Metall-Keramik-Substrates

Die Erfindung bezieht sich auf ein Metall-Keramik-Substrat gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Metall-Keramik-Substrates gemäß dem Oberbegriff des

Patentanspruches 18.

Metall-Keramik-Substrate in Form von Leiterplatten bestehend aus einer Isolierschicht aus Keramik, aus wenigstens einer mit einer Oberflächenseite der Isolierschicht aus Keramik verbundenen und zur Ausbildung von Leiterbahnen, Kontakten, Kontakt- oder Befestigungsbereichen strukturierten Metallisierung sind in verschiedensten Ausführungen bekannt. Von besonderer Bedeutung ist hierbei die Kühlung derartiger Metall- Keramik-Substrate, welche beispielsweise durch direkten Kontakt der der strukturierten Metallisierung gegenüberliegenden Oberflächenseite der Keramik oder einer mit dieser in wärmeleitenden Verbindung stehenden Metallisierung mit einem Kühlmedium oder einem Kühlkörper erfolgen kann. Insbesondere bei Verwendung von fluiden oder gasförmigen

Kühlmedium bestehen besondere Anforderungen an das Metall-Keramik- Substrate beispielsweise im Hinblick auf Korrosionsbeständigkeit und Güte der Wärmeleitfähigkeit. Beim Einsatz derartiger Substrate im

Kraftfahrzeugbereich ist es beispielsweise wünschenswert, den zur Kühlung des Fahrzeuges vorgesehen Kühlmittelkreislauf auch zur Kühlung des Substrates zu verwenden.

Bekannt ist beispielsweise auch das sogenannte„DCB-Verfahren" („Direct- Copper-Bonding") zum Verbinden von Metallschichten oder -blechen, vorzugsweise Kupferblechen oder -folien mit einander und/oder mit Keramik oder Keramikschichten, und zwar unter Verwendung von Metallbzw. Kupferblechen oder Metall- bzw. Kupferfolien, die an ihren

Oberflächenseiten eine Schicht oder einen Überzug („Aufschmelzschicht") aus einer chemischen Verbindung aus dem Metall und einem reaktiven Gas, bevorzugt Sauerstoff aufweisen. Bei diesem beispielsweise in der US-PS 37 44120 oder in der DE-PS 2319854 beschriebenen Verfahren bildet diese Schicht oder dieser Überzug („Aufschmelzschicht") ein Eutektikum mit einer Schmelztemperatur unter der Schmelztemperatur des Metalls (z.B. Kupfers), so dass durch Auflegen der Metall- bzw. Kupferfolie auf die Keramik und durch Erhitzen sämtlicher Schichten diese miteinander verbunden werden können, und zwar durch Aufschmelzen des Metalls bzw. Kupfers im wesentlichen nur im Bereich der Aufschmelzschicht bzw. Oxidschicht. Ein derartiges DCB-Verfahren weist dann beispielsweise folgende

Verfahrensschritte auf: - Oxidieren einer Kupferfolie derart, dass sich eine gleichmäßige

Kupferoxidschicht ergibt;

Auflegen des Kupferfolie mit der gleichmäßige Kupferoxidschicht auf die Keramikschicht;

Erhitzen des Verbundes auf eine Prozesstemperatur zwischen etwa 1025 bis 1083°C, beispielsweise auf ca.1071 °C;

Abkühlen auf Raumtemperatur.

Ferner ist aus den Druckschriften DE 2213115 und EP-A-153618 das sogenannte Aktivlot-Verfahren zum Verbinden von Metallisierungen bildenden Metallschichten oder Metallfolien, insbesondere auch von

Kupferschichten oder Kupferfolien mit einem Keramikmaterial bzw. einer Keramikschicht bekannt. Bei diesem Verfahren, welches speziell auch zum Herstellen von Metall-Keramik-Substraten verwendet wird, wird bei einer Temperatur zwischen ca.800 - 1000°C eine Verbindung zwischen einer Metallfolie, beispielsweise Kupferfolie, und einem Keramiksubstrat, beispielsweise einer Aluminiumnitrid-Keramik, unter Verwendung eines Hartlots hergestellt, welches zusätzlich zu einer Hauptkomponente, wie Kupfer, Silber und/oder Gold auch ein Aktivmetall enthält. Dieses

Aktivmetall, welches beispielsweise wenigstens ein Element der Gruppe Hf, Ti, Zr, Nb, Ce ist, stellt durch eine chemische Reaktion eine Verbindung zwischen dem Hartlot und der Keramik her, während die Verbindung zwischen dem Hartlot und dem Metall eine metallische Hartlöt-Verbindung ist.

Ausgehend von dem voranstehend genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Metall-Keramik-Substrat als auch ein Verfahren zu dessen Herstellung aufzuzeigen, welches zur Kühlung mittels fluiden oder gasförmigen Kühlmedien geeignet ist. Die Aufgabe wird durch ein Metall-Keramik-Substrat bzw. ein Verfahren zu dessen Herstellung gemäß der Patentansprüche 1 bzw.18 gelöst.

Der wesentliche Aspekt des erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Substrates ist darin zu sehen, dass die zweite Metallisierung durch eine Schicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet ist. Durch die

Verwendung von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung zur

Ausbildung der zweiten Metallisierung eines Metall-Keramik-Substrates kann besonders vorteilhaft zu Kühlzwecken die zweite Metallisierung in direkten Kontakt mit fluiden oder gasförmigen Kühlmedien gebracht werden, ohne dass hierdurch eine langfristige Beeinträchtigung der Funktionsweise des Metall-Keramik-Substrates beispielsweise durch Korrosion der zweiten Metallisierung hervorgerufen wird. Besonders vorteilhaft ist die zweite Metallisierung aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet, wobei die Oberfläche der Aluminiumschicht bzw. der Aluminiumlegierung auch eloxiert sein kann. Vorteilhaft kann die zweite Metallisierung aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung entweder direkt oder indirekt mit der Keramikschicht verbunden sein. In einer Weiterbildung der Erfindung ist das erfindungsgemäße Metall- Keramik-Substrat beispielsweise derart ausgebildet,

dass die erste Metallisierung eine Schichtdicke zwischen 0,1 mm und 1,0 mm, vorzugsweise zwischen 0,2 mm und 0,8 mm aufweist und/oder zur Ausbildung von Kontakt- oder Bondflächen strukturiert ist, und/oder dass die zweite Metallisierung aus Aluminium oder einer

Aluminiumlegierung eine Schichtdicke zwischen 0,05 mm und 1 ,0 mm, vorzugsweise zwischen 0,2 mm und 0,6 mm aufweist, und/oder

dass die zweite Metallisierung plattenartig, blechartig und/oder

halbschalenartig ausgebildet ist, und/oder

dass die Keramikschicht aus einer Oxid-, Nitrid- oder Karbidkeramik wie Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid oder Siliziumnitrid oder

Siliziumkarbid oder Aluminiumoxid mit Zirkonoxid hergestellt ist und/oder eine Schichtdicke zwischen 0,2 mm und 1,0 mm, vorzugsweise zwischen 0,3 mm und 0,4 mm aufweist,

wobei die vorgenannten Merkmale jeweils einzeln oder in beliebiger Kombination verwendet sein können.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante ist das erfindungsgemäße Metall-Keramik-Substrat derart ausgebildet,

dass in die zweite Metallisierung mehrere Ausnehmungen unterschiedlicher Form und/oder Tiefe eingebracht sind und/oder die Oberflächenseite der zweite Metallisierung mit von der Oberflächenseite nach außen abstehenden Kühlelementen unterschiedlicher Form und/oder Höhe versehen ist, und/oder

dass die Ausnehmungen kanalartig, schlitzartig, oval, langloch-, kreis- oder rautenförmig ausgebildet sind und/oder sich zumindest abschnittsweise über zumindest ein Viertel der Schichtdicke der zweiten Metallisierung erstrecken, und/oder dass die Ausnehmungen zur Vergrößerung der Oberfläche zweite

Metallisierung in Form von Löchern mit mindestens einer Lochtiefe von 0,05 mm realisiert sind, wobei die Anordnung der Löcher vorzugsweise matrixartig erfolgt, und/oder

dass die Löcher sich bis zur Oberfläche der Keramikschicht (2) erstrecken und/oder unmittelbar nebeneinander und/oder zumindest abschnittsweise überlappend in die Oberfläche der Keramikschicht (2) eingebracht sind, und/oder

dass die Kühlelemente rippenartig, langloch-, kreis- oder rautenförmig ausgebildet sind und/oder eine Höhe von 1 mm bis 10 mm aufweisen, und/oder

dass eine dritte Metallisierung vorgesehen ist, die zur Ausbildung eines kanalartigen Aufnahmeraumes zur Führung eines fluiden oder gasförmigen Kühlmediums randseitig mit der zweite Metallisierung verbunden ist, und/oder

dass die dritte Metallisierung aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Edelstahl, einer Magnesiumlegierung oder aus mit Chrom- oder Nickel veredelten Stählen hergestel lt ist,

wobei die vorgenannten Merkmale wiederum jeweils einzeln oder in beliebiger Kombination vorgesehen sein können.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante ist die zweite

Metallisierung über eine vierte aus einer Schicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildete Metallisierung mit der zweiten Oberflächenseite der Keramikschicht verbunden. Diese indirekte Verbindung der zweiten Metallisierung aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mit der Keramikschicht über die weitere Schicht aus Kupfer oder einer

Kupferlegierung ermöglicht die Ausbildung der zweiten Metallisierung als Abschnitt eines Gehäuses. Vorzugsweise erfolgt die flächige Verbindung zwischen der vierten Metallisierung aus einer Schicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und der zweiten Metallisierung aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung durch ein„Direct-Aluminium-Bonding"-Verfahren („DAB-Verfahren") oder durch Kleben unter Verwendung eines

Kunststoffklebers oder eines als Kleber geeigneten Polymers, vorzugsweise unter Verwendung eines Klebers, der Carbon-Fasern, insbesondere Carbon- Nanofasern enthält.

Ferner ist Gegenstand der Erfindung eine Anordnung umfassend zumindest zwei Metall-Keramik-Substrate, bei dem zumindest eine der zweiten

Metallisierungen der einander gegenüberliegenden Metall-Keramik-Substrate halbschalenartig ausgebildet sind und die gegenüberliegenden Metall- Keramik-Substrate derart miteinander verbunden sind, dass zumindest eine wannenartige Metalleinhausung entsteht. Bevorzugt können die zweiten Metallisierungen jeweils halbschalenartig ausgebildet sind und mehrere Randabschnitte aufweisen, die flanschartige Verbindungsbereiche ausbilden. Die Metall-Keramik-Substrate sind vorzugsweise in den flanschartigen Verbindungsbereichen miteinander verschweißt oder verklebt oder auf sonstige Weise dauerhaft und vorzugsweise flüssigkeitsdicht miteinander verbunden.

Ebenfalls ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Metall-Keramik-Substrates umfassend zumindest eine Keramikschicht, bei der die erste Oberflächenseite mit mindestens einer ersten Metallisierung und eine der ersten Oberflächenseite gegenüberliegende zweite

Oberflächenseite mit mindestens einer zweiten Metallisierung verbunden wird, wobei die erste Metallisierung durch eine Folie oder Schicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildet ist. Besonders vorteilhaft wird die zweite Metallisierung aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt, wobei die Oberfläche der zweiten Metallisierung zuvor oder danach eloxiert werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren ist beispielsweise derart ausgebildet, dass die erste Metallisierung und die Keramikschicht durch Kleben unter Verwendung eines Kunststoffklebers oder eines als Kleber geeigneten Polymers, vorzugsweise unter Verwendung eines Klebers, der Carbon- Fasern, insbesondere Carbon-Nanofasern enthält, verbunden werden, und/oder

dass die erste Metallisierung und die Keramikschicht mit Hilfe eines„Direct- Copper-Bonding"-Verfahrens oder eines Aktivlötverfahrens miteinander verbunden werden, und/oder

dass die zweite Metallisierung und die Keramikschicht durch ein„Direct- Aluminium-Bonding"-Verfahren („DAB-Verfahren") oder durch Kleben unter Verwendung eines Kunststoffklebers oder eines als Kleber geeigneten Polymers, vorzugsweise unter Verwendung eines Klebers, der Carbon- Fasern, insbesondere Carbon-Nanofasern enthält, miteinander verbunden werden, und/oder

dass die zweite Metallisierung über eine vierte aus einer Schicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildeten Metallisierung mit der zweiten Oberflächenseite der Keramikschicht verbunden wird, und/oder

dass die Keramikschicht aus einer Oxid-, Nitrid- oder Karbidkeramik wie Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid oder Siliziumnitrid oder

Siliziumkarbid oder Aluminiumoxid mit Zirkonoxid hergestellt wird, und/oder

dass in die zweite Metallisierung mehrere Ausnehmungen unterschiedlicher Form und/oder Tiefe eingebracht werden und/oder die Oberflächenseite der zweiten Metallisierung mit von der Oberflächenseite nach außen abstehende Kühlelementen unterschiedlicher Form und/oder Höhe versehen wird, und/oder

dass die Ausnehmungen mittels Ätzen, einer Laserbehandlung und/oder eines mechanischen Bearbeitungsprozesses, beispielsweise Sägen in die nach außen gerichtete Oberflächenseite der zweiten Metallisierung eingebracht werden, und/oder dass zur Vergrößerung der Oberfläche Ausnehmungen in Form von Löchern mit mindestens einer Lochtiefe von 0,05 mm in die Oberseite der zweiten Metallisierung eingebracht werden, wobei die Anordnung der Löcher vorzugsweise matrixartig erfolgt, und/oder

dass zur Vergrößerung der Oberfläche Ausnehmungen in Form von bis zur Oberfläche der Keramikschicht sich erstreckenden und/oder unmittelbar nebeneinander angeordneten und/oder zumindest abschnittsweise überlappenden Löchern in die Oberfläche der Keramikschicht eingebracht werden, und/oder

dass die zweite Metallisierung eines Metall-Keramik-Substrats

halbschalenartig geformt wird und mit der zweite Metallisierung eines gegenüberliegenden Metall-Keramik-Substrate derart miteinander verbunden werden, dass zumindest eine wannenartige Metalleinhausung entsteht, und/oder

dass die beiden Metall-Keramik-Substrate vorzugsweise in einem

flanschartigen Verbindungsbereich der zweiten Metallisierungen miteinander verschweißt oder verklebt oder auf sonstige Weise dauerhaft und

vorzugsweise flüssigkeitsdicht miteinander verbunden werden und/oder dass die Metalleinhausung in einem ein fluides oder gasförmiges

Kühlmedium führendes Metallgehäuse aufgenommen wird,

wobei die vorgenannten Merkmale jeweils einzeln oder in beliebiger Kombination verwendet sein können.

Die Ausdrucke„näherungsweise",„im Wesentlichen" oder„etwa" bedeuten im Sinne der Erfindung Abweichungen vom jeweils exakten Wert um +/- 10%, bevorzugt um +/- 5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen.

Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von

Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger

Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an

Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig.1 eine vereinfachte Schnittdarstellung durch ein

erfindungsgemäßes Metall-Keramik-Substrat mit einer zweiten

Metallisierung aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung,

Fig.2 eine vereinfachte Schnittdarstellung eine alternative

Ausführungsform durch ein erfindungsgemäßes Metall-Keramik- Substrat mit einer zweiten Metallisierung mit nach außen abstehenden Randabschnitten,

Fig.3 eine vereinfachte Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Metall- Keramik-Substrat gemäß Figur 2 mit einem über die zweite Metallisierung überstehenden Randabschnitt der Keramikschicht,

Fig.4 eine vereinfachte Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Metall- Keramik-Substrat gemäß Figur 2 mit zwei über die zweite Metallisierung überstehenden Randabschnitten der Keramikschicht,

Fig.5 eine vereinfachte Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen

Metall-Keramik-Substrates mit einer dritten Metallisierung zur Ausbildung eines Führungskanals, eine vereinfachte Schnittdarstellung durch eine Anordnung aus zwei gegenüberliegenden und miteinander über ihre zweiten Metallisierungen verbundenen erfindungsgemäßen Metall- Keram i k-S u bstrate n , eine vereinfachte Seitenansicht der Anordnung gemäß Figur 6, eine vereinfachte Schnittdarstellung der Anordnung aus zwei gegenüberliegenden und miteinander über ihre zweiten

Metallisierungen verbundenen erfindungsgemäßen Metall- Keramik-Substraten mit nach außen weisenden Kühlelementen, eine vereinfachte Schnittdarstellung der Anordnung aus zwei gegenüberliegenden und miteinander über ihre zweiten

Metallisierungen verbundenen erfindungsgemäßen Metall- Keramik-Substraten aufgenommen in einen das Kühlmedium führenden Führungskanal, eine vereinfachte Draufsicht auf eine zur Vergrößerung der Oberfläche mit Löchern versehenen zweiten Metallisierung, einen schematischer Schnitt entlang der Linie A-A durch die zur Vergrößerung der Oberfläche mit Löchern versehene zweite Metallisierung gemäß Figur 10, eine schematische Schnittdarstellung entlang der Linie A-A durch die zur Vergrößerung der Oberfläche mit Löchern größerer Lochtiefe versehene zweite Metallisierung gemäß Figur 10, Fig.13 eine schematische Schnittdarstellung durch eine zweite

Metallisierung mit unmittelbar aneinander anschließenden und/oder überschneidenden Löchern zur Vergrößerung der Oberfläche und Fig.14 eine vereinfachte Schnittdarstellung durch eine alternative

Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Metall-Keramik- Substrates, bei der die zweite Metallisierung aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung indirekt mit der Keramikschicht verbunden ist, und zwar mittels einer vierten Metallisierung.

Figur 1 zeigt in vereinfachter Darstellung einen Schnitt durch ein

erfindungsgemäßes Metall-Keramik-Substrat 1 umfassend zumindest eine Keramikschicht 2 mit zwei gegenüberliegenden Oberflächenseiten, und zwar einer ersten und zweiten Oberflächenseite 2a, 2b.

Die erste Oberflächenseite 2a ist mit mindestens einer ersten Metallisierung 3 und die der ersten Oberflächenseite 2a gegenüberliegende zweite

Oberflächenseite 2b mit mindestens einer zweiten Metallisierung 4 versehen, wobei die erste Metallisierung 3 durch eine Folie oder Schicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildet bzw. hergestellt ist.

Die erste Metallisierung 3 ist vorzugsweise strukturiert ausgebildet, d.h. bildet mehrere Kontaktbereiche bzw. Kontaktflächen zum Anschluss von elektronischen Bauelementen aus. Die erste, aus Kupfer oder einer

Kupferlegierung hergestellte Metallisierung 3 weist beispielsweise eine Schichtdicke zwischen 0,1 mm und 1 ,0 mm, vorzugsweise zwischen 0,2 mm und 0,8 mm auf.

Die Keramikschicht 2 ist beispielsweise aus einer Oxid-, Nitrid- oder Karbidkeramik wie beispielsweise aus Aluminiumoxid (AI2O3) oder Aluminiumnitrid (AIN) oder aus Siliziumnitrid (Si3N4) oder Siliziumkarbid (SiC) oder aus Aluminiumoxid mit Zirkonoxid (AI203 + Zr02) hergestellt und weist eine Schichtdicke beispielsweise zwischen 0,2 mm und 1 ,0 mm, vorzugsweise zwischen 0,3 mm und 0,4 mm auf. Erfindungsgemäß ist die zweite Metallisierung 4 durch eine Schicht aus

Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet. Durch die Verwendung von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung zur Ausbildung der zweiten Metallisierung 4 des Metall-Keramik-Substrat 1 kann besonders vorteilhaft zu Kühlzwecken die zweite Metallisierung 4 auch mit fluiden oder gasförmigen Kühlmedien in direkten Kontakt gebracht werden, ohne dass hierdurch eine Beeinträchtigung der Funktionsweise des Metall-Keramik-Substrat 1 beispielsweise durch Korrosion der zweiten Metallisierung 4 hervorgerufen wird. Darüber hinaus kann die zweite Metallisierung 4 blechartig, plattenartig oder halbschalenartig ausgebildet sein und durch eine Anordnung von zwei Metall-Keramik-Substraten 1 eine zumindest abschnittweise hermetisch versiegelte Einhausung aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet werden, welche die Keramikschicht 2 mit der strukturierten

Metallisierung 3 aufnimmt und die entstehende Wärme an ein die

Einhausung zumindest teilweise umströmendes fluides oder gasförmiges Kühlmedium abgibt. Die zweite Metallisierung 4 ist damit zur Herstellung einer direkten wärmeübertragenden Verbindung zu einem fluiden oder gasförmigen Kühlmedium ausgebildet.

Beispielsweise kann bei Verwendung des Metall-Keramik-Substrates 1 im Kraftfahrzeugbereich die Kühlung dessen durch die Aufnahme in den vorhandenen Kühlmittelkreislauf erfolgen. Hierzu wird die zweite

Metallisierung 4 des Metall-Keramik-Substrates 1 zumindest abschnittsweise in Kontakt mit dem Kühlmittel gebracht. Besonders bevorzugt ist die zweite Metallisierung 4 in Form einer eloxierten Schicht aus Aluminium oder einer eloxierten Schicht aus einer

Aluminiumlegierung realisiert, um ein Lösen von Aluminium im Kühlmittel, insbesondere in wässrigen Kühlmitteln zu verhindern. Hierbei kann die Eloxierung der Oberfläche vor oder nach der Verbindung mit der

Keramikschicht 2 erfolgen.

Die Dicke der die zweite Metallisierung 4 bildenden Schicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung beträgt zwischen 0,05 mm und 1 ,0 mm, vorzugsweise zwischen 0,2 mm und 0,6 mm.

Vorzugsweise können in die zweite Metallisierung 4 mehrere

Ausnehmungen 5 unterschiedlicher Form und Tiefe eingebracht sein oder die Oberflächenseite der zweite Metallisierung 4 mit Kühlelementen 6 unterschiedlicher Form und Höhe versehen sein, welche jeweils die in Wirkverbindung mit dem Kühlmedium tretende Oberfläche der zweite Metallisierung 4 vergrößern.

Die Ausnehmungen 5 können beispielsweise kanalartig, schlitzartig, oval, langloch-, kreis- oder rautenförmig ausgebildet sein und sich abschnittsweise zumindest über ein Viertel der Schichtdicke der zweiten Metallisierung 4 erstrecken. Vorzugsweise weisen die genannten Ausnehmungen 5 eine Ausnehmungstiefe von einem Viertel bis Dreiviertel der Schichtdicke der zweiten Metallisierung 4 auf, d.h. die Ausnehmungstiefe kann beispielsweise zwischen 0,05 mm und 0,9 mm betragen. Die Ausnehmungen 5 werden beispielsweise mittels Ätzen, einer Laserbehandlung und/oder eines mechanischen Bearbeitungsprozesses, beispielsweise Sägen in die nach außen gerichtete Oberflächenseite der zweiten Metallisierung 4 eingebracht. Die Ausnehmungen 5 können beispielsweise zur Vergrößerung der

Oberfläche der zweiten Metallisierung 4 in dessen nach außen weisenden Oberseite in Form von Löcher eingebracht sein, und zwar vorzugsweise matrixartig. In Figur 10 ist beispielsweise in einer schematischen Ausschnittsund Draufsichtdarstellung die Oberseite der zweiten Metallisierung 4 mit matrixartig angeordneten Ausnehmungen 5 in Form von Löchern dargestellt. Figur 11 zeigt ebenfalls in einer Ausschnittsdarstellung einen Schnitt entlang der Linie A-A durch die zweite Metallisierung 4 mit anschließender

Keramikschicht 2 gemäß der Figur 10. Die durch Löcher gebildeten

Ausnehmungen 5 weisen in der dargestellten Ausführungsvariante eine Mindesttiefe von ca.0,05 mm auf und können sich - wie in Figur 12 dargestellt - auch bis zur Oberfläche der Keramikschicht 2 erstrecken.

Alternativ können die Löcher 5 - wie in Figur 13 dargestellt - auch unmittelbar nebeneinander und/oder zumindest abschnittsweise

überlappend in die Oberfläche der Keramikschicht 2 eingebracht werden. Das in Figur 12 und 13 dargestellte Einbringen von Löcher 5 erfolgt vorzugsweise mittels eines Ätzverfahrens.

Die Kühlelemente 6 können beispielsweise rippenartig, langloch-, kreis- oder rautenförmig ausgebildet sein, welche von der Oberflächenseite der zweiten Metallisierung 4 abstehen. Diese können beispielsweise eine Höhe von 1 mm bis 10 mm aufweisen. Hierbei sind die Kühlelemente 6 und die zweite Metallisierung 4 vorzugsweise einstückig ausgebildet und aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt. Die aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellte zweite Metallisierung 4 kann beispielsweise blechartig, plattenartig oder

halbschalenartig ausgebildet sein und über den Rand der vorzugsweise ebenen Keramikschicht 2 zumindest abschnittsweise nach außen wegstehen. In Figur 2 ist beispielsweise ein Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Metall-Keramik-Substrates 1 dargestellt, bei dem die Keramikschicht 2 beispielsweise rechteckförmig ausgebildet ist und zwei gegenüberliegende Längsseiten 2.1, 2.2 und zwei gegenüberliegende Querseiten 2.3, 2.4 aufweist. Die aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellte zweite Metallisierung 4 ist ebenfalls rechteckförmig ausgebildet, wobei zwei gegenüberliegende Randabschnitte 4.1 , 4.2 über die gegenüberliegenden Seitenränder 2.1, 2.2 der Keramikschicht 2 überstehen. Besonders vorteilhaft kann beispielsweise auch der oder die überstehenden Randabschnitt(e) 4.1, 4.2 der zweiten Metallisierung 4 mit dem fluiden oder gasförmigen

Kühlmedium in Kontakt gebracht werden.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante gemäß den Figuren 3 und 4 steht die Keramikschicht 2 des Metall-Keramik-Substrates 1 zumindest mit einer Querseite 2.3, 2.4 über die plattenartige zweite Metallisierung 4 über, d.h. die zweite Metallisierung 4 erstreckt sich in Längsrichtung der

rechteckförmigen Keramikschicht 2 lediglich über einen Teil der

Keramikschicht 2. Besonders vorteilhaft können an zumindest einer der überstehenden Querseiten 2.3, 2.4 der rechteckförmigen Keramikschicht 2 die elektrischen Anschlüsse für die Beschaltung des Metall-Keramik- Substrates 1 angeordnet werden.

Unter Berücksichtigung der für die Keramikschicht 2 und die

Metallisierungen 3, 4 verwendeten Materialien eignen sich für das flächige Verbinden der Keramikschicht 2 mit der ersten bzw. zweiten Metallisierung 3, 4 unterschiedliche Verfahren.

So wird die erste Metallisierung 3 beispielsweise durch Kleben unter Verwendung eines Kunststoffklebers oder eines als Kleber geeigneten Polymers, vorzugsweise unter Verwendung eines Klebers, der Carbon- Fasern, insbesondere Carbon-Nanofasern enthält, mit der Keramikschicht 2 verbunden. Alternativ kann die flächige Verbindung der Keramikschicht unter Verwendung des DCB-Verfahrens oder mit Hilfe des Aktivlötverfahrens erfolgen.

Die zweite Metallisierung 2 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung wird beispielsweise durch ein„Direct-Aluminium-Bonding"-Verfahren („DAB-Verfahren") oder durch Kleben unter Verwendung eines

Kunststoffklebers oder eines als Kleber geeigneten Polymers, vorzugsweise unter Verwendung eines Klebers, der Carbon-Fasern, insbesondere Carbon- Nanofasern enthält, mit der Keramikschicht 2 verbunden.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante gemäß der Figur 5 wird die mit Ausnehmungen 5 versehene zweite Metallisierung 4 mit einer dritte

Metallisierung 7 verbunden, welche beispielsweise aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Edelstahl, einer Magnesiumlegierung oder aus mit Chrom- oder Nickel veredelten Stählen hergestellt sein kann. Die zweite und dritte Metallisierung 4, 7 sind randseitig miteinander verbunden, und zwar vorzugsweise flüssigkeits- oder gasdicht. Dadurch bildet sich zumindest ein kanalartiger Aufnahmeraum 8 zur Führung des fluidem oder gasförmigen Kühlmediums aus. Vorzugsweise finden Ausnehmungen 5 Anwendung, welche zusammen mit der dritten Metallisierung 7 Längskanäle ausbilden und damit eine gerichtete Führung des fluidem oder gasförmigen

Kühlmediums beispielsweise entlang der Längsachse des Substrates 1 ermöglichen. In Figur 6 und 7 ist eine alternative Ausführungsvariante der Erfindung dargestellt, und zwar eine Anordnung aus zwei erfindungsgemäßen Metall- Keramik-Substraten 1 , bei der die Randabschnitte 4.1 , 4.2, 4.3 der zweiten Metallisierung 4 jeweils über die Keramikschicht 3 zumindest

abschnittsweise seitlich hinweg stehen und derart in Richtung der

Keramikschicht 2 gebogen sind, dass sich jeweils ein flanschartiger Verbindungsbereich 4' ausbildet. Die flanschartigen Verbindungsbereiche 4' der beiden gegenüberliegenden Metall-Keramik-Substrate 1 werden derart miteinander verbunden, dass vorzugsweise eine wannenartige

Metalleinhausung 9 entsteht, welche die Keramikschichten 2 und die darauf vorgesehene erste Metallisierungen 3 zumindest teilweise aufnehmen. Die wannenartige Metalleinhausung 9 weist somit eine langlochförmige, stirnseitige Öffnung auf, durch welche die jeweils die ersten Metallisierung 3 aufnehmenden Keramikschichten 2 nach außen geführt werden, um eine Anschlussmöglichkeit zu schaffen. Die beiden Metall-Keramik-Substrate 1 sind vorzugsweise in den

flanschartigen Verbindungsbereichen 4' der zweiten Metallisierung 4 miteinander verschweißt oder verklebt oder auf sonstige Weise dauerhaft und vorzugsweise flüssigkeitsdicht miteinander verbunden. In einer weiteren Ausführungsvariante gemäß Figur 8, welche im

Wesentlichen der in Figur 6 dargestellten Anordnung aus zwei

erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Substraten 1 entspricht, sind an der nach außen gerichteten Oberflächenseite der zweiten Metallisierung 4 der Metall- Keramik-Substrate 1 zuvor beschriebene Kühlelemente 6 vorgesehen, welche beispielsweise rippenartig ausgebildet sind. Diese sind vorzugsweise im der Keramikschicht 2 gegenüberliegenden Bereich der zweiten

Metallisierung 4 realisiert.

Figur 9 zeigt eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung. Hier wird die Anordnung aus zwei erfindungsgemäßen Metall- Keramik-Substraten 1 gemäß Figur 6 und 7 in ein das Kühlmedium führendes Metallgehäuse 10 aufgenommen, so dass sich zumindest zwei

Führungskanäle 11, 11' ausbilden, mittels derer das Kühlmedium in

Längsrichtung der Anordnung an den Metall-Keramik-Substraten 1

vorbeigeführt wird und dadurch jeweils die zweite Metallisierung 4 der Metall-Keramik-Substrate 1 in direkten Kontakt mit dem Kühlmedium gebracht wird. Eine derartige Ausführungsvariante eignet sich besonders für die Integration der Anordnung aus zwei erfindungsgemäßen Metall-Keramik- Substraten 1 in den Kühlmittelkreislauf eines Kraftfahrzeuges. Hierbei kann die durch die beiden zweite Metallisierungen 4 aus Aluminium oder Aluminiumlegierung gebildete Metalleinhausung 9 entweder wannenartig analog zu Figur 7 oder geschlossen ausgebildet sein, wobei in der geschlossenen Ausführungsform eine hermetisch dichte Durchführung der Anschlussleitungen durch die zweiten Metallisierungen 4 vorzusehen ist, um eine Anschlussmöglichkeit für die auf der ersten Metallisierung 3

aufgenommen elektrischen Bauteile bzw. Schaltung zu schaffen.

Zusätzl ich können in einer nicht dargestellten Ausführungsvariante die erste Metallisierung 3 zumindest teilweise mit einer metallischen

Oberflächenschicht versehen werden, beispielsweise einer

Oberflächenschicht aus Nickel, Silber oder Nickel- und Silber-Legierungen. Eine derartige metallische Oberflächenschicht wird vorzugsweise nach dem Aufbringen der Metallisierung 3 auf die Keramikschicht 2 und deren

Strukturieren auf die dadurch entstehenden metallischen Kontaktflächen aufgebracht. Das Aufbringen der Oberflächenschicht erfolgt in einem geeigneten Verfahren, beispielsweise galvanisch und/oder durch chemisches Abscheiden und/oder durch Spritzen oder Kaltgasspritzen. Insbesondere bei Verwendung von Nickel besitzt die metallische Oberflächenschicht beispielsweise eine Schichtdicke im Bereich zwischen 0,002 mm und 0,01 5 mm. Bei einer Oberflächenschicht aus Silber wird diese mit einer

Schichtdicke im Bereich zwischen 0,0001 5 mm und 0,05 mm, vorzugsweise mit einer Schichtdicke im Bereich zwischen 0,01 m und 3 m aufgebracht. Durch eine derartige Oberflächenbeschichtung der metallischen

Kontaktflächen wird das dortige Aufbringen der Lotschicht bzw. des Lotes und die Verbindung des Lotes mit dem Bondbereich der elektrischen Bauteile verbessert. In Figur 14 ist eine weitere Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Substrates gemäß Figur 1 dargestellt, bei anstelle einer direkten flächigen Verbindung der zweiten Metallisierung 4 mit der

Keramikschicht 2 eine indirekte Verbindung über eine vierte Metallisierung 3' vorgesehen ist. Die vierte Metallisierung 3' ist bevorzugt durch eine Schicht aus Kupfer oder Kupferlegierung gebildet, deren eine

Oberflächenseite beispielsweise unter Verwendung des DCB-Verfahrens mit der zweiten Oberflächenseite 2b der Keramikschicht 2 verbunden ist. Die gegenüberliegende Oberflächenseite der vierte Metallisierung 3' wird mit der zweiten Metallisierung 2 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung beispielsweise durch ein„Direct-Aluminium-Bonding"-Verfahren („DAB- Verfahren") oder durch Kleben unter Verwendung eines Kunststoffklebers oder eines als Kleber geeigneten Polymers, vorzugsweise unter Verwendung eines Klebers, der Carbon-Fasern, insbesondere Carbon-Nanofasern enthält, mit der Keramikschicht 2 verbunden. Diese Ausführungsvariante eignet sich insbesondere für Anwendungsfälle, bei denen die zweite Metallisierung 2 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung durch zumindest einen flachen Abschnitt eines Gehäuses gebildet ist. Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrunde liegend

Erfindungsgedanke verlassen wird. Bezugszeichenliste

1 Metall-Keramik-Substrat

2 Keramikschicht

2a erste Oberflächenseite

2b zweite Oberflächenseite

2.1, 2.2 Längsseiten

2.3, 2.4 Querseiten

3 erste Metallisierung

3' vierte Metallisierung

4 zweite Metallisierung

4' Verbindungsbereiche

4.1 Randabschnitt der zweiten Metallisierung

4.2 Randabschnitt der zweiten Metallisierung

5 Ausnehmungen

6 Kühlelemente

7 dritte Metallisierung

8 Aufnahmeraum

9 Metalleinhausung

10 Metallgehäuse

11, 11' Führungskanäle