CN111480395A - 用于在功率构件和电路载体的金属层之间建立导热连接部的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在功率构件(10)与电路载体(1)的金属层之间建立至少一个导热连接部的方法，其中该电路载体具有金属基层(2)并且在其上在其侧面中的至少一个处具有绝缘层(3)，在该绝缘层上布置有带有导体轨道区段的导体轨道层(4)，并在其上逐段地施加有由阻焊漆(5)构成的层，并且该功率构件在其下侧处除电触点(12)之外拥有至少一个无电势的导热触点(11)用于导离损耗热量，其中，在电路载体(1)的没有导体轨道层的连接区域中移除位于基层(2)上面的绝缘层(3)，以传导粘合剂(8)填充由此形成的沟槽(7)，并且在功率构件(10)的电触点的区域中施加焊膏(9)到导体轨道层上，然后施加功率构件，并通过加热不仅执行钎焊过程而且执行传导粘合剂的硬化，从而经由传导粘合剂提供从无电势的导热触点(11)至下面的金属基层的导热连接部，并且将电触点(12)与导体轨道层(4)钎焊，以及一种相应于此地制造的电路载体(1)。

Description

用于在功率构件和电路载体的金属层之间建立导热连接部的 方法

技术领域

本发明涉及一种用于在功率构件和电路载体的金属层之间建立至少一个导热连接部的方法，其中该电路载体具有金属基层并且在其上在其侧面中的至少一个处具有绝缘层，其中，在该绝缘层上布置有带有导体轨道区段的导体轨道层并且在其上逐段地施加有由阻焊漆(Lötstopplack)构成的层，并且功率构件在其下侧处除电触点外拥有至少一个无电势的导热触点用于导离损耗热量。

本发明同样涉及一种带有在功率构件和电路载体的金属层之间的至少一个导热连接部的电路载体，其具有金属基层并且在该金属基层上在其侧面中的至少一个处具有绝缘层，其中在该绝缘层上布置有带有导体轨道区段的导体轨道层并且在其上逐段地施加有由阻焊漆构成的层，并且功率构件在其下侧处除电触点外拥有至少一个无电势的导热触点用于导离损耗热量。

背景技术

作为这种类型的电路载体例如已知所谓的IMS导体板(IMS =绝缘金属基底)，其在单侧实施的情况下由基底(大多是铝-或铜片)、连续的绝缘层和其上的铜层组成，在其中在导体板制造时加工得到、通常湿化学法蚀刻导体轨道图案。在带有铝基底的IMS导体板中，电介质是基底与导体轨道图案之间的连续屏障，其在PCB生产的环境中不可被结构化或针对性地被穿破。基底铝-或铜层的厚度为例如1mm至2mm，介电绝缘层的厚度例如为100μm(微米)，并且由铜制成的导体轨道层的厚度为20至105μm(微米)。提及的数值应仅是提供关于层厚度的介绍并且根据应用情况也可以具有显著不同的值。

发明内容

本发明所基于的问题是，已知的具体类型的用于建立导热连接部的方法是耗费的并且需要使用特殊的加工器件，由此最终产品变得昂贵。

本发明的目的因此在于，提供一种成本适宜且更简单的用于建立导热连接部的方法，该方法提供带有在功率构件的热导离方面的良好特性的相对便宜的最终产品。

该目的利用开头所述类型的方法来实现，在其中根据本发明在电路载体的没有导体轨道层的连接区域中移除位于基层上面的绝缘层，以传导粘合剂(Leitkleber)填充由此形成的沟槽，并且在功率构件的电触点的区域中将焊膏施加到导体轨道层上，然后施加功率构件，并通过加热不仅执行钎焊过程而且执行传导粘合剂的硬化，从而经由传导粘合剂提供从无电势的导热触点至下面的金属基层的导热连接部并且使电触点与导体轨道层钎焊。

本发明尤其提供了优点，即其可以在常规生产线上实施。如此为了制造必要的去除部(Abtragung)和留空部不需要特殊工具。对于激光加工，例如可使用本来存在的标记激光(Beschriftungslaser)。

可值得推荐的是，使功率构件的无电势的导热触点与上面的导体轨道层的联接垫钎焊并且将突出于沟槽之上的传导粘合剂施加到联接垫的一区段上，从而使得该联接垫经由传导粘合剂与基层处于热连接中。

可适宜的是，借助于激光的激光照射实现位于基层上面的绝缘层的移除。

在一变体中可以设置成，沟槽以传导粘合剂填充成使得该传导粘合剂突出于沟槽的端部之上。

通常也适宜的是，使用银传导粘合剂作为传导粘合剂。

另一方面可适宜的是，在施加焊膏后进行沟槽以传导粘合剂的填充。

有利地可设置成，金属基层是铝基底。

在一适宜的变体中可设置成，金属基层是铜层。

所提出的目的也可以利用在开始时提到的类型的电路载体来实现，在其中根据本发明在没有导体轨道层的连接区域中以传导粘合剂填充沟槽，从而经由传导粘合剂提供从无电势的导热触点至下面的金属基层的导热连接部。

附图说明

接下来根据示例性的在附图中阐明的实施形式详细说明本发明连同其它优点。在其中：

图1以示意性俯视图和相应相关的截面以放大视图示出了对于本发明的第一实施例的四个步骤，

图2以示意性俯视图和相应相关的截面以放大视图示出了对于本发明的第二实施例的四个步骤，

图3以示意性俯视图和相应相关的截面以放大视图示出了对于本发明的第三实施例的四个步骤，并且

图4以示意性俯视图和相应相关的截面以放大视图示出了对于本发明的第四实施例的四个步骤。

具体实施方式

在接下来的图中，为了更容易解释和图示的目的，对于相同或相似的元件使用相同的参考标记。

在权利要求中使用的参考标记此外应仅使得权利要求的可读性和对本发明的理解容易，并且绝不具有损害本发明的保护范围的特征。

关于地点或方向的概念，例如“上”、“下”、“前”、“在其下”，“在其上”等在说明书中仅是为了简化而被选择，并可能涉及附图中的图示，但不必然地涉及使用-或安装位置。尤其，本说明书和权利要求书中的概念上侧和下侧仅涉及在附图中的图示，而不应理解为限制性的。当然，电路载体也可以在所有其它可能的方向上，如反向地、直立地或倾斜地使用或安装在器具中。

名称“电子构件”应如下地来理解，即其应包括可以与导体轨道处于电连接中的所有构件，如包含集成电路的芯片、数字或模拟处理器，然而还有更简单的构造元件，如LED、电阻器和类似更多。“功率构件”是这样的构件，其在所产生的和待导离的损耗热量方面与其它构件不同，其中，热导离必须通过特殊的措施来实现，以便防止损坏构件本身或其周围环境。例如，LED芯片(如其在机动车照明技术中被使用的那样) 在这种意义上可称为功率构件。功率构件的无电势的导热触点应理解为一种联接部，该联接部仅仅用于导离损耗热量并且不与开关元件、很普遍地功率构件的布线电连接。

此时参考图1，其示出了开头描述的IMS导体板(IMS =绝缘金属基底)作为电路载体1。在图1a中以其俯视图和相关的截面aa识别出金属基层2，其优选地由铝组成，并且在其上施加有绝缘层3，该绝缘层例如由带有填料的环氧树脂构成。在绝缘层3上布置有带有导体轨道区段的结构化的导体轨道层4。在其上，即在导体轨道层4上或者说绝缘层3上至少逐段地施加有由阻焊漆5构成的层。

在联系图1描述的本发明的第一变体中，为了功率构件的无电势的导热触点没有设置铜在上侧的导体轨道图案中。因此，在这样的位置处(在该处构件的导热触点(“热垫”)应放在电路载体1上)阻焊漆和绝缘层3(“电介质”)局部地例如借助于激光照射被移除并且所形成的沟槽以传导粘合剂填充，典型地在软膏印刷到其它为此设置的区域上之后。然后构件被装备并在回流炉中被钎焊，由此还有粘合剂硬化并直接用作由构件至金属基底的热连结部。这现在详细地来进一步阐述。

图1b以其俯视图和相关的截面bb示出了根据本发明的方法的第一步骤，在其中，在电路载体1的没有导体轨道层4的连接区域中移除位于基层2上面的绝缘层3。如果如在当前示例中那样所提到的区域还以阻焊漆5来覆盖，则在此也移除阻焊漆。位于基层2上面的绝缘层3的移除优选借助于未示出的激光的通过箭头6表明的激光照射来实现，但是该加工原则上可通过每种合适的其它去除方法实现，如还有机械地例如通过铣削实现。

通过绝缘层3的局部移除形成沟槽7，该沟槽达到直至基层2，并且该沟槽7然后如在图1c中以其俯视图和相关的截面cc所阐明的那样填充以传导粘合剂8。沟槽7的底部在移除绝缘层3的过程中被粗糙化，因此得到至传导粘合剂的良好的接触。在功率构件(电路载体应装备有该功率构件)的电触点区域中，焊膏9被施加到需要的部位如钎焊垫、导体轨道层4上。作为传导粘合剂优选地使用银传导粘合剂，其对所有经激光处理并由此粗糙化的Al-和Cu-面以及对于构件具有足够的粘着力。这也适用于带有ENIG-表面处理(无电镀镍浸金(Electroless Nickel Immersion Gold))的导体板设计。

在下一步骤中，如在图1d中以其俯视图和相关截面dd所阐明的那样，实现电路载体1以功率构件10的装备，该功率构件10被放置在正确的位置中，然后通过加热不仅实现钎焊过程而且实现传导粘合剂8的硬化，从而经由传导粘合剂8提供从功率构件10的无电势的导热触点11到下面的金属基层2的导热连接部。在钎焊过程的过程中将功率构件10的电触点12与导体轨道层4钎焊。箭头13应表明从构件10经由导热触点11和焊膏8到基层2中的热流。

在下文中，参考图2，其示出了本发明的一个变体，在其中来自功率构件10的热量同样经由无电势的导热触点11和传导粘合剂8导离到基层2中，然而是经由联接垫4p的较短区段。

图2a以其俯视图和相关的截面aa基本上相应于图1a的图示，不过在此，在带有导体轨道区段的结构化的导体轨道层4中设置有用于功率构件10的无电势的导热触点11的联接垫4p。在此也识别出逐段施加的阻焊漆5。

再根据图2b以其俯视图和相关的截面bb在根据本发明的方法的第一步骤中，在电路载体1的没有导体轨道层4的连接区域中移除位于基层2上面的绝缘层3并且提供沟槽7，该沟槽7达到直至基层2。同时，联接垫4p的邻接到沟槽7处的区域借助于激光被粗糙化，以便之后能够与待施加的传导粘合剂良好连接。所提及的加工在该示例中也可机械地进行。

如在图2c中以其俯视图和相关的截面cc所阐明的那样，此时在下一步骤中以传导粘合剂8填充沟槽7，其中突出于沟槽之上的传导粘合剂被施加到联接垫4p的一区段上。在功率构件的电触点及其无电势的导热触点的区域中，焊膏9被施加于需要的部位、如钎焊垫和导体轨道层4的联接垫4p上。

在下一步骤中，如在图2d中以其俯视图和相关的截面dd所阐明，实现电路载体1以功率构件10的装备，如同在上面已经另外描述的一样。在为了实施钎焊过程并为了使传导粘合剂8硬化而加热之后，不仅提供无电势的导热触点11与联接垫4p的电连接还有金属连接，而且建立从导热触点11经由联接垫4p和传导粘合剂8至基层2的热连接。此处箭头也表明从构件10到基层2中的热流。

应当清楚的是，无电势的导热触点11或联接垫4p与带有传导粘合剂8的沟槽7之间的距离应尽可能小，由此损耗热量能够以最短的路径导离。典型且优选地，对于热传输重要的尺寸在以下范围内：

无电势的导热触点11的尺寸：从大约0.5mm起。

联接垫4p的尺寸：从0.3mm起。

沟槽7的尺寸：从0.1mm起。

传导粘合剂塞8的尺寸：从0.1mm至0.5mm。

尽管在该实施方案中存在比在图1的前述示例中对于导热稍微更长的路径，但是另一方面得到优点，即功率构件机械地仅通过钎焊与电路载体连接。

此时参考图3，其示出了本发明的一个变体，在其中电路载体被实施为FR4电路板，该FR4电路板具有上面和下面的铜层，其带有位于其间的FR4层。

在图3a中以其俯视图和相关截面aa，识别出金属基层2，其在该示例中为铜层，其厚度优选在15μm至105μm(微米)的范围中，更罕见地直到210μm(微米)。在下面的铜层即基层2上作为绝缘层3安放有由带有填料的环氧树脂构成的FR4层。如在前面的示例中那样，在绝缘层3上布置有带有导体轨道区段的结构化的导体轨道层4。在导体轨道层4上或者说在绝缘层3上至少逐段地施加有由阻焊漆5构成的层。

电路载体1的另外的制造和装备完全类似于与图1一起描述的第一示例的设计方案实现，从而不需要重复在图3的俯视图a至d和截面aa至dd中示出的各个方法步骤。

本发明的第四示例在图4中示出。该图和在其中示出的电路载体1及用于其制造的相应方法准确相应于图2和相关描述，除了该情况以外，即代替图2的IMS导体板，如在根据图3的第三实施例中那样FR4导体板是电路载体1的出发点。详细描述的重复是多余的，因为联系图2已经描述了所有必要的细节，并且在图4中也使用了与图2中相同的参考标记。

应注意的是，在附图中所示出的实施例仅出于更简单的图示目的已示出了仅具有下面的基层、绝缘层和导体轨道层的构造，对此还逐段地添加由阻焊漆构成的层。然而，应当清楚的是，在本发明的范围内，也考虑其它层构造，例如带有中间铝基层的IMS板，其在上面和下面可具有绝缘层，并且在其上可具有导体结构。在这样的实施方案中，构件可不仅安放于电路载体的上侧处而且可安放于电路载体的下侧处，并且实现朝中间的热导离。原则上，带有两个或更多个导体结构以及位于其间的绝缘层的多层构造也是可行的，其中，在本发明的意义中热量的导离由安放在最上面的导体结构上的构件实现。

参考标记清单：

1 电路载体

2 基层

3 绝缘层

4 导体轨道层

4p 联接垫

5 阻焊漆

6 箭头

7 沟槽

8 传导粘合剂

9 焊膏

10 功率构件

11 导热触点

12 电触点

13 箭头。

Claims (16)

1.用于在功率构件(10)与电路载体(1)的金属层之间建立至少一个导热连接部的方法，其中，所述电路载体具有金属基层(2)并且在所述金属基层上在所述金属基层的侧面中的至少一个处具有绝缘层(3)，在所述绝缘层上布置有带有导体轨道区段的导体轨道层(4)并在其上逐段地施加有由阻焊漆(5)构成的层，并且所述功率构件在其下侧处除电触点(12)之外具有至少一个无电势的导热触点(11)用于导离损耗热量，

其特征在于，

在所述电路载体(1)的没有所述导体轨道层的连接区域中移除位于所述基层(2)上面的所述绝缘层(3)，以传导粘合剂(8)填充由此形成的沟槽(7)，并且在所述功率构件(10)的电触点的区域中施加焊膏(9)到所述导体轨道层上，然后施加所述功率构件，并通过加热不仅执行钎焊过程而且执行所述传导粘合剂的硬化，从而经由所述传导粘合剂提供从所述无电势的导热触点(11)至下面的所述金属基层的导热连接部，并且将所述电触点(12)与所述导体轨道层(4)钎焊。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述功率构件(10)的无电势的导热触点(11)直接放置在所述传导粘合剂(8)上。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述功率构件(10)的无电势的导热触点(11)被与上面的所述导体轨道层(4)的联接垫(4p)钎焊，并且突出于所述沟槽(7)之上的传导粘合剂(8)被施加到所述联接垫的一区段上，从而使得所述联接垫经由所述传导粘合剂与所述基层(2)处于热连接中。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，借助于激光的激光照射实现位于所述基层(2)上面的所述绝缘层(3)的移除。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述沟槽(7)以传导粘合剂(8)填充成使得所述传导粘合剂突出于所述沟槽的端部之上。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，使用银传导粘合剂作为传导粘合剂(8)。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，在施加所述焊膏(9)之后，进行所述沟槽(7)以传导粘合剂(8)的填充。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述金属基层(2)是铝基底。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述金属基层(2)是铜层。

10.电路载体(1)，其带有在功率构件(10)与所述电路载体(1)的金属层之间的至少一个导热连接部，所述电路载体具有金属基层(2)并且在所述金属基层上在所述金属基层的侧面中的至少一个处具有绝缘层(3)，其中，在所述绝缘层上布置有带有导体轨道区段的导体轨道层(4)并在其上逐段地施加有由阻焊漆(5)构成的层，并且所述功率构件在其下侧处除电触点(12)之外具有至少一个无电势的导热触点(11)用于导离损耗热量，

其特征在于，

在没有所述导体轨道层(4)的连接区域中以传导粘合剂(8)填充沟槽(7)，从而经由所述传导粘合剂提供从所述无电势的导热触点(11)至下面的所述金属基层(2)的导热连接部。

11.根据权利要求1所述的电路载体(1)，其特征在于，所述功率构件(10)的无电势的导热触点(11)直接放置在所述传导粘合剂(8)上。

12.根据权利要求11所述的电路载体(1)，其特征在于，所述功率构件(10)的无电势的导热触点(11)被与上面的所述导体轨道层(4)的联接垫(4p)钎焊并且突出于所述沟槽(7)之上的传导粘合剂(8)被施加到所述联接垫的一区段上，从而使得所述联接垫经由所述传导粘合剂与所述基层(2)处于热连接中。

13.根据权利要求10至12中的一项所述的电路载体(1)，其特征在于，所述传导粘合剂(8)突出于所述沟槽的端部之上。

14.根据权利要求10至13中的一项所述的电路载体(1)，其特征在于，所述传导粘合剂(8)是银传导粘合剂。

15.根据权利要求10至14中的一项所述的电路载体(1)，其特征在于，所述金属基层(2)是铝基底。

16.根据权利要求10至14中的一项所述的电路载体(1)，其特征在于，所述金属基层(2)是铜层。

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