通過厚膜漿料增強的直接覆銅基板的制作方法

本發明涉及具有改善的熱穩定性的金屬-陶瓷基板(substrate)。本發明的另一個目的是提供制造本發明的金屬-陶瓷基板的方法以及厚膜漿料用于提供具有改善的熱穩定性的金屬-陶瓷基板的用途。

背景技術：

對于功率電子器件的應用，例如在混合動力車輛和電動車輛的汽車工業中，所應用的電路必須具有承載高電流的能力和熱循環及電循環下的高耐久性。這要求具有承載極高電流能力的導電材料的結構為例如以銅作為涂覆陶瓷基板的金屬，其還具有良好的散熱性。此外，需要提供銅表面的經由接合線的良好結合能力、良好的可焊性和通過化學鍍層氧化保護的可能性。這些要求可以通過例如使用基于直接覆銅(dcb)技術的金屬-陶瓷基板來實現。

合適的單面或雙面金屬化陶瓷基板通常是已知的。這種金屬-陶瓷基板特別是在電力半導體模塊區域中用作電路載體。這些電路載體在基板的頂側和底側具有銅金屬，其中至少一個金屬化側具有電路結構。通過共晶接合制造這種金屬-陶瓷復合物的方法通常被稱為直接接合工藝(直接覆銅，dcb)并且是本領域技術人員已知的。關于通過接合方法制備金屬化陶瓷基板的方法的相應描述可以在專利文獻us3,744,120、us3,994,430、ep0085914a或de2319854a中找到，其相應的公開通過引用并入本發明中。

除了dcb基板，其它被鋁層金屬化的陶瓷基板也是已知的。為了制造這些金屬-陶瓷基板，需要比dcb方法顯著更低的處理溫度。

然而，金屬化基板的壽命受到基板和金屬的不同熱膨脹系數的限制。由于溫度變化和不同的材料膨脹，在操作中會產生機械張力。這些不同的材料膨脹尤其會導致基板和金屬之間的分層過程。其它缺點包括相對高的浪費和所謂的氣體夾雜物的形成。

為了減小張力，例如從專利de4318241a1中已知，可以在金屬層的邊緣區域中引入結構，通過該結構延遲裂紋的出現。

根據專利de102012024063a1，已知一種用于制造金屬化陶瓷基板的方法，其中銅層不是直接施加到陶瓷基板上，而是在銅層和陶瓷基板之間設置鋁-鎂層或鋁-硅層。在dcb方法中結合溫度通常在1000-1100℃之間，而這種鋁和鎂或鋁和硅的附加層能夠將結合溫度降低到600-700℃的范圍，由此所得的金屬陶瓷基板的穩定性得到改善。

us2005/0051253a公開了直接涂覆有若干金屬導電涂層的陶瓷基板。在這些金屬涂層之間印刷陶瓷漿料從而填充金屬導電涂層之間的間隙。在本文中不使用陶瓷漿料來增強系統的端部機械穩定性。

us2004/0163555a公開了具有金屬導電涂層的陶瓷基板，其中陶瓷漿料填充在金屬導電涂層之間的間隙中。相應的陶瓷漿料通過將陶瓷粉末(例如介電陶瓷、磁性陶瓷、玻璃、玻璃陶瓷的粉末或其它合適的陶瓷粉末)與有機載體混合而獲得。沒有提供關于陶瓷漿料的具體組成的其他信息。

然而，用于制造熱張力或機械張力減小的金屬-陶瓷基板的已知方法在其可行性和作用方式方面仍不令人滿意。此外，在操作期間仍存在基板和金屬分層的問題。

技術實現要素：

因此，本發明的目的是提供一種具有改善的熱穩定性的金屬-陶瓷基板。本發明的另一個目的是降低在操作期間基板和金屬之間分層的風險。尤其是對于dcb技術、dab技術或amb技術(dcb＝直接覆銅；dab＝直接覆鋁；amb＝活性金屬釬焊)的金屬陶瓷系統而言，這些目的應得以實現。此外，本文所述的技術還涉及金屬-陶瓷基板，其中在陶瓷基板和金屬箔之間提供厚膜漿料。這種金屬-陶瓷基板在先前的但未公開的歐洲專利申請ep15201817.2(標題為“thick-filmpastemediatedceramicsbondedwithmetalormetalhybridfoils(厚膜漿料居間的與金屬箔或金屬混合物箔結合的陶瓷)”)中有記載。

本發明的目的通過金屬-陶瓷基板實現，所述金屬-陶瓷基板包括：

a.陶瓷基板，

b.金屬涂層，其設置在所述陶瓷基板的至少一側。

本發明的金屬-陶瓷基板

本發明的金屬-陶瓷基板的特征在于金屬涂層直接施加到陶瓷基板上并且由烘烤的厚膜層包圍。

根據本發明，我們發現通過使用以特殊方式布置在陶瓷基板的金屬涂層周圍的烘烤的厚膜層可以改善金屬-陶瓷基板的熱穩定性。這樣做可以降低在操作期間金屬和陶瓷基板分層的風險。

根據本發明提供的改善金屬-陶瓷基板的熱穩定性并降低操作期間分層風險的厚膜層通常以厚膜漿料起始制備，將所述厚膜漿料在金屬-陶瓷基板上烘烤。

在下文中，首先詳細描述本發明所使用的厚膜漿料的組成。

厚膜漿料的組成

導電厚膜漿料

在本發明的第一實施方案中，厚膜層由導電厚膜漿料獲得。因此本發明的金屬-陶瓷基板上所得的厚膜層也被設計為導電的。

在該第一實施方案中，本發明使用的厚膜漿料優選包含至少一種金屬、至少一種有機載體和至少一種粘合促進劑和/或玻璃材料。

該厚膜漿料的第一組分，即金屬，在厚膜漿料中的含量通常可以為厚膜漿料總重量的50-90wt％，優選60-90wt％，更優選為70-90wt％，更優選80-90wt％。

在第一實施方案中，厚膜漿料優選包含至少一種金屬組分，其可以選自第11族元素金屬(銅、銀和金)、鋁、鎳和其混合物。

用于厚膜漿料中的金屬可以具有任意粒度、任意顆粒形式，并具有任意堆積密度和導電性。

此外，厚膜漿料可任選地包含粘合促進劑，其可選自例如氧化銅、氧化鈦、氧化鋯、硼樹脂、鋯樹脂、無定形硼、磷酸鋰、氧化鉍、氧化鋁和氧化鋅。厚膜漿料中的粘合促進劑的含量可以為厚膜漿料總量的0.1-8wt％，更優選為1-6wt％，進一步優選為2-5wt％。

所述厚膜漿料的另一任選組分是玻璃材料，玻璃材料的量優選為所述厚膜漿料總量的0.1至8wt％，優選1至6wt％，更優選2至5wt％。

所述厚膜漿料的另一組分包括至少一種有機載體，其含量優選為所述厚膜漿料總量的5-20wt％，更優選5-15wt％。

下面對玻璃材料和有機載體進行了描述。

在第一實施方案背景下特別優選的實施方案中，所述厚膜漿料組合物包含銅作為金屬組分、金屬氧化物作為粘合促進劑、玻璃材料和有機載體。上述和下述的厚膜漿料的所有組分可作為粉末使用。

在第一實施方案背景下另一個特別優選的實施方案中，所述厚膜漿料包含銅作為金屬組分、bi2o3作為粘合促進劑、玻璃材料和有機載體。

在第一實施方案背景下的另一個特別優選的實施方案中，厚膜漿料組合物包含含量為80-90wt％的銅作為金屬組分、含量為1-5wt％的bi2o3作為粘合促進劑、含量為1-5wt％的玻璃材料、含量為5-15wt％的有機載體，各含量均相對于厚膜漿料的總量計。

電絕緣厚膜漿料

在本發明的第二實施方案中，厚膜層由電絕緣厚膜漿料獲得。因此，本發明的金屬-陶瓷基板上所得的厚膜層也被設計為電絕緣的。

由于使用電絕緣的厚膜漿料，相鄰金屬涂層彼此間可以更緊密地設置而不引起金屬層之間短路的風險。

在第二實施方案中，厚膜漿料優選包含至少一種金屬氧化物和/或至少一種玻璃材料、任選的至少一種顏料(例如鋁酸鈷)，以及至少一種有機載體。

顏料用作顏色標記組分，這使最終的厚膜漿料成為可目視檢測的材料，并且在本發明的意義上可以為厚膜漿料提供這種功能的每種顏料都是合適的。

如果在本發明的第二實施方案中使用電絕緣的厚膜漿料，其中使用的金屬氧化物則可以選自al2o3、cuo、cu2o、mno、mn2o3、mno2、zno、teo2、pbo、pb3o4、pbo2、mgo、cao、y2o3和bi2o3。

如果使用根據第二實施方案的厚膜漿料，則厚膜漿料包含金屬氧化物，其含量優選為0-92wt％，更優選0-80wt％，更加優選0.1-70wt％，各含量均相對于厚膜漿料的總量計。

如果使用根據第二實施方案的厚膜漿料，則厚膜漿料包含玻璃材料，其含量優選為0-92wt％，更優選0-80wt％，更加優選0.1-70wt％，更優選10-70wt％，更優選20-70wt％，進一步優選30-70wt％，各含量均相對于厚膜漿料的總量計。

如果使用根據第二實施方案的厚膜漿料，則厚膜漿料包含顏料，其含量優選為2-15wt％，更優選2-10wt％，更加優選3-7wt％，各含量均相對于厚膜漿料的總量計。

如果使用根據第二實施方案的厚膜漿料，則厚膜漿料包含有機載體，其含量優選為8-90wt％，更優選20至80wt％，更優選30至70wt％，各含量均相對于厚膜漿料的總量計。

如果使用根據第二實施方案的厚膜漿料，則所述厚膜漿料的固體含量優選為10-92wt％，更優選為20-80wt％，進一步優選為30-70wt％，各含量均相對于厚膜漿料的總量計。

限定的固體含量是本發明的折衷方案。如果固體含量太高，則可能發生厚膜漿料的密集燒灼(燃燒)。然而，大的固體含量會導致厚膜漿料的可施用性劣化，因此從這些觀點出發特別優選固體含量為厚膜漿料的量的30-70wt％。

根據第一和第二實施方案的厚膜漿料中的有機載體

根據第一和第二實施方案的厚膜漿料優選包含有機載體，其通過烘烤厚膜漿料而蒸發或分解。

有機載體優選作為基于一種或多種溶劑的溶液、乳液或分散體提供，這保證了厚膜漿料的上述組分以溶解、乳化或分散的形式存在。優選使用溶劑。優選的有機載體是保證厚膜漿料組分的穩定性并向厚膜漿料提供使厚膜漿料能夠容易地施加的粘度的那些體系。

優選的有機載體包括：

(1)粘合劑，其含量優選為1-10wt％，更優選2-8wt％，更優選3-7wt％，各含量均相對于有機載體的量計；

(2)表面活性劑，其含量優選為0-10wt％，更優選0-8wt％，甚至更優選0.01-6wt％的量，各含量均相對于有機載體的量計；

(3)添加劑，其含量優選為0-5wt％，更優選0-13wt％的量，更優選5-11wt％，各含量均相對于有機載體的量計；

(4)至少一種溶劑，其加入量使得所述成分(1)至(4)的總量達到有機載體量的100wt％。

有機載體的粘合劑優選使得所得的厚膜漿料具有足夠的穩定性、可施用性和粘度。合適的粘合劑本身是本領域技術人員已知的，并且可以選自例如聚合物粘合劑、單體粘合劑和包括聚合物粘合劑和單體粘合劑的粘合劑體系。

聚合物粘合劑還可以包括共聚物，其中至少兩種不同的單體單元連接形成聚合物。優選的聚合物粘合劑是在主鏈中具有官能團、在側鏈中具有官能團或在主鏈和側鏈中都具有官能團的聚合物粘合劑。在主鏈中具有官能團的聚合物粘合劑優選是例如任選取代的聚酯、任選取代的聚碳酸酯、在主鏈中具有環狀基團的聚合物、任選取代的多糖、任選取代的聚氨酯、任選取代的聚酰胺、任選取代的酚醛樹脂、前述聚合物之一的單體的共聚物(任選地與其它共聚單體形成的共聚物)，或它們中的至少兩種的組合。在主鏈中帶有環狀基團的聚合物優選是例如聚乙烯醇縮丁醛(pvb)及其衍生物、聚萜品醇及其衍生物或其混合物。優選的多糖是例如纖維素及其烷基衍生物，優選甲基纖維素、乙基纖維素、丙基纖維素、丁基纖維素、其衍生物和至少兩種上述多糖的混合物。在側鏈中具有官能團的聚合物優選是例如具有酰胺基團或酸和/或酯基團的聚合物(通常稱為亞克力樹脂)或包含上述官能團的組合的聚合物及其混合物。在側鏈中具有酰胺基團的聚合物優選是例如聚乙烯吡咯烷酮(pvp)及其衍生物。在側鏈中具有酸和/或酯基團的聚合物優選是例如聚丙烯酸及其衍生物、聚甲基丙烯酸酯(pma)及其衍生物和聚(甲基丙烯酸甲酯)(pnaa)及其衍生物，或上述聚合物的混合物。優選的單體粘合劑基于乙二醇單體、萜品醇樹脂、纖維素衍生物或其混合物。優選的基于乙二醇的單體粘合劑是具有醚或酯官能團或具有酯和醚官能團的單體粘合劑，其中優選的醚官能團是甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基和高級烷基醚官能團，優選的酯官能團是乙酸酯或其烷基衍生物，更優選乙二醇單丁基醚單乙酸酯。烷基纖維素優選乙基纖維素和其衍生物，且更優選其與上述粘合劑中其它粘合劑的混合物。

用于有機載體中的表面活性劑優選使得所得的厚膜漿料具有足夠的穩定性、可施用性和粘度。合適的表面活性劑本身是本領域技術人員已知的，并且可以選自例如具有直鏈、支鏈、芳族鏈、含氟化的硅氧烷的鏈或含聚醚的鏈或上述鏈的組合的表面活性劑。優選的表面活性劑以單鏈、雙鏈或多鏈的形式形成。優選的表面活性劑具有非離子、陰離子、陽離子或兩性離子功能。優選的表面活性劑進一步是聚合物表面活性劑或單體表面活性劑或其混合物。優選的表面活性劑具有顏料親和基團，更優選具有攜帶顏料親和基團的羥基官能羧基酯官能團(例如-08，由bykusa,inc.制造)、攜帶顏料親和基團的丙烯酸酯共聚物(例如-116，由bykusa，inc.制造)、攜帶顏料親和基團的改性聚醚(例如dispers655，由evoniktegochemiegmbh制造)。進一步優選的表面活性劑是聚乙二醇及其衍生物、烷基羧酸及其衍生物，或其鹽或其混合物。優選的聚乙二醇衍生物是聚乙二醇乙酸。優選的烷基羧酸是完全飽和的或是具有簡單不飽和基團或多不飽和基團的烷基羧酸及其混合物。具有飽和烷基鏈的羧酸優選是具有8-20個碳原子的烷基鏈長度的羧酸，優選c9h19cooh(癸酸)、c11h23cooh(月桂酸)、c13h27cooh(肉豆蔻酸)、c15h31cooh(棕櫚酸)、c17h35cooh(硬脂酸)及其混合物。具有不飽和烷基鏈的羧酸優選是c18h34o2(油酸)和c18h32o2(亞油酸)。優選的單體表面活性劑是苯并三唑及其衍生物。

有機載體的溶劑優選使得所得的厚膜漿料具有足夠的穩定性、可施用性和粘度。合適的溶劑本身是本領域技術人員已知的，并且是可以通過烘烤從厚膜漿料中大體上除去的那些溶劑。特別地，可通過烘烤除去的溶劑的量為烘烤前的溶劑含量的至少80wt％，更優選至少95wt％。溶劑可以選自例如在標準條件(25℃，100kpa)下沸點高于90℃且熔點低于20℃的溶劑。優選的溶劑是非極性溶劑、質子或非質子溶劑、芳族溶劑或非芳族溶劑。更優選的溶劑是一元醇、二元醇、多元醇、單酯、二酯、聚酯、單醚、二醚、聚醚；具有一個以上的上述官能團并任選地含有另外的官能團(例如環狀基團、芳族基團、不飽和鍵、醇基)的溶劑，其中一個或多個氧原子被雜原子取代；和兩種或更多種上述溶劑的混合物。在組合物中，優選的酯是己二酸與烷基形成的二烷基酯，所述烷基選自甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基和更長的烷基鏈基團或兩個不同烷基的組合，優選二甲基己二酸酯和兩種或更多種己二酸酯的混合物。組合物中優選的醚是二醚、優選乙二醇二烷基醚，其中優選的烷基部分包括甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基和高級烷基，或兩種不同上述烷基的組合以及兩種二醚的混合物。組合物中優選的醇是伯醇、仲醇或叔醇、萜品醇及其衍生物，或兩種或多種醇的混合物。包含多于一種的不同官能團的溶劑優選是2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇、單異丁酸酯(也稱為texanol)及其衍生物、2-(2-乙氧基乙氧基)乙醇(以下稱為卡必醇)和其烷基衍生物(特別是甲基卡必醇、乙基卡必醇、丙基卡必醇、丁基卡必醇、戊基卡必醇和己基卡必醇，更優選己基卡必醇)以及其乙酸酯衍生物(更優選丁基卡必醇乙酸酯)或至少兩種上述溶劑的混合物。

有機載體的添加劑優選使得所得的厚膜漿料具有足夠的穩定性、可施用性和粘度；并且添加劑還不同于上述成分。這些添加劑本身是本領域技術人員已知的。優選的添加劑包括觸變添加劑、粘度調節劑、穩定劑、無機添加劑、增稠劑、乳化劑、分散劑和ph試劑。優選的觸變添加劑是羧酸衍生物，優選脂肪酸衍生物或其組合。優選的脂肪酸衍生物為c9h19cooh(癸酸)、c11h23cooh(月桂酸)、c13h27cooh(肉豆蔻酸)、c15h31cooh(棕櫚酸)、c17h35cooh(硬脂酸)、c18h34o2(油酸)、c18h32o2(亞油酸)或其組合。組合物中優選的脂肪酸是蓖麻油。

根據第一和第二實施方案的厚膜漿料中的玻璃材料

根據第一和第二實施方案的厚膜漿料優選包含玻璃材料。作為玻璃材料的合適組分可以選自pbo、bi2o3、teo2、zno、b2o3、sio2、al2o3、tio2、zro2、k2o、na2o、mgo、fe2o3、cao、cr2o3和li2o。

關于bi2o3，該化合物可以用作粘合促進劑或用于玻璃材料中。

玻璃材料包含例如，

pbo，其含量為玻璃材料的量的0-90wt％，更優選為0.1-80wt％，進一步優選0.1-70wt％；

teo2，其含量為玻璃材料的量的0-90wt％，更優選為0.1-80wt％，進一步優選0.1-70wt％；

bi2o3，其含量為玻璃材料的量的0-90wt％，更優選為0.1-80wt％，進一步優選0.1-70wt％；

zno，其含量為玻璃材料的量的0-5wt％，更優選為0.01-2wt％，進一步優選0.1-1wt％；

b2o3，其含量為玻璃材料的量的0-30wt％，更優選1-20wt％，進一步優選1-15wt％；

sio2，其含量為玻璃材料的量的0-90wt％，更優選10-80wt％，進一步優選20-70wt％；

al2o3，其含量為玻璃材料的量的0-10wt％，更優選0.01-8wt％，進一步優選0.1-5wt％；

tio2，其含量為玻璃材料的量的0-20wt％，更優選0.1-15wt％，進一步優選1-10wt％；

zro2，其含量為玻璃材料的量的0-5wt％，更優選0.01-2wt％，進一步優選0.03-1wt％；

k2o，其含量為玻璃材料的量的0-20wt％，更優選0.1-15wt％，進一步優選1-10wt％；

na2o，其含量為玻璃材料的量的0-10wt％，更優選0.1-7wt％，進一步優選0.1-5wt％；

mgo，其含量為玻璃材料的量的0-5wt％，更優選0.01-2wt％，進一步優選0.1-1wt％；

fe2o3，其含量為玻璃材料的量的0-5wt％，更優選0-2wt％，進一步優選0-1wt％；

cao，其含量為玻璃材料的量的0-30wt％，更優選1-20wt％，進一步優選1-15wt％；

cr2o3，其含量為玻璃材料的量的0-5wt％，更優選0.01-2wt％，進一步優選0.01-1wt％；

li2o，其含量為玻璃材料的量的0-5wt％，更優選0.01-2wt％，甚至更優選0.1-1wt％。

金屬-陶瓷基板

本發明的金屬-陶瓷基板可以是dcb(直接覆銅)基板、dab(直接覆鋁)基板或amb(活性金屬釬焊)基板。此外，本文所述的技術還涉及金屬-陶瓷基板，其中在陶瓷基板和金屬箔之間設置厚膜漿料。這種金屬-陶瓷基板在先前的但未公開的歐洲專利申請ep15201817.2(標題為“thick-filmpastemediatedceramicsbondedwithmetalormetalhybridfoils(厚膜漿料居間的與金屬箔或金屬混合物箔結合的陶瓷)”)中有記載。

本發明的金屬-陶瓷基板中使用的基板可以特別選自al2o3、zta、aln、si3n4和beo。

設置在金屬-陶瓷基板上的導電厚膜層具有優選至少5％，更優選至少7％，更優選至少10％的孔隙率。厚膜層的孔隙率和玻璃材料和/或金屬氧化物的存在使得可以區分厚膜層與施加在陶瓷基板上的金屬涂層，因為施加在陶瓷基板上的金屬涂層的孔隙率通常小于3％，尤其小于2％，進一步尤其小于1％。

厚膜層可以以緊密的方式(例如形狀配合)設置在陶瓷基板的金屬涂層上。

在該方法中，在根據本發明的第一實施方案中，可以以緊密的方式(例如形狀配合)將厚膜層僅設置在陶瓷基板上金屬涂層的一部分的周圍。在替代實施例中，厚膜層以緊密的方式(例如形狀配合)設置在陶瓷基板的整個金屬涂層周圍。

厚膜層還可以設置在金屬涂層周圍并且與基板上的金屬涂層重疊。

如果厚膜層設置在金屬涂層周圍，則厚膜層可以基本上具有與金屬涂層相同的層厚度。或者，所述厚膜層也可具有比金屬涂層明顯更小或更大的層厚度。

附圖說明

圖1(a)至圖3(b)中示出各個實施方案，這些圖中的編號表示如下：

1.陶瓷基板

2.金屬涂層

3.厚膜層，其以形狀配合的方式設置在金屬涂層上

4.金屬涂層2的層厚度

5.厚膜層3的層厚度

具體實施方式

在圖1(a)中，厚層膜3的層厚度5與金屬涂層2的層厚度4基本上相同，而在圖1(b)中，厚膜層3的層厚度5明顯小于金屬涂層2的層厚度；在圖1(c)中，厚膜層3的層厚度5明顯大于金屬涂層2的層厚度。

本發明的優選實施方案在圖2中示出，其中烘烤的厚膜漿料3覆蓋金屬涂層2的邊緣側。

厚膜層橫向延伸到金屬涂層，厚膜層垂直于金屬涂層的寬度為至少30μm，更優選至少40μm，更優選至少50μm。

在本發明的另一優選實施方案中，金屬-陶瓷基板具有多個彼此隔開的金屬涂層。在該實施方案中，厚膜漿料和所得的烘烤厚膜層覆蓋兩個相鄰金屬涂層之間的整個區域(填充金屬層之間的間隙)。該實施方案在圖3(a)中示出，其中2’和2各自為布置在陶瓷基板1上的相鄰金屬涂層。

在本發明的另一個優選實施方案中，未在兩個相鄰的金屬涂層之間的整個區域上提供厚膜層，這導致兩個分離的厚膜層3’和3”，它們各自圍繞金屬涂層2’和2”設置。該實施方案在圖3(b)中示出。因此，厚膜層3’和3”垂直于金屬涂層2’和2”的寬度優選為至少30μm，更優選至少40μm，更優選至少50μm。

根據本發明的方法

此外，本發明涉及用于制備本發明的金屬-陶瓷基板的方法。

根據本發明的方法的特征在于，其包含以下步驟：

a.提供包括陶瓷基板和施加于其上的金屬涂層的dcb基板、dab基板或amb基板，或在陶瓷基板和金屬箔之間提供厚膜漿料的金屬-陶瓷基板；

b.在所述陶瓷基板的金屬涂層周圍施加厚膜漿料；

c.任選地干燥所述厚膜漿料；以及

d.烘烤所述厚膜漿料。

在步驟a中，提供了本發明的金屬-陶瓷基板的起始材料。本領域技術人員已知通過例如dcb方法制備這種金屬-陶瓷基板。

在步驟b中，優選通過噴墨法、分配法、絲網印刷法、模版印刷法(模板印刷法(templateprintingmethod))、浸軋法(padmethod)、浸漬法或刮刀法將厚膜漿料施加到基板上。

在任選的步驟c中，將所述厚膜漿料干燥，干燥溫度優選50-300℃，更優選60-250℃，更優選100-150℃。

在步驟d中，優選在惰性氣氛下(例如在氬氣或氮氣存在下)或在還原性氣氛下(例如在氫氣存在下)進行厚膜漿料的烘烤。

在步驟d中，厚膜漿料的烘烤優選在500-1090℃的溫度下進行，更優選700-1080℃，更優選800-1070℃。

根據本發明的方法特別適用于制造上述金屬-陶瓷基板。因此，已經提及的用于厚膜漿料的實施方式特別適用于根據本發明的方法。詳細描述如下：

根據本發明使用的厚膜漿料可以設計為導電的(第一實施方案)或電絕緣的(第二實施方案)。

在本發明的第一實施方案中，厚層膜由導電厚膜漿料獲得。因此，根據本發明的金屬-陶瓷基板上所得的厚膜層也被設計為導電的。

在該第一實施方案中，根據本發明使用的厚膜漿料優選包含至少一種金屬、至少一種有機載體和至少一種粘合促進劑和/或玻璃材料。

該厚膜漿料的第一組分，即金屬，在厚膜漿料中的含量通常可以為厚膜漿料的量的50-90wt％，優選60-90wt％，更優選為70-85wt％。

在第一實施方案中，厚膜漿料優選包含至少一種金屬組分，其可以選自第11族元素金屬(銅、銀和金)、鋁和鎳。

用于厚膜漿料中的金屬可以具有任意粒度、任意顆粒形式、任意堆積密度和導電性。

此外，厚膜漿料可任選地包含粘合促進劑，其可選自例如氧化銅、氧化鈦、氧化鋯、硼樹脂、鋯樹脂、無定形硼、磷酸鋰、氧化鉍、氧化鋁和氧化鋅。厚膜漿料中的粘合促進劑的含量可以為厚膜漿料的量的0.1-8wt％，更優選為1-6wt％，進一步優選為2-5wt％。

所述厚膜漿料的另一任選組分是玻璃材料，玻璃材料的量優選為所述厚膜漿料的量的0.1-8wt％，優選0.1-6wt％，更優選2-5wt％。

所述厚膜漿料的另一組分包括至少一種有機載體，其含量優選為所述厚膜漿料的量的5-20wt％，更優選5-15wt％。

玻璃材料和有機載體如上所述。

在第一實施方案背景下特別優選的實施方案中，所述厚膜漿料組合物包含銅作為金屬組分、金屬氧化物作為粘合促進劑、玻璃材料和有機載體。上述和下述的厚膜漿料的所有組分可作為粉末使用。

在第一實施方案背景下另一個特別優選的實施方案中，所述厚膜漿料包含銅作為金屬組分、bi2o3作為粘合促進劑、玻璃材料和有機載體。

在第一實施方案背景下的另一個特別優選的實施方案中，厚膜漿料組合物包含含量為80-90wt％的銅作為金屬組分、含量為1-5wt％的bi2o3作為粘合促進劑、含量為1-5wt％的玻璃材料、含量為5-15wt％的有機載體，各含量均相對于厚膜漿料的總量計。

在本發明的第二實施方案中，厚膜層由電絕緣厚膜漿料獲得。因此，根據本發明的金屬-陶瓷基板上所得的厚膜層也被設計為電絕緣的。

在第二實施方案中，厚膜漿料優選包含至少一種金屬氧化物、至少一種玻璃材料、至少一種顏料(例如鋁酸鈷)和至少一種有機載體。

顏料用作顏色標記組分，這使最終的厚膜漿料成為可目視檢測的材料，并且在本發明的意義上可以為厚膜漿料提供這種功能的每種顏料都是合適的。

如果在本發明的第二實施方案中使用電絕緣的厚膜漿料，其中使用的金屬氧化物則可以選自al2o3、cuo、cu2o、mno、mn2o3、mno2、zno、teo2、pbo、pb3o4、pbo2、mgo、cao、y2o3和bi2o3。

如果使用根據第二實施方案的厚膜漿料，則厚膜漿料包含金屬氧化物，其含量優選為0-92wt％，更優選0-80wt％，更加優選0.1-70wt％，各含量均相對于厚膜漿料的量計。

如果使用根據第二實施方案的厚膜漿料，則厚膜漿料包含玻璃材料，其含量優選為0-92wt％，更優選0-80wt％，更加優選0.1-70wt％，更優選10-70wt％，更優選20-70wt％，進一步優選30-70wt％，各含量均相對于厚膜漿料的量計。

如果使用根據第二實施方案的厚膜漿料顏料，則厚膜漿料任選地包含顏料，其含量優選為2-15wt％，更優選2-10wt％，更加優選3-7wt％，各含量均相對于厚膜漿料的量計。

如果使用根據第二實施方案的厚膜漿料，則厚膜漿料包含有機載體，其含量優選為3-90wt％，更優選8-80wt％，更優選30-70wt％，各含量均相對于厚膜漿料的量計。

如果使用根據第二實施方案的厚膜漿料，則所述厚膜漿料的固體含量優選為10-92wt％，更優選為20-80wt％，進一步優選為30-70wt％，各含量均相對于厚膜漿料的總量計。

本發明的金屬-陶瓷基板可以是dcb(直接覆銅)基板、dab(直接覆鋁)基板或amb(活性金屬釬焊)基板，優選dcb基板。

本發明的金屬-陶瓷基板中使用的基板可以特別選自al2o3、zta、aln、si3n4和beo。

設置在金屬-陶瓷基板上的導電厚膜層優選具有至少5％，更優選至少7％，更優選至少10％的孔隙率。厚膜層的孔隙率和玻璃材料和/或金屬氧化物的存在使得可以區分厚膜層與施加在陶瓷基板上的金屬涂層，因為施加在陶瓷基板上的金屬涂層的孔隙率通常小于3％，尤其小于2％，進一步尤其小于1％。

厚膜層可以以緊密的方式(例如形狀配合)設置在陶瓷基板的金屬涂層周圍。

在該方法中，在根據本發明的第一實施例中，可以以緊密的方式(例如形狀配合)將厚膜層僅設置在陶瓷基板上金屬涂層的一部分的周圍。在替代實施方案中，厚膜層以緊密方式(例如形狀配合)設置在陶瓷基板的整個金屬涂層周圍。厚膜層還可以設置在金屬涂層周圍并與該基板上的金屬涂層重疊.

所述實施方案在圖1(a)至1(c)和圖2中示出。

厚膜漿料的用途

在另一方面，本發明涉及厚膜漿料在金屬-陶瓷基板上制備厚膜層以改善金屬-陶瓷基板的熱穩定性的用途。

此外，本發明涉及厚膜漿料在金屬-陶瓷基板上制備厚膜層以降低金屬和基板之間分層風險的用途(在熱循環下的操作中)。

為此，首先將如上所述的厚膜漿料設置在金屬-陶瓷基板上的金屬-陶瓷基板的金屬涂層周圍，然后在上述方法條件下烘烤。

厚膜漿料可以僅布置在金屬涂層的一部分，例如金屬涂層的一個邊緣、兩個邊緣或三個邊緣上，或者完全環繞金屬層。

對于其他實施方案，參考上面的描述。

實施例

以下厚膜漿料1和2可以施加到通過dcb方法制備的市售金屬-陶瓷基板上。銅箔的厚度為300μm或600μm。

厚膜漿料組合物1(電絕緣厚膜漿料)：

50.00wt％的玻璃粉末，其組成如下：

0.36wt％zno；

9.59wt％b2o3；

60.83wt％sio2；

3.18wt％al2o3；

6.42wt％tio2；

0.05wt％zro2；

6.55wt％k2o；

2.84wt％na2o；

0.43wt％mgo；

0.14wt％fe2o3；

8.85wt％cao；

0.01wt％cr2o3；和

0.68wt％li2o；

50wt％的有機載體，其組成如下：

92.50wt％texanol；和

7.50wt％乙基纖維素。

厚膜漿料組合物2(導電厚膜漿料)：

85.00wt％的銅粉末；

3.00wt％的bi2o3粉末；

3.00wt％的玻璃粉末，其組成如下：

0.36wt％zno；

9.59wt％b2o3；

60.83wt％sio2；

3.18wt％al2o3；

6.42wt％tio2；

0.05wt％zro2；

6.55wt％k2o；

2.84wt％na2o；

0.43wt％mgo；

0.14wt％fe2o3；

8.85wt％cao；

0.01wt％cr2o3；和

0.68wt％li2o；

9wt％的有機載體，其組成如下：

43.00wt％texanol；

23.00wt％二丁基卡必醇(butyldiglyme)；和

34.00wt％甲基丙烯酸異丁酯。

具有基于厚膜漿料1和2的烘烤厚膜層的金屬-陶瓷基板，其由厚膜漿料1和2起始制備并經受熱循環(-40℃下15分鐘，；15秒轉移時間；150℃下15分鐘)。

所得的結果示于下表中：