[发明专利]包含陶瓷载体的电子构件以及陶瓷载体的应用

说明书

本发明涉及包含陶瓷载体的电子构件和陶瓷载体的应用。

现有技术

将特别是基于硅或者碳化硅的半导体元件固定在陶瓷载体上在大多数情况下是通过相应的固定剂进行的。这特别对于具有高的操作温度的半导体应用来说可能是有问题的，因为半导体材料和陶瓷载体的热膨胀系数经常相差很远，从而存在电子构件的损害危险，例如由于应力裂痕。

因此，在DE 10 2008 008 535 A1中已知，在由二氧化锆（ZrO₂）陶瓷或者氧化铝（Al₂O₃）陶瓷形成的陶瓷载体上借助基于金属（例如银）的固定剂来固定例如基于碳化硅或者蓝宝石的场效应晶体管。其中，该固定剂具有在最多至少500℃的操作温度可以保持其固定性能的性质。

在DE 103 51 196 A1中还已知，使用LTCC材料作为载体材料，其中热膨胀系数在很大程度上适合于硅的热膨胀系数。为此，使用由含钠的硼硅酸盐玻璃还有氧化铝（Al₂O₃）组成的基本材料，其适用于与硅芯片的阳极接合。为了将材料的膨胀系数适合于硅的热膨胀系数，可以用堇青石和/或石英玻璃特定地部分代替氧化铝。

发明内容

本发明的主题是电子构件,用于温度范围≥250℃、特别是≥400℃的高温，包含陶瓷载体和半导体元件，其中所述陶瓷载体包含陶瓷基材，该陶瓷基材具有碱金属化合物的含量为≤0.5%、特别是≤0.05%，并且其中所述陶瓷基材选自包含氧化铝、钙长石、热膨胀系数≤4.0*10^-6K^-1的填料和玻璃的陶瓷基材，包含氧化铝、钡长石、热膨胀系数≤4.0*10^-6K^-1的填料和玻璃的陶瓷基材，以及包含二氧化硅含量在＞50mol%范围的碱土金属硅酸盐玻璃、氧化硼以及热膨胀系数≤4.0*10^-6K^-1的填料的陶瓷基材。

根据本发明提供的电子构件具有在陶瓷载体上的半导体元件。其中，所述陶瓷载体由特殊的LTCC材料制成。其中，根据本发明LTCC（低温共烧陶瓷）材料特别是用于制备烧结过的基于多层层结构的陶瓷载体。其中，在每个陶瓷层之间可以设置带状导线(Leiterbahn)、电容器、电阻、线圈和其它功能元件。LTCC材料特别是基于由玻璃和氧化铝组成的化合物，该混合物在大多数情况下在反应烧结过程中转化成复合材料。该复合材料除了含有部分起始的氧化铝颗粒和玻璃相，还含有新形成的第三晶相。由于该新形成的晶相，LTCC材料的热膨胀系数比纯的氧化铝的热膨胀系数（在20-500℃为7.9*10^-6K^-1）更低。

由于本发明的陶瓷基材的组成，所述晶相包含例如钙长石或者钡长石。由此陶瓷基材的热膨胀系数以理想的方式明显地降低。此外，这种陶瓷材料耐高温直到远远超过500℃，并且直到这个温度范围还保持这其性能。

在这种情况下，陶瓷基材的热膨胀系数根据本发明可以以所希望的方式适用于所希望的应用，即特别是可适用于半导体材料（例如硅或碳化硅）的热膨胀系数。此外，该陶瓷基材包含热膨胀系数≤4.0*10^-6K^-1的填料。这种填料至少部分地代替了陶瓷基材中的氧化铝，由此可以得到相比于只使用氧化铝作为填料的情况时的变体具有更低的热膨胀系数的材料。

特别是通过所述陶瓷载体的热膨胀系数正好适用于半导体材料（即特别是硅（Si）或者碳化硅（SiC）），该陶瓷载体可以耐高温地和耐变温地在最多至少500℃的范围固定例如基于硅或者碳化硅的半导体元件或者半导体芯片，以及实现具有提高的机械装配连接坚固性的电学连接。

此外，根据本发明设计了，所述陶瓷载体包含陶瓷基材，该陶瓷基材具有碱金属化合物的含量为≤0.5%、特别是≤0.05%，其中，根据本发明特别描述了在LTCC材料的玻璃相中碱金属氧化物的含量。因此，基本上没有碱金属混合物存在于陶瓷载体中，而是仅仅具有由于所使用的原料的工业纯度引起的低的含量。由此得出了所述陶瓷载体的高的电绝缘性能，这使得本发明的构件对于一系列可能的应用令人感兴趣。其中，其绝缘性能在本发明高的使用温度也基本上一样地出色，并且这里基本上没有降低，从而本发明的构件特别适用于高温应用。其中，例如通过在构件中设置的带状导线可以实现好的和非失真的信号传输。