DE19640959A1

DE19640959A1 - Schaltungs- oder Sensorsubstrat mit wärmeleitendem Pfad

Info

Publication number: DE19640959A1
Application number: DE1996140959
Authority: DE
Inventors: Werner Dr Gruenwald; Manfred Moser; Annette Seibold
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1996-10-04
Filing date: 1996-10-04
Publication date: 1998-04-09

Description

Stand der Technik

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.

Vorteile der Erfindung

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.

Zeichnungen

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

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.