DE3520945C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Trägerelement zur Aufnahme elektrischer und/oder elektronischer Bauteile und/oder Schaltungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein solches Trägerelement ist aus dem DE-GM 66 08 942 bekannt. Probleme bei der konstruktiven Gestaltung erge­ ben sich insoweit, als wärmeerzeugende elektrische und/ oder elektronische Bauteile und Schaltungen, insbesondere Halbleiter und beziehungsweise in Form hybride(r) Schal­ tungen so angeordnet werden müssen, daß die erzeugte Wärme abgeführt werden kann, um Zerstörungen der Bauelemente durch thermische Beanspruchungen zu vermeiden. Dabei muß die erforderliche Wärmesenke aber elektrisch isoliert angebracht werden, um Fehlströme und Kurzschlüsse zu ver­ meiden. Das bekannte Trägerelement kann diese Bedingungen nur teilweise und insbesondere bei der Führung hoher Ströme entlang den Leiterbahnen nicht erfüllen, da diese auf einer sehr dünnen Emailschicht von etwa 50 µm mittels Dickfilmtechnik, also einem Aufdruckverfahren, aufgebracht sind. Dieses Herstellungsverfahren ist zudem mehrstufig und damit aufwendig.

Ein unter der Bezeichnung GE-Verfahren bekannter Lösungs­ vorschlag sieht vor, ein keramisches Substrat, vorzugs­ weise auf der Basis von Aluminiumoxid, beidseitig mit Kupfer zu beschichten, wodurch eine 3-Schicht-Platte gebildet wird. Die Direktbindung der Kupferbeschichtung auf das keramische Substrat geschieht dabei wie folgt:
Der Schmelzpunkt von reinem Kupfer liegt bei 1083°C. Infolgedessen kann ein Kupferfilm auf ca. 1065°C aufge­ heizt werden, wobei sich in Gegenwart von Sauerstoff oberflächlich eine eutektische Schmelzhaut bildet. Diese Schmelzhaut auf der ansonsten festen Kupferfolie benetzt dann die Oberfläche des keramischen Grundkörpers und bildet, nach Abkühlung, einen Cu₂O-Cu-Komplex, über den der keramische Grundkörper und die Kupferfolie direkt miteinander verbunden sind.

Anschließend werden durch Ätzen Bereiche der Kupferfolie entfernt, unter Ausbildung der gewünschten jeweiligen Leiterbahnen.

Das Verfahren zur Herstellung derartiger Trägerelemente erfordert eine sehr aufwendige und komplizierte Verfahrens­ führung. Darüber hinaus ist die Schichtdicke der Kupfer­ folie auf maximal 0,3 mm begrenzt, so daß insbesondere für Anwendungsbereiche, in denen größere Ströme von beispielsweise 50 oder 100 Ampère fließen müssen, derartig hergestellte Trägerelemente nicht geeignet sind. Ein weiterer Nachteil der bekannten Anordnung besteht darin, daß die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten des keramischen Substrates und der Kupferauflage bei der Weiterverarbeitung zu Problemen durch thermische Spannungen zwischen den Materialien führen.

Die Erfindung hat sich insoweit zum Ziel gesetzt, ein Trägerelement der eingangs genannten Art sowie ein Ver­ fahren zu seiner Herstellung zur Verfügung zu stellen, mit dem wärmeerzeugende elektrische und/oder elektronische Bauelemente und/oder Schaltungen in unmittelbarer Nähe einer Wärmesenke elektrisch isolierend, aber mit einem guten thermischen Kontakt zur Wärmesenke angeordnet werden können. Dabei soll der konstruktive und material­ mäßige Aufbau des Trägerelementes so sein, daß auch größere Ströme geführt werden können.

Die Erfindung steht unter der Erkenntnis, daß bekannte Trennschichten zwischen den stromführenden Leiterbahnen und einer dazu im Abstand angeordneten Wärmesenke entweder keine ausreichenden elektrischen Isoliereigenschaften beziehungsweise keine ausreichende thermische Leitfähig­ keit aufweisen, oder aber aufgrund ihrer Verbindung mit den Leiterbahnen beziehungsweise der Wärmesenke deren konstruktive Gestaltung nur in bestimmten Grenzen ermöglichen.

Die Erfindung schlägt nunmehr ein Trägerelement zur Aufnahme elektrischer und/oder elektronischer Bauteile und/oder Schaltungen mit einer Wärmesenke und mindestens einer zugeordneten Leiterbahn vor, mit einer zwischen Wärmesenke und Leiterbahn angeordneten, elektrisch iso­ lierenden und thermisch leitenden Emailschicht, wobei die Leiterbahn als fertiges Bauteil mittels der Email­ schicht unmittelbar an der Wärmesenke unter Ausbildung eines Verbundkörpers festgelegt ist.

In einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, die Leiterbahn nicht unmittelbar als fertiges Bauteil mit der Emailschicht zu verbinden, sondern die Leiter­ bahn aus einer zuvor mit der Wärmesenke über die Email­ schicht verbundene Leiterplatte durch einen nachfolgen­ den Trennvorgang auszubilden, was nachstehend noch näher beschrieben wird.

Aus der DE-AS 17 66 528 ist es bekannt, einen Grundkör­ per über eine Zwischenschicht mit einem fertigem Bauteil, nämlich einem Halbleiterplättchen zu verbinden. Dabei besteht die Zwischenschicht jedoch aus einem elektrisch leitenden Cermet-Material und das Halbleiterplättchen wird unter Zwischenschaltung eines Metallfilms, der auf dem Email liegt, auf den Metallfilm aufgelötet. Damit kann das bekannte Trägerelement die geforderte elektrische Isolierung nicht leisten und ist überdies kompliziert in seiner Herstellung.

Es hat sich überraschend herausgestellt, daß es eine Vielzahl anorganischer, vorzugsweise oxidischer Gläser gibt, die die genannten Eingenschaften erfüllen und ins­ besondere leicht zu verarbeiten sind. An erster Stelle sind hier die verschiedenen Emailqualitäten zu nennen.

Die Aufbringung eines Emails auf einem metallischen Träger ist seit langem bekannt, Hauptanwendungsgebiete für Emaillierungen sind jedoch Haushaltsgeräte aus Stahl­ blech, sanitäre Einrichtungen aus Gußeisen, Getränkebe­ hälter oder dergleichen sowie Kunst- und Kunstgewerbe­ gegenstände.

Emails sind Spezialgläser von der Art der chemisch bestän­ digen aluminiumhaltigen Borosilikatgläser, deren Zusammen­ setzung und Eigenschaften dem jeweiligen Anwendungsgebiet angepaßt sind. Ihre Struktur leitet sich von einem drei­ dimensionalen Raumnetz aus SiO₄-Tetraedern ab, in dessen Hohlräumen sich Alkaliionen oder andere Kationen niedriger Wertigkeit befinden. Email ist zwar schon bei Raumtemperatur ein guter elektrischer Isolator, die elek­ trischen Isoliereigenschaften können aber noch ver­ bessert werden, wenn Emails geringen Alkaligehaltes be­ ziehungsweise alkalifreie Emails verwendet werden. Vorzugs­ weise wird derartigen Emails dann ein Gehalt von PbO, BaO, CaO, TiO₂ und/oder Al₂O₃ zugegeben, so daß schwächer gebundene Kationen durch stärker gebundene Kationen ersetzt werden, um die Ionenwanderung so gering wie möglich zu halten. Im übrigen kann die elektrische Leitfähigkeit ganz allgemein durch erhöhte Anteile an Netzwerkbildnern optimiert werden.

Die Verwendung von Emails niedrigen Alkaligehaltes hat darüber hinaus den Vorteil, daß der Schmelzpunkt derartiger Emails erniedrigt wird, wodurch ihr Einsatzbereich sich erweitert. Derartige Emails sind dann beispielsweise auch zur Emaillierung von Körpern aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen geeignet. Die Brenntemperatur sinkt dann auf bis zu 550°C, liegt also deutlich unterhalb der Schmelztemperatur des Aluminiums, so daß sich auch verfahrenstechnisch Vorteile ergeben.

Die relativ geringen Brenntemperaturen machen allerdings auch eine erhöhte Sauberkeit des Rohstoffes erforderlich, insbesondere in bezug auf organische Verunreinigungen, deren Ausbrenntemperaturen nur knapp unter der Brenntempe­ ratur liegen.

Das Verfahren zur Herstellung eines derartigen Trägerelementes ist in einer ersten Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, daß ein Emailschlicker, insbesonders der vorstehend genann­ ten Art, auf die der Leiterbahn zugewandten Fläche der Wärmesenke und/oder die der Wärmesenke zugewandte Fläche der Leiterbahn aufgebracht, die Leiterbahn beziehungs­ weise die Wärmesenke auf den aufgebrachten Emailschlicker aufgesetzt und Wärmesenke und Leiterbahn mit dazwischen aufgebrachtem Emailschlicker getrocknet und anschließend in einem gemeinsamen Pyroprozeß bis zum Schmelzen und Verlaufen des Emailschlickers gebrannt und anschließend abgekühlt werden, unter Ausbildung eines festen Verbundes zwischen Wärmesenke, Emaillierung und Leiterbahn.

Grundsätzlich kann also in konventioneller Weise emailliert werden, indem zunächst ein Emailschlicker auf eine me­ tallische Unterlage aufgebracht wird. Im Anschluß daran wird dann allerdings der korrespondierende Bauteil des Trägerelementes auf den noch flüssigen Emailschlicker aufgesetzt. Wird also zunächst eine Oberfläche der Wärme­ senke mit dem Emailschlicker überzogen, so werden die Leiterbahnen anschließend einzeln oder in fester Zuordnung zueinander auf den flüssigen Metallschlicker aufgelegt, und erst dann wird der Verbund aus Wärmesenke, Email­ schlicker und Leiterbahnen gebrannt, wobei sich die je­ weilige Brenntemperatur einerseits nach den verwendeten Metallen, insbesondere aber nach der Schmelztemperatur des aufgebrachten Emails richtet. Nach dem Schmelzen und Verlaufen des Emails sowie anschließendem Abkühlen steht dann ein fester Verbund von Wärmesenke, festem Email und Leiterbahnen zur Verfügung.

Es wird deutlich, daß dieses Verfahren besonders leicht durchführbar ist und in praktisch einem Arbeitsgang das komplette Trägerelement hergestellt werden kann. Bezüglich der Dicke der Email-Zwischenschicht, aber auch der Dicke der Leiterbahnen sind die Grenzen sehr viel weiter gezogen, als im Stand der Technik. So kann ohne weiteres eine Emailschicht von bis zu 1 mm oder darüber aufgebracht werden; auch die Leiterbahnen können Dicken von deutlich über 0,3 mm, wie sie das Maximum für nach dem GE-Verfahren hergestellte Trägerelemente darstellt, aufweisen, z. B. 1 mm.

Ebenso ist es möglich, anstelle fertiger Leiterbahnen auch zunächst eine vollflächige Leiterplatte aufzubringen und die Leiterbahnen erst nachträglich auszubilden, indem die zwischen ihnen befindlichen Aussparungen durch einen Trennvorgang wie Ätzen oder Laserschneiden am fertigen Werkstück gebildet werden (zweite Ausführungsform gemäß Anspruch 20).

Aufgrund der hervorragenden thermischen Leitfähigkeit und elektrischen Isoliereigenschaften der genannten Mate­ rialien für die Zwischenschicht sieht eine Ausführungsform der Erfindung vor, die Wärmesenke und Leiterbahnen nur im Bereich der Leiterbahnflächen vollflächig miteinander zu verbinden.

Der Brennprozeß der Emaillierung kann so geführt werden, daß beispielsweise die oben auf dem Emailschlicker auf­ liegende Leiterbahnen teilweise in die Emailschicht eindringen, wodurch ein besonders fester Verbund und günstige Isoliereigenschaften gefördert werden.

Als Materialien für die Wärmesenke und/oder die Leiter­ bahnen eignen sich insbesondere metallische Werkstoffe, wie Stahl, Aluminium, Kupfer, Gold, Silber oder deren Legierungen.

Die Wärmesenke sowie die Leiterbahnen des erfindungsge­ mäßen Trägerelementes können aus dem gleichen metallischen Werkstoff bestehen, beispielsweise Kupfer.

Ebenso ist es möglich, Wärmesenke und Leiterbahnen aus unterschiedlichen Werkstoffen herzu­ stellen, beispielsweise die Wärmesenke unmittelbar als Kühlkörper aus Aluminium zu gestalten, während die Leiter­ bahnen aus einer Kupferplatte ausgeformt sind. Weiterhin ist es möglich, die jeweils für die Wärmesenke und/oder Leiterbahnen verwendeten Metalle oberflächlich mit einem anderen Metall beziehungsweise einer anderen Metallegie­ rung zu beschichten.

Die Auswahl der geeigneten metallischen Materialien rich­ ten sich dabei einmal nach den gewünschten physikalischen Parametern, andererseits wird die Auswahl der geeigneten Metalle aber auch in Abhängigkeit des jeweils verwendeten Emails erfolgen, insbesondere um die Wärmeausdehnungs­ koeffizienten der Materialien so aufeinander abzustimmen, daß am fertigen Trägerelement Spannungen der unterschied­ lichen Materialschichten vermieden werden. Die Einstellung kann dabei so erfolgen, daß das Email unter einer leichten Druckspannung gegenüber den Metallflächen steht, da es nur schlechte Zugfestigkeits-Eigenschaften aufweist.

Die Qualität und die physikalischen Eigenschaften des Emails können durch Zusätze unterschiedlichster Art, wie Fluoride, Sulfide usw. in diesem Sinne beeinflußt werden.

Es ist jetzt auch möglich, komplizierte hybride Schaltungen auf einem derartigen Trägerelement anzuord­ nen, ohne die Funktionssicherheit zu gefährden. So kön­ nen beispielsweise Kombinationen von Transistoren, Dioden und anderen Halbleiterelementen ohne weiteres auf den Leiterbahnen des Trägerelementes auf kleinstem Raum angeordnet werden. Der Anschluß an weitere Bauelemente erfolgt dann über die nach außen über den Emaillierungsbereich vorstehenden Leiterfüße.

Durch die aufgrund der beschriebenen Anordnung möglichen Leiterbahnen großer Dicke, können diese auch mit großen Strömen von über 100 Ampère beaufschlagt werden.

Besonders vorteilhaft ist es, um die von den einzelnen elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen und/oder Schaltungen abgegebene Wärme möglichst schnell und voll­ ständig abzuführen, die Leiterbahnen, auf denen die einzel­ nen Bauteile angeordnet sind, nicht nur relativ dick zu gestalten, sondern auch flächenmäßig größer als die Bauteile selbst auszuführen, wodurch wegen der größeren Durchtrittsfläche der Wärmewiderstand insgesamt sinkt, und eine Vergleichmäßigung der abzuführenden Wärme erreicht werden kann. Der sehr intensive Kontakt zwischen Leiterbahn und dem darunter liegenden Email ermöglicht ferner auch die schnelle und weitestgehend vollständige Durchleitung der Wärme zu der unter dem Email angeordneten Wärmesenke.

Die Wärmesenke kann als einfache Metallplatte ausgebildet sein, die auf einem darunter angeordneten Kühlkörper aufgeklebt, gelötet oder sonstwie befestigt wird.

Als besonders vorteilhaft gilt jedoch die Ausführungsform, bei der die Wärmesenke, das heißt der mit dem Email unmit­ telbar verbundene Träger selbst Bestandteil des Kühl­ körpers und vorzugsweise mit diesem integral ausgebildet ist, weil dann nicht nur eine besonders günstige Wärme­ ableitung erreicht werden kann, sondern auch die zur Herstellung einer kompletten elektronischen Anlage not­ wendigen Bauteile weiter reduziert werden.

Bezüglich der Auswahl der Materialien und deren konstruk­ tiver Gestaltung sind unterschiedliche Ausführungsformen möglich, die von den jeweiligen Anwendungs­ bedingungen und insbesondere von den jeweils aufzunehmenden elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen und/oder Schaltungen abhängig sind.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung, sofern sie nicht vorstehend aufgeführt sind, ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier Ausführungs­ beispiele näher erläutert, dabei zeigt

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines Trägerelementes mit einem darauf angeordneten diskreten elektronischen Bauteil.

Fig. 2a Eine Aufsicht auf ein Träger­ element mit darauf angeordneter hybrider Schaltung.

Fig. 2b Eine Schnittdarstellung entlang der Linie B-B gemäß Fig. 2a.

Fig. 1 zeigt ein Trägerelement, be­ stehend aus einer Wärmesenke 10, auf deren Oberfläche zumindest teilweise eine Emaillierung 12 aufgebracht ist, auf der wiederum eine Leiterbahn 14 angeordnet ist. Die Leiterbahn 14 selbst dient zur Aufnahme eines dis­ kreten elektronischen Bauelementes 16, hier eines Halb­ leiters.

Die Wärmesenke 10 ist in Form einer rechteckigen Platte mit einer planen Oberfläche 18 gestaltet und besteht aus Kupfer, ebenso kann aber auch jedes andere wärme­ leitende Material, insbesondere jedes andere gut wärme­ leitende Metall verwendet werden.

Es ist auch möglich, die Wärmesenke 10 beispielsweise aus Aluminium herzustellen, das oberflächlich mit einer Kupferbeschichtung versehen ist.

Die Platte der Wärmesenke 10 weist in den Eckbereichen Durchgangsbohrungen 20 auf, über die weitere Bauteile, beispielsweise ein gerippter Kühlkörper aus Aluminium (nicht dargestellt) an der Wärmesenke 10 befestigt werden.

Ein Teilbereich der Oberfläche 18 der Wärmesenke 10 ist mit der Emaillierung 12 versehen, hier einem alkalifreien Email.

Die Leiterbahn 14, die im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 als flächige Platte ausgebildet ist, besteht aus Kupfer, jedoch kann anstelle von Kupfer auch jedes andere elektrisch leitende Material Verwendung finden.

Durch einen gemeinsamen Herstellungsvorgang sind Wärme­ senke 10, Emaillierung 12 und Leiterbahn 14 ortsfest miteinander verbunden.

Zur Herstellung wird die Wärmesenke 10 oberflächlich nach Vorbehandlung durch Entfetten, gegebenenfalls auch Beizen oder, insbesondere bei der Verwendung von Aluminium als Material für die Wärmesenke, durch Vorbehandlung in chromhaltigen Bädern mit einem viskosen Emailschlicker beschichtet, beispielsweise durch Besprühen. Die Begrenzung des zu beschichtenden Teils der Oberfläche 18 der Wärme­ senke 10 kann beispielsweise durch eine geeignete Matrize erfolgen. Auf den noch viskosen Emailschlicker wird dann die ebenso wie die Wärmesenke 10 vorbehandelte Leiter­ bahn 14 aufgelegt. Anschließend wird der Emailschlicker 12 auf bekannte Weise getrocknet und die Anordnung aus Wärme­ senke 10, Emailschlicker und Leiterbahn 14 in einen Ofen geführt, der bis auf eine Temperatur aufgeheizt und solange auf dieser Temperatur gehalten wird, bis die Emailbeschichtung schmilzt und einen geschlossenen Film, die Emaillierung 12, bildet. Wärmesenke 10 und Leiterbahn 14 sind dann fest mit der Emaillierung 12 und damit auch unmittelbar untereinander verbunden.

Die jeweils einzustellende Brenntemperatur und Dauer hängt von dem verwendeten Email und den eingesetzten Werkstoffen für die Wärmesenke 10 beziehungsweise die Leiterbahn 14 ab und kann zwischen ca. 550 und 1100°C betragen.

Vorzugsweise werden Zusätze dem Emailschlicker zugegeben, die das elektrische Isoliervermögen fördern, wie PbO, BaO, CaO, Al₂O₃ und/oder TiO₂, die im übrigen auch eine Erniedrigung des Schmelzpunktes bedingen.

Auf die Leiterbahn 14 wird dann in bekannter Weise das jeweilige elektronische Bauelement, hier ein Halbleiter, beispielsweise durch Kleben oder Löten aufgebracht.

In den Fig. 2a, 2b ist eine weitere Ausführungsform eines Trägerelementes dargestellt.

Dieses besteht wiederum aus einer Wärmesenke 10 von im wesentlichen rechteckiger Grundfläche. Auf der Oberfläche 18 der Wärmesenke 10 ist auch hier eine Emaillierung 12 aufgebracht und zwar, wie sich insbesondere aus Fig. 2a ergibt, von im wesentlichen rechteckiger Grundfläche, so daß zwischen Emaillierung 12 und dem Randbereich 22 der Wärmesenke 10 ein nichtemaillierter Bereich 24 ver­ bleibt.

Auf der Emaillierung 12 sind eine Vielzahl von Leiterbah­ nen 14 angeordnet, die die Emaillierung 12 randseitig unter Ausbildung sogenannter Leiterbeine 27 überragen, wobei die Leiterbeine 27, wie sich aus Fig. 2b ergibt, nach oben abgewinkelt sind.

Auf den Leiterbahnen 14 sind im Abstand zueinander ver­ schiedene Transistoren 26 unter Ausbildung einer hybriden Schaltung in bekannter Weise angeordnet.

Die Materialien für die Wärmesenke 10, die Emaillierung 12 beziehungsweise die Leiterbahnen 14 entsprechen denen gemäß Fig. 1.

Auch die Herstellung des Trägerelementes gemäß Fig. 2a, b entspricht weitestgehend der anhand der Fig. 1 beschriebenen, jedoch sind die einzelnen Leiterbahnen umlaufend zunächst noch über einen Stützring miteinander verbunden, so daß die insgesamt und in einem Arbeitsgang auf den flüssigen Emailschlicker aufgelegt werden können. Erst nach dem Brand wird dann der umlaufende Stützring (in den Figuren nicht dargestellt) abgetrennt.

Über die nach oben abgewinkelten Leiterbeine 27 können die auf dem Trägerelement angeordneten Bauteile 26 mit weiteren Bauteilen der elektronischen Anlage verbunden werden (nicht dargestellt).

Durch die Gestaltung des Trägerelementes und die Verwendung insbesondere eines Emails zur Abführung der von den verschiedenen Bauelementen 16, 26 abgegebenen Wärme und zur elektrischen Isolierung der Leiterbahnen 14 gegenüber der Wärmesenke 10 wird nicht nur eine optimale Anpassung der einzelnen Bauteile aneinander und ein ein­ faches Herstellungsverfahren ermöglicht, sondern auch die Verwendung besonders dicker Leiterbahnen, wodurch dickere Schichten für höhere Ströme zur Verfügung stehen, was den Anwendungsbereich des Träger­ elementes erheblich erweitert, ohne auf die übrigen Eigen­ schaften verzichten zu müssen.

Je nach Anwendungsbereich können dann auch die Materialien für die Wärmesenke 10, die Leiterbahnen 14 und die Emaillierung 12 so ausgewählt werden, daß eine möglichst optimale Abstimmung ihrer Wärmeausdehnungskoeffizienten erfolgt, was bei den nach dem Stand der Technik bekann­ ten Anordnungen nicht oder nur bedingt möglich ist.

Unabhängig von den verwendeten Materialien wird eine Direktemaillierung der zu emaillierenden Bauteile ermöglicht.

Die beschriebene Anordnung ermöglicht es schließlich auch, daß die Wärmesenke 10 unmittelbar selbst als Kühl­ körper ausgebildet ist, das heißt die Emaillierung 12 unmittelbar auf der Oberfläche des Kühlkörpers aufge­ bracht wird. Der Kühlkörper kann ein konventioneller Kühlkörper, beispielsweise ein geripptes Bauteil aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und - soweit erforderlich - oberflächlich zusätzlich noch mit einer Metallplattierung, beispielsweise aus Kupfer, versehen sein.

Die Zahl der für die gesamte elektronische Anlage benö­ tigten Bauteile wird so weiter gemindert, darüber hinaus wird die Wärmeabfuhr von den Bauteilen 16, 26 über die Leiterbahnen 14 und die Emaillierung 12 auf den die Wärme­ senke 10 bildenden Kühlkörper weiter begünstigt.

Beispielhaft wurden Halbleiter als auf dem Trägerelement anzuordnende elektrische Bauteile genannt. Soweit vorstehend von elektrischen und/ oder elektronischen Bauteilen und/oder Schaltungen gespro­ chen wird, umfaßt dieser Begriff sämtliche derartige Bauteile, also beispielsweise auch Widerstände, Dioden integrierte Halbleiter und komplette LSI-Schaltkreise.

Claims (22)

1. Trägerelement zur Aufnahme elektrischer und/oder elek­ tronischer Bauteile und Schaltungen (16, 26) mit einer Wärmesenke (10) und zumindest einer zugeordneten Lei­ terbahn (14) mit einer zwischen Wärmesenke (10) und Leiterbahn (14) angeordneten, elektrisch isolierenden und thermisch leitenden Emailschicht (12), dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahn (14) als fertiges Teil mittels der Emailschicht (12) unmittelbar an der Wärmesenke (10) unter Ausbildung eines Verbundkörpers festgelegt ist.

2. Trägerelement zur Aufnahme elektrischer und/oder elek­ tronischer Bauteile und Schaltungen (16, 26) mit einer Wärmesenke (10) und zumindest einer zugeordneten Lei­ terbahn (14) mit einer zwischen Wärmesenke (10) und Leiterbahn (14) angeordneten, elektrisch isolierenden und thermisch leitenden Emailschicht (12), dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahn (14) mittels der Emailschicht (12) unmittelbar an der Wärmesenke (10) unter Ausbildung eines Verbundkörpers festgelegt ist, wobei die Leiter­ bahn (14) aus einer zuvor mit der Wärmesenke (10) über die Emailschicht (12) verbundenen Leiterplatte durch einen nachfolgenden Trennvorgang gebildet worden ist.

3. Trägerelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmesenke (10) und die Leiterbahn (14) im Bereich der Leiterbahnfläche vollflächig über die Email­ schicht (12) miteinander verbunden sind.

4. Trägerelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmesenke (10) flächendeckend mit der elek­ trisch isolierenden und thermisch leitenden Emailschicht (12) versehen ist.

5. Trägerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Emailschicht (12) im Abstand unterhalb der Oberfläche der Leiterbahn ( 14) steht.

6. Trägerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Emailschicht (12) bündig mit der Oberfläche der Leiterbahn (14) verläuft.

7. Trägerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmesenke (10) und die Leiterbahn (14) aus einem metallischen Werkstoff besteht.

8. Trägerelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmesenke (10) und die Leiterbahn (14) aus dem gleichen metallischen Werkstoff bestehen.

9. Trägerelement nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmesenke (10) und die Leiterbahn (14) aus Stahl, Aluminium, Kupfer, Gold, Silber oder anderen Le­ gierungen besteht.

10. Trägerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmesenke (10) mit einem Kühlkörper verbunden ist.

11. Trägerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmesenke (10) als Kühlkörper ausgebildet ist.

12. Trägerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahn (14) eine zur Übertragung großer Ströme bis zu über 100 Ampère ausreichende Dicke aufweist.

13. Trägerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahn (14) gegenüber den darauf angebrach­ ten elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen und/ oder Schaltungen (16, 26) eine größere Grundfläche aufweist.

14. Trägerelement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Email der Schicht (12) alkalifreies Email ist.

15. Trägerelement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Email einen Gehalt an AL₂O₃, B₂O₃, PbO, CaO, TiO ₂ und/oder BaO aufweist.

16. Trägerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der elektrisch isolierenden und thermisch leitenden Emailschicht (12) einen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials der Wärmesenke (10) und/oder der Leiterbahn (14) angepaßten Wärmeausdehnungskoeffizienten auf­ weist.

17. Trägerelement nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch isolierende und thermisch leitende Emailschicht (12) eine Dicke von bis zu über 1,0 mm und die Leiterbahn (14) eine Dicke von mehr als 0,3 mm aufweist.

18. Verfahren zur Herstellung eines Trägerelementes nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. ein Emailschlicker auf
• 1.1 die der Leiterbahn (14) zugewandte Fläche der Wärmesenke (10) und/oder
• 1.2 die der Wärmesenke (10) zugewandte Flächen der Leiterbahn (14) aufgebracht,
• 2.1 die Leiterbahn (14) bzw.
• 2.2 die Wärmesenke (10) auf den aufgebrachten Emailschlicker aufgesetzt, und
• 3. Wärmesenke (10) und Leiterbahn (14) mit dazwischen aufgebrachtem Emailschlicker getrocknet und
• 4. anschließend in einem gemeinsamen Pyroprozeß bis zum Schmelzen und Verlaufen des Email­ schlickers gebrannt und
• 5. anschließend abgekühlt werden,
• 6. unter Ausbildung eines festen Verbundes zwischen Wärmesenke (10), Emaillierung (12) und Leiterbahn (14).

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahn (14) in Form einer mit einem Stützrahmen für die Leiterbahn (14) versehenen Leiterplatte aufgebracht wird, wobei die zwischen den Leiterbahnen (14) bestehenden Aussparungen durch ein Trennverfahren wie Ätzen, Stanzen oder Laserschneiden zuvor gebildet worden sind.

20. Verfahren zur Herstellung eines Trägerelementes nach einem der Ansprüche 2 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. ein Emailschlicker
• 1.1 auf einer Leiterplatte zugewandte Fläche der Wärmesenke (10) und/oder
• 1.2 die der Wärmesenke (10) zugewandte Fläche der Leiterplatte aufgebracht,
• 2.1 die Leiterplatte bzw.
• 2.2 die Wärmesenke (10) auf den aufgebrachten Emailschlicker auf­ gesetzt und
• 3. Wärmesenke (10) und Leiterplatte mit da­ zwischen aufgebrachtem Emailschlicker getrocknet und
• 4. in einem gemeinsamen Pyroprozeß bis zum Schmelzen und Verlaufen des Emails gebrannt und
• 5. anschließend gekühlt werden,
• 6. unter Ausbildung eines festen Verbundes zwischen Wärmesenke (10), Emaillierung (12) und Leiterplatte, wobei
• 7. die Leiterplatte anschließend durch einen Trennvorgang wie Ätzen oder Laser­ schneiden derart behandelt wird, daß
• 8. nur noch die gewünschten Leiterbahnen (14) auf der Emaillierung (12) verbleiben.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Emailschlicker durch Tauchauftrag oder Spritzen aufgebracht wird.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Emailschlicker durch elektrophoretischen Tauchauftrag oder Spritzauftrag mit elektro­ statischer Aufladung des Spritznebels aufge­ bracht wird.