Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Metall-Kera- mik-Substrats und ein Metall-Keramik-Substrat, hergestellt mit einem solchen Ver fahren.

Trägersubstrate für elektrische Bauteile, beispielsweise in Form von Metall-Kera- mik-Substraten, sind beispielsweise als Leiterplatten oder Platinen aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt, beispielsweise aus der DE 10 2013 104 739 A1 , der DE 19 927 046 B4 und der DE 10 2009 033 029 A1 . Typischerweise werden auf einer Bauteilseite des Metall-Keramik-Substrats Anschlussflächen für elektri sche Bauteile und Leiterbahnen angeordnet, wobei die elektrischen Bauteile und Leiterbahnen zu elektrischen Schaltkreisen zusammenschaltbar sind. Wesentliche Bestandteile der Metall-Keramik-Substrate sind eine Isolationsschicht, die bevor zugt aus einer Keramik gefertigt ist, und eine an die Isolationsschicht angebun dene Metallschicht bzw. Bauteilmetallisierung. Wegen ihren vergleichsweise ho hen Isolationsfestigkeiten haben sich aus Keramik gefertigte Isolationsschichten in der Leistungselektronik als besonders vorteilhaft erwiesen. Durch eine Strukturie rung der Metallschicht können sodann Leiterbahnen und/oder Anschlussflächen für die elektrischen Bauteile realisiert werden.

Für solche Trägersubstrate, insbesondere für Metall-Keramik-Substrate, besteht aufgrund der unterschiedlichen Materialwahl für die Isolationsschicht einerseits und die Metallisierung andererseits das Problem, dass wegen unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten bei einer Wärmeentwicklung, die beispiels weise im Betrieb oder bei der Fertigung des Trägersubstrats auftreten, thermome chanische Spannungen induziert bzw. veranlasst werden können, die zu einem Verbiegen oder gar zu einer Beschädigung des Trägersubstrats führen können. Der Stand der Technik sieht es üblicherweise vor, dass zur Strukturierung bzw. Profilierung der mindestens einen Metallschicht ein Ätzverfahren herangezogen wird. Hierzu wird auf eine dem Keramikelement abgewandten Seite der Metall schicht eine Maskierung, insbesondere in Form einer Resistschicht, aufgebracht. Im Anschluss wird ein Ätzmittel dazu verwendet, diejenigen Bereiche freizulegen, die von der Maskierung freigeblieben sind, wodurch eine der Maskierungen ent sprechende Strukturierung in der Metallschicht möglich ist. Allerdings ist ein sol ches Vorgehen material- und zeitaufwändig, insbesondere in Hinblick auf das Auf trägen der Maskierungen und die Verwendung eines Ätzmittels.

Hiervon ausgehend macht es sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, den Zeitaufwand und/oder Materialaufwand bei der Herstellung von Metall-Keramik- Substraten, insbesondere bei deren Strukturierungen, zu reduzieren.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und ein Metall- Keramik-Substrat gemäß Anspruch 10. Weiterbildung und weitere Ausführungsfor men sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren zu entneh men.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Her stellung eines Metall-Keramik-Substrats, vorgesehen, umfassend:

- Bereitstellen eines Keramikelements und mindestens einer Metallschicht, wobei sich das Keramikelement und die mindestens eine Metallschicht entlang einer Haupterstreckungsebene erstrecken und

- Verbinden des Keramikelements mit der mindestens einen Metallschicht zur Ausbildung eines Metall-Keramik-Substrats, insbesondere mittels eines Direktme tallanbindungsverfahrens, eines heißisostatischen Pressens und/oder eines Lötverfahrens, wobei eine Strukturierung, vorzugsweise zur Bildung einer Isolation von Metallab schnitten, und/oder eine Vertiefung, vorzugsweise zur Bildung eines Lötstopps, in der mindestens einen Metallschicht mit einem Laserverfahren und einem chemi schen Verfahren, insbesondere einem Ätzen, realisiert wird. Gegenüber dem Stand der Technik ist es erfindungsgemäß vorgesehen zum Strukturieren nicht ausschließlich die Nutzung eines Ätzmittels heranzuziehen, sondern zusätzlich Laserlicht dazu zu verwenden, einen Materialabtrag zu veran lassen, der der Bildung der Strukturierung und/oder der Vertiefung dient. Durch die Kombination dieser beiden Verfahren ist es in vorteilhafter Weise möglich, auf die Ausbildung einer Maskierung zu verzichten. Insbesondere ist es dabei vorgese hen, dass das Laserlicht dazu verwendet wird, den Verlauf der Strukturierung fest zulegen, während beispielsweise das herangezogene Ätzmittel für einen gleich mäßigen Abtrag von Material der mindestens einen Metallschicht dient. Dadurch dass das Laserlicht die Vorgaben macht, in welchen Bereichen ein erhöhter Mate rialabtrag erfolgt, ist somit nicht länger die Vorgabe durch eine Maskierung erfor derlich, wodurch das Herstellen der Strukturierung beschleunigt und der Material aufwand reduziert wird, da beispielsweise kein Material für die Bildung einer Mas kierung erforderlich ist.

Dabei ist es vorstellbar, dass das Herstellen bzw. der Abtrag mittels Laserlicht und/oder mittels Ätzmittel zumindest zeitweise gleichzeitig erfolgt. D. h. die beiden voneinander unabhängigen Verfahren zum Abtragen von Material können sich zeitlich überlappen, um so das Fertigungsverfahren weiter zu beschleunigen. Bei spielsweise ist es vorstellbar, dass nach einer festgelegten Anzahl von Überfahr ten mit dem Laserlicht flächendeckend ein Ätzmittel auf die mindestens eine Me tallschicht aufgetragend wird, während das Laserlicht in weiteren Überfahrten für einen weiteren Abtrag sorgt. Bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Bearbeitung mit dem Laserlicht und die chemische Behandlung nacheinander durchgeführt werden.

Ein weiterer Vorteil, der sich aus der Kombination von Ätzen und dem Abtragen mit Laserlicht, ergibt, ist das Sicherstellen, dass bei der Bearbeitung mit dem La serlicht kein Material des Keramikelements abgetragen wird. Dadurch lässt sich eine Schädigung des Keramikelements durch das Laserlicht vermeiden. Hierzu ist es insbesondere vorgesehen, dass das Abtragen mit dem Ätzmittel nicht abge- schlossen ist, bevor das Strukturieren mit dem Laserlicht beendet wurde. Insbe sondere dient das Abtragen mit dem Laserlicht im Rahmen eines Vorbereitungs- bzw. Präparationsschritts der Vorgabe eines Verlaufs der Isolationsgräben und/o der der Vertiefungen, die wiederum ihre finale oder abschließende Tiefe erst durch den Ätzschritt erhalten.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass mindestens 50 %, bevorzugt mindestens 75% und besonders bevorzugt mindestens 90 % des Materialabtrags mittels Laserlicht erfolgt.

Als Vertiefungen werden insbesondere solche Profilierungen in der mindestens ei nen Metallschicht verstanden, die nicht zu einer Isolation zweier benachbarter Me tallabschnitte führen, sondern beispielsweise dazu dienen, als Lötstopp verwendet zu werden. Ein solcher Lötstopp verhindert beispielsweise, dass ungewollte Flie ßen des Lötmaterials in bestimmte Bereiche, indem die Vertiefung als Graben das Lötmaterial aufnimmt und so am Weiterfließen hindert.

Als Materialien für die mindestens eine Metallschicht bzw. die Rückseitenmetalli sierung im Metall-Keramik-Substrat, sind Kupfer, Aluminium, Molybdän und/oder deren Legierungen, sowie Laminate wie CuW, CuMo, CuAI, AICu und/oder CuCu vorstellbar, insbesondere eine Kupfer-Sandwichstruktur mit einer ersten Kupfer schicht und einer zweiten Kupferschicht, wobei sich eine Korngröße in der ersten Kupferschicht von der Korngröße in einer zweiten Kupferschicht unterscheidet. Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die primäre Metalllage, insbesondere als Bauteilmetallisierung, oberflächenmodifiziert ist. Als Oberflächenmodifikation ist beispielsweise eine Versiegelung mit einem Edelmetall, insbesondere Silber und/oder Gold, oder ENIG („ electroless nicket immersion gold “), Nickel oder ein Kantenverguss an der mindestens einen Metallschicht zur Unterdrückung einer Rissbildung bzw. -Weitung denkbar.

Vorzugsweise weist das Keramikelement AI2O3, S13N4, AIN, eine HPSX-Keramik (d. h. eine Keramik mit einer AI2O3- Matrix, die einen x-prozentigen Anteil an Zr0 ₂ umfasst, beispielsweise AI2O3 mit 9% Zr0 ₂ = HPS9 oder AI2O3 mit 25% Zr0 ₂ = HPS25), SiC, BeO, MgO, hochdichtes MgO (> 90% der theoretischen Dichte), TSZ (tetragonal stabilisiertes Zirkonoxid) oder ZTA als Material für die Ke ramik auf. Es ist dabei auch vorstellbar, dass das Keramikelement als Verbund- bzw. Hybridkeramik ausgebildet ist, bei der zur Kombination verschiedener ge wünschter Eigenschaften mehrere Keramikschichten, die sich jeweils in Hinblick auf ihre materielle Zusammensetzung unterscheiden, übereinander angeordnet und zu einer Isolationsschicht zusammengefügt sind. Denkbar ist auch, dass zwi schen zwei Keramikschichten eine metallische Zwischenschicht angeordnet ist, die vorzugsweise dicker als 1 ,5 mm und/oder dicker als die zwei Keramikschichten in Summe ist. Vorzugsweise wird eine möglichst wärmeleitfähige Keramik für ei nen möglichst geringen Wärmewiderstand verwendet.

Unter einem „DCB-Verfahren” (Direct-Copper-Bond-Technology) oder einem „DAB-Verfahren” (Direct-Aluminium-Bond-Technology) versteht der Fachmann ein solches Verfahren, das beispielsweise zum Verbinden von Metallschichten oder - blechen (z. B. Kupferblechen oder-folien oder Aluminiumblechen oder-folien) miteinander und/oder mit Keramik oder Keramikschichten dient, und zwar unter Verwendung von Metall- bzw. Kupferblechen oder Metall- bzw. Kupferfolien, die an ihren Oberflächenseiten eine Schicht oder einen Überzug (Aufschmelzschicht), aufweisen. Bei diesem beispielsweise in der US 3744 120 A oder in der DE23 19 854 C2 beschriebenen Verfahren bildet diese Schicht oder dieser Überzug (Auf schmelzschicht) ein Eutektikum mit einer Schmelztemperatur unter der Schmelz temperatur des Metalls (z. B. Kupfers), so dass durch Auflegen der Folie auf die Keramik und durch Erhitzen sämtlicher Schichten diese miteinander verbunden werden können, und zwar durch Aufschmelzen des Metalls bzw. Kupfers im We sentlichen nur im Bereich der Aufschmelzschicht bzw. Oxidschicht.

Insbesondere weist das DCB-Verfahren dann z. B. folgende Verfahrensschritte auf:

• Oxidieren einer Kupferfolie derart, dass sich eine gleichmäßige Kupfer oxidschicht ergibt; Auflegen des Kupferfolie auf die Keramikschicht;

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

• Abkühlen auf Raumtemperatur.

Unter einem Aktivlot-Verfahren, z. B. zum Verbinden von Metallschichten oder Me tallfolien, insbesondere auch von Kupferschichten oder Kupferfolien mit Keramik material ist ein Verfahren zu verstehen, welches speziell auch zum Herstellen von Metall-Keramik-Substraten verwendet wird, wird bei einer Temperatur zwischen ca. 600-1000°C eine Verbindung zwischen einer Metallfolie, beispielsweise Kup ferfolie, und einem Keramiksubstrat, beispielsweise Aluminiumnitrid-Keramik, un ter Verwendung eines Hartlots hergestellt, welches zusätzlich zu einer Hauptkom ponente wie Kupfer, Silber und/oder Gold auch ein Aktivmetall enthält. Dieses Ak tivmetall, welches beispielsweise wenigstens ein Element 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 Hartlöt-Verbindung ist. Alternativ ist zur Anbindung auch ein Dick schichtverfahren vorstellbar.

Das heißisostatische Pressen ist beispielsweise aus der EP 3080055 B1 be kannt, auf deren Inhalt bezüglich des heißisostatischen Pressens hiermit explizit Bezug genommen wird.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Strukturierung mit dem chemischen Verfahren insbesondere nach Beendigung des Präparationsschritts mit dem La serlicht beendet wird. Dadurch wird sichergestellt, dass ein finaler Abtrag aus schließlich mit dem Ätzmittel erfolgt, wodurch wiederum garantiert werden kann, dass keine Beschädigung durch das Laserlicht an dem Keramikelement erfolgt. Insbesondere ist es vorgesehen, dass bei der Herstellung der Strukturierung auf eine Maskierung während des Ätzens verzichtet wird. Dies ist insbesondere des wegen möglich, weil mittels des Abtrags durch das Laserlicht die Strukturierung vorgegeben wird und ein isotrop wirkendes Ätzen herangezogen wird, um einen gleichmäßigen Abtrag an der gesamten Oberseite der mindestens einen Metall schicht zu veranlassen. Alternativ ist es auch vorstellbar, dass eine Maskierung vorgesehen ist. Denkbar ist auch, dass im Vorbereitungsschritt vor dem Ätzen die Ausnehmung erzeugt wird, die eine Tiefe aufweist, die kleiner ist als die Dicke der mindestens einen Metallschicht. Beispielsweise kann dann die bereits entstan dene Ausnehmung dazu herangezogen werden nur in diese Ausnehmung ein Ätz mittel einfließen zu lassen oder hier zu konzentrieren. Beispielsweise ist es vor stellbar, dass ein Ätzmittel aufgetragen wird und durch Kipp- und Schwenkbewe gungen an der Oberseite der mindestens einen Metallschicht überstehende Ätz mittel entweder von dem Metall-Keramik-Substrat abfließt oder in die Ausnehmung hineinfließt.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass durch das chemische Verfahren, insbeson dere nur durch das chemische Verfahren, ein Abtragen von Metall bewirkt wird, mit dem ein Bereich der Außenseite des Keramikelements freigelegt wird. Mit an deren Worten: das chemische Verfahren, das nach dem Ende der Laserbehand lung einsetzt oder fortgesetzt wird, sorgt dafür, dass eine Restmenge der Metall schicht zur Bildung eines Isolationsgrabens entfernt wird.

Grundsätzlich ist es auch vorstellbar, dass zumindest abschnittsweise eine Mas kierung vorgesehen ist, um beispielsweise einen gestuften Verlauf zu realisieren oder um die Dicke in den Bereichen außerhalb der geplanten Isolationsgräben zu erhalten. Dabei erweist sich die Vorstrukturierung mittels des Laserlichts, d. h. die Bildung der Ausnehmung während des Vorbereitungsschritts, ebenfalls als vorteil haft, weil man dadurch flexibler und vereinfacht die Maskierung auftragen kann, beispielsweise durch ein entsprechendes Druckverfahren auf die Bereiche, die im Rahmen der Vorstrukturierung keinen Materialabtrag erfahren haben. Weiterhin ist es vorstellbar, dass zumindest abschnittsweise eine Maskierung vor gesehen ist, die partiell mit Laserlicht entfernt wird, wodurch beim Ätzen kein Ma terial von der Oberseite der mindestens einen Metallschicht entfernt wird. Damit kann zumindest in ausgewählten Bereichen die ursprüngliche Metallschichtdicke erhalten bleiben. In diesen Bereichen ist es zusätzlich vorstellbar, die mindestens eine Metallschicht analog zu den weiteren genannten Beispielen mit Laserlicht in Kombination mit dem Ätzprozess zu strukturieren.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das chemische Verfahren und das Laser verfahren zumindest zeitweise gleichzeitig durchgeführt werden. Dies erweist sich als vorteilhaft für die Geschwindigkeit und die Dauer, die benötigt wird, um die ge wünschte Strukturierung und/oder die Vertiefung zu realisieren.

Vorzugsweise wird mittels des Laserverfahrens mindestens abschnittsweise eine Geometrie einer nicht parallel zur Haupterstreckungsebene verlaufenden Seiten fläche der mindestens einen Metallschicht festgelegt. Insbesondere betrifft dies diejenige Seitenfläche, die eine obere Kante der mindestens einen Metallschicht mit einer unteren Kante der mindestens einen Metallschicht verbindet. Diese Sei tenfläche, die im Wesentlichen die mindestens eine Metallschicht lateral begrenzt, kann dabei entsprechend ausgeformt werden, um sich insbesondere vorteilhaft auf die Temperaturwechselbeständigkeit auszuwirken. So hat sich beispielsweise gezeigt, dass durch die Ausbildung eines lokalen Maximums und/oder eines loka len Minimums zwischen der oberen Kante und der unteren Kante die Temperatur wechselbeständigkeit erhöht werden kann.

Vorzugsweise läuft die gefertigte Seitenfläche schräg und/oder gebogen und/oder geschwungen und/oder gestuft und/oder segmentiert. Durch die entsprechende geometrische Gestaltung lassen sich zusätzliche positive Eigenschaften für das Metall-Keramik-Substrat veranlassen, insbesondere im Hinblick auf die Tempera turwechselbeständigkeit und das Abziehvermögen der mindestens einen Metall schicht von dem Keramikelement. Außerdem lässt sich die Wärmespreizung mit berücksichtigen bei der Ausbildung der entsprechenden Geometrie der mindes tens einen Metallschicht bzw. deren Seitenfläche. Insbesondere ist es vorgesehen, dass ein Freibereich zwischen zwei voneinander isolierten und benachbarten Metallabschnitten ein Aspektverhältnis (Höhe zu Breite des Freibereichs) größer als 1 , bevorzugt größer als 1 ,5 und besonders be vorzugt größer als 2 aufweist. Dadurch lassen sich schmale Isolationsgräben be reitstellen, die eine sehr kompakte Anordnung der Metallabschnitte erlaubt, insbe sondere auch dann, wenn die Metallschicht vergleichsweise dick, beispielsweise größer als 1,5 mm, ist. Dabei macht man sich insbesondere zunutze, dass man nicht nur durch ein isotrop wirkendes Ätzen Material abträgt (mit dem nur ein theo retisches Aspektverhältnis von maximal 1 möglich wäre), sondern auch mittels des gerichteten Laserlichts. Dadurch sind entsprechende Aspektverhältnisse erst mög lich.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass beim Abtrag mit Laserlicht ein Ultrakurz- pulslaser verwendet wird. Bei dem verwendeten Licht kann es sich beispielsweise um kontinuierlich emittiertes oder gepulstes Licht handeln. Bevorzugt handelt es sich um Ultakurzpulslaserlicht mit Lichtpulsen, deren Pulslänge oder Pulsdauern kürzer sind als eine Nanosekunde. Vorzugsweise handelt es sich bei dem UKP- Laser um eine Laserquelle, die Lichtpulse mit einer Pulsdauer von 0,1 bis 800 ps, bevorzugt 1 bis 500 ps, besonders bevorzugt von 10 bis 50 ps bereitstellt

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Realisierung der Strukturierung und/o der Vertiefung, insbesondere im Rahmen des Vorbereitungs- bzw. Präparations schritts, zusätzlich von einer mechanischen Bearbeitung unterstützt wird. Bei spielsweise ist es denkbar, dass ein großflächiges Abtragen von Material der min destens einen Metallschicht mittels eines mechanischen Bearbeitens, beispiels weise einer spanenden Bearbeitung, insbesondere einem Fräsen, vorgenommen wird, insbesondere in solchen Bereichen, in denen im späteren Verlauf eine Soll bruchstelle eingelassen werden soll, entlang der wiederrum beispielsweise in einer Großkarte einen Bruch zwischen vereinzelten Metall-Keramik-Substraten erfolgen soll. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass mittels des Laserlichts eine Aussparung mit einer senkrecht zur Haupterstreckungsebene bemessenen Tiefe hergestellt wird, wobei ein Verhältnis einer maximalen Tiefe der Ausnehmung zu einer Dicke der mindestens einen Metallschicht ein Verhältnis zwischen 0,7 und 0,99, bevorzugt zwischen 0,8 und 0,98 und besonders bevorzugt zwischen 0,9 und 0,95. Unter der maximalen Tiefe wird insbesondere die größte festzustellende Tiefe erfasst, die gemessen wird von einer Oberseite der mindestens einen Metallschicht in einer Richtung, die senkrecht zur Haupterstreckungsebene verläuft. Sofern die Tiefe der Ausnehmungen moduliert ist, ist mit der maximalen Tiefe insbesondere auch des sen arithmetisches Mittel gemeint, das beispielsweise dadurch bestimmt wird, dass an hundert verschiedenen Positionen die Tiefe der Ausnehmungen bestimmt und dann gemittelt wird.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die mindestens eine Metallschicht eine Di cke aufweist, die größer als 1 mm, bevorzugt größer als 1 ,5 mm und besonders bevorzugt größer als 2,5 mm ist. Das Ausnutzen bzw. Vorstrukturieren mittels des Laserlichts erweist sich insbesondere für solch dicke Metallschichten als vorteil haft, weil dadurch besonders geringe Abstände zwischen zwei benachbarten Me tallabschnitten realisiert werden können, die andernfalls nicht realisierbar wären, wenn man ausschließlich mittels eines Ätzmittels Material abgetragen wird. Dadurch lässt sich die entsprechend hergestellte Leiterplatte derart ausgestalten, dass möglichst bauraumökonomisch Metallabschnitte an der Oberseite des Kera mikelements realisiert und ausgebildet werden können.

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

- Bereitstellen eines Keramikelements und mindestens einer Metallschicht, wobei sich das Keramikelement und die mindestens eine Metallschicht entlang einer Haupterstreckungsebene erstrecken und

- Verbinden des Keramikelements mit der mindestens einen Metallschicht zur Ausbildung eines Metall-Keramik-Substrats, insbesondere mittels eines Direktme tallanbindungsverfahrens, eines heißisostatischen Pressens und/oder eines Lötverfahrens, wobei eine Strukturierung, vorzugsweise zur Bildung einer Isolation von Metallab schnitten, und/oder einer Vertiefung, vorzugsweise zur Bildung eines Lötstopps, in der mindestens einen Metallschicht mit einem mechanischen Verfahren, beispiels weise einem Fräsen oder Drehen, und einem chemischen Verfahren, insbeson dere einem Ätzen, realisiert wird. Alle für das Verfahren zur Herstellung des Me- tall-Keramik-Elements mit Laserlicht beschriebenen Vorteile und Eigenschaften gelten analog für das Verfahren zur Herstellung des Metall-Keramik-Elements mit tels mechanischem Verfahren.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass eine Bearbeitung mit dem chemischen Ver fahren nach Beendigung des mechanischen Verfahrens beendet wird und/oder eine Bearbeitung mittels des mechanischen Verfahrens als Vorbereitungsschritt zeitlich vor oder teilweise überlappend mit dem chemischen Verfahren durchge führt wird. Dadurch ist es in vorteilhafter Weise möglich zu vermeiden, dass beim Abtragen durch ein mechanisches Werkzeug, die Außenseite des Keramikele ments beeinträchtigt wird. Stattdessen wird schonend ein übrigbleibender Metall rest in materialschonender Weise von der Außenseite des Keramikelements abge tragen und das Keramikelement bereichsweise wieder freigelegt. Dies dient zur abschließenden Ausbildung der Strukturierung bzw. der gewünschten Isolations gräben zwischen zwei benachbarten Metallabschnitten.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Metall-Keramik-Sub- strat hergestellt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren. Alle für das Verfahren be schriebenen Eigenschaften und Vorteile lassen sich analog übertragen auf das Metall-Keramik-Substrat und andersrum. Insbesondere ist das Metall-Keramik- Substrat Bestandteil eines Leistungsmoduls und dient als Träger von elektrischen oder elektronischen Bauteilen.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gegenstands mit Bezug auf die beigefügten Figuren. Einzelne Merkmale der einzelnen Ausführungsform können dabei im Rahmen der Erfindung miteinander kombiniert werden. Es zeigt:

Fig.1: ein Metall-Keramik-Substrat gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung

Fig. 2 ein Metall-Keramik-Substrat gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung

Fig. 3 Metall-Keramik-Substrate gemäß einer dritten bevorzugten Aus führungsform der vorliegenden Erfindung

In Figur 1 ist schematisch ein Metall-Keramik-Substrat 1 gemäß einer ersten be vorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Bei solch ei nem Metall-Keramik-Substrat 1 handelt es sich vorzugsweise um einen Träger für elektrische Bauteile (nicht dargestellt). Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass das Metall-Keramik-Substrat 1 ein Keramikelement 30 und mindestens eine Metallschicht 10 aufweist, wobei sich das Keramikelement 30 und die mindestens eine Metallschicht 10 entlang einer Haupterstreckungsebene HSE erstrecken. Da bei ist die mindestens eine Metallschicht 10 an dem Keramikelement 30 angebun den, wobei die mindestens eine Metallschicht 10 und das Keramikelement 30 in einer senkrecht zur Haupterstreckungsebene HSE verlaufenden Stapelrichtung S übereinander angeordnet sind. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass die mindestens eine Metallschicht 10 eine Mehrzahl an Metallabschnitten 10' aufweist, die beispielsweise elektrisch isoliert voneinander nebeneinander entlang einer pa rallel zur Haupterstreckungsebene HSE verlaufenden Richtung angeordnet sind.

Weiterhin ist es besonders bevorzugt vorgesehen, dass in Stapelrichtung S gese hen, an dem Keramikelement 30 an der mindestens einen Metallschicht 10 gegen überliegenden Seite eine Rückseitenmetallisierung 20 vorgesehen ist. Die Rück seitenmetallisierung 20 ist insbesondere dazu vorgesehen, andernfalls im Betrieb auftretenden Verbiegungen entgegenzuwirken, die durch thermomechanische Spannungen veranlasst werden, die wiederrum Folge unterschiedlicher Ausdeh- nungskoeffizienten in der mindestens eine Metallschicht 10 und dem Keramikele ment 30 sind. Gleichzeitig soll die Rückseitenmetallisierung 20 eine ausreichende Wärmekapazität bereitstellen, die insbesondere deswegen gewünscht ist, um ei nen entsprechenden Puffer in Überlastsituationen bereitstellen zu können.

Zur Realisierung einer Strukturierung 15, die beispielsweise zwei benachbarte Me tallabschnitte 10' voneinander trennt, sieht es der Stand der Technik regelmäßig vor, eine Maskierung, bzw. eine Resistschicht auf die angebundene mindestens eine Metallschicht 10 aufzubringen, um so mittels eines Ätzverfahrens die Berei che in der mindestens einen Metallschicht 10 zu entfernen, die nicht von einer Re sistschicht bzw. der Maskierung bedeckt werden. Dadurch ist es vorteilhafterweise möglich, eine Strukturierung 15 der mindestens einen Metallschicht 1 vorzuneh men, die dazu führt, dass beispielsweise zwei Metallabschnitte 10' der mindestens einen Metallschicht 10 voneinander elektrisch isoliert sind. Allerdings ist das Auf trägen und Herstellen der Maskierung aufwendig und der Verbrauch des Ätzmit tels vergleichsweise groß.

In Figur 2 ist schematisch eine Schnittansicht durch ein Metall-Keramik-Substrat 1 , hergestellt mit einem Verfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, dargestellt. Insbesondere ist es vorgesehen, dass zur Herstellung einer Strukturierung 15, insbesondere zur Bildung eines Freibereichs zwischen zwei benachbarten Metallabschnitten, d.h. zur Bildung eines sogenann ten Isolationsgrabens, ein Materialabtrag in der mindestens einen Metallschicht 10 sowohl durch die Verwendung von Laserlicht als auch durch ein Ätzen realisiert wird.

Bevorzugt wird hierbei zunächst in einem Vorbereitungsschritt mittels des Laser lichts eine Ausnehmung 18 in der mindestens einen Metallschicht 10 erzeugt, wo bei die Ausnehmung 18 eine maximale Tiefe T aufweist, die kleiner ist als die Di cke D der mindestens einen Metallschicht 10. Dadurch wird sichergestellt, dass bei der Bearbeitung der mindestens einen Metallschicht 10 mit dem Laserlicht kein vollständiges Abtragen des Materials aus der mindestens einen Metallschicht 10 erfolgt. Dies stellt sicher, dass das Laserlicht am Ende der Bearbeitung der min destens einen Metallschicht 10 keine Bestandteile des angebundenen Keramikele ments entfernt. Insbesondere ist es hierbei vorgesehen, dass ein Verhältnis einer maximalen Tiefe T der Ausnehmung zu einer Dicke D der mindestens einen Me tallschicht 10 ein Verhältnis zwischen 0,7 und 0,99 bevorzugt zwischen 0,8 und 0,98 und besonders bevorzugt zwischen 0,9 und 0,95 annimmt. Mit anderen Wor ten: Es wird ein signifikanter Anteil des Materials aus der mindestens einen Metall schicht 10 mittels des Laserlichts entfernt.

Dabei kann es sich beispielsweise um einen kontinuierlich betriebenen cw-Laser oder ein Ultrakurzpuls-Laser handeln, der dazu verwendet wird, im Vorbereitungs schritt Material der mindestens einen Metallschicht 10 zu entfernen bzw. abzutra gen. Alternativ ist es auch vorstellbar, dass zusätzlich zu der Bearbeitung mit dem Laserlicht eine mechanische Bearbeitung herangezogen wird, um im Rahmen ei nes Vorbereitungsschrittes die Ausnehmung 18 mit derjenigen maximalen Tiefe T zu überzeugen, die kleiner ist als die Dicke D der mindestens einen Metallschicht 10. Dies bietet sich beispielsweise in solchen Fällen an, in denen vergleichsweise große Flächen freigelegt werden sollen, beispielsweise in solchen Bereiche, in de nen später Sollbruchstellen eingelassen werden, entlang derer, beispielsweise im Falle einer Großkarte, das Metall-Keramik-Substrat in mehrere einzelne Metall-Ke- ramik-Substrate vereinzelt wird.

Im Anschluss an den Vorbereitungsschritt, in dem die Ausnehmung 18 mit der ma ximale Tiefe T, die kleiner ist als die Dicke D der mindestens einen Metallschicht 10, erzeugt wird, erfolgt ein Abtragen des Materials der mindestens einen Metall schicht 10 mittels eines Ätzverfahrens. Insbesondere ist es vorgesehen, dass mit tels des Ätzverfahrens Restbestandteile 13 der mindestens einen Metallschicht 10 abgetragen werden, die nach dem Abtragen des Materials, der mindestens einen Metallschicht 10 mittels des Laserlichts übrig geblieben sind und mit dem Ätzver fahren abgetragen werden. Mit anderen Worten: Durch die Verwendung des Ätz verfahrens erfolgt die zur Isolation benachbarte Metallabschnitte 10' erforderliche Abtragung der Restbestandteile 13, beispielsweise im Bereich des geplanten Iso lationsgrabens. Dabei erstrecken sich beispielsweise die Restbestandteile 13 auch über den Metallabschnitten 13, die nach dem Ausbilden der Strukturierung bzw. der Vertiefung am gefertigten Metall-Keramik-Substrat 1 erhalten blieben sollen.

Dabei ist es bevorzugt vorgesehen, dass beim Ätzverfahren bzw. beim Ätzschritt auf eine Maskierung oder einer Resistschicht verzichtet wird. Dies führt dazu, dass ein gleichmäßiger Abtrag von Material, insbesondere an der mindestens einen Metallschicht 10, erfolgt, vorzugsweise an der Seite, die dem Keramikelement 30 abgewandt ist. Aufgrund der durch das Laserlicht vorgegebenen Profilierung oder Kontur der Ausnehmung 18 mit der maximalen Tiefe T, die kleiner ist als die Dicke D der mindestens einen Metallschicht 10, führt dies dazu, dass insbesondere in dem Bereich dieser Ausnehmung 18 der übrig gelassene Restbestandteil 13 des Materials der mindestens einen Metallschicht 10 entfernt werden kann, um so eine elektrische Isolation zweier benachbarter Metallabschnitte 10' in der mindestens einen Metallschicht 10 zu realisieren.

Daher ist es mit der beschriebenen Vorgehensweise in vorteilhafterweise möglich, auf ein aufwendiges Maskieren bzw. Ausbilden einer Resistschicht an der Ober seite der mindestens einen Metallschicht 10 zu verzichten. Außerdem kann in vor teilhafterweise Ätzmittel gespart werden und das Verfahren bevorzugt auch be schleunigt werden, da das Ätzverfahren nur noch für einen geringfügigen bzw. kleineren Abtrag von Material vorgesehen ist, um insbesondere sicherzustellen, dass beim Herstellen mittels Laserlichts und/oder mechanischer Bearbeitung kein Schaden an dem Keramikelement 30 erfolgt. Die Beschleunigung des Verfahrens ergibt sich insbesondere auch dann, wenn auf die Ausbildung einer Maskierung bzw. einer Resistschicht verzichtet wird, die die Lage der Strukturierung 15 vor gibt.

Vorzugsweise ist es dabei vorgesehen, dass mittels des Laserlichts mindestens abschnittsweise eine Geometrie einer nicht parallel zur Haupterstreckungsebene verlaufenden Seitenfläche 17 der mindestens einen Metallschicht 10 festgelegt wird. Dadurch ist es in vorteilhafterweise möglich, mit dem Laserlicht bereits die Vorgabe zu machen, wie ein Randbereich der mindestens einen Metallschicht 10 bzw. der Metallabschnitte 10' ausgestaltet ist. Dies ist insbesondere deswegen von Vorteil, da es sich als vorteilhaft erwiesen hat, für die Temperaturwechselbe ständigkeit bestimmte Geometrien in der Seitenfläche 17 zu realisieren, die eine obere Kante der mindestens einen Metallschicht 10 mit einer unteren Kante der mindestens einen Metallschicht 10 verbindet, wobei die untere Kante die mindes- tens eine Metallschicht an der Seite begrenzt, die dem Keramikelement 30 zuge wandt ist, während die obere Kante die Metallschicht 10 an derjenigen Seite be grenz, die dem Keramikelement 30 abgewandt ist.

In Figur 3 sind Draufsichten auf zwei verschiedene gefertigte Metall-Keramik-Sub- strate 1 dargestellt, wobei die gefertigten Metall-Keramik-Substrate 1 mit einem beispielhaften Verfahren zur Herstellung des Metall-Keramik-Substrats 1 gemäß der vorliegenden Erfindung hegestellt wurden. Insbesondere zeigt die obere Dar stellung in Figur 3 eine inselartigen, quadratischen Metallabschnitt 10‘, während in der unteren Darstellung ein im Wesentlich kreisrunder Freibereich für die Struktu- rierung 15 in der mindestens einen Metallschicht 10 realisiert wird.

Bezuqszeichen:

1 Metall-Keramik-Substrat

10 Metallschicht

10 Metallabschnitt

13 Restbestandteile

14 Vertiefung

15 Strukturierung

17 Seitenfläche

18 Ausnehmung

20 Rückseitenmetallisierung

30 Keramikelement

S Stapelrichtung

D Dicke

T Tiefe

Haupterstreckungsebene