專利名稱：具有金屬化表面的陶瓷體的結(jié)構(gòu)部件的制作方法
具有金屬化表面的陶瓷體的結(jié)構(gòu)部件
本發(fā)明涉及一種具有由陶瓷構(gòu)成的物體的結(jié)構(gòu)部件，所述物體在至少一個區(qū)域在它的表面上用金屬化部覆蓋。
DE 10 2004 012 231 Bl公開了 一種板形金屬化的陶資基質(zhì)。這個陶瓷基質(zhì)由一個陶瓷層構(gòu)成。這個陶瓷層在至少一個表面?zhèn)壬暇哂幸粋€用DCB-技術(shù)(Direct Copper Bouding-直接銅熔接)施加的薄膜的形式的金屬化部或者由銅或者一種銅合金構(gòu)成的層。
特別是當(dāng)陶瓷體兩側(cè)被金屬化時，在具有板形的金屬化的陶瓷體的結(jié)構(gòu)部件中難于排出在運行中出現(xiàn)的熱量。
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種具有在它的表面上金屬化的陶瓷體的結(jié)構(gòu)部件，且該陶資體具有良好的排熱能力。
這個任務(wù)借助權(quán)利要求1的特性特征得以完成。在從屬權(quán)利要求中介紹了本發(fā)明的一些有利的方案。
根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)部件為空間結(jié)構(gòu)。陶瓷體不是板形設(shè)計而是 一 個三維體。這樣，任何形狀的例如板形的其它物體可以連接在一個物體上。但是整個物體是整件的，也就是說，它不是由單個部件組裝成的。若例如當(dāng)另一些板垂直立在一個板上則產(chǎn)生一個E形的總物體。這樣一種形狀例如具有散熱件。
結(jié)構(gòu)部件的本體由 一種陶瓷材料構(gòu)成。這種陶瓷材料在它的組成成分方面可和所要求的特性，例如絕緣、部分放電耐受性(Teilentladungsfestigkeit)和熱穩(wěn)定性相協(xié)調(diào)。陶瓷材料作為主成份含有50.1重量％至100重量％的Zr02/Hf02,或者50.1重量％至100重量％的A1203,或者50.1重量％至100重量％的A1N,或者50.1重量％至100重量％的Si3N4，或者50.1重量％至100重量％的BeO, 50.1重量％至100重量％的SiC,或者以規(guī)定的份額范圍按任意組合的至少兩個主成份的
組合，以及作為副成份含有在至少 一種氧化階段里和/或化合物里的元素
Ca、 Sr、 Si、 Mg、 B、 Y、 Sc、 Ce、 Cu、 Zn、 Pb，所述元素的氧化物和/或化合物單獨地或者按規(guī)定份額范圍以任意組合具有<49.9重量％的份額。主成份和副成份在扣除<3重量％的雜質(zhì)份額的情況下以任意的組合彼此組合成一個100重量％的總組成。沒有金屬化部的結(jié)構(gòu)部件的陶瓷材料的熱膨脹系數(shù)小于12 X
1(T6/K。陶瓷體的彎曲斷裂強(qiáng)度大于100 MPa，并且材料的導(dǎo)熱能力大于l W/mK。通過這些措施使得通過陶瓷材料的熱引起的膨脹所產(chǎn)生的金屬化部的載荷很小。通過陶瓷特別是在用銅金屬化時降低了它的高的熱膨脹系數(shù)，并且因此接近電子結(jié)構(gòu)元件的和金屬化部連接的半導(dǎo)體材料的熱膨脹系數(shù)。這樣就避免了在半導(dǎo)體元件的材料中的在加熱時所出現(xiàn)的應(yīng)力。
作為金屬化部優(yōu)選地金屬或者金屬層緊密地，或者通過機(jī)械的形狀配合連接全表面或者部分表面地和陶瓷體連接，其具有和支承體相同的或者不相同的導(dǎo)熱能力。金屬化部例如由鎢、銀、金、銅、鉑、4巴、鎳、鋁或者鋼以純的或者技術(shù)的質(zhì)量構(gòu)成，或者由至少兩種不同的金屬的混合物構(gòu)成。金屬化部例如也可附加地或者單獨地由反應(yīng)焊料、軟焊料或者硬焊料構(gòu)成。
金屬化部的金屬或者金屬層也可和例如增加附著力的添加材料，或者另外的添加材料，如玻璃或者聚合材料混合，以提高陶瓷體上的金屬化部的附著能力。
金屬化部的一個層或者多個層是在使用DCB方法(Direct CopperBonding-直才妄銅溶4妻)，或者AMB方法(Active Metal Brazing陽活性金屬釬焊)，或者絲網(wǎng)印刷方法，或者電解方法，或者化學(xué)沉積，或者蒸鍍方法，或者借助粘接或者粘貼，或者這些方法的組合施加到對置的和/或相鄰的表面上的體的表面上。
陶瓷體上的金屬化部由每個金屬化的面的至少一個層構(gòu)成。金屬化部作為金屬體部分表面地或者全表面地，或者部分地或者全部地以平面平行或者幾乎平面平行的形式，或者任意幾何形狀成形地，或者以這些形式的組合覆蓋陶瓷體的表面。
金屬化部的所述至少一個層的厚度《2毫米，它的附著能力大于20
用金屬化部在至少兩個其表面上覆蓋陶瓷體。金屬化部具有100W/mK的最小導(dǎo)熱能力。這樣就保證了在通過結(jié)構(gòu)元件或者電路引起高的熱載荷時良好的排熱能力。
具有在至少 一個表面上的至少 一個金屬化部的結(jié)構(gòu)部件中，彎曲斷裂強(qiáng)度大于550 MPa。在熱載荷時排除了由于金屬化部的拉力和壓力使金屬化剝落部和陶瓷體受損。
優(yōu)選地將結(jié)構(gòu)部件的陶資體設(shè)計為散熱件。所謂散熱件可以理解為這樣的一個物體，即這個物體支承著電氣的或者電子的結(jié)構(gòu)元件或者電路，并且如此地成形，即它可如此地排走在結(jié)構(gòu)元件或者電路中出現(xiàn)的熱量，從而不出現(xiàn)可給結(jié)構(gòu)元件或者電路造成損害的蓄熱。支承體是由一種材料構(gòu)成的物體。所述材料不導(dǎo)電，或者幾乎不導(dǎo)電，并且具有良好的導(dǎo)熱性。用于這種物體的理想材料是陶資。
該物體是一個整體件，并且具有用于保護(hù)電子結(jié)構(gòu)元件或者電路的排熱或者輸熱的部件。優(yōu)選地支承體是一個電路板，并且元件是孔、通道、肋，和/或空隙，可給這些元件提供加熱介質(zhì)或者冷卻介質(zhì)。介質(zhì)可以是流體的或者是氣態(tài)的。支承體和/或冷卻部件優(yōu)選地由至少 一 個陶瓷部件，或者由不同的陶瓷材料的復(fù)合體構(gòu)成。
借助一個實施例對本發(fā)明進(jìn)行更加詳細(xì)的i兌明。圖中示出 一個結(jié)構(gòu)部件1。它具有一個陶瓷體2。根據(jù)本發(fā)明這個陶瓷體不是板形的。.不
是板形的就是說陶瓷體2的上側(cè)面3和下側(cè)面4是如此設(shè)計的，即它們分別具有一個不同大小的表面。該陶瓷體是空間構(gòu)造的。在本實施例中結(jié)構(gòu)部件1的上側(cè)面3具有一個平的表面。在這個上側(cè)面3上施加有不同的金屬化區(qū)域5。上側(cè)面3是一個電路支承體。在陶瓷體2的上側(cè)面3上的至少一個金屬化部5上施加有至少一個另外的金屬化部6。在本情況中這個另外的金屬化部部分表面地蓋住了第一金屬化部5的表面。
在本實施例中陶瓷體2為E形。該體是一個散熱件。陶瓷體2的下側(cè)面4具有冷卻肋7。冷卻肋7也設(shè)置有金屬化的區(qū)域5。在這些金屬化的區(qū)域上例如可釬焊電子結(jié)構(gòu)部件。
在陶資體2的表面3上借助釬焊連接9將一個芯片8固定在一個金屬化的區(qū)域5上。通過導(dǎo)線]O,芯片和一個金屬化區(qū)域5連接。這個芯片8是一個熱源。它的熱量通過冷卻肋7排走。
權(quán)利要求
1.具有陶瓷體(2)的結(jié)構(gòu)部件(1)，其在至少一個區(qū)域中在它的表面(3、4)上用金屬化部(5、6)覆蓋住，其特征在于，陶瓷體(2)為空間結(jié)構(gòu)(7)。
2. 按照權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)部件，其特征在于，陶瓷材料作為主 成份含有50.1重量％至100重量％的Zr02/Hf02,或者50.1重量％至100 重量°/。的A1203,或者50.1重量％至100重量％的A1N,或者50.1重量％ 至100重量％的Si3N4,或者50.1重壹％至100重量％的BeO, 50.1重量 %至100重量％的SiC，或者以規(guī)定的份額范圍按任意組合的至少其中兩 個主成份的組合，以及作為副成份含有在至少 一種氧化階段里和/或化合 物里的元素Ca、 Sr、 Si、 Mg、 B、 Y、 Sc、 Ce、 Cu、 Zn、 Pb，所述元素 的氧化物和/或化合物單獨地或者按規(guī)定份額范圍以任意組合具有《 49.9重量％的份額；并且主成份和副成份在扣除<3重量％雜質(zhì)的份額 的情況下以任意的組合彼此組合成100重量％的總組成。
3. 按照權(quán)利要求1或2所述的結(jié)構(gòu)部件，其特征在于，陶瓷體(2) 的彎曲斷裂-強(qiáng)度大于100MPa,并且材料的導(dǎo)熱性大于1 W/mK。
4. 按照權(quán)利要求1至3的任一項所述的結(jié)構(gòu)部件，其特征在于，沒 有金屬化部的陶瓷體(2)的陶瓷材料的熱膨脹系數(shù)小于12 x IO力K。
5. 按照權(quán)利要求1至4的任一項所述的結(jié)構(gòu)部件，其特征在于，作 為金屬化部(5、 6)優(yōu)選地金屬或者金屬層緊密地，或者通過機(jī)械的形 狀配合連接全表面或者部分表面地和陶瓷體(2)連接，其具有和支承 體相同的或者不同的導(dǎo)熱性。
6. 按照權(quán)利要求1至5的任一項所述的結(jié)構(gòu)部件，其特征在于，金 屬化部(5、 6)由鎢、銀、金、銅、鈿、釔、鎳、鋁或者鋼以純的或者 技術(shù)的質(zhì)量構(gòu)成，或者由至少兩種不同的金屬的混合物構(gòu)成，和/或附加 地或者單獨地由反應(yīng)焊料、軟焊料或者硬焊料(9)構(gòu)成。
7. 按照權(quán)利要求1至6的任一項所述的結(jié)構(gòu)部件，其特征在于，金 屬化部(5、 6)的金屬或者金屬層和增加附著力的添加材料，或者另外 的添加材料，如玻璃或者聚合材料混合。
8. 按照權(quán)利要求1至7的任一項所述的結(jié)構(gòu)部件，其特征在于，陶 瓷體(2)上的金屬化部(5、 6)由至少一個層構(gòu)成；這個層是在使用 DCB方法(直接銅熔接)，或者AMB方法(活性金屬釬焊)，或者絲網(wǎng)印刷方法，或者電解方法，或者化學(xué)沉積，或者蒸鍍方法，或者借助 粘接或者粘貼，或者這些方法的組合施加到對置的和/或相鄰的面上的體 的表面上。
9. 按照權(quán)利要求1至8的任一項所述的結(jié)構(gòu)部件，其特征在于，金 屬化部(5、 6)作為金屬體，部分表面，或者全表面，或者部分地，或地，i者以這些形式^組合覆蓋陶t:體(2卩的:面(3、 4)口。''
10. 按照權(quán)利要求1至9的任一項所述的結(jié)構(gòu)部件，其特征在于， 金屬化部(5、 6)具有大于20N/cm的附著強(qiáng)度。
11. 按照權(quán)利要求1至10的任一項所述的結(jié)構(gòu)部件，其特征在于， 金屬化部(5、 6)的所述至少一個層的厚度為《2毫米。
12. 按照權(quán)利要求1至11的任一項所述的結(jié)構(gòu)部件，其特征在于， 具有在至少一個表面(3、 4)上的至少一個金屬化部(5、 6)的結(jié)構(gòu)部 件(1)的彎曲斷裂強(qiáng)度大于550 MPa。
13. 按照權(quán)利要求1至12的任一項所述的結(jié)構(gòu)部件，其特征在于， 在陶瓷體(2)的至少一個金屬化部(5)上施加至少一個另外的金屬化 部(6)，其部分表面或者全表面地覆蓋它的表面。
14. 按照權(quán)利要求1至13的任一項所述的結(jié)構(gòu)部件，其特征在于， 所述至少一個金屬化部(5、 6)具有100 W/mK的最小導(dǎo)熱性。
15. 按照權(quán)利要求1至14的任一項所述的結(jié)構(gòu)部件，其特征在于， 在陶瓷體(2)的所述至少一個金屬化部(5、 6)上安裝至少一個主動 的或者被動的電子部件(8)。
16. 按照權(quán)利要求1至15的任一項所述的結(jié)構(gòu)部件，其特征在于， 在陶瓷體(2)上的所述至少一個金屬化部(5、 6)上安裝至少一個主 動的或者被動的電子部件(8),該電子部件通過釬焊連接，和/或粘接 連接(9)在至少一個部位上和所述至少一個施加在陶瓷體(2)上的金 屬化部(5)電和/或熱連接。
17. 按照權(quán)利要求1至16的任一項所述的結(jié)構(gòu)部件，其特征在于， 設(shè)置冷卻肋(7)的陶瓷體(2)作為散熱件。
全文摘要
在具有板形金屬化的陶瓷體中，特別是當(dāng)該陶瓷體兩個側(cè)面被金屬化時要排出在運行中出現(xiàn)的熱量是困難的。根據(jù)本發(fā)明建議一種具有陶瓷體(2)的結(jié)構(gòu)部件。這個陶瓷體在至少一個區(qū)域中在它的表面(3、4)上用一個金屬化(5、6)覆蓋，并且其中，陶瓷體(2)為空間設(shè)計(7)。
文檔編號C04B37/02GK101687718SQ200880021678
公開日2010年3月31日 申請日期2008年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月24日
發(fā)明者C·P·克盧格 申請人:陶瓷技術(shù)股份公司