DE10148751A1 - Production of an electronic unit comprises applying a conductor strip system as low melting system on a thin low sinterable flexible ceramic foil, sintering, applying a thin connecting material layer, and further processing - Google Patents
Production of an electronic unit comprises applying a conductor strip system as low melting system on a thin low sinterable flexible ceramic foil, sintering, applying a thin connecting material layer, and further processingInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Elektronikeinheit sowie eine Elektronikeinheit mit einem niedrigschmelzenden metallischen Träger, auf dem eine Isolierschicht, auf der Isolierschicht ein Leiterbahnsystem und auf dem Leiterbahnsystem elektronische Leistungsbauelemente angeordnet werden. The invention relates to a method for producing a Electronics unit and an electronics unit with a low-melting metallic carrier, on which an insulating layer, on the insulating layer Trace system and electronic on the trace system Power components are arranged.
Bei derartigen Verfahren ist es bekannt eine Seite des aus reinem oder mit Magnesium legiertem Aluminium bestehenden Trägers zu oxidieren, indem diese Seite in eine Säurelösung mit geringer elektrischer Leitfähigkeit bei einer Stromdichte zwischen 1 und 5 A/dm2 und einer stabilisierten Temperatur gebracht wird, um anodisch zu oxidieren, bis eine oxidierte Schicht mit einer Dicke von etwa 10 µm entstanden ist. Diese oxidierte Schicht bildet eine Isolierschicht. In such processes, it is known to oxidize one side of the support made of pure or magnesium alloyed aluminum by placing this side in an acid solution with low electrical conductivity at a current density between 1 and 5 A / dm 2 and a stabilized temperature Anodize until an oxidized layer with a thickness of approximately 10 µm is formed. This oxidized layer forms an insulating layer.
Um auf diese Isolierschicht Leiterbahnen aufdrucken zu können, muß erst eine Reinigung dieser Schicht erfolgen. Dieses Verfahren erfordert aufwendige Verfahrensschritte. In order to be able to print conductor tracks on this insulating layer, first this layer is cleaned. This procedure requires complex process steps.
Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Verfahren zur Herstellung einer Elektronikeinheit der eingangs genannten Art zu schaffen, das einfach durchführbar ist. Weiterhin soll eine Elektronikeinheit der eingangs genannten Art geschaffen werden, die bei einfachem Aufbau eine gute Ableitung der durch die elektronischen Leistungsbauelemente erzeugten Wärme gewährleistet. The object of the invention is therefore a method for producing a To create an electronic unit of the type mentioned at the beginning, that simple is feasible. Furthermore, an electronic unit of the entry mentioned type are created, which is good with a simple structure Derivation of those generated by the electronic power components Guaranteed warmth.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf eine dünne, niedrigsinterbare flexible Keramikfolie in deren ungesintertem Zustand das Leiterbahnsystem als niedrigschmelzendes Dickschichtsystem aufgebracht und in einem Sinterprozeß gesintert wird, daß auf die mit dem Leiterbahnsystem versehene Seite des Trägers oder auf die auf den Träger aufzubringende Seite der gesinterten Keramikfolie eine dünne Verbindungsmaterialschicht aufgebracht und die gesinterte Keramikfolie über die Verbindungsmaterialschicht auf den Träger aufgesetzt und die Einheit aus Träger und Leiterbahnsystem tragender, gesinterter Keramikfolie einem Temperaturprozeß mit geringerer Temperatur als im Sinterprozeß unterzogen und miteinander verbunden werden und daß auf das Leiterbahnsystem die Leistungsbauelemente aufgebracht und elektrisch leitend verbunden werden. This object is achieved in that a thin, low-sinterable flexible ceramic film in its unsintered state Conductor system as a low-melting thick-film system applied and sintered in a sintering process that on the with the Conductor system provided side of the carrier or on the carrier side of the sintered ceramic film to be applied a thin Connection material layer applied and the sintered ceramic film over the Connection material layer placed on the carrier and the unit from Sintered ceramic foil carrying the carrier and conductor track system Temperature process with a lower temperature than in the sintering process subjected and connected to each other and that on the Conductor system, the power components applied and electrically conductive get connected.
Für dieses einfache Prozeßschritte aufweisende Verfahren sind nur wenige unterschiedliche Produktionseinrichtungen erforderlich. Insbesondere kann auf einen besonderen Aufwand eines Reinigungsschrittes und die dazu erforderlichen Einrichtungen verzichtet werden. For this simple process steps are only procedures few different production facilities required. In particular can at a special expense a cleaning step and the necessary facilities are dispensed with.
Die auf den als Kühlkörper dienenden Träger aufgebrachte Keramikfolie geringer Dicke und die dünne Verbindungsmaterialschicht bilden nur einen geringen Wärmewiderstand und führen so zu einem weitgehend direkten Wärmeübergang und zu einer Wärmeabfuhr hoher Effektivität. Dadurch können kleine und somit kostengünstigere Leistungshalbleiterelemente eingesetzt werden. Weiterhin läßt sich eine Präzisionselektronik herstellen, bei der alle physikalischen Eigenschaften der Dickschichttechnologie genutzt werden können. Das bedeutet, daß Widerstände mit einem Temperaturkoeffizienten von < ± 100 ppm eingesetzt werden können, daß Widerstände laserabgleichbar sind, daß die Schaltung ein nur geringes Rauschen aufweist und daß die Schaltung thermisch unkritisch für die anderen Bauteile gut löt- und bondbar ist. The ceramic film applied to the carrier serving as a heat sink small thickness and the thin connecting material layer form only one low thermal resistance and thus lead to a largely direct Heat transfer and heat dissipation highly effective. Thereby can small and therefore cheaper power semiconductor elements be used. Furthermore, precision electronics can be used manufacture in which all the physical properties of thick film technology can be used. That means resistances with one Temperature coefficients of <± 100 ppm can be used that Resistors are laser trimmable so that the circuit is only a small one Has noise and that the circuit is thermally uncritical for the others Components can be easily soldered and bonded.
Die Keramikfolie bildet nicht nur einen Träger für das Leiterbahnsystem sondern ist gleichzeitig die das Leiterbahnsystem gegenüber dem Träger elektrisch isolierende Isolierschicht. The ceramic film not only forms a carrier for the conductor track system but at the same time it is the conductor track system opposite the carrier electrically insulating insulating layer.
Der Träger dient nicht nur als Elektronikträger sondern in Doppelfunktion auch als Kühlkörper. Ist der Träger gleichzeitig auch Teil des Elektronikgehäuses, so erfüllt er auch noch eine dritte Funktion. The carrier not only serves as an electronics carrier but also in a double function also as a heat sink. Is the carrier also part of the Electronics housing, it also fulfills a third function.
Die dünne, niedrigschmelzende flexible Keramikfolie kann eine LTCC- Folie (Low Temperature Cofired Ceramic Folie) sein. The thin, low-melting flexible ceramic film can be an LTCC Foil (Low Temperature Cofired Ceramic Foil).
Das Dickschichtsystem wird vorzugsweise mit einer Dicke von etwa 0,1 mm auf die Keramikfolie aufgebracht, wozu es besonders geeignet und einfach durchführbar ist, wenn das Dickschichtsystem als Dickschichtpaste aufgebracht, insbesondere aufgedruckt wird. The thick layer system is preferably of a thickness of approximately 0.1 mm applied to the ceramic film, for which it is particularly suitable and is easy to do if the thick film system as Thick film paste applied, in particular is printed.
Die Keramikfolie kann eine Dicke von > 0,1 mm, insbesondere von etwa 0,5 mm aufweisen und ermöglicht damit eine Wärmedurchgang hoher Effektivität zum Träger. The ceramic film can have a thickness of> 0.1 mm, in particular approximately 0.5 mm and thus enables a high heat transfer Effectiveness to the vehicle.
Der Sinterprozeß kann mit einer Temperatur von etwa 850°C bis 900°C erfolgen, ohne daß diese Temperatur für einen Träger geringerer Schmelztemperatur kritisch sein kann, da bei diesem Verfahrensstand Träger und Leiterbahnsystem noch voneinander getrennt sind. The sintering process can take place at a temperature of about 850 ° C to 900 ° C take place without this temperature lower for a carrier Melting temperature can be critical since at this stage of the process Carrier and interconnect system are still separate.
Besonders geeignet und einfach verarbeitbar ist es, wenn als Verbindungsmaterialschicht eine Glas enthaltende Schicht aufgebracht wird. Dabei kann als Verbindungsmaterialschicht eine Glaslotschicht oder eine niedrigschmelzende, silbergefüllte Glaspaste aufgebracht, insbesondere aufgedruckt werden. It is particularly suitable and easy to process if as A glass-containing layer is applied to the connecting material layer. A glass solder layer or a low-melting, silver-filled glass paste applied, in particular be printed on.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß als Verbindungsmaterialschicht eine Wärmeleitkleberschicht aufgebracht wird. Another possibility is that as Connection material layer, a thermal adhesive layer is applied.
Die Einheit aus Träger und Leiterbahnsystem tragender Keramikfolie kann dem Temperaturprozeß mit einer Temperatur von < 660°C, insbesondere mit einer Temperatur von etwa 400°C bis 550°C unterzogen werden, die niedriger liegt als die Schmelztemperatur des Trägers und somit unkritisch ist. The unit consisting of carrier and conductor track system carrying ceramic film can the temperature process with a temperature of <660 ° C, in particular with a temperature of about 400 ° C to 550 ° C, which is lower than the melting temperature of the support and is therefore not critical is.
Die Leistungsbauelemente können Leistungshalbleiterelemente und/oder Treiberbausteine sein. The power components can be power semiconductor elements and / or Be driver blocks.
Zur elektrisch leitenden Verbindung können die Leistungsbauelemente mittels unmittelbarem Verlöten oder Verlöten von Bonddrähten elektrisch leitend mit dem Leiterbahnsystem verbunden werden. The power components can be used for the electrically conductive connection by means of direct soldering or soldering of bond wires electrically be conductively connected to the conductor track system.
Sind die Leistungsbauelemente als SMD-Bauelemente ausgebildet, die durch Löten in einer Lotwelle elektrisch leitend mit dem Leiterbahnsystem verbunden werden, so sind sie ggf. zusammen mit weiteren auf dem Träger angeordneten Elementen besonders einfach maschinell elektrisch leitend mit den Leiterbahnen verbindbar. Are the power components designed as SMD components that by soldering in a solder wave electrically conductive with the conductor track system connected, so they are possibly together with others on the Elements arranged in a support are particularly simply mechanically electrical can be conductively connected to the conductor tracks.
Die eingangs genannte Aufgabe wird zur Schaffung einer Elektronikeinheit weiterhin dadurch gelöst, daß auf dem Träger mittels einer Verbindungsmaterialschicht eine dünne, niedrigsinternde flexible Keramikfolie aufgebracht ist, die ein aus einem niedrigschmelzendem Dickschichtsystem bestehendes Leiterbahnsystem trägt, mit dem die vom Leiterbahnsystem getragenen Leistungsbauelemente elektrisch leitend verbunden sind. Damit wird bei einfachem Aufbau eine Wärmeabfuhr hoher Effektivität erreicht und die Verwendung von niedrigschmelzenden Werkstoffen für den Träger ermöglicht. The task mentioned at the beginning is used to create an electronic unit further solved in that on the carrier by means of a Connecting material layer a thin, low-sintering flexible ceramic film is applied, which consists of a low-melting thick-film system existing track system with which the track system carries worn power components are electrically connected. This makes heat dissipation highly effective with a simple structure achieved and the use of low-melting materials for the Carrier allows.
Besteht der Träger aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung, so ist er nicht nur als leicht herstellbarer und guter Kühlkörper geeignet, sondern kann auf einfache Weise als Teil des Elektronikgehäuses verwandt werden. If the carrier consists of aluminum or an aluminum alloy, then it is not only suitable as an easy to manufacture and good heat sink, but can easily be used as part of the electronics housing become.
Bei Verwendung einzelner Leistungsbauelemente auf gleichem elektrischen Potential wie der Träger, wird eine besonders gute Wärmeableitung erreicht, wenn die Keramikfolie ein oder mehrere Ausbrüche und die Verbindungsmaterialschicht entsprechende Aussparungen aufweist, in denen direkt auf den Träger aufgebrachte Leistungsbauelemente angeordnet sind, die elektrisch leitend mit dem Leiterbahnsystem verbunden sind und auf gleichem elektrischem Potential wie der Träger liegen. When using individual power components on the same electrical potential like the carrier, is a particularly good heat dissipation reached when the ceramic film one or more breakouts and the Connection material layer has corresponding recesses in which Power components applied directly to the carrier are that are electrically connected to the conductor system and are at the same electrical potential as the carrier.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine Elektronikeinheit in der Seitenansicht. An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below. The only figure in the drawing shows an electronics unit in side view.
Die in der Zeichnung dargestellte Elektronikeinheit weist einen plattenförmigen Träger 1 aus Aluminium auf, der auf seiner Unterseite mit Kühlrippen 2 ausgebildet ist. Unmittelbar auf die Oberseite des Trägers 1 ist eine Verbindungsmaterialschicht, die als dünne Glaslotschicht 3 ausgebildet ist, aufgebracht, die wiederum Leiterbahnen 4 eines als Dickschichtsystem ausgebildeten Leiterbahnsystems trägt. The electronics unit shown in the drawing has a plate-shaped support 1 made of aluminum, which is formed on its underside with cooling fins 2 . A connection material layer, which is designed as a thin glass solder layer 3 , is applied directly to the top of the carrier 1 and in turn carries conductor tracks 4 of a conductor track system designed as a thick-film system.
Dazu wurde zuerst auf eine dünne LTCC-Folie 5 in ungesintertem Zustand das Leiterbahnsystem und Schichtwiderstände 6 mit einer Dickschichtpaste in einer Dicke von 0,1 mm aufgedruckt und dann die LTCC-Folie 5 und das Leiterbahnsystem in einem Temperaturprozeß bei einer Temperatur von 850°C gesintert. For this purpose, the conductor system and sheet resistors 6 were first printed on a thin LTCC film 5 in the unsintered state with a thick layer paste in a thickness of 0.1 mm and then the LTCC film 5 and the conductor system in a temperature process at a temperature of 850 ° C. sintered.
Anschließend erfolgte ein dünnes Bedrucken der den Kühlrippen 2 abgewandten Seite des Trägers 1 mit der Glaslotschicht 3 und ein Aufsetzen der gesinterten LTCC-Folie 5 mit ihrer dem Leiterbahnsystem abgewandten Seite auf die Glaslotschicht 3. This was followed by thin printing of the side of the carrier 1 facing away from the cooling fins 2 with the glass solder layer 3 and placement of the sintered LTCC film 5 with its side facing away from the conductor track system onto the glass solder layer 3 .
Die Einheit wurde dann einem Temperaturprozeß mit einer Temperatur von 500°C unterzogen und so fest miteinander verbunden. Dadurch wurde von der LTCC-Folie 5, die zunächst als Träger für das Leiterbahnsystem gedient hatte, nun eine Isolierschicht zwischen dem Leiterbahnsystem und dem Träger 1 gebildet. The unit was then subjected to a temperature process at a temperature of 500 ° C and so firmly connected. As a result, the LTCC film 5 , which had initially served as a carrier for the conductor track system, now formed an insulating layer between the conductor track system and the carrier 1 .
Sowohl der Sinterprozeß als auch der Temperaturprozeß erfolgten mit einer derart niedrigen Temperatur, daß dadurch keine Beeinträchtigung des aus einem niedrigschmelzenden Metall, nämlich Aluminium bestehenden Trägers 1 erfolgen kann. Both the sintering process and the temperature process were carried out at such a low temperature that there can be no impairment of the carrier 1 consisting of a low-melting metal, namely aluminum.
Nun wurden die Leistungsbauelemente auf die Leiterbahnen 4 aufgesetzt
und entweder als SMD-Bauelement 7 mittels einer Lotwelle oder als
aufgesetztes Leistungsbauelement 8 mittels Verlöten von Bonddrähten 9
elektrisch leitend mit den Leiterbahnen 4 verbunden.
Bezugszeichenliste
1 Träger
2 Kühlrippen
3 Glaslotschicht
4 Leiterbahnen
5 LTCC-Folie
6 Schichtwiderstand
7 SMD-Bauelement
8 Leistungsbauelement
9 Bonddraht
Now the power components have been placed on the conductor tracks 4 and have been connected in an electrically conductive manner to the conductor tracks 4 either as an SMD component 7 by means of a solder wave or as an attached power component 8 by means of soldering bonding wires 9 . REFERENCE NUMERALS 1 carrier
2 cooling fins
3 glass solder layer
4 conductor tracks
5 LTCC film
6 sheet resistance
7 SMD component
8 power component
9 bond wire
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