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(gè)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(gè)陶瓷基質(zhì)由一個(gè)陶瓷層構(gòu)成。這個(gè)陶瓷層在至少一個(gè)表面?zhèn)壬暇哂幸粋€(gè)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(shí)，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(yùn)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(gè)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(jì)而是 一 個(gè)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(gè)物體上。但是整個(gè)物體是整件的，也就是說，它不是由單個(gè)部件組裝成的。若例如當(dāng)另一些板垂直立在一個(gè)板上則產(chǎn)生一個(gè)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(gè)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(dú)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(gè)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(shí)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(shí)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(dú)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(gè)層或者多個(gè)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(gè)金屬化的面的至少一個(gè)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(gè)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(gè)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(shí)良好的排熱能力。
具有在至少 一個(gè)表面上的至少 一個(gè)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(shí)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(jì)為散熱件。所謂散熱件可以理解為這樣的一個(gè)物體，即這個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)實(shí)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(gè)結(jié)構(gòu)部件1。它具有一個(gè)陶瓷體2。根據(jù)本發(fā)明這個(gè)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(jì)的，即它們分別具有一個(gè)不同大小的表面。該陶瓷體是空間構(gòu)造的。在本實(shí)施例中結(jié)構(gòu)部件1的上側(cè)面3具有一個(gè)平的表面。在這個(gè)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(gè)電路支承體。在陶瓷體2的上側(cè)面3上的至少一個(gè)金屬化部5上施加有至少一個(gè)另外的金屬化部6。在本情況中這個(gè)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(shí)施例中陶瓷體2為E形。該體是一個(gè)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(gè)芯片8固定在一個(gè)金屬化的區(qū)域5上。通過導(dǎo)線]O,芯片和一個(gè)金屬化區(qū)域5連接。這個(gè)芯片8是一個(gè)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(gè)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(gè)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(dú)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(xiàng)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(xiàng)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(xiàng)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(dú)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(xiàng)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(xiàng)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(gè)層構(gòu)成；這個(gè)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(xiàng)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(xiàng)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(xiàng)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(gè)層的厚度為《2毫米。
12. 按照權(quán)利要求1至11的任一項(xiàng)所述的結(jié)構(gòu)部件，其特征在于， 具有在至少一個(gè)表面(3、 4)上的至少一個(gè)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(xiàng)所述的結(jié)構(gòu)部件，其特征在于， 在陶瓷體(2)的至少一個(gè)金屬化部(5)上施加至少一個(gè)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(xiàng)所述的結(jié)構(gòu)部件，其特征在于， 所述至少一個(gè)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(xiàng)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(gè)金屬化部(5、 6)上安裝至少一個(gè)主動(dòng) 的或者被動(dòng)的電子部件(8)。
16. 按照權(quán)利要求1至15的任一項(xiàng)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(gè)金屬化部(5、 6)上安裝至少一個(gè)主 動(dòng)的或者被動(dòng)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(gè)部位上和所述至少一個(gè)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(xiàng)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(gè)側(cè)面被金屬化時(shí)要排出在運(yùn)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(gè)陶瓷體在至少一個(gè)區(qū)域中在它的表面(3、4)上用一個(gè)金屬化(5、6)覆蓋，并且其中，陶瓷體(2)為空間設(shè)計(jì)(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