DE19640959A1 - Schaltungs- oder Sensorsubstrat mit wärmeleitendem Pfad - Google Patents
Schaltungs- oder Sensorsubstrat mit wärmeleitendem PfadInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Substrat für eine
Schaltung oder einen Sensor gemäß dem Oberbegriff
des Hauptanspruchs
Schaltungen oder Sensoren werden häufig auf Sub
straten, beispielsweise auf Substraten aus Glaske
ramik, angeordnet. Die Substrate können ein- oder
mehrlagig sein und weisen im allgemeinen Durchkon
taktierungen, also elektrisch leitende Pfade, auf.
Insbesondere bei den Substraten aus Glaskeramik ist
die Wärmeabfuhr und/oder die Wärmezufuhr problema
tisch, da Glaskeramik eine um mehr als den Faktor
10 schlechtere Wärmeleitfähigkeit als beispiels
weise Dickschichtkeramik aufweist. Zur Ableitung
von Wärme, beispielsweise von Heizerwiderständen
oder Chips, ist es bekannt, elektrisch leitende
Pfade vorzusehen, die mit Leitpaste, zum Beispiel
Silberleitpaste, gefüllt sind und demgemäß neben
Elektrizität auch Wärme leiten können. Als nachtei
lig erweist sich hierbei jedoch, daß beispielsweise
bei einem mehrlagigen Substrat weder die Ober-, Un
ter- noch Zwischenlage als Verdrahtungsträger ver
wendet werden kann, da sonst Kurzschlüsse auftreten
können. Insbesondere ist es demgemäß nicht möglich,
wärmeleitende Pfade, die gleichzeitig elektrisch
isolierend sind, zwischen einem Heizerwiderstand
und einem in einer anderen Lage vorhandenen elek
trischen Leiter, beispielsweise einem Sensorwider
stand, herzustellen.
Die Erfindung betrifft ein Substrat für eine Schal
tung oder einen Sensor, insbesondere vorwiegend aus
Glaskeramik, mit mindestens einem wärmeleitenden
Pfad, wobei dieser wärmeleitende Pfad ein elek
trisch-nichtleitendes Wärmeleitmedium aufweist. Im
Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird
unter einem wärmeleitenden Pfad ein Pfad verstan
den, der ausschließlich Wärme leitet, nicht jedoch
elektrisch leitend ist. Diese selektive Leitfähig
keit für Wärme wird durch Füllung des Pfads mit
Wärmeleitmedium ermöglicht, also einem Medium, das
Wärme, nicht jedoch Elektrizität leitet. Selbstver
ständlich sind auch Medien einsetzbar, die abhängig
von unterschiedlichen Parametern (z. B. Temperatur)
und daher über diese Parameter variierbar die er
findungsgemäße selektive Wärmeleitfähigkeit bei
gleichzeitiger elektrischer Isolation gewährlei
sten. Die Erfindung ermöglicht in vorteilhafter
Weise, daß bei gleichzeitiger gezielter Wärmeabfuhr
die unterschiedlichsten Lagen eines mehrlagigen
Substrats für Verdrahtungen oder als Schaltungsträ
ger zur Verfügung stehen, ohne daß die Gefahr von
Kurzschlüssen besteht. Es wird nun möglich, ganz
gezielt eine thermische oder elektrische Ankopplung
durch die unterschiedlichsten Lagen eines mehrlagi
gen Substrats oder von einer Substratseite zur an
deren durchzuführen. In besonders vorteilhafter
Weise läßt sich ein gezielter Wärmestrom unter
elektrischer Isolation zwischen Heizleiter und in
anderen Lagen oder an der anderen Substratseite
vorhandenen Leitern, z. B. Sensorwiderständen, her
stellen. Die Erfindung sieht auch vor, die wärme
leitenden Pfade konzentriert in Bereichen anzuord
nen, so daß größere Flächen für Verdrahtungen oder
Chips zur Verfügung stehen, von denen Wärme abge
leitet werden kann, ohne daß die Gefahr von Kurz
schlüssen besteht. Die Erfindung ermöglicht also
die Erzeugung einer gezielten anisotropen Leitfä
higkeit in Substraten für Sensoren oder Schaltun
gen, insbesondere von niedrig sinternden Glaskera
miken.
Die Erfindung sieht in weiteren vorteilhaften Aus
gestaltungen vor, das elektrisch-nichtleitende Wär
meleitmedium als Paste einzusetzen, wobei als Mate
rial für das Wärmeleitmedium beispielsweise Alumi
niumnitrit, Titancarbid, Siliciumcarbid oder nano
kristallines Al₂O₃ oder ZrO₂ verwendet wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen und den
dazugehörigen Ausführungsbeispielen näher erläu
tert. Die Figuren zeigen:
Fig. 1 schematisch einen Querschnitt durch einen
Heißfilmluftmassensensor und
Fig. 2 eine bereichsweise Anordnung von wärme
leitenden Pfaden in Draufsicht.
Die Fig. 1 zeigt ein Schnittbild durch ein Funkti
onsmuster eines Heißfilmluftmassensensors 2, der
mehrlagig aus einer Oberlage (LTCC-Tapelage, LTCC:
Low temperature cofiring ceramic) 4, der als Isola
tionsschicht 6 ausgeführten Zwischenlage und einer
LTCC-Unterlage 8 aufgebaut ist. Die Ober- und Un
terlage (4, 8) weisen eine Dicke von ca. 90 µm und
die Isolationsschicht eine Dicke von ca. 20 µm auf.
Auf der Oberfläche der Oberlage 4 sind Heizwider
stände 10 angeordnet. Auf der Oberfläche der Unter
lage 8 ist ebenfalls ein Heizwiderstand 12 angeord
net. Auf der Oberfläche der Unterlage 8 sind ferner
Sensorwiderstände 14 aus Platin angebracht. Die
Sensorwiderstände 14 sind jeweils über Pfade 16 mit
jeweils einem Heizwiderstand 10 verbunden. Der Pfad
16 ist mit einer wärmeleitfähigen, elektrisch
nichtleitenden Paste gefüllt, so daß gezielt die
Wärmeabfuhr vom Heizwiderstand 10 durch das Sub
strat in Richtung des Sensorwiderstands 14 gesteu
ert werden kann. Da die Paste elektrisch isolierend
wirkt, werden Kurzschlüsse vermieden. Die Paste be
steht vorteilhafterweise aus Aluminiumnitrit, Ti
tancarbid, Siliciumcarbid oder nanokristallinem
Al₂O₃, ZrO₂. Die Paste ist vorteilhafterweise sin
terbar. Die Erfindung ermöglicht also die gezielte
Steuerung des Wärmestroms innerhalb des Schaltungs-
beziehungsweise Sensoraufbaus, so daß die an sich
schlechte Wärmeleitfähigkeit des Glaskeramiksub
strats keinen Nachteil mehr bedeutet. Die Wärme
leitfähigkeit ist nämlich aufgrund der vorgesehenen
Pfade nur noch in der x-y-Ebene schlecht, nicht je
doch senkrecht dazu, was in vielen Fällen vorteil
haft sein kann. Bei geeigneter Auslegung kann die
Funktion einer herkömmlichen Schaltung oder eines
Sensors also erheblich verbessert und Heizlei
stungsbedarf vermindert werden.
Die Fig. 1 stellt ferner elektrisch leitende Pfade
18 zwischen den Heizwiderständen 12 dar. Schließ
lich weist der erfindungsgemäße Heißfilmluftmassen
sensor 2 Kompensationswiderstände 20 und Schlitze
22 zur thermischen Entkopplung auf.
Die Fig. 2 verdeutlicht in Draufsicht schematisch
die bereichsweise Anordnung wärmeleitender Pfade
16. Diese befinden sich vorteilhafterweise bei
spielsweise unterhalb von oberflächenmontierten
Chips 24 oder von Verdrahtungsleitungen 26. Die
Verdrahtungsleitungen 26 befinden sich vorzugsweise
in Innenlagen. Aus der Abb. 2 wird deutlich
ersichtlich, daß sich die Bereiche, in denen sich
die erfindungsgemäß verwendeten wärmeleitenden
Pfade 16 befinden, gleichzeitig als Verdrahtungs
fläche beziehungsweise als Schaltungsträger verwen
den lassen, da Kurzschlüsse dort nicht auftreten
können.
Claims (12)
1. Substrat für eine Schaltung oder einen Sensor,
insbesondere aus Glaskeramik, mit mindestens einem
wärmeleitenden Pfad, dadurch gekennzeichnet, daß
der mindestens eine wärmeleitende Pfad (16) ein
elektrisch-nichtleitendes Wärmeleitmedium aufweist.
2. Substrat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß das Wärmeleitmedium als Paste vorliegt.
3. Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeleitme
dium aus Aluminiumnitrit, Titancarbid, Siliciumcar
bid oder Al₂O₃, ZrO₂ besteht oder diese enthält.
4. Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere wärmelei
tende Pfade (16) zusammengefaßt in Pfadbereichen
angeordnet sind.
5. Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat als
Mehrlagensystem aufgeführt ist.
6. Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat eine
Ober-, eine Zwischen- und eine Unterlage (4, 6, 8)
umfaßt.
7. Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß die Ober- und Un
terlage (4, 8) als Glaskeramiklage ausgeführt ist.
8. Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlage
(6) als Isolationsschicht ausgeführt ist.
9. Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat elek
trisch leitende Pfade (18) aufweist.
10. Schaltung oder Sensor, umfassend ein Substrat
gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9.
11. Schaltung oder Sensor gemäß Anspruch 10, da
durch gekennzeichnet, daß dem Substrat, insbeson
dere den die wärmeleitenden Pfade (16) aufweisenden
Bereichen, ein Chip (24) oder eine Verdrahtungslei
tung (26) zugeordnet ist.
12. Sensor gemäß einem der Ansprüche 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor als Heiß
filmluftmassensensor ausgebildet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996140959 DE19640959A1 (de) | 1996-10-04 | 1996-10-04 | Schaltungs- oder Sensorsubstrat mit wärmeleitendem Pfad |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996140959 DE19640959A1 (de) | 1996-10-04 | 1996-10-04 | Schaltungs- oder Sensorsubstrat mit wärmeleitendem Pfad |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19640959A1 true DE19640959A1 (de) | 1998-04-09 |
Family
ID=7807867
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE1996140959 Ceased DE19640959A1 (de) | 1996-10-04 | 1996-10-04 | Schaltungs- oder Sensorsubstrat mit wärmeleitendem Pfad |
Country Status (1)
Country | Link |
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