AT402135B

AT402135B - Schaltungsträger

Info

Publication number: AT402135B
Application number: AT0068094A
Authority: AT
Inventors: Helmut Dr Nechansky
Original assignee: Electrovac
Priority date: 1994-03-30
Filing date: 1994-03-30
Publication date: 1997-02-25
Also published as: GB2288075B; ATA68094A; FR2718319B1; US5819858A; ITUD950054A0; IT1280151B1; FR2718319A1; GB9506522D0; GB2288075A; DE19510988A1; CH689658A5; ITUD950054A1

Description

AT 402 135 B

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Schaltungsträger, der einen Keramikbauteil mit metallischen Leiterbahnen aufdessen Oberfläche umfaßt.

Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Schaltungsträger in Form eines Chip-Gehäuses, der einen Keramikbauteil mit einer elektrisch isolierenden Auflage für den Chip umfaßt, wobei auf der Oberfläche des Keramikbauteils metallische Leiterbahnen zur elektrischen Versorgung des Chip und im Inneren des Keramikkörpers Metallbrücken zur Ableitung der durch den Chip gebildeten Wärme vorgesehen sind.

Schließlich sind auch Verfahren zur Herstellung dieser Schaltungsträger bzw. Chip-Gehäuse Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Schaltungsträger, bei denen metallische Leiterbahnen auf der Oberfläche eines Keramikbauteils vorgesehen sind, werden häufig verwendet und sind bekannter Stand der Technik. Die Leiterbahnen werden in der Regel durch eine Art Siebdruckverfahren auf der keramischen Unterlage aufgebracht. Dabei wird eine elektrisch leitende Siebdruckpaste verwendet.

Die so hergestellten Leiterbahnen weisenjedoch vielfach Qualitätsmängel auf. Die Haftung der Leiterbahnen an ihrer Unterlage ist unzureichend und es besteht daher ein Bedarf an verbesserten Schaltungsträgern.

Durch die US-PS 3 739 614 A wurde ein Verfahren zur Verbindung zweier Werkstücke bekannt. Nach diesem Verfahren können z.B. Leiterbahnen mit einer isolierenden Unterlage verbunden werden. Die zwei zu verbindenden Werkstücke werden beabstandet voneinander angeordnet, auf das erste Werkstück wird eine Sprengladung aufgebracht und zur Explosion gebracht. Dadurch wird das erste Werkstück in Richtung des zweiten beschleunigt und es entsteht beim Auftreffen des ersten Werkstückes auf dem zweiten eine feste Verbindung.

Vor Anwendung dieses Verfahrens müssen die Leiterbahnen in ihrer endgültigen Form hergestellt werden. Da derartige Leiterbahnen meist nur sehr geringe Abmessungen aufweisen, ist ihre Anfertigung durch z.B. zuschneiden, bohren, stanzen o. dgl. äußerst aufwendig. Weiters muß die von der Sprengladung entwickelte Kraft genau aufdie Ausmaße und Eigenschaften der Leiterbahnen abgestimmt werden, um diese nicht zu beschädigen; dieses Abstimmen und das Aufbringen der Sprengladung ist sehr zeitaufwendig.

Die DE 35 42 889 A1 offenbart ein Verfahren zum Hartverlöten von Metallen mit Keramikteilen unter Verwendung einer Hartlöttemperatur unter 750 *C. Dazu ist vorgesehen, daß der Keramikteil mit einer dünnen Schicht aus aktivem Substrat und einem aktiven Metall überzogen ist. Es wird eine Harlötlegierung, deren Schmelzpunkt unter 750’C liegt und die in der Lage ist, die Metalloberfläche zu benetzen und ein Intermetall mit dem erwähnten aktiven Substrat beim Hartlöten zu bilden, verwendet. Alle zur Herstellung derartiger Verbindungen notwendigen Verfahrensschritte werden in einem Vakuum ausgeführt.

Dieses Verfahren erfordert mehrere Verfahrensschritte und ist damit zeitaufwendig. Somit ist es für eine Massenfertigung, die bei der Herstellung von Schaltungsträgem üblich ist, ungeeignet.

Ziel der Erfindung ist es, Schaltungträger der eingangs erwähnen Art anzugeben, bei denen obige Nachteile vermieden werden, das heißt bei denen eine ausreichende Haftung der Leiterbahnen an ihren Unterlagen bei möglichst einfacher Herstellbarkeit erreicht wird

Im Zuge vielfältiger Forschungen konnte nun eine Möglichkeit zur Herstellung neuer Schaltungsträger entwickelt werden, wobei die Verbesserung eindeutig dadurch entsteht, daß das Metall schmelzflüssig aufdie Oberfläche des Keramikbauteils aufgegossen wird.

Der erfindungsgemäße Schaltungsträger der eingangs genannten Art ist daher dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnen aus einer aufgegossenen Metallschicht bestehen.

Es ist am fertigen Bauteil durch Schliffbilder erkennbar, daß sich das auf diese Weise aufgebrachte Metall in dichterer Form an die Oberfläche des Keramikbauteils anlegt und daher besser an diesem haftet als bei den üblichen Siebdruckverfahren.

Ein einfaches Aufgießen des Metalls in Form der Leiterbahnen ist allerdings nur in wenigen Fällen möglich, da die Leiterbahnen häufig sehr fein und spinnennetzartig dicht sein müssen, was auf diese Weise schwer erzielbar ist.

In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Leiterbahnen in rillenftörmigen Vertiefungen des Keramikbauteils vorgesehen sind.

Durch dieses Einbetten der Leiterbahnen in Rillen ist eine sehr gute Haftung der Leiterbahnen aufdem Keramikbauteil gewährleistet.

Nach einer anderen Variante der Erfindung kann vorgesehen sein, daß mit dem Keramikbauteil ein Bauteil aus Metall undoder Metall-Matrix-Compound-(MMC)-Material verbunden ist.

Durch diese Maßnahmen wird ein verbesserter Wärmeübergang erzielt, sodaß auch höhere Verlustleistungen, die am Keramik-Bauteil auftreten, problemlos abgeleitet werden können. 2

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Eine weitere Ausbildung der Erfindung kann darin bestehen, daß an wenigstens einer Seitenkante der Keramikbauteil zumindest bereichsweise von dem Bauteil aus Metall und/oder MMC-Material freigehalten ist.

Dies ist besonders vorteilhaft, wenn für einen erfindungsgemäßen Schaltungsträger eine isolierende Auflagefläche vorgesehen werden soll.

Ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung der oben genannten Schaltungsträger.

Ein derartiges Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikbauteil, gegebenenfalls gemeinsam mit einer Vorform aus poröser Keramik oder aus der Verstärkung eines MMC-Materials, mit dem zur Herstellung der Leiterbannen gewünschten Metall umgossen wird und die Leiterbahnen durch lokales Entfernen der oberflächlichen Metallschicht des Keramikbauteils herausgearbeitet werden.

Vorzugsweise werden die Leiterbahnen ähnlich wie bei photolithographischen Verfahren, durch Abätzen, Wegbrennen oder Laserbehandlung freigelegt.

Dadurch können die benötigten sehr dünnen Strukturen mit sehr dichter Vernetzung an Leiterbahnen erzeugt werden.

Zur Herstellung derartiger Schaltungsträger kann so vorgegangen werden, daß bei Vorliegen rillenförmiger Vertiefungen im Keramikbauteil die Metallfüllung in denselben durch ein mit der Bauteiloberfläche fluchtendes Abarbeiten der oberflächlichen Metallschicht freigelegt wird.

Dadurch verbleibt die metallische Füllung lediglich in den vorgesehenen Rillen, wodurch auf einfache Weise Leiterbahnen hergestellt werden können, die durch ihre halb versenkte Lage im Keramikbauteil sehr gut mit diesem in Haftung sind.

In einer Weiterentwicklung der vorliegenden Erfindung hat sich nun gezeigt, daß diese Arbeitsweise auch zur Herstellung von Chip-Gehäusen äußerst vorteilhaft ist.

Chip-Gehäuse zur Verwendung in der Elektronik werden z.B. in der PCT-Anmeldung WO 91/13462 A1 der Lanxide Technology Corporation beschrieben. Die bekannten Gehäuse bestehen aus einem Makroverbundkörper, der durch spontane Infiltration eines teilchenförmigen Füllmaterials mit einem schmelzflüssigen Matrixmetall und gleichzeitige Bindung des entstehenden Produkts an einen zweiten Körper, vorzugsweise einen Isolator, gebildet wird. Das Füllmaterial wird dabei als solches oder als Vorform in einer Form vorgelegt. Jedenfalls handelt es sich bei diesem Füllmaterial um eine teilchenförmige oder poröse Masse, die ein Eindringen des Metalls erlaubt. Das Füllmaterial besteht u.a. aus keramischem Material oder einem mit Keramik überzogenen Material.

Diese durch Metall verbundenen Füllstoffe sind bekannt und werden Matrix-Metall-Compounds (MMC) genannt. Sie haben in der Technik auf verschiedenen Gebieten bereits Eingang gefunden.

Das MMC-Material wird beim Aufbau von Chip-Gehäusen als wärmeaufnehmendes Material verwendet, um die vom Chip entwickelte Hitze abzuleiten.

Die US 5 039 577 A beschreibt eine Unterlagsstruktur mit einer Doppelschicht, die eine Verstärkung einerseits mit teilchenförmigem Material, andererseits mit Graphitfasem enthält. Die Thermoleitfähigkeits-, Elastizitäts- und thermischen Eigenschaften der Doppelschicht lassen sich durch Variation dieser Verstärkungsmaterialien verändern.

In der EP 0 471 552 A wird ein Chip-Gehäuse beschrieben, in dessen Unterlagsplatte ein Kühlmittelkanal angeordnet ist. Das hindurchstreichende Kühlmittel nimmt die überschüssige Wärme besser auf als das Material allein.

Bei der Entwicklung der neuen Schaltungsträger in Form von Chip-Gehäusen wurde von den bekannten Gehäusen ausgegangen, die einen Keramikbauteil mit einer elektrisch isolierenden Chip-Auflagestelle, oberflächlichen metallischen Leiterbahnen zur elektrischen Versorgung desselben und gegebenenfalls in seinem Innerem Metallbrücken zur Ableitung der durch den Chip gebildeten Wärme aufweisen.

Das erfindungsgemäße Chip-Gehäuse ist dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikbauteil aus dichtgebrannter Keramik mit durchgehenden, insbesonders röhrchenförmigen, metallgefüllten Kanäle besteht, und daß die Leiterbahnen aus einer aufgegossenen Metallschicht bestehen.

Durch diese Maßnahmen wird einerseits eine bessere Wärmeverteilung oder Wärmeleitung im Chip-Gehäuse in über die durchgehenden Kanäle vorwählbarer Weise ermöglicht und andererseits eine gute Haftung der Leiterbahnen bewirkt. Weiters können die metallgefüllten Kanäle auch als elektrische Leitungen, insbesondere Anschlußleitungen, durch den Keramikbauteil hindurch benutzt werden.

Wesentlich ist auch hier wieder das Herstellungsverfahren für derartige Chip-Gehäuse, bei welchem erfindungsgemäß ein dichtgebrannter Keramikbauteil, der Durchbrechungen oder z.B. röhrchenförmige Kanäle aufweist, wobei beim Umgießen diese gleichzeitig mit Metall gefüllt werden. Die erforderlichen Leiterbahnen werden dann durch lokales Entfernen der oberflächlichen Metallschicht herausgearbeitet. 3

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Die Bohrungen oder röhrchenförmigen Kanäle haben Durchmesser im Bereich von Zehntel Millimetern, die Stege dazwischen haben eine Stärke von vorzugsweise etwa 0,5 mm. Die Anbringung der Bohrungen erfolgt im Zustand des ungebrannten "green tape", d.h. bevor die Keramikmasse ihren endgültigen Brand erfahren hat.

Wie bei den oben beschriebenen Schaltungsträgern können auch hier die metallischen Leiterbahnen mit Vorteil in rillenförmigen Vertiefungen des Keramikbauteils vo:gesehen sein.

Um für den Chip eine isolierende Auflagefläche bereitzustellen, ist es günstig, wenn die Anordnung der Kanäle in dem Keramikbauteil einen Platz aus dichtgebrannter Keramik für den Chip freiläßt.

Es kann aber auch ein eigenes Isolatorplättchen zu diesem Zweck auf dem mit Metallbrücken versehenen Keramikbauteil vorgesehen werden.

Bei einer vorteilhaften Ausfühungsform der Erfindung ist die Anordnung so getroffen, daß der Keramikbauteil an einer dem Chip gegenüberliegenden Seite eine erste Ausnehmung aufweist, in welcher eine Einlage aus Metall und/oder Metall-Matrix-Compound-(MMC)-Material vorgesehen ist.

Dadurch wird eine zusätzliche Verbesserung der Wärmeableitung erreicht.

Ferner kann eine zweite Ausnehmung im Keramikbauteil vorgesehen sein, und daß darin der Chip angeordnet ist.

Bevorzugt wird zu diesem Zweck in der ersten Ausnehmung eine ringförmige Einlage aus MMC-Material angebracht.

Wenn die Wärmeabfuhr noch immer nicht ausreicht, so können in der MMC-Einlage und gegebenenfalls auch in deren Metallhülle Kühlkanäle für ein Kühlmittel vorgesehen werden. Als Kühlmittel kommen Luft oder Kühlfüssigkeiten in Frage.

In manchen Fällen kann es günstig sein, den Keramikbauteil mehrlagig aufzubauen, wobei die röhrchenförmigen Kanäle zum Teil in der Ebene des Keramikbauteils und/oder wenigstens zum Teil senkrecht dazu angeordnet sein können.

Ein derartig in Schichten aufgebauter Keramikbauteil kann vorteilhaft zur Bewältigung von in einer Dimension auftretenden Überschneidungen einer großen Anzahl von Anschlußleitungen angewendet werden.

Zur Verschweißung des Gehäuses mit einem Deckel ist es günstig, im Randbereich des Keramikbauteils eine Nut oder Stufe vorzusehen, die sich während des Metalldruckgusses mit Metall füllt.

Dadurch braucht kein eigener Produktionsschritt zur Herstellung einer solchen Verbindungsnut vorgesehen werden.

Das Umgießen mit Metall kann drucklos oder unter Druck erfolgen. Letzteres wird insbesondere dann zweckmäßig bzw. erforderlich sein, wenn es sich um poröse Keramik handelt, die zumindest berichsweise mit Metall durchdrungen werden soll. Hiebei haben sich z.B. bei Siliziumkarbid Drücke im Bereich von 100 -140 bar als besonders vorteilhaft erwiesen.

Als Wandstärken der gebildeten oberflächlichen Metallschichten haben sich solche im Bereich von Zehntel Millimetern als günstig erwiesen.

Wie bei den eingangs erwähnten Schaltungsträgern werden auch hier die Leiterbahnen bevorzugt wie bei photolithographischen Verfahren, durch Ätzen, Wegbrennen oder Laserbehandlung herausgearbeitet.

Bei der Anordnung rillenförmiger Vertiefungen im Keramikbauteil werden diese nach der Umgießung mit Metall durch ein mit der Bauteiloberfläche fluchtendes Abarbeiten der oberflächlichen Metallschicht freigelegt.

Als Materialien für die einzelnen Bauteil-Komponenten haben sich folgende als günstig erwiesen:

Der Keramikbauteil besteht in der Regel aus dichtgebrannter Keramik, wobei unter "dichtgebrannt" stets "nicht porös" zu verstehen ist.

Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist die Keramik des Keramikbauteils eine Oxid-, Karbid-, und/oder eine Nitrid-Keramik, z.B. Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid oder Berylliumoxid.

Das Infiltrationsmetall besteht meist aus Aluminium, Eisen, Nickel, Cobalt, Silizium, Kupfer, Molybdän oder Legierungen derselben.

Der MMC-Werkstoff kann als Verstärkermaterial eine Oxid-, Karbid- und/oder Nitrid-Keramik, z.B. Siliziumcarbid, Aluminiumnitrid, Berylliumoxid, Aluminiumoxid, Bornitrid oder Kohlenstoff enthalten.

Mit Vorteil wird ein derartiges Chip-Gehäuse auch zum Schutz von Multichipmodulen (MCM) verwendet.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen: die Fig.1 eine Draufsicht aufeinen erfindungsgemäßen Schaltungsträger: die Fig.2a einen Schnitt entlang l-l gemäß Fig.1; die Fig.2b eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform im Schnitt: die Fig.2c eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform im Schnitt: die Fig.2d eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform im Schnitt; die Fig.3 eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform im Schnitt; die Fig.4 eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform im Schnitt gemäß Fig.5; die Fig.5 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Schaltungsträger mit Chip; die Fig.6 eine weitere erfindungsgemäße Ausfüh- 4

AT 402 135 B rungsform mit Chip im Schnitt; die Fig.7 eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform mit Chip im Schnitt; die Fig.8 eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform mit Chip im Schnitt; die Fig.9 eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform mit Chip im Schnitt; die Fig.10 eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform mit Chip im Schnitt; und die Fig.l 1 eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform mit Chip im Schnitt;

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Schaltungsträger in seiner einfachsten Form in der Draufsicht dargestellt. Der Keramikbauteil 1 trägt an seiner Oberfläche eine aufgegossene Metallschicht, die durch Umgießen des Keramikkörpers entstanden ist und aus der durch lokales Entfernen der oberflächlichen Metallschicht Leiterbahnen 2 herausgearbeitet wurden. Das lokale Entfernen kann beispielsweise durch ein photolithographisches Verfahren, Ätzen, Wegbrennen oder Laserbehandlung ausgeführt werden.

Fig. 2a stellt einen Schnitt durch den Schaltungsträger von Fig. 1 entlang der Ebene l-l dieser Figur dar. Dabei ist die Leiterbahn 2 als von der Oberfläche des Schaltungsträgers erhaben zu sehen.

Fig. 2b zeigt in einem Schnitt durch eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform dagegen die Leiterbahn 2 in einer rillenförmigen Vertiefung 3 auf der Oberfläche des Keramikbauteils 1. Dies wird so realisiert, daß in die Oberfläche des Keramikteils 1 Rillen 3 entsprechend dem gewünschten Verlauf der Leiterbahnen 2 eingearbeitet werden und darauf der Keramikkörper 1 durch Umgießen mit einer Metallschicht mit dem zur Herstellung der Leiterbahnen gewünschten Metall umgeben wird. Danach wird diese Schicht flächig bis mit der Keramikoberfläche fluchtend abgearbeitet, sodaß nur noch Metall in den Rillen 3 verbleibt.

In Fig.2c ist in einer weiteren Ausführungsform ein Keramikbauteil 1 mit einem Bauteil 10 aus Metall-Matrix-Compound-Material (MMC) verbunden, welcher auch noch zusätzlich zum Teil aus reinem Metall bestehen kann. Auf der Oberfläche des Keramikbauteils 1 sind Leiterbahnen 2 erhaben geführt, die wie im Beispiel aus Fig.1 und 2 produziert werden. Die Leiterbahnen 2 können aber auch wie in Fig. 2b in rillenförmigen Vertiefungen geführt sein.

Fig.2d stellt eine weitere Variante dar, wobei auf einem Keramikbauteil 1 ein Bauteil aus Metall und/oder MMC-Material aufgebracht ist und dabei an der Verbindungsfläche ein Bereich freigehalten ist. Auf diesem Bereich sind Leiterbahnen 2 erhaben ausgeführt. Dies kann aber durchaus wieder in dafür vorgesehenen Rillen geschehen. Fig. 2e zeigt hiezu eine Weiterbildung, bei welcher die Leiterbahnen 2' bis auf die Unterseite des Keramikbauteils geführt sind.

Fig. 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Schaltungsträger in Form eines Chip-Gehäuses mit einem Keramikbauteil 1, der eine elektrisch isolierende Auflage für einen Chip 5 bildet und in dem senkrecht durchgehende als Bohrungen 4 ausgeführte Kanäle vorgesehen sind. Dabei besteht der Keramikbauteil aus nichtporösem, dichtgebranntem Keramikmaterial. Die Bohrungen 4 werden durch das Umgießen mit Metall gefüllt und stellen eine wärmeleitende bzw. elektrisch leitende Verbindung der beiden horizontalen Flächen des Gehäuses dar. Dadurch kann einerseits die Wärmeableitung erhöht und auftretende durch Temperaturunterschiede hervorgerufene Spannungen vermieden bzw. eine Kontaktierung zur Unterseite vorgenommen werden. Auf der Oberseite des Keramikbauteils 1 ist der Chip 5 aufgesetzt, wobei die Anordnung der Kanäle 4 derart ist, daß der Chip auf einem Teil der Keramikbauteiloberfläche zu liegen kommt, in dem keine Bohrungen vorgesehen sind. Wiederum sind Leiterbahnen 2 vorgesehen, die aus einer aufgegossenen Metallschicht bestehen.

Fig. 4 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform eines Schaltungsträgers in der Form eines Chip-Gehäuses, wobei ein Chip 5 an der Oberfläche des Keramikbauteils 1 angeordnet ist und an der dem Chip 5 gegenüberliegenden Seite des Keramikbauteils 1 eine Ausnehmung 6 vorgesehen ist, in der sich eine ringförmige Einlage 7 aus MMC-Material befindet. Benachbart dazu verlaufen metallgefüllte Kanäle als Bohrungen 4 durch den Keramikbauteil 1 hindurch. Die MMC-Einlage dient zur Abführung der vom Chip entwickelten Abwärme und kann zu Kühlzwecken noch Kühlkanäle für ein Kühlmittel, oder Oberflächenstrukturierungen z.B. in Form von Kühlrippen der Metallhülle, in die das MMC-Material hineinreichen kann, aufweisen. Im Randbereich des Keramikbauteils 1 ist eine umlaufende Stufe 8 zu erkennen, mit deren Hilfe nach ihrer Füllung durch den Umgießungsvorgang mit Metall die mechanische Verbindung zu einem Deckel des Chip-Gehäuses z.B. durch Schweißen hergestellt werden kann. In diesem Ausführungsbeispiel sind weiters Leiterbahnen 2 in einer Vertiefung 3 zu erkennen.

Fig.5 ist eine Draufsicht aufdas Ausführungsbeispiel aus Fig.4, wobei die Mündungen der als Bohrungen 4 ausgeführten Kanäle, die Leiterbahnen 2, der Chip 5 und die umlaufende Stufe 8 zum Aufschweißen eines Deckels erkennbar sind.

Fig.6 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Variante mit einem Keramikbauteil 1 und einem Chip 5, der über die aufgegossenen Leiterbahnen 2 und vertikalen, metallgefüllten Bohrungen 4 mit Anschluß-Pins 13 elektrisch verbunden ist, wobei die Anschluß-Pins 13 auf die metallgefüllten Bohrungen aufgelötet oder anstelle der Anschlußpins Lötkugeln (ball grid arrays) vorgesehen sind. Somit ist eine sowohl thermische 5 ΑΤ 402 135 Β

Ableitung als auch eine gegenseitig isolierte elektrische Verbindung von den Anschluß-Pins 13 zum Chip 5 hergestellt. Dadurch erübrigen sich komplizierte mechanische Verdrahtungseinrichtungen. Eine Ausnehmung 6 ist durch das Umgießen mit Metall gefüllt und beinhaltet noch MMC-Bauteile 14 zur Ableitung der vom Chip 5 produzierten Abwärme sowie zur Anpassung der thermischen Ausdehnung von Keramik und Metall. Eine mit Metall gefülle Stufe 8 ist wieder als Verbindungselement für einen Deckel vorgesehen. Die Leiterbahnen 2 können gemäß der Erfindung auch in Rinnen geführt sein.

Die Keramik des Keramikbauteils kann in allen Ausführungsbeispielen eine Oxid-, Karbid- und.öder eine Nitrid-Keramik, z.B. Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid oder Berylliumoxid sein, das Infiltrationsmetall aus beispielsweise aus Aluminium, Eisen, Cobalt, Silizium, Kupfer, Molybdän oder Legierungen derselben bestehen und der MMC-Werkstoff als Verstärkermaterial eine Oxid-, Karbid-, und'Oder Nitrid-Keramik, z.B. Siliziumcarbid, Aluminiumnitrid, Berylliumoxid, Aluminiumoxid, Bornitrid oder Kohlenstoff enthalten.

In Fig.7 ist ein Ausführungsbeispiel zu sehen, in welchem ein Chip 5 in einer Ausnehmung 15 angebracht ist, die an der gegenüberliegenden Seite der Ausnehmung 6 vorgesehen ist, welche analog zu Fig.6 einen MMC-Bauteil 14 aufnimmt und mit dem Umgießungsmetall oder einem anderen Metall aufgefüllt ist. Anschluß-Pins 13 sind mit mit Metall gefüllten Kanälen 4, welche in diesem Beispiel nicht senkrecht sondern schräg verlaufen, und über Leiterbahnen 2 mit dem Chip 5 in elektrischer Verbindung stehen. Ähnlich zu Fig.7 sind die Verhältnisse in Fig. 8. Jedoch ist in dieser Variante der Erfindung eine Bohrung 4 an eine zur Chip-Seite benachbarten Seite des Keramik-Bauteils 1 geführt, sodaß eine elektrische Verbindung vom in einer Ausnehmung 15 untergebrachten Chip 5 über eine horizontale Leiterbahn 2 über die metallgefüllte Bohrung 4 und über eine an der Seite des Keramik-Bauteils 1 senkrecht geführte weitere Leiterbahn 2 besteht, wodurch eine seitliche Kontaktannahme erfolgen kann, etwa über ein in diesem Zusammenhang bekanntes "plug in-Gehäuse". Der MMC-Bauteil 14 dient wieder der besseren Wärme-Ableitung, sowie zur thermischen Anpassung von Keramik und Metall, und ist in einer metallgefüllten Ausnehmung 6 untergebracht.

Hinsichtlich der Anzahl oder der Anordnung der Kanäle oder Bohrungen bestehen keine Beschränkungen, sodaß auch eine Anordnung wie sie in Fig. 9 zu sehen ist, im Rahmen der Erfindung ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Chip 5 in einer Ausnehmung 15 an der relativ zur späteren Einbauorientierung nach unten zeigenden Seite des Keramikbauteils 1 angeordnet und die Kontaktierung nach außen hin erfolgt über waagrechte Bohrungen 4, die mit Metall gefüllt sind und an der Seite über Leiterbahnen 2 weitergeführt sind. Auch hier kann - wie strichliert angedeutet - eine mit Metall gefüllte Stufe 8 als ein nach unten weisendes Verbindungselement vorgesehen sein.

In Fig. 10 ist ein Keramikbauteil 1 dargestellt, welcher mit einem MMC-Bauteil 17 verbunden ist, welcher an einer Seite mit Kühlrippen 16 zur besseren Warmeabführ in wärmeleitender Verbindung steht. Ein Chip 5 ist in einer Ausnehmung 15 wieder nach unten weisend angeordnet und über schräg verlaufende, metallgefüllte Bohrungen 4 mit Anschluß-Pins 13 elektrisch kontaktiert.

Fig. 11 stellt eine besondere Varainte dar, wobei ein Keramikbauteil 1 mehrlagig aufgebaut ist und die röhrchenförmigen Kanäle 4 zum Teil in der Ebene des Keramikbauteils 1 und zum Teil senkrecht dazu angeordnet sind. Es sind in diesem Beispiel insgesamt drei Schichten 18, 19, 20 übereinander angeordnet, die nacheinander in der Form von "green tapes” aufgetragen werden. Die erste Schicht 18 des Keramikbauteils 1 wird mit senkrechten Kanälen 4 versehen und an ihrer nach oben weisende Seite entsprechend mit Leiterbahnen 2 in rillenförmigen Vertiefungen 3 weitergeführt, sodaß von einer Mündung eines vertikalen Kanals 4 eine horizontale Rille 3 zu einer Stelle weiterläuft, von der aus ein weiterer Kanal 40 der darauffolgenden Schicht 19 weiterführt. Es kann aber auch ein vertikaler Kanal 4 der Schicht 18 in der darauffolgenden Schicht 19 direkt als vertikaler Kanal 40 weitergeführt werden. Die erste Schicht 18 wird nach Anbringen der Kanäle 4 und der Rillen 3 mit Metall umgossen, wodurch die senktrechten Kanäle 4 und die rillenförmigen Vertiefungen 3 mit Metall gefüllt werden und eine elektrische Leitung in Stufenform bilden. Danach wird die äußere Metällschicht erfindungsgemäß fluchtend mit der Keramikoberfläche abgetragen, sodaß vom Metall an der Oberfläche nur die Leiterbahnen 2 in den Rillen 3 verbleiben. Danach wird die zweite Schicht 19 aufgebracht und mit senkrechten Kanälen 40 an den passenden Stellen versehen, die senktrecht die Schicht 19 durchsetzen. An der oberen Oberfläche der Schicht 19 werden Rillen 30 eingearbeitet und erneut mit Metall umgossen und daraufhin abgearbeitet. Ebenso wird die nächste Schicht 20 mit Kanälen 400 und rillenförmigen Vertiefungen 300 versehen und präpariert. Somit ergeben sich im Inneren dieses mehrlagigen Keramikbauteils 1 abgestufte elektrische Verbindungen durch mehrere Schichten hindurch, durch die ein Überschneiden von einer großen Anzahl von Verbindungsleitungen vermieden werden kann. Auf der oberen Seite von Schicht 20 sind schließlich die Leiterbahnen 200 in den Rillen 300, die zu Chips 5 führen. Die Stufen können in beliebiger Anordnung gemäß den obenstehenden Ausführungen verwirklicht werden, genauso ist die Anzahl der Lagen des Keramikbauteils 1 nicht beschränkt. Im übrigen können wenigstens einige der Kanäle 4 mit bezug auf die Ebene des Keramikbau- 6

Claims

ΑΤ 402 135 Β teils auch schräg von oben nach unten bzw. umgekehrt verlaufen. Alternativ kann die Anordnung nach Fig. 11 auch dadurch hergestellt werden, daß die einzelnen "green tape"-Lagen mit den Rillen und Kanälen durch Prägen bzw. Stanzen versehen, sodann die Lagen zusammengesetzt, gemeinsam gesintert und dann mit Metall umgossen werden. Wieder eine andere Herstellungsvariante ist, daß eine konventionelle metallisierte, mehrlagige Keramik verwendet wird, die auf einen mit Bohrungen versehenen Keramik aufgebracht, sodann dieser Aufbau gesintert und mit Metall umgossen wird. Patentansprüche 1. Schaltungsträger, umfassend einen Keramikbauteil (1) mit metallischen Leiterbahnen (2) auf dessen Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnen (2) aus einer aufgegossenen Metallschicht bestehen.
2. Schaltungsträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnen (2) in rillenförmigen Vertiefungen (3) des Keramikbauteils (1) vorgesehen sind.
3. Schaltungsträger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Keramikbauteil (1) ein Bauteil (10) aus Metall und/oder Metall-Matrix-Compound-(MMC)-Material verbunden ist.
4. Schaltungsträger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an wenigstens einer Seitenkante der Keramikbauteil (1) zumindest bereichsweise von dem Bauteil (10) aus Metall und/oder MMC-Material freigehalten ist.
5. Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsträger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikbauteil (1), gegebenenfalls gemeinsam mit einer Vorform aus poröser Keramik oder aus der Verstärkung eines MMC-Materials, mit dem zur Herstellung der Leiterbahnen (2) gewünschten Metall umgossen wird und die Leiterbahnen (2) durch lokales Entfernen der oberflächlichen Metallschicht des Keramikbauteils (1) herausgearbeitet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnen (2) durch photolithographische Verfahren, Ätzen, Wegbrennen oder Laserbehandlung herausgearbeitet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorliegen rillenförmiger Vertiefungen (3) im Keramikbauteil (1) die Metallfüllung in denselben durch ein mit der Bauteiloberfläche fluchtendes Abarbeiten der oberflächlichen Metallschicht freigelegt wird.
8. Schaltungsträger nach Anspruch 1 in Form eines Chip-Gehäuses, umfassend einen Keramikbauteil (1), der eine elektrisch isolierende Auflage für den Chip (5) bietet, wobei auf der Oberfläche des Keramikbauteils (1) metallische Leiterbahnen (2) zur elektrischen Versorgung des Chip (5) und gegebenenfalls in dessen Innerem Metallbrücken zur Ableitung der durch den Chip (5) gebildeten Wärme vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikbauteil (1) aus dichtgebrannter Keramik mit durchgehenden, insbesonders röhrchenförmigen, metallgefüllten Kanälen (4) besteht, und daß die Leiterbahnen (2) aus einer aufgegossenen Metallschicht bestehen.
9. Schaltungsträger nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikbauteil (1) an einer dem Chip (5) gegenüberliegenden Seite eine erste Ausnehmung (6) aufweist, in welcher eine Eintage (7) aus Metall und/oder Metall-Matrix-Compound-(MMC)-Material vorgesehen ist.
10. Schaltungsträger nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Ausnehmung (15) vorgesehen ist, und daß darin der Chip (5) angeordnet ist.
11. Schaltungsträger nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß er in der ersten Ausnehmung (6) eine ringförmige Einlage (7) aus MMC-Material aufweist.
12. Schaltungsträger nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die MMC-Einlage (7) und gegebenenfalls auch deren Metallhülle Kühlkanäle für ein Kühlmittel aufweist. 7 AT 402 135 B
13. Schaltungsträger nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikbauteil (1) mehrlagig aufgebaut ist, wobei die röhrchenförmigen Kanäle (4) zum Teil in der Ebene des Keramikbauteils (1) und/oder wenigstens zum Teil senkrecht dazu angeordnet sind.
14. Schaltungsträger nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik des Keramikbauteils (1) eine Oxid-, Karbid- und/oder eine Nitrid-Keramik, z.B. Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid oder Berylliumoxid ist.
15. Schaltungsträger nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Infiltrationsmetall aus Aluminium, Eisen, Nickel, Cobalt, Silizium, Kupfer, Molybdän oder Legierungen derselben besteht.
16. Schaltungsträger nach einem der Ansprüche 3 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der MMC-Werkstoff (7) als Verstärkermaterial eine Oxid-, Karbid- und/oder Nitrid-Keramik, z.B. Siliziumcarbid, Aluminiumnitrid, Berylliumoxid, Aluminiumoxid, Bornitrid oder Kohlenstoff enthält.
17. Schaltungsträger nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Keramikbauteil (1) eine Nut oder Stufe (8) aufweist, die durch das Umgießen mit Metall gefüllt ist und zur Verbindung mit einem Deckel dient.
18. Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsträgers nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein dichtgebrannter Keramikbauteil, der Durchbrechungen oder z.B. röhrchenförmige Kanäle aufweist, wobei beim Umgießen diese gleichzeitg mit Metall gefüllt und danach die erforderlichen Leiterbahnen durch lokales Entfernen der oberflächlichen Metallschicht herausgearbeitet werden.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnen (2) durch photolithographische Verfahren, Ätzen, Wegbrennen oder Laserbehandlung herausgearbeitet werden.
20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorliegen rillenförmiger Vertiefungen (3) im Keramikbauteil diese nach der Umgießung mit Metall durch ein mit der Bauteiloberfläche fluchtendes Abarbeiten der oberflächlichen Metallschicht freigelegt werden.
21. Verwendung eines Schaltungsträgers nach einem der Ansprüche 1 bis 17 zum Schutz von Multi-Chip-Modulen. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 8