CH689658A5

CH689658A5 - Schaltungstraeger und Verfahren zu dessen Herstellung.

Info

Publication number: CH689658A5
Application number: CH00789/95A
Authority: CH
Inventors: Helmut Dr Nechansky
Original assignee: Electrovac
Priority date: 1994-03-30
Filing date: 1995-03-20
Publication date: 1999-07-30
Also published as: DE19510988A1; GB2288075B; GB2288075A; IT1280151B1; ITUD950054A0; US5819858A; ATA68094A; FR2718319B1; FR2718319A1; AT402135B; GB9506522D0; ITUD950054A1

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Schaltungsträger, der einen Keramikbauteil mit metallischen Leiterbahnen auf dessen 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 weisen jedoch vielfach Qualitätsmängel auf. Die Haftung der Leiterbahnen an ihrer Unterlage ist unzureichend und es besteht daher ein Bedarf an verbesserten Schaltungsträgern.

Im Zuge vielfältiger Forschungen konnte nun eine Möglichkeit zur Herstellung neuer Schaltungsträger entwickelt werden, wobei die Verbesserung eindeutig dadurch entsteht, dass das Metall schmelzflüssig auf die 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 rillenförmigen Vertiefungen des Keramikbauteils vorgesehen sind.

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

Nach einer anderen Variante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass mit dem Keramikbauteil ein Bauteil aus Metall und/oder Metall-Matrix-Composite-(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.

Eine weitere Ausbildung der Erfindung kam 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 und/oder gemeinsam mit einem Bauteil aus MMC-Material und/oder aus Metall, mit dem zur Herstellung der Leiterbahnen 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 91/13462 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-Composites (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-PS 5 039 577 beschreibt eine Unterlagsstruktur mit einer Doppelschicht, die eine Verstärkung einerseits mit teilchenförmigem Material, andererseits mit Graphitfasern enthält. Die Thermoleitfähigkeits-, Elastizitäts- und thermischen Eigenschaften der Doppelschicht lassen sich durch Variation dieser Verstärkungsmaterialien verändern.

In der EP 0 471 552 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 Inneren 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 Kanälen 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 vorgesehen ist, 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.

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 vorgesehen 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 Ausführungsform 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-Composite-(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 bereichsweise mit Metall durchdrungen werden soll. Hiebei haben sich z.B. bei Siliziumkarbid Drucke 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:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemässen Schaltungsträger;
Fig. 2a einen Schnitt entlang I-I gemäss Fig. 1;
Fig. 2b eine weitere erfindungsgemässe Ausführungsform im Schnitt;
Fig. 2c eine weitere erfindungsgemässe Ausführungsform im Schnitt;
Fig. 2d eine weitere erfindungsgemässe Ausführungsform im Schnitt;
Fig. 2e eine weitere erfindungsgemässe Ausführungsform im Schnitt;
Fig. 3 eine weitere erfindungsgemässe Ausführungsform im Schnitt;
Fig. 4 eine weitere erfindungsgemässe Ausführungsform im Schnitt gemäss Fig. 5;
Fig. 5 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemässen Schaltungsträger mit Chip;
Fig. 6 eine weitere erfindungsgemässe Ausführungsform mit Chip im Schnitt;

Fig. 7 eine weitere erfindungsgemässe Ausführungsform mit Chip im Schnitt;
Fig. 8 eine weitere erfindungsgemässe Ausführungsform mit Chip im Schnitt;
Fig. 9 eine weitere erfindungsgemässe Ausführungsform mit Chip im Schnitt;
Fig. 10 eine weitere erfindungsgemässe Ausführungsform mit Chip im Schnitt;
Fig. 11 eine weitere erfindungsgemässe Ausführungsform mit Chip im Schnitt.

Zur Herstellung eines erfindungsgemässen Schaltungsträgers bzw. Chip-Gehäuses kann ein Verfahren angewendet werden, bei dem ein Keramikbauteil, gegebenenfalls gemeinsam mit einer Vorform, mit dem zur Herstellung der Leiterbahnen gewünschten Metall umgossen wird. Die Leiterbahnen werden danach durch lokales Entfernen der oberflächlichen Metallschicht des Keramikbauteils herausgearbeitet. Die in diesem Zusammenhang eingesetzte Vorform kann etwa aus poröser Keramik oder aus der Verstärkung eines Metall-Matrix-Composite-(MMC)-Materials bestehen, sodass beim Giessvorgang neben der Oberflächenschicht auch ein MMC-Verbundwerkstoff gebildet wird. Zusätzlich kann ein Bauteil aus MMC-Material und/oder aus Metall vorgesehen sein, der dann gemeinsam mit der porösen Keramik oder der Verstärkung vergossen wird.

Alternativ kann aber auch nur der Keramikbauteil mit einem Bauteil aus MMC-Material und/oder aus Metall gemeinsam vergossen werden. Die Keramik des Keramikbauteils kann eine Oxid-, Karbid- und/oder eine Nitrid-Keramik, z.B. Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid oder Berylliumoxid sein, das Infiltrationsmetall 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, Aluminiumitrid, Berylliumoxid, Aluminiumoxid, Bornitrid oder Kohlenstoff enthalten.

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 I-I 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-Composite-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 min 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 Oberflächenstruktrierungen 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 Dekkel des Chip-Gehäuses z.B. durch Schweissen her gestellt werden kann. In diesem Ausführungsbeispiel sind weiters Leiterbahnen 2 in einer Vertiefung 3 zu erkennen.

Fig. 5 ist eine Draufsicht auf das 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 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 gefüllte 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/oder eine Nitrid-Keramik, z.B. Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid oder Berylliumoxid sein, das Infiltrationsmetall 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. 7 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 an geordnet 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 Wärmeabfuhr 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 Variante 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 senkrechten Kanäle 4 und die rillenförmigen Vertiefungen 3 mit Metall gefüllt werden und eine elektrische Leitung in Stufenform bilden. Danach wird die äussere Metallschicht 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 senkrecht 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 Keramikbauteils 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 einer mit Bohrungen versehenen Keramik aufgebracht, sodann dieser Aufbau gesintert und mit Metall umgossen wird.

Claims

1. Schaltungsträger, umfassend einen Keramikbauteil mit metallischen Leiterbahnen 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 ein Bauteil aus Metall und/oder Metall-Matrix-Composite-(MMC)-Material verbunden ist.

4. Schaltungsträger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an wenigstens einer Seitenkante der Keramikbauteil zumindest bereichsweise von dem Bauteil aus Metall und/oder MMC-Material freigehalten ist.

5.

Schaltungsträger nach Anspruch 1 in Form eines Chip-Gehäuses, umfassend einen Keramikbauteil, der eine elektrisch isolierende Auflage für den Chip bietet, wobei auf der Oberfläche des Keramikbauteils metallische Leiterbahnen zur elektrischen Versorgung des Chip und gegebenenfalls in dessen Innerem Metallbrücken zur Ableitung der durch den Chip 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.

6.

Schaltungsträger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Keramikbauteil (1) an einer dem Chip (5) gegenüberliegenden Seite eine erste Ausnehmung (6) aufweist, in welcher eine Einlage (7) aus Metall und/oder Metall-Matrix-Composite-(MMC)-Material vorgesehen ist.

7. Schaltungsträger nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Ausnehmung (15) vorgesehen ist, und dass darin der Chip (5) angeordnet ist.

8. Schaltungsträger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass er in der ersten Ausnehmung (6) eine ringförmige Einlage (7) aus MMC-Material aufweist.

9. Schaltungsträger nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die MMC-Einlage (7) und gegebenfalls auch deren Metallhülle Kühlkanäle für ein Kühlmittel aufweist.

10.

Schaltungsträger nach einem der Ansprüche 5 bis 9, 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.

11. Schaltungsträger nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramik des Keramikbauteils (1) eine Oxid-, Karbid- und/oder eine Nitrid-Keramik, z.B. Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid oder Berylliumoxid ist.

12. Schaltungsträger nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Bauteil bzw. die Einlage (7) aus Metall-Matrix-Composite-(MMC)-Material als Infiltrationsmetall Aluminium, Eisen, Nickel, Cobalt, Silizium, Kupfer, Molybdän oder Legierungen derselben enthält.

13.

Schaltungsträger nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Bauteil bzw. die Einlage (7) aus Metall-Matrix-Composite-(MMC)-Material als Verstärkermaterial eine Oxid-, Karbid- und/oder Nitrid-Keramik, z.B. Siliziumcarbid, Aluminiumnitrid, Berylliumoxid, Aluminiumoxid, Bornitrid, oder Kohlenstoff enthält.

14. Schaltungsträger nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Keramikbauteil (1) eine Nut oder Stufe (8) aufweist, die durch das Umgiessen mit Metall gefüllt ist.

15. Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsträgers nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Keramikbauteil mit dem zur Herstellung der Leiterbahnen gewünschten Metall umgossen wird und die Leiterbahnen durch lokales Entfernen der oberflächlichen Metallschicht des Keramikbauteils herausgearbeitet werden.

16.

Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Keramikbauteil gemeinsam mit einer Vorform aus poröser Keramik oder aus der Verstärkung eines MMC-Materials mit Metall umgossen wird.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Keramikbauteil gemeinsam mit einem Bauteil aus MMC-Material und/oder aus Metall mit Metall umgossen wird.

18. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen durch photolithographische Verfahren, Ätzen, Wegbrennen oder Laserbehandlung herausgearbeitet werden.

19.Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen rillenförmiger Vertiefungen im Keramikbauteil die Metallfüllung in denselben durch ein mit der Bauteiloberfläche fluchtendes Abarbeiten der oberflächlichen Metallschicht freigelegt wird.

20.

Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsträgers nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein dichtgebrannter Keramikbauteil vorgesehen ist, der Durchbrenner oder röhrchenförmige Kanäle aufweist, wobei beim Umgiessen diese gleichzeitig mit Metall gefüllt und danach die erforderlichen Leiterbahnen durch lokales Entfernen der oberflächlichen Metallschicht herausgearbeitet werden.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen durch photolithographische Verfahren, Ätzen, Wegbrennen oder Laserbehandlung herausgearbeitet werden.

22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen rillenförmiger Vertiefungen im Keramikbauteil diese nach der Umgiessung mit Metall durch ein mit der Bauteiloberfläche fluchtendes Abarbeiten der oberflächlichen Metallschicht freigelegt werden.

23.

Verwendung eines Schaltungsträgers nach einem der Ansprüche 5 bis 14 zum Schutz von Multi-Chip-Modulen.