DE4030532A1 - In hybridtechnik aufgebaute mehrlagenschaltung und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

In hybridtechnik aufgebaute mehrlagenschaltung und verfahren zu deren herstellung

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Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine in Hybridtechnik aufgebaute Mehrlagenschaltung gemäß der Gattung des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zu deren Herstellung. Die in Hybridtechnik aufgebauten bekannten Schaltungsanordnungen verwenden ein Al2O3-Substrat, auf das eine Mehrlagenschaltung aufge­ bracht ist. Die übereinander angeordneten mehreren Schal­ tungslagen werden von Isolationsschichten und dazwischen­ liegenden gedruckten Leiterbahnen gebildet. Die einzelnen Schichten werden in jeweils einem Sintervorgang aufgebracht, so daß die unterste Schaltungsebene mehrere Sintervorgänge durchlaufen muß, und zwar soviele Sintervorgänge, wie Schaltungsschichten vorgesehen sind. Bei jedem Sintervorgang werden die in den gedruckten Schaltungen enthaltenen Bauelemente - wie beispielsweise Widerstände - in ihrer Wertigkeit verändert, so daß eine Vielzahl von Sintervorgängen größere Toleranzfehler zur Folge hat.
Damit die Mehrlagenschaltung auch Bauelemente mit größerer Verlustleistung aufnehmen kann, ist es erforderlich, daß die von diesen Bauelementen erzeugte Verlustleistung mög­ lichst gut abgeführt wird.
In der deutschen Patentanmeldung P 39 32 213 ist eine Verbundanordnung mit einer Lei­ terplatte aus Keramiksubstrat beschrieben, bei der das Ke­ ramiksubstrat auf eine metallische Grundplatte aufgeklebt ist. Im Bereich der Leistungsbauelemente ist anstelle des Klebers eine Wärmeleitpaste vorgesehen, die eine verbes­ serte Wärmeleitfähigkeit zwischen Keramiksubstrat und der metallischen Grundplatte bewirkt. Eine noch bessere Wärme­ übertragung zwischen Leistungsbauelementen und einer me­ tallischen Grundplatte könnte jedoch dadurch erreicht werden, wenn möglichst wenig Zwischenschichten zwischen einer Mehrlagenschaltung und einem darunter befindlichen metallischen Grundkörper vorhanden sind.
Vorteile der Erfindung
Eine in Hybridtechnik aufgebaute Mehrlagenschaltung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat dem gegenüber den Vorteil, daß eine besonders gute Wärmeübertragung zwischen der Mehrlagenschaltung und dem metallischen Grundkörper erfolgt. Es entfällt das üblicherweise verwendete Al2O3- Substrat als Zwischenträger und eine Klebeschicht, die bei bekannten Mehrlagenschaltungen diesen Zwischenträger mit einer metallischen Grundplatte verbindet. Gegenüber her­ kömmlichen Mehrlagenschaltungen wird somit nicht nur eine verbesserte Wärmeableitung zum Metallgrundkörper erreicht, sondern es werden auch zusätzliche Schichten und die damit verbundenen Material- und Arbeitskosten eingespart. Die direkt auf den Metallgrundkörper aufgebrachte Glaskeramik­ schicht dient zur Verbindung der Folienstapel mit dem Metallgrundkörper. Die weiteren darüber befindlichen Schaltungslagen sind in Folientechnik -Dickschicht auf grüner Keramik- aufgebaut und jeweils durch Glaskeramik­ schichten gegeneinander elektrisch isoliert.
Der Metallgrundkörper kann als massiver Montagekörper aus­ gebildet sein, der Bohrungen oder sonstige Befestigungs­ elemente aufweisen kann, um an Halterungen oder einem Ge­ häuse oder dergleichen befestigt werden zu können.
Die Mehrlagenschaltung ist vorzugsweise so aufgebaut, daß für Leistungsbauelemente mit erhöhter Verlustleistung Aus­ sparungen in der Mehrlagenschaltung vorgesehen sind, in die diese Leistungsbauelemente eingesetzt und auf der Oberfläche des Metallgrundkörpers wärmeleitend verbunden sind. Als Verbindungsmittel kann eine Wärmeleitpaste mit Klebeeigenschaften verwendet werden. Auf diese Weise wird eine besonders gute Wärmeableitung auch bei Auftreten grö­ ßerer Verlustleistungen möglich.
Als besonders geeignetes Material für das Substrat, wel­ ches den Metallgrundkörper bildet, hat sich Titan erwiesen. Dieses Metall hat einerseits eine gute Wärme­ leitfähigkeit und andererseits den Vorteil, daß sich die Mehrlagenschaltung gut auf diesem Material aufbringen läßt.
Ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Mehrlagenschaltung ist im Anspruch 5 angegeben. In einem ersten Verfahrensschritt wird eine Glaskeramikpaste auf das Substrat, oder als Folgeschritt auf den Folienstapel aufgedruckt. In einem zweiten Verfahrensschritt werden mehrere ungesinterte Glaskeramikfolien mit jeweils einer aufgedruckten Schaltungsstruktur übereinander auf den Me­ tallgrundkörper aufgelegt. Erst dann wird das gesamte, mehrlagige Paket in einem einzigen Sintervorgang gebrandt, wobei sich die elastischen Glaskeramikfolien in harte Glaskeramikschichten umwandeln und die unterste Glaskera­ mikschicht sich mit dem Metallgrundkörper verbindet. Die Beeinträchtigung der Bauelementegenauigkeit durch mehrere Sintervorgänge, wie sie beim Stand der Technik üblich sind, wird bei diesem Verfahren vermieden. Ein zusätzli­ cher Klebevorgang zum Aufkleben der Mehrlagenschaltung auf einen metallischen Grundkörper entfällt, so daß eine ra­ tionellere Herstellung durch Einsparung zusätzlicher Ver­ fahrensschritte erreicht wird.
Zeichnung
Die Erfindung wir anhand eines in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Mehrlagenschaltung mit Metallgrundkörper im Schnitt entlang der Schnittlinie AB von Fig. 2 und
Fig. 2 die Draufsicht auf einen Ausschnitt einer Mehrla­ genschaltung in stark vergrößertem Maßstab.
In Fig. 1 ist ein Ausschnitt aus einer in Hybridtechnik aufgebauten Mehrlagenschaltung dargestellt, bei der auf einem Metallgrundkörper 1 zwei Schaltungsebenen 2, 3 aufge­ bracht sind. Jede der Schaltungsebenen 2, 3 wird von in Dickschichttechnik auf eine Glaskeramikschicht 4, 5 aufge­ brachten Schaltungsstrukturen 6, 7 gebildet. Von der oberen Schaltungsstruktur 7 sind im dargestellten Schnitt die beiden Leiterbahnen 8, 9 ersichtlich, die über Leitungs­ drähte 10, 11 mit einem Leistungsbauelement 12 elektrisch leitend verbunden sind. Das Leistungsbauelement 12 befin­ det sich in einer Aussparung 13 und ist direkt auf die Oberfläche des Metallgrundkörpers 1 aufgeklebt.
Zur besseren Anbindung des Folienstapels an das Metall des Metallgrundkörpers 1 kann dessen Oberfläche mit einer zu­ sätzlichen Glaskeramikschicht 15 versehen sein.
In Fig. 2 ist die Draufsicht der in Fig. 1 dargestellten Mehrlagenschaltung gezeigt. Die Metallgrundplatte 1 bildet das Substrat für die übereinander angeordneten Glaskera­ mikschichten 4, 5, wobei die unterste Glaskeramikschicht 4 direkt auf der Metallgrundplatte 1 aufgebracht ist. Am oberen Rand steht die Metallgrundplatte 1 gegenüber den Mehrlagenschaltungen etwas über und besitzt eine Montage­ öffnung 14, an der die Metallgrundplatte 1 mit einer hier nicht dargestellten Halterung oder einem Gehäuse ver­ schraubt werden kann.

Claims (5)

1. In Hybridtechnik aufgebaute Mehrlagenschaltung mit meh­ reren auf einem Substrat übereinander aufgebrachten Schaltungslagen, die jeweils durch eine dazwischenliegende Isolationsschicht gegeneinander isoliert sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein Metallgrundkörper (1) ist, auf den als unterste Schaltungslage (2) eine Glaske­ ramikschicht (4) mit aufgedruckter Schaltung (6) direkt aufgebracht ist.
2. Mehrlagenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallgrundkörper (1) als massiver Montagekörper ausgebildet ist und Befestigungseinrichtun­ gen (14) besitzt.
3. Mehrlagenschaltung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Schaltungsschichten der Mehrlagenschaltung wenigstens eine Aussparung (13) vorge­ sehen ist, in die ein Leistungsbauelement (12) eingesetzt und auf der Oberfläche des Metallgrundkörpers (1) mit die­ sem wärmeleitend verbunden ist.
4. Mehrlagenschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallgrundkör­ per (1) aus Titan oder einer Titanlegierung oder einer Aluminiumlegierung oder einer Kupferlegierung besteht.
5. Verfahren zur Herstellung einer Mehrlagenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen Metall­ grundkörper (1) mehrere biegsame Glaskeramikfolien mit je­ weils einer aufgedruckten Schaltungsstruktur (6, 7) über­ einander aufgelegt werden, und das dann in einem Sinter­ vorgang unter Wärmeeinwirkung sämtliche Glaskeramikfolien gemeinsam zu einem mehrere Schaltungslagen (2, 3) beinhal­ tenden Glaskeramikkörper gebrannt werden, wobei sich die unterste Glaskeramikschicht (4) mit dem Metallgrundkörper (1) verbindet.
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