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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch
1, die zum Beispiel eine isolierende Wärmesenke sein kann. Derartige Anordnungen
sind beispielsweise bei der Entwicklung von neuen, auf Leuchtdioden(LED)-basierenden Leuchtquellen
von Bedeutung, bei denen eine unter einem Halbleiterchip angeordnete
Wärmesenke
potentialfrei sein muss und keine thermische Isolation zwischen
dem Halbleiterchip und der Wärmesenke gewünscht ist.
Werden Halbleiterchips mit leitendem Substrat gewählt, müssen diese
auf einem nicht-leitenden
Träger
montiert werden. Der nicht-leitende Träger und die Wärmesenke
weisen jedoch in der Regel unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten
auf. Bei thermischen Zyklen führen
diese zur mechanischen Belastungen der Verbindung zwischen dem nicht-leitenden
Träger
und der Wärmesenke,
wodurch sich die Ausfallwahrscheinlichkeit der Leuchtquelle erhöhen kann.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, Bauelemente mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
so miteinander zu verbinden, dass die mechanische Belastung an den
Verbindungsstellen bei thermischer Beanspruchung reduziert wird.
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Die
Erfindung löst
die Aufgabe durch eine Anordnung, bei der eine erste Oberfläche eines
ersten Bauelements mit einer ersten Oberfläche eines zweiten Bauelements
verbunden ist, wobei das erste Bauelement an der ersten Oberfläche einen
ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten
aufweist und das zweite Bauelement an der ersten Oberfläche einen zweiten,
von dem ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten
unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizient
aufweist. Das erste Bauelement umfasst eine erste Metallschicht
und eine elektrisch isolierende Schicht. Eine Oberfläche der
ersten Metallschicht bildet die erste Oberfläche des ersten Bauelements
und eine andere, gegenüberliegende
Oberfläche
der ersten Metallschicht ist flächig
mit einer ersten Oberfläche
der elektrisch isolierenden Schicht verbunden. Die Dicke der ersten
Metallschicht ist durch die Differenz zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizient der
elektrisch isolierenden Schicht und dem zweiten Wärmeausdehnungskoeffizient
bestimmt. Die dadurch angeglichenen ersten und zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten
führen
zu geringeren mechanischen Belastungen bei thermischen Zyklen. Gleichzeitig
ist durch die elektrisch isolierende Schicht eine potentialfreie
Verbindung des ersten Bauelements mit dem zweiten Bauelement möglich.
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In
einer Weiterbildung umfasst das erste Bauelement zusätzlich eine
zweite Metallschicht, wobei die zweite Metallschicht flächig mit
einer zweiten, der ersten Oberfläche
gegenüberliegende
Oberfläche
der elektrisch isolierenden Schicht verbunden ist. Die Dicke der
ersten Metallschicht wird so gewählt, dass
der Unterschied zwischen dem ersten Wärmeausdehnungskoeffizient und
dem zweiten Wärmeausdehnungskoeffizient
gegenüber
dem Unterschied zwischen dem ersten Wärmeausdehnungskoeffizient und
dem zweiten Wärmeausdehnungskoeffizient
bei einer Anordnung, bei der die erste Metallschicht und die zweite
Metallschicht die gleiche Dicke aufweisen, verringert wird.
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In
einer Weiterbildung ist die Dicke der ersten Metallschicht größer als
die Dicke der zweiten Metallschicht. Durch die größere Dicke
lassen sich größere Unterschiede
in den Wärmeausdehnungskoeffizienten
besser angeglichen.
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In
einer Weiterbildung ist die Dicke der ersten Metallschicht nicht
größer als
150 μm.
Durch eine Begrenzung der Dicke werden die Materialkosten für die erste
Metallschicht reduziert.
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In
einer Weiterbildung ist die elektrisch isolierende Schicht eine
Aluminiumnitrid-Keramik oder eine Aluminiumoxid-Keramik. Aluminiumnitrid
und Aluminiumoxid-Keramiken weisen hohe thermische Leitfähigkeiten
auf, so dass trotz elektrischer Isolation keine thermische Isolation
zwischen dem ersten Bauelement und dem zweiten Bauelement auftritt.
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In
einer Weiterbildung sind die erste Metallschicht und die zweite
Metallschicht durch ein Direktbond-Verfahren mit der elektrisch
isolierenden Schicht verbunden. Direktbond-Verfahren erlauben es, die Metallschichten
mit einer Aluminiumnitrid- oder Aluminiumoxid-Keramik so zu verbinden,
dass trotz unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten
keine Delaminierung der Metallschichten auftritt.
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In
einer Weiterbildung ist das zweite Bauelement eine Metallkernplatine,
die einen Metallkern, eine elektrisch isolierende Schicht und eine
elektrisch leitende Schicht umfasst. Die erste Metallschicht und
der Metallkern bestehen beide aus Aluminium, oder beide aus Kupfer,
oder die erste Metallschicht aus Kupfer und der Metallkern aus Aluminium.
Bestehen die erste Metallschicht und der Metallkern aus dem gleiche
Material, so werden Unterschiede in dem Wärmeausdehnungskoeffizienten
minimiert. Durch die Anpassung der ersten und der zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten über die Dicke
der ersten Metallschicht ist es möglich, Aluminium anstelle von
Kup fer als Metallkern zu verwenden, wodurch die Kosten für die Metallkernplatine
reduziert werden.
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In
einer Weiterbildung ist die zweite Metallschicht aus Kupfer und
zumindest eine Leuchtdiode oder zumindest ein halbleiterbasierter
Laser ist auf der zweiten Metallschicht angebracht. Kupfer verfügt über eine sehr gute Wärmespreizung und kann die Verlustwärme von
Hochleistungsleuchtdioden oder -lasern effektiv ableiten.
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In
einer Weiterbildung ist die erste Oberfläche des ersten Bauelementes
mit der ersten Oberfläche
des zweiten Bauelements über
ein Lötverfahren verbunden.
Lötverfahren
ermöglichen
eine gute Wärmeleitung
zwischen dem ersten Bauelement und dem zweitem Bauelement.
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Die
Aufgabe wird weiter durch ein Verfahren zum Reduzieren von Wärmeausdehnungseffekten bei
einer Verbindung einer ersten Oberfläche eines ersten Bauelements
mit einer ersten Oberfläche
eines zweiten Bauelements gelöst,
wobei das erste Bauelement auf seiner ersten Oberfläche einen
ersten Wärmeausdehnungskoeffizient
aufweist und das zweite Bauelement an seiner ersten Oberfläche eine zweiten,
von dem ersten Wärmeausdehnungskoeffizient
unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizient
aufweist. Das erste Bauelement umfasst eine erste Metallschicht
und eine elektrisch isolierende Schicht, wobei eine Oberfläche der
ersten Metallschicht die erste Oberfläche des ersten Bauelements bildet
und eine gegenüberliegende
Oberfläche
der ersten Metallschicht flächig
mit einer ersten Oberfläche
der elektrisch isolierenden Schicht verbunden ist. Der erste Wärmeausdehnungskoeffizient
wird an den zweiten Wärmeausdehnungskoeffizient
angepasst, indem die Dicke der ersten Metallschicht die Abhängigkeit
der Differenz zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten
der elektrisch isolierenden Schicht und dem zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten
gewählt
wird. Ist die Differenz zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten
gering, so kann die Dicke der ersten Metallschicht kleiner gewählt werden.
Ist dagegen die Differenz zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten
groß,
so wird eine dickere erste Metallschicht eingesetzt.
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In
einer Weiterbildung ist eine zweite Metallschicht vorgesehen, die
mit einer zweiten, der ersten Oberfläche gegenüberliegenden Oberfläche der elektrisch
isolierenden Schicht verbunden ist. Die erste Metallschicht und
die zweite Metallschicht werden mit der elektrisch isolierenden
Schicht durch ein Direktbond-Verfahren verbunden.
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In
einer Weiterbildung sind die Dicke der ersten Metallschicht und
die Dicke der zweiten Metallschicht unterschiedlich groß.
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In
einer Weiterbildung ist die Dicke der ersten Metallschicht nicht
größer als
150 μm.
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In
einer Weiterbildung ist die elektrisch isolierende Schicht eine
Aluminiumnitrid-Keramik oder eine Aluminiumoxid-Keramik. Die erste
Metallschicht besteht aus Kupfer oder Aluminium und die zweite Metallschicht
besteht aus Kupfer.
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Die
Anordnung nach Anspruch 2 und das Verfahren nach Anspruch 14 werden
zum Kühlen
von mindestens einem strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements
verwendet, wobei die zweite Metallschicht mit dem strahlungsemittierenden
Halbleiterbauelement verbunden wird und das zweite Bauelement eine
Metall kernplatine mit einem Metallkern ist, der aus Aluminium gefertigt
ist.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und mit Hilfe
der Figuren beschrieben. Die Figuren zeigen:
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1 einen
Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel
mit einem ersten Bauelement und einem zweiten Bauelement, und
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2 Wärmeausdehnungskoeffizienten
an der ersten Oberfläche
des ersten Bauelements in Abhängigkeit
der Dicke der elektrisch isolierenden Schicht und der Dicke der
ersten Metallschicht.
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1 zeigt
einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel,
bei dem ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement 9 durch
ein erstes Bauelement 1 elektrisch isolierend und thermisch
leitend mit einem zweiten Bauelement 2 verbunden ist. Das strahlungsemittierende
Halbleiterbauelement 9 kann ein optoelektronisches Bauelement,
wie zum Beispiel eine Hochleistungsleuchtdiode sein, die Weißlicht abstrahlt
und dabei eine Leistung von 1 Watt oder mehr aufnimmt. Anstelle
eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements kann auch ein
anderes Bauelement 9 gewählt werden. Wird ein strahlungsemittierendes
Halbleiterbauelement 9 mit einem leitenden Substrat verwendet,
so muss dieses gegenüber
dem zweiten Bauelement 2 elektrisch isoliert werden. Wegen
der großen
Menge von Abwärme,
die bei einer Hochleistungsleuchtdiode auf einem relativ kleinen
Raum anfällt,
ist es zusätzlich
erforderlich, dass diese effektiv abgeleitet wird, um die Zerstörung des
Bauelements 9 zu verhindern. Aufgrund der Abwärme sind
signi fikante Temperaturunterschiede zwischen eingeschaltetem und
ausgeschaltetem Zustand des Bauelements 9 zu erwarten,
die sich bei unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten an
den Oberflächen
des strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements 9, des
ersten Bauelements 1 und des zweiten Bauelements 2 als
mechanische Spannung auf deren Verbindungsstellen auswirken.
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Um
den Anforderungen an die elektrische Isolation, die Wärmeleitfähigkeit
und die temperaturbedingte Ausdehnung zu erfüllen, umfasst das erste Bauelement 1 eine
erste Metallschicht 3, eine zweite Metallschicht 5 und
eine zwischen der ersten Metallschicht 3 und zweiten Metallschicht 5 angeordneten elektrisch
isolierenden Schicht 4. Die Dicken der einzelnen Schichten
können
zum Beispiel D1 = 140 μm für die erste
Metallschicht 3, D2 = 80 μm für die zweite Metallschicht 5 und
D3 = 100...300 μm
für die
elektrisch isolierende Schicht 4 sein.
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Die
erste und zweite Metallschicht 3 und 5 bestehen
bevorzugterweise aus Kupfer, welches eine sehr gute Wärmespreizung
und Wärmeleitung der
von dem strahlungsemittierenden Halbleiterbauelement 9 erzeugten
Abwärme
ermöglicht.
Das strahlungsemittierende Bauelement 9 kann auf der Seite,
die der zweiten Metallschicht 5 zugewandt ist, eine lötbare Beschichtung
oder Lötpads
aufweisen, die eine Lötverbindung
mit der zweiten Metallschicht 5 ermöglichen.
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Um
die Fehlanpassung der Wärmeausdehnungskoeffizienten
zwischen dem ersten Bauelement 1 und dem Bauelement 9 zu
reduzieren, wird als elektrisch isolierende Schicht 4 eine
wärmeleitfähige Keramik
gewählt,
die einen Wärmeausdehnungskoeffizient
aufweist, der im Bereich des Wärmeausdehnungskoeffi zienten
des Bauelements 9 liegt. Der Wärmeausdehnungskoeffizient a_12
an der zweiten Oberfläche 12 des
ersten Bauelements 1 wird dabei von dem Wärmeausdehnungskoeffizient a_4
der Keramik mitbestimmt. Ist das Bauelement 9 aus Silizium,
so weist es einen Wärmeausdehnungskoeffizient
von a_9 = a_Si = 4...5 ppm/°K
auf. Eine Aluminiumnitrid-Keramik (AlN) ist elektrisch nicht-leitend,
weist eine hohe Wärmeleitfähigkeit
von 130–180
W/mK auf und hat einen ähnlichen
Wärmeausdehnungskoeffizient
von a_AlN = 4 ppm/°K.
Anstelle von einer Aluminiumnitrid-Keramik kann auch eine Aluminiumoxid
(A2O3)-Keramik verwendet
werden, die einen etwas höheren
Wärmeausdehnungskoeffizient
von a_Al2O3 = 6
ppm/°K aufweist
und ebenfalls elektrisch isolierend wirkt. Gegenüber einer Aluminiumnitrid-Keramik
besitzt eine Aluminiumoxid-Keramik mit 24 W/mK eine geringere Wärmeleitfähigkeit,
ist jedoch dafür
kostengünstiger.
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Eine
Herausforderung beim Aufbau des ersten Bauelements 1 durch
die drei Schichten 3, 4 und 5 ist, dass
diese Schichten unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten
von a_3 = a_5 = 17...18 ppm/°K
und a_4 = 4...6 ppm/°K
aufweisen. Da diese bei Temperaturänderungen zu mechanischen Verspannungen
führen,
sind besondere Verbindungstechniken notwendig. Zum Verbinden wird
daher ein Direkt-Bond-Verfahren eingesetzt, bei dem ein Keramik-Material 4 flächig mit
den Metallschichten 3 und 5 verbunden wird. Bei
diesem Verfahren werden die Metallschichten 3 und 5 oxidiert,
so dass sie eine gleichmäßige Oxidschicht
aufweisen. Sie werden dann auf der Keramik 4 platziert
und auf eine Temperatur von ca. 1025 bis 1083°C erhitzt. Es bildet sich ein
Eutektikum, welches im Bereich der Oxidschichten eine kontinuierliche
und gleichförmige
Verbindung zwischen der Keramik 4 und den Schichten 3 und 5 gewährleistet.
Die Direkt-Bond-Verbindung ist stark genug, sodass eine Fehlanpassung
der Wärmeausdehnungskoeffizienten
zwischen der Metallschicht 3 bzw. 5 und der Keramik 4 nicht
zu einer Delaminierung der Schichten führt.
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Das
zweite Bauelement 2 weist eine erste Oberfläche 21 auf,
die mit der ersten Oberfläche 11 des
ersten Bauelements 1 verbunden wird. In dem Ausführungsbeispiel
ist das zweite Bauelement 2 als Leiterplatte in Form einer
Metallkernplatine ausgestaltet. Eine Metallkernplatine, die auch
als ”Isolated Metal
Substrate”(IMS)-Platine
bekannt ist, ermöglicht eine
einfache und effektive Wärmeabfuhr,
insbesondere bei oberflächenmontierten
Bauelementen (SMD-Bauteile). Die Metallkernplatine 2 weist
einen Metallkern 8 auf, auf dem eine elektrisch isolierende Schicht 7 aufgebracht
ist, und eine auf der elektrischen isolierenden Schicht 7 aufgebrachte
elektrisch leitende Schicht 6. Der Metallkern 8 kann
aus Kupfer bestehen, welches eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit besitzt und kann mit
Wärmesenken
verbunden werden. Die elektrisch isolierende Schicht 7 dient
zur Isolation der elektrisch leitenden Schicht 6 von dem
Metallkern 8 und besteht zum Beispiel aus FR4. Wegen der
schlechten thermischen Leitfähigkeit
ist die elektrisch isolierende Schicht 7 dünn und weist
beispielsweise eine Dicke von 100 μm auf. Die elektrisch leitende
Schicht 6 kann Leiterbahnen aufweisen, über die das Bauelement 9 angeschlossen
und mit anderen Bauelementen verbunden wird. Die Leiterbahnen können dabei
aus Kupfer bestehen, das je nach der erforderlichen Stromtragfähigkeit
35 μm bis
400 μm dick
ist. Sind die erste Metallschicht 3 und die elektrisch
leitende Schicht 6 beide aus Kupfer, so lassen sie sich über ein
Lötverfahren
thermisch leitend gut verbinden.
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Der
Wärmeausdehnungskoeffizient
a_21 an der ersten Oberfläche 21 des
zweiten Bauelements 2 im Wesentlichen durch den Wärme ausdehnungskoeffizient
des Metallkerns 8 bestimmt, da die elektrisch leitende
Schicht 6 und die elektrisch isolierende Schicht 7 relativ
dünn sind.
Diese Aussage trifft besonders dann zu, wenn die elektrisch leitende Schicht 6 und
der Metallkern 8 aus dem gleichen Material bestehen. Bestehen
sie aus Kupfer, so gilt: a_21 = a_Cu = 17 ppm/°K.
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Beim
Verbinden des ersten Bauelements 1 mit dem zweiten Bauelement 2 über die
entsprechenden ersten Oberflächen 11 und 21 kommt
es aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungen von a_11 =
10 ppm/°K
und a_21 = 17 ppm/°K
zu einer thermischen Fehlanpassung. Die dadurch entstehenden mechanischen
Spannungen müssen
durch die Verbindungsschicht, welches ein Lot sein kann, aufgenommen
werden. Bei thermischen Zyklen wird diese stark mechanisch belastet
und es kann zur Zerstören
der Verbindung und damit zum Ausfall der Anordnung kommen.
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Um
die Wärmeausdehnungsfehlanpassung zu
reduzieren ist vorgesehen, die Dicke D1 der ersten Metallschicht 3 zu
variieren, um so den Wärmeausdehnungskoeffizient
a_11 an der ersten Oberfläche 11 des
ersten Bauelements an den Wärmeausdehnungskoeffizient
a_21 an der ersten Oberfläche 21 des
zweiten Bauelements 2 anzupassen. Durch die Verbindung
der ersten Metallschicht 3 mit der elektrisch isolierenden
Schicht 4 kann nämlich
der Wärmeausdehnungskoeffizient
a_11 an der ersten Oberfläche 11 der
ersten Metallschicht 3 erhöht werden. Der resultierende
Wärmeausdehnungskoeffizient
a_11 an der ersten Oberfläche 11 des
ersten Bauelements 1 liegt dann zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizient
a_4 der elektrisch isolierenden Schicht 4 und dem Wärmeausdehnungskoeffizient a_3
der ersten Metallschicht 3: a_4 < a_11 < a_3. Die auf die Verbindung wirkende
Kräfte
bei Temperaturänderungen
werden somit verringert. Mit a_4 = a_AlN = 4 ppm/°K, a_3 =
a_Cu = 17...18 ppm/°K,
ergibt sich a_11 = 10 ppm/°K
bei einer Dicke D1 = 50 μm.
Entscheidend für
a_11 ist dabei die Wahl der Dicke D1.
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2 zeigt
die Abhängigkeit
des Wärmeausdehnungskoeffizienten
a_11 an der ersten Oberfläche 11 des
ersten Bauelements 1 in Abhängigkeit von der Dicke D1 der
ersten Metallschicht 3 für den Fall, dass die erste
Metallschicht 3 und die zweite Metallschicht 5 aus
Kupfer bestehen, die elektrisch isolierende Schicht 4 eine
Aluminiumnitrid-Keramik ist. Die Aluminiumnitrid-Keramik 4 weist
bei den Kurven A, B und C die jeweiligen Dicken von D3 = 100 μm, 200 μm und 300 μm auf. Wie 2 zeigt,
hat die Dicke D3 der elektrisch isolierenden Schicht 4 hat
nur einen geringfügigen
Einfluss auf den Wärmeausdehnungskoeffizienten
a_11, wobei für
Dicken D3, die kleiner als 200 μm
sind, eine dünnere
Schicht 4 zu kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten
a_11 führt,
hat als eine dickere Schicht.
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Bei
sehr geringen Dicken D1 von ca. 10 μm liegt der Wärmeausdehnungskoeffizient
a_11 bei ca. 6 ppm/°K.
Im Wesentlichen wird bei dieser Dicke D1 der Wärmeausdehnungskoeffizient a_11
durch den Wärmeausdehnungskoeffizient
a_4 = a_AlN = 4 ppm/°K
der Aluminiumnitrid-Keramik 4 geprägt. Bei einer Dicke D1 = 100 μm ergibt
sich ein Wärmeausdehnungskoeffizient
von a_11 = 13...14 ppm/°K,
welcher dem Wärmeausdehnungskoeffizient
a_21 = 19 ppm/°K
an der ersten Oberfläche 21 des
ersten Bauelements 2 wesentlich näher kommt. Ab einer Dicke von
ca. 300 μm
ergibt sich nur ein minimaler Unterschied zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizient
a_11 und dem Zielwert von a_21 = 19 ppm/°K. Der Unterschied in den Wärmeausdehnungskoeffizienten
a_4 und a_3 wird fast vollständig
von der ersten Metallschicht 3 aufgenommen.
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Die
Angleichung der Wärmeausdehnungskoeffizienten
a_11 und a_21 ist somit über
die Dicke D1 einstellbar und kann beliebig genau gewählt werden.
Aufgrund von Kosten ist man jedoch bemüht, die erste Metallschicht 3 dünn zu halten.
Ein Kompromiss zwischen einer hohen Zuverlässigkeit der Verbindung zwischen
dem ersten Bauelement 1 und dem zweiten Bauelement 2 bei
thermischen Zyklen und den erforderlichen Kosten erscheint bei einer
Dicke D1 = 150 μm
vorzuliegen, wobei hier der Unterschied zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten
auf 4 ppm/°K
reduziert wurde.
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Der
in 2 gezeigte Zielwert für den Wärmeausdehnungskoeffizient von
a_21 = 19 ppm/°K wird
im Wesentlichen von dem Material des Metallkerns 8, der
hier aus Kupfer gefertigt wurde, bestimmt. Die gleiche Vorgehensweise
zur Anpassung der Wärmeausdehnungskoeffizienten
lässt sich
jedoch auch auf Metallkerne 8 aus anderen Materialien anwenden.
Eine Metallkernplatine mit einem Metallkern 8 aus Aluminium
weist zwar eine geringere Wärmeleitfähigkeit
gegenüber
einer aus Kupfer auf, jedoch ist sie günstiger und hat eine geringere
Dichte. Anstelle eines Zielwerts von ca. a_21 = a_Cu = 17...18 ppm/°K für Kupfer
muss dann die Anpassung an den Wärmeausdehnungskoeffizient
für Aluminium a_21
= a_Al = 22 ppm/°K
gewählt
werden.
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Da
der Unterschied zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizient
a_21 einer Metallkernplatine 2 mit Aluminiumkern 8 zu
dem Wärmeausdehnungskoeffizienten
a_11 größer ist,
könnte
es sein, dass die Dicke D1 der Metallschicht 3, falls sie
aus Kupfer gefertigt ist, unerwünscht
groß sein.
Es ist daher vorgesehen, für
die erste Metallschicht 3 Aluminium zu nehmen, welches
ebenfalls über
ein Direkt-Bond-Verfahren mit der Keramik 4 verbunden wird.
Da die erste Metallschicht 3 somit aus dem gleichen Metall
wie der Metallkern 8 besteht, wird der Unterschied zwischen
den Wärmeausdehnungskoeffizienten
a_11 und a_21 verringert, so dass bei einer Wärmeausdehnungskoeffizientanpassung
auch mit einer dünneren
Dicke D1 der ersten Metallschicht 3 zu rechnen ist. Die
erste Metallschicht 3 könnte
auf ihrer ersten Oberfläche 11 eine
lötfähige Beschichtung
oder Lötpads
aufweisen, mit denen sie mit der elektrisch leitenden Schicht 6,
welche aus Kupfer besteht, verbunden werden kann.
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Die
gleiche Vorgehensweise kann auch für eine Anpassung der Wärmeausdehnungskoeffizienten
an den sich gegenüberliegenden
Oberflächen 12 und 91 der
zweiten Metallschicht 5 und des Bauelements 9 eingesetzt
werden. Über
die Schichtdicke D2 der zweiten Metallschicht 5 wird dann
der Wärmeausdehnungskoeffizient
a_12 an der zweiten Oberfläche 12 des
ersten Bauelements 1 an den Wärmeausdehnungskoeffizient a_91
an der ersten Oberfläche 91 des
Bauelements 9 angeglichen. Da bei den genannten Materialen
der Unterschied zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten
geringer ist, kann die Dicke D2 kleiner gewählt werden, als die Dicke D1
bei der Anpassung der Keramik 4 an den Metallkern 8.
Die Wahl der Dicke D1 bzw. D2 ist somit abhängig von dem Unterschied zwischen
den Wärmeausdehnungskoeffizienten.
Ist der Unterschied gering, so kann die Dicke D1 bzw. D2 verringert
werden, um so Materialkosten zu sparen. Ist der Unterschied zwischen
den Wärmeausdehnungskoeffizienten groß, so muss
die Dicke D1 bzw. D2 – unter
Berücksichtigung
der Kosten und der geforderten Angleichung der Wärmeausdehnungskoeffizienten – größer gewählt werden.
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Durch
die Anpassung der Wärmeausdehnungskoeffizienten
an den zu verbindenden Oberflächen
lassen sich mechanische Spannun gen aufgrund von unterschiedlichen
Ausdehnungskoeffizienten reduzieren und die Anzahl von Funktionsausfällen der
Anordnung senken.