic substrate is possible, but again should not be too large, otherwise the overall height of the carrier used is too large and again the height of the used tunnel kiln would have to be increased.
  • the carrier Due to the present inclination of the carrier, after the positioning of the first metal layer, the ceramic substrate and the second metal layer on the carrier, alignment takes place with slippage of the individual metal layers or of the ceramic substrate on the alignment of Metallschlraum and ceramic substrate to each other defined arrangement is achieved.
  • the individual layers or the substrate slip following the inclination of the carrier until they hit a boundary.
  • the boundary on the support to which the metal braids and the ceramic substrate of the assembly are positioned due to the inclination of the carrier may be made bulky as long as it is capable of arranging the assembly of the metal sheets and the interposed therebetween Ceramic substrate in case of inclination of the carrier or already inclined carrier to fix.
  • the delimitation is designed in such a way that, in the sense of a projection or abutment on the supporting element of the arrangement to be positioned, it is provided peripherally on the carrier and protrudes beyond the carrier.
  • a boundary at the downwardly sloping edge is sufficient to fix the assembly of the two metal plates and the ceramic substrate.
  • the boundary can be formed from a projection or stop protruding beyond the carrier in the direction of the arrangement, either in one piece and thus is consistently formed, or aiser is interrupted and thus from several individualized, ie at least two individual projections or attacks looks.
  • the carrier has a curvature.
  • the resulting arrangement is adapted to the curved shape of the support.
  • the resulting arrangement therefore also has a curvature predetermined by the carrier after method step (2).
  • the curvature produced by the curvature may be possible both in one direction and in both directions of the plane spanned by the support.
  • the carrier has a curvature corresponding to a deviation from an ideal, absolutely flat plate of 0.2% or more of the carrier length and / or 0, 1% or more of the carrier bar.
  • the dimension of the support can be granted in a wide range and depends on the orders of magnitude of the double-sidedly metallised ceramic substrates to be produced and the bonding furnaces used. Suitable dimensions of the carrier are between 20 ⁇ 20 mm 2 and 300 ⁇ 350 mm 2 , wherein the shape of the carrier is preferably either substantially square or substantially rectangular.
  • the bonding furnace which is generally a tunnel kiln or continuous furnace
  • carriers which are designed for the simultaneous bonding of several arrangements. With such a combination of a plurality of mounting areas, the size described above increases according to the number of arrangements.
  • These carriers then have a plurality of support plates arranged one above the other and / or next to one another, on each of which an arrangement to be bonded is positioned.
  • the arrangement which rests on the support is generally passed through the furnace at a constant transport speed and thus brought to a temperature at which bonding of metal foil and ceramic substrate takes place, and subsequently cooled again by passing through the heating zones of the furnace.
  • the lowest point of the carrier used in accordance with the invention can be in the transport direction both at the front and at the rear.
  • Engobe / Cleavers During the double-sided bonding process, the metal layer located between the substrate and the ceramic substrate melts opecifically. If, at that time, it comes into contact with other surfaces, such as the support, there is a possibility that defects in the generated metal coating on the ceramic substrate will occur. In order to avoid such defects on the metal surface, which is assigned to the carrier, it is known from the prior art, so-called release agents on the
  • a tilted and / or tiltable and / or curved support is used, which is provided on the surface side oriented towards the metal layer of the double-sided metallized ceramic substrate with a release layer such that during bonding a connection of the metal layer adjoining the separating layer with the carrier does not occur.
  • a release layer such that during bonding a connection of the metal layer adjoining the separating layer with the carrier does not occur.
  • the separating layer optionally provided on the carrier may comprise a material which is selected from the group consisting of oxidic, nitridic or carbidic ceramics and salts,
  • the separation layer comprises a material which is selected from the group consisting of Mulllt, Steaflt, Cordlertt, Al 2 O 3 , ZrO 2 , MgO, Al 2 HO e , SnO 2 , Yttrlumoxld, BaSO 4 , MgSO 4 and mixture of the aforementioned materials.
  • the release layer has a porosity, i. a ratio of the pore volume to the volume of solids of greater than 10%, which is preferably greater than 15%, which is preferably greater than 20%.
  • the particle size of the separating layer is generally less than 50 .mu.m, preferably less than 40 .mu.m, more preferably less than 35 .mu.m, preferably less than 30 .mu.m.
  • the release layer which may optionally be provided according to the invention, may for example also be provided with a colored additive.
  • a colored additive has the advantage that it is visually easy to see whether the separation flaw has a defect and is therefore to be replaced if necessary.
  • the colored additive may, for example, be chromium oxide.
  • the separation layer may be composed of at least two separate sub-separating layers, wherein the separate sub-separating layers are applied to the carrier in succession.
  • the separate subdividing layers have essentially the same or a different composition.
  • the lower separating layer which is in direct contact with the carrier, has the colored additive, for example chromium oxide.
  • the sub-separating layer has a layer thickness of generally 50 to 1000 ⁇ m, preferably 75 to 800 ⁇ m, more preferably 100 to 600 ⁇ m, more preferably 125 to 400 ⁇ m, further preferably 150 to 350 ⁇ m.
  • particles of the release layer still adhere to the metal layer, then they can be removed by a suitable method, preferably with an alloy mechanical processes (eg brushing) or with a chemical process (eg, etching a thin surface layer).
  • a suitable method preferably with an alloy mechanical processes (eg brushing) or with a chemical process (eg, etching a thin surface layer).
  • the inventive method is suitable for the manufacture of double-sided metallized ceramic substrates, which are also the subject of the present invention.
  • the arrangements according to the invention can have, in addition to the two metal layers and the ceramic substrate, further layers, such as a solder layer.
  • the ceramic substrate may, for example, be substrates of aluminum oxide, aluminum nitride, silicon nitride or silicon carbide.
  • an aluminum oxide ceramic (Al 2 O 3) with a proportion of zirconium is suitable oxide (ZrO 2) in the order of about 2-30%, or an aluminum nitride ceramics ", for example, yttrium oxide as an additive, or a silicon nitride ceramic, wherein the aluminum nitride ceramic and / or the silicon nitride ceramic, for example, an oxidic surface layer, for example, a surface layer of Alumlnlumoxld may have.
  • the thickness of the ceramic layer is preferably in the range between 0.2 and 1, 5 mm.
  • the metal layers on the ceramic substrate can be formed starting from metal sheets or metal foils, before the bonding step has a thickness of generally 100 to 1000 .mu.m, preferably 125 to 750 .mu.m, more preferably 150 to 700 .mu.m, more preferably 1 75 to 600 ⁇ m.
  • the metal foils or sheets Prior to the process according to the invention, can be oxidized in a known manner on both sides.
  • the process according to the invention is suitable for the production of metal-ceramic substrates (MCS) and substrates which are produced by means of direct-copper-bonding (DGB), direct aluminum-bonding (DAB) or active-metal bonding (AMB).
  • MCS metal-ceramic substrates
  • DGB direct-copper-bonding
  • DAB direct aluminum-bonding
  • AMB active-metal bonding
  • Carrier Another object of the present invention is a carrier for producing a double-sided metallized ceramic substrate, which is used in the method described above. With regard to the specific embodiments of the carrier according to the invention, reference is therefore made to the above statements.
  • the support according to the invention is used in a tunnel kiln or continuous furnace for the production of double-sided metallized ceramic substrates
  • the tunnel kiln or continuous furnace for a heat treatment of treated material with at least one tunnel-like furnace space and with at least one heating device for heating the at least one furnace chamber is provided and has a transport unit which transports the carrier according to the invention through the furnace chamber.
  • the carrier may comprise at least two parts, wherein the carrier comprises a support surface for receiving the metal layers and the ceramic substrate and a tool carrier.
  • the support surface is connected to the conveyor via a conveyor unit, which allows the conveyor to be transported through the tunnel kiln.
  • the bearing surface of the carrier should consist of a material which is reaction-inert or at least relatively inert in relation to the bonding process and which preferably has a non-wettable material.
  • the bearing surface of the carrier can be made, for example, of a heat-resistant or high-temperature-resistant material, preferably a ceramic material.
  • a heat-resistant or high-temperature-resistant material preferably a ceramic material.
  • high-temperature-resistant metals are suitable for the bearing surface, in particular alloyed steel, preferably Inconel, or an alloy comprising a constituent selected from the group consisting of molybdenum, titanium, chromium, nickel, tungsten or mixtures thereof. It is preferred for weathering if the support surface is can be used again.
  • Embodiments of carriers according to the invention are also encompassed by the present invention, which are designed for a plurality of substrates, for example for two, three, four, five or six arrangements.
  • An exemplary embodiment of such a carrier is shown in FIG. 7, wherein different arrangement possibilities of individual carriers are shown in the oven in FIG.
  • Figure 1 shows two conventional trained as a bond boats carrier of the prior
  • the substrates 1, which have already been bonded on one side, are fixed on carriers 2, 3 in such a way that there is no direct contact of the already bonded copper or ceramic surface with other surfaces, for example the conveyor belt, in the second bond line , This takes place, for example, by the use of carriers in which the unilaterally bonded substrates 1 rest on a carrier only at the edges 2 (cf., FIG. 1a) or are carried over narrow supports 3 on the short sides of the substrates 1 (FIG. see Figure 1 b).
  • FIG. 2a is inclined over an edge 5 is. so that the corner points 6 and 7 of the carrier are located in a plane located below the zero plane of the carrier.
  • FIG. 2b the carrier is inclined overall by two edges 8 and 9, so that the corner points 10 and 11 of the carrier are located below the zero plane of the carrier.
  • the illustrated arrows 12 ⁇ 12 ", 12 TM and 12" "indicate the inclination of the wearer.
  • a zero plane is understood to mean that plane which is stretched by the carrier in an unequal and / or curved form.
  • FIG. 3 shows an inclined support 4 in which the inclination of the support is given by the illustrated angles ⁇ , ⁇ and ⁇ .
  • an angle ⁇ results, which represents a measure of the deviation of the inclined carrier from the zero plane.
  • the angle ⁇ in the context of the present invention may be 0.5 to 40 °, preferably 0.5 to 35 °, more preferably 0.5 to 30 °, more preferably 1 to 25 °, more preferably 1 and 5%.
  • FIG. 4 shows an embodiment of a carrier 4 which is used in the context of the method according to the invention.
  • the carrier 4 has a bearing surface 13 on which the arrangement comprising at least two metal layers and a ceramic substrate arranged therebetween is positioned.
  • the support 4 and the supporting surface 13 have an inclination, whereby, after the arrangement has been laid, the arrangement 14 slips or reliably positions itself in the direction of the limitations 14 provided on the support at the periphery.
  • the carrier 1 is inclined to point 4, the carrier being inclined about the axes parallel to the edges a and b.
  • the inclinations achieved in each case correspond to the angles ⁇ and ⁇ , which results in an angle ⁇ forming on the horizontal line.
  • the angle ⁇ in the context of the present invention is preferably 0.5 to 45 °,
  • Figure 5 shows an embodiment of a carrier 4 which is inclined, wherein the inclination of the carrier 4 is achieved by height-adjustable feet 15 ⁇ 15 "and 15 m located at the corners of the substantially rectangular support 1.
  • Figure 6 shows an inclined and curved support 4, the three boundaries
  • FIG. 7 shows an embodiment of a carrier 4 according to the invention with two Mounting areas 15 and 16, while dle
  • FIG. 8 shows a multiplicity of possible arrangements of the carrier in the tunnel.
  • this shows the dependence of the deflection on the radius of curvature on a curvature of the carrier which follows a circular or elliptical shape.
  • the radius of curvature R results from the deflection d of the carrier at a length or board a of the carrier as follows:
  • the deflection d is at least 0.5 mm (0.3 mm).
  • the inventive method makes it possible to connect at least one ceramic substrate on the top and bottom in only one process run, each with a metal layer. In this case, a high positional accuracy of the layers is achieved and achieved a reproducible defined curvature of the resulting arrangement.

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Abstract

Beschreiben wird ein Verfahren zum Herstellen eines doppelseitig metallisierten Keramik-Substrats, bei welchem das Keramik-Substrat und die Metallschichten während der Herstellung geneigt und/oder gewölbt werden.

Description

VERFAHREN ZUM HERSTELLEN VON DOPPELSEITIG METALLISIERTEN KERAMIK-SUBSTRATEN Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von einem doppelseitig metallisierten Keramik-Substrat, dle durch dleses Verfahren erhältlichen doppelseitig metallisierten Keramik-Substrate und Träger, dle in dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen der doppelseitig metallisierten Keramik-Substrate Anwendung finden. Doppelseitig metallisierte Keramik-Substrate werden Im Bereich der Lelstungshalblelrer- module verwendet. Dabei wird ein Keramik-Substrat auf der Ober- und Unterselte mit einer Metallisierung versehen, wobei in der Regel mindestens eine metallisierte Seite später eine beispielsweise durch Ätzprozesse erzeugte schattungstechnische Struktur aufweist. Das bekannte Verfahren zum Herstellen dleser doppelseitig metallisierten Ke- ramik-Substrate erfolgt durch eutekrisches Bonden und wird allgemein als Direct- Bondlng-Prozess bezeichnet.
Grundlegenden Beschreibungen von Verfahren zur Herstellung von metallisierten Kera- mik-Substraten durch Bondprozesse können den Druckschriften US 3,744,120, US 3,994,430, EP 0 085 914 A oder der DE 23 19 854 A entnommen werden, deren ent- sprechende Offenbarung durch Bezugnahme in dle vorliegende Erfindung eingeschlos- sen wird. Diesen bekannten Herstellungsverfahren ist beispielsweise Im Rahmen des Dl- rect-Copper-Bonding-Prozesses (DCB-Prozess) gemeinsam, dass eine Kupferfolie zu- nächst derartig oxidlert wird, dass sich eine Im Wesentlichen gleichmäßige Kupferoxld- schlcht ergibt. Die resultierende Kupferfolie wird dann auf ein Keramik-Substrat posltlo- nlert und der Verbund aus Keramik-Substrat und Kupferfolie wird auf eine Prozess- bzw. Bondtemperatur zwischen etwa 1025 und 1083 °C erwärmt, wodurch es zu der Ausbil- dung eines metallisierten Keramik-Substrats kommt. Abschließend wird das resultierende metallisierte Keramik-Substrat abgekühlt.
Die Durchführung des Verbindens von Keramik-Substrat und Metallfolie erfolgt im Allge- meinen In sogenannten Bondöfen. Entsprechende Bondöfen, häufig auch als Tunnel- öfen bezeichnet, umfassen unter anderem einen langgestreckten tunnelartigen Ofen- räum (auch Muffel genannt) sowie eine Transportvorrichtung mit einem Transportele- ment beispielsweise in Form eines flexiblen und hflzebeständlgen Transportbandes zum Transportieren des Behandlungsgutes durch den mit einer Heizeinrichtung beheizten Ofenraum. Die Keramik-Substrate werden zusammen mit der Metallfolie auf einen Trä- ger auf dem Transportband positioniert und durchlaufen anschließend in dem Bondofen durch das Transportband angetrieben einen Heizbereich, In welchem dle erforderliche Bondtemperatur erreicht wird. Am Ende des Bondprozesses wird der resul- tierende Verbund aus Keramik-Substrat und Metalffolle wieder abgekühlt.
Die Herstellung von doppelseitig metallisierten Substraten kann entweder über einen zweistufigen Bondprozess oder alternativ über einen einstufigen Bondprozess erfolgen.
Bei dem zweistufigen Bondprozess zur Herstellung von doppelseitig metallisierten Kera- mik-Substraten wird dle Keramik In zwei Ofendurchläufen mit den Metallschichten auf den gegenüberliegenden Selten des Keramik-Substrats verbunden. Für dlesen Zweck wird zunächst ein Keramik-Substrat auf einen Träger positioniert und anschließend auf der obenliegenden, d.h. dem Träger abgewandten Seite mit einer Metallfolie bedeckt. Durch Wärmeeinwirkung wird dle Seite des Keramik-Substrats mit der Metallschicht ver- bunden und anschießend dle resultierende Anordnung abgekühlt. Anschließend wird das Substrat umgedreht und In einem zweiten Bondschrttt wird dle andere Seite des Substrats auf gleiche Welse mit einer Metallschicht versehen. Daher durchlaufen alle In einem zweistufigen Bondprozess hergestellten metallisierten Keramik-Substrate den Tun- nelofen zweimal.
Bei der Beschichtung der zweiten Substratsette liegt dle bereits In dem ersten Bondschrttt auf dem Keramik-Substrat gebildete Metallschlcht In der Regel auf dem Träger auf, wo- bei es aufgrund der erforderlichen Bondwärme für dle zweite Metallisierung auch zu einem Aufschmelzen dleser bereits gebildeten ersten Metallschicht kommen kann. Da- bei können Fehlstellungen In der zunächst gebildeten Metallschlcht auf dem Keramik- Substrat resultieren, da es in der Regel zu Wechselwirkungen zwischen der partiell aufge- schmolzenen ersten Metallschlcht und dem Träger, auf welchem sich dle zuerst gebil- dete Metallschicht mit dem Substrat befindet, kommt. Entsprechende Fehlstellungen können sich beispielsweise durch Reste des Trägermaterlais oder andere Fremdkörper ergeben, dle an der aufgeschmolzenen Metallschlcht nach der Entfernung vom Träger haften. Um dlese Nachteil der bekannten Verfahren zum Herstellen von doppelseitig metallisier- ten Substraten zu vermelden, wurde dle Verwendung von Trägem vorgeschlagen, bei welchem dle bereits einseitig gebondeten Substrate so auf Trägem fixiert werden, dass es zu keinem unmittelbaren Kontakt der bereits gebondeten Keramik-Oberfläche mit anderen Oberflächen, wie beispielsweise dem Träger oder Transportband, im zweiten Bondschrrrt kommt. Dieses erfolgt beispielsweise durch dle Verwendung von Trägern, bei welchen dle einseitig gebondeten Substrate nur an den Kanten auf einem Träger auf- liegen oder über schmale Auflagen an den kurzen Selten der Substrate getragen1 wer- den. Entsprechende Träger - auch Bond-Boote genannt - sind In den Figuren la und 1 b dargestellt.
Jedoch auch dle mit Hilfe dleser sogenannten Bond-Boote hergestellten doppelseitig metallisierten Substrate weisen Nachteile auf. Beispielsweise kommt es bei Verwendung von Bond-Booten gemäß Figur la mit schrägen Auflagen 2 zu dem Problem, dass be- reits tordlerte Substrate 1 In eine Position des tiefsten Schwerpunkts rutschen und sich damit dle bereits aus dem Keramiksubstrat bzw. ersten Verfahrensschritt resultierende Torsion noch welter verstärkt. Bei der In Figur 1 b dargestellten Ausgestaltung von Bond- Trägem, bei welchen das Substrat 1 auf Kanten 3 aufliegt, Ist wiederum nachteilig, dass dle Substrate auf der Unterseite in Kontakt mit beispielsweise der Transport-Kette, auf welcher sie geträgert durch den Ofen gezogen werden, kommen kann, was ebenfalls Qualitätseinbußen nach sich ziehen wird.
Femer kann sich auf der Keramlkseite, dle Im ersten Verfahrensdurchlauf nicht gebon- det wird. Ofenstaub ablagern, der dann zu Fehlstellungen bei der zweiten Metallisierung führt.
Femer weisen dlese konventionellen zweistufigen Bondverfahren zum Herstellen von doppelseitig metallisierten Substraten den Nachteil auf, dass dle Substrate zweimal hin- tereinander prozessiert werden müssen, was unter verfahrensökonomischen Betrachtun- gen nachteilig ist.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren des Standes der Technik Ist dle bisher ungenügende Positionsgenauigkeit von Metallschicht und Substrat Insbesondere Im zweiten Bondschrfft.
Um dlese Nachteile des zweistufigen Verfahrens zum Herstellen von doppelseitig metalli- sierten Substraten zu umgehen, wurden Verfahren zum gleichzeitigen doppelseitigen Bonden von Metalischichten auf Substraten entwickelt. Diese Verfahren führen ein gleichzeitiges Bonden der Metallschichten in nur einem Verfahrensschrttt auf beiden Selten des Keramik-Substrats durch. So beschreibt beispielsweise dle DE 10 2010 023 637 A ein Verfahren zum Herstellen von doppelseitig metallisierten Substraten in einem einzelnen Verfahrensschritt, wobei eine erste Metallschicht, ein Substrat und eine zweite Metallschicht nacheinander in der an- gegebenen Reihenfolge auf einem Träger positioniert werden, wobei der Träger an der Oberselte, dle der Anordnung aus der ersten und zweiten Metallplatte und dem Substrat zugewandt Ist, eine Vielzahl von vorspringenden Ansätzen aufweist, dle sich In Richtung der Anordnung aus der ersten und zweiten Metallplatte und dem Substrat verjüngen. Nach Aussage der DE 10 2010 023 637 A wird aufgrund der Strukturierung des Trägers mit Spitzen erreicht, dass sich der Verbund von Metallplatten und Keramiksubstrat nach dem beidseitigen Bondprozess rückstandsfrei von dem Träger lösen lässt. Hierdurch soll eine Beschädigung der Metallschicht, dle während dem Bondprozess auf dem Träger aufliegt, vermieden weiden. Nlchtsdestotrotz bestehen an den Berührungspunkten zwi- schen den vorspringenden Ansätzen und der zu bondenden Metallschlcht immer noch nachteilige Wechselwirkungen und insbesondere bei der Verwendung von Trägem auf Basis von nitrfdlschen Keramiken, z.B. AIN kommt es zu einer oberflächlichen Oxldatlon und damit möglicherweise zu einer Verbindung mit der zu bondenden Metallfolle.
Die DE 10 2004 056 879 A betrifft ein Verfahren zum Herstellen von doppelseitig metalli- sierten Keramik-Substraten unter Verwendung des Direct-Bonding-Prozesses, bei wel- chem eine Anordnung aus mindestens zwei Metallschichten und einem zwischen den Metallschichten angeordnetem Keramik-Substrat auf einem mit einer Trennschicht ver- sehenen Träger positioniert wird und dann dle Anordnung auf eine Temperatur erwärmt wird, bei dem es zu einem Bonden der beiden Metallschichten mit dem Keramik- Substrat kommt. Durch dle Verwendung einer entsprechenden Trennschicht soll es nicht zu einem Verbinden des Trägers mit der anliegenden Metallschlcht der Anordnung kommen.
Die DE 10 2004 056 879 A fokussiert dabei auf dle Verwendung von besonders ebenen Trägem, dle eine Abweichung von einer ideal ebenen Platte von weniger als 0,2 % der Trägertänge und/oder von weniger als 0,1 % der Trägerbrette aufweisen. Durch dlese besonders hohen Anforderungen an den Träger soll dle Herstellung von besonders fla- chen doppelseitig metallisierten Keramik-Substraten gelingen. Nlchlsdestotrotz weisen dle resultierenden doppelseitig metallisierten Keramik-Substrate eine Restbiegung auf, deren Orientierung Undefiniert Ist. Geht man darüber hinaus von einem kontinuierlichen Verfahren zur Herstellung von doppelseitig metallisierten Keramik-Substraten aus, wird dle Orientierung der Restbie- gung von Anordnung zu Anordnung varlleren.
Der Grund für dle variierende unspezifische Restbiegung liegt beispielsweise in Rohma- terialeinflüssen begründet, dle sich bemerkbar machen. Die Durchbiegung der resuttle- renden doppelseitig metallisierten Keramik-Substrate schwankt daher auch bei Anwen- dung der in der DE 10 2004 056 879 A beschriebenen vorgehensweise sowohl in Längs- /Querrlchtung als auch in der Höhe erheblich und ist darüber hinaus unorientlert.
Darüber hinaus weisen dle resultierenden doppelseitig metallisierten Keramik-Substrate, dle mit asymmetrischen Metalldicken (zum Beispiel Vorderselte Metallmenge 0,3 mm und Rückseite Metallmenge 0,2 mm) hergestellt werden, aufgrund der unterschiedli- chen Metallvolumina auf den beiden Serien des Substrats nach dem Bonden eine in Längs- und Querrlchtung Undefinierte Biegung auf, wobei in der Regel dle dickere Me- tallschicht auf der konkaven Seite gebildet wird.
Neben dleser Durchblegungsproblematlk ist in den vorstehend genannten Verfahren des Standes der Technik auch dle Positionsgenauigkeit von beiden Metallschichten zu Keramik von Nachteil. Eine industrielle Fertigung von doppelseitig metallisierten Keramik- Substraten gemäß den oben genannten Verfahren des Standes der Technik umfasst keinen Schritt des Ausrichtens der beiden Metallschichten und des Substrats jeweils zuei- nander. Werden beispielsweise dle beiden Metallschichten nicht genau bündig auf das Substrat positioniert, resultieren beispielsweise Anordnungen aus den jeweiligen Verfah- ren, bei welchen dle Metallschichten über den Rand des Keramik-Substrats herausrei- chen. Diese überschüssigen Metallreste, dle zu werteren Problemen bei den nachgela- gerten Verfahrensschritten führen, müssen dann beispielsweise durch Ätzen wieder ent- fernt werden und führen darüber hinaus zu einem nicht erforderlichen Materlalaus- schuss.
Die aus dlesen Problemen des Standes der Technik resultierenden Schwankungen in den Spezifikationen der resultierenden doppelseitig metallisierten Keramik-Substrate, insbesondere Durchbiegung und ungenaue Positionierung der Metallisierungen, können in den Nachfolgeprozessen sowie der Verarbeitung erhebliche negative Auswirkungen mit sich bringen und sind daher vorzugsweise zu vermeiden. Ausgehend von dlesem Stand der Technik stellt sich dle vorliegende Erfindung somit zunächst einmal dle allgemeine Aufgabe, dle zuvor diskutierten Nachtelle des Standes der Technik zu beheben.
Insbesondere stellt sich dle vorliegende Erfindung dle Aufgabe, ein Verfahren zum Her- stellen von doppelseitig metallisierten Keramik-Substraten bereitzustellen, wobei der Bondprozess vorzugsweise einstufig und damit zeitgleich auf beiden Selten des Keramik- Substrats erfolgen kann.
Des Werteren stellt sich dle vorliegende Erfindung dle Aufgabe, ein Verfahren zum Her- stellen von doppelseitig metallisierten Keramik-Substraten bereitzustellen, bei welchem vorzugsweise dle Positionsgenauigkeit von Metallschlcht zu Keramik verbessert wird. Ferner stellt sich dle vorliegende Erfindung dle Aufgabe, ein Verfahren zum Herstellen von doppelseitig metallisierten Keramik-Substraten bereitzustellen, bei welchem dle re- sultierenden doppelseitig metallisierten Keramik-Substrate eine definierte, d.h. Im We- sentlichen konstante Durchbiegung aufweisen, was insbesondere bei einem anschlie- ßenden Systemlöten bzw. Chiplöten oder bei der Verwendung in einem bodenlosen Modul eine Rolle spielt.
Gelöst wird dlese Aufgabe durch ein Verfahren zum Herstellen von einem doppelseitig metallisierten Keramik-Substrat, welches durch dle folgenden Verfahrensschritte gekenn- zeichnet ist:
Positionieren von einer Anordnung, umfassend zumindest eine erste Metallschlcht, zumindest eine zweite Metallschlcht und ein zwischen der ersten und zweiten Me- tallschlcht angeordnetem Keramik-Substrat, auf einem Träger;
(2) Erhitzen der aus dem Verfahrensschritt (1 ) resultierenden Anordnung auf eine Tem- peratur, so dass es zu einem Verbund aus dem Keramik-Substrat und den zwei an- liegenden Metallschichten durch Bonden unter Ausbildung eines doppelseitig me- talllslerten Keramik-Substrats kommt.
Das erfindungsgemäße Verfahren Ist dann dadurch gekennzeichnet, dass der Träger In Verfahrensschrttt (1 ) vor dem Positionieren der Anordnung geneigt und/oder gewölbt Ist und/oder der Träger In Verfahrensschrttt (1 ) nach dem Positionieren der Anordnung auf dem Träger und/oder während dem Verfahrensschrttt (2) geneigt wird. Dabei kann es sich auch um eine Schwenkbewegung bis zu einer Null-Neigung handeln oder auch eine Neigung um einen negativen Winkel kommt hierbei in Frage,
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind Metalischichten beispielsweise Metallfolien oder Metallbleche aus Kupfer, aus einer Kupferlegierung oder aus einer Kupfer enthal- tenden Legierung oder aus Aluminium, aus einer Aluminiumlegierung oder aus einer Aluminium enthaltenden Legierung.
.Keramik-Substrate" im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind dle aus einem kerami- schen Werkstoff bestehenden, vorzugweise ebene bzw. plattenförmigen Elemente, dle an zwei Ihrer Oberflächenselten mit einer Metallisierung versehen werden oder sind. Ins- besondere handelt es sich bei den erfindungsgemäß zu verwendenden Keramik- Substraten nicht um winkelförmige Keramikkörper, wie sie Insbesondere In der DE 10 2008 001 224 Anwendung finden. Die ebenen bzw. plattenförmigen Keramik-Substrate welchen nur um maximal 1% auf eine Kantenlänge der Keramik-Substrate, bezogen auf eine ideal pkanare Ebene, ab (z.B. bei einer Substratlänge von 200 mm wäre dlese Abweichung maximal 2 mm). Damit weisen dle Keramik-Substrate allenfalls eine leichte Wölbung (und keinesfalls eine winkelförmige Krümmung) auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Keramik-Substrat daher zusätzlich dadurch gekennzeichnet, dass dle Ebenheit des Keramik-Substrats kleiner 1 %, bezogen auf dle Kantenlänge des Keramik-Substrats, ist. Im Hinblick auf dle Träger ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass dleser ebenfalls nur eine geringe Wölbung aufweist. Insbesondere ist bevorzugt, wenn dle Träger eine Wöl- bung von maximal 5 %, bevorzugt um maximal 3 %, werter bevorzugt um maximal 1 %, jeweils bezogen auf dle Kantenlänge des Trägers und bezogen auf eine Ideal planare Ebene aufweist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist Träger daher zusätzlich dadurch gekennzelch- net, dass dle Ebenheit des Trägers kleiner 5 %, bevorzugt kleiner 3 %. weller bevorzugt kleiner 1 %, Jeweils bezogen auf dle Karrtenlänge des Trägers, ist.
Unter einer Ebenheit des Keramik-Substrats bzw. Trägers wird im Rahmen der vorliegen- den Erfindung eine Formtoleranz des Keramik-Substrats bzw. des Trägers verstanden, in der sich dle ebene Fläche des Keramik-Substrats bzw. Trägers befinden muss. Die Tole- ranzgrenzen ergeben sich durch zwei gedachte Flächen, parallel zur Ideal planaren Fläche des Keramik-Substrats bzw. Trägers, wobei In dem Fall, in welchem dle real er- zeugte Fläche des Keramik-Substrats bzw. Trägers durch dle eine der parallelen Flächen durchsticht dle Toleranz überschritten Ist. Unter einer Anordnung versteht man im Rahmen der vorliegenden Erfindung einen Ver- bund aus zwei Metallschichten zwischen denen ein Keramik-Substrat vorgesehen Ist, wobei dle Anordnung vor, während oder nach dem Bonden vorliegen kann.
Der Ausdruck .im Wesentlichen" bedeutet im Sinne der Erfindung Abweichungen vom jeweils exakten Wert um +/- 10 %, bevorzugt um +/- 5 % und/oder Abweichungen In Form von für dle Funktion unbedeutenden Änderungen.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmögllchketten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder In beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unab- hängig von Ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbezlehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht,
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht In einer ersten Ausgestaltung vor, dass dle An- ordnung, umfassend dle mindestens zwei Metallschlchten sowie das dazwischen an- geordnete Keramik-Substrat, vor oder während dem eigentlichen Bonden im Verfah- rensschritt (2) geneigt Ist. Diese Neigung der Anordnung kann dadurch erfolgen, dass der Träger, auf welchem dle Anordnung aus den beiden Metallschichten und dem da- zwischen angeordnetem Keramik-Substrat positioniert wird, nach der Positionierung der Anordnung entweder mechanisch geneigt wird oder zu dem Zeltpunkt, bei welchem dle Anordnung aus den beiden Metallschlchten und dem dazwischen angeordnetem Keramik-Substrat auf dem Träger positioniert wird, bereits geneigt Ist. Sollte vorgesehen sein, dass der Träger nach dem Positionieren der Anordnung geneigt wird, so kann das Neigen des Trägers sowohl im Verfahrensschritt (1 ), d.h. vor dem Erhitzen der Anordnung, oder Im Verfahrensschrttt (2), d.h. während dem Erhitzen der Anordnung, erfolgen.
Durch dle Neigung des Trägers kommt es zu einer definierten Ausrichtung der beiden Metallschichten und des dazwischen angeordneten Keramik-Substrats untereinander: Die beiden Metallschichten sowie das Keramik-Substrat rutschen durch dle Neigung des Trägers in eine zuvor bestimmte Position, so dass Ihre Anordnung zueinander als definiert angesehen wird. Daher sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren doppelseitig me- tallisierte Keramik-Substrate herstellbar, dle In Ihrer Gesamtheit eine definierte und kon- stante Orientierung der beiden Metallschichten und des Keramik-Substrats zueinander aufweisen.
Darüber hinaus wird durch dle Neigung des Trägers eine Fixierung der beiden Metall- schichten und des dazwischen angeordneten Keramik-Substrats derart erreicht, dass ein Verrutschen In den nachfolgenden Verfahrensschrttten vermieden wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht in einer weiteren zweiten Ausgestaltung vor, dass der Träger eine Wölbung aufweist. Die auf dem Träger positionierte Anordnung, umfas- send dle mindestens zwei Metalischichten und das dazwischen angeordnete Keramik- Substrat, wird bei dem anschließenden Bondprozess Im Verfahrensschritt (2) unter Einwir- kung von entsprechenden Bond-Temperaturen sich der Wölbung des Trägers annähern, wodurch zwar Insgesamt gewölbte doppelseitig metallisierte Keramik-Substrate gebildet werden, dle jedoch In ihrer Gesamtheit eine definierte und konstante Wölbung aufwei- sen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren Ist es somit möglich, reproduzierbar dop- pelseitig metallisierte Keramik-Substrate In Serie herzustellen, deren Durchbiegung so- wohl In z-RIchtung (Höhe) als auch in x- und y-RIchtung (Längs- und Querrichtung) ein- deutig definiert ist. Diese reproduzierbare Durchbiegung In Höhe sowie Längs- und Quer- richtung macht sich insbesondere bei asymmetrischen Materlalkombinationen be- merkbar, d.h. bei doppelseitig metallisierten Keramik-Substraten, bei welchen dle Dicke der beiden Metallschlchten auf den beiden Selten des Keramik-Substrats unterschied- lich (z.B. 0,3 mm Cu// 0,38 mm Keramik// 0,25 mm Cu) ausgebildet sind.
Durch Kombination der ersten Ausgestaltung (Neigung) und der zweiten Ausgestaltung (Wölbung) lassen sich Insgesamt Insbesondere in Serie doppelseitig metallisierte Kera- mik-Substrate herstellen, dle konstante Charakteristika, insbesondere hinsichtlich Orien- tierung der einzelnen Schichten und Wölbung, aufweisen. Daher betrifft dle vorliegende Erfindung Insbesondere ein erfindungsgemäßes Verfah- ren, welches in der Serienfertigung eine Vielzahl an doppelseitig metallisierten Keramik- Substraten mit Im Wesentlichen konstanten Eigenschaften von Schichtorientierung und Gesamtwölbung aufweisen. Im Folgenden wird zunächst auf den im erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Träger eingegangen.
Verfahren
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen von doppelseitig metallisierten Kera- mik-Substraten verwendet einen Träger, der neigbar Ist und/oder geneigt ist und/oder gewölbt ist. Die Neigung wird entweder durch dle Bauform des Trägers oder mecha- nisch erreicht.
In einer ersten Variante kann der Träger nach dem Auflegen der Metaltfolie und des Substrats stark geneigt werden, so dass es zu einer Positionierung der einzelnen Bestand- teile der Anordnung kommt. Damit dle räumliche Höhe des Trägers für den Durchlauf Im Bondofen nicht zu groß Ist, kann der Träger mit den dann positionierten Bestandteilen der Anordnung dann wieder einer waagerechten Position angenähert werden.
In einer zweiten Variante kann der Träger bereits stark geneigt sein, bevor dle einzelnen Bestandteile der Anordnung auf Ihm positioniert werden, wodurch es ebenfalls zu einer Positionierung der einzelnen Bestandteile der Anordnung kommt. Auch in dlesem Fall kann der Träger mit den dann positionierten Bestandteilen der Anordnung anschließend wieder einer waagerechten Position angenähert werden.
In dlesem Fall sind dle Neigung und dle Auswahl der Materialien des Bondboots so zu wählen, dass es bei der gegebenenfalls vorgesehenen Annäherung des Trägers an eine waagerechte Position nicht zu einem Verrutschen der einzelnen Bestandteile der Anordnung kommt.
Entsprechende Träger werden im Bereich des Direct-Metali-Bondings allgemein auch als Bond-Boote, Bond-Schiffe oder ähnlich bezeichnet.
Der in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Träger besteht vorzugsweise aus einem Material mit hoher Hrrzebeständlgkelt, welches bei den angewendeten Tempe- raturen des Bondprozesses reaktionsträge und/oder nicht benetzbar Ist. Als Malerlallen für den erfindungsgemäßen Träger kommen Insbesondere Materialien, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Graphit, Mulllt, Slecrttt, Cordlerit, Zr02, Al203, AIN, BN, ZrN, SijN* SIC und Mischungen davon, In Frage.
Der Träger, der im erfindungsgemäßen Verfahren Anwendung findet, weist Insbesonde- re eine Tragplatte auf, dle eine Dicke von Insbesondere 0,2 bis 10 mm, vorzugsweise 1 bis 7 mm, werter bevorzugt 1 ,5 bis 5 mm, aufweist.
In einer ersten Ausgestaltung weist der Träger eine Neigung auf bzw. Ist so ausgebildet, dass er geneigt werden kann. Durch dle Neigung kommt es nach dem Positionieren der anliegenden Metallschicht, der darauf folgenden Keramlk-Substratsschlcht und der ab- schließenden Metallschicht zu einer Positionierung der einzelnen Schichten zueinander. Damit dle Anordnung weiterhin auf dem Träger fixiert bleibt, ist es vorgesehen, dass bei- spielsweise ein im Wesentlichen rechteckiger Träger mit mindestens einem Anschlag an mindestens einer der jeweils durch dle Neigung unten liegenden Kante mit einer Be- grenzung versehen Ist. Wird nun dle Anordnung, umfassend dle mindestens zwei Metall- schichten und das dazwischen angeordnete Keramik-Substrat, auf den Träger positio- niert, können dle einzelnen Schichten der Anordnung der Neigung des Trägers folgend verrutschen und so an die Begrenzung des Trägers anstoßen. Hierdurch wird eine klar definierte Positionierung der drei Schichten erreicht, dle damit auch zueinander eine klar definierte Positionierung aufweisen.
Im Vergleich hierzu wird eine Positionierung in den Verfahren des Standes der Technik, bei welchem keine Neigung des Trägers vorgesehen Ist, nicht erreicht. Bei der Fertigung von doppelseitig metallisierten Keramik-Substraten muss daher In den Verfahren des Standes der Technik entweder eine sehr genaue Positionierung der beiden Metallschlch- ten sowie der Keramikschicht realisiert werden oder aber dle resultierenden doppelseitig metallisierten Keramik-Substrate weisen eine Ungenaulgkelt in der Positionierung der ein- zelnen Schichten zueinander auf, was beispielsweise zu überstehenden Metallschichten Im Verhältnis zu dem Keramik-Substrat führen kann. Derartige doppelseitig metallisierte Keramik-Substrate sind dann nach ihrer Herstellung Ausschluss.
Unter der Annahme eines im Wesentlichen rechteckigen Trägers bestehen mehrere Möglichkelten eine Neigung des Trägers Im Sinne der vorliegenden Erfindung zu realisle- ren.
Die Figur 2 zeigt eine mögliche rechteckige Geometrie des Trägers, wobei zur Neigung des Trägers insgesamt Drehungen um dle Kante 5 (vgl, Figur 2a) oder um dle Kanten 8 und 9 (vgl. Figur 2b) möglich sind. In der zunächst in Figur 2a dargestellten Ausführungsform wird dle im Wesentlichen rechteckige Ebene des Trägers nur über eine Kante 5 gekippt, so dass sich insgesamt zwei Ecken des rechtwinkligen Trägers 6 und 7 ergeben, dle sich nach der Neigung auf einem im Wesentlichen identischen tiefer angeordneten Niveau befinden.
In der In Figur 2b dargestellten Ausführungsform wird dle im Wesentlichen rechteckige Ebene des Trägers um zwei Kanten 8 und 9 gekippt, so dass insgesamt nur eine Ecke des rechteckigen Trägers 10 sich auf dem tiefsten Niveau befindet.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung Ist dle In Figur 2b dargestellt© Ausführungsform bevorzugt, da sie aufgrund der zweiseitigen Positionierung eine genauere Positionierung der einzelnen Bestandteile der Anordnung zueinander ermöglicht. Erfindungsgemäß wird unter dem Begriff .Niveau" vorzugsweise dle laterale Ebene ver- standen. In welcher sich dle Im Wesentlichen rechteckige Ebene des Trägers zumindest teilweise befinden kann. Dabei Ist das .Ausgangsniveau*, auf welche alle anderen An- gaben relativ bezogen sind, das Niveau, in welchem sich dle Im Wesentlichen recht- eckige Ebene des Trägers zunächst erstreckt (Verfahrensschitit (1 ) Positionierung des Trä- gers). Alle anderen Begriffe des .Niveaus" sind relativ zu dlesem Ausgangsniveau zu ver- stehen. So wird insbesondere unter einem .tieferen Niveau1* eine laterale Ebene ver- standen, welche In vertikaler Richtung parallel zur Ebene des Ausgangsniveaus ver- schoben ist. Bevorzugt Ist das tiefere Niveau somit vertikal relativ zum Ausgangsniveau abgesenkt. Des Weiteren wird Insbesondere unter einem .tiefsten Niveau* dle laterale Ebene verstanden, welche in vertikaler Richtung parallel zur Ebene des Ausgangniveaus verschoben Ist und dabei dle höchste relative Verschiebung aufweist, In welcher sich noch eine Ecke des Trägers befindet. Bevorzugt Ist das tiefste Niveau somit ebenfalls relativ zum Ausgangsniveau abgesenkt. Dabei weist das tiefste Niveau Immer eine grö- ßere vertikale Verschiebung relativ zum Ausgangsniveau auf als das tiefere Niveau (wo- bei erfindungsgemäß dle Fälle, bei denen es nur eine relative vertikale Verschiebung gibt, als ein Fall eines tieferen Niveaus bezeichnet wird; In dlesem Fall ist das tiefere Nl- veau gleich dem tiefsten Niveau). Der aus dlesem um dle Drehachsen 8 und 9 geneig- ten Träger weist dann eine Neigung auf, dle durch dle In Figur 3 dargestellten Winkel a, ß und γ beschrieben wird.
In Abhängigkeit der Wahl der Winkel a und ß ergibt sich ein Winkel γ, der Im Allgemeinen 0,5 bis 45°, vorzugsweise 0,5 bis 40°, welter bevorzugt 0,5 bis 35°, weiter bevorzugt 1 bis 30°, welter bevorzugt 1 und 25°, beträgt. Der resultierende Winkel γ muss dabei groß genug sein, dass ein Ausrichten durch Verrutschen der Metallschichten und des Kera- mik-Substrats möglich ist, sollte aber wiederum nicht zu groß sein, da andernfalls dle Bauhöhe des verwendeten Trägers zu groß wird und wiederum dle Bauhöhe des ver- wendeten Tunnelofens erhöht werden müsste.
Aufgrund der vorliegenden Neigung des Trägers kommt es nach dem Positionieren der ersten Metallschicht, des Keramik-Substrats und der zweiten Metallschicht auf dem Trä- ger zu einem Ausrichten unter Verrutschen der einzelnen Metallschichten bzw. des Ke- ramik-Substrats, so dass eine im Hinblick auf dle Ausrichtung von Metallschlchten und Keramik-Substrat zueinander definierte Anordnung erreicht wird. Vorzugsweise rutschen dle einzelnen Schichten bzw. das Substrat der Neigung des Trägers folgend soweit, bis sie an eine Begrenzung stoßen.
Die Begrenzung an dem Träger, an welche dle Metallschlchten und das Keramik- Substrat der Anordnung aufgrund der Neigung des Trägers positioniert wird, kann belle- big ausgebildet sein, solange sie in der Lage ist, dle Anordnung aus den Metallschlch- ten und dem dazwischen angeordneten Keramik-Substrat bei Neigung des Trägers oder bereits geneigtem Träger zu fixleren. Im Allgemeinen ist dle Begrenzung so ausgebildet, dass sie Im Sinne eines Vorsprungs oder Anschlags auf der Trägerselte der zu positionie- renden Anordnung randsefflg an dem Träger vorgesehen ist und über den Träger hln- ausragt.
In der In Figur 2a dargestellten Ausführungsform, bei welcher der Träger über dle Kante 5 gekippt wird, ist eine Begrenzung an der durch dle Neigung unten liegenden Kante ausreichend, um dle Anordnung aus den zwei Metallschlchten und dem Keramik- Substrat zu fixieren. Die Begrenzung kann dabei aus einem über den Träger in Richtung der Anordnung ra- genden Vorsprung oder Anschlag gebildet werden, dle entweder einstückig und damit durchgängig ausgebildet Ist, oder aiser unterbrochen ist und damit aus mehreren indi- vidualisierten, d.h. mindestens zwei einzelnen Vorsprüngen oder Anschlägen, besieht.
In Fall der Ausführungsförm der Figur 2b kann dle entsprechende Begrenzung auch durch einen überstehenden Vorsprung oder Anschlag gebildet werden, der sich an den zwei benachbarten geneigten Kanten des Trägers befindet und beispielsweise spitz auf den unten liegenden Punkt 10 hinläuft. Wahlwelse ist es auch möglich, dass dle Begren- zung in der Ausführungsform gemäß Figur 2b aus zwei oder mehreren, beispielsweise zwei, drei, vier, fünf oder sechs, kurzen und voneinander getrennten Vorsprügen oder Anschlägen gebildet wird, wobei dle Vorsprünge oder Anschläge an den beiden nach unten geneigten, benachbarten Kanten des Trägers vorgesehen sind.
Die Form, Dimension und Position dleser Begrenzungen kann nahezu beliebig gestaltet werden. Die Begrenzungen sind Jedoch vorzugsweise möglichst schmal ausgebildet, damit sie eine geringe Kontaktfläche zum Bondgut aufweisen und umfassen kerami- sche Materialien, beispielsweise Al203. In einer zweiten Ausgestaltung weist der Träger eine Wölbung auf. Durch dle Erwärmung von Keramik-Substrat und Metallschichten im Verfahrensschritt (2) kommt es zu einer Anpassung der resultierenden Anordnung an dle gewölbte Form des Trägers. Die resul- tierende Anordnung weist daher nach dem Verfahrensschritt (2) ebenfalls eine durch den Träger vorgegebene Wölbung auf. Bei einem im Wesentlichen rechteckigen Träger kann dle durch dle Wölbung erzeugte Krümmung sowohl nur in einer Richtung als auch in beiden Richtungen der durch den Träger aufgespannten Ebene möglich sein.
Die erfindungsgemäß vorgesehene Wölbung des Trägers kann einer Kreis-, Ellipsen-, Parabel-, Sinus-, Tangens- und/oder Logarithmusfunktion folgen. In dem Fall, dass dle Wölbung des Trägers einer Kreis- oder Ellipsenfunktlon folgt, beträgt zumindest ein Radius der Funktion im Allgemeinen 200 bis 1000 mm, vorzugsweise 500 bis 8000 mm, weiter bevorzugt 1000 bis 6000 mm, weiter bevorzugt 1500 bis 5000 mm, weiter bevorzugt 2000 bis 4000 mm. Im Falle von einer Wölbung des Trägers, dle einer Ellipsenfunktlon folgt, liegen dle beiden Radlen der Ellipse ebenfalls in den oben ge- nannten Bereichen. Der Träger mit der vorstehend genannten Wölbung kann sowohl konvex als auch konkav ausgebildet sein.
Die Bestimmung des Radius In einer entsprechenden Kreis- oder Elllpsenfunktlon Ist In Figur 9 dargestellt. In einer allgemeinen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Träger eine Wölbung auf, dle eine Abweichung von einer Idealen, absolut ebenen Platte von 0,2 % oder mehr der Trägerlänge und/oder 0, 1 % oder mehr der TrägerbreHe entspricht.
Die Dimension des Trägers kann in weiten Berelchen gewährt werden und hängt von den Größenordnungen der herzustellenden doppelseitig metallisierten Keramlk- Substrate sowie den verwendeten Bondöfen ab. Geeignete Größenordnungen des Trä- gers liegen zwischen 20 x 20 mm2 und 300 x 350 mm2, wobei dle Form des Trägers vor- zugsweise entweder Im Wesentlichen quadratisch oder Im Wesentlichen rechteckig Ist.
Im Bondofen, der Im Allgemeinen ein Tunnelofen oder Durchlaufofen ist, sind grundsätz- lich ein- oder mehrstöckige sowie ein- oder mehrreihige Aufbauten der Träger denkbar. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind daher auch Ausführungsformen vorgese- hen, In welchen Träger verwendet werden, dle für das gleichzeitige Bonden von mehre- ren Anordnungen ausgebildet sind. Bei einer derartigen Kombination mehrerer Bestü- ckungsflächen vergrößert sich dle oben beschriebene Größe entsprechend der Anzahl der Anordnungen. Diese Träger besitzen dann mehrere übereinander und/oder neben- einander angeordnete Tragplatten, auf welchen jeweils eine zu bondende Anordnung positioniert wird.
In dem Bondofen wird dle Anordnung, dle auf dem Träger aufliegt, in der Regel mit ei- ner konstanten Transportgeschwindigkeit durch den Ofen geführt und so auf eine Tem- peratur gebracht, bei der ein Verbinden von Metallfolie und Keramik-Substrat erfolgt, und anschließend nach dem Durchlaufen der Heizzonen des Ofens wieder abgekühlt.
Im Bondofen kann der durch dle Neigung entstehende tiefste Punkt der erfindungsge- mäß verwendeten Träger dabei in Transportrlchtung sowohl vorne als auch hinten sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise nicht zur gleichzeitigen Herstellung von mehreren, beispielsweise zwei oder drei, doppelseitg metallisierten Keramik- Substraten verwendet wie mittels einer Stapelanordnung gemäß DE 10 2008 001 224 A,
Engobe / Trennmmlttel Während des doppelseitigen Bondprozesses schmilzt dle Metallschicht, dle zwischen dem Träger und dem Keramik-Substrat angeordnet ist, obeiflächlich auf. Wenn es zu dlesem Zeitpunkt zu einem Kontakt mit anderen Oberflächen, wie beispielsweise von dem Träger, kommt, besteht dle Möglichkeit, dass es zu Defekten in der erzeugten Me- tallbeschichtung auf dem Keramik-Substrat kommt. Um derartige Defekte auf der Metalioberfläche, dle dem Träger zugeordnet ist, zu ver- meiden, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, so genannte Trennmittel auf dem
Träger vorzusehen,
Daher wird in einer bevorzugten Äusführungsform der vorliegenden Erfindung ein ge- neigter und/oder neigbarer und/oder gewölbter Träger verwendet, der an der zu der Metalschicht des doppelseitig metallisierten Keramik-Substrats orientierten Oberflächen- seite mit einer Trennschicht derart versehen ist dass während des Bondens eine Verbin- dung der an dleser Trennschicht anliegenden Metallschichf mit dem Träger nicht eintritt. Hierdurch ist es insbesondere möglich, auf der Trennschicht jeweils eine Anordnung, bestehend aus einer untenliegenden, der Trennschicht unmittelbar benachbarten ers- ten Metallschicht, aus einer darüber angeordneten Keramik-Schicht und aus einer dar- über angeordneten weiteren Metallschicht, vorzusehen und dlese Gesamtanordnung dann durch Bonden zu dem doppelseitig metallisierten Keramik-Substrat zu verbinden.
Die auf dem Träger gegebenenfalls vorgesehene Trennschicht kann ein Material umfas- sen, welches ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus oxidischen, nitridischen oder carbidischen Keramiken sowie Salzen,
Insbesondere umfasst dle Trennschicht ein Material, welches ausgewählt ist aus der
Gruppe, bestehend aus Silikat, insbesondere Alkalimetall- und Erdalkalimetallsiiikate, Mulllt, Steatrt, Cordlerii Al2O3, TiO2, ZrO2, MgO, CaO, Yttriumoxid, SnO2, CaCO3, BN, ZrN, Graphit, Zirkoniumdioxid-verstärktes Aluminiumoxid (ZTA), BeO, Aluminiumtrfanar (AI2TiO5), CaSO4, MgSO4, BaSO4 und Mischung der vorgenannten Materialien, Des Weiteren Ist bevorzugt, dass dle Trennschlcht ein Material umfasst, welches ausge- wählt Ist aus der Gruppe, bestehend aus Mulllt, Steaflt, Cordlertt, Al2O3, ZrO2, MgO, AI2HOe, SnO2, Yttrlumoxld, BaSO4, MgSO4 und Mischung der vorgenannten Materlallen.
Dle auf dem Träger gegebenenfalls verwendete Trennschlcht welst insbesondere eine Dicke von 10 bis 1000 μmη, vorzugswelse 25 bis 750 μm, welter bevorzugt 50 bis 500 μm, welter bevorzugt 75 bis 400 μm , welter bevorzugt 100 bis 350μmη, auf. Des Weiteren ist es bevorzugt, wenn dle Trennschicht elne Porosität, d.h. ein Verhältnis des Porenvolu- mens zum Feststoffvolumen, von größer als 10 %, welter bevorzugt größer als 15 %, welter bevorzugt größer als 20 %, aufweist. dle Korngröße der dle Trennschicht bllden- den Partikel ist Im Allgemeinen kleiner als 50 μm , vorzugsweise kleiner als 40μmτι, weiter bevorzugt kleiner als 35 μm , welter bevorzugt kleiner als 30 μm .
Die erfindungsgemäß gegebenenfalls vorgesehene Trennschicht kann beispielsweise auch mlt einem farbigen Additiv versehen sein. Die Verwendung eines derartigen farbi- gen Additivs weist den Vorteil auf, dass man optisch leicht erkennen kann, ob dle Trenn- schlcht einen Defekt aufweist und so gegebenenfalls zu erneuern Ist. Bei dem farbigen Additiv kann es sich beispielsweise um Chromoxid handeln.
In einer welteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann dle Trennschicht aus mindestens zwei separaten Untertrennschichten aufgebaut sein, wobel dle separaten Untertrennschichten auf dem Träger zeitlich nacheinander aufgebracht werden. Des Welteren Ist es möglich, dass dle separaten Untertrennschichten eine im Wesentli- chen glelche oder eine unterschiedliche Zusammensetzung aufweisen.
Auch ist es möglich, dass dle untere Trennschicht, dle sich In unmittelbaren Kontakt mit dem Träger befindet, das farbige Additiv, beispielsweise Chromoxid, aufweist.
Die Untertrennschicht welst eine Schichtdicke von im Allgemeinen 50 bis 1000 μm , vor- zugsweise 75 bis 800 μm , weiter bevorzugt 100 bis 600 μm , welter bevorzugt 125 bis 400 μm , weiter bevorzugt 150 bis 350 μm , auf.
Sollten nach dem Bondprozess und nach dem Entfernen der Anordnung von dem Trä- ger noch Tellchen der Trennschicht an der Metallschicht anheften, so können dlese an- schließend mit einem geeigneten Verfahren entfernt werden, beips lelsweise mit elnem mechanischen Verfahren (z.B. Abbürsten) oder mit einem chemischen Verfahren (z.B. Abätzen einer dünnen Oberflächenschicht).
Weitere Ausgestaltungen der Trennschicht können der DE 10 2004 056 879 A entnom- men werden, deren dlesbezügliche Offenbarung durch Bezugnahme in dle vorliegen- de Erfindung eingeschlossen wird.
Anordnung
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zum Herstellen von doppelseitig metalli- sierten Keramik-Substraten, dle ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind. Die erfindungsgemäßen Anordnungen können neben den beiden Metallschichten und dem Keramik-Substrat noch weitere Schichten, wie eine Lotschicht, aufweisen.
Bei dem Keramik-Substrat kann es sich beispielsweise um Substrate aus Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Slliziumnitrid oder Slllziumcarbid handeln. Für dle Keramikschicht eignet sich beispielsweise auch eine Aluminiumoxid-Keramik (AI2O3) mit einem Anteil an Zirkon- oxid (ZrO2) in der Größenordnung von etwa 2 - 30 % oder eine Aluminiumnitrid-Keramik» beispielsweise mit Yttriumoxid als Zusatz, oder eine Siliziumnitrld-Keramik, wobei dle Alu- miniumnitrid-Keramik und/oder dle Siliziumnitrid-Keramik beispielsweise eine oxidische Oberflächenschicht beispielsweise eine Oberflächenschicht aus Alumlnlumoxld aufwei- sen kann. Die Dicke der Keramikschicht liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 0,2 und 1 ,5 mm. Die Metallschichten auf dem Keramik-Substrat können ausgehend von Metallblechen oder Metallfolien gebildet werden, dle vor dem Bondschritt eine Dicke von im Allgemei- nen 100 bis 1000 μm , vorzugsweise 125 bis 750 μm , weiter bevorzugt 150 bis 700 μm, weiter bevorzugt 1 75 bis 600 μm .
Vor dem erfindungsgemäßen Verfahren können dle Metallfolien oder -bleche In be- kannter Weise beidseitig oxidlert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Herstellung von Metali-Keramik- Substraten (MCS) und Substraten, dle mittels Direct-Copper-Bonding (DGB), Direct- Alumlnum-Bonding (DAB) oder Acttve-Metal Bonding (AMB) hergestellt werden. Dle resultierenden Anordnungen unterscheiden sich von denjenigen des Standes der Technik In einer verbesserten Positionsgenauigkeit der Metalischichten und des Keramik- Substrats zueinander und/oder in einer definierten Wölbung.
Trager Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Träger zum Herstellen von ei- nem doppelseitig metallisierten Keramik-Substrat, welches in dem vorstehend beschrie- benen Verfahren Anwendung findet. Hinsichtlich der speziellen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Trägers wird daher auf obige Ausführungen verwiesen.
Insbesondere wird der erfindungsgemäße Träger in einem Tunnelofen oder Durch- lauf ofen zur Herstellung von doppelseitig metallisierten Keramik-Substraten eingesetzt, wobei der Tunnelofen oder Durchlaufofen für eine Httzebehandlung von Behandlungs- gut mit einem wenigstens einen tunnelartigen Ofenraum und mit wenigstens einer Heiz- elnrichtung zum Beheizen des wenigstens einen Ofenraumes versehen Ist und eine Transporteinheit aufweist, die den erfindungsgemäßen Träger durch den Ofenraum transportiert.
Der Träger kann dabei mindestens zwei Teile umfassen, wobei der Träger eine Auflage- fläche zur Aufnahme der Metallschichten und des Keramik-Substrats sowie einen Werk- zeugträger umfasst. Über den Werkezugträger wird die Auflagefläche mit einer Trans- porteinheit verbunden, die einen Transport des Trägers durch den Tunnelofen ermög- licht.
Die Auflagefläche des Trägers sollte aus einem auf den Bondprozess bezogen reakti- onsinerten oder zumindest reaktionsträgen sowie einem vorzugsweise nicht benetzbaren Material bestehen. Die Auflagefläche des Trägers kann beispielsweise aus einem hitze- beständigen bzw. hochtemperaturbeständigen Material, vorzugsweise einem Keramik- materlal. Insbesondere Graphit, Mullit, Steatit, Cordlertt, ZrO2, Al2O3> AIN, BN, ZrN, Si3N4, SIC und Mischungen davon, bestehen. Des Weiteren kommen hochtemperaturfeste Metalle für die Auflagefläche, insbesondere legierter Stahl, vorzugsweise Inconel, oder eine Legierung, umfassend einen Bestandteil ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Molybdän, Titan, Chrom, Nickel, Wolfram oder Mischungen davon, in Frage. Es ist des Wetteren bevorzugt, wenn die Auflagefläche gegebenenfalls nach einer Rei- nigung wieder verwendet werden kann.
Im Fall der Verwendung von SIC für dle Auflagefläche des erfindungsgemäßen Trägers, was im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugt ist, kommt rekristalli- siertes SIC, nrfrldgebundendes SIC, isostatisch gepresstes SiC, Sl-Infiltrlertes SIC, drucklos gesintertes SiC oder flüsslgphasengesintertes SIC in Frage.
Es sind auch Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Trägem von der vorliegenden Erfindung umfasst, dle für mehrere Substrate, beispielsweise für zwei, drei vier, fünf oder sechs Anordnungen ausgelegt sind. Eine beispielhafte Ausgestaltung eines derartigen Trägers ist in der Figur 7 dargestellt, wobei unterschiedliche Anordnungsmöglichkelten von einzelnen Trägern Im Ofen In der Figur 8 dargestellt sind.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibungen näher erläutert.
Die in der Figurenbeschreibung verwendeten Bezugszeichen weisen folgende Bedeu- tung auf; 1 Keramik-Substrat,
2, 3 Träger des Standes der Technik,
4 Träger (erfindungsgemäß),
5, 8, 9 Drehachsen,
6, 7, 10, 1 1 Eckpunkte eines im Wesentlichen rechteckigen Trägers 4, 12' 12", 12"^ 12"" durch Neigung gebildeter Höhenunterschied zur Nullebene, 13 Auflagefläche,
14', 14", 14´. 14"" Begrenzungen und
15', 15" höhenverstellbare Füße. Dabei zeig dle
Figur 1 zwei herkömmliche als Bond-Boote ausgebildete Träger des Standes der
Technik, mit welchem in einem zweistufigen Verfahren beidseitig metalli- sierte Substrate hergestellt werden. Die bereits einseitig gebondeten Sub- streite 1 werden dabei so auf Trägern 2, 3 fixiert, dass es zu keinem unmit- telbaren Kontakt der bereits gebondeten Kupfer- oder Keramik- Oberfläche mit anderen Oberflächen, wie beispielsweise dem Transport- band, im zweiten Bondschrfff kommt. Dieses erfolgt beispielsweise durch dle Verwendung von Trägem, bei welchen dle einseitig gebondeten Sub- streite 1 nur an den Kanten 2 auf einem Träger aufliegen (vgl. Figur la) oder über schmale Auflagen 3 an den kurzen Seiten der Substrate 1 ge- trägert werden (vgl. Figur 1 b).
Femer zeigt dle
Figur 2 einen im Wesentlichen rechteckigen geneigten Träger 4, der In der Figur
2a über eine Kante 5 geneigt Ist. so dass dle Eckpunkte 6 und 7 des Trä- gers in einer unter der Nullebene des Trägers sich befindlichen Ebene be- finden. In der Figur 2b ist der Träger Insgesamt um zwei Kanten 8 und 9. geneigt, so dass dle Eckpunkte 10 und 1 1 des Trägers unterhalb der Null- ebene des Trägers sich befinden. Die dargestellten Pfeile 12\ 12", 12™ und 12"" zeigen dle Neigung des Trägers an.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einer Nullebene dleje- nige Ebene verstanden, welche durch den Träger In nicht geneigter und/oder gewölbter Form aufgespannt wird.
Die Figur 3 zeigt einen geneigten Träger 4, bei dem sich dle Neigung des Trägers durch dle dargestellten Winkel a, ß und γ ergibt. Durch Wahl geeigneter Winkel a und ß resultiert ein Winkel γ, der ein Maß für dle Abweichung des geneigten Trägers aus der Nullebene darstellt. Der Winkel γ kann Im Rah- men der vorliegenden Erfindung 0,5 bis 40°, vorzugsweise 0,5 bis 35°, weiter bevorzugt 0,5 bis 30°, weiter bevorzugt 1 bis 25°, welter bevorzugt 1 und 5% betragen.
Die
Figur 4 zeigt eine Ausführungsform eines Trägers 4, welches Im Rahmen des er- findungsgemäßen Verfahrens Anwendung findet. Der Träger 4 weist eine Auflagefläche 13 auf, auf welche dle Anordnung, umfassend mindestens zwei Metallschichten und ein dazwischen angeordnetes Keramik-Substrat, positioniert wird. Der Träger 4 und dle Tragfläche 13 weisen eine Neigung auf, wodurch es nach dem Auflegen der Anordnung zu einem Verrut- schen oder zuverlässigem Positionleren der Anordnung in Richtung der randseltlg an dem Träger vorgesehenen Begrenzungen 14 kommt.
Der Träger 1 Ist zum Punkt 4 geneigt, wobei der Träger um dle Achsen pa- rallel zu den Kanten a und b geneigt ist. Dle dabei jeweils erreichten Nei- gungen entsprechen den Winkeln a und ß, wodurch sich ein auf dle Hori- zontale bildender Winkel γ ergibt. Der Winkel γ beträgt im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise 0,5 bis 45 °,
Femer zeigt dle
Figur 5 eine Ausführungsform eines Trägers 4, der geneigt ist, wobei dle Neigung des Trägers 4 durch an den Ecken des im Wesentlichen rechtwinkligen Trägers 1 befindliche höhenverstellbare Füße 15\ 15" und 15m erreicht wird.
Die
Figur 6 zeigt einen geneigten und gewölbten Träger 4, der drei Begrenzungen
14', 14", 14'" aufweist, wobei an der langen durch dle Neigung untenlie- genden Kante 2 Begrenzungen 14' und 14"' und an der durch dle Nel- gung untenliegenden kurzen Kante eine Begrenzung 14 vorgesehen ist.
Die
Figur 7 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Trägers 4 mit zwei Bestückungsflächen 15 und 16, während dle
Figur 8 eine Vielzahl an möglichen Anordnungen des Trägers Im Tunnebfen dar- stellt,
Die zeigt bel einem gewölbten Träger Im Sinne der vorliegenden Erfindung dle Abhängigkeit der Durchbiegung vom Krümmungsradius bei einer Wölbung des Trägers, der einer Kreis- oder Ellipsenform folgt. Der Krüm- mungsradius R ergibt sich aus der Durchbiegung d des Trägers bei einer Länge bzw. Brette a des Trägers wie folgt:
Damit ergibt sich bei beispielhaften Substratbreiten bzw. Substratlängen von 140 mm bzw. 190 mm folgende beispielhafte Verhältnisse von Krümmungsradius R zu Durchbiegung d:
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung beträgt daher Im Fall einer Wölbung des Trägers in der Form einer Kreis- oder Ellipsenform bei einer Substratlänge bzw. Substratbrelte von 190 mm (140 mm) dle Durchbiegung d mindestens 0,5 mm (0,3 mm).
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, mindestens ein Keramik-Substrat an der Ober- und Unterseite in nur einem Prozessdurchlauf mit jeweils einer Metallschicht zu verbinden. Dabei wird eine hohe Positionsgenauigkeit der Schichten zueinander erreicht und eine reproduzierbare definierte Wölbung der resultierenden Anordnung erreicht.

Claims

Patentansprüche: 1 . Verfahren zum Herstellen von einem doppelseitig metallisierten Keramik-Substrat, gekennzeichnet durch dle folgenden Verfahrensschritte:
(1) Positionieren von einer Anordnung, umfassend zumindest eine erste Metall- schicht, zumindest eine zweite Metallschlcht und ein zwischen der ersten und zweiten Metallschicht angeordnetem Keramik-Substrat, auf einem Trä- ger;
(2) Erhitzen der aus dem Verfahrensschritt (1 ) resultierenden Anordnung auf eine Temperatur, so dass es zu einem Verbund aus dem Keramik-Substrat und den zwei anliegenden Metallschichten durch Bonden unter Ausbildung eines doppelseitig metallisierten Keramik-Substrats kommt, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger in Verfahrensschrttt (1) vor dem Positionieren der Anordnung geneigt und/oder gewölbt Ist und/oder der Träger In Verfahrensschritt (1) nach dem Posi- tionieren der Anordnung auf dem Träger und/oder während dem Verfahrens- schrttt (2) geneigt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Träger Im We- sentlichen rechteckig ausgebildet ist und über eine Kante 5 geneigt wird, so dass sich Insgesamt zwei Ecken des rechtwinkligen Trägers 6 und 7 ergeben, dle sich nach der Neigung auf einem Im Wesentlichen identischen tiefer angeord- neten Niveau befinden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Träger Im We- sentlichen rechteckig ausgebildet Ist und über zwei Kanten 8 und 9 geneigt wird, so dass insgesamt nur eine Ecke des rechteckigen Trägers 10 sich auf dem tiefs- ten Niveau befindet.
4.. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dle in den Verfahrensschlitten (1 ) und/oder (2) vorgesehene Neigung des Trägers so ausgebildet ist, dass es zu einer Ausrichtung der Anordnung kommt und/oder sich dle einzelnen Bestandteile der Anordnung, umfassend zumindest dle zwei Metalischichten und das Keramik-Substrat, zueinander anordnen.
5.. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger randseltlg mindestens eine Begrenzung in der Form von mindestens zwei Anschlägen oder mindestens zwei Karrten aufweist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger eine Wölbung aufweist und dle Wölbung des Trägers einer Kreis-, Ellip- sen-, Parabel-, Sinus-, Tangens- und/oder Logartthmusfunktlon folgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Träger eine Trennschicht vorgesehen Ist, wobei wenigstens eine der Me- tallschichten der Anordnung gegen dle Trennschicht anliegt.
8. Anordnung, umfassend zumindest eine erste Metallschicht, zumindest eine zwei- te Metallschicht und ein zwischen der ersten und zweiten Metallschicht angeord- netem Keramik-Substrat, erhältlich nach dem Verfahren gemäß einem der An- sprüche Ί bis 7.
9. Träger zum Herstellen von einem doppelseitig metallisierten Keramik-Substrat, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger geneigt, neigbar und/oder gewölbt Ist.
10. Träger nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger In einem Tunnelofen oder Durchlaufofen zur Herstellung von doppelseitig metallisierten Ke- ramik-Substraten eingesetzt Ist, wobei der Tunnelofen oder Durchlaufofen für eine Httzebehandlung von Behandlungsgut mit einem wenigstens einen tunnelartigen Ofenraum und mit wenigstens einer Heizeinrichtung zum Beheizen des wenigs- tens einen Ofenraumes versehen Ist und eine Transporteinheit aufweist, dle den Träger durch den Ofenraum transportiert.
11. Träger nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger randseltlg mindestens eine Begrenzung in der Form von mindestens zwei An- schlagen oder mindestens zwei Kanten aufweist.
12. Träger nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Träger eine Wölbung aufweist und dle Wölbung des Trägers einer Kreis-, Ellipsen-, Parabel-, Sinus-, Tangens- und/oder Logartthmusfunktlon folgt.
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