CN104854965B - 器件载体和器件载体装置 - Google Patents

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Abstract

具有多层载体本体（15）的器件载体（10），所述多层载体本体具有衬底（3），在所述衬底中存在结构化的功能区域（2），‑其中衬底（3）不仅侧向地而且至少部分地在功能区域（2）之上和/或之下延伸，和/或‑其中衬底（3）不仅侧向地而且完全地在功能区域（2）之上和/或之下延伸，和/或‑其中衬底（3）或另外的区域（8）布置在功能区域（2）中或以伸入到其中的方式布置。

Description

器件载体和器件载体装置
技术领域
本发明涉及一种具有多层载体本体的器件载体，所述多层载体本体具有衬底，涉及一种器件载体装置和一种用于制造这种多层载体本体的方法。
背景技术
在设计用于如例如用于具有高亮度的发光二极管系统的、所谓的高亮度LED系统或HB-LED系统的高功率芯片的载体、所谓的高功率芯片载体时，热管理、光效率和寿命起到越来越重要的作用。通过有效的热管理能够使用发光二极管、简称LED的功率储备。在此，LED载体的热性能在整个系统中起到决定性的作用。载体材料的例如大于100W/mK的高的导热性在HB-LED应用中是期望的。用于保护电路装置的其他的器件同样能够设置在载体上。
此外，对于载体的重要的要求是：作用为热源的器件尽可能近地定位在载体下侧上的热沉元件处，这需要通常小于500μm的载体的薄的实施方案。此外，在热源和热沉元件之间期望电绝缘，所述电绝缘通常应当满足3000V的耐压强度。
通常，热源或者作用为热源的器件定位在载体上侧上并且热沉元件布置在载体本体的下侧上，其中期望从热源到热沉元件的良好的导热。
至今为止，将LED和保护器件、例如TVS元件（Transient-Voltage-Suppressor-Element（瞬态电压抑制器元件）或者抑制二极管）构建在陶瓷载体或硅载体上，所述陶瓷载体例如包括出自AlOx、AlN的组中的材料，其中将LED安置到平面的载体面上。这是具有LED和载体以及保护器件的所谓的等级1系统。如果所述等级1系统安装到另外的载体上，那么就称作等级2系统。
发明内容
本发明的任务是，提供一种器件载体和器件载体装置，所述器件载体和器件载体装置实现良好的导热。
所述任务通过具有并列独立权利要求的特征的器件载体和器件载体装置来解决。此外，说明一种制造方法。
器件载体包括多层载体本体，所述多层载体本体具有衬底，在所述衬底中布置有结构化的功能区域。衬底不仅侧向地而且至少部分地在功能区域之上和之下延伸，和/或衬底不仅侧向地而且完全地在功能区域之上和/或之下延伸，和/或衬底或另外的区域布置在功能区域中或以伸入到其中的方式布置。
载体本体除了衬底之外还具有结构化的功能区域，这就是说，具有载体之内的空间受限的功能区域，所述功能区域承担以下功能，例如导热或导电。因此能够构造集成的热沉，借助于所述热沉能够导出器件的热量。功能区域通常竖直地延伸经过多个层。
从例如能够为LED的热源到壳体的散热能够经由竖直和/或水平地在衬底中伸展的热的、热优化的模块形式的热沉以及应用具有高导热性的陶瓷进行。
这在载体本体厚度小的同时实现良好的导热。例如仅0.1mm厚或更薄的超薄的保护器件的集成是可行的。这种保护器件能够防止静电放电（例如由于MLV元件/叠层压敏电阻器、即多层变阻器或由于TVS元件）和过流（例如由于PTC元件、正温度系数半导体元件）或者用作为温度传感器（NTC元件、负温度系数半导体元件）。
多层或数层载体本体具有层状的结构，因为多层载体本体由多个薄膜构造，所述薄膜堆叠成一个堆，所述多个薄膜随后例如通过烧结被固化成载体本体。所述薄膜具有衬底区域和结构区域。三维的结构化的功能区域通过薄膜的彼此叠加的结构区域形成。功能区域的垂直的侧表面通过彼此堆叠的薄膜形成，其中结构区域的轮廓、即边缘一致。功能区域的弯曲的侧表面通过薄膜形成，其中层与层之间的轮廓彼此轻微偏差，使得所述层彼此堆叠地得到弯曲的侧表面走向。 侧表面中的棱边能够通过以下方式实现，即结构区域的轮廓显著地与位于其下的轮廓偏离，使得伸展超过位于其下的轮廓的结构区域形成伸出的结构区域的下侧，所述下侧在层边界处具有棱边。该棱边因此与纵向或横向方向平行地或与由所述纵向或横向方向展开的平面平行地伸展。
如之前和在下面描述的，这种层状构造的载体本体能够通过以下方式制造，即通过在第一分区中涂覆第一膏并且在第二分区中涂覆第二膏来压制薄膜，对薄膜进行堆叠和层压，以便实现薄膜和分区的紧密连接。层压伴随着热作用和可选的压力作用。
通过在薄膜轮廓之内压制第一和第二分区，制造用于薄膜堆的薄膜。薄膜是由干燥的第一和第二膏的压制的分区成形的薄片。所述薄膜包括压制的第一和第二分区，所述分区的厚度对应于薄膜的厚度。第三分区能够借助第三膏来压制。多层载体本体由紧密连接的堆叠的且压制的薄膜制造，所述薄膜具有借助不同的膏压制的分区。在堆叠之后，堆叠的第一分区得到衬底，第二分区形成结构化的功能区域。膏包括衬底或功能区域的材料。
由此能够制造任意结构化的功能区域。功能区域例如能够是穿过衬底的区域，所述区域能够用作为通孔接触或热沉。
功能区域能够成形为，使得扁平的结构、尤其是结构化的层从功能区域的基体平行于纵向和/或横向轴线伸入到衬底中。基体例如能够具有柱形造型，这就是说具有平行的基础面和覆盖面和侧表面，所述侧表面由平行的直线形成。伸出的结构化的层能够相叠加地或彼此错开地布置在不同的平面中。所述层用于改进机械匹配和降低材料应力。
功能区域和另外的区域能够是腔室或空腔。在该情况下，用于形成载体本体堆的薄膜具有留空部。这种空腔或这种腔室能够具有任意的结构。
功能区域具有与衬底不同的材料。功能区域能够是金属或具有金属层，例如具有良好导热和导电性的铜。为了在衬底中通过功能区域构造集成的热沉应用与衬底相比具有提高的导热性的材料。用于功能区域的材料的导热性有利地大于100W/mK。衬底是例如包括Al2O3的陶瓷。衬底能够包括Al2O3和玻璃或LTCC陶瓷。
有利地，在多层载体本体的下侧上安装热沉元件，借助于所述热沉元件导出通过衬底传导的热量。绝缘层能够设置在多层载体本体的上侧和/或下侧上。绝缘层能够设置在功能区域和热沉元件之间，以便防止通过集成的热沉引起的可能的电学影响。
这种上述多层载体本体能够设置在具有器件载体的器件装置中，所述器件载体具有多层载体本体，所述多层载体本体具有衬底，在所述衬底中布置结构化的功能区域，所述功能区域用作为集成的热沉，并且所述多层载体本体具有器件，所述器件布置在功能区域上。这种器件装置能够在多层载体本体的下侧上具有绝缘层，在所述绝缘层上布置有热沉。功能区域能够具有立方形的或柱形的基本形状并且功能区域的在载体本体的上侧上的横截面能够对应于器件的横截面或超出所述横截面。这实现良好的导热。此外，功能区域能够具有结构化的层，所述层平行于纵向和/或横向轴线伸入到载体中并且载体在所述结构化的层之上和/或之下延伸。
附图说明
下面，参考附图借助实施例阐述本发明。
其中：
图1和2示出一个实施例的剖面图，
图3和4示出另一实施例的剖面图，
图5和6示出另一实施例的剖面图，
图7示出另一实施例的剖面图，
图8和9示出另一实施例的剖面图，并且
图10、11和12示出又一实施例的剖面图。
具体实施方式
图1示出具有器件载体10的器件载体装置的一个实施例，所述器件载体具有布置在其上的作用为热源的器件1。该视图是沿着器件载体装置的竖轴线31的剖面。图2示出所述器件载体装置的沿着线A-A'的剖面。该剖面在与由纵轴线和横轴线32、33展开的平面平行的平面中伸展。所述轴线在坐标系31、32、33中示出。
器件载体10包括多层载体本体15，所述多层载体本体能够用作为分开的部件或器件1以及导体结构的载体。多层载体本体15由堆叠的薄膜制成并且包括衬底3，所述衬底具有载体材料，例如Al2O3陶瓷。在衬底3中设有结构化的功能区域2。所述功能区域2是具有局部提高的导热性的区域，所述区域用作为用于导热的集成的热沉。
在多层载体本体15的上侧上设有导体结构4，借助于所述导体结构能够进行器件1的接触和/或重布线。这种导体结构4能够包括用于接触器件1的焊盘、用于供应电压和电流以及用于信号传输的带状导线。带状导线能够在上侧上伸展至接口或者至衬底4中的通孔接触。这种导体结构4能够是金属的，例如由铜制成。
在多层载体本体15上固定器件1，所述器件在运行中放射热量。这种器件1能够是LED。
在多层载体本体15的下侧上施加电绝缘层5，所述电绝缘层能够由与衬底3相同的材料构成或者由不同的材料构成。绝缘层5的材料和层厚度能够选择成，使得达到3000V的耐压强度。绝缘层5在该实施例中在载体本体15的整个下侧上延伸。在绝缘层5上施加热沉元件6。在此，所述热沉元件为如下元件，借助所述元件导出或放射器件1的通过衬底3传导的热量，例如为冷却体或壳体部件。但是也能够考虑接触部。
对于该实施例而言，功能区域2从多层载体本体15的上侧伸展至绝缘层5。结构2在与器件1相邻并且与绝缘层5相邻的区域中具有正方形的横截面，所述横截面稍微超出器件1的基础面。在截面平面A-A'的区域中，结构2的侧向区域突出至多层载体本体15的边缘，使得得到十字形的横截面，如在图2中可识别。衬底3在伸出的结构区域之上和之下延伸。
功能区域2的坐标系状的结构不仅允许垂直于器件1导出热量，而且允许沿水平方向导出热量，该沿水平方向导出热量通过十字形的横截面扩宽进行。
图3示出多层载体本体沿着线A-A'的剖面（右侧）和多层载体本体的实施例的俯视图。
在该实施例中，盆状的金属结构或功能区域2在侧面和在底部由陶瓷衬底3包围。在结构2中设有由另外的材料构成的、例如由另外的陶瓷材料构成的另外的方形的结构33，即设有另外的区域。
所述多层载体本体15由三个不同的薄膜类型构造。在上部区域I中，其分区布置对应于俯视图。矩形的第三分区33由框架形的第二和第一分区2、3包围。在位于其下的区域II中，薄膜具有没有内部轮廓的第二分区1。第二分区2是矩形的。在下部区域III中，薄膜整面地借助用于第一分区3的膏压制。
具有相同轮廓的区域I、II、III的每个中的这种相同薄膜的堆得到多层载体本体15，其中所述区域中的结构的侧表面平行于载体本体的竖轴线、即垂直于薄膜层伸展，所述区域由彼此叠加的轮廓得到。不同分区彼此相叠的相邻的薄膜形成盆形的结构之间的水平的边界面。
在一个替代的实施例中，可以代替另外的结构33设有腔室。所述腔室由薄膜构造，所述薄膜在相应的部位处具有留空部，即未印制的区域。
图5示出具有器件载体10的器件载体装置的另一实施例，所述器件载体具有布置在其上的作用为热源的器件1。该视图是器件载体装置沿着竖轴线的剖面。图6示出该器件载体装置沿着线A-A'的剖面。该剖面在与由纵轴线和横轴线展开的平面平行的平面中伸展。
下面，基本上描述与之前的实施例的区别。
器件载体装置的在图5和6中示出的实施例除了布置在上侧上的器件1、例如LED之外还具有另外的分立器件7，所述分立器件布置在载体本体15的下侧中的腔室8中。
该实施例包括三个结构化的功能区域2。第一功能区域2在布置在上侧上的器件1之下延伸并且从载体本体15的上侧伸展至绝缘层5。该用作为热沉的功能区域2具有带有如下横截面的柱形的基本形状，所述横截面的圆形的基本形状具有锯齿形的边缘，如在图6中可见。水平伸展的区域23从垂直的侧表面伸入到衬底3中，所述区域被构造为结构化的层。所述伸展到衬底中的区域23能够是基体的横截面扩大部，所述横截面扩大部的轮廓具有距基体的侧表面的轮廓的相同的间距。所述区域能够替代地是条形或连接片形地构造。由于所述区域的形状，所述区域也能够称作为电极结构。所述区域通过例如避免材料应力的方式改进在衬底与功能区域的过渡部中的金属和陶瓷之间的机械匹配。
在第一功能区域2之下，在该第一功能区域2和热沉之间设有绝缘层5。该绝缘层在器件1之下伸展，但是突出该器件的基础面，但是不大面积地在多层载体本体15的整个下侧上伸展。
此外，器件载体装置具有第二和第三功能区域20，所述第二和第三功能区域在多层载体本体15的上侧上的导体结构4和下侧上的热沉元件6之间伸展。所述功能区域是具有矩形横截面的柱形。所述功能区域能够用作为另外的未示出的器件的通孔接触或热沉。
图7示出具有器件载体10的器件载体装置的另一实施例，所述器件载体具有布置在其上的作用为热源的器件1。该视图是器件载体装置沿着竖轴线的剖面。LED的空间布置能够如在图9中那样示出。
下面，基本上描述与之前的实施例的区别。
器件载体装置具有多个布置在上侧上的器件1。在此，其能够为在运行中产生热量的LED。用作为器件1的共同的热沉的结构化的功能区域2在其中布置有器件1的区域之下延伸。功能区域2具有柱形的基体，所述基体从多层载体本体15的上侧延伸至绝缘层5。在绝缘层5上设有共同的热沉元件6。此外，设有结构化的层23，所述结构化的层水平地延伸到衬底3中。所述结构化的层在不同的平面中相叠加地布置。衬底3在所述结构化的区域之上或之下延伸。
此外，在功能区域2的旁边，在载体本体15的上侧上布置有另外的分立器件7，所述分立器件例如能够为集成的NTC温度传感器或为作为ESD保护的MLV元件（ESD是英文“electrostatic discharge”的简称，即静电放电）。
图8示出包括器件载体10的器件载体装置的另一个实施例，所述器件载体具有布置在其上的作用为热源的器件1。该视图是器件载体装置沿着竖轴线的剖面。图9示出该器件载体装置沿着线A-A'的剖面。该剖面在与由纵轴线和横轴线展开的平面平行的平面中伸展。
下面，基本上描述与之前的实施例的区别。该实施例为具有七个器件1、例如LED的器件载体装置。图9示出器件1的空间布置。一个器件中央地布置，另外的器件环形地围绕所述器件1布置。
图8与之前的实施例的区别基本上在于功能区域2的结构。也在该实施例中，扩展的功能区域2作为用于器件1的热沉来设置。在载体本体15的中间区域中，结构化的功能区域2广泛地延伸，但是仅在器件和热沉下方被引导到上侧或下侧。因此，衬底区域3不仅在多层载体本体15的边缘处，而且在器件1之间的载体本体上侧处。此外，也将单独的热沉元件6设置在器件1下方。功能区域也在下部区域中具有在功能区域的伸展至热沉元件6的区域之间的衬底区域。功能区域的在多层载体本体的上方和下方的区域中伸展的区域能够是岛形的，使得其横截面基本上对应于器件1的基础面，或者是圆形的或环形的，使得器件1布置在圆上或环上，如在图9中绘出。
也在该实施例中，结构化的区域23从功能区域的基体中伸入到衬底3中。
图10示出与在图5和6中所示出的相似的另一实施例的剖面。
在该实施例中，作为具有强的热产生的器件1的LED以及作为示例的另外的器件7的MLV元件布置在多层载体本体15上。器件1被定位在透镜9下方。
这种LED 的宽度D1例如能够为1000μm。LED通过例如具有SnAgCu的焊料固定在载体本体15的焊盘18上。另外的器件7的宽度D7能够为300μm。所述另外的器件固定在包括例如Ag/Ni/Sn的焊盘17上。
在多层载体本体15的下侧上布置有热沉元件6。这种多层载体本体15能够具有500μm的厚度D10，其中衬底3具有400μm的厚度D15。在衬底3中，用作为器件1的热沉或热模块的第一功能区域2以及作为通孔接触的另外的第二功能区域22布置在另外的器件7之下。集成的热沉的宽度D2在纵向方向和横向方向上为1500μm。距载体本体的边缘的间距为700μm（见图11）。另外的功能区域的宽度对应于另外的器件7的宽度。集成的热沉的基体的宽度D2在纵向方向和横向方向上为1500μm。距载体本体的边缘的间距D3为700μm（见图9）。另外的功能区域的宽度对应于另外的器件7的宽度并且为300μm。
多层载体本体15具有层状的结构并且包括多个薄膜，所述薄膜被堆叠并且层压，以便形成载体本体15。各个薄膜包括衬底分区，所述衬底分区的造型对应于相应平面中的载体本体的截面。这种薄膜能够通过借助用于不同分区的膏的压制来制成，所述薄膜随后被堆叠并且层压。以该方式可行的是，在衬底3之内制造任意的结构。因此，例如能够以简单的方式通过如下方式制造从功能区域的基体中伸出的区域23，即这种层的压制的功能区域突出于位于其下的和位于其上的层。换而言之，一个薄膜层或多个薄膜层的突出于基体的轮廓的结构区域形成伸入到衬底3中的区域23。
图11和图12示出器件沿着图10中的线I-I和II-II的两个另外的截面。图11示出截面I-I，其中能够明显识别的是：LED借助于两个接触部被接触。在截面2-2中能够识别，相同内容也适用于另外的器件7。
实施例的特征能够组合。

Claims (14)

1.具有多层载体本体（15）的器件载体（10），所述多层载体本体具有衬底（3），在所述衬底中存在结构化的功能区域（2），所述结构化的功能区域（2）是金属的或者具有金属的层，
-其中所述衬底（3）不仅侧向地而且至少部分地在所述功能区域（2）之上和之下延伸，
-其中由另外的材料构成的另外的区域（33）布置在所述功能区域（2）中，所述另外的材料是陶瓷材料，
-其中扁平的结构（23）从所述功能区域（2）的基体中平行于纵向和/或横向轴线伸入到所述衬底（3）中。
2.根据权利要求1所述的器件载体（10），其中所述功能区域（2）具有至少一个与纵向或横向方向平行或与由所述纵向或横向方向展开的平面平行伸展的棱边。
3.根据权利要求1或2所述的器件载体（10），其中所述功能区域（2）是穿过所述衬底（3）的区域。
4.根据权利要求1或2所述的器件载体（10），其中所述功能区域（2）或者所述另外的区域是腔室（8）或空腔。
5.根据权利要求1或2所述的器件载体（10），其中所述功能区域（2）具有与所述衬底（3）的材料不同的材料。
6.根据权利要求1或2所述的器件载体（10），其中所述功能区域（2）的材料与所述衬底（3）相比具有提高的导热性。
7.根据权利要求1或2所述的器件载体（10），其中所述衬底（3）包括Al2O3或者Al2O3和玻璃。
8.根据权利要求1或2所述的器件载体（10），所述器件载体在其下侧上具有热沉元件（6）。
9.根据权利要求1或2所述的器件载体（10），所述器件载体在所述多层载体本体的上侧和/或下侧上具有绝缘层（5）。
10.包括根据权利要求1至9中任一项所述的器件载体（10）的器件载体装置，所述器件载体（10）具有多层载体本体（15），所述多层载体本体具有衬底（3），在所述衬底中布置有结构化的功能区域（2），所述衬底用作为集成的热沉，并且所述多层载体本体具有器件（1），所述器件布置在所述功能区域（2）上。
11.根据权利要求10所述的器件载体装置，所述器件载体装置在所述多层载体本体（15）的下侧上具有绝缘层（5），在所述绝缘层上布置有热沉元件（6）。
12.根据权利要求10或11所述的器件载体装置，其中所述功能区域（2）具有立方形或柱形的基本形状并且所述功能区域的在所述多层载体本体（15）的上侧上的横截面对应于所述器件（1）的横截面或超出所述器件（1）的横截面。
13.根据权利要求10或11所述的器件载体装置，其中所述功能区域（2）具有结构化的层，所述结构化的层平行于纵向和/或横向轴线伸入到所述衬底（3）中并且所述衬底（3）在所述结构化的层之上和/或之下延伸。
14.用于通过如下方式制造根据上述权利要求1至13之一所述的载体本体（15）的方法，即：
-通过在第一分区中涂覆第一膏并且在第二分区中涂覆第二膏来压制薄膜，
-将薄膜堆叠并且层压。
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