Substrat für elektronische Anwendungen Die Erfindung bezieht sich
auf ein Substrat für elektronische Anwendungen hoher Leistungsdichte, welches den
herstellungsbedingten hohen Preis und andere Nachteile der reinen Berylliumoxid-Keramik
teilweise dadurch vermeidet, dass eine Berylliumoxidauflage auf ein normales Substrat,
vorzugsweise aus Aluminiumoxid1 aufgebracht wird. Substrate for Electronic Applications The invention relates to
on a substrate for high power density electronic applications, which has the
manufacturing-related high price and other disadvantages of pure beryllium oxide ceramic
partially avoided by applying a beryllium oxide layer to a normal substrate,
is preferably applied from aluminum oxide1.
In der Dünn- und Dickfilmtechnik sind Aluminiumoxid-Substrate in weit
verbreitetem Einsatz. Die elektrische Belastbarkeit der Schaltung wird durch die
maximal zulässige Spitzentemperatur eines Schaltungselementes gegeben, im Falle
von aktiven Bauelementen bzw. Schaltungsbestandteilen von der maximal zulässigen
Temperatur der Sper-rschicht. Zur Erzielung einer hohen elektrischen Belastbarkeit
werden Substrate hoher thermischer Leitfähigkeit verwendet. In Fällenlwo reinstes
Aluminiumoxid noch eine zu geringe Wärmeleitfähigkelt aufweist, verwendet man Substrate
aus Berylliumoxid, welche eine 8 - 9-fach höhere Wärmelaitfähigkeit besitzbne Einer
verbreiteten Anwendung dieses Substrates steht ein relativ hoher Preis entgegen,
welcher durch die relativ hohen Materialkosten, die Verarbeitungsschwierigkeiten
wegen der Giftigkeit des Berylliumoxids sowie die geringen Stückzahlen zu begründen
ist.In thin and thick film technology, aluminum oxide substrates are in far
widespread use. The electrical load capacity of the circuit is determined by the
maximum permissible peak temperature of a circuit element given, in the case
of active components or circuit components from the maximum permissible
Temperature of the barrier layer. To achieve a high electrical load capacity
substrates with high thermal conductivity are used. In cases where it is pure
Aluminum oxide still has insufficient thermal conductivity, substrates are used
Made of beryllium oxide, which has an 8 - 9 times higher thermal conductivity
widespread use of this substrate is opposed to a relatively high price,
which by the relatively high material costs, the processing difficulties
to justify because of the toxicity of beryllium oxide and the small number of pieces
is.
Da aber die elektrische Belastbarkeit in weitaus den meisten Fällen
nur durch die Spitzentemperaturen auf diskreten Punkten der SchaQtung-bestimst ist,
wird erfindungsgemäss ein Substrat verwendet, welches eine relativ dünne Schicht
aus Berylliumoxid auf einer normalen, vorzugsweise Aluminiumoxid-Unterlage aufweist.
Diese dünne Schicht hoher thermischer Le.ifähigkeit verbreitert den Temperaturpol
eines Schaltungsbestandteiles beträchtlich und führt schliesslich die Wärme an das
Crundsubstrat abO Diese dünne 5chicht.aus B.erylliumax.id mit einer Dicke von vorzugsweise
über 50 µ kann nach an sich bekannten Verfahren, wie Plasmaspritzen- Flammspritzen,
Gasphasenabscheidung oder anderen konventienellen Verfahren, wie z.B. der Koextrusion,
aufgebracht werden. Gegenüber den konvent-ionellen Verfahren-besitzen aber die erstgenannten
Verfahren den-\Iprzug-, ctass die toxischen Stoffe nur in einem genau definierten
Gefäss gehandhabt werden, sqdassdie arbeitshygienischen massnahmen minimal werden
im Vergleich zu einer konventionullen Herstellung.But there is the electrical load capacity in by far the majority of cases
the protection is only determined by the peak temperatures on discrete points,
According to the invention, a substrate is used which has a relatively thin layer
of beryllium oxide on a normal, preferably aluminum oxide base.
This thin layer of high thermal conductivity widens the temperature pole
of a circuit component and ultimately leads the heat to the
Basic substrate abO This thin 5chicht.fr B.erylliumax.id with a thickness of preferably
over 50 µ can be carried out using methods known per se, such as plasma spraying, flame spraying,
Vapor deposition or other conventional processes such as coextrusion,
be applied. Compared to the conventional methods, however, the former have
Process den- \ Iprzug-, ctass the toxic substances only in a precisely defined
The container must be handled so that the occupational hygiene measures are minimal
compared to conventional production.
Die aufgebrachten Berylliumoxidschichten müssen wenigstens eine relative
Dichte von 90% aufweisen, da die thermische Leitfähigkeit stark von der Porosität
abhängt. Für den Fall dass diese infolge zu- geringer Dichte noch nicht ausreichen
sollte, unterzieht man das beschichtete Substrat noch nachträglich einem Scharfbrand
bei vorzugsweise über oder um 1600°C, wodurch die Auflage dicht wird und ausserdem
die toxikologischen Gefahren bei der Weiterverarbeitung auf ein minimum herabgedrückt
werden0
Es ist ein weiteres Merkmal der Erfindung, dass für den
Fall der Abscheiduno des-Berylliumoxids aus der Gasphase durch geeignete Einstellung
des Wassergasgleichgewichtes sowie geeigneter Wahl der Abscheidetemperatur,- der
Druckverminderung sowie der Substrattemperatur der Prpzess so geführt wird, dass
bei zunehmender Schichtdicke des abgeschiedenen SeryLliumoxids die Berylliumoxidschicht
selbst immer glatter wird, sqdasst ausgehend von einem relativ rauhen Grundsubstrat
bei zunehmiender- Beschichtung eine abnehmende Rauhigkeit erzielt wird0 Die erfindungsgemässen
Substrate bringen ferner auch bezüglich der elektrischen Belastbarkeit Vorteile,
wenn diese in beschaltetem Zustand zu einer grösseren Volumeinheit vereint werden
und in engem gegenseitigen Kontakt liegen0 Sollte in diesem Schaltungspaket durch
einfe zusätzliche Wärmesenke die Temperatur herabgesetzt werden, so kann ein metall
geeigneten Ausdehnungsverhaltens und genügend hohen Schmelzpunktes ebenfalls mit
Berylliumoxid beschichtet werden, Diese Setallfahne wird in das Paket eingebracht,
wobei W aber zum Zwecke der Wärmeableitung über das Paket herausragt und evtlO an
ein Chassis angeschraubt werden kann. In diesem Falle übernimmt diese erfindungsqemässe
Metallfahne, sofern sie elektrisch beschaltet wird noch zusätzlich .AbschirmungsaufgabenO
Sofern toxikologische Bedenken hintangestellt werden können, kann diese Aufgabe
in besonders eleganter Weise anodisch oxidiertes Berylliumblech übernehmen.The beryllium oxide layers applied must be at least one relative
Have a density of 90%, since the thermal conductivity depends heavily on the porosity
depends. In the event that these are not yet sufficient due to insufficient density
should, the coated substrate is subsequently subjected to a sharp firing
at preferably above or around 1600 ° C, which makes the support tight and also
the toxicological risks during further processing are reduced to a minimum
will be0
It is another feature of the invention that for the
Case of the separation of beryllium oxide from the gas phase by suitable adjustment
the water gas equilibrium as well as a suitable choice of the separation temperature, - the
Pressure reduction as well as the substrate temperature the process is carried out in such a way that
with increasing layer thickness of the deposited serylium oxide, the beryllium oxide layer
itself becomes smoother and smoother, based on a relatively rough base substrate
with increasing coating, a decreasing roughness is achieved
Substrates also have advantages in terms of electrical load capacity,
if these are combined into a larger volume unit in the connected state
and be in close mutual contact0 Should be in this circuit package through
an additional heat sink can reduce the temperature, a metal
suitable expansion behavior and sufficiently high melting point also with
Beryllium oxide coated, this setall flag is placed in the package,
but where W protrudes over the package for the purpose of heat dissipation and possibly an
a chassis can be screwed on. In this case, this takes over according to the invention
Metal flag, if it is electrically connected, in addition. Shielding tasksO
If toxicological concerns can be put aside, this task can
Take over anodically oxidized beryllium sheet in a particularly elegant way.