DE102013022584B3

DE102013022584B3 - Method for producing a base substrate and such a base substrate

Info

Publication number: DE102013022584B3
Application number: DE102013022584.1A
Authority: DE
Inventors: Daniel Küfner
Original assignee: Rogers Germany GmbH
Current assignee: Rogers Germany GmbH
Priority date: 2013-04-22
Filing date: 2013-04-22
Publication date: 2025-06-05
Anticipated expiration: 2033-04-23

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Basissubstrates (1) umfassend zumindest eine Keramikschicht (3), die an zumindest einer Oberflächenseite (3.1, 3.2) mit mindestens einer Metallisierung (4, 5) versehen ist, bei dem die Metallisierung (4, 5) zur Herstellung von mehreren einzelnen Metall-Keramik-Substraten (2) aus dem Basissubstrat (1) strukturiert wird, und bei dem zum Abtrennen von ungenützten Randbereichen (1a-1d) des Basissubstrates (1) und/oder zum Vereinzeln des plattenartigen Basissubstrates (1) in die einzelnen Metall-Keramik-Substrate (2) mittels einer Laservorrichtung in zumindest einer Oberflächenseite (3.1, 3.2) der Keramikschicht (3) des Basissubstrates (1) mehrere Sollbruchlinien (6a-6f) eingebracht werden, wobei die Sollbruchlinien (6a - 6f) mittels Ultrakurzpuls- oder Kurzpulssekundenlaser erzeugt werden.

Method for producing a base substrate (1) comprising at least one ceramic layer (3) which is provided with at least one metallization (4, 5) on at least one surface side (3.1, 3.2), in which the metallization (4, 5) is structured to produce a plurality of individual metal-ceramic substrates (2) from the base substrate (1), and in which, in order to separate unused edge regions (1a-1d) of the base substrate (1) and/or to separate the plate-like base substrate (1) into the individual metal-ceramic substrates (2), a plurality of predetermined breaking lines (6a-6f) are introduced into at least one surface side (3.1, 3.2) of the ceramic layer (3) of the base substrate (1) by means of a laser device, wherein the predetermined breaking lines (6a-6f) are generated by means of ultrashort pulse or short pulse second lasers.

Description

Die Erfindung betrifft ein Basissubstrat gemäß dem Oberbegriff des Anspruch 10 und ein Verfahren zum Herstellen eines Basissubstrates gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a base substrate according to the preamble of claim 10 and a method for producing a base substrate according to the preamble of claim 1.

Substrate, insbesondere Basissubstrate in Form von Leiterplatten bestehend aus einer Keramikschicht und wenigstens einer mit einer Oberflächenseite der Keramikschicht verbundenen und zur Ausbildung von Leiterbahnen, Kontakten, Kontakt- oder Anschlussflächen strukturierbaren Metallisierung sind in verschiedensten Ausführungen bekannt. Durch entsprechende Strukturierung der Metallisierung können insbesondere mehrere Metall-Keramik-Substrate auf dem Basissubstrat erzeugt werden und diese dann im Laufe des Herstellungsverfahrens vereinzelt werden. Die dadurch erhaltenen Metall-Keramik-Substrate finden beispielsweise Verwendung zum Aufbau von Leistungshalbleitermodulen.Substrates, in particular base substrates in the form of printed circuit boards consisting of a ceramic layer and at least one metallization bonded to one surface of the ceramic layer and patternable to form conductor tracks, contacts, contact, or connection surfaces, are known in a wide variety of designs. By appropriately patterning the metallization, in particular, multiple metal-ceramic substrates can be produced on the base substrate, which can then be separated during the manufacturing process. The resulting metal-ceramic substrates are used, for example, for the construction of power semiconductor modules.

Zum Verbinden von die Metallisierung bildenden Metallfolien oder Metallschichten miteinander oder mit einem Keramiksubstrat bzw. einer Keramikschicht ist ferner das sogenannte „DCB-Verfahren“ („Direct-Copper-Bonding“) bekannt. Dabei werden Metallschichten, vorzugsweise Kupferschichten oder -folien miteinander und/oder mit einer Keramikschicht verbunden, und zwar unter Verwendung von Metall- bzw. Kupferblechen oder Metall- bzw. Kupferfolien, die an ihren Oberflächenseiten eine Schicht oder einen Überzug („Aufschmelzschicht“) aus einer chemischen Verbindung aus dem Metall und einem reaktiven Gas, bevorzugt Sauerstoff aufweisen. Bei diesem beispielsweise in der US 3 744 120 A oder in der DE 23 19 854 A beschriebenen Verfahren bildet diese Schicht oder dieser Überzug („Aufschmelzschicht“) ein Eutektikum mit einer Schmelztemperatur unter der Schmelztemperatur des Metalls (z.B. Kupfers), so dass durch Auflegen der Metall- bzw. Kupferfolie auf die Keramikschicht und durch Erhitzen sämtlicher Schichten diese miteinander verbunden werden können, und zwar durch Aufschmelzen der Metallschicht bzw. Kupferschicht im Wesentlichen nur im Bereich der Aufschmelzschicht bzw. Oxidschicht. Ein derartiges DCB-Verfahren weist dann beispielsweise folgende Verfahrensschritte auf:

- Oxidieren einer Kupferfolie derart, dass sich eine gleichmäßige Kupferoxidschicht ergibt;
- Auflegen des Kupferfolie mit der gleichmäßige Kupferoxidschicht auf die Keramikschicht;
- Erhitzen des Verbundes auf eine Prozesstemperatur zwischen etwa 1025 bis 1083°C, beispielsweise auf ca. 1071 °C;
- Abkühlen auf Raumtemperatur.

For bonding metal foils or metal layers forming the metallization to one another or to a ceramic substrate or a ceramic layer, the so-called "DCB process"("Direct Copper Bonding") is also known. In this process, metal layers, preferably copper layers or foils, are bonded to one another and/or to a ceramic layer, using metal or copper sheets or metal or copper foils that have a layer or coating ("melting layer") on their surface sides made of a chemical compound of the metal and a reactive gas, preferably oxygen. In this process, for example in the US 3 744 120 A or in the DE 23 19 854 A In the process described above, this layer or coating ("fusion layer") forms a eutectic with a melting temperature below the melting temperature of the metal (e.g., copper), so that by applying the metal or copper foil to the ceramic layer and heating all the layers, they can be bonded together, essentially only in the area of the fusion layer or oxide layer. Such a DCB process then comprises, for example, the following process steps:

- Oxidizing a copper foil to form a uniform copper oxide layer;
- Applying the copper foil with the uniform copper oxide layer onto the ceramic layer;
- Heating the composite to a process temperature between approximately 1025 and 1083°C, for example to approximately 1071°C;
- Cool to room temperature.

Ferner ist aus den Druckschriften DE 22 13 115 A und EP 0 153 618 A2 das sogenannte Aktivlot-Verfahren zum Verbinden von Metallisierungen bildenden Metallschichten oder Metallfolien, insbesondere auch von Kupferschichten oder Kupferfolien mit einem Keramikmaterial bzw. einer Keramikschicht bekannt. Bei diesem Verfahren, welches speziell auch zum Herstellen von Metall-Keramik-Substraten verwendet wird, wird bei einer Temperatur zwischen ca. 800-1000°C eine Verbindung zwischen einer Metallfolie, beispielsweise Kupferfolie, und einem Keramiksubstrat, beispielsweise einer Aluminiumnitrid-Keramik, unter Verwendung eines Hartlots hergestellt, welches zusätzlich zu einer Hauptkomponente, wie Kupfer, Silber und/oder Gold auch ein Aktivmetall enthält. Dieses Aktivmetall, welches beispielsweise wenigstens ein Element der Gruppe Hf, Ti, Zr, Nb, Ce ist, stellt durch eine chemische Reaktion eine Verbindung zwischen dem Hartlot und der Keramik her, während die Verbindung zwischen dem Hartlot und dem Metall eine metallische Hartlöt-Verbindung ist.Furthermore, the printed publications DE 22 13 115 A and EP 0 153 618 A2 The so-called active solder process is known for bonding metal layers or metal foils forming metallizations, in particular copper layers or copper foils, to a ceramic material or a ceramic layer. In this process, which is also specifically used to produce metal-ceramic substrates, a bond is created between a metal foil, for example copper foil, and a ceramic substrate, for example an aluminum nitride ceramic, at a temperature between approximately 800 and 1000°C using a brazing alloy which, in addition to a main component such as copper, silver, and/or gold, also contains an active metal. This active metal, which is, for example, at least one element from the group consisting of Hf, Ti, Zr, Nb, and Ce, creates a bond between the brazing alloy and the ceramic through a chemical reaction, while the bond between the brazing alloy and the metal is a metallic brazing joint.

Auch sind Verfahren zur flächigen Verbindung einer Aluminiumschicht mit einer Keramikschicht unter der Bezeichnung „Direct-Aluminium-Bonding“ („DAB-Verfahren“) bekannt. Grundsätzlich können auch Klebeverbindungen oder Klebe-Techniken unter Verwendung von Kunststoff-Klebern, beispielsweise unter Verwendung von Klebern auf Epoxyharz-Basis für ein derartiges Bonden zweier Schichten verwendet werden, und zwar insbesondere auch faserverstärkte Kleber. Bekannt ist insbesondere auch die Verwendung von speziellen Klebern, die Carbon-Fasern und/oder Carbon-Nanofasern und/oder Carbon-Nanotubes enthalten, und/oder Kleber, mit denen eine thermische und/oder elektrisch gut leitende Klebeverbindung möglich ist. Genannte Verbindungstechnologien können bei Vorsehen mehrere Metallschichten sowohl an der Unter- als auch der Oberseite der Keramikschicht selbstverständlich auch in Kombination Anwendung finden.Processes for the surface bonding of an aluminum layer to a ceramic layer are also known under the term "direct aluminum bonding" ("DAB process"). In principle, adhesive bonds or bonding techniques using plastic adhesives, for example, epoxy resin-based adhesives, can also be used for this type of bonding of two layers, particularly fiber-reinforced adhesives. Also known in particular is the use of special adhesives containing carbon fibers and/or carbon nanofibers and/or carbon nanotubes, and/or adhesives that enable a thermally and/or electrically highly conductive adhesive bond. These bonding technologies can of course also be used in combination if multiple metal layers are provided on both the underside and the top side of the ceramic layer.

Zur Herstellung der Metall-Keramik-Substrate wird zumindest eine der Metallisierung des Basissubstrates entsprechend strukturiert und zumindest entlang der freien Randabschnitte des Basissubstrates in die von Metall befreite Keramikoberfläche Sollbruchstellen bzw. Sollbruchlinien eingebracht, entlang denen vorzugsweise manuell zumindest die ungenützten Randabschnitte des Basissubstrates entfernt werden. Auch bei einer Herstellung von mehreren einzelnen Metall-Keramik-Substraten aus dem Basissubstrat im Mehrfachnutzen werden die auf dem Basissubstrat, beispielsweise einer Großsubstratplatte erzeugten Metall-Keramik-Substrate durch eine Vielzahl von parallel und senkrecht zueinander verlaufenden Sollbruchlinien in mehrere vorzugsweise rechteckförmige oder quadratische Einzelsubstrate aufgeteilt und durch entsprechendes Brechen des Basissubstrates entlang der in die Keramikschicht eingebrachten Sollbruchlinien vereinzelt.To produce the metal-ceramic substrates, at least one of the metallizations of the base substrate is structured accordingly, and predetermined breaking points or predetermined breaking lines are introduced into the metal-free ceramic surface at least along the free edge sections of the base substrate, along which at least the unused edge sections of the base substrate are preferably manually removed. Even when producing several individual metal-ceramic substrates from the base substrate in multiple use, the metal-ceramic substrates produced on the base substrate, for example a large substrate plate, are divided into several preferably rectangular or square individual substrates and separated by breaking the base substrate along the predetermined breaking lines introduced into the ceramic layer.

Zur Erzeugung derartiger Sollbruchlinien sind diverse Verfahren bekannt. Häufig finden hierzu Laservorrichtungen Verwendung, über die zur Erzeugung einer Sollbruchlinie mehrere Ausnehmungen derselben Tiefe in die Keramikoberfläche eingebracht werden, und zwar durch Beaufschlagen mit einem entsprechend modulierten oder gepulsten Laserstrahl. Die Ausnehmungen können beispielsweise beabstandet zueinander entlang einer Linie angeordnet sein oder einander überlappen.Various methods are known for creating such predetermined breaking lines. Laser devices are often used for this purpose, which create a predetermined breaking line by creating multiple recesses of the same depth in the ceramic surface by applying a correspondingly modulated or pulsed laser beam. The recesses can, for example, be spaced apart along a line or overlap one another.

Aus der EP 2 315 508 A1 ist insbesondere auch bereits ein Verfahren zur Herstellung von einzelnen Keramiksubstraten aus einem Basissubstrat im Mehrfachnutzen bekannt, bei dem mittels einer Laservorrichtung kontinuierliche schlitzartige Sollbruchlinien in eine Oberseite des Basissubstrates eingebracht werden. Um ein ungewünschtes Brechen des Basissubstrates an den eingebrachten kontinuierlichen schlitzartigen Sollbruchlinien während des Fertigungsverfahrens zu vermeiden, weisen die Sollbruchlinien im Bereich der freien, ungenutzten Randabschnitte des Basissubstrates die geringste Tiefe auf. Damit ist die Materialstärke der verbleibenden Keramikschicht in den schlitzartigen Sollbruchlinien randseitig am größten, wodurch ein ungewolltes Brechen des Basissubstrates während des Fertigungsprozesses verhindert werden soll.From the EP 2 315 508 A1 In particular, a method for producing individual ceramic substrates from a base substrate in multiple use is already known, in which continuous slit-like predetermined breaking lines are introduced into the upper side of the base substrate using a laser device. To prevent unwanted breakage of the base substrate at the introduced continuous slit-like predetermined breaking lines during the manufacturing process, the predetermined breaking lines have the smallest depth in the area of the free, unused edge sections of the base substrate. Thus, the material thickness of the remaining ceramic layer is greatest at the edge in the slit-like predetermined breaking lines, which is intended to prevent unwanted breakage of the base substrate during the manufacturing process.

Aus der US 2009 / 0 242 525 A1 ist das Gravieren von Keramiken mit Laserlicht und aus der US 2007 / 0 072 395 A1 das Erzeugen von Ritzstrukturen mit unterschiedlichen Tiefen bei der Herstellung von Sollbruchlinien bekannt.From the US 2009 / 0 242 525 A1 is the engraving of ceramics with laser light and from the US 2007 / 0 072 395 A1 the creation of scratch structures with different depths in the production of predetermined breaking lines.

Nachteilig treten jedoch bei Keramik-Substraten mit derartigen Sollbruchlinien, beim manuellen Entfernen der Randabschnitte bzw. Vereinzeln der einzelnen Substrate insbesondere in den Kreuzungsbereichen der Sollbruchlinien Brüche, ggf. auch Schollenbrüche in der Keramikschicht auf, welche zu einer erheblichen Beschädigung und damit Unbrauchbarkeit des vereinzelten Substrates führen. Eine Reduzierung der hierdurch bedingten Ausschussrate bei bekannten Herstellungsverfahren ist daher von besonderer wirtschaftlicher Bedeutung.However, the disadvantage of ceramic substrates with such predetermined breaking lines is that during manual removal of the edge sections or during separation of the individual substrates, particularly in the intersection areas of the predetermined breaking lines, cracks, possibly even slab fractures, occur in the ceramic layer, which lead to significant damage and thus render the separated substrate unusable. Reducing the resulting scrap rate in existing manufacturing processes is therefore of particular economic importance.

Ausgehend von dem voranstehend genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Basissubstrat, ein daraus hergestelltes Metall-Keramik-Substrat sowie ein zu dessen Herstellung geeignetes Verfahren aufzuzeigen, welches ein zuverlässiges manuelles Entfernen der ungenützten Randabschnitte des Basissubstrates und ein zuverlässiges Vereinzeln des Basissubstrates in einzelne Metall-Keramik-Substrate ohne Beschädigung des jeweiligen Metall-Keramik-Substrate ermöglicht, wodurch die eine deutliche Reduzierung der Ausschussrate erreicht wird.Based on the above-mentioned prior art, the object of the invention is to provide a base substrate, a metal-ceramic substrate produced therefrom and a method suitable for its production, which enables reliable manual removal of the unused edge sections of the base substrate and reliable separation of the base substrate into individual metal-ceramic substrates without damaging the respective metal-ceramic substrate, thereby achieving a significant reduction in the reject rate.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 und eine Basissubtrat gemäß Anspruch 10 gelöst.The object is achieved by a method according to claim 1 and a base substrate according to claim 10.

Der bevorzugter Aspekt des Basissubstrates ist darin zu sehen, dass die Sollbruchlinien zumindest in den Kreuzungsbereichen eine erste Tiefe und außerhalb der Kreuzungsbereiche eine zweite Tiefe aufweisen, wobei die erste Tiefe größer als die zweite Tiefe ist. Besonders vorteilhaft wird damit in den Eckbereichen der zu vereinzelnden Metall-Keramik-Substraten eine geringere Bruchkraft erforderlich, wodurch insbesondere das Entstehen von wilden Brüchen, insbesondere auch Schollenbrüchen effektiv verhindert und damit die Ausschussrate des Vereinzelungsprozesses erheblich reduziert werden kann. Weiterhin vorteilhaft wird die im Basissubstrat vorhandene Spannung insbesondere in den Kreuzungsbereichen reduziert und das Entstehen von Mikrorissen minimiert. Das vereinzelte Metall-Keramik-Substrat weist darüber hinaus eine hochqualitative Kantenlinie auf.The preferred aspect of the base substrate is that the predetermined breaking lines have a first depth at least in the crossing areas and a second depth outside the crossing areas, wherein the first depth is greater than the second depth. Particularly advantageously, this requires a lower breaking force in the corner areas of the metal-ceramic substrates to be separated, which effectively prevents the occurrence of random fractures, especially slab fractures, and thus significantly reduces the reject rate of the separation process. Another advantage is that the stress present in the base substrate is reduced, particularly in the crossing areas, and the formation of microcracks is minimized. The separated metal-ceramic substrate also has a high-quality edge line.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Sollbruchlinien in einer ersten Oberflächenseite der Keramikschicht und/oder in der gegenüberliegenden zweiten Oberflächenseite der Keramikschicht eingebracht. Die Sollbruchlinien können beispielsweise auch an der der strukturierten Metallisierung gegenüberliegenden Oberflächenseite der Keramikschicht vorgesehen sein, so dass das Basissubstrat bereits mit elektronischen Bauteilen vor der Vereinzelung in die einzelnen Metall-Keramik-Substrate bestückt werden kann.In an advantageous development of the invention, the predetermined breaking lines are introduced into a first surface side of the ceramic layer and/or into the opposite second surface side of the ceramic layer. The predetermined breaking lines can, for example, also be provided on the surface side of the ceramic layer opposite the structured metallization, so that the base substrate can already be populated with electronic components before separation into the individual metal-ceramic substrates.

Weiterhin vorteilhaft können die Sollbruchlinien in Form einer kontinuierlichen Vertiefung oder in Form einer diskontinuierlichen Vertiefung ausgebildet sein, wobei die kontinuierlichen Vertiefungen vorzugsweise schlitzartig ausgebildet sind und die diskontinuierlichen Vertiefungen von einer linienartigen Anordnung einer Vielzahl von Einschusskratern in einer Oberflächenseite gebildet sind, die beispielsweise beabstandet zueinander und/oder überlappend angeordnet sind. Bei der Ausbildung in Form von kontinuierlichen schlitzartigen Vertiefungen bzw. so genannte „Grooves“ wird eine Reduzierung der Breite der Vertiefungen auf bis zu ein Drittel im Vergleich zu den Einschusskratern und damit auch ein geringer Materialabtrag erreicht. Vorteilhaft ergibt sich darüber hinaus auch eine verbesserte Kerbwirkung und die Risseinleitung ist deutlich besser kontrollierbar. Darüber hinaus entstehen bei der Vereinzelung der Metall-Keramik-Substrate im Vergleich zu durch Einschusskrater gebildete Sollbruchlinien deutlich weniger Bruchstaub und wenige Splitter.Furthermore, the predetermined breaking lines can advantageously be designed in the form of a continuous depression or in the form of a discontinuous depression, wherein the continuous depressions are preferably slit-like and the discontinuous depressions are formed by a linear arrangement of a plurality of bullet craters in one surface side, which are arranged, for example, at a distance from one another and/or overlapping. When designed in the form of continuous slit-like depressions or so-called "grooves", a reduction in the width of the depressions to up to one third compared to the bullet craters and thus also a lower material removal is achieved. Furthermore, an improved notch effect is advantageously achieved and the crack initiation is significantly better controlled. Furthermore, during the separation of the metal-ceramic substrates, compared to Predetermined breaking lines formed by bullet craters result in significantly less breakage dust and fewer splinters.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die in den Kreuzungsbereichen vorgesehene vergrößerte erste Tiefe der Sollbruchlinien durch ein mehrfaches Beaufschlagen der Kreuzungsbereiche mit einem durch die Laservorrichtung erzeugten Laserstrahl mit homogener Leistung oder durch ein einmaliges Beaufschlagen der Kreuzungsbereiche mit einem durch die Laservorrichtung erzeugten Laserstrahl mit regelbarer Leistung erzeugt. Abhängig von der jeweils verwendeten Laservorrichtung können in einem einfachen oder mehrfach durchzuführenden Prozessschritt die unterschiedlich tiefen Sollbruchlinien schnell und einfach erzeugt werden.According to a further advantageous embodiment of the invention, the increased first depth of the predetermined breaking lines provided in the intersection areas is created by repeatedly exposing the intersection areas to a laser beam of uniform power generated by the laser device, or by exposing the intersection areas to a laser beam of adjustable power generated by the laser device once. Depending on the laser device used, the predetermined breaking lines of varying depths can be created quickly and easily in a single or multiple process step.

Vorteilhaft weisen die Sollbruchlinien in den Kreuzungsbereichen eine im Vergleich zur zweiten Tiefe um 20% bis 80% größere erste Tiefe auf, wobei die zweite Tiefe vorzugsweise zwischen 30 µm und 200 µm beträgt und/oder die erste Tiefe kleiner als 80% der Materialstärke der Keramikschicht ist. Die erste Tiefe der Sollbruchlinien erstreckt sich in den Kreuzungsbereichen vorzugsweise über eine Länge von 0,2 mm bis 20 mm.Advantageously, the predetermined breaking lines in the intersection regions have a first depth that is 20% to 80% greater than the second depth, wherein the second depth is preferably between 30 µm and 200 µm and/or the first depth is less than 80% of the material thickness of the ceramic layer. The first depth of the predetermined breaking lines in the intersection regions preferably extends over a length of 0.2 mm to 20 mm.

Gegenstand der Erfindung ist ebenfalls ein Metall-Keramik-Substrat hergestellt aus einen von zumindest vier der Sollbruchlinien abgegrenzten Teilbereich der Keramikschicht des Basissubstrates mit zumindest einem an der Oberflächenseite der Keramikschicht vorgesehen strukturierten Metallisierungsabschnitt.The invention also relates to a metal-ceramic substrate produced from a partial region of the ceramic layer of the base substrate delimited by at least four of the predetermined breaking lines with at least one structured metallization section provided on the surface side of the ceramic layer.

Ferner ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Basissubstrates umfassend zumindest eine Keramikschicht, die an zumindest einer Oberflächenseite mit mindestens einer Metallisierung versehen ist, bei dem die Metallisierung zur Herstellung von mehreren einzelnen Metall-Keramik-Substraten aus dem Basissubstrat strukturiert wird, und bei dem zum Abtrennen von ungenützten Randbereichen des Basissubstrates und/oder zum Vereinzeln des plattenartigen Basissubstrates in die einzelnen Metall-Keramik-Substrate mittels einer Laservorrichtung in zumindest einer Oberflächenseite der Keramikschicht des Basissubstrates mehrere Sollbruchlinien eingebracht werden. Dabei ist es bevorzugt vorgesehen, dass sich jeweils zwei der Sollbruchlinien in jeweils einem Kreuzungsbereich schneiden. Besonders vorteilhaft werden die Sollbruchlinien derart mittels der Laservorrichtung in die Keramikschicht eingebracht, dass diese zumindest in vorgegebenen Kreuzungsbereichen eine erste Tiefe und außerhalb der Kreuzungsbereiche eine zweite Tiefe aufweisen, wobei die erste Tiefe größer als die zweite Tiefe ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ist schnell und einfach umsetzbar und reduziert den beim Vereinzeln der Metall-Keramik-Substrate entstehenden Ausschuss erheblich.The present invention further relates to a method for producing a base substrate comprising at least one ceramic layer which is provided with at least one metallization on at least one surface side, in which the metallization is structured to produce a plurality of individual metal-ceramic substrates from the base substrate, and in which, in order to separate unused edge regions of the base substrate and/or to separate the plate-like base substrate into the individual metal-ceramic substrates, a plurality of predetermined breaking lines are introduced into at least one surface side of the ceramic layer of the base substrate by means of a laser device. It is preferably provided that two of the predetermined breaking lines intersect in a respective crossing region. Particularly advantageously, the predetermined breaking lines are introduced into the ceramic layer by means of the laser device in such a way that they have a first depth at least in predetermined crossing regions and a second depth outside the crossing regions, wherein the first depth is greater than the second depth. The method according to the invention can be implemented quickly and easily and significantly reduces the waste generated during the separation of the metal-ceramic substrates.

Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vor dem Einbringen der Sollbruchlinien zumindest eine der Metallisierungen strukturiert und anschließend werden die Sollbruchlinien in die erste Oberflächenseite der Keramikschicht und/oder die gegenüberliegende zweite Oberflächenseite der Keramikschicht eingebracht.According to a further development of the method according to the invention, at least one of the metallizations is structured before the introduction of the predetermined breaking lines and then the predetermined breaking lines are introduced into the first surface side of the ceramic layer and/or the opposite second surface side of the ceramic layer.

Vorteilhaft können die Sollbruchlinien in Form einer kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Sollbruchlinien in die Keramikschicht eingebracht werden, wobei die kontinuierlichen Sollbruchlinien in Form von schlitzartigen Vertiefungen ausgebildet sind und die diskontinuierlichen Sollbruchlinien von einer linienartigen Anordnung einer Vielzahl von Einschusskratern in der Oberflächenseite der Keramikschicht gebildet ist. Hierzu wird die in den Kreuzungsbereichen vorgesehene vergrößerte erste Tiefe der Sollbruchlinien entweder durch ein mehrfaches Beaufschlagen der Kreuzungsbereiche mit einem durch die Laservorrichtung erzeugten Laserstrahl mit homogener Leistung oder durch ein einmaliges Beaufschlagen der Kreuzungsbereiche mit einem durch die Laservorrichtung erzeugten Laserstrahl mit regelbarer Leistung erzeugt. Die Laservorrichtung mit regelbarer Laserleistung ist erfindungsgemäß ein Ultrakurzpuls- oder Kurzpulssekundenlaser. Alternativ kann zur Erzeugung der diskontinuierlichen Sollbruchlinien eine CO₂-Laservorrichtung Anwendung finden.Advantageously, the predetermined breaking lines can be introduced into the ceramic layer in the form of continuous or discontinuous predetermined breaking lines, wherein the continuous predetermined breaking lines are designed in the form of slit-like depressions and the discontinuous predetermined breaking lines are formed by a linear arrangement of a plurality of bullet craters in the surface side of the ceramic layer. For this purpose, the increased first depth of the predetermined breaking lines provided in the intersection regions is created either by repeatedly exposing the intersection regions to a laser beam with homogeneous power generated by the laser device or by exposing the intersection regions to a laser beam with adjustable power generated by the laser device once. According to the invention, the laser device with adjustable laser power is an ultrashort pulse or short pulse second laser. Alternatively, a _CO2 laser device can be used to create the discontinuous predetermined breaking lines.

Bevorzugt erfolgt das Einbringen der Sollbruchlinien mittel der Laservorrichtung in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, die vorzugsweise einen Sauerstoffanteil von mindestens 30% aufweist.Preferably, the predetermined breaking lines are introduced by means of the laser device in an oxygen-containing atmosphere, which preferably has an oxygen content of at least 30%.

Die Ausdrucke „näherungsweise“, „im Wesentlichen“, „ca.“ oder „etwa“ bedeuten im Sinne der Erfindung Abweichungen vom jeweils exakten Wert um +/-10%, bevorzugt um +/-5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen.The terms “approximately”, “essentially”, “approx.” or “about” mean, in the sense of the invention, deviations from the exact value by +/-10%, preferably by +/-5% and/or deviations in the form of changes that are insignificant for the function.

Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.Further developments, advantages, and possible applications of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments and from the figures. All described and/or illustrated features, individually or in any combination, are fundamentally the subject of the invention, regardless of their summary in the claims or their reference back to them. The content of the claims is also incorporated into the description.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine vereinfachte Schnittdarstellung durch ein Basissubstrat zur Herstellung von mehreren Metall-Keramik-Substrates im Mehrfachnutzen,
2 eine vereinfachte Draufsicht auf das Basissubstrat gemäß 1,
3 eine vereinfachte Schnittdarstellung durch eine erste Ausführungsvariante einer Sollbruchlinie in der Keramikschicht,
4 eine vereinfachte Schnittdarstellung durch die Sollbruchlinie gemäß 3 im Kreuzungsbereich,
5 eine vereinfachte Schnittdarstellung durch eine zweite Ausführungsvariante einer Sollbruchlinie in der Keramikschicht,
6 eine vereinfachte Schnittdarstellung durch die Sollbruchlinie gemäß 5 im Kreuzungsbereich,
7 in Ausschnittdarstellung eine Draufsicht auf den Kreuzungsbereich zweier Sollbruchlinien im Eckbereich eines Basissubstrates und
8 einen Schnitt A-A entlang einer Sollbruchlinie durch das Basissubstrat gemäß 7.

The invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments and the figures. They show:

1 a simplified sectional view through a base substrate for the production of several metal-ceramic substrates in multiple use,
2 a simplified top view of the base substrate according to 1 ,
3 a simplified sectional view through a first embodiment of a predetermined breaking line in the ceramic layer,
4 a simplified sectional view through the predetermined breaking line according to 3 in the intersection area,
5 a simplified sectional view through a second embodiment of a predetermined breaking line in the ceramic layer,
6 a simplified sectional view through the predetermined breaking line according to 5 in the intersection area,
7 in detail a top view of the intersection area of two predetermined breaking lines in the corner area of a base substrate and
8 a section AA along a predetermined breaking line through the base substrate according to 7 .

1 zeigt beispielhaft in vereinfachter Darstellung einen Schnitt durch ein Basissubstrat 1 zur Herstellung von Metall-Keramik-Substraten 2 im Mehrfachnutzen. 1 shows, as an example, in a simplified representation, a section through a base substrate 1 for the production of metal-ceramic substrates 2 in multiple use.

Das Basissubstrat 1 umfasst jeweils zumindest eine Keramikschicht 3 mit zwei gegenüberliegenden Oberflächenseiten, und zwar einer ersten und zweiten Oberflächenseite 3.1, 3.2. Zumindest eine der Oberflächenseiten 3.1 ist beim Basissubstrat 1 mit einer Metallisierung 4 versehen. Vorzugsweise ist eine weitere Metallisierung 5 an der jeweils gegenüberliegenden Oberflächenseite 3.2 vorgesehen.The base substrate 1 comprises at least one ceramic layer 3 with two opposite surface sides, namely a first and a second surface side 3.1, 3.2. At least one of the surface sides 3.1 of the base substrate 1 is provided with a metallization 4. Preferably, a further metallization 5 is provided on the respective opposite surface side 3.2.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weise die erste Oberflächenseite 3.1 eine erste Metallisierung 4 und die zweite Oberflächenseite 3.2 eine zweite Metallisierung 5 auf, wobei die erste Metallisierung 4 zur Ausbildung von Kontaktflächen und/oder Leiterbahnen und/oder weiteren Befestigungsbereichen von Metall-Keramik-Substraten 2 strukturiert ist, und zwar derart, dass mehrere in sich abgeschlossene Strukturierungsbereiche entstehen, welche einem Metall-Keramik-Substrat 2 zugeordnet sind.In the present exemplary embodiment, the first surface side 3.1 has a first metallization 4 and the second surface side 3.2 has a second metallization 5, wherein the first metallization 4 is structured to form contact surfaces and/or conductor tracks and/or further fastening regions of metal-ceramic substrates 2, in such a way that a plurality of self-contained structuring regions are created which are assigned to a metal-ceramic substrate 2.

Insbesondere ist die erste Metallisierung 4 in den für die Herstellung der Metall-Keramik-Substrate 2 nicht nutzbaren und daher ungenutzten Randabschnitten 1a-1d zumindest abschnittsweise entfernt, so dass in diesen Abschnitten die erste Oberflächenseite 3.1 der Keramikschicht 3 freiliegt. Ferner ist zur Herstellung im Mehrfachnutzen auch in den Übergangsbereichen zwischen zwei nebeneinander auf dem Basissubstrat 1 zur Ausbildung eines Metall-Keramik-Substrates strukturierten Bereichen der Metallisierungen 4, 5 diese entfernt. Zumindest in diesen Bereichen werden in an sich bekannter Weise mehrere Sollbruchlinien 6a-6f mittels einer nicht in den Figuren dargestellten Laservorrichtung, und zwar einem von der Laservorrichtung erzeugten Laserstrahl eingebracht. Die Sollbruchlinien 6a bis 6f dienen hierbei zum vorzugsweise manuellen Brechen des Basissubstrates 1 entlang der Sollbruchlinien 6a bis 6f.In particular, the first metallization 4 is at least partially removed in the edge sections 1a-1d that are not usable for the production of the metal-ceramic substrates 2 and are therefore unused, so that the first surface side 3.1 of the ceramic layer 3 is exposed in these sections. Furthermore, for multiple-use production, the metallizations 4, 5 are also removed in the transition regions between two regions of the metallizations 4, 5 that are structured next to one another on the base substrate 1 to form a metal-ceramic substrate. At least in these regions, a plurality of predetermined breaking lines 6a-6f are introduced in a manner known per se using a laser device (not shown in the figures), specifically a laser beam generated by the laser device. The predetermined breaking lines 6a to 6f serve to preferably manually break the base substrate 1 along the predetermined breaking lines 6a to 6f.

Die erste Metallisierung 4 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch eine Folie oder Schicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildet bzw. hergestellt und direkt auf der Keramikschicht 3 aufgebracht. In einer Ausführungsvariante der Erfindung ist die der ersten Oberflächenseite 3.1 gegenüberliegenden zweite Oberflächenseite 3.2 mit der zweiten Metallisierung 5 versehen, die vorzugsweise auch durch eine Folie oder Schicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildet bzw. hergestellt ist. Auch können die erste und zweite Metallisierung 4, 5 aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Stahl oder einer Stahllegierung hergestellt sein.In the present embodiment, the first metallization 4 is formed or manufactured by a foil or layer made of copper or a copper alloy and applied directly to the ceramic layer 3. In one embodiment of the invention, the second surface side 3.2 opposite the first surface side 3.1 is provided with the second metallization 5, which is preferably also formed or manufactured by a foil or layer made of copper or a copper alloy. The first and second metallizations 4, 5 can also be made of aluminum, an aluminum alloy, steel, or a steel alloy.

Die erste und zweite Metallisierung 4, 5 aus Kupfer oder einer Kupferlegierung sind vorzugsweise direkt unter Verwendung des Eingangs beschriebenen DCB-Verfahrens flächig mit der ersten bzw. zweiten Oberflächenseite 3.1, 3.2 der Keramikschicht 3 verbunden. Alternativ kann auch eine Verbindung durch Kleben unter Verwendung eines Kunststoffklebers oder eines als Kleber geeigneten Polymers, vorzugsweise unter Verwendung eines Klebers, der Carbon-Fasern, insbesondere Carbon-Nanofasern enthält, mit der ersten bzw. zweiten Oberflächenseite 3.1, 3.2 der Keramikschicht 3 vorgesehen sein. Alternativ oder in Kombination kann das eingangs beschriebene Aktivlot-Verfahren Anwendung finden.The first and second metallizations 4, 5 made of copper or a copper alloy are preferably directly bonded to the first and second surface sides 3.1, 3.2 of the ceramic layer 3 using the DCB method described above. Alternatively, a bond can also be provided by gluing using a plastic adhesive or a polymer suitable as an adhesive, preferably using an adhesive containing carbon fibers, in particular carbon nanofibers, to the first and second surface sides 3.1, 3.2 of the ceramic layer 3. Alternatively, or in combination, the active solder method described above can be used.

Bei Realisierung der Metallisierungen 4, 5 in Form einer Schicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ist ein „Direct-Aluminium-Bonding“-Verfahren verwendbar. Die erste, beispielsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellte Metallisierung 4 weist beispielsweise eine Schichtdicke zwischen 0,1 mm und 1,0 mm auf. Die Schichtdicke der zweiten Metallisierung 5 kann entsprechend ausgebildet sein. Bei Aluminium beträgt die Schichtdicke beispielweise zwischen 0,1 mm und 5,0 mm, vorzugsweise zwischen 0,3 mm und 3,0 mm.When implementing the metallizations 4, 5 in the form of a layer of aluminum or an aluminum alloy, a "direct aluminum bonding" process can be used. The first metallization 4, made of copper or a copper alloy, for example, has a layer thickness between 0.1 mm and 1.0 mm. The layer thickness of the second metallization 5 can be configured accordingly. For aluminum, the layer thickness is, for example, between 0.1 mm and 5.0 mm, preferably between 0.3 mm and 3.0 mm.

Alternativ kann zumindest eine der Metallisierungen 4, 5 in Dickschichttechnologie aus Kupfer, Silber und/oder Gold hergestellt sein, und zwar vorzugsweise mit einer Schichtdicke von 15 µm bis 100 µm. Die Schichten werden vorzugsweise bei einer Prozesstemperatur von 500 °C bis 1200 °C erzeugt.Alternatively, at least one of the metallizations 4, 5 can be produced using thick-film technology from copper, silver, and/or gold, preferably with a layer thickness of 15 µm to 100 µm. The layers are preferably produced at a process temperature of 500 °C to 1200 °C.

Die Keramikschicht 3 ist beispielsweise aus einer Oxid-, Nitrid- oder Karbidkeramik wie Aluminiumoxid (Al2O3) oder Aluminiumnitrid (AIN) oder Siliziumnitrid (Si3N4) oder Siliziumkarbid (SiC) oder aus Aluminiumoxid mit Zirkonoxid (Al2O3+ZrO2) hergestellt und weist eine Schichtdicke beispielsweise zwischen 0,25 mm und 1,0 mm, vorzugsweise zwischen 0,2 mm und 0,7 mm auf.The ceramic layer 3 is made, for example, from an oxide, nitride or carbide ceramic such as aluminum oxide (Al2O3) or aluminum nitride (AIN) or silicon nitride (Si3N4) or silicon carbide (SiC) or from aluminum oxide with zirconium oxide (Al2O3+ZrO2) and has a layer thickness, for example, between 0.25 mm and 1.0 mm, preferably between 0.2 mm and 0.7 mm.

2 zeigt eine Draufsicht auf die erste Oberflächenseite 3.1 des erfindungsgemäßen Basissubstrates 1 gemäß 1. In dieser Ausführungsvariante werden aus dem Basissubstrat 1 mehrere Metall-Keramik-Substrate 2 im Mehrfachnutzen hergestellt, und zwar beispielsweise vier Metall-Keramik-Substrate 2. Hierzu sind in einem ersten Schritt die ungenutzten Randabschnitte 1a, 1b, 1c, 1d des Basissubstrates 1 zu entfernen, und zwar durch Brechen entlang der in die erste Oberflächenseite 3.1 der Keramikschicht 3 eingebrachten Sollbruchlinien 6a bis 6d. Die Sollbruchlinien 6a bis 6d verlaufen hierzu paarweise parallel und paarweise senkrecht zueinander und kreuzen sich in vier Kreuzungsbereichen K1 bis K4 des Basissubstrates 1, welche sich vorzugsweise in den Eckbereichen des Basissubstrates 1 befinden. Die eingebrachten Sollbruchlinien 6a bis 6d bilden damit einen den zur Herstellung der Metall-Keramik-Substrate 2 vorgesehenen Bereich des Basissubstrates 1 einschließenden, vorzugsweise rechteckförmigen und geschlossenen Rahmen aus. 2 shows a plan view of the first surface side 3.1 of the base substrate 1 according to the invention according to 1 In this embodiment, a plurality of metal-ceramic substrates 2 are produced from the base substrate 1 in multiple use, specifically four metal-ceramic substrates 2, for example. For this purpose, in a first step, the unused edge sections 1a, 1b, 1c, 1d of the base substrate 1 are to be removed, namely by breaking along the predetermined breaking lines 6a to 6d introduced into the first surface side 3.1 of the ceramic layer 3. For this purpose, the predetermined breaking lines 6a to 6d run in pairs parallel and in pairs perpendicular to one another and intersect in four intersection regions K1 to K4 of the base substrate 1, which are preferably located in the corner regions of the base substrate 1. The introduced predetermined breaking lines 6a to 6d thus form a preferably rectangular and closed frame enclosing the area of the base substrate 1 intended for the production of the metal-ceramic substrates 2.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind eine erste bis vierte Sollbruchlinie 6a bis 6d vorgesehen, wobei die erste Sollbruchlinie 6a den ersten ungenutzten Randabschnitt 1a, die zweite Sollbruchlinie 6b den zweiten ungenutzten Randabschnitt 1b, die dritte Sollbruchlinie 6c den dritten ungenutzten Randbereich 1c und die vierte Sollbruchlinie 6d den vierten ungenutzten Randbereich 1d jeweils von den auf dem Basissubstrat 1 vorgesehenen Metall-Keramik-Substraten 2 trennt. Hierbei verlaufen die erste und zweite Sollbruchlinie 6a, 6b sowie die dritte und vierte Sollbruchlinie 6c, 6d jeweils parallel zueinander. Demgemäß schneidet die erste Sollbruchlinie 6a die vierte Sollbruchlinie 6d im ersten Kreuzungsbereich K1 und die dritte Sollbruchlinie 6c im zweiten Kreuzungsbereich K2 sowie die zweite Sollbruchlinie 6b die vierte Sollbruchlinie 6d im dritten Kreuzungsbereich K3 und die dritte Sollbruchlinie 6c im vierten Kreuzungsbereich K4. Beim manuellen Entfernen der Randabschnitte 1a bis 1d des Basissubstrates 1 kann es in den Kreuzungsbereichen K1 bis K4 zu Brüchen, insbesondere auch Schollenbrüchen in der Keramikschicht 3 kommen, wodurch das jeweilige Metall-Keramik-Substrat 2 unbrauchbar wird.In the present embodiment, first to fourth predetermined breaking lines 6a to 6d are provided, wherein the first predetermined breaking line 6a separates the first unused edge section 1a, the second predetermined breaking line 6b separates the second unused edge section 1b, the third predetermined breaking line 6c separates the third unused edge region 1c, and the fourth predetermined breaking line 6d separates the fourth unused edge region 1d, respectively, from the metal-ceramic substrates 2 provided on the base substrate 1. The first and second predetermined breaking lines 6a, 6b and the third and fourth predetermined breaking lines 6c, 6d each run parallel to one another. Accordingly, the first predetermined breaking line 6a intersects the fourth predetermined breaking line 6d in the first intersection region K1 and the third predetermined breaking line 6c in the second intersection region K2, and the second predetermined breaking line 6b intersects the fourth predetermined breaking line 6d in the third intersection region K3 and the third predetermined breaking line 6c in the fourth intersection region K4. When the edge sections 1a to 1d of the base substrate 1 are manually removed, fractures, in particular slab fractures, may occur in the ceramic layer 3 in the intersection areas K1 to K4, which renders the respective metal-ceramic substrate 2 unusable.

Erfindungsgemäß werden schlitzartige Sollbruchlinien 6a-6d derart mittels der Laservorrichtung in die Keramikschicht 3 eingebracht, dass diese zumindest in den Kreuzungsbereichen K1 bis K4 eine erste Tiefe T1 und außerhalb der Kreuzungsbereiche K1 bis K4 eine zweite Tiefe T2 aufweisen, wobei die erste Tiefe T1 größer als die zweite Tiefe T2 ist. Die erste Tiefe T1 ist vorzugsweise um 20% bis 80% größer als die zweite Tiefe T2, welche vorzugsweise zwischen 30 µm und 200 µm beträgt. Die erste Tiefe T1 beträgt vorzugsweise weniger als 80% der Materialstärke der Keramikschicht 3, d.h. die erste Tiefe T1 überschreitet 20% der Materialstärke der Keramikschicht 3 nicht.According to the invention, slit-like predetermined breaking lines 6a-6d are introduced into the ceramic layer 3 by means of the laser device in such a way that they have a first depth T1 at least in the intersection regions K1 to K4 and a second depth T2 outside the intersection regions K1 to K4, wherein the first depth T1 is greater than the second depth T2. The first depth T1 is preferably 20% to 80% greater than the second depth T2, which is preferably between 30 µm and 200 µm. The first depth T1 is preferably less than 80% of the material thickness of the ceramic layer 3, i.e., the first depth T1 does not exceed 20% of the material thickness of the ceramic layer 3.

Die Sollbruchlinien 6a-6d weisen die erste Tiefe T1 im jeweiligen Kreuzungsbereich K1 bis K4 vorzugsweise über einer Länge L von 0,2 mm bis 20 mm auf, wobei diese vorzugsweise symmetrisch zum Kreuzungspunkt P1 bis P4 der schlitzartigen Sollbruchlinien 6a-6d angeordnet ist, d.h. die erste Tiefe T1 erstreckt sich vom Kreuzungspunkt P jeweils über eine Teillänge TL von 0,1 mm bis 10 mmThe predetermined breaking lines 6a-6d have the first depth T1 in the respective intersection area K1 to K4 preferably over a length L of 0.2 mm to 20 mm, which is preferably arranged symmetrically to the intersection point P1 to P4 of the slot-like predetermined breaking lines 6a-6d, i.e. the first depth T1 extends from the intersection point P over a partial length TL of 0.1 mm to 10 mm

Zur Herstellung im Mehrfachnutzen weist das Basissubstrat 1 noch weitere Sollbruchlinien 6e-6h auf, welche den von der ersten bis vierten Sollbruchlinie 6a bis 6d eingeschlossenen Bereich des Basissubstrates 1 in mehrere Unterbereiche zur Herstellung der einzelnen Metall-Keramik-Substrate 2 unterteilen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind eine fünfte und sechste Sollbruchlinie 6e, 6f vorgesehen, wobei die fünfte Sollbruchlinie 6e parallel zur ersten und zweiten Sollbruchlinie 6a, 6b und senkrecht zur dritten und vierten Sollbruchlinie 6c, 6d verläuft. Die sechste Sollbruchlinie 6f erstreckt sich parallel zur dritten und vierten Sollbruchlinie 6c, 6d und senkrecht zur ersten und zweiten Sollbruchlinie 6a, 6b.For multiple-use production, the base substrate 1 has additional predetermined breaking lines 6e-6h, which divide the area of the base substrate 1 enclosed by the first to fourth predetermined breaking lines 6a to 6d into several sub-areas for producing the individual metal-ceramic substrates 2. In the present exemplary embodiment, a fifth and sixth predetermined breaking line 6e, 6f are provided, with the fifth predetermined breaking line 6e running parallel to the first and second predetermined breaking lines 6a, 6b and perpendicular to the third and fourth predetermined breaking lines 6c, 6d. The sixth predetermined breaking line 6f extends parallel to the third and fourth predetermined breaking lines 6c, 6d and perpendicular to the first and second predetermined breaking lines 6a, 6b.

Hierdurch entstehen weitere Kreuzungsbereiche K5 bis K9, in welchen in einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung die erste Tiefe T1 der Sollbruchlinien 6a-6f im Vergleich zu den außerhalb der Kreuzungsbereiche K5 bis K9 befindlichen Linienabschnitten ebenfalls vergrößert ist im Vergleich zum zweiten Tiefe T2.This creates further crossing areas K5 to K9, in which, in a preferred embodiment of the invention, the first depth T1 of the predetermined breaking lines 6a-6f is also increased compared to the second depth T2 compared to the line sections located outside the crossing areas K5 to K9.

Im Einzelnen ergibt sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein fünfter Kreuzungsbereich K5 zwischen der ersten und sechsten Sollbruchlinie 6a, 6f, ein sechster Kreuzungsbereich K6 zwischen der dritten und fünften Sollbruchlinie 6c, 6e, ein siebter Kreuzungsbereich K7 zwischen der zweiten und sechsten Sollbruchlinie 6b, 6f, ein achter Kreuzungsbereich K8 zwischen der vierten und fünften Sollbruchlinie 6d, 6e sowie ein neunter Kreuzungsbereich K9 zwischen der fünften und sechsten Sollbruchlinie 6e, 6f. Die freien Endabschnitte der fünfte und sechsten Sollbruchlinien 6e, 6f erstrecken sich hierbei vorzugsweise über den Kreuzungsbereich K5 bis K8 hinaus in die jeweiligen ungenutzten Randabschnitte 1a bis 1d, und zwar vorzugsweise zwischen 300 µm und 700 µm, vorzugsweise ca. 500 µm.In detail, in the present exemplary embodiment, a fifth crossing area K5 results between the first and sixth predetermined breaking lines 6a, 6f, a sixth crossing area K6 between the third and fifth predetermined breaking lines 6c, 6e, a seventh crossing area K7 between the second and sixth predetermined breaking lines 6b, 6f, an eighth crossing area K8 between the fourth and fifth predetermined breaking line 6d, 6e and a ninth crossing area K9 between the fifth and sixth predetermined breaking lines 6e, 6f. The free end sections of the fifth and sixth predetermined breaking lines 6e, 6f preferably extend beyond the crossing area K5 to K8 into the respective unused edge sections 1a to 1d, preferably between 300 µm and 700 µm, preferably approximately 500 µm.

Die Ausbildung der Querschnittsform der Sollbruchlinien 6a-6f und/oder der jeweiligen Tiefe T1, T2 ist hierbei abhängig von der zum Einbringen verwendeten Laservorrichtung.The formation of the cross-sectional shape of the predetermined breaking lines 6a-6f and/or the respective depth T1, T2 depends on the laser device used for insertion.

In einer ersten Ausführungsvariante der Erfindung kann die Laservorrichtung durch eine Laservorrichtung mit regelbarer Laserleistung gebildet sein, über welche der durch den Laserstrahl erzeugte Materialabtrag in der Keramikschicht 3 und damit die Tiefe T1, T2 der schlitzartigen Sollbruchlinien 6a-6f abschnittsweise steuerbar ist. Derartige Laservorrichtungen könnenals Festkörperlaser mit unterschiedlichen Pulsdauern, erfindungsgemäß als Ultrakurzpuls- oder Kurzpulssekundenlaser, bevorzugt im 100 Wattbereich oder KW-Bereich, ausgestaltet sein. Letztgenannte Festkörperlaser können beispielsweise in Form eines Nanosekundenlaser mit beispielsweise einer Wellenlänge von 1064 nm oder eines Picosekundenlasers mit beispielsweise einer Wellenlänge von 1090 nm bis 1064 nm gebildet sein. Die genannten Laservorrichtungen arbeiten damit beispielsweise im UV-Bereich, Infrarotbereich oder in einem grünen Spektralbereich. Die 3 und 4 zeigen jeweils einen Querschnitt durch eine mit einer derartigen Laservorrichtung erzeugten Sollbruchlinie 6a, und zwar 3 mit einer zweiten Tiefe T2 und 4 mit einer ersten Tiefe T1.In a first embodiment of the invention, the laser device can be formed by a laser device with adjustable laser power, via which the material removal in the ceramic layer 3 generated by the laser beam, and thus the depth T1, T2 of the slit-like predetermined breaking lines 6a-6f, can be controlled in sections. Such laser devices can be designed as solid-state lasers with different pulse durations, according to the invention as ultrashort pulse or short pulse second lasers, preferably in the 100 watt range or KW range. The latter solid-state lasers can be formed, for example, in the form of a nanosecond laser with, for example, a wavelength of 1064 nm or a picosecond laser with, for example, a wavelength of 1090 nm to 1064 nm. The aforementioned laser devices thus operate, for example, in the UV range, infrared range, or in a green spectral range. 3 and 4 each show a cross-section through a predetermined breaking line 6a produced with such a laser device, namely 3 with a second depth T2 and 4 with a first depth T1.

Die Beaufschlagung der jeweiligen Oberflächenseite 3.1, 3.2 der Keramikschicht 3 mit dem durch die Laservorrichtung erzeugten Laserstrahl, der ggf. durch eine entsprechende Optikeinrichtung umgelenkt wird, erfolgt hierbei vorzugsweise senkrecht zur jeweiligen Oberflächenseite 3.1, 3.2 der Keramikschicht 3. Auch können telezentrische Optiken oder Planfeldoptiken zur Anwendung kommen.The exposure of the respective surface side 3.1, 3.2 of the ceramic layer 3 to the laser beam generated by the laser device, which may be deflected by a corresponding optical device, preferably takes place perpendicular to the respective surface side 3.1, 3.2 of the ceramic layer 3. Telecentric optics or flat field optics can also be used.

Alternativ ist eine Anordnung der Basissubstrate 1 auf einer vorzugsweise verfahrenbaren „x-y-Tisch“-Anordnung möglich, der eine vorzugsweise ebenfalls verfahrbare Umlenkoptik zugeordnet ist, die mit dem von der Laservorrichtung erzeugten Laserstrahl beaufschlagt wird. Damit ist u.a. auch eine „On-the-fly“-Bearbeitung der Basissubstrate 1 und/oder eine segmentbezogene Bearbeitung („Stichen“) möglich.Alternatively, the base substrates 1 can be arranged on a preferably movable x-y table arrangement, which is assigned a preferably also movable deflection optics that is exposed to the laser beam generated by the laser device. This also enables, among other things, on-the-fly processing of the base substrates 1 and/or segment-specific processing ("stitching").

Mittels genannter Laservorrichtungen sind kontinuierliche Vertiefungen bildende, schlitzartige Sollbruchlinien 6a-6d in der Keramikschicht 3 einbringbar, und zwar ohne dass hierdurch ein Einschusskegel bzw. Schmelzaufwurf entsteht. Zur Ausbildung der unterschiedlichen Tiefen T1 und T2 gibt die Laservorrichtung beim Überfahren der Kreuzungsbereiche K1 bis K4 eine höhere Leistung als außerhalb der Kreuzungsbereiche K1 bis K4 ab, so dass dadurch ein größerer Materialabtrag in den Kreuzungsbereichen K1 bis K4 entsteht, d.h. neben der Tiefe T1, T2 kann auch eine Verbreiterung der Sollbruchlinien 6a-6d in den Kreuzungsbereichen K1 bis K4 erfolgen. Derartig erzeugte Sollbruchlinien 6a bis 6f weisen beispielsweise eine erste Tiefe T1 von ca. 40 µm bis 180 µm und eine zweite Tiefe T2 von ca. 20 µm bis 90 µm auf.By means of the aforementioned laser devices, slot-like predetermined breaking lines 6a-6d forming continuous depressions can be introduced into the ceramic layer 3, without creating a shot cone or melt buildup. To form the different depths T1 and T2, the laser device emits a higher power when passing over the intersection areas K1 to K4 than outside the intersection areas K1 to K4, so that greater material removal occurs in the intersection areas K1 to K4, i.e., in addition to the depth T1, T2, a widening of the predetermined breaking lines 6a-6d in the intersection areas K1 to K4 can also occur. Predetermined breaking lines 6a to 6f created in this way have, for example, a first depth T1 of approximately 40 µm to 180 µm and a second depth T2 of approximately 20 µm to 90 µm.

In einer zweiten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden mittels der Laservorrichtung zunächst Sollbruchlinien 6a bis 6f mit einheitlicher Tiefe, und zwar der zweiter Tiefe T2 im Basissubstrat 1 erzeugt. Anschließend werden mittels der Laservorrichtung - vorzugsweise ohne Änderung der Betriebsparameter der Laservorrichtung - das Basissubstrat 1 entlang der erzeugten Sollbruchlinien 6a bis 6f abgefahren, jedoch nur in den vorgegebenen Kreuzungsbereichen K1 bis K9 das Basissubstrat 1 mit dem Laserstrahl beaufschlagt. Hierdurch wird die bereits bestehende Sollbruchlinien 6a bis 6f in den Kreuzungsbereichen K1 bis K9 nochmals vertieft, und zwar vorzugsweise solange bis diese die vorgegebene zweite Tiefe T2 erreicht hat. Hierzu finden vorzugsweise kostengünstige CO2-Laservorrichtungen Anwendung, durch welche diskontinuierliche Sollbruchlinien 6a bis 6f erzeugt werden, die durch mehrere punktartige Einschusskrater gebildet sind, die entweder beabstandet zueinander oder überlappend angeordnet sein können. Diese punktartigen Einschusskrater weisen beispielsweise einen Abstand zwischen 150 µm und 200 µm und/oder einen reinen Öffnungsdurchmesser zwischen 80 µm und 110 µm auf. In den 5 und 6 ist jeweils ein Querschnitt durch einen derartigen Einschusskrater dargestellt, und zwar mit einer zweiten Tiefe T1 in 5 und mit einer ersten Tiefe T1 in 6. Bei diskontinuierlichen Sollbruchlinien 6a bis 6f sind die erste und zweite Tiefe T1, T2 im Vergleich zu kontinuierlichen Sollbruchlinien 6a bis 6f größer zu wählen, um ein zuverlässiges Brechverhalten zu gewährleisten. Beispielsweise beträgt die erste Tiefe T1 zwischen 40 µm und 260 µm bzw. bis maximal 80% der Materialstärke der Keramikschicht 3 und die zweite Tiefe T2 zwischen 20 µm und 200 µm. In a second embodiment of the method according to the invention, predetermined breaking lines 6a to 6f with a uniform depth, namely the second depth T2, are first created in the base substrate 1 by means of the laser device. Subsequently, the laser device—preferably without changing the operating parameters of the laser device—traces the base substrate 1 along the created predetermined breaking lines 6a to 6f, but the laser beam is only applied to the base substrate 1 in the predetermined intersection regions K1 to K9. As a result, the already existing predetermined breaking lines 6a to 6f are further deepened in the intersection regions K1 to K9, preferably until they reach the predetermined second depth T2. For this purpose, inexpensive CO2 laser devices are preferably used, which create discontinuous predetermined breaking lines 6a to 6f formed by several point-like impact craters that can be arranged either spaced apart from one another or overlapping. These point-like bullet craters have, for example, a distance between 150 µm and 200 µm and/or a pure opening diameter between 80 µm and 110 µm. 5 and 6 a cross-section through such an impact crater is shown, with a second depth T1 in 5 and with a first depth T1 in 6 For discontinuous predetermined breaking lines 6a to 6f, the first and second depths T1 and T2 must be selected to be larger than for continuous predetermined breaking lines 6a to 6f in order to ensure reliable breaking behavior. For example, the first depth T1 is between 40 µm and 260 µm, or up to a maximum of 80% of the material thickness of the ceramic layer 3, and the second depth T2 is between 20 µm and 200 µm.

Insbesondere in den in den Eckbereichen des Basissubstrates 1 befindlichen Kreuzungsbereichen K1 bis K4 erstreckt sich zumindest ein freies Ende der jeweils sich kreuzenden Sollbruchlinien 6a bis 6d bis zum Rand des Basissubstrates 1, um einen saubere Abtrennung der Randabschnitte 1a bis 1d vom Basissubstrat 1 zu gewährleisten. Auch kann sich in einer Ausführungsvariante die erste Tiefe T1 vom Kreuzungsbereich K1 bis K4 bis zum Rand des Basissubstrates 1 fortsetzten.In particular, in the intersection areas K1 to K4 located in the corner areas of the base substrate 1, at least one free end of the respective intersecting predetermined breaking lines 6a extends to 6d to the edge of the base substrate 1, in order to ensure a clean separation of the edge sections 1a to 1d from the base substrate 1. In one embodiment, the first depth T1 can also continue from the intersection area K1 to K4 to the edge of the base substrate 1.

7 zeigt in einer vergrößerten Ausschnitt des den zweiten Kreuzungspunkt K2 aufnehmenden Eckbereich der in 2 dargestellten Draufsicht auf das Basissubstrat 1. 8 zeigt einen Schnitt entlang der Linie A-A durch die dritte Sollbruchlinie 6c des Basissubstrates 1. Vorzugsweise erstreckt sich in der dargestellten Ausführungsvariante die erste und dritte Sollbruchlinie 6a, 6c jeweils über den zweiten Kreuzungspunkt K2 hinaus bis zum Rand des Basissubstrates 1. Die Länge L der ersten und dritten Sollbruchlinie 6a, 6c mit erster Tiefe T1 ist hierbei näherungsweise symmetrisch zum Kreuzungspunkt P des zweiten Kreuzungsbereich K2 der ersten und dritten Sollbruchlinie 6a, 6c vorgesehen. Analog hierzu ist die Länge L der ersten und sechsten Sollbruchlinie 6a, 6f, der dritten und fünften Sollbruchlinie 6c, 6e sowie der fünften und sechsten Sollbruchlinie 6e, 6f im fünften, sechsten und neunten Kreuzungsbereich K5, K6, K9 gewählt. 7 shows an enlarged section of the corner area containing the second intersection point K2 of the 2 shown top view of the base substrate 1. 8 shows a section along the line AA through the third predetermined breaking line 6c of the base substrate 1. In the illustrated embodiment, the first and third predetermined breaking lines 6a, 6c each preferably extend beyond the second intersection point K2 to the edge of the base substrate 1. The length L of the first and third predetermined breaking lines 6a, 6c with the first depth T1 is approximately symmetrical to the intersection point P of the second intersection region K2 of the first and third predetermined breaking lines 6a, 6c. Analogously, the length L of the first and sixth predetermined breaking lines 6a, 6f, the third and fifth predetermined breaking lines 6c, 6e, and the fifth and sixth predetermined breaking lines 6e, 6f in the fifth, sixth, and ninth intersection regions K5, K6, K9 is selected.

Auch kann in einer alternativen Ausführungsvariante die erste Tiefe T1 in den innerhalb des Basissubstrates 1 liegenden Kreuzungsbereichen K5 bis K9 im Vergleich zu den in den Eckbereichen des Basissubstrates 1 liegenden Kreuzungsbereichen K1 bis K4 reduziert sein.In an alternative embodiment, the first depth T1 in the intersection regions K5 to K9 located within the base substrate 1 can also be reduced compared to the intersection regions K1 to K4 located in the corner regions of the base substrate 1.

Der Übergang zwischen dem Bereich erster Tiefe T1 und zweiter Tiefe T2 kann entweder kontinuierlich oder stufenartig ausgebildet sein. Auch kann der Übergang einen konkaven, konvexen oder linearen Querschnittsverlauf aufweisen.The transition between the first depth T1 and the second depth T2 can be either continuous or stepped. The transition can also have a concave, convex, or linear cross-sectional profile.

Zum Erzeugung einer hochqualitativen Bruchlinie kann das Basissubstrat 1 entlang der Sollbruchlinien 6a bis 6f auf eine unter dessen Schmelztemperatur und der Schmelztemperatur der Metallisierung 4, 5 liegende Prozesstemperatur erwärmt werden und anschließend die Sollbruchlinien 6a bis 6f mit einem Kühlmittelstrahl beaufschlagt werden, um durch eine thermisch induzierte mechanische Spannungsdifferenz eine gesteuerte Materialdurchtrennung entlang der Sollbruchlinien 6a bis 6f zu bewirken. Hierdurch ist eine Reduzierung der Tiefen T1, T2 der Sollbruchlinien 6a bis 6f möglich.To create a high-quality fracture line, the base substrate 1 can be heated along the predetermined breaking lines 6a to 6f to a process temperature below its melting temperature and the melting temperature of the metallization 4, 5. Subsequently, the predetermined breaking lines 6a to 6f can be exposed to a coolant jet to cause a controlled material separation along the predetermined breaking lines 6a to 6f through a thermally induced mechanical stress difference. This allows a reduction of the depths T1, T2 of the predetermined breaking lines 6a to 6f.

Auch kann die Erzeugung der Sollbruchlinien 6a bis 6f mittels der beschriebenen Laservorrichtungen in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre erfolgen, die vorzugsweise einen Sauerstoffanteil von mindestens 30% aufweist.The generation of the predetermined breaking lines 6a to 6f by means of the described laser devices can also take place in an oxygen-containing atmosphere, which preferably has an oxygen content of at least 30%.

Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrunde liegend Erfindungsgedanke verlassen wird.The invention has been described above using exemplary embodiments. It is understood that numerous changes and modifications are possible without departing from the inventive concept underlying the invention.

Bezugszeichenliste:List of reference symbols:

11: BasissubstratBase substrate
1a-1d1a-1d: erster bis vierter Randabschnittfirst to fourth edge section
22: Metall-Keramik-SubstrateMetal-ceramic substrates
33: KeramikschichtCeramic layer
3.13.1: erste Oberflächenseitefirst surface side
3.23.2: zweite Oberflächenseitesecond surface side
44: erste Metallisierungfirst metallization
55: zweite Metallisierungsecond metallization
6a-6f6a-6f: erste bis sechste Sollbruchliniefirst to sixth predetermined breaking line
K1-K9K1-K9: erster bis neunter Kreuzungsbereichfirst to ninth intersection area
LL: Längelength
PP: Kreuzungspunktintersection point
TLTL: TeillängePartial length
T1T1: erste Tiefefirst depth
T2T2: zweite Tiefesecond depth

Claims

Procedure according to Claim 1 , wherein two of the predetermined breaking lines (6a-6f) intersect in a respective crossing region (K1 to K9), characterized in that the predetermined breaking lines (6a-6f) are introduced into the ceramic layer (3) by means of the laser device in such a way that they have a first depth (T1) at least in predetermined crossing regions (K1 to K9) and outside the crossing areas (K1 to K9) have a second depth (T2), wherein the first depth (T1) is greater than the second depth (T2).

Method according to one of the preceding claims, wherein before the introduction of the predetermined breaking lines (6a-6f) at least one of the metallizations (4, 5) is structured and then the predetermined breaking lines (6a-6f) are introduced into the first surface side (3.1) of the ceramic layer (3) and/or the opposite second surface side (3.2) of the ceramic layer (3).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the predetermined breaking lines (6a-6f) are introduced into the ceramic layer (3) in the form of a continuous or discontinuous predetermined breaking line (6a-6f), wherein the continuous predetermined breaking lines (6a-6f) are designed in the form of slot-like depressions and the discontinuous predetermined breaking lines (6a-6f) are formed by a line-like arrangement of a plurality of bullet craters in the surface side (3.1, 3.2) of the ceramic layer (3), which are arranged, for example, at a distance from one another and/or overlapping.

Procedure according to Claim 2 , characterized in that the enlarged first depth (T1) of the predetermined breaking lines (6a-6f) provided in the crossing regions (K1 to K9) is generated by repeatedly exposing the crossing regions (K1 to K9) to a laser beam with homogeneous power generated by the laser device or by a single exposure of the crossing regions (K1 to K9) to a laser beam with adjustable power generated by the laser device.

Procedure according to Claim 5 , wherein the predetermined breaking lines (6a-6d) formed in the form of a continuous slot-like depression are generated by means of a laser device with adjustable laser power, in particular by means of a diode laser, fiber laser or solid-state laser with different pulse durations.

Procedure according to Claim 2 , characterized in that the predetermined breaking lines (6a to 6f) are produced in the crossing regions (K1 to K9) with a first depth (T1) which is 20% to 80% greater than the second depth (T2), wherein the second depth (T2) is preferably between 30 µm and 200 µm and/or the first depth (T1) is less than 80% of the material thickness of the ceramic layer (3).

Procedure according to Claim 2 , wherein the predetermined breaking lines (6a to 6f) are produced in the crossing regions (K1 to K9) with a first depth (T1) such that the first depth (T1) extends over a length (L) of 0.2 mm to 20 mm.

Method according to one of the preceding claims, wherein the introduction of the predetermined breaking lines (6a to 6f) by means of the laser device takes place in an oxygen-containing atmosphere, which preferably has an oxygen content of at least 30%.

Base substrate (1) produced by a method according to one of the preceding claims.