制造电路载体和连接电导体与电路载体的金属化层的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于制造电路载体和用于将电导体与电路载体的金属化层连接的方法。
【背景技术】
[0002]为了制造功率半导体模块通常将衬底用作为电路载体，所述衬底具有例如由陶瓷构成的电绝缘层，所述电绝缘层设有金属化层。金属化层用于安装和互连电器件。为了将例如电连接线路或其他导体与金属化层导电地连接，通常使用超声波焊接法。在此，导体通过超声波发生器被挤压向金属化层并且借助于超声波相对于金属化层置于振动中。这两个焊接伙伴的相对运动结合起作用的挤压力引起十分稳固并且温度变化稳定的导电连接的构造。
[0003]由于所需要的高的挤压力，当然存在如下危险:绝缘层被损坏并且其绝缘强度受损。该问题随着要焊接的导体的横截面增加而上升，因为更高的导体横截面需要更高的挤压力。因为绝缘层不应当被损坏，所以超声波焊接中的工艺参数通常必须在对于最佳的超声波焊接结果而期望的参数空间之外来选择。
【发明内容】
[0004]本发明的任务在于:提供一种用于制造电路载体的方法，所述电路载体具有金属化层和电绝缘层并且具有高的导体横截面的导体能够通过超声波焊接在没有损坏电绝缘层的情况下与该电路载体的金属化层连接。本发明的另一任务在于，提供一种方法，借助所述方法也能够通过超声波焊接将具有高的导体横截面的导体与电路载体的金属化层连接，而在此没有损坏电路载体的电绝缘层。
[0005]所述任务通过根据专利权利要求1的用于制造电路载体的方法或通过根据专利权利要求15的用于将电导体与电路载体的金属化层连接的方法来解决。
[0006]为了制造电路载体而提供电绝缘的载体以及第一金属薄膜和硬化材料。电绝缘的载体具有上侧，以及与上侧相对的下侧。此外，产生上部的金属化层，所述金属化层布置在上侧上并且具有硬化地带。硬化地带的至少一个区段通过硬化材料的至少一部分扩散到第一金属薄膜中产生。
[0007]为了将电导体与电路载体的金属化层连接而提供电路载体，所述电路载体具有带有上侧和与上侧相对的下侧的电绝缘的载体；以及上部的金属化层，所述金属化层布置在上侧上并且所述金属化层具有带有第一硬度的硬化地带；以及与硬化地带不同的地带，所述地带具有第二硬度，所述第二硬度小于第一硬度。在此，硬化地带具有连续的区段。在上部的金属化层的背离电绝缘的载体的侧上确定连接部位。连接部位的位置被选择成，使得硬化地带布置在连接部位和电绝缘的载体之间。在连接部位上通过超声波焊接在上部的金属化层和导体之间建立导电的、材料配合的连接。
[0008]就本说明书而言，只要不另作说明，关于材料硬度的说明涉及根据DIN ΕΝ ISO14577的测量(“金属材料-用于确定硬度和其他材料参数的仪器渗透检查”)，更确切地说与利用具有贝尔科维奇针的纳米压头和20秒的检查持续时间的情况下的检查参数“直至9mN的最大力的力受控的实验”相结合。
【附图说明】
[0009]下面，根据实施例参考附图阐述本发明。其中:
图1A至1C示出用于制造电路载体的方法的不同步骤。
[0010]图2示出通过超声波焊接制造根据图1C的电路载体的上部的金属化层和电导体之间的导电连接。
[0011]图3A至3C示出用于制造电路载体的另外的方法的不同步骤。
[0012]图4示出通过超声波焊接制造根据图3C的电路载体的上部的金属化层和电导体之间的导电连接。
[0013]图5A至5C示出用于制造电路载体的方法的不同步骤。
[0014]图6示出通过超声波焊接制造根据图5C的电路载体的上部的金属化层和电导体之间的导电连接。
[0015]图7A至7B示出用于制造电路载体的方法的不同步骤，所述电路载体的硬化地带具有至少两个彼此隔开的分别连续的区段。
[0016]图8A至8B示出用于制造电路载体的另外的方法的不同步骤，所述电路载体的硬化地带具有至少两个彼此隔开的分别连续的区段。
[0017]图9示出具有上部的金属化层的电路载体的俯视图，所述金属化层具有硬化地带。
[0018]只要不另作说明，在附图中，相同的附图标记就表示相同的或起相同作用的元件。
【具体实施方式】
[0019]图1A示出具有电绝缘的载体1的装置。载体1具有上侧It以及与上侧It相对的下侧lb并且具有厚度dl。厚度dl原则上能够任意地选择，该厚度例如能够为至少0.2mm和/或至多2_。可选地，载体1能够被构造为平面的、薄层，当然其原则上能够任意地成形。
[0020]载体1例如能够被构造为陶瓷。所述载体例如能够具有下述陶瓷材料中的一种或组合或者由下述陶瓷材料中的一种或组合构成:氧化铝(A1203);氮化铝(A1N);氧化铍(BeO);氧化错(Zr02);氧化乾(Y203);氧化IWCaO);氧化镁(MgO);碳化硼(B4C);氮化娃(Si3N4);氮化硼(BN);金刚石；作为金刚石的其他的碳改性物。
[0021]可选地，载体1能够全部由陶瓷构成，其中玻璃就本发明而言不视作为陶瓷。载体1能够具有至少90重量％ (重量百分比)的陶瓷含量。
[0022]将第一金属薄膜21施加到上侧It上并且材料配合地与载体1连接。在此，第一金属薄膜21能够如所示出那样直接地邻接于上侧lt，但是在载体1和第一金属薄膜21之间也能够存在一个或多个金属的或非金属的中间层。
[0023]如在全部设计方案中，可选地能够将下部的金属化层4施加到下侧lb上并且材料配合地与载体1连接。下部的金属化层4能够如所示出那样直接地邻接于下侧lb。但是在载体1和下部的金属化层4之间也能够存在一个或多个金属的或非金属的中间层。
[0024]就本说明书而言，只要不另作说明，关于材料硬度的说明涉及根据DIN ΕΝ ISO14577的测量(“金属材料-用于确定硬度和其他材料参数的仪器渗透检查”)，更确切地说与利用具有贝尔科维奇针的纳米压头和20秒的检查持续时间的情况下的检查参数“直至9mN的最大力的力受控的实验”相结合。
[0025]第一金属薄膜21具有第一硬度H21。为了至少局部地提高第一金属薄膜21的硬度H21，硬化材料20被施加到第一金属薄膜21的背离载体1的侧上并且在退火步骤期间完全地或至少部分地扩散到第一金属薄膜21中，在所述退火步骤中第一金属薄膜21和硬化材料20被加热到至少350°C的温度上。温度在此选择得比第一金属薄膜21的熔化点低。因此，硬化材料20与第一金属薄膜21的材料相协调，使得在第一金属薄膜21中如在图1B的结果中示出那样至少局部地形成硬化地带25的构造，所述硬化地带具有高于第一金属薄膜21的初始硬度H21的硬度H25。硬化地带25的形成基于由硬化材料20的扩散决定的沉淀硬化。可选地，硬度H25能够比原始硬度H21大至少10%。
[0026]例如下述物质中的一种或多种对于待硬化的金属薄膜、例如由铜构成的第一金属薄膜21适合作为硬化材料20:铍(Be)、银(Ag)、锰(Mn)、铁(Fe)、磷(P)、锌(Zn)、镍(Ni)、锡(Sn)、铝(A1)、锆(Zr)、铬(Cr)。
[0027]此外，例如下述物质中的一种或多种对于待硬化的金属薄膜、例如由铝构成的第一金属薄膜21适合作为硬化材料20:铜(Cu)、锌(Zn)、镁(Mg)、硅(Si )、锰(Μη)。
[0028]硬化地带25无论如何都引起第一金属薄膜21的机械稳定性提高，由此机械保护载体1的位于硬化地带25之下的区段11。如果现在通过超声波焊接将电导体在硬化地带25之上焊接到第一金属薄膜21上，那么能够将用于超声波焊接的工艺参数(例如挤压力，超声波发生器借助所述挤压力将电导体相对于上部的金属化层2挤压)选择成，使得所实现的超声波焊接结果(即焊接连接的强度)比在除了没有硬化地带25之外相同的常规的装置中更好。
[0029]以该方式制造的电路载体10已经能够用于安装一个或多个有源的和/或无源的电子器件。直接在制造具有硬化地带25的上部的金属化层2之后，电路载体10能够完全地是未装配的，特别是该电路载体能够不利用有源和/或无源的电子构件来装配，而是此后才利用所述有源和/或无源的电子构件装配。
[0030]可选地，在上部的金属化层2被装配之前(图1Β和1C)，该上部的金属化部2能够被结构化成带状导线和/或安装面51、52、53、54，这例如在图1C中示出。结构化能够以任意的方式进行，例如通过刻蚀或铣削或激光加工。
[0031]如同样从图1C中得知，硬化地带25能够具有一个或多个连续的区段250。
[0032]如在图2中以根