DE102004058806A1 - Electronic circuit structure manufacturing method for heat sink, involves directly designing electrically insulating layer and electrically conductive layer on heat sink by thermal spraying method or cold gas-spraying method - Google Patents

Electronic circuit structure manufacturing method for heat sink, involves directly designing electrically insulating layer and electrically conductive layer on heat sink by thermal spraying method or cold gas-spraying method Download PDF

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Abstract

The method involves directly designing a specifically structured, electrically insulating layer (2) and a specifically structured, electrically conductive layer (3) on a heat sink (1) by thermal spraying method or a cold gas-spraying method. The electrically insulating layer is designed as a ceramic layer and the electrically conductive layer is designed as a copper layer. The layers are structured by a mask. An independent claim is also included for an electronic circuit structure on a heat sink.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsstruktur auf einem Kühlkörper und ein Verfahren zur Herstellung von Schaltungsstrukturen auf einem Kühlkörper, insbesondere für einen Aufbau von elektronischen Schaltungen mit erhöhten Verlustleistungen.The The present invention relates to a circuit structure on a Heat sink and a method for producing circuit structures on a Heat sink, in particular for one Construction of electronic circuits with increased power losses.

Obwohl auf beliebige elektronische Schaltungen anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrunde liegende Problematik in Bezug auf Halbleiterschaltungen mit erhöhten Verlustleistungen näher erläutert.Even though Applicable to any electronic circuits, the present Invention and its underlying problem with respect to Semiconductor circuits with increased Loss performance closer explained.

In elektronischen Steuergeräten werden im Allgemeinen Halbleiter bzw. Leistungshalbleiter mit erhöhten Verlustleistungen zusammen mit mehreren passiven Bauelementen auf ein anwendungsspezifisch strukturiertes Leistungssubstrat mittels einer Lötverbindung oder dergleichen aufgebracht. Als Leistungssubstrat wird gemäß dem Stand der Technik beispielsweise ein so genanntes DBC-Keramiksubstrat verwendet, beispielsweise bestehend aus einer Al2O3-Keramik. Die Al2O3-Keramik weist an beiden Seiten beispielsweise eine etwa 300 μm dicke Kupferschicht auf.In electronic control devices, semiconductors or power semiconductors with increased power losses are generally applied together with a plurality of passive components to an application-specific structured power substrate by means of a solder connection or the like. As a power substrate, for example, a so-called DBC ceramic substrate is used according to the prior art, for example consisting of an Al 2 O 3 ceramic. The Al 2 O 3 ceramic has, for example, an approximately 300 μm thick copper layer on both sides.

Eine derartige Keramik stellt die elektrische Isolation von Leiterbahnen auf der Oberseite sicher. Ferner wird die thermische Ankopplung der auf die Leiterbahnen aufgelöteten Leistungshalbleiter zur Unterseite hin gewährleistet. Die Anschlüsse der Leistungshalbleiter werden durch Dickdraht-Bondverbindungen mit den Leiterbahnen des Leistungssubstrats kontaktiert. Für eine Abführung der im Betrieb entstehenden Verlustwärme wird das Leistungssubstrat im Allgemeinen auf einen anwendungsspezifischen Kühlkörper mittels eines geeigneten Klebstoffs geklebt.A Such ceramic provides the electrical insulation of conductors on the top for sure. Furthermore, the thermal coupling the soldered on the tracks Power semiconductor ensured towards the bottom. The connections of the Power semiconductors are made by thick-wire bonding with the tracks of the power substrate. For a removal of the resulting during operation heat loss In general, the power substrate will be an application specific one Heatsink by means of glued to a suitable adhesive.

An diesem Ansatz gemäß dem Stand der Technik hat sich jedoch die Tatsache als nachteilig herausgestellt, dass der für den Klebevorgang verwendete Klebstoff einen unerwünschten thermischen Widerstand darstellt, welcher die Wärmeableitung nachteilig beeinflusst.At this approach according to the state However, the art has proved to be disadvantageous in the fact that that for the adhesive used an undesirable represents thermal resistance, which adversely affects the heat dissipation.

Daher findet sich im Stand der Technik der Ansatz, für Schaltungen mittlerer Verlustleistung isolierte Metallsubstrate (IMS) zu verwenden. Die Schichtdicken der aufgebrachten Leiterbahnen sind dabei relativ dünn ausgebildet, beispielsweise weniger als 300 μm.Therefore The approach is used in the prior art for circuits of average power dissipation to use isolated metal substrates (IMS). The layer thicknesses the applied conductor tracks are formed relatively thin, for example, less than 300 microns.

Ferner ist aus dem Stand der Technik ein Beschichtungsverfahren zur Beschichtung von metallischen oder isolierenden Oberflächen bekannt, bei denen das zur Beschichtung vorgesehene Material mit hoher kinetischer Energie auf den zu beschichtenden Körper aufgebracht wird, um somit an diesen Stellen einen festen Verbund des zu beschichtenden Körpers mit dem Beschichtungsmaterial zu schaffen.Further is from the prior art, a coating method for coating of metallic or insulating surfaces known in which the Coating material with high kinetic energy on the body to be coated is applied, thus at these points a solid bond of the body to be coated to create with the coating material.

An den obigen Ansätzen hat sich jedoch die Tatsache als nachteilig herausgestellt, dass diese Herstellungsverfahren zum Herstellen von Schaltungsstrukturen allesamt aufwändig und kostenintensiv sind und keine optimale Wärmeableitung gewährleisten.At the above approaches However, the fact has proved to be disadvantageous that these manufacturing methods for producing circuit structures all consuming and costly and do not ensure optimal heat dissipation.

Somit liegt der vorliegenden Erfndung allgemein die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsstruktur und ein Herstellungsverfahren für eine derartige Schaltungsstruktur zu schaffen, welche auf einfache und kostengünstige Weise eine verbesserte Wärmeableitung der Verlustwärme gewährleistet.Consequently the present invention is generally based on the object a circuit structure and a manufacturing method for such Circuit structure to create, in a simple and cost-effective manner an improved heat dissipation the heat loss guaranteed.

VORTEILE DER ERFINDUNGADVANTAGES OF INVENTION

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß verfahrensseitig durch das Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 und vorrichtungsseitig durch die Schaltungsstruktur mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 11 gelöst.These Task is the process side according to the invention by the method with the features according to claim 1 and device side by the circuit structure having the features according to claim 11 solved.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, dass mindestens eine spezifisch strukturierte, elektrisch isolierende Schicht und mindestens eine spezifisch strukturierte, elektrisch leitende Schicht direkt auf dem Kühlkörper additiv ausgebildet werden.The The idea underlying the present invention is that that at least one specifically structured, electrically insulating Layer and at least one specifically structured, electrically conductive layer can be formed additive directly on the heat sink.

Somit weist die vorliegende Erfindung gegenüber den Ansätzen gemäß dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass aufgrund des Fehlens eines Trägersubstrates der Schichtaufbau zum Bilden einer leistungselektronischen Schaltung erheblich reduziert werden kann, so dass die thermische Ankopplung der Leistungshalbleiter an den Kühlkörper wesentlich verbessert wird.Thus, the present invention over the approaches according to the prior art Advantage that due to the lack of a carrier substrate, the layer structure for forming a power electronic circuit can be significantly reduced, so that the thermal coupling of the power semiconductor is substantially improved to the heat sink.

Ferner weist die vorliegende Erfindung den Vorteil auf, dass die Kosten der Schaltungsanordnung bzw. der leistungselektronischen Schaltung reduziert werden, da im Vergleich zu DBC-Keramiksubstraten auf ein Aufkleben der DBC-Keramiksubstrate auf den Kühlkörper des Steuergerätes verzichtet werden kann. Somit können zusätzliche Schichten, die zur Fixierung vorgefertigter Substrate erforderlich sind, beispielsweise Klebstoff- oder Lötschichten, vorteilhaft entfallen. Dadurch wird zusätzlich der Wärmewiderstand eines derartigen Schaltungsaufbaus erheblich verringert.Further the present invention has the advantage that the cost the circuit arrangement or the power electronic circuit be reduced as compared to DBC ceramic substrates on sticking the DBC ceramic substrates waived the heat sink of the control unit can be. Thus, you can additional Layers required for fixing prefabricated substrates are, for example, adhesive or solder layers, advantageously eliminated. This will in addition the thermal resistance of such a circuit structure significantly reduced.

Durch die spezifische Strukturierung der einzelnen Schichten direkt auf dem Kühlkörper können ferner lediglich die Schichten auf dem Kühlkörper aufgebracht werden, welche für die Funktionalität der geplanten Schaltung unbedingt notwendig sind. Dadurch kann der Herstellungsaufwand und die Herstellungskosten sowie die Aufbaudicke vorteilhaft verringert werden.By the specific structuring of the individual layers directly on the heat sink can further only the layers are applied to the heat sink which are for the functionality the planned circuit are absolutely necessary. This allows the Production costs and the production costs as well as the build-up thickness be reduced advantageous.

In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Verfahrens sowie der im Anspruch 11 angegebenen Schaltungsstruktur.In the dependent claims find advantageous developments and improvements of specified in claim 1 and the method specified in claim 11 Circuit structure.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird die mindestens eine elektrisch isolierende Schicht als Keramikschicht und die mindestens eine elektrisch leitende Schicht als Kupferschicht ausgebildet. Selbstverständlich können die einzelnen Schichten auch aus anderen geeigneten Materialien hergestellt werden.According to one preferred development is the at least one electrically insulating Layer as a ceramic layer and the at least one electrically conductive Layer formed as a copper layer. Of course, the individual layers also made of other suitable materials become.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden die mindestens eine elektrisch isolierende Schicht und/oder die mindestens eine elektrisch leitende Schicht mittels eines thermischen Spritzverfahrens oder eines Kaltgas-Spritzverfahrens direkt auf dem Kühlkörper additiv aufgebracht. Diese Verfahren steilen gängige und kostengünstige Verfahren dar, welche eine exakte spezifische Strukturierung der einzelnen Schichten ermöglichen. Die mindestens eine aufgebrachte elektrisch isolierende Schicht und/oder die mindestens eine aufgebrachte elektrisch leitende Schicht werden vorzugsweise mittels Masken, beispielsweise Blenden oder Schablonen, strukturiert. Diese strukturierten Schichten dienen als Schaltungsstrukturen für den Aufbau von insbesondere elektronischen Schaltungen mit erhöhten Verlustleistungen.According to one Another preferred embodiment, the at least one electric insulating layer and / or the at least one electrically conductive Layer by means of a thermal spraying method or a cold gas injection method directly on the heat sink additive applied. These methods set common and inexpensive methods which is an exact specific structuring of the individual layers enable. The at least one applied electrically insulating layer and / or the at least one applied electrically conductive layer are preferably by means of masks, such as aperture or Templates, structured. These structured layers are used as circuit structures for the construction of particular electronic circuits with increased power losses.

Alternativ werden die mindestens eine elektrisch isolierende Schicht und/oder die mindestens eine elektrisch leitende Schicht mittels eines Präzisions-Sprühverfahrens direkt auf dem Kühlköper additiv strukturiert aufgebracht. Durch das sequentielle Sprühen von elektrisch leitenden und elektrisch isolierenden Materialien bzw. Schichten mit unterschiedlichen Layouts können elektronische Mehrlagen-Schaltungen mit Verbindungen zwischen übereinander liegenden Ebenen auf einfache und kostengünstige Weise hergestellt werden.alternative be the at least one electrically insulating layer and / or the at least one electrically conductive layer by means of a precision spraying process directly on the heat sink additive structured applied. By the sequential spraying of electrically conductive and electrically insulating materials or Layers with different layouts can be electronic multilayer circuits with connections between each other lying levels can be produced in a simple and cost-effective manner.

Vorteilhaft werden mehrere spezifisch strukturierte, elektrisch isolierende Schichten und mehrere spezifisch strukturierte, elektrisch leitende Schichten direkt auf dem Kühlköper für einen Aufbau von elektronischen Schaltungen mit erhöhter Verlustleistung ausgebildet. Durch eine sequentielle Ausbildung dieser Schichten mit unterschiedlichen Layouts können beispielsweise elektronische Mehrlagenschaltungen mit elektronischen Verbindungen zwischen übereinander liegenden Schichtebenen strukturiert gebildet werden.Advantageous be several specifically structured, electrically insulating Layers and several specifically structured, electrically conductive Layers directly on the heat sink for one Design of electronic circuits designed with increased power dissipation. By a sequential formation of these layers with different Layouts can For example, electronic multilayer circuits with electronic Connections between each other lying layer layers are formed structured.

Vorzugsweise werden die für eine Montage von Leistungshalbleitern vorgesehenen Bereiche mit einer reduzierten Anzahl an Schichtebenen ausgebildet. Dadurch wird insbesondere im Bereich von vorgesehenen Leistungshalbleitern eine optimale Wärmeableitung geschaffen.Preferably become the for a mounting of power semiconductors provided with areas formed a reduced number of layer planes. This will especially in the area of intended power semiconductors optimal heat dissipation created.

Die einzelnen Schichten werden gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel derart dimensioniert und aus einem derartigen Material hergestellt, dass eine vorbestimmte Temperaturwechselbeständigkeit und/oder ein vorbestimmter Wärmewiderstand der hergestellten Schaltungsstruktur anwendungsspezifisch optimiert werden.The individual layers are in accordance with a another preferred embodiment dimensioned and made of such a material, that a predetermined thermal shock resistance and / or a predetermined thermal resistance the circuit structure produced optimized application specific become.

ZEICHNUNGENDRAWINGS

Im Folgenden werden besonders vorteilhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung näher erläutert.in the Below are particularly advantageous embodiments of the present invention Invention with reference to the figures of the drawing explained in more detail.

Von den Figuren zeigen:From show the figures:

1 eine schematische Querschnittsansicht einer Schaltungsstruktur gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 1 a schematic cross-sectional view of a circuit structure according to a first preferred embodiment of the present invention;

2 eine schematische Querschnittsansicht einer Schaltungsstruktur gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und 2 a schematic cross-sectional view of a circuit structure according to a second preferred embodiment of the present invention; and

3 eine schematische Querschnittsansicht einer Schaltungsstruktur gemäß einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 3 a schematic cross-sectional view of a circuit structure according to a third preferred embodiment of the present invention.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.In the same reference numerals designate the same or functionally identical Components, unless stated otherwise.

1 illustriert eine schematische Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Schaltungsstruktur gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 ersichtlich ist, ist die Schaltungsstruktur erfindungsgemäß direkt auf einem Kühlkörper 1 ausgebildet. 1 11 illustrates a schematic cross-sectional view of a circuit structure according to the invention according to a first preferred embodiment of the present invention. As in 1 it can be seen, the circuit structure according to the invention is directly on a heat sink 1 educated.

Der Kühlkörper 1 besteht vorzugsweise aus einem Material mit einem sehr hohen Wärmeleitkoeffizienten, beispielsweise Aluminium. Die Schaltungsstruktur hingegen besteht aus mehreren spezifisch strukturierten, elektrisch isolierenden Schichten 2 und mehreren spezifisch strukturierten, elektrisch leitenden Schichten 3, welche vorzugsweise sequentiell direkt auf dem Kühlkörper 1 mittels geeigneter Verfahren additiv gebildet werden.The heat sink 1 preferably consists of a material with a very high coefficient of thermal conductivity, for example aluminum. The circuit structure, however, consists of several specifically structured, electrically insulating layers 2 and a plurality of specifically patterned, electrically conductive layers 3 which preferably sequentially directly on the heat sink 1 be formed additively by suitable methods.

Beispielsweise können verschiedene gängige thermische Spritzverfahren oder Kaltgas-Spritzverfahren verwendet werden. Mit derartigen Verfahren sind beispielsweise sowohl Kupferschichten als elektrische Leiter als auch Keramikschichten als Isolationsschichten direkt auf dem Kühlkörper 1 additiv aufbringbar. Bei derartigen Spritzverfahren ist eine Strukturierung der aufgebrachten Schichten durch beispielsweise einen Einsatz von Masken, insbesondere Blenden oder Schablonen, vorteilhaft. Hierbei handelt es sich um hinlänglich bekannte Verfahren, so dass im Folgenden auf eine ausführliche Beschreibung dieser verzichtet wird.For example, various common thermal spraying or cold gas spraying methods can be used. With such methods, for example, both copper layers as electrical conductors and ceramic layers as insulating layers directly on the heat sink 1 additively applicable. In such spraying methods, structuring of the applied layers by, for example, the use of masks, in particular apertures or stencils, is advantageous. These are well-known methods, so that in the following a detailed description thereof is omitted.

Alternativ ist die Strukturierung der einzelnen Schichten 2 und 3 auch durch geeignete Präzisions-Sprühverfahren durchführbar. Dabei ist bei dem Präzisions-Sprühverfahren vorzugsweise ein Sprühstrahl mit einer geringen Strahlaufweitung zu verwenden. Durch das sequentielle Sprühen von elektrisch leitenden Materialien 3 und isolierenden Materialien 2 mit unterschiedlichen Layouts können auf einfache Weise elektronische Mehrlagen-Schaltungen mit Verbindungen zwischen übereinander liegenden Lagen, d.h. mit so genannten Durchkontaktierungen 30, hergestellt werden.Alternatively, the structuring of the individual layers 2 and 3 also by suitable precision spraying feasible. In the case of the precision spraying method, it is preferable to use a spray jet with a small beam widening. By the sequential spraying of electrically conductive materials 3 and insulating materials 2 With different layouts can easily electronic multilayer circuits with connections between superimposed layers, ie with so-called vias 30 , getting produced.

Wie in 1 ferner ersichtlich ist, ist vorzugsweise zumindest ein nach außen verlängerter Bereich 31 einer elektrisch leitenden Schicht 3 vorgesehen, welche als Außenkontaktierungsflächen 31 für einen externen elektrischen Anschluss der elektrisch leitenden Schicht bzw. Schichten dient.As in 1 is also apparent, is preferably at least one outwardly extended area 31 an electrically conductive layer 3 provided, which as Außenkontaktierungsflächen 31 serves for an external electrical connection of the electrically conductive layer or layers.

2 illustriert eine schematische Querschnittsansicht einer auf einem Kühlkörper 1 direkt aufgebrachten Schaltungsstruktur gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 2 illustrates a schematic cross-sectional view of a on a heat sink 1 directly applied circuit structure according to a second preferred embodiment of the present invention.

Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 weist die vorliegende Schaltungsstruktur gemäß 2 eine direkt auf dem Kühlkörper 1 aufgebrachte zusätzliche elektrisch leitende Schicht 4 auf. Somit können durch die vorliegende Erfindung auf einfache und kostengünstige Weise nach Belieben spezifisch strukturierte mehrlagige Strukturen geschaffen werden, welche entweder miteinander elektrisch verbundene Leitungsschichten 3 oder davon separat angesteuerte elektrisch leitende Schichten 4 aufweisen.In contrast to the first embodiment according to 1 indicates the present circuit structure according to 2 one directly on the heat sink 1 applied additional electrically conductive layer 4 on. Thus, the present invention can provide in a simple and cost-effective manner at will specifically structured multilayer structures, which either electrically interconnected conductive layers 3 or separately driven electrically conductive layers 4 exhibit.

3 illustriert eine schematische Querschnittsansicht einer auf einem Kühlkörper 1 direkt aufgebrachten Schaltungsstruktur gemäß einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 3 illustrates a schematic cross-sectional view of a on a heat sink 1 directly applied circuit structure according to a third preferred embodiment of the present invention.

Im Unterschied zu den ersten beiden Ausführungsbeispielen ist die Schaltungsstruktur gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel an vorbestimmten Bereichen mit einer reduzierten Anzahl an Schichtlagen aus Leitungsschichten 3 und Isolationsschichten 2 ausgebildet.In contrast to the first two embodiments, the circuit structure according to the present embodiment is at predetermined areas with a reduced number of layer layers of conductive layers 3 and insulation layers 2 educated.

Im vorliegenden Beispiel gemäß 3 weist der rechte Bereich der Schaltungsstruktur lediglich drei Schichtebenen auf, wohingegen der linke Bereich vier Schichtebenen umfasst. Somit kann durch eine Montage der Leistungshalbleiter an den Montagestellen mit einer reduzierten Anzahl an Schichtlagen eine optimale Wärmeableitung über beispielsweise eine oder lediglich wenige Schichtlagen gewährleistet werden. Die Bereiche mit einer reduzierten Anzahl an Schichtlagen beschränken sich nicht nur auf den Randbereich der Schaltung, wie in 3 dargestellt ist, sondern können von mehrlagigen Strukturen teilweise oder vollständig umgeben sein. Dadurch können Ansteuer- und Auswerteschaltungen in unmittelbarer Nähe der Leistungshalbleiter angeordnet werden. Die vertiefte Anordnung der Leistungshalbleiter an den Montagestellen mit einer reduzierten Anzahl an Schichtlagen kann für eine einfache Verbindungstechnik vom Leistungshalbleiter zur Schaltungsstruktur genutzt werden.In the present example according to 3 For example, the right portion of the circuit structure has only three layer planes, whereas the left region has four layer planes. Thus, an optimal heat dissipation over, for example, one or only a few layer layers can be ensured by mounting the power semiconductors at the mounting sites with a reduced number of layer layers. The areas with a reduced number of layer layers are not limited to the edge area of the circuit, as in 3 but may be partially or completely surrounded by multilayer structures. As a result, drive and evaluation circuits can be arranged in the immediate vicinity of the power semiconductors. The recessed arrangement of the power semiconductors at the mounting locations with a reduced number of layer layers can be used for a simple connection technology from the power semiconductor to the circuit structure.

Somit schafft die vorliegende Erfindung eine vorteilhafte Schaltungsstruktur und ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen vorteilhaften Schaltungsstruktur, bei welcher die einzelnen elektrisch isolierenden und elektrisch leitenden Schichten spezifisch strukturiert direkt auf dem Kühlkörper additiv aufgebracht sind.Consequently The present invention provides an advantageous circuit structure and a method of making such an advantageous one Circuit structure in which the individual electrically insulating and electrically conductive layers specifically structured directly additively on the heat sink are applied.

Durch den direkten Aufbau der Schaltungsstrukturen auf dem Kühlkörper kann der Wärmewiderstand erheblich reduziert werden. Dies bietet insbesondere Vorteile bei der Montage von Halbleitern mit erhöhter Verlustleistung und für Hochstrom-Leiterbahnen. Durch geeignete Abfolge der Materialschichten und Schichtdicken kann unter Berücksichtigung des Layouts die Beständigkeit des Gesamtaufbaus gegen Temperaturwechsel optimiert werden. Die Schichten können von ihrer Dicke derart dimensioniert und aus einem derartigen Material hergestellt werden, dass die aufgebrachte Schaltung die im Betrieb geforderte Zuverlässigkeit bezüglich beispielsweise einer Temperaturwechselbeständigkeit besitzt. Ein weiteres Kriterium für die Schichtdicke ist der Wärmewiderstand des Aufbaus, der ebenfalls anwendungsbezogen optimiert werden kann. Durch ein geeignetes Layout der aufgebrachten Schichten und durch einen Wechsel von elektrisch isolierenden und elektrisch leitfähigen Materialien bzw. Schichten lassen sich mehrlagige Schaltungsträger und auch Durchkontaktierungen zwischen den verschiedenen Ebenen bzw. Lagen realisieren, wie in den 1 bis 3 illustriert ist.Due to the direct structure of the circuit structures on the heat sink, the thermal resistance can be significantly reduced. This offers particular advantages in the assembly of semiconductors with increased power dissipation and for high current interconnects. By suitable sequence of the material layers and layer thicknesses, taking into account the layout, the resistance of the overall structure to temperature changes can be optimized. The layers can be dimensioned by their thickness and made of such a material, that the applied circuit has the required reliability in operation, for example, a thermal shock resistance. Another criterion for the layer thickness is the thermal resistance of the structure, which can also be optimized application-related. By a suitable layout of the applied layers and by a change of electrically insulating and electrically conductive materials or layers, multi-layer circuit carriers and also plated-through holes between the different planes or layers can be realized, as in the US Pat 1 to 3 is illustrated.

Ein weiterer Vorteil des direkten, additiven Aufbaus von Schaltungsstrukturen auf Kühlkörpern besteht in der freien anwendungsspezifischen Gestaltung des Layouts der einzelnen Schichten, wodurch keine Rücksicht auf die Gestaltung eines geeigneten Mehrfachnutzens auf einem Großsubstrat genommen werden muss, im Gegensatz zu der DBC-Substrattechnik gemäß dem Stand der Technik.One further advantage of the direct, additive construction of circuit structures on heatsinks consists in the free application-specific design of the layout of the individual Layers, causing no consideration on the design of a suitable multiple use on a large substrate must be taken, in contrast to the DBC substrate technology according to the state of the technique.

Bedingt durch die Tatsache, dass die anwendungsspezifischen Schaltungsstrukturen direkt auf dem Kühlköper aufgebaut werden, entfällt das DBC-Einzelsubstrat und der Prozess sowie das Material für das Aufkleben der DBC-Substrate auf dem Kühlkörper, im Unterschied zu den Ansätzen gemäß dem Stand der Technik.conditioned by the fact that the application specific circuit structures built directly on the heat sink be omitted the DBC single substrate and the process as well as the adhesive material DBC substrates on the heat sink, in the Difference to the approaches according to the state of the technique.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.Even though the present invention with reference to preferred embodiments As described above, it is not limited thereto on diverse Modifiable way.

BEZUGSZEICHENLISTE

Figure 00080001
LIST OF REFERENCE NUMBERS
Figure 00080001

Claims (16)

Verfahren zur Herstellung von Schaltungsstrukturen auf einem Kühlkörper (1), wobei direkt auf dem Kühlkörper (1) additiv mindestens eine spezifisch strukturierte, elektrisch isolierende Schicht (2) und mindestens eine spezifisch strukturierte, elektrisch leitende Schicht (3) ausgebildet werden.Method for producing circuit structures on a heat sink ( 1 ), wherein directly on the heat sink ( 1 ) additively at least one specifically structured, electrically insulating layer ( 2 ) and at least one specifically structured, electrically conductive layer ( 3 ) be formed. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine elektrisch isolierende Schicht (2) als Keramikschicht ausgebildet wird.A method according to claim 1, characterized in that the at least one electrically insulating Layer ( 2 ) is formed as a ceramic layer. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine elektrisch leitende Schicht (3) als Kupferschicht ausgebildet wird.Method according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one electrically conductive layer ( 3 ) is formed as a copper layer. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine elektrisch isolierende Schicht (2) und/oder die mindestens eine elektrisch leitende Schicht (3) mittels eines thermischen Spritzverfahrens oder eines Kaltgas-Spritzverfahrens direkt auf dem Kühlkörper (1) additiv aufgebracht werden.Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the at least one electrically insulating layer ( 2 ) and / or the at least one electrically conductive layer ( 3 ) by means of a thermal spraying method or a cold gas injection method directly on the heat sink ( 1 ) are applied additive. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine aufgebrachte, elektrisch isolierende Schicht (2) und/oder die mindestens eine aufgebrachte elektrisch leitende Schicht (3) mittels Masken, beispielsweise Blenden oder Schablonen, strukturiert werden.A method according to claim 4, characterized in that the at least one applied, electrically insulating layer ( 2 ) and / or the at least one applied electrically conductive layer ( 3 ) are structured by means of masks, for example diaphragms or stencils. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine elektrisch isolierende Schicht (2) und/oder die mindestens eine elektrisch leitende Schicht (3) mittels eines Präzisions-Sprühverfahrens direkt auf dem Kühlkörper (1) additiv strukturiert aufgebracht werden.Method according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the at least one electrically insulating layer ( 2 ) and / or the at least one electrically conductive layer ( 3 ) by means of a precision spray method directly on the heat sink ( 1 ) are applied in an additive structured manner. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere elektrisch isolierende Schichten (2) und mehrere elektrisch leitende Schichten (3) sequentiell mit unterschiedlichen Layouts zum Bilden von beispielsweise elektronischen Mehrlagenschaltungen mit elektronischen Verbindungen (30) zwischen übereinander liegenden Schichtebenen strukturiert gebildet werden.Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that a plurality of electrically insulating layers ( 2 ) and several electrically conductive layers ( 3 ) sequentially with different layouts for forming, for example, electronic multi-layer circuits with electronic connections ( 30 ) are formed in a structured manner between superimposed layer planes. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere spezifisch strukturierte, elektrisch isolierende Schichten (2) und mehrere spezifisch strukturierte, elektrisch leitende Schichten (3) direkt auf dem Kühlkörper (1) für einen Aufbau von elektronischen Schaltungen mit erhöhter Verlustleistung ausgebildet werden.Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that a plurality of specifically structured, electrically insulating layers ( 2 ) and several specifically structured, electrically conductive layers ( 3 ) directly on the heat sink ( 1 ) are designed for a construction of electronic circuits with increased power loss. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die für eine Montage von Leistungshalbleitern vorgesehenen Bereiche mit einer reduzierten Anzahl an Schichtebenen ausgebildet werden.Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the for a mounting of power semiconductors provided areas with a reduced number of layer planes be formed. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Schichten derart dimensioniert und aus einem derartigen Material hergestellt werden, dass eine vorbestimmte Temperaturwechselbeständigkeit und/oder ein vorbestimmter Wärmewiderstand der hergestellten Schaltungsstruktur anwendungsspezifisch optimiert werden.Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the individual layers are dimensioned in this way and be made of such a material that a predetermined thermal shock resistance and / or a predetermined thermal resistance the circuit structure produced optimized application specific become. Schaltungsstruktur auf einem Kühlkörper (1), bestehend aus mindestens einer spezifisch strukturierten, elektrisch isolierenden Schicht (2) und mindestens einer spezifisch strukturierten, elektrisch leitenden Schicht (3), welche direkt auf dem Kühlkörper (1) additiv aufbringbar sind.Circuit structure on a heat sink ( 1 ), consisting of at least one specifically structured, electrically insulating layer ( 2 ) and at least one specifically structured, electrically conductive layer ( 3 ), which directly on the heat sink ( 1 ) are additively applicable. Schaltungsstruktur nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine elektrisch isolierende Schicht (2) aus Keramik und/oder die mindestens eine elektrisch leitende Schicht (3) aus Kupfer besteht.Circuit structure according to claim 11, characterized in that the at least one electrically insulating layer ( 2 ) made of ceramic and / or the at least one electrically conductive layer ( 3 ) consists of copper. Schaltungsstruktur nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (1) aus Aluminium besteht.Circuit structure according to claim 11 or 12, characterized in that the heat sink ( 1 ) consists of aluminum. Schaltungsstruktur nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsstruktur mehrere elektrisch isolierende Schichten (2) und mehrere elektrisch leitende Schichten (3) in sequentieller Reihenfolge mit unterschiedlichen Layouts zum Bilden von beispielsweise elektronischen Mehrlagenschaltungen mit elektrischen Verbindungen (30) zwischen übereinander liegenden Schichtebenen strukturiert aufweist.Circuit structure according to at least one of claims 11 to 13, characterized in that the circuit structure comprises a plurality of electrically insulating layers ( 2 ) and several electrically conductive layers ( 3 ) in sequential order with different layouts for forming, for example, electronic multi-layer circuits with electrical connections ( 30 ) has structured between superimposed layer planes. Schaltungsstruktur nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsstruktur für eine Montage von Leistungshalbleitern vorgesehene Bereiche mit einer reduzierten Anzahl an Schichtebenen aufweist.Circuit structure according to at least one of claims 11 to 14, characterized in that the circuit structure for a mounting areas of power semiconductors provided with a reduced number has at layer planes. Schaltungsstruktur nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Schichten derart dimensioniert sind und aus einem derartigen Material bestehen, dass eine vorbestimmte Temperaturwechselbeständigkeit und/oder ein vorbestimmter Wärmewiderstand der hergestellten Schaltungsstruktur anwendungsspezifisch optimiert ist.Circuit structure according to at least one of claims 11 to 15, characterized in that the individual layers are dimensioned in such a way and consist of such a material, that one before certain thermal shock resistance and / or a predetermined thermal resistance of the fabricated circuit structure is optimized application specific.
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