Die vorliegende Erfindung betrifft ein Trägersubstrat und ein Verfahren zur Her stellung eines Trägersubstrats.

Trägersubstrate, wie z. B. Metall-Keramik-Substrate, sind als Leiterplatten oder Platinen aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt, beispielsweise aus der DE 102013 104739 A1 , der DE 19927046 B4 und der DE 102009033029 A1. Typischerweise werden auf einer Bauteilseite des Metall-Keramik-Substrats bzw. des Trägersubstrats Anschlussflächen für elektrische Bauteile und Leiterbahnen angeordnet, wobei die elektrischen Bauteile und die Leiterbahnen zu elektrischen Schaltkreisen zusammenschaltbar sind. Wesentliche Bestandteile der Metall-Kera- mik-Substrate sind eine Isolationsschicht, die bevorzugt aus einer Keramik gefer tigt ist, und wenigstens eine an die Isolationsschicht angebundene Metallschicht. Wegen ihrer vergleichsweise hohen Isolationsfestigkeiten haben sich aus Keramik gefertigte Isolationsschichten in der Leistungselektronik als besonders vorteilhaft erwiesen. Durch eine Strukturierung der Metallschicht können sodann Leiterbah nen und/oder Anschlussflächen für die elektrischen Bauteile realisiert werden.

Voraussetzung für das erfolgreiche Bereitstellen eines Metall-Keramik-Substrats ist eine dauerhafte Anbindung der Metallschicht an die Keramikschicht. Neben ei nem sogenannten Direktmetallanbindungsverfahren, d. h. einem DCB- oder DAB- Verfahren, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, die Metallschicht über ein Lotmaterial an die Keramikschicht anzubinden (AMB Verfahren). Unter einem Aktivlotverfahren, z. B. zum Verbinden von Metallschichten oder Me tallfolien, insbesondere auch von Kupferschichten oder Kupferfolien, mit Keramik material, ist hier ein Verfahren zu verstehen, welches speziell zum Herstellen von Metall-Keramik-Substraten verwendet wird. Dabei wird bei einer Temperatur zwi schen ca. 650-1000°C eine Verbindung zwischen einer Metallfolie, beispielsweise einer Kupferfolie, und einem Keramiksubstrat, beispielsweise einer Aluminium nitrid-Keramik, unter Verwendung eines Hartlots hergestellt, welches zusätzlich zu einer Hauptkomponente wie Kupfer, Silber und/oder Gold auch ein Aktivmetall ent hält. Dieses Aktivmetall, welches beispielsweise wenigstens ein Element aus der Gruppe Hf, Ti, Zr, Nb, Ce ist, stellt durch chemische Reaktion eine Verbindung zwischen dem Lot und der Keramik her, während die Verbindung zwischen dem Lot und dem Metall eine metallische Hartlot-Verbindung ist.

Ferner ist beispielsweise aus der DE 102013 113734 B4, sowie aus der JP 4 - 325470, ein Verfahren bekannt, bei dem mittels heißisostatischem Pressen eine Anbindung einer Metallschicht an eine Keramikschicht zwecks der Ausbildung ei nes Metall-Keramik-Substrats vollzogen wird. Das heißisostatische Pressen wird darüber hinaus auch zur Nachbehandlung verwendet, um eine Anzahl an gebilde ten Lunkern, die während der Anbindung mit einem Lotverfahren oder mit einem Direktmetallanbindungsverfahren entstehen, zu reduzieren.

Ausgehend vom Stand der Technik macht es sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, ein Trägersubstrat, insbesondere ein Metall-Keramik-Substrat, bereitzu stellen, das gegenüber den bekannten Trägersubstraten weiter verbessert ist, ins besondere in Hinblick auf ein Anbindungsverhalten des Metalls an ein Isolations element, beispielswiese an ein Keramikelement.

Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe mit einem Trägersubstrat gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines Trägersubstrats gemäß An spruch 7. Weitere Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung zu entnehmen. Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Trägersubstrat, insbesondere ein Metall-Keramik-Substrat, als Träger für elektrische Bauteile, vor gesehen, umfassend:

- mindestens eine Metallschicht und

- ein Isolationselement, insbesondere ein Keramikelement, ein Glaselement, ein Glaskeramikelement und/oder ein hochtemperaturbeständiges Kunststoffelement, wobei sich die mindestens eine Metallschicht und das Isolationselement entlang einer Haupterstreckungsebene erstrecken und entlang einer senkrecht zur Haupt erstreckungsebene verlaufenden Stapelrichtung übereinander angeordnet sind, wobei im gefertigten Trägersubstrat eine Bindungsschicht zwischen der mindes tens einen Metallschicht und dem Isolationselement ausgebildet ist, wobei eine Haftvermittlerschicht der Bindungsschicht einen Flächenwiderstand aufweist, der größer als 5 Ohm/sq, bevorzugt größer als 10 Ohm/sq und besonders bevorzugt größer als 20 Ohm/sq ist.

Gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Trägersubstraten ist es er findungsgemäß vorgesehen, dass der Flächenwiderstand einer Haftvermittler schicht der Bindungsschicht größer ist als 5 Ohm/sq, bevorzugt größer als 10 Ohm/sq und besonders bevorzugt größer als 20 Ohm/sq ist. Der ermittelte Flä chenwiderstand steht dabei im direkten Zusammenhang mit einem Anteil des Ak tivmetalls in der Haftvermittlerschicht, die maßgeblich für die Anbindung der min destens einen Metallschicht an das Isolationselement ist. Dabei nimmt der Flä chenwiderstand mit abnehmenden Aktivmetallanteil in der Bindungsschicht zu. Ein entsprechend hoher Flächenwiderstand entspricht somit einem geringen Aktivme tallanteil in der Haftvermittlerschicht.

Dabei hängt der Flächenwiderstand nicht von einem einzelnen Parameter ab, son dern kann durch ein Zusammenspiel mehrerer Parameter beeinflusst werden. So trägt beispielsweise auch eine Reinheit des Aktivmetalls, eine Dicke der Bindungs schicht und/oder eine Oberflächenrauigkeit des Isolationselements zur Festlegung des Flächenwiderstandes bei. Insbesondere lassen sich hohe Flächenwiderstände nur durch ein Zusammenspiel von mindestens zwei Parametern realisieren. Es hat sich dabei herausgestellt, dass mit zunehmenden Anteil an Aktivmetall die Bildung von spröden, intermetallischen Phasen begünstigt wird, was wiederum nachteilig ist für eine Abzugsfestigkeit der Metallschicht an der Isolationsschicht. Mit anderen Worten: Mit den anspruchsgemäßen Flächenwiderständen werden solche Bindungsschichten beschrieben, deren Abzugsfestigkeit aufgrund der redu zierten Bildung von spröden intermetallischen Phasen, verbessert, d. h. vergrößert wird. Durch das gezielte Einstellen der anspruchsgemäßen Flächenwiderstände lassen sich somit besonders starke Anbindungen der mindestens einen Metall schicht an das Keramikelement realisieren. Eine solche erhöhte Anbindungsstärke wirkt sich in vorteilhafter Weise auf die Lebensdauer des Trägersubstrats aus.

Dabei ist es zur Bestimmung des Flächenwiderstands vorgesehen, dass am gefer tigten Trägersubstrat zunächst die Metallschicht und ggf. eine Lotbasisschicht, bei spielsweise durch Ätzen, wieder entfernt werden. Mittels einer Vier-Punkt Mes sung wird dann an der Oberseite bzw. Unterseite des von der mindestens einen Metallschicht und der Lotbasisschicht befreiten Trägersubstrats ein Flächenwider stand gemessen. Insbesondere ist unter dem Flächenwiderstand einer Material probe als dessen Widerstand bezogen auf einen quadratischen Oberflächenbe reich zu verstehen. Es ist hierbei üblich den Oberflächenwiderstand mit der Einheit Ohm/sq(square) zu kennzeichnen. Die Physikalische Einheit des Flächenwider standes ist Ohm.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass eine in Stapelrichtung bemessene Dicke der Bindungsschicht, gemittelt über mehrere Messpunkte innerhalb einer vorbe stimmten Fläche oder in mehreren Flächen, die parallel zur Haupterstreckungs- ebene verläuft oder verlaufen, einen Wert annimmt, der kleiner als 0,20 mm, be vorzugt kleiner als 10 pm und besonders bevorzugt kleiner als 6 pm ist. Sofern vom mehreren Flächen gesprochen wird, ist insbesondere gemeint, dass die min destens eine Metallschicht in möglichst gleich große Flächen unterteilt wird und in jeder dieser die mindestens eine Metallschicht unterteilenden Flächen mindestens ein Wert, bevorzugt mehrere Messwerte, für die Dicke erfasst werden. Die so an verschiedenen Stellen ermittelten Dicken werden arithmetisch gemittelt.

Gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Trägersubstraten ist somit eine vergleichsweise dünne Bindungsschicht zwischen der mindestens einen Me tallschicht und dem Isolationselement ausgebildet. Dabei ist es vorgesehen, dass zur Festlegung der maßgeblichen Dicke der Bindungsschicht die gemessenen Di cken über eine Vielzahl von Messpunkten gemittelt werden, die innerhalb einer vorbestimmten bzw. festgelegten Fläche bzw. den mehreren Flächen liegen. Dadurch wird in vorteilhafter weise mitberücksichtigt, dass das Isolationselement, insbesondere das Keramikelement, in der Regel einer Ondulation unterworfen ist, d. h. dem Isolationselement ist eine Welligkeit zuzusprechen. Insbesondere ver steht der Fachmann unter einer Welligkeit eine Modulation des generellen flachen Verlaufs des Isolationselements, gesehen über mehrere Millimeter oder Zentime ter entlang einer Richtung, die parallel zur Flaupterstreckungsebene verläuft. Da mit grenzt sich eine derartige Ondulation von einer Oberflächenrauigkeit des Isola tionselements ab, die in der Regel zusätzlich am Isolationselement vorliegt. Durch das Einbeziehen einer derartigen, in der Regel unvermeidbaren Ondulation des Isolationselements in die Bestimmung der Dicke wird berücksichtigt, dass die Bin dungsschicht aufgrund der Ondulation gegebenenfalls variieren kann, insbeson dere in Talbereichen des Isolationselements größer sein kann als in Bergberei chen des Isolationselements.

Ungeachtet dieser Ondulation ist der gemittelte Dickenwert dennoch deutlich ge ringer als derjenige, der in Trägersubstraten aus dem Stand der Technik bekannt ist. Dies wird insbesondere bzw. beispielsweise dadurch erzielt, dass eine benö tigte Aktivmetallschicht zwischen dem Isolationselement und der mindestens einen Metallschicht angeordnet wird, die insbesondere einzeln, also separat, zwischen dem Isolationselement und der mindestens einen Metallschicht angeordnet ist, beispielsweise zusätzlich zu einem Lotbasismaterial (das beispielsweise kein Ak tivmetall enthält bzw. aktivmetallfrei ist). Vorzugsweise wird das Aktivmetall mittels eines chemischen und/oder physikalischen Gasphasenabscheidens, beispiels weise mittels eines Sputterns, auf dem Lotbasismaterial und/oder der mindestens einen Metallschicht und/oder dem Isolationselement aufgetragen, um vergleichs weise dünne Aktivmetallschichten zu realisieren, die wiederrum zu einer ver gleichsweise dünnen Bindungsschicht führen, insbesondere zu einer homogenen und dünnen Haftvermittlerschicht. Vorstellbar ist es auch unter Verwendung eines Plasmas, in einem Vakuum und/oder mittels Aufdampfen die Aktivmetallschicht auf dem Lotbasismaterial, dem Isolationselement und/oder der mindestens einen Metallschicht bereitzustellen. Denkbar ist auch, die Aktivmetallschicht galvanisch zu realisieren. Besonders bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Aktivmetallschicht und/oder das Lotbasismaterial als Folie bereitgestellt wird.

Vorzugsweise ist ein Anteil an Aktivmetall in der ein Aktivmetall umfassenden Haftvermittlerschicht größer ist als 15 Gew.- %, bevorzugt größer als 20 Gew.- % und besonders bevorzugt größer als 25 Gew.- %.

Weiterhin ist es vorstellbar, dass das Lotbasismaterial und/oder die Aktivmetall schicht Aussparungen aufweist. In einem solchen Fall ist es möglich, eine dickere Schicht für das Lotbasismaterial und/oder die Aktivmetallschicht zu nutzen, da während des Anbindungsprozesses das Lotbasismaterial und/oder die Aktivmetall schicht verflüssigt und die vorherigen Aussparungen bzw. Bereich der Aussparun gen verfüllt. Dadurch kann in gleicher Weise ein erstrebenswerter, vergleichsweise geringer Anteil an Aktivmetall für das Bilden der Haftvermittlerschicht bereitgestellt werden, auch wenn beispielsweise eine größere Dicke der Aktivmetallschicht zu geordnet ist. Beispielsweise handelt es sich bei dem Lotbasismaterial und/oder der Aktivmetallschichtmit Aussparung um ein Gitter oder Streckmetall, das bei spielsweise aus einem maschen- oder zaunartigen Geflecht geformt ist und zwi schen dem Isolationselement und der mindestens einen Metallschicht angeordnet wird. Dabei werden Lotbasismaterial und/oder Aktivmetallschicht bevorzugt als Folien bereitgestellt. Die Ausbildung von vergleichsweise dünnen Bindungsschichten reduziert insbe sondere einen Aufwand, der aufgebracht werden muss, um beispielsweise in ei nem „second etching“, zumindest bereichsweise, die Bindungsschicht wieder zu entfernen, um das Trägersubstrat, insbesondere dessen mindestens eine Metall schicht und die Bindungsschicht, zu strukturieren. Vorzugsweise erfolgt dieses Strukturieren, das dazu dient, mehrere Metallabschnitte der mindestens einen Me tallschicht voneinander elektrisch zu isolieren, durch ein Ätzen und/oder ein me chanischen Bearbeitungsschritt und/oder mit Laserlicht. Außerdem hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass durch die Verwendung geringer Schichtdicken die An zahl der möglichen Fehler in der Bindungsschicht, beispielsweise hervorgerufen durch Materialfehler im Lotmaterial, in vorteilhafter weise reduziert werden kann. Unter einem Fehler in der Bindungsschicht bzw. einem Materialfehler im Lotmate rial wird beispielsweise ein großes Korn im Lotmaterial, wie beispielswiese ein Ak tivmetallkorn, verstanden, das zur Riesenbildung einer Körnung in der Bindungs schicht führen kann, und/oder das nicht vollständig aufschmilzt und damit als Ab standshalter minimale Lotspalte verhindert. Durch das Aufträgen, insbesondere mittels Sputtern, kann in einfacher Weise verhindert werden, dass vergleichsweise große Körner Bestandteil der Aktivmetallschicht werden, die auch noch in der Bin dungsschicht bzw. der Haftvermittlerschicht zu erkennen sind. Schließlich ist es von Vorteil, dass sich homogen über das hergestellte Trägersubstrat eine dünne Bindungsschicht ausbildet.

Insbesondere ist unter der gemittelten Dicke der Bindungsschicht zu verstehen, dass in einer festgelegten Fläche oder mehreren Flächen jeweils stochastisch o- der statistisch verteilt Dicken ermittelt bzw. gemessen werden und anschließend deren arithmetisches Mittel bestimmt wird. Hierzu werden beispielsweise zunächst einmal mehrere mikroskopische Aufnahmen von verschiedenen Schnittbildern her angezogen, vorzugsweise unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskop (REM), wobei sich die Schnittbilder jeweils durch das Trägersubstrat in einer senk recht zur Haupterstreckungsebene verlaufenden Richtung erstrecken. Dabei ver laufen die Schnittbilder entlang einer Schnittebene, die senkrecht zur Haupterstre ckungsebene verläuft. Die Dicken werden dann in der Schnittebene bestimmt. Mit anderen Worten: es werden mehrere Schnittbilder aufgenommen, die jeweils senkrecht zur Haupterstreckungsebene verlaufen und gleichmäßig oder unregel mäßig an Messpunkten innerhalb der Fläche oder in mehreren verschiedenen Flä chen verteilt sind. Beispielsweise werden mehrere parallel zueinander versetzte Schnittbilder herangezogen, indem z.B. scheibenweise Schnitte vom Trägersub strat abgetragen werden. Anschließend werden vorzugsweise mehr als 25 oder 100 Dicken, bevorzugt mehr als 200 und besonders bevorzugt mehr als 500 Di cken der Bindungsschicht in der festgelegten Fläche auf dem Substrat gemessen, d. h. in den verschiedenen Schnittbildern, ermittelt und das arithmetische Mittel bestimmt. Der Abstand zwischen zwei Messpunkten ist dabei mindestens 100 pm, um den Einfluss der Ondulation auf das Messergebnis zu verringern. Da in einem Trägersubstrat in der Regel zwei Bindungsschichten sich zu beiden Seiten der Ke ramik gegenüberliegen, sind die genannten Messwerte der Schichtdicke auf der gegenüberliegenden Seite auch in derselben Anzahl zu messen. Umso größer die Fläche gewählt wird, umso geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass durch die On dulation ein irrtümliches bzw. verzerrtes Bild der ermittelten Dicken in der Bin dungsschicht erfasst wird. Die vorbestimmte bzw. festgelegte Fläche, die insbe sondere parallel zur Haupterstreckungsebene verläuft, hat dabei für Großkarte eine Größe von mehr als 25 cm ² , bevorzugt mehr als 50 cm ² , besonders bevor zugt mehr als 100 cm ² . Für ein aus der Großkarte vereinzeltes Trägersubstrat kann die Größe mehr als 1 cm ² , bevorzugt mehr als 1 ,5 cm ² und besonders be vorzugt mehr als 5 cm ² sein.

Besonders bevorzugt ist folgendes Verfahren zur Bestimmung und Auswahl der zur Bestimmung beitragenden Messbereiche - unabhängig von der Größe des Trägersubstrats - vorgesehen:

In einem ersten Schritt wird die mindestens eine Metallschicht des Trägersubstrats in neun gleich große Rechtecke, insbesondere Quadrate, d. h. in mehrere etwa gleich große Flächen, unterteilt. In den so festgelegten Messbereichen werden je weils zwei oder drei Schnittbilder erzeugt, die herangezogen werden, um in jedem der Schnittbilder eine gemittelte Dicke für die mindestens eine Metallschicht zu be stimmen. Die Schnittbilder werden bevorzugt mittels eines REM-Verfahrens aufge nommen, beispielsweise in einer 2000 oder 2500- fachen Vergrößerung. Anschlie ßend wird in einem zweiten Schritt über die insgesamt 18 oder 27 in den Schnitt bildern erfassten Dicken, die über alle neun rechteckigen Messbereiche verteilt sind, gemittelt. Auf diese Weise wird in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass die gemittelte Dicke einen repräsentativen Wert für die Bindungsschicht zwischen der mindestens einen Metallschicht und dem Isolationselement für das gesamte Trä gersubstrat darstellt. Mit anderen Worten: die in dem Abschnitt beschriebene Vor gehensweise sieht gemittelte Dicke vor, die über die mindestens eine Metall schicht gesehen in gleichmäßig verteilten Messbereichen bestimmt ist. Das hier beschriebene Verfahren zur Auswahl der Messbereich, die zur Bestimmung eines gemittelten Werts für die Dicke beiträgt ist analog für die Bestimmung des Flä chenwiderstands heranzuziehen.

Vorzugsweise ist das Trägersubstrat als Leiterplatte vorgesehen, bei der im gefer tigten Zustand die mindestens eine Metallschicht, die an das Isolationselement an gebunden ist, strukturiert ist. Beispielsweise ist es hierzu vorgesehen, dass nach dem Anbindungsschritt auch eine Strukturierung, beispielsweise durch Lasern, Ät zen und/oder eine mechanische Bearbeitung, vorgenommen wird, mit der Leiter bahnen und/oder Anschlüsse für elektrische oder elektronische Bauteile realisiert werden. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass an einem gefertigten Metall-Kera- mik-Substrat an dem Keramikelement, an dem der Metallschicht gegenüberliegen den Seite, eine weitere Metallschicht, insbesondere eine Rückseitenmetallisierung und/oder ein Kühlelement vorgesehen ist. Dabei dient die Rückseitenmetallisie rung vorzugsweise dazu, einer Durchbiegung entgegenzuwirken und das Kühlele ment dient einem wirkungsvollen Abführen von Wärme, die im Betrieb von elektri schen bzw. elektronischen Bauteilen ausgeht, die an die Leiterplatte, bzw. das Metall-Keramik-Substrat angebunden sind.

Als Materialien für die mindestens eine Metallschicht und/oder die mindestens eine weitere Metallschicht im Metall-Keramik-Substrat bzw. Isolationselement sind Kupfer, Aluminium, Molybdän, Wolfram, Nickel und/oder deren Legierungen wie z. B. CuZr, AlSi oder AlMgSi, sowie Laminate wie CuW, CuMo, CuAI und/oder AICu oder MMC (metal matrix composite), wie CuW, CuM oder AlSiC, vorstellbar. Wei terhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die mindestens eine Metallschicht am gefer tigten Metall-Keramik-Substrat, insbesondere als Bauteilmetallisierung, oberflä chenmodifiziert ist. Als Oberflächenmodifikation ist beispielsweise eine Versiege lung mit einem Edelmetall, insbesondere Silber; und/oder Gold, oder (electroless) Nickel oder ENIG („ electroless nicket immersion gold “) oder ein Kantenverguss an der Metallisierung zur Unterdrückung einer Rissbildung bzw. -Weitung denkbar.

Vorzugsweise weist das Keramikelement AI ₂ O3, S13N ₄ , AIN, eine HPSX-Keramik (d. h. eine Keramik mit einer AI ₂ O3- Matrix, die einen x-prozentigen Anteil an Zr0 ₂ umfasst, beispielsweise AI ₂ O3 mit 9% Zr0 ₂ = HPS9 oder AI ₂ O3 mit 25%

Zr0 ₂ = HPS25), SiC, BeO, MgO, hochdichtes MgO (> 90% der theoretischen Dichte), TSZ (tetragonal stabilisiertes Zirkonoxid) als Material für die Keramik auf. Es ist dabei auch vorstellbar, dass das Keramikelement als Verbund- bzw. Hyb ridkeramik ausgebildet ist, bei der zur Kombination verschiedener gewünschter Ei genschaften mehrere Keramikschichten, die sich jeweils in Hinblick auf ihre mate rielle Zusammensetzung unterscheiden, übereinander angeordnet und zu einem Isolationselement zusammengefügt sind.

Vorzugsweise ist die Bindungsschicht flächig, insbesondere ohne Unterbrechung, d. h. durchgehend, zwischen der mindestens einen Metallschicht und dem Kerami kelement ausgebildet. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass ein Verhältnis eines Bereichs, in dem zwischen der mindestens einen Metallschicht und dem Isolati onselement keine Bindungsschicht ausgebildet ist zu den Bereichen, in denen zwi schen der mindestens einen Bindungsschicht und dem Isolationselement eine Bin dungsschicht ausgebildet ist kleiner als 0,05 mm, bevorzugt kleiner als 0,02 mm und besonders bevorzugt kleiner als 0,007 mm. Dabei versteht der Fachmann ins besondere, dass zur Bildung dieses Verhältnisses die Bereiche nicht berücksich tigt werden, die aufgrund der Strukturierung frei sind von Metall der mindestens ei nen Metallschicht. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das Trägersubstrat mindestens eine wei tere Metallschicht umfasst, die an dem Isolationselement an einer der mindestens einen Metallschicht gegenüberliegenden Seite angebunden ist, wobei im gefertig ten Trägersubstrat eine weitere Bindungsschicht zwischen der mindestens einen weiteren Metallschicht und dem Isolationselement ausgebildet ist, wobei auch hier eine in Stapelrichtung bemessene aufsummierte Dicke der Bindungsschicht und der weiteren Bindungsschicht, gemittelt über mehrere Messpunkte innerhalb einer vorbestimmten Fläche oder mehrere Flächen, die parallel zur Haupterstreckungs- ebene verläuft bzw. verlaufen, einen Wert annimmt, der kleiner ist als 0,045 mm, bevorzugt kleiner als 0,0225 mm und besonders bevorzugt kleiner als 0,0135mm .

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Bindungsschicht und/oder die weitere Bindungsschicht Silber aus einem Lotmaterial und/oder einem Lotbasismaterial aufweist. Im Allgemeinen bildet diese Schicht eine Lotbasisschicht aus, in der sich der Hauptbestandteil des Lotbasismaterials im gefertigten Trägersubstrat sam melt. Beispielsweise wird als Bindungsschicht diejenige Schicht verstanden, die sich im Falle eines silberbasierten Lotmaterials zwischen der mindestens einen Metallschicht und dem Isolationselement ausbildet. Diese umfasst im Wesentli chen Silber und lässt sich entsprechend in einem Schnittbild entlang der Stapel richtung angefertigten Metall-Keramik-Substrat identifizieren. Dabei bezieht sich die heranzuziehende bzw. zu vermessende Dicke auf den massiven Anteilen an silberreichen Phasen und schließt insbesondere solche Einschlüsse aus, die in der mindestens einen Metallschicht, insbesondere im Randbereich zu der Silber schicht, zu finden sind.

Vorzugsweise ist neben dem Silber, das auf ein silberbasiertes Lotmaterial bzw. auf ein silberbasiertes Lotbasismaterial zurückzuführen ist, in der Bindungsschicht eine Haftvermittlerschicht ausgebildet. Im Falle eines Metall-Keramik-Substrats wird die Haftvermittlerschicht dabei vorzugsweise durch eine Verbindung realisiert bzw. ausgebildet, die zum einen das Aktivmetall, beispielsweise Titan, und zum anderen die Bestandteil des Keramikelements, beispielsweise Sauerstoff 0, Stick stoff N und/oder Kohlenstoff C und/oder Silizium Si und/oder Aluminium AI und/o der Magnesium Mg und/oder Calcium Ca umfasst. In entsprechender Weise um fasst die Haftvermittlerschicht beispielsweise Titannitrid, Titancarbid und/oder Ti tanoxid, insbesondere in verschiedenen Oxidationsstufen.

Weiterhin ist es vorstellbar, dass das Lotbasismaterial als Folie, als Paste, als eine durch physikalisches und/oder chemisches Gasphasenabscheiden entstandene Schicht, und/oder als galvanisch gebildete Schicht bereitgestellt wird.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Bindungsschicht und/oder die weitere Bindungsschicht eine ein Aktivmetall umfassende Haftvermittlerschicht ist. Insbe sondere ist es vorgesehen, dass die Bindungsschicht nur aus der Haftvermittler schicht ausgebildet ist, die das Aktivmetall umfasst. Dabei weist die Haftvermittler schicht in der Bindungsschicht eine Verbindung mit einem Bestandteil des Kerami kelements, wie beispielsweise Stickstoff, Sauerstoff oder Kohlenstoff, und den an deren Bestandteilen der Keramik auf. In entsprechender weise umfasst die Haft vermittlerschicht beispielsweise Titannitrid, Titanoxid und/oder Titancarbid. .Bei spielsweise umfasst die Bindungsschicht ausschließlich die das Aktivmetall umfas sende Haftvermittlerschicht, d. h. die Bindungsschicht weist kein Silber oder an dere Basislotbestandteile auf. In diesem Fall ist es vorgesehen, dass eine in Sta pelrichtung gemessene Dicke der Bindungsschicht gemittelt über mehrere Mess punkte innerhalb einer Fläche, die parallel zur Haupterstreckungsebene verläuft, oder der mehreren Flächen einen Wert annimmt der kleiner ist als 0,003 mm (3000 nm) , bevorzugt kleiner als 0,001 mm (1500 nm) und besonders bevorzugt kleiner als 0,0005 mm (500 nm) oder sogar kleiner als 0,00035 mm (350 nm). Ins besondere für solche Bindungsschichten, bei den auf ein Lotbasismaterial und/o der einen Silberanteil verzichtet wird, lässt sich in entsprechender Weise eine noch dünnere Bindungsschicht ausbilden. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die ein Aktivmetall umfassende Haftvermitt lerschicht eine im Wesentlichen konstante Dicke aufweist, insbesondere im Ge gensatz zu der Lotbasisschicht, die wegen der Ondulation im Isolationselement moduliert ist. Insbesondere weisen die innerhalb der Fläche oder den Flächen be stimmten Messwerte der Dicke eine Verteilung auf, der eine Standardabweichung zuzuordnen ist, die kleiner ist als 0,2 gm, bevorzugt kleiner als 0,1 gm und beson ders bevorzugt kleiner als 0,05 gm. Insbesondere das physikalische und/oder che mische Gasphasenabscheiden einer Aktivmetallschicht und sich die daraus erge benden Bindungsschicht gestatten es, eine homogene und gleichmäßig verteilte Dicke der Bindungsschicht zu erzielen, die insbesondere nur aus der Haftvermitt lerschicht besteht. Die Haftvermittlerschicht kann dabei auch eine konstante Dicke aufweisen, wenn sie zusätzlich zum Lotbasismaterial ausgebildet ist.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstel lung eines Trägersubstrats, insbesondere eines Metall-Keramik-Substrats, gemäß der vorliegenden Erfindung umfassend:

- Bereitstellen mindestens einer Metallschicht und eines Isolationselements, insbesondere eines Keramikelements, eines Glaselements, einer Glaskera mikelements und/oder eines hochtemperaturbeständigen Kunststoffele ments, wobei sich die mindestens eine Metallschicht und das Isolationsele ment entlang einer Haupterstreckungsebene erstrecken,

- Anordnen der mindestens einen Metallschicht und des Isolationselements in einer senkrecht zur Haupterstreckungsebene verlaufenden Stapelrich tung übereinander, wobei zwischen der mindestens einen Metallschicht und dem Isolationselement eine Aktivmetallschicht angeordnet ist und

- Anbinden der mindestens einen Metallschicht an das Isolationselement über die Aktivmetallschicht unter Ausbildung einer Bindungsschicht zwi schen der mindestens einen Metallschicht und dem Isolationselement.

Alle für das Trägersubstrat beschriebenen Vorteile und Eigenschaften lassen sich übertragen bzw. analog übertragen auf das Verfahren und andersrum. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Aktivmetallschicht durch ein chemi sches oder elektrochemisches Abscheiden und/oder gasphysikalisches Gaspha senabscheiden (PVD) eines Aktivmetalls realisiert wird. Dabei kann die Aktivme tallschicht auf dem Isolationselement, dem Lotbasismaterial und/oder der mindes tens einen Metallschicht ausgebildet werden. Alternative oder ergänzend ist es vorstellbar, dass die Aktivmetallschicht als separate Folie bereitgestellt wird oder als Folie, die im Verbund mit der Lotbasismaterialschicht und/oder eine Lotfolie und/oder mit der mindestens einen Metallschicht bereitgestellt wird.

Insbesondere ist es durch die Nutzung einer separat ausgeführten Aktivmetall schicht möglich, diese vergleichsweise dünn auszugestalten, wodurch die an spruchsgemäßen vergleichsweise dünnen Dicken der Bindungsschicht realisierbar sind, insbesondere gemittelt über verschiedenen Messerwerte innerhalb der fest gelegten Fläche bzw. Flächen. Beispiele für ein Aktivmetall sind Titan (Ti), Zirko nium (Zr), Hafnium (Hf), Chrom (Cr), Niob (Nb), Cer (Ce), Tantal (Ta), Magnesium (Mg), Lanthan (La) und Vanadium (V). Hierbei ist darauf zu achten, dass die Me talle La, Ce, Ca und Mg leicht oxidieren können. Ferner wird angemerkt, dass die Elemente Cr, Mo und W keine klassischen Aktivmetalle sind, sich aber als Kon taktschicht zwischen S13N4 und der mindestens einem Metallschicht bzw. dem Lot system bzw. Lotmaterial eignen, da sie mit der mindestens einen Metallschicht, beispielsweise Kupfer, keine intermetallischen Phasen bilden und keine Randlös lichkeit haben.

Insbesondere handelt es sich bei dem Lotbasismaterial um ein metallbasiertes Ba sismaterial, vorzugsweise um ein silberbasiertes oder ein kupferbasiertes Basis material. In einem silberbasierten Basismaterial ist Silber die Hauptkomponente, d. h. der Bestandteil mit dem bezüglich der Gewichtsprozente höchsten Anteil, wäh rend in einem kupferbasierten Basismaterial Kupfer die Hauptkomponente ist. Bei spiele für ein silberbasiertes Basismaterial sind AgCu, insbesondere AgCu28, AgCuln, AgCuSn und AgCuGa. Beispiele für ein kupferbasiertes Basismaterial sind Kupfer CuSn, CuAg, Culn, CuGa, CulnSn, CulnMn, CuGaSn. Auch ist es vorstellbar, ein Lotbasismaterial auf Basis von NiCrMn oder SnCu zu verwenden. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass in der angeordneten Aktivmetallschicht ein Anteil an nichtmetallischen Verunreinigungen kleiner ist als 0,1 Gew-%, bevorzugt kleiner als 0,05 Gew-% und besonders bevorzugt kleiner als 0,01 Gew-%. Durch die Minimierung von Verunreinigungen ist es in vorteilhafter Weise möglich die Schichtdicke kleiner zu gestalten, da im Falle einer Verunreinigung nur ein Teil des vorhandenen Aktivmetalls zur Verbindung der mindestens einen Metallschicht mit dem Isolationselement beitragen kann, während der Rest des Aktivmetalls durch die Verunreinigungen gebunden wird. Durch die entsprechende Sicherstel lung eines vergleichsweise geringen Anteils an Verunreinigungen wird so eine ef fektivere Anbindung realisiert, die es gestattet, den Anteil des Aktivmetalls zu re duzieren, wodurch sich wiederrum die Bindungsschicht dünner gestalten lässt.

Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass ein physikalisches und/oder chemi sches Gasphasenabscheiden oder elektrochemisches Abscheiden derart durchge führt wird, dass eine Dichte des auf dem Isolationselement aufgetragenen Aktiv metalls realisiert wird, die größer ist als 90 % einer theoretischen Dichte des Aktiv metalls, bevorzugt größer als 95 % der theoretischen Dichte und besonders bevor zugt größer als 99% der theoretischen Dichte. Unter der theoretischen Dichte des Aktivmetalls versteht der Fachmann insbesondere diejenige Dichte, die in einem Datenblatt für das Aktivmetall zu finden ist, ohne das künstliche Flohlräume bzw. Poren in das Aktivmetall eingebracht sind. Insbesondere die vergleichsweise ho hen Dichten verhindern, dass während des Anbindens Sauerstoff, Stickstoff und/o der Kohlenstoff in der Aktivmetallschicht vorliegt, was wiederrum als Verunreini gung zu einer ungewünschten Bindung des Aktivmetalls führen könnte. In entspre chender Weise wird durch die erhöhte Dichte in der Aktivmetallschicht der Anteil, der wirksam für die Verbindung zwischen der mindestens einen Metallschicht und dem Keramikelement verwendet werden kann, erhöht, was wiederum dazu führt, dass man die Aktivmetallschicht als solche dünner ausgestalten kann.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass eine Aktivmetallschicht verwendet wird, de ren Dicke zwischen 10 nm und 1000 nm liegt, bevorzugt zwischen 50 nm und 750 nm, besonders bevorzugt zwischen 100 und 500 nm. Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass das Aktivmetall mittels eines physikalischen und/oder chemi sches Gasphasenabscheidens auf dem Isolationselement und/oder dem Lotbasis material, das vorzugsweise ebenfalls als Folie ausgebildet ist, aufgetragen wird. Beispielsweise ist es auch vorstellbar, dass das Aktivmetall zusammen mit dem Lotmaterial auf die gewünschte Dicke heruntergewalzt wird, um eine vergleichs weise dünne Bindungsschicht zwischen der mindestens einen Metallschicht und dem Isolationselement auszubilden.

Vorzugsweise wird eine Lotfolie verwendet, die kleiner ist als 20 pm, bevorzugt kleiner als 12 pm und besonders bevorzugt kleiner als 8 pm aufweist. Beispiels weise nimmt die Dicke der Lotschicht einen Wert zwischen 2 und 20 pm oder zwi schen 2 und 5 pm zwischen bevorzugt zwischen 8 und 15 pm und besonders be vorzugt zwischen 5 und 10 pm an. Weiterhin ist es vorstellbar, dass das Lotbasis material als Folie, als Paste, als eine durch physikalisches und/oder chemisches Abscheiden entstandene Schicht, und/oder als galvanisch gebildete Schicht be reitgestellt wird.

Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass eine Rauigkeit R _a einer Oberfläche des Isolationselements zumindest bereichsweise kleiner ist als 1 ,0 pm, bevorzugt kleiner als 0,7 pm und besonders bevorzugt kleiner als 0,5 pm. Durch die Reduk tion der Rauigkeit an der Oberfläche des Isolationselements ist es in vorteilhafter Weise möglich, Lufteinschlüsse oder Hohlbereiche zu vermeiden, in denen sich Sauerstoff ansammeln kann, der wiederrum im Sinne einer Verunreinigung der ef fektiven Nutzung des Aktivmetalls zur Anbindung der mindestens einen Metall schicht an das Isolationselement abträglich wäre. Insbesondere wird eine Mitten rauigkeit angenommen. Der Mittenrauwert, dargestellt durch das Symbol R _a , gibt einen mittleren Abstand eines Messpunktes - auf der Oberfläche - zu einer Mittel linie an. Die Mittellinie schneidet innerhalb einer Bezugsstrecke das wirkliche Profil so, dass eine Summe der Profilabweichungen in einer parallelen Ebene zur Mittel linie auf eine Länge der Bezugsstrecke verteilt wird. Vorstellbar ist ebenfalls, dass die Rauigkeit R _a einer Oberfläche des Isolationsele ments zumindest bereichsweise größer ist als 1 ,0 gm, bevorzugt zwischen 0,4 gm und 1 ,5 gm und besonders bevorzugt zwischen 0,75 und 1 ,25 gm. Insbesondere hat sich herausgestellt, dass mit zunehmender Rauigkeit auch der Flächenwider stand zunimmt.

Weiterhin hat es sich herausgestellt, dass es möglich ist, den äußersten Rand der mindestens einen Metallschicht, insbesondere an der dem Isolationselement zu gewandten Seite, derart auszugestalten, dass er weniger zu einer Fransenbildung neigt. Während es bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren üb lich ist, dass sich ein ausgefranster äußerster Rand ausbildet, ist es möglich, diese Fransenbildung zu unterdrücken. Die Seitenlänge der mindestens einen Metall schicht im Randbereich bestimmt sich vorzugsweise als Erstreckung zwischen ei ner oberen Kante der mindestens einen Metallschicht an der dem Isolationsele ment abgewandten Seite, und einer unteren Kante, die die Metallschicht an der dem Isolationselement zugewandten Seite am äußersten Umfang begrenzt. Dabei wird ein Stoffschlussmittel, wie beispielswiese ein Lotmaterial oder dessen Rück stände, der unteren Kante der mindestens einen Metallschicht zugerechnet. Im Rahmen der Strukturierung der mindestens einen Metallschicht ist es im Stand der Technik üblich, dass die untere Kante entlang einer Umlaufrichtung um einen durch die Strukturierung entstandenen Metallabschnitte nicht geradlinig verläuft, wodurch ein fransenartiger Verlauf bedingt wird. Dies führt dazu, dass die Länge der mindestens einen Metallschicht zwischen der oberen Kante und der unteren Kante, bemessenen in einer parallel zur Haupterstreckungsebene verlaufenden Richtung, entlang der Umlaufrichtung variiert. Dies entspricht der Fransenbildung am äußersten Umfang der mindestens einen Metallschicht. Dabei sind die Längen des äußersten Rand bemessenen zwischen der oberen Kante und der unteren Kante der mindestens einen Metallschicht stochastisch verteilt.

Es hat sich herausgestellt, dass es möglich ist diese Variation in der Länge des äußersten Rands der mindestens einen Metallschicht einzuschränken. Insbeson- dere ist es vorgesehen, dass eine Standardabweichung einer Länge des äußers ten Randbereichs der mindestens einen Metallschicht, bemessen zwischen einer oberen und unteren Kante der mindestens einen Metallschicht in einer parallel zur Haupterstreckungsebene verlaufenden Richtung, einen Wert kleiner als 0,4, be vorzugt kleiner als 0,2 und besonders bevorzugt kleiner als 0,1 annimmt. Durch die geringere Streuung in Hinblick auf die Länge der mindestens einen Metall schicht im Randbereich ist es in vorteilhafter Weise möglich unter Berücksichti gung von etwaigen Fertigungstoleranzen benachbarte Metallabschnitte näher an einander zu realisieren. Dies unterstützt die Bildung von möglichst kompakten Lei terplatten.

Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass die mindestens eine Metallschicht und/oder die mindestens eine weitere Metallschicht mittels eines Aktivlotverfah rens und/oder eines heißisostatischen Pressens und/oder eines DCB-Verfahrens an das Isolationselement angebunden wird.

Beispielsweise ist es vorgesehen, dass ein Verfahren zur Herstellung eines Metall- Keramik-Substrats vorgesehen ist, umfassend:

- Bereitstellen einer Lötschicht, insbesondere in Form mindestens einer Lötfolie bzw. Hartlotfolie,

- Beschichten des Isolationselements und/oder der mindestens einen Metall schicht und/oder der mindestens einen Lötschicht mit mindestens einer Aktivme tallschicht,

- Anordnen der mindestens einen Lötschicht zwischen dem Isolationselement und der mindestens einen Metallschicht entlang einer Stapelrichtung unter Ausbildung eines Lötsystems, das die mindestens eine Lötschicht und die mindestens eine Aktivmetallschicht umfasst, wobei ein Lotmaterial der mindestens einen Lötschicht vorzugsweise frei von einem schmelzpunkterniedrigenden Material bzw. von ei nem phosphorfreien Material ist, und

- Anbinden der mindestens einen Metallschicht an die mindestens eine Keramik schicht über das Lötsystem mittels eines Aktivlotverfahrens. Insbesondere ist dabei ein mehrschichtiges Lötsystem aus mindestens einer Löt schicht, vorzugsweise frei von schmelzpunkterniedrigenden Elementen, beson ders bevorzugt aus einer phosphorfreien Lötschicht, und mindestens einer Aktiv metallschicht, vorgesehen. Die Separation der mindestens einen Aktivmetall schicht und der mindestens einen Lötschicht erweist sich insbesondere deswegen als vorteilhaft, weil dadurch vergleichsweise dünne Lötschichten realisierbar sind, insbesondere wenn es sich bei der Lötschicht um eine Folie handelt. Für aktivme tallhaltige Lötmaterialien müssen andernfalls vergleichsweise große Lötschichtdi cken wegen der spröden intermetallischen Phasen bzw. des hohen E-Moduls und hoher Streckgrenze der gängigen Aktivmetalle und deren intermetallischen Phasen, die die Umformung der Lötpaste bzw. Lötschicht behindern, realisiert werden, wodurch die minimale Schichtdicke durch die Fertigungseigenschaften des aktivmetallhaltigen Lötmaterials begrenzt wird. Entsprechend bestimmt für ak tivmetallhaltige Lötschichten nicht die für das Fügeverfahren erforderliche Mindest dicke die minimale Lötschichtdicke der Lötschicht, sondern die für die technisch realisierbare minimale Schichtdicke der Lötschicht bestimmt die minimale Löt schichtdicke der Lötschicht. Dadurch ist diese dickere, aktivmetallhaltige Löt schicht teurer als dünne Schichten. Unter phosphorfrei versteht der Fachmann ins besondere, dass der Anteil an Phosphor in der Lötschicht kleiner ist als 150 ppm, kleiner als 100 ppm und besonders bevorzugt kleiner als 50 ppm.

Vorzugsweise umfasst die Lötschicht, insbesondere die phosphorfreie Lotschicht, mehrere Materialien zusätzlich zu dem reinen Metall. Beispielsweise ist Indium ein Bestandteil des verwendeten Lotmaterials in der Lötschicht.

Weiterhin ist es vorstellbar, dass das Lotmaterial zur Ausbildung der Lötschicht durch ein physikalisches und/oder chemisches Gasphasenabscheiden und/oder galvanisch auf die Aktivmetallschicht und/oder die mindestens eine Metallschicht aufgetragen wird. Dadurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, vergleichsweise dünne Lotschichten im Lötsystem, insbesondere in einer homogenen Verteilung, zu realisieren. Beispielswiese sind bei der Herstellung des Trägersubstrats, insbesondere des Metall-Keramik-Substrats, weiteren Schritte vorgesehen, umfassend: - Bereitstel len eines Keramikelements und einer Metalllage,

- Bereitstellen eines gasdichten Behälters, der das Keramikelement umschließt, wobei der Behälter vorzugsweise aus der Metalllage geformt ist oder die Metall lage umfasst,

- Ausbilden des Metall-Keramik-Substrats durch ein Anbinden der Metalllage an das Keramikelement mittels heißisostatischem Pressen, wobei zum Ausbilden des Metall-Keramik-Substrats zwischen dem der Metalllage und dem Keramikelement mindestens abschnittsweise eine Aktivmetallschicht o- der eine ein Aktivmetall umfassende Kontaktschicht, zur Unterstützung des Anbin- dens der Metalllage an das Keramikelement, angeordnet wird. Der Behälter wird dabei vorzugsweise als Metallbehälter aus einer Metalllage und/oder einer weite ren Metalllage gebildet. Alternativ ist es auch vorstellbar, dass ein Glasbehälter verwendet wird..

Beim heißisostatischen Pressen ist es insbesondere vorgesehen, dass das Bon den durch Erhitzen unter Druck erfolgt, bei dem die erste und/oder zweite Metall lage des Metallbehälters, insbesondere die spätere Metallschicht des Metall-Kera mik-Substrats und eine etwaige dort auftretende eutektische Schicht nicht in die Schmelzphase Übertritt. In entsprechender weise sind beim heißisostatischem Pressen geringere Temperaturen als bei einem Direktmetallanbindungsverfahren, insbesondere einem DCB-Verfahren, erforderlich.

Im Vergleich zu der Anbindung einer Metallschicht an eine Keramikschicht mittels eines Lotmaterials, bei dem üblicherweise Temperaturen unterhalb der Schmelz temperatur der mindestens einen Metallschicht verwendet werden, kann bei der vorliegenden Vorgehensweise in vorteilhafter Weise auf ein Lotbasismaterial ver zichtet werden und es wird lediglich ein Aktivmetall benötigt. Die Verwendung bzw. die Nutzung des Drucks beim heißisostatischen Pressen erweist sich dabei zudem als vorteilhaft, weil dadurch Lufteinschlüsse bzw. Hohlräume zwischen der ersten Metalllage und/oder der zweiten Metalllage einerseits und dem Keramikelement andererseits reduziert werden können, wodurch die Ausbildung von Lunkern in ih rer Häufigkeit im gebildeten bzw. gefertigten Metall-Keramik-Substrat reduziert o- der gar vermieden werden kann. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Qualität der Bin dung zwischen der Metallschicht bzw. der ersten und/oder zweiten Metalllage des Metallbehälters und dem Keramikelement aus. Darüber hinaus ist es in vorteilhaf ter Weise möglich, das „second etching“ zu vereinfachen und Lotreste sowie eine Silbermigration zu vermeiden.

Vorstellbar ist es auch, dass beim heißisostatischen Pressen ein zusätzliches Lot material zwischen das Keramikelement und die mindestens eine Metallschicht ein gebracht wird, wobei eine Schmelztemperatur des zusätzlichen Lotmaterials klei ner sein kann als die Temperatur, bei der das heißisostatische Pressen durchge führt wird, d. h. kleiner als die Schmelztemperatur der mindestens einen Metall schicht.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass bei einem heißisostatischen Pressen der Metallbehälter in einer Heiz- und Druckvorrichtung einem Gasdruck zwischen 100 und 2000 bar, bevorzugt zwischen 150 und 1200 bar und besonders bevorzugt zwischen 300 und 1000 bar und einer Prozesstemperatur von 300 °C bis zu einer Schmelztemperatur der mindestens einen Metallschicht, insbesondere bis zu einer Temperatur unterhalt der Schmelztemperatur, ausgesetzt wird. Es hat sich in vor teilhafter Weise herausgestellt, dass es so möglich ist, eine Metallschicht, d.h. ein erste und/oder zweite Metalllage des Metallbehälters, an das Keramikelement an zubinden, ohne die erforderlichen Temperaturen eines Direktmetallanbindungsver fahrens, beispielsweise eines DCB- oder einem DAB-Verfahrens, und/oder ohne ein Lotbasismaterial, das beim Aktivlöten verwendet wird. Darüber hinaus gestat tet das Nutzen bzw. die Verwendung eines entsprechenden Gasdrucks die Mög lichkeit, möglichst lunkerfrei, d. h. ohne Gaseinschlüsse zwischen Metallschicht und Keramikelement ein Metall-Keramik-Substrat zu fertigen. Insbesondere finden Prozessparameter Verwendung, die in der DE 2013 113734 A1 erwähnt werden und auf die hiermit explizit Bezug genommen wird. Weitere Vorteile und Eigenschaften ergeben sich aus der nachfolgenden Be schreibung bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gegen stands mit Bezug auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:

Fig. 1: Trägersubstrat gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungs form der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 Bestandteil des Trägersubstrats aus Figur 1 vor dem Fügen; Fig. 3: Trägersubstrat gemäß einer zweiten beispielhaften Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 Bestandteil des Trägersubstrats aus Figur 3 vor dem Fügen und

Fig. 5 Detailansicht eines Trägersubstrats gemäß einer dritten bei spielhaften Ausführungsform der vorliegende Erfindung

In der Figur 1 ist ein Trägersubstrat 1 gemäß einer ersten beispielhaften Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Solche Trägersubstrate 1, ins besondere in Form eines Metall-Keramik-Substrats, dienen vorzugsweise als Trä ger bzw. Leiterplatte für elektronische bzw. elektrische Bauteile, die an die min destens eine Metallschicht 10 des Trägersubstrats 1 an dessen Bauteilseite an- bindbar sind. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die mindestens eine Metallschicht 10 strukturiert ist, um entsprechende Leiterbahnen und/oder An schlussflächen auszubilden, d. h. im gefertigten Trägersubstrat 1 umfasst die min destens eine Metallschicht 10 mehrere voneinander elektrisch isolierte Metallab schnitte. Die sich im Wesentlich entlang einer Haupterstreckungsebene HSE er streckende mindestens eine Metallschicht 10 und ein sich entlang der Haupter streckungsebene HSE ersteckendes Isolationselement 30 sind dabei entlang einer senkrecht zur Hauptersteckungsebene HSE verlaufenden Stapelrichtung S überei nander angeordnet und vorzugsweise über eine Bindungsschicht 12 miteinander gefügt bzw. verbunden. Vorzugsweise umfasst das Trägersubstrat 1 neben der mindestens einen Metallschicht 10 mindestens eine weitere Metallschicht 20, die in Stapelrichtung S gesehen an der der mindestens einen Metallschicht 10 gegen überliegenden Seite des Isolationselements 30 angeordnet und über eine weitere Bindungsschicht 12' an das Isolationselement 30 angebunden ist.

Dabei dient die mindestens eine weitere Metallschicht 20 als Rückseitenmetallisie rung, die einem Durchbiegen des Trägersubstrats 1, insbesondere des Metall-Ke- ramik-Elements, entgegenwirkt, und/oder als Kühlkörper, der dazu ausgelegt ist, einen Wärmeeintrag, hervorgerufen durch elektrische oder elektronische Bauteile auf dem Metall-Keramik-Substrat 1, abzuführen.

Insbesondere weist das Trägersubstrat 1 eine zwischen der mindestens einen Me tallschicht 10 und dem Isolationselement 30 angeordnete Bindungsschicht 12 auf. Es hat sich dabei als vorteilhaft herausgestellt, wenn eine in Stapelrichtung S be messene Dicke der Bindungsschicht 12 vergleichsweise dünn ist. Außerdem er weist sich eine vergleichsweise dünne Dicke der Bindungsschicht 12 zwischen der mindestens einen Metallschicht 10 und dem Isolationselement 30 als vorteilhaft, wenn zwecks einer Strukturierung der mindestens einen Metallschicht 10 ein Ätz vorgang vorgesehen ist. Beispielsweise lassen sich dadurch schmalere Isolations gräben, d. h. Abstände zwischen einzelnen Metallabschnitten der mindesten einen Metallschicht 10, realisieren. Beispielsweise lassen sich so Breiten z, gemessen in Richtung parallel zur Haupterstreckungsebene HSE, für den Isolationsgraben zwi schen zwei Metallabschnitten deren Dicke 200 pm bis 400pm beträgt, realisieren, die kleiner sind als 700 pm, bevorzugt weniger als 600 pm und besonders bevor zugt weniger als 500 pm. Weiterhin erweist sich die Ausbildung einer dünneren Bindungsschicht 12 insofern als vorteilhaft, dass dadurch auch eine Anzahl an möglichen Fehlern in der Bin dungsschichten 12, hervorgerufen durch Materialfehler in einem eventuell verwen deten Lotmaterial, weiter reduziert werden kann.

In dem in Figur 1 dargestellten Beispiel handelt es sich bei der Bindungsschicht 12 insbesondere um eine ein Aktivmetall umfassende Haftvermittlerschicht 13. Vor zugsweise handelt es sich bei Trägersubstrat 1 um ein Metall-Keramik-Substrat, bei dem das Isolationselement 30 ein Keramikelement ist. In diesem Fall wird die Haftvermittlerschicht 13 vorzugsweise aus einer Materialzusammensetzung gebil det, die eine Verbindung aus Komponenten des Keramikelements einerseits und einem Aktivmetall andererseits umfasst. Da es sich hierbei um sehr sprödbre- chende Verbindungen handelt, ist eine möglichst dünne Ausgestaltung dieser Haftvermittlerschicht 13 von Vorteil für die Haftfestigkeit der mindestens einen Me tallschicht 10 auf dem Isolationselement 30.

In Figur 2 ist das Trägersubtrat 1 aus Figur 1 vor dem Fügen dargestellt. Vor dem Fügeprozess ist es vorgesehen, dass in Stapelrichtung S gesehen das Isolations element 30, d. h. insbesondere das Keramikelement, und die mindestens eine Me tallschicht 10 übereinander angeordnet werden, wobei eine Aktivmetallschicht 15 zwischen die mindestens eine Metallschicht 10 und das Isolationselement 30 an geordnet wird.

Weiterhin ist es besonders bevorzugt vorgesehen, dass zur Anbindung der min destens einen weiteren Metallschicht 20 an der der mindestens einen Metall schicht 10 gegenüberliegenden Seite des Isolationselement 30 ebenfalls eine Ak tivmetallschicht 15 zwischen dem Isolationselement 30 und der mindestens einen weiteren Metallschicht 20 angeordnet wird. Dabei sind ebenfalls die mindestens eine weitere Metallschicht 20 und das Isolationselement 30 in Stapelrichtung S übereinander angeordnet. Beispielsweise erfolgt hier die Anbindung der mindes tens einen Metallschicht 10 an das Isolationselement 30 mittels eines heißisostati- sehen Pressens, bei dem unter Druck- und Temperatureinwirkung auf ein Ensem ble aus Isolationselement 30, Aktivmetallschicht 15 und der mindestens einen Me tallschicht 10 eine Anbindung realisiert wird. Hierzu wird vorzugsweise ein Behäl ter, verwendet, in dem das Ensemble aus Isolationselement 30, Aktivmetall schicht 15 angeordnet wird. Vorzugsweise bildet ein Teil des gasdichten Metallbe hälters die mindestens eine Metallschicht 10 und bildet so den Teil des Ensem bles. Alternativ ist auch vorstellbar, dass die Aktivmetallschicht 15 durch ein Ener gieeintrag, beispielsweise durch Aufwendung von Lichtblitzen, im Rahmen eines „Flash Light Annealing“, dahingehend unterstützt wird, dass eine Anbindung der mindestens einen Metallschicht 10 über die Aktivmetallschicht 15 an das Isolati onselement 30 erfolgt. Bevorzugt erfolgt das „Flash Light Annealing“ nach dem Anordnen der Aktivmetallschicht 15 auf dem Isolationselement 30 und/oder der mindestens einen Metallschicht 10.

Durch den Anbindungsprozess wird die Aktivmetallschicht 15 zur Bindungsschicht 12, insbesondere zur aktivmetallhaltigen Haftvermittlerschicht 13. Insbesondere umfasst die Bindungsschicht 12 ein aktivmetallhaltiges Material, das beispiels weise abhängig von der Keramik unter anderem, Titankarbid, Titanitrid und/oder Titanoxid, vorzugsweise in unterschiedlichen Oxidationsstufen, sein kann.

Vorzugsweise wird die Aktivmetallschicht 15 durch ein physikalisches und/oder chemisches Gasphasenabscheiden, beispielsweise ein Sputtern, auf das Isolati onselement 30 und/oder auf die mindestens eine Metallschicht 10 aufgetragen. Hierzu ist es besonders bevorzugt vorgesehen, dass beim physikalischen Gas phasenabscheiden eine Aktivmetallschicht 15 realisiert wird, deren Dichte größer ist als 90 % einer theoretischen Dichte des Aktivmetalls, bevorzugt größer als 95 % der theoretischen Dichte des Aktivmetalls und besonders bevorzugt größer als 99% der theoretischen Dichte des Aktivmetalls. Dadurch wird in vorteilhafter Weise ein Anteil an Luft, insbesondere ein Anteil an Sauerstoff, in der Aktivmetall schicht 15 während des Anbindungsprozesses reduziert, der andernfalls bewirken würde, dass nur ein reduzierter Teil des Aktivmetalls, d. h. nicht ein maximal mög licher Anteil, zur Bindung der mindestens einen Metallschicht 10 an das Isolations element 30 verwendet werden kann.

Insbesondere hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn ein Anteil von Verunreini gungen in der Aktivmetallschicht 15 kleiner ist als 1 Gew-%, bevorzugt kleiner als 0,7 Gew-% und besonders bevorzugt kleiner als 0,5 Gew-%. Dies gestattet ein möglichst dünnes Aufträgen der Aktivmetallschicht 15, was dazu führt, dass sich eine vergleichsweise dünne Bindungsschicht 12 ausbildet. Dabei ist die Größe der Verunreinigung beispielsweise von Reinheit eines Trägerstoffes abhängig. Bei spielsweise weist die Schichtdicke der Aktivmetallschicht 15, gemessen in Stapel richtung S, vor dem Verbinden der mindestens einen Metallschicht 10 an das Iso lationselement 30 über die Aktivmetallschicht 15 eine Dicke von 10 nm - 1000 nm bevorzugt zwischen 50 nm - 150 nm und besonders bevorzugt zwischen 100 nm - 500 nm auf. Weiterhin ist es besonders bevorzugt vorgesehen, dass nach dem Fügen bzw. Anbinden der mindestens einen Metallschicht 10 an das Isolationsele ment 30 eine Strukturierung vorgenommen wird, insbesondere mittels eines Ät zens bzw. Ätzvorgangs. Hierzu erfolgt die Strukturierung indem sowohl die Ab schnitte bzw. Teilbereiche der mindestens einen Metallschicht 10 und der Bin dungsschicht 12 wieder entfernt werden, um die Metallabschnitte in der mindes tens einen Metallschicht 10 voneinander elektrisch zu isolieren.

In der Figur 3 ist ein Trägersubstrat 1 gemäß einer zweiten beispielhaften Ausfüh rungsform dargestellt. Dabei unterscheidet sich die Ausführungsform der Figur 3 von derjenigen aus der Figur 1 nur dahingehend, dass das Trägersubstrat 1 als Bindungsschicht 12 neben einer Haftvermittlerschicht 13 eine Lotbasisschicht 14 aufweist. Die Lotbasisschicht 14 umfasst insbesondere als Material einen Lot hauptbestandteil des verwendeten Lotbasismaterials 16 bzw. den wesentlichen Bestandteil des Lotbasismaterials 16. Vorzugsweise ist die Lotbasischicht 14 aus Silber geformt, insbesondere wenn es sich um ein silberbasiertes Lotbasismaterial 16 handelt. In Figur 4 ist das Ausführungsbeispiel aus Figur 3 vor dem Fügen dargestellt. Im Gegensatz zu dem System aus der Figur 2 ist es hierbei vorgesehen, dass neben der Aktivmetallschicht 15 ein Lotbasismaterial 16 bereitgestellt wird, wobei das Lotbasismaterial 16 zwischen dem Isolationselement 30 und der mindestens einen Metallschicht 10 in Stapelrichtung S gesehen angeordnet ist. Vorzugsweise ist das Lotbasismaterial 16 in Stapelrichtung S gesehen zwischen der Aktivmetallschicht 15 und der mindestens einen Metallschicht 10 angeordnet. Durch einen Lotpro zess, bei dem man das zusammengesetzte Ensemble aus Isolationselement 30, Aktivmetallschicht 15, Lotmaterial 16 und mindestens einer Metallschicht 10 einer entsprechenden Prozesstemperatur aussetzt, erfolgt die Bindung der mindestens einen Metallschicht 10 an das Isolationselement 30 über ein Lotsystem, das die Aktivmetallschicht 15 und das Lotbasismaterial 16 umfasst. Gleiches gilt für die Anbindung der mindestens einen weiteren Metallschicht 20 an das Isolationsele ment 30 im Beispiel der Figur 4. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Lotbasis material 16 um eine Folie, die zum Fügen zwischen die mindestens eine Metall schicht 10 und/oder die mindestens eine weitere Metallschicht 20 einerseits und dem Isolationselement 30 andererseits angeordnet wird. Dabei ist es vorstellbar, dass die Aktivmetallschicht 15 durch ein physikalisches und/oder chemisches Gasphasenabscheiden auf dem als Folie ausgebildeten Lotmaterial bzw. Lotbasis material 16 aufgetragen wird. Insbesondere hat es sich herausgestellt, dass mit tels der Verwendung einer separaten Aktivmetallschicht 15, insbesondere zusam men mit einem Lotbasismaterial 16, es möglich ist, vergleichsweise dünne Bin dungsschichten 12 zu realisieren.

Weiterhin hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, dass unter Verwendung einer separaten Aktivmetallschicht 15, wie es in den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 bis 4 dargestellt ist, möglich ist, eine flächige und durchgehende Bindungs schicht 12 zu realisieren. Dies ist beispielsweise im Falle der Verwendung eines Pastenmaterials, das sowohl Lotbasismaterial 16 als auch Aktivmetall umfasst, nicht sichergestellt, wenn eine gleiche Titanmenge angenommen wird oder eine gleich dickes Lotsystem verwendet wird. Hier entstehen statistisch verteilte Anbin dungsfehler im Bereich der Bindungsschicht. In entsprechender Weise ist es durch die gezielte flächige bzw. durchgehende Anbindung der mindestens einen Metall schicht 10 an das Isolationselement 30 möglich, eine ununterbrochene d. h. durch gehende Bindungsschicht 12 zu realisieren, die das Bindungsverhalten der min destens einen Metallschicht 10 an das Isolationselement 30 signifikant verbessert. Vorzugsweise nimmt ein Verhältnis zwischen Bereichen, in denen zwischen der mindestens einen Metallschicht 10 und dem Isolationselement 30 keine Bindungs schicht 12 ausgebildet ist, zu Bereichen, bei denen zwischen der mindestens ei nen Metallschicht 10 und dem Isolationselement 30 eine Bindungsschicht 12 aus gebildet ist, einen Wert an, der kleiner als 0,05, bevorzugt kleiner als 0,025 und besonders bevorzugt kleiner als 0,01 ist. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass zur Bestimmung dieses Verhältnisses nur diejenigen Abschnitte des Trä gersubstrats 1 herangezogen werden, die nicht strukturiert sind. Mit anderen Wor ten: am gefertigten Trägersubstrat 1 bezieht sich das besagte Verhältnis auf einen Metallabschnitt und/oder mehrere Metallabschnitte der mindestens einen Metall schicht 10 oder der mindestens einen weiteren Metallschicht 20. Vorzugsweise stellt sich das Verhältnis über das gesamte Metall-Keramik-Substrat bzw. das ganze Trägersubstrat 1 ein, wobei die einzelnen Teilbereiche über die separaten Metallabschnitte jeweils aufsummiert werden.

In Figur 5 ist ein Trägersubstrat 1 gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungs form der vorliegenden Erfindung dargestellt. Insbesondere zeigt die obere Hälfte eine Draufsicht auf das Trägersubstrat 1 in einer Blickrichtung, die im Wesentli chen der Stapelrichtung S entspricht. Entsprechend ist die mindestens eine Metall schicht 10 zu erkennen und die gegenüber dem äußersten Rand der mindestens einen Metallschicht 10 vorstehende Oberseite des Isolationselements 30. Dieser vorstehenden bzw. überstehenden Teilabschnitt, ein sogenannter Pull-back, dient insbesondere zur Vermeidung eines elektrischen Überschlags zwischen der min destens einen Metallschicht 10 und der mindestens einen weiteren Metallschicht 20 an einer Rückseite des Isolationselements 30. Zur quantitativen Bestimmung der Dicke D der Bindungsschicht 12 ist es bevorzugt vorgesehen, dass diese je weils an verschiedenen Positionen innerhalb verschiedener Flächen F, bevorzugt in mehreren Rechtecken, die zusammen die mindestens eine Metallschicht 10 bil den bzw. zusammengesetzt sich über die gesamte Oberfläche des Trägersub strats erstrecken, bestimmt werden und anschließend ein Mittelwert bestimmt wird. Im dargestellten Beispiel ist die Metallschicht in neun etwa gleichgroße Rechtecke bzw. Quadrate, d. h. Flächen, eingeteilt. In jedem der neun Flächen F werden mindestens zwei, bevorzugt drei, Schnittbilder mittels eines REM- Verfahrens aufgenommen. In den einzelnen Schnittbildern werden gemittelte Di cken D für die Bindungsschicht 12, insbesondere die Flaftvermittlerschicht 13 ent lang der Schnittebene bestimmt. Die Schnittebene verläuft dabei senkrecht zur Flaupterstreckungsebene FISE. Anschließend wird das arithmetische Mittel aller bestimmten Dicken in den Schnittbildern bestimmt. Dadurch kann in vorteilhafter Weise mitberücksichtigt werden, dass das Trägersubstrat 1 bzw. das Isolations element 30 in der Regel eine Ondulation, d. h. eine Welligkeit, aufweist, die dazu führt, dass im Rahmen eines Fertigungsprozesses bzw. Anbindungsprozesses das Lotbasismaterial 16 in Täler des Isolationselements 30 an dessen Oberseite einfließt, was dazu führt, dass sich entlang der Haupterstreckungsebene HSE eine Dicke D der Bindungsschicht 12 einstellt, die moduliert ist. Dennoch hat es sich herausgestellt, dass die vorteilhaft beschriebenen Effekte und Wirkungen sich auch dann einstellen, wenn die Dicke D vergleichsweise dünn ist, insbesondere dünner als eine vergleichbare Bindungsschichten 12, die sich bei der Verwendung von klassischen pastösen Lotmaterialien 16 einstellt. Zur Bestimmung der dem Schnittbild zugeordneten Dicke D kann beispielsweise die Dicke D entlang einer Schnittebene kontinuierlich durchgehend aufgenommen werden, d. h. integriert werden, oder in dem Bild durch mehrere diskrete Messungen mit anschließender Mittelwertbestimmung erfasst werden.

Bevorzugt ist es vorgesehen, dass eine aufsummierte Dicke der Bindungsschicht 12 und der weiteren Bindungsschicht 12', die sich zwischen der mindestens einen weiteren Metallschicht 20 und dem Isolationselement 30 ausbildet, heranzuziehen. Dabei sind jeweils die einander in Stapelrichtung S gesehenen gegenüberliegen den bzw. deckungsgleich zueinander angeordneten Dicken D der Bindungsschicht 12 und der weiteren Bindungsschicht 12' aufzusummieren. Die aufsummierte Di cke D wird dabei wiederrum an verschiedenen Positionen in der Fläche F bzw. den Flächen F ermittelt und anschließend bevorzugt über mehrere Flächen bzw. mehreren Rechtecken, die zusammen die mindestens eine Metallschicht 10 bil den, ermittelt. Insbesondere ist es mit dem Begriff gemittelt gemeint, dass über die gesamte mindestens eine Metallschicht 10 in verschiedenen Flächenbereichen bzw. Rechtecken eine bestimmte Anzahl, vorzugsweise insgesamt mehr als 25 Messwerte, besonders bevorzugt mehr als 100 Messwerte und besonders bevor zugt mehr als 500 Messwerte, herangezogen werden, wobei in jedem Flächenbe reich bzw. Rechteck die Messwerte stochastisch über die Fläche F verteilt sind.

In den Figuren 6a und 6b sind zwei beispielhafte Schnittbilder durch ein Trä gersubstrate 1 dargestellt. Insbesondere handelt es sich um Kupfer-Keramik-Sub- strate. Während in der Figur 6a ein Kupfer-Keramik-Substrat dargestellt ist, zu dessen Fierstellung eine klassische Lötpaste verwendet wurde, wurde das Kupfer- Keramik-Substrat der Figur 6b mittels einer Aktivmetallschicht 15, die mittels PVD- Verfahren aufgetragen wurde, und mittels eines Lotbasismaterials 16 hergestellt.

Die klassische silberbasierte Lötpaste beinhaltete dabei Titan als Aktivmetall und der Anteil des Titans in der Lötpaste lässt sich einer 1 ,5 pm dicken Aktivme talläquivalenzschichtdicke zuordnen, während die mittels PVD-Verfahren aufgetra gene Aktivmetallschicht eine Dicke D von 300 nm aufweist. Als Lotbasismaterial 16 wurde AgCuln mit einer Schichtdicke von 20 pm verwendet.

Zunächst lassen die dargestellten Figuren als hellen Streifen die Lotbasisschicht 14 erkennen. Dabei lassen beide Schnittbilder auch Einschlüsse 42 aus Silber in der Kupferschicht, d. h. der mindestens einen Metallschicht 10, erkennen. Diese Einschlüsse 42 in der Kupferschicht sind nicht bei der Schichtdickenmessung der Bindungsschicht 13 zu berücksichtigen. Die dargestellten Ausschnitte aus den mittels REM-Verfahren aufgenommenen Bildern zeigen, dass sich eine homogen verteilte Bindungsschicht 13 im Schnitt bild 6b ausbildet. Darüber hinaus ist festzustellen, dass die Anzahl von spröden in termetallischen Phasen 41 im Wesentlichen in der Bindungsschicht 13 zu finden sind, die mit der klassischen Lötpaste hergestellt wurde. Dabei sind die spröden intermetallischen Phasen 41 sowohl in der Lotbasisschicht 14 als auch in der Haft vermittlerschicht 13 zu finden.

Die Anzahl, Häufigkeit bzw. Größe der spröden intermetallischen Phasen 41 hat wiederum Einfluss auf die Abzugsfestigkeit, insbesondere derart, dass mit Ab nahme der spröden intermetallischen Phasen 41 die Abzugsfestigkeit vergrößert wird. Die Ausbildung der spröden intermetallischen Phasen 41 ist dabei an die Menge an Aktivmetall, vorliegend an Titan, gebunden.

Dies führt zu dem Zusammenhang der Abzugsfestigkeit zu der Schichtdicke der Haftvermittlerschicht 13., der in Figur 7 dargestellt ist. Es ist dabei zu erkennen, dass mit abnehmender Dicke der Titanschicht bzw. der äquivalenten Dicke auf Basis der verwendeten Titanmenge bei Lotpasten die Abzugsfestigkeit in N/mm zunimmt.

Die hier bestimmten Abzugsfestigkeiten wurden wie folgt bestimmt:

Zunächst wird ein Trägersubstrat 1 bereitgestellt, bei dem mittels Lotverfahren eine 0,8 mm dicke Kupferschicht beidseitig auf ein Keramikelement angebunden wurde. Für einen Abzugstest wird das Kupfer folgendermaßen strukturiert: Länge x Breite: 105 mm x 5 mm. Das Trägersubstrat wird in eine Zugprüfmaschine ein gespannt. Der Kupferstreifen wird hier mit einer gleichförmigen Geschwindigkeit von 10mm/min im 90° (+/- 5°) Winkel von der Keramikoberfläche abgezogen. Eine aufzuwendende Kraft wird kontinuierlich über die Länge des Streifens bzw. der Messung aufgezeichnet. Es wird der Mittelwert aus dem Wertebereich der aufzu wendenden Abzugskräfte zwischen 10% und 90% der Messlänge gebildet und dann auf die Breite des Abzugsstreifens in N/mm normiert. Insbesondere hat es sich gezeigt, dass der Anteil an spröden intermetallischen Phasen 42 abhängt von einem Aktivmetallanteil in der Bindungsschicht 13, insbe sondere in der Haftvermittlerschicht 13. Der Anteil des Aktivmetalls, insbesondere des Titans, lässt sich wiederum an einem Flächenwiderstand feststellen, der mit abnehmenden Anteil an Aktivmetall zunimmt.

In den Figuren 8a und 8b ist ein Verfahren zur Bestimmung des Flächenwider stands dargestellt. Hierbei wird zunächst am Trägersubstrate 1, die mindestens eine Metallschicht 10 und anschließend die Lotbasisschicht 14 weggeätzt, so dass im Wesentlichen nur noch die Haftvermittlerschicht 13 übrig bleibt (siehe Figur 8a). Anschließend wird der Flächenwiderstand mittels einer Vierpunkt-Methode be stimmt.

Hierzu wird eine Anordnung aus vier Messspitzen 45 verwenden, die mit gleichem Abstand s von 5 mm in einer Reihe nebeneinander angeordnet sind. Diese Anord nung ist in Figur 8b illustriert. Die abgerundeten Messspitzen 45 werden mit eine Andruckkraft von 1.5 N oder weniger auf die freigeätzte Haftvermittlerschicht 13 aufgesetzt. Dabei wird darauf geachtet, dass ein ausreichender Distanzierung der Messspitzen 45 zum Rand der Probe vorlegt, nämlich mehr als ein Dreifaches des Abstands s zwischen zwei benachbarten Messspitzen 45. Während die beiden äu ßeren Messspitzen 45 einen Strom I veranlassen, wird mit den beiden innenlie genden Messspitzen 45 eine Spannung V bestimmt. Zur Vermeidung von Erwär mungen in der Probe wird dabei ein Strom I unterhalb von 50 mA verwendet. Ent sprechend bestimmt sich der Widerstand R aus dem Verhältnis der Spannung V zur Stromstärke I. Anschließend bestimmt sich der Flächenwiderstand R _M in Ohm/sq gemäß folgender Formel

R 4.5324 R Gemäß der oben beschriebenen Weise wurden Haftvermittlerschichten 13 gemes sen, die mittels der folgenden Lotmaterialen hergestellt wurden:

Probe Lot Form Titan Als Referenzen (Referenz 1 und Referenz 2) werden hierbei klassische Lotpasten verwendet, die als Bestandteil Titan als Aktivmetall aufweisen. Der in der Paste beinhaltete Anteil an Titan entspricht dabei einer Aktivmetalläquivalenzschichtdi cke von 1500 nm. In diesem Fall ist die Dicke der Paste etwa 30 pm. Eine derar tige Äquivalenzschichtdicke wird anhand des Anteils an Titan in der Paste be- stimmt, da das Titan Bestandteil der Paste ist und in dieser gleichmäßig verteilt ist. Die Paste wurde dabei mit einer Schichtdicke von etwa 30 pm zwischen einer Kupferlage und einem ShN^Keramischicht angeordnet und anschließend der An bindungsprozess vollzogen. Die Lotsysteme aus den Proben AMB V1 bis AMB V5 setzten sich zusammen aus einer mittels PVD auf die ShN^Keramischicht aufgetragenen Titan-Aktivmetall- schicht mit einer Dicke von 300 nm. Das Lotbasismaterial 16 entspricht dabei der Zusammensetzung aus der klassischen Lotpaste (ohne Titan), wie sie in den Re ferenzen 1 und 2 verwendet wurden und wurde jeweils als Lotfolie bereitgestellt. Das Lotsystem wurde zwischen ShN^Keramischicht und Kupferlage angeordnet und anschließend angebunden.

Zum Bestimmen des Flächenwiderstands wurde die Kupferschicht sowie die Lot- basisschicht 14 mittels Ätzen wieder abgetragen. Als Resultat bleibt die Haftver mittlerschicht 13 an der Oberseite bzw. der Unterseite der Keramikschicht übrig.

Mittels einer XRF-Messung wurden die Bestanteile an den Oberseiten der zu ver messenden Proben bestimmt. Das Ergebnis zeigt die folgenden Anteile von Ele- menten an der Oberseite bzw. Unterseite der Keramikschicht mit der Haftvermitt lerschicht in at%:

Probe Cu Der Tabelle ist zu entnehmen, dass die Silber- und Kupferanteile an der Oberseite und Unterseite der Probe verschwindend gering sind, so dass sie keinen nennens werten Einfluss haben auf den Flächenwiderstand. In Figur 9 sind die Ergebnisse für die Flächenwiderstände, ermittelt nach dem oben beschriebenen Verfahren zusammengefasst. Zu erkennen ist, dass die Flä chenwiderstände für die Proben AMB V1 bis AMB V5 mehr als 15 mal so groß sind im Vergleich zu den Flächenwiderstände für die Referenzen 1 und 2. Bei den Proben AMB V1 bis AMB V5 wurden zusätzlich Keramiken unterschiedlicher Her steller sowie verschieden PVD-Anlagen verwendet. Die Flächenwiderstände spie geln dabei den Anteil an Titan in der Bindungsschicht 12 bzw. der Haftvermittler schicht 13 wieder, wie sie auch anhand der XRF-Messungen zu erkennen sind. Dieser reduzierte Titananteil hat maßgeblichen Einfluss auf die Ausbildung von spröden intermetallischen Phasen 42 in der Bindungsschicht 12, insbesondere auch in der Haftvermittlerschicht 13, die wiederum die Abzugsfestigkeit nachteilig beeinflussen. Der reduzierte Flächenwiderstand gibt somit zum Ausdruck, dass ein reduzierte Bildung von intermetallischen Phasen vorliegt, wenn der Flächenwi derstand größer als 5 Ohm/sq, bevorzugt größer als 10 Ohm/sq und besonders bevorzugt größer als 20 Ohm/sq ist.

Bezugszeichen: 1 Trägersubstrat

10 Metallschicht

12 Bindungsschicht

12' weitere Bindungsschicht

13 Haftvermittlerschicht 14 Lotbasisschicht

15 Aktivmetallschicht

16 Lotbasismaterial

20 weitere Metallschicht

30 Isolationsschicht 41 spröde intermetallische Phasen

42 Einschlüsse

45 Messspitzen s Abstand

D Dicke

HSE Haupterstreckungsebene S Stapelrichtung