專利名稱：具有一種金屬化陶瓷體的構(gòu)件的制作方法
具有 一種金屬化陶覺體的構(gòu)件
本發(fā)明涉及一種具有陶乾體的構(gòu)件，其在它的表面的至少一個位置 上覆蓋有金屬化部，還涉及一種制造這樣的構(gòu)件的方法。
在DE196 03 822 C2中說明了 一種用來制造具有至少一層鋁氮化物 陶乾的陶瓷基質(zhì)的方法以及按此方法制成的陶瓷基質(zhì)。為了提高金屬化 部的耐久性制造一種鋁氧化物的輔助-或者中間層，為此設(shè)計用于金屬化 部的表面?zhèn)仍O(shè)置有一層銅或者銅氧化物或者其他的含銅化合物，并接著 在一個含氧的氣氛中進行熱處理。
在具有一種陶瓷體的構(gòu)件中，可能出現(xiàn)金屬涂層的耐久性和附著強 度方面的問題，這種陶瓷體在其表面的至少 一個位置上覆蓋有金屬化 部。
本發(fā)明的任務(wù)在于提出一種具有陶瓷體的構(gòu)件，這陶瓷體在其表 面的至少一個位置上覆蓋有金屬化部并且設(shè)計成板狀或者有空間結(jié)構(gòu)， 以及提出 一種用于制造這樣的構(gòu)件的方法，在這方法中金屬化部的附著
特別好。
此任務(wù)用一個具有權(quán)利要求1所述特征的構(gòu)件并按照方法借助于權(quán) 利要求19所迷的特征來解決。本發(fā)明的有利的設(shè)計方案在從屬權(quán)利要 求中加以介紹。
按照本發(fā)明的構(gòu)件由一個陶瓷體組成，其在其表面的至少一個位置 上覆蓋有金屬化部。陶瓷體設(shè)計成板狀或者有空間結(jié)構(gòu)。它例如可以具 有E-型。例如散熱器具有一種這樣的形狀u
所謂散熱器就是一種裝有電的或者電子的結(jié)構(gòu)元件或者線路的物 體，其形狀使它能夠排出在結(jié)構(gòu)元件或者線路里所產(chǎn)生的熱量，從而不 產(chǎn)生熱量的聚集，這種熱量聚集會損壞結(jié)構(gòu)元件或者線路。支承物體是
好的導熱性。這樣一種物體的理想材料是;甸瓷。"、 '
這物體是整體的并且具有排出和輸入熱量的元件，用來保護電子結(jié) 構(gòu)元件或者線路。支承物體優(yōu)選是一種線路板，這些元件是孔、通道、 筋板和Z或凹槽，它們都可以施加上加熱-或冷卻介質(zhì)。介質(zhì)可以是液體 或者氣體狀的。支承物體和/或冷卻元件優(yōu)選由至少一種陶瓷部件或者一
7種不同陶瓷材料的復合件組成。
陶瓷材料作為主要成分含有50.1 — 100重量％的Zr02/Hf02或者 50.1 — 100重量％的八1203或者50.1 — 100重量％的AIN或者50.1 — 100 重量％的S^N4或者50.1 — 100重量％的BeO, 50.1 — 100重量％的SiC, 或者在規(guī)定的份額范圍內(nèi)以任意的組合的至少兩種主要成分的組合物； 以及作為次要成分，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。主要成分和 次要成分，去除《3重量％的雜質(zhì)的份額，可以任意組合地相互組合成 100重量％的總組成。
金屬化部例如可以由鴒，銀，金，銅，柏，4巴，鎳，鋁，或者鋼， 以純的或者技術(shù)工程的質(zhì)量，或者由至少兩種不同金屬的混合物組成。 金屬化部例如也可以附帶地或者單獨地由反應(yīng)焊料，軟焊料或者硬悍料 組成。
為了使金屬化部良好地附著在構(gòu)件的陶瓷體上，將陶瓷體表面上的 材料全表面地或者部分表面地，通過化學的或者物理的過程，化學和/ 或結(jié)晶學和/或物理地，具有或者沒有添加適合的反應(yīng)材料而發(fā)生變化。 因此在陶資體上在處理過的位置上就形成至少一個與陶瓷體連接的，致 密的或者多孔的層，其厚度相同或者不同，且至少為0.001納米，這層 由至少一種均質(zhì)的或者非均質(zhì)的新的材料組成。陶瓷體其余的基本材料 則保持不變。至少 一個金屬化部可以全表面地或者部分表面地與這種新 的材料連接。
反應(yīng)材料主要是金屬，如銅或者銅氧化物在DCB (直接的銅熔接) 方法時或者鈣化合物或者錳氧化物或者氧。在AMB方法(活化金屬釬 焊)時的活化的金屬成分例如是Zn,Sn,Ni,Pd,Ag,Cu,In,Zr,Ti,Ag,Yt,T,N。
通過上面所說的方法，在金屬氧化物陶瓷的表面上至少全表面地或 者部分表面地產(chǎn)生一種新的材料。形成了一種金屬間的相的層，借助于 此可以使金屬化部施加在陶瓷體上，而不會出現(xiàn)氣泡，開裂和其它缺陷， 尤其是在熱負載時。
由新的材料形成的層取決于金屬化部的情況，可以包括有 一 個混合 層，它至少由不同或者相同氧化階段的鋁氧化物或者銅氧化物，或者它 們的固體化學混合物組成。形成的層取決于金屬化部的情況，可以包括有一個中間層，它至少 由不同或者相同氧化階段的鋁氧化物或者銅氧化物，或者它們的固體化 學混合物組成。
也可以是至少 一 個中間層和至少 一 個混合層的組合。 為了產(chǎn)生 一種鋁氧化物的中間層使一種鋁氮化物的陶資體全表面 地或者部分表面地設(shè)置有一個層，它由銅或者銅氧化物或者由其它含有
銅的化合物或者它們的組合物組成，最小厚度0.001納米，并接著在一 個含有氧的氣氛里，在700。C至1380。C之間的溫度中進行處理， 一直 到形成了具有所希望厚度的中間層，這厚度可以在0.05和80微米之間。 中間層至少在其厚度上在一個部分里包含有0.01至80重量％的銅氧化物。
如果用含有氧的氣氛對鋁氮化物進行處理，那么可以同時地使含有 銅氧化物的材料通過氣相而與生成的鋁氧化物反應(yīng)。在含有氧的氣氛中 用一定份額的蒸氣狀銅氧化物進行處理， 一直到形成層厚度0.05至80 微米為止。
中間層，混合層或這些層的組合實現(xiàn)陶瓷材料和金屬化部之間的附 著牢固的連接。特別是就帶有銅的金屬化部而言，安置的銅薄膜的銅氧 化物熔化，并且與形成的層形成無缺陷的，特別耐久的連接。
至少一個層或者中間層或者混合層的組成是均質(zhì)的或者分級的，而 且至少一種分級指向一個或幾個方向。在一種分級的層里鋁氧化物的濃 度向著陶瓷體的鋁氮化物升高，或者不同或者相同氧化階段的銅氧化物 份額與鋁氧化物的混合相的濃度向著鋁氧化物層減小。因此可以使中間
層或混合層的組成與設(shè)計的金屬化部協(xié)調(diào)。
在金屬化部上可以全表面地或者部分表面地至少施加另一種相同 或不同的金屬化部，例如用來制成與電子構(gòu)件的釬焊連接。
在對陶瓷體表面進行處理之后，可以在其中至少 一個所產(chǎn)生的中間 層上在應(yīng)用一種氧化的金屬-或銅薄膜的情況下，借助于DCB方法全表 面地或者部分表面地將一個金屬-或銅層固定住。
在對陶瓷體表面進行處理之后，可以在其中至少 一個所產(chǎn)生的中間 層上應(yīng)用一種優(yōu)選由銅，鋁或者鋼組成的金屬薄膜，借助于AMB方法 全表面地或者部分表面地將一個金屬化部固定住。
至少一種相同的或不同的DCB基質(zhì)和/或基于DCB的線路，或者至少一種相同的或不同的AMB基質(zhì)和/或基于AMB的線路，或者至少一
種基于基質(zhì)的線路或者線路板或者有源的和/或無源的元器件和/或至少
一種傳感元件可以與至少一種金屬化部連接。
按照實施例對本發(fā)明進行詳細的說明。附圖所示為


圖1 一種按本發(fā)明的構(gòu)件，它按照DCB方法進行了金屬化，具有
一個電子構(gòu)件；
圖2—種按本發(fā)明的構(gòu)件，它按照AMB方法進行了金屬化，具有 一個電子構(gòu)件。
圖1中的構(gòu)件有一個鋁氮化物組成的陶瓷體2,它有空間構(gòu)造，呈 E形。在本實施例中物體2是一個散熱器。陶瓷體2的上側(cè)3和下側(cè)4 分別具有一個不同大小的表面。下側(cè)4具有冷卻筋板5。構(gòu)件1的上側(cè) 3在本實施例中具有一個平的表面。在上側(cè)3上以及在外冷卻筋板5的 腿上有金屬化的部位6,在這些部位上例如可以釬焊上電子構(gòu)件。
通過按照本發(fā)明的方法，在金屬化的陶瓷體2的位置6上首先形成 一個由鋁氧化物組成的中間層7,它通過其它的層， 一個混合層與金屬 化部連接起來。在本實施例中按照DCB方法進行金屬化。金屬化部8 是一種具有一個銅氧化物層9的銅薄膜，它通過一個層10與中間層連 接。在層10中有銅氧化物和鋁氧化物的份額。
陶瓷體2的上側(cè)3是一個線路載體。在上側(cè)3上的金屬化部8上固 定了一個電子構(gòu)件，例如一個芯片11,借助于釬焊連接12固定。通過 導線13它與另一個金屬化部位6連接。該芯片ll是一種熱源，其熱量 通過冷卻筋板7排出。
圖2中的構(gòu)件1有一個陶瓷體2，它與由圖17>開的一致。 一致的 特征因此采用相同的附圖標記。陶瓷體例如可以由鋁氧化物，鋁氮化物， 硅氮化物，鋯氧化物或者碳化物組成。它有空間構(gòu)造，并呈E-形。在本 實施例中體2同樣也是一個散熱器。陶瓷體2的上側(cè)3和下側(cè)4分別具 有不同大小的表面。下側(cè)4具有冷卻筋板5。構(gòu)件1的上側(cè)3在本實施 例中具有一個平的表面。在上側(cè)3上以及在外冷卻筋板5的腳上有金屬 化的部位6,在這些部位上例如可以4f焊上電子構(gòu)件。
在本實施例中借助于AMB方法進行金屬化。在兩個要連接的部分， 即陶瓷體2和例如由銅，鋁或者鋼組成的作為金屬化部15的金屬薄膜 之間，填充一種金屬的填充材料作為焊料，這焊料含有活性的金屬添加劑，它們可以與陶瓷體2的表面直接反應(yīng)。金屬填充材料的合金作為活 性的金屬成分例如含有Zn,Sn,Ni,Pd,Ag,Cu,In,Zr,Ti,Ag，Yt，T,N。其余的則 由其它合金成分構(gòu)成。這些合金優(yōu)選以膏狀施加在陶瓷體的表面上。硬 釬焊(Brazing)優(yōu)選在真空中或者在一種由氦氣和氬氣組成的惰性氣體 氣氛中進4亍。
在硬釬焊時融化的金屬填充材料，即焊料16,與陶瓷體2的陶瓷材 料形成一種連接，即一個層17,在其中陶瓷材料已經(jīng)有了改變。 通過這層17,金屬化部15與陶瓷體2連接。
陶瓷體2的上側(cè)3是一個線路載體。在上側(cè)3上的金屬化部15上， 借助于釬焊連接12固定了一個電子構(gòu)件，例如芯片11。它通過導線13 與另一個金屬化部位6連接。該芯片ll是一種熱源，其熱量通過冷卻 筋板5被排出。
權(quán)利要求
1.具有陶瓷體的構(gòu)件，其在其表面的至少一個位置上覆蓋有金屬化部，其特征在于，這陶瓷體設(shè)計成板狀或者空間結(jié)構(gòu)；陶瓷體表面上的材料全表面地或者部分表面地，通過化學的或者物理的過程，化學和/或結(jié)晶學和/或物理地，具有或者沒有添加適合的反應(yīng)材料而發(fā)生變化，并且形成至少一個與陶瓷體連接的，致密的或者多孔的層，其厚度相同或者不同，且至少為0.001納米，這層由至少一種均質(zhì)的或者非均質(zhì)的新的材料組成，這種新的材料全表面地或者部分表面地與至少一個金屬化部連接起來，而陶瓷體其余的基本材料則保持不變。
2. 按權(quán)利要求1所迷的構(gòu)件1,其特征在于，陶瓷材料作為主要成 分含有50.1 — 100重量％的Zr(VHf02或者50.1 — 100重量％的A1203或 者50.1 — 100重量％的AIN或者50.1 — 100重量％的Si3N4或者50.1 — 100 重量％的BeO， 50.1 — 100重量％的SiC,或者主要成分其中的至少兩種 以任意的組合在規(guī)定的份額范圍內(nèi)的組合物；以及作為次要成分，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Z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；而且主要成 分和次要成分，去除《3重量％的雜質(zhì)的份額，可以任意組合地相互組 合成100重量％的總組成。
3. 按權(quán)利要求1或2所述的構(gòu)件，其特征在于，金屬化部例如可以 由鴒，銀，金，銅，柏，把，鎳，鋁，或者鋼，以純的或者技術(shù)工程的 質(zhì)量，或者由至少兩種不同金屬的混合物，或者附帶地或者單獨地由反 應(yīng)焊料，軟焊料或者硬焊料組成。
4. 按上迷權(quán)利要求之一所述的構(gòu)件，其特征在于，用于形成由新的 材料組成的層的反應(yīng)材料是鈣化合物或者錳氧化物或者氧。
5. 按上迷權(quán)利要求之一所述的構(gòu)件，其特征在于，在DCB方法時 用于形成由新的材料組成的層的反應(yīng)材料主要是金屬，如銅或者銅氧化 物。
6. 按上迷權(quán)利要求之一所述的構(gòu)件，其特征在于，在AMB方法時， 用于形成由新的材料組成的層的反應(yīng)材料主要是活性的金屬成分 Zn,Sn,Ni,Pd,Ag,Cu,In,Zr,Ti,Ag,Yt,T,N。
7. 按上迷權(quán)利要求之一所述的構(gòu)件，其特征在于，由新的材料形成的層包括有混合層，它至少由不同或者相同氧化階段的鋁氧化物或者銅 氧化物，或者它們的固體化學混合物組成。
8. 按上述權(quán)利要求之一所述的構(gòu)件，其特征在于，由新的材料形成 的層包括有中間層，它至少由不同或者相同氧化階段的鋁氧化物或者銅 氧化物，或者它們的固體化學混合物組成。
9. 按上述權(quán)利要求之一所述的構(gòu)件，其特征在于，為了產(chǎn)生鋁氧化 物的中間層，陶乾體的面設(shè)置有層，該層由銅或者銅氧化物或者由其它 含有銅的化合物或者它們的組合組成，且最小厚度為0.001納米。
10. 按上述權(quán)利要求之一所述的構(gòu)件，其特征在于，中間層的層厚 在0.05禾口 80樣i米之間。
11. 按上述權(quán)利要求之一所述的構(gòu)件，其特征在于，在中間層中， 至少在其厚度上在一個部分里，銅氧化物的成是0.01至80重量％。
12. 按上述權(quán)利要求之一所述的構(gòu)件，其特征在于，存在至少一個 中間層和至少 一個混合層的組合。
13. 按上述權(quán)利要求之一所述的構(gòu)件，其特征在于，至少一個層或 者中間層或者混合層的組成是均質(zhì)的或者分級的，而且至少一種分級指 向一個或多個方向。
14. 按上述權(quán)利要求之一所述的構(gòu)件，其特征在于，在一種分級的 層里鋁氧化物的濃度向著陶瓷體的鋁氮化物升高。
15. 按上述權(quán)利要求之一所述的構(gòu)件，其特征在于，不同或者相同 氧化階段的銅氧化物份額與鋁氧化物的混合相的濃度向著鋁氧化物層 而減小。
16. 按上述權(quán)利要求之一所述的構(gòu)件，其特征在于，在金屬化部上 全表面地或者部分表面地施加至少一種另外的相同或不同的金屬化部.
17. 按上述權(quán)利要求之一所述的構(gòu)件，其特征在于，至少一個相同 的或不同的DCB基質(zhì)和/或基于DCB的線路，或者至少一個相同的或不 同的AMB基質(zhì)和/或基于AMB的線路，或者至少一個基于基質(zhì)的線路 或者線路板或者有源的和/或無源的元器件和/或至少一種傳感元件與至 少一個金屬化部連接。
18. 按上述權(quán)利要求之一所述的構(gòu)件，其特征在于，陶瓷體是陶瓷 散熱器。
19. 用于制造尤其是按照權(quán)利要求1至18中之一所述的具有陶瓷體的構(gòu)件的方法，其在其表面的至少一個位置上覆蓋有金屬化部，其特征在于，這陶瓷體設(shè)計成板狀或者空間結(jié)構(gòu)；陶瓷體表面上的材料全表面 地或者部分表面地，通過化學的或者物理的過程，化學地和/或結(jié)晶學地 和/或物理地，具有或者沒有添加適合的反應(yīng)材料而發(fā)生變化，并且因此 形成至少 一 個與陶瓷體連接的，致密的或者多孔的層，其厚度相同或者 不同，且至少為0.01納米，這層由至少一種均質(zhì)的或者非均質(zhì)的新的材 料組成；這種新的材料全表面地或者部分表面地與至少一個金屬化部連 接起來，而陶資體其余的基本材料則保持不變。
20. 按權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，陶瓷材料由主要成分， 即50.1 — 100重量％的Zr02/Hf02或者50.1 — 100重量％的A1203或者 50.1 — 100重量％的AIN或者50.1 — 100重量％的SigN4或者50.1 — 100 重量％的BeO, 50.1 — 100重量％的SiC，或者以任意的組合在規(guī)定的份 額范圍內(nèi)的主要成分中的至少兩種的組合，以及由以在至少一種氧化階 段里的和/或化合物里的元素Ca,Sr,Si,Mg,B,Y,Sc，Ce,Cu,Zn,Pb構(gòu)成的至 少一種次要成分組成，所述元素的氧化物和/或化合物單獨或者按規(guī)定份 額范圍以^^意組合地具有《49.9重量％的^^額；而且主要成分和次要成 分，去除《3重量％雜質(zhì)的份額，以任意組合地相互組合成100重量％ 的總組成。
21. 按權(quán)利要求19或20所述的方法，其特征在于，構(gòu)件的陶瓷體 的金屬化部優(yōu)選用鎢，銀，金，銅，柏，釔，鎳，鋁，或者鋼，以純的 或者技術(shù)工程的質(zhì)量，或者由至少兩種不同金屬的混合物，或者附帶地 或者單獨地由反應(yīng)焊料，軟焊料或者硬焊料來實現(xiàn)。
22. 按上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，鈣化合物或者 錳氧化物或者氧用作用于形成由新的材料組成的層的反應(yīng)材料。
23. 按上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，主要是金屬， 如銅或者銅氧化物，在DCB方法時用作用于形成由新的材料組成的層 的反應(yīng)材料。
24. 按上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，主要是活化的 金屬成分Zn, Sn, Ni, Pd， Ag, Cu, In, Zr， Ti, Ag， Yt, T, N在AMB方法時' 用作用于形成由新的材料組成的層的反應(yīng)材料。
25. 按上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，由新的材料形 成的層包括有混合層，它至少由不同或者相同氧化階段的鋁氧化物或者銅氧化物，或者它們的固體化學混合物組成。
26. 按上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，由新的材料形 成的層包括有中間層，它至少由不同或者相同氧化階段的鋁氧化物或者 銅氧化物，或者它們的固體化學混合物組成。
27. 按上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，由至少一個中 間層和至少 一 個混合層形成組合。
28. 按上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在鋁氮化物組 成的陶瓷體的表面上，至少全表面或者部分表面地產(chǎn)生至少一個由鋁氧 化物組成的中間層，為此這些面設(shè)置有層，該層由銅或者銅氧化物或者 由其它含有銅的化合物或者它們的組合組成，且最小厚度0.001納米， 并接著在含有氧的氣氛里進行熱處理。
29. 按權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，在700°C至1380°C 之間的溫度時進4t熱處理。
30. 按權(quán)利要求28或29所述的方法，其特征在于，在含有氧的氣 氛里對鋁氮化物進行熱處理， 一直到各中間層的層厚度達到0.05至80 微米為止。
31. 按上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，當鋁氮化物用 含氧的氣氛進行處理時，同時使含有銅氧化物的材料通過氣相與形成的 鋁氧化物起反應(yīng)。
32. 按上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在含氧的氣氛 中用用一比例的蒸氣狀銅氧化物進行處理， 一直到形成鋁氧化物層，其 厚度在0.05和80微米之間。
33. 按上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在中間層中， 至少在其厚度上在一個部分里，銅氧化物的份額達0.01至80重量％。
34. 按上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在對陶瓷體表 面進行處理之后，在至少一個所產(chǎn)生的中間層上在應(yīng)用氧化的金屬-或銅 薄膜的情況下，借助于DCB方法表面地將一個金屬化部固定住。
35. 按上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在對由鋁氮化 物組成的陶瓷體表面進行處理之后，產(chǎn)生至少一個中間層；而且在所述 至少一個中間層上在應(yīng)用DCB方法的情況下施加金屬-或銅層。
36. 按上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在對陶瓷體表 面進行處理之后，在所述至少一個所產(chǎn)生的中間層上在借助于AMB方法應(yīng)用優(yōu)選由銅、鋁、或者鋼組成的金屬薄膜時，表面地將金屬化部固 定住。
37.按上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在對陶瓷體表 面進行處理之后，產(chǎn)生至少一個中間層；而且所述至少一個中間層上， 應(yīng)用AMB方法施加優(yōu)選由銅、鋁、或者鋼組成的金屬薄膜。
全文摘要
在具有陶瓷體的構(gòu)件中可能出現(xiàn)金屬涂層的耐久性和附著強度方面的問題，這種陶瓷體在其表面的至少一個位置上覆蓋有金屬化部。因此按照本發(fā)明建議陶瓷體表面上的材料在金屬化部的位置上，全表面地或者部分表面地，通過化學的或者物理的過程，用化學的和/或結(jié)晶學的和/或物理的方法，具有或者沒有添加適合的反應(yīng)材料而發(fā)生變化，并且至少形成一個與陶瓷體連接的，致密的或者多孔的層，其厚度相同或者不同，至少為0.001納米，這層由至少一種均質(zhì)的或者異質(zhì)的新材料組成。
文檔編號C04B37/02GK101687717SQ200880021667
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