[发明专利]具有其表面已金属化的陶瓷体的结构部件

说明书

本发明涉及一种具有一个陶瓷体的结构部件，所述陶瓷体在至少一 个区域中在它的表面上用金属化部覆盖。

随着大功率电子装置越来越进入更高的电压范围关于高绝缘电压 和大的部分放电耐受度的要求在增加。此外绝缘强度和部分放电耐受度 和底板绝缘的厚度、材料和均质性，和壳体材料、填充材料有关，并且 在必要时也和芯片的布局有关。

由以频率大体低于3KHz，并且主要是在间歇式运行时，例如主要 是在牵引、提升和脉冲应用时，引起模块内部的连接，也就是粘接连接、 芯片的背面钎焊，DCB/底板的钎焊和基质层(Al₂O₃或者AlN上的铜) 的温度交变应力。单个层的不同的线膨胀系数在制造和运行期间引起热 应力。这些应力最终导致材料疲劳和磨损。寿命(可能的换向循环的次 数)随着在这些循环期间的芯片温度的变化幅度的提高而下降。

DE 10 2004 033 227 A1公开了一种板形的金属陶瓷基质。这种基质 可靠地包含有＜10pC的部分放电耐受度(Teilentladungsfestigkeit)。

本发明的任务是提供一种具有在它的表面上金属化的陶瓷体的结 构部件。这种结构部件不仅是板形的，平整的，并且具有高的部分放电 耐受度。

本发明的任务借助权利要求1的特性特征得以完成。在从属权利要 求中介绍了本发明的一些有利的方案。

根据本发明的结构部件是立体设计。陶瓷体不是一个平板，而是一 个三维的物体。这样例如可在一个平板上可连接另一些部件，这样就可 以产生任何形状的物体。但是整个物体是整体的，也就是说它不是由单 个部件组成。例如当多个另外的平板垂直在一个平板上，则例如可产生 一个E形的总物体。散热器(Heatsink)例如具有这样的形状。

根据本发明，由相同类型的或者不同的材料构成的金属化部的至少 两层之间，以及在金属化部的层和陶瓷之间的部分放电耐受度＜20pC。 按照规定的相同的或者不相同的测量方法，在相同的或者不相同的，或 者变化的规定测量电压下或者在相同的或者不相同的或者变化的测量 条件下达到这一部分放电耐受度。测量条件例如可以是压力或者温度或 者空气湿度或者金属化部的相同的或者不相同的距离。

当在陶瓷体上施加金属化部时，或重叠的几个金属化部时可能在边 缘区域形成气泡和空腔以及分离。在相连接的结构部件和金属化部之间 的过渡处也会出现这种情况。在两个金属化部之间以及在一个金属化部 和陶瓷体之间，或者在一个连接的结构部件和金属化部之间的过渡处的 这些缺陷对部分放电耐受度有不良的影响。为了不超过所要求的＜20pC 的部分放电耐受度，这些缺陷处的直径不得超过100μm，并且其高度不 得超过100μm。这个直径表示一个任意形成的缺陷的内接一个圆的投 影。

此外通过金属化部的结构化形成的在结构部件的表面上的突起部 或者凹陷形状的缺陷由于在这些部位的电场的干扰而对部分放电耐受 度有影响。因此这些缺陷只允许有这样的边缘曲线，即它的曲率半径不 低于10μm，这样就不超过所要求的＜20pC的部分放电耐受度。

作为金属化部优选地金属以涂层或者薄膜或者薄片的形式全表面 或者部分表面地和陶瓷体材料连接或机械形状配合连接。所述金属具有 和陶瓷体相同或者不同的导热性。金属化部例如可由钨、银、金、铜、 铂、钯、镍、铝或者钢以纯的或者技术的质量构成，或者由至少两个不 同的金属的混合物构成。金属化部例如也可附加地或者单独地由反应焊 料、软焊料或者硬焊料构成。

给以涂层或者薄膜或者薄片的形式金属化部的金属添加增加附着 力的添加材料或者其它的添加材料，例如玻璃或者聚合的材料，或者可 用这些材料给所述金属涂层，以提高陶瓷体上的金属化部的附着性。

金属化部的层或者一些层是在使用一种DCB方法(Direct Copper Bonding-直接铜熔接)，或者AMB方法(Active Metal Brazing-活性 金属钎焊)，或者丝网印刷方法，或者电解方法，或者化学沉积，或者 蒸镀方法，或者借助粘接或者粘贴，或者这些方法的组合施加到对置的， 和/或相邻的表面上的陶瓷体的表面上。

陶瓷体上的金属化部由每个金属化表面的至少一个层构成。金属化 部作为金属体部分表面地，或者全表面地，或者部分地，或者全部地以 平面平行或者几乎平面平行的形式或者任意几何形状成形地，或者这些 形式组合地覆盖陶瓷体的表面。