EP3180967A1 - Schaltungsträger mit einem wärmeleitelement - Google Patents

Schaltungsträger mit einem wärmeleitelement

Info

Publication number
EP3180967A1
EP3180967A1 EP15734593.5A EP15734593A EP3180967A1 EP 3180967 A1 EP3180967 A1 EP 3180967A1 EP 15734593 A EP15734593 A EP 15734593A EP 3180967 A1 EP3180967 A1 EP 3180967A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat
layer
circuit carrier
conducting element
electrically insulating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP15734593.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Wiesa
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3180967A1 publication Critical patent/EP3180967A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0201—Thermal arrangements, e.g. for cooling, heating or preventing overheating
    • H05K1/0203—Cooling of mounted components
    • H05K1/0204—Cooling of mounted components using means for thermal conduction connection in the thickness direction of the substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0201—Thermal arrangements, e.g. for cooling, heating or preventing overheating
    • H05K1/0203—Cooling of mounted components
    • H05K1/0204—Cooling of mounted components using means for thermal conduction connection in the thickness direction of the substrate
    • H05K1/0206—Cooling of mounted components using means for thermal conduction connection in the thickness direction of the substrate by printed thermal vias
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0201—Thermal arrangements, e.g. for cooling, heating or preventing overheating
    • H05K1/0203—Cooling of mounted components
    • H05K1/0209—External configuration of printed circuit board adapted for heat dissipation, e.g. lay-out of conductors, coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0201—Thermal arrangements, e.g. for cooling, heating or preventing overheating
    • H05K1/0203—Cooling of mounted components
    • H05K1/021—Components thermally connected to metal substrates or heat-sinks by insert mounting
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0271—Arrangements for reducing stress or warp in rigid printed circuit boards, e.g. caused by loads, vibrations or differences in thermal expansion
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/18—Printed circuits structurally associated with non-printed electric components
    • H05K1/181—Printed circuits structurally associated with non-printed electric components associated with surface mounted components
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/06—Thermal details
    • H05K2201/066—Heatsink mounted on the surface of the printed circuit board [PCB]
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/09—Shape and layout
    • H05K2201/09009—Substrate related
    • H05K2201/09063—Holes or slots in insulating substrate not used for electrical connections

Definitions

  • the invention relates to a particularly flat formed circuit carrier with at least one in particular fiber-reinforced, electrically insulating layer and at least one electrically conductive layer.
  • the circuit carrier has at least one heat-conducting element which is arranged in the electrically insulating layer and, in particular at least partially or completely embedded in the electrically insulating layer, is thermally conductive.
  • Heat conduction is designed to transport heat loss across a flat Warre- ckung the circuit substrate.
  • the flat formed circuit carrier has a greater width extension than a transverse to the width extension extending thickness of the circuit substrate.
  • the heat-conducting element has at least two partial elements each formed by a metal body.
  • the heat-conducting element preferably has an electrically insulating connection layer.
  • the connecting layer is arranged between the sub-elements and is designed to electrically insulate the sub-elements from each other and to connect them to one another in a thermally conductive manner.
  • a connection arrangement may be formed in which a component that generates waste heat, for example a semiconductor component, is connected to the circuit carrier, wherein the semiconductor device is arranged in the region of the heat-conducting element.
  • the heat-conducting element can advantageously absorb the heat loss generated by the semiconductor component with a sub-element and forward it via the connecting layer to the further sub-element. The heat loss can then be advantageously discharged from the further sub-element to a heat sink, which is thermally conductively connected to the further sub-element.
  • the thermally conductive connection between the further sub-element and the heat sink is preferably a cohesive metallic connection.
  • the semiconductor component which is thermally conductive and electrically connected to the aforementioned subelement, be electrically insulated from the heat sink, in particular the heat sink.
  • the heat-conducting element preferably has a larger area-related heat capacity than the electrically conductive layer, in particular the conductor track of the circuit carrier, based on a flat extension of the circuit carrier.
  • the heat loss can advantageously be passed through the circuit carrier along its transverse to the flat extension extending thickness.
  • the heat-conducting element preferably has a greater thickness extension than the electrically conductive layer.
  • the circuit carrier is preferably flat. More preferably, the circuit carrier has a greater width or length extension than a thickness extension.
  • the connecting layer of the heat-conducting element preferably extends coplanar with the circuit carrier.
  • the heat conducting element can advantageously electrically insulate the heat conduction path through the circuit carrier.
  • the sub-elements are each formed by a copper block.
  • the heat-conducting advantageously a large
  • the partial element is formed from silver.
  • the circuit carrier can advantageously have a good thermal conductivity and thus a high power density and further advantageously a compact design.
  • the heat-conducting element in particular the partial element, has a greater thickness dimension than the electrically conductive layer.
  • the electrically conductive layer is preferably connected to the electrically insulating layer, for example a fiber-reinforced epoxy resin layer, produced from a prepreg, by means of lamination.
  • the heat conducting element can advantageously have a larger area-related heat capacity, as the electrically conductive layer, each based on a surface of the circuit substrate in its flat extension.
  • the compound layer is adhesively formed. More preferably, the bonding layer has an adhesive and is preferably self-adhesive.
  • the bonding layer preferably comprises a plastic layer, more preferably a polyamide layer or
  • Polyimide layer which may be formed for example by a film.
  • the plastic layer preferably forms a carrier layer, which is connected to at least one, preferably two adhesive layers.
  • the two adhesive layers sandwich the plastic layer.
  • the plastic layer may advantageously be adhesively bonded to the subelement via one of the two adhesive layers and adhesively bonded to the other of the two subelements via the second adhesive layer.
  • the adhesive layer is preferably formed by a dispersion adhesive, in particular acrylic adhesive.
  • the adhesive layer is formed by a resin layer.
  • the plastic layer can be glued to the sub-elements, for example, under the action of pressure and temperature.
  • the resin is, for example, epoxy resin.
  • PSA Pressure Sensitive Adhesive
  • the heat-conducting element can be advantageously provided at low cost.
  • the heat-conducting element may advantageously be formed by an insertion part.
  • the insertion part can be produced advantageously as low as an expense, preferably as an insertion part manufactured independently of the circuit carrier.
  • the sub-elements can advantageously before inserting the heat-conducting in a the
  • Heat-conducting element corresponding recess in the circuit substrate are glued together and are inserted as bonded together sub-elements in the recess.
  • the tie layer is a
  • the ceramic layer preferably comprises aluminum oxide,
  • DBM Direct-Bonded-Metal
  • DBC Direct-Bonded-Metal
  • connection between the partial element and the ceramic connecting layer is preferably a eutectic connection.
  • the sub-elements can be connected so advantageous cohesively with the connection layer.
  • both partial elements are formed from copper or aluminum, or a partial element is formed from copper and the further partial element is formed from aluminum.
  • the aforementioned eutectic compound can be produced, for example, by oxidizing the partial elements, in particular copper or aluminum elements, on one side and pressing them against the connecting layer, in particular the ceramic layer, with the metal oxide layer produced in this way. During the pressing process, the bonding layer, in particular the ceramic layer, and the at least one subelement become at least 1000
  • the heat conducting element can advantageously be produced, which advantageously has a high strength and can advantageously withstand a large number of thermal cycling without delaminating.
  • HTCC High-Temperature Cofired Ceramics
  • AMB Active Metal Brazed.
  • the AM B substrate preferably comprises at least one copper layer and at least one
  • Ceramic layer in particular aluminum oxide, silicon nitride, aluminum nitride, or beryllium oxide.
  • the heat-conducting element can advantageously have a good thermal conductivity.
  • the ceramic layer of the AM B substrate is brazed to the copper layer by means of a solder paste.
  • the circuit carrier has at least one further electrically insulating layer, wherein at least one electrically conductive layer of the circuit carrier and the heat-conducting element enclose the further electrically insulating layer between one another.
  • the heat-conducting element is connected in a thermally conductive manner by means of at least one thermally conductive metal bridge led through the further electrically insulating layer to the electrically conductive layer.
  • the thermally conductive metal bridge is preferably formed by a particular galvanically generated via.
  • the circuit carrier can advantageously be formed by laminating several prepreg layers.
  • the aforementioned electrically conductive layer which is connected to the heat-conducting element, in particular a partial element of the heat-conducting element, by means of the metal bridge, in particular cohesively, preferably extends parallel to a surface of the heat-conducting element facing the electrically conductive layer.
  • the metal bridge is formed by a particular galvanically generated via.
  • the electrically conductive layer has a recess or an opening for the heat-conducting element.
  • the heat-conducting element is advantageously passed through the electrically conductive layer and extends up to a surface of the electrically conductive layer.
  • the circuit carrier need advantageously have no aforementioned metal bridge, which is designed to connect the heat-conducting element, in particular at least one sub-element of the heat-conducting element with the electrically conductive layer thermally conductive.
  • connection layer is formed by a heat-conducting adhesive.
  • the heat-conducting adhesive preferably has epoxy resin or a silicone elastomer as adhesive matrix.
  • the heat-conducting adhesive particles in particular
  • Ceramic particles are preferably boron nitride particles or aluminum oxide particles or boron carbide particles.
  • the heat-conducting element can advantageously be produced at low cost.
  • the invention also relates to a connection arrangement comprising a circuit carrier according to the above-described type.
  • the connection arrangement has at least one semiconductor component connected to the electrically conductive layer, more preferably the connection arrangement has a heat sink, in particular a heat sink or a heat spreading element.
  • the circuit carrier is thermally conductively connected to the heat sink on a side of the circuit carrier facing away from the semiconductor component.
  • the heat loss can advantageously from the semiconductor device, in particular power semiconductor device, are transported to the heat sink, formed by the heat sink, wherein the semiconductor device is electrically isolated from the heat sink.
  • the semiconductor device and the heat sink are each connected to the circuit carrier, for example, soldered, and arranged on opposite sides of the circuit substrate.
  • the invention also relates to a method for dissipating heat loss from a semiconductor component through a circuit carrier, in particular a circuit carrier according to the above-described type, to a heat sink, in particular a heat sink.
  • the heat loss from the semiconductor device to a connected to the semiconductor device, in particular solder-bonded, electrically conductive layer is passed.
  • the heat loss is in particular passed through at least one thermally conductive metal bridge through at least one electrically insulating layer and led to an embedded in the at least one electrically insulating layer, with the metal bridge cohesively connected heat conducting element.
  • the heat loss from the heat-conducting element is released via at least one further metal bridge to a further electrically conductive layer and from there to the heat sink, in particular a heat sink.
  • the heat-conducting element has at least two sub-elements each formed by a metal body and interconnected via an electrically insulating connection layer, wherein one sub-element is connected to the metal bridge and the other sub-element of the two sub-elements is thermally conductively connected to the further metal bridge, so that the heat loss from the Semiconductor device can flow through the connection layer to the heat sink.
  • Figure 1 shows an embodiment of a method step for producing a multilayer circuit substrate, in which an opening is punched into the circuit substrate;
  • FIG. 2 shows the circuit carrier shown in FIG. 1, in which a heat-conducting element is inserted into the aperture in a further method step;
  • FIG. 3 shows the circuit carrier produced in FIG. 2, comprising the heat-conducting element;
  • FIG. 4 shows the circuit carrier illustrated in FIG. 3, in which the heat-conducting element is connected to an electrically conductive layer of the circuit carrier via metal bridges guided through an electrically insulating layer;
  • Figure 5 shows a connection arrangement comprising the circuit carrier shown in Figure 4, wherein the circuit carrier is connected to a heat sink and a semiconductor device;
  • FIG. 6 shows the circuit carrier illustrated in FIG. 4 in a plan view
  • FIG. 7 shows a variant of a connection arrangement with a circuit carrier, in which the heat-conducting element extends through at least one outer electrically conductive layer and terminates with a surface of the electrically conductive layer.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a method step for producing a multilayer circuit carrier.
  • the method step shown in FIG. 1 in a part of the circuit carrier comprising an electrically insulating layer 2, on a surface area 24 which is smaller than a surface area of the electrically insulating layer 2, by means of a punching tool 23 or a drilling tool, not shown in FIG creates a recess or a breakthrough.
  • FIG. 2 shows a method step, wherein a heat-conducting element 12 is inserted into the opening 9 previously produced in the method step shown in FIG.
  • the heat-conducting element 12 has two partial elements 13 and 14, which are each connected to one another in a heat-conducting manner by means of a connecting layer 15 and are electrically insulated from one another.
  • FIG. 3 shows the part of the circuit carrier shown in FIGS. 1 and 2, the heat-conducting element 12 being inserted into the opening 9 shown in FIG.
  • FIG. 4 shows the circuit carrier 1.
  • the circuit carrier 1 has an electrically insulating layer 3 laminated to the part of the circuit carrier shown in FIG.
  • at least one via in this exemplary embodiment three vias are generated in the electrically insulating layer 3, of which one via 16 is designated by way of example.
  • the vias are formed in this embodiment in each case by a - in particular cylindrical - metal bridge.
  • the circuit carrier 1 shown in FIG. 4 also has an electrically conductive layer 10, which is laminated to the electrically insulating layer 3.
  • the vias, such as via 16, are each designed to connect the electrically conductive layer 10 and the sub-element 13 of the heat-conducting element 12 thermally conductive and, in addition, electrically to one another.
  • an electrically insulating layer 2 facing away from the electrically insulating layer 3 side of an electrically insulating layer 4 is connected to the electrically insulating layer 2 by means of lamination.
  • at least one via in this embodiment three vias, are formed, of which one via 17 is designated by way of example.
  • the vias, such as the via 17, are each formed by a metal bridge, for example produced by electroplating or thermal spraying.
  • the vias, such as the via 17, are thermally conductively and electrically conductively connected to the subelement 14.
  • the vias, such as via 17, are connected to an electrically conductive layer 1 1, which is connected to the electrically insulating layer 4.
  • the electrically conductive layers 10 and 11 are each thermally connected to a sub-element of the heat-conducting element 12 and electrically insulated from each other.
  • a semiconductor component can be soldered onto the electrically conductive layer 10 and a heat sink can be soldered onto the electrically conductive layer 11 as a heat sink.
  • FIG. 5 shows a connection arrangement in which the circuit carrier 1 is solder-bonded to a semiconductor component 21 and to a heat sink formed by a heat sink 20.
  • the electrically conductive layer already shown in FIG. 4 is connected to the semiconductor component 21 by means of a soldering agent layer 18.
  • the semiconductor component 21 is formed, for example, by a diode, a semiconductor switch, in particular a field-effect transistor.
  • the semiconductor switch is formed for example by a housing-less semiconductor switch, also called Bare-Die, or by a housed semiconductor switch.
  • the heat sink 20 is formed in this embodiment by a copper block. In the copper block fluid channels are formed, of which a fluid channel 22 is exemplified.
  • the heat sink 20 is connected in this embodiment by means of a Lotstoff für -19 with the electrically conductive layer 1 1.
  • the heat sink 20 is arranged on the circuit carrier 1 opposite to the semiconductor component 21, so that loss heat 25 generated by the semiconductor component 21 from the semiconductor component 21 via the solder agent layer 18, the electrically conductive layer 10, the vias such as the via 16 to the subelement 13 of the heat conduction element 12 can flow.
  • the heat loss 25 can flow via the connection layer 15 to the subelement 14 and from there flow via the vias, such as via 17, to the electrically conductive layer 11 and from there via the solder layer 19 to the heat sink 20 as heat sink.
  • the heat loss can be dissipated in the heat sink 20 via a cooling fluid, for example cooling water, guided in the fluid ducts, such as the fluid duct 22.
  • the heat sink 20 may have instead of the fluid channels cooling fins, which are designed to dissipate the heat loss 25 by convection.
  • FIG. 6 shows the circuit carrier 1 already shown in FIG. 3 in an upright view.
  • the surface area 24 of the heat-conducting element 12 is smaller than the surface area of the electrically insulating layer 2 in a flat extension of the circuit carrier.
  • FIG. 7 shows a variant of the connection arrangement already shown in FIG.
  • the connection arrangement according to FIG. 7 has a circuit carrier 26 which is connected to the semiconductor component 21 by means of a solder agent layer 18 and to the heat sink 20 by means of a solder agent layer 19.
  • the circuit carrier 26 has a multilayer structure and comprises an electrically insulating layer 2 inside, further electrically conductive layers 5, 6, 7 and 8 connected to the electrically insulating layer 2 and two further, the electrically insulating layer 2 between one another enclosing, electrically insulating layers 3 and 4.
  • the electrically insulating layer 3 is connected to an electrically conductive layer 10 and the electrically insulating layer 4 is connected to an electrically conductive layer 11.
  • the electrically conductive layers 10 and 1 1 thus include the aforementioned electrically insulating layers 2, 3 and 4 and the electrically conductive layers 5, 6, 7 and 8 - in particular in the manner of a sandwich - between each other.
  • a recess in this exemplary embodiment an opening 27, can be produced in the circuit carrier 26 thus formed by means of a punching tool 23 or by means of a drilling tool.
  • the heat-conducting element 12 can then be inserted into the opening 27 in accordance with the method step shown in FIG.
  • the heat-conducting element 12 has the same thickness direction 28 as the multilayer circuit carrier 26.
  • the semiconductor component 21 extends both over the subelement 13 and over a portion of the electrically conductive layer 10.
  • the semiconductor component 21 is thus solder-bonded by means of the solder agent layer 18 to the electrically conductive layer 10 and to the subelement 13.
  • the semiconductor component 21 has an electrical connection, which is formed by a surface region of the semiconductor component 21.
  • the surface region of the semiconductor component 21 is electrically connected to the electrically conductive layer 10 via the solder agent layer 18 and is electrically and thermally conductively connected to the partial element 13 via the solder layer 18, so that loss heat 25 generated by the semiconductor component 21 can be released to the component element 13.
  • the heat loss 25 can be delivered via the electrically insulating connection layer 15 to the sub-element 14 and from there via the solder layer 19 to the heat sink 20.
  • the heat sink 20 is formed for example by a copper heat sink or by an aluminum heat sink.
  • the partial elements 13 and 14 are each formed by a metal block, for example a copper block or aluminum block.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schaltungsträger mit wenigstens einer elektrisch isolierenden Schicht und wenigstens einer elektrisch leitfähigen Schicht. Der Schaltungsträger weist wenigstens ein in der elektrisch isolierenden Schicht eingebettetes wärmeleitfähig ausgebildetes Wärmeleitelement auf. Das Wärmeleitelement ist ausgebildet, Verlustwärme quer zu einer flachen Erstreckung des Schaltungsträgers zu transportieren. Erfindungsgemäß weist das Wärmeleitelement wenigstens zwei jeweils durch einen Metallkörper gebildete Teilelemente auf. Das Wärmeleitelement weist eine elektrisch isolierend ausgebildete Verbindungsschicht auf, welche zwischen den Teilelementen angeordnet und ausgebildet ist, die Teilelemente einander elektrisch zu isolieren und miteinander wärmeleitfähig zu verbinden.

Description

Beschreibung
Titel
Schaltungsträger mit einem Wärmeleitelement
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen insbesondere flach ausgebildeten Schaltungsträger mit wenigstens einer insbesondere faserverstärkten, elektrisch isolierenden Schicht und wenigstens einer elektrisch leitfähigen Schicht. Der Schaltungsträger weist wenigstens ein in der elektrisch isolierenden Schicht angeordnetes, - insbesondere wenigstens teilweise oder vollständig in der elektrisch isolierenden Schicht eingebettetes - wärmeleitfähig ausgebildetes Wärmeleitelement auf. Das
Wärmeleitelement ist ausgebildet, Verlustwärme quer zu einer flachen Erstre- ckung des Schaltungsträgers zu transportieren. Der flach ausgebildete Schaltungsträger weist eine größere Breitenerstreckung auf als eine quer zu der Breitenerstreckung verlaufende Dickenerstreckung des Schaltungsträgers.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß weist das Wärmeleitelement wenigstens zwei jeweils durch einen Metallkörper gebildete Teilelemente auf. Bevorzugt weist das Wärmeleitelement eine elektrisch isolierend ausgebildete Verbindungsschicht auf. Die Verbindungsschicht ist zwischen den Teilelementen angeordnet und ist ausgebildet, die Teilelemente einander elektrisch zu isolieren und miteinander wärmeleitfähig zu verbinden.
Dadurch kann vorteilhaft Wärme, insbesondere Verlustwärme, von einem Teilelement zu dem weiteren Teilelement fließen, wobei die Teilelemente vorteilhaft elektrisch zueinander isoliert sind. So kann beispielsweise eine Verbindungsanordnung gebildet sein, bei der ein Verlustwärme erzeugendes Bauelement, beispielsweise ein Halbleiterbauelement, mit dem Schaltungsträger verbunden ist, wobei das Halbleiterbauelement im Bereich des Wärmeleitelements angeordnet ist. Das Wärmeleitelement kann die von dem Halbleiterbauelement erzeugte Verlustwärme vorteilhaft mit einem Teilelement aufnehmen und über die Verbindungsschicht an das weitere Teilelement weiterleiten. Die Verlustwärme kann dann vorteilhaft von dem weiteren Teilelement an einen Kühlkörper abgegeben werden, welcher mit dem weiteren Teilelement wärmeleitend verbunden ist. Die wärmeleitende Verbindung zwischen dem weiteren Teilelement und dem Kühlkörper ist bevorzugt eine stoffschlüssige metallisch ausgebildete Verbindung. So kann vorteilhaft das Halbleiterbauelement, welches mit dem zuvor erwähnten Teilelement wärmeleitfähig und elektrisch verbunden ist, von der Wärmesenke, insbesondere dem Kühlkörper elektrisch isoliert sein.
Bevorzugt weist das Wärmeleitelement eine größere flächenbezogene Wärmekapazität auf, als die elektrisch leitfähige Schicht, insbesondere Leiterbahn des Schaltungsträgers, bezogen auf eine flache Erstreckung des Schaltungsträgers.
Dadurch kann die Verlustwärme vorteilhaft entlang seiner quer zur flachen Erstreckung verlaufenden Dickenerstreckung durch den Schaltungsträger hindurchgeführt werden. Bevorzugt weist das Wärmeleitelement dazu eine größere Dickenerstreckung auf als die elektrisch leitfähige Schicht.
Der Schaltungsträger ist bevorzugt flach ausgebildet. Weiter bevorzugt weist der Schaltungsträger eine größere Breiten- oder Längenerstreckung auf als eine Dickenerstreckung.
Die Verbindungsschicht des Wärmeleitelements erstreckt sich bevorzugt koplanar zum Schaltungsträger. So kann das Wärmeleitelement vorteilhaft den Wärmeleitpfad durch den Schaltungsträger hindurch elektrisch isolieren.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Teilelemente jeweils durch einen Kupferblock gebildet. So kann das Wärmeleitelement vorteilhaft eine große
Wärmeleitfähigkeit aufweisen, welche im Falle von Kupfer wenigstens 250 Watt pro Meter und Kelvin, im Falle von Elektrolytkupfer 400 Watt pro Meter und Kelvin beträgt. In einer anderen Ausführungsform ist das Teilelement aus Silber gebildet. Der Schaltungsträger kann so vorteilhaft eine gute Wärmeleitfähigkeit und so eine große Leistungsdichte und weiter vorteilhaft eine kompakte Bauweise aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Wärmeleitelement, insbesondere das Teilelement, eine größere Dickenabmessung auf als die elektrisch leitfähige Schicht. Die elektrisch leitfähige Schicht ist bevorzugt mit der elektrisch isolierenden Schicht, beispielsweise einer faserverstärkten Epoxidharzschicht, erzeugt aus einem Prepreg, mittels Laminieren verbunden.
So kann das Wärmeleitelement vorteilhaft eine größere flächenbezogene Wärmekapazität aufweisen, als die elektrisch leitfähige Schicht, jeweils bezogen auf eine Fläche des Schaltungsträgers in seiner flachen Erstreckung.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Verbindungschicht adhäsiv ausgebildet. Weiter bevorzugt weist die Verbindungsschicht einen Klebstoff auf und ist bevorzugt selbstklebend ausgebildet. Die Verbindungsschicht umfasst bevorzugt eine Kunststoffschicht, weiter bevorzugt eine Polyamidschicht oder
Polyimidschicht, welche beispielsweise durch eine Folie gebildet sein kann. Die Kunststoffschicht bildet bevorzugt eine Trägerschicht, welche mit wenigstens einer, bevorzugt zwei Klebstoffschichten verbunden ist. Bevorzugt schließen die zwei Klebstoffschichten die Kunststoffschicht zwischeneinander ein. Dadurch kann die Kunststoffschicht vorteilhaft über eine der zwei Klebstoffschichten mit dem Teilelement verklebt sein und über die zweite Klebstoffschicht mit dem wei- teren der zwei Teilelemente verklebt sein. Die Klebstoffschicht ist bevorzugt durch einen Dispersionsklebstoff, insbesondere Acrylklebstoff gebildet. In einer anderen Ausführungsform ist die Klebstoffschicht durch eine Harzschicht gebildet. Die Kunststoffschicht kann beispielsweise unter Einwirkung von Druck und Temperatur mit den Teilelementen verklebt werden. Das Harz ist beispielsweise Epoxidharz.
Beispielsweise ist die Verbindungsschicht durch ein PSA (PSA = Pressure sensitive Adhesive) gebildet. Das Wärmeleitelement kann so vorteilhaft aufwandsgünstig bereitgestellt werden. So kann das Wärmeleitelement vorteilhaft durch ein Einfügeteil gebildet sein. Das Einfügeteil kann so vorteilhaft aufwandsgünstig, bevorzugt als unabhängig von dem Schaltungsträger gefertigtes Einfügeteil - erzeugt werden. Die Teilele- mente können vorteilhaft vor einem Einfügen des Wärmeleitelements in eine dem
Wärmeleitelement entsprechende Aussparung in dem Schaltungsträger miteinander verklebt werden und so als miteinander verklebte Teilelemente in die Aussparung eingefügt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Verbindungsschicht eine
Keramikschicht. Die Keramikschicht umfasst bevorzugt Aluminiumoxid,
Berylliumoxid, Siliciumcarbid, Borcarbid oder Bornitrid.
Bevorzugt ist das Wärmeleitelement vorteilhaft durch ein DBM-Substrat (DBM = Direct-Bonded-Metal), insbesondere DBC-Substrat (DBC = Direct-Bonded-
Copper) gebildet sein. Die Verbindung zwischen dem Teilelement und der keramisch ausgebildeten Verbindungsschicht ist bevorzugt eine eutektische Verbindung. Die Teilelemente können so vorteilhaft stoffschlüssig mit der Verbindungsschicht verbunden sein.
Beispielsweise sind beide Teilelemente aus Kupfer oder Aluminium gebildet, oder ein Teilelement ist aus Kupfer gebildet und das weitere Teilelement ist aus Aluminium gebildet.
Die zuvor genannte eutektische Verbindung kann beispielsweise dadurch erzeugt werden, dass die Teilelemente, insbesondere Kupfer- oder Aluminiumelemente, auf einer Seite oxidiert werden und mit der so erzeugten Metalloxidschicht gegen die Verbindungsschicht, insbesondere Keramikschicht, gepresst werden. Während des Pressvorgangs werden die Verbindungsschicht, insbeson- dere Keramikschicht, und das wenigstens eine Teilelement auf wenigstens 1000
Grad Celsius erwärmt. Als Ergebnis kann so vorteilhaft ein Wärmeleitelement erzeugt werden, welches vorteilhaft eine hohe Festigkeit aufweist und weiter vorteilhaft einer großen Zahl von Temperaturwechselbelastungen standhalten kann, ohne zu delaminieren. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Wärmeleitelement ein HTCC- Substrat (HTCC = High-Temperature-Cofired-Ceramics). So kann vorteilhaft eine große Wärmeleitfähigkeit des Wärmeleitelements bei zusätzlich einer guten elektrischen Isolierfähigkeit gebildet sein.
In einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform ist das Wärmeleitelement durch ein AM B-Substrat gebildet (AMB = Active-Metal-Brazed). Bevorzugt umfasst das AM B-Substrat wenigstens eine Kupferschicht und wenigstens eine
Keramikschicht, insbesondere Aluminiumoxid, Siliziumnitrid, Aluminiumnitrid, oder Berylliumoxid. So kann das Wärmeleitelement vorteilhaft eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Die Keramikschicht des AM B-Substrates ist mit der Kupferschicht mittels einer Lotpaste hartverlötet.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Schaltungsträger wenigstens eine weitere elektrisch isolierende Schicht auf, wobei wenigstens eine elektrisch leitfähige Schicht des Schaltungsträgers und das Wärmeleitelement die weitere elektrisch isolierende Schicht zwischeneinander einschließen. Das Wärmeleitelement ist mittels wenigstens einer durch die weitere elektrisch isolierende Schicht hindurchgeführte wärmeleitfähige Metallbrücke mit der elektrisch leitfähigen Schicht wärmeleitfähig verbunden. Die wärmeleitfähige Metallbrücke ist bevorzugt durch ein insbesondere galvanisch erzeugtes Via gebildet. So kann der Schaltungsträger vorteilhaft mittels Laminieren aus mehreren Prepreg-Lagen gebildet sein. Die zuvor erwähnte elektrisch leitfähige Schicht, welche mit dem Wärmeleitelement, insbesondere einem Teilelement des Wärmeleitelements, mittels der Metallbrücke, insbesondere stoffschlüssig, verbunden ist, erstreckt sich bevorzugt parallel zu einer zur elektrisch leitfähigen Schicht weisenden Oberfläche des Wärmeleitelements.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Schaltungsträgers ist die Metallbrücke durch ein insbesondere galvanisch erzeugtes Via gebildet. Das Via ist in einer anderen Ausführungsform durch thermisches Spritzen, insbesondere Plasmaspritzen, oder HVOF-Spritzen (HVOF = High-Velocity-Oxy-Fuel) erzeugt. So kann die Metallbrücke vorteilhaft in einem in der elektrisch isolierenden Schicht ausgebildeten Durchbruch angeordnet sein.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die elektrisch leitfähige Schicht eine Ausnehmung oder einen Durchbruch für das Wärmeleitelement auf. Das Wärmeleitelement ist vorteilhaft durch die elektrisch leitfähige Schicht hindurchgeführt und erstreckt sich bis zu einer Oberfläche der elektrisch leitfähigen Schicht. So braucht der Schaltungsträger vorteilhaft keine zuvor erwähnte Metallbrücke aufweisen, welche ausgebildet ist, das Wärmeleitelement, insbesondere wenigstens ein Teilelement des Wärmeleitelements mit der elektrisch leitfähigen Schicht wärmeleitfähig zu verbinden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Schaltungsträgers ist die Verbindungsschicht durch einen Wärmeleitklebstoff gebildet. Der Wärmeleitklebstoff weist bevorzugt Epoxidharz oder ein Silikonelastomer als Klebstoffmatrix auf.
Weiter bevorzugt weist der Wärmeleitklebstoff Partikel auf, insbesondere
Keramikpartikel. Die Keramikpartikel sind bevorzugt Bornitrid-Partikel oder Aluminiumoxid-Partikel oder Borcarbid-Partikel. So kann das Wärmeleitelement vorteilhaft aufwandsgünstig erzeugt werden.
Die Erfindung betrifft auch eine Verbindungsanordnung, umfassend einen Schaltungsträger gemäß der vorbeschriebenen Art. Die Verbindungsanordnung weist wenigstens ein mit der elektrisch leitfähigen Schicht verbundenes Halbleiterbauelement auf, weiter bevorzugt weist die Verbindungsanordnung eine Wärmesen- ke, insbesondere einen Kühlkörper oder ein Wärmespreizelement auf. Der Schaltungsträger ist auf einer zu dem Halbleiterbauelement abgewandten Seite des Schaltungsträgers mit dem Kühlkörper wärmeleitend verbunden. So kann die Verlustwärme vorteilhaft von dem Halbleiterbauelement, insbesondere Leistungshalbleiterbauelement, zu der Wärmesenke, gebildet durch den Kühlkörper, transportiert werden, wobei das Halbleiterbauelement von dem Kühlkörper elektrisch isoliert ist. Das Halbleiterbauelement und der Kühlkörper sind jeweils mit dem Schaltungsträger verbunden, beispielsweise lötverbunden, und auf zueinander gegenüberliegenden Seiten des Schaltungsträgers angeordnet. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Abführen von Verlustwärme von einem Halbleiterbauelement durch einen Schaltungsträger hindurch, insbesondere einen Schaltungsträger gemäß der vorbeschriebenen Art, zu einer Wärmesenke, insbesondere einem Kühlkörper hin. Bei dem Verfahren wird die Verlustwärme von dem Halbleiterbauelement an eine mit dem Halbleiterbauelement verbundene, insbesondere lötverbundene, elektrisch leitfähige Schicht geleitet. Weiter wird die Verlustwärme insbesondere über wenigstens eine wärmeleitfähi- ge Metallbrücke durch wenigstens eine elektrisch isolierende Schicht hindurchgeführt und an ein in der wenigstens einen elektrisch isolierenden Schicht eingebettetes, mit der Metallbrücke stoffschlüssig verbundenes Wärmeleitelement geführt. Weiter wird die Verlustwärme von dem Wärmeleitelement über wenigstens eine weitere Metallbrücke an eine weitere elektrisch leitfähige Schicht und von dort an die Wärmesenke, insbesondere einen Kühlkörper abgegeben.
Bevorzugt weist das Wärmeleitelement wenigstens zwei jeweils durch einen Metallkörper gebildete und über eine elektrisch isolierende Verbindungsschicht miteinander verbundene Teilelemente auf, wobei ein Teilelement mit der Metallbrücke verbunden ist und das andere Teilelement der zwei Teilelemente mit der weiteren Metallbrücke wärmeleitfähig verbunden ist, sodass die Verlustwärme von dem Halbleiterbauelement durch die Verbindungsschicht hindurch zum Kühlkörper fließen kann.
Die Erfindung wird nun im Folgenden anhand von Figuren und weiteren Ausführungsbeispielen erläutert. Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten ergeben sich aus den in den Figuren und in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Merkmalen.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Verfahrensschritt zum Erzeugen eines mehrschichtig ausgebildeten Schaltungsträgers, bei dem ein Durchbruch in den Schaltungsträger gestanzt wird;
Figur 2 zeigt den in Figur 1 gezeigten Schaltungsträger, bei dem in einem weiteren Verfahrensschritt in den Durchbruch ein Wärmeleitelement eingefügt wird; Figur 3 zeigt den in Figur 2 erzeugten Schaltungsträger umfassend das Wärmeleitelement;
Figur 4 zeigt den in Figur 3 dargestellten Schaltungsträger, bei dem das Wärmeleitelement über durch eine elektrisch isolierende Schicht hindurchgeführte Metallbrücken mit einer elektrisch leitfähigen Schicht des Schaltungsträgers verbunden ist;
Figur 5 zeigt eine Verbindungsanordnung umfassend den in Figur 4 gezeigten Schaltungsträger, wobei der Schaltungsträger mit einer Wärmesenke und einem Halbleiterbauelement verbunden ist;
Figur 6 zeigt den in Figur 4 dargestellten Schaltungsträger in einer Aufsicht;
Figur 7 zeigt eine Variante einer Verbindungsanordnung mit einem Schaltungsträger, bei dem sich das Wärmeleitelement durch wenigstens eine äußere elektrisch leitfähige Schicht erstreckt und mit einer Oberfläche der elektrisch leitfähigen Schicht abschließt.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Verfahrensschritt zum Erzeugen eines mehrschichtig ausgebildeten Schaltungsträgers. In dem in Figur 1 gezeigten Verfahrensschritt wird in einem Teil des Schaltungsträgers, umfassend eine elektrisch isolierende Schicht 2, auf einem Flächenbereich 24, welcher kleiner ist als ein Flächenbereich der elektrisch isolierenden Schicht 2, mittels eines Stanzwerkzeuges 23 oder eines in Figur 1 nicht dargestellten Bohrwerkzeuges eine Aussparung oder ein Durchbruch erzeugt.
Die elektrisch isolierende Schicht 2 ist in dem in Figur 1 gezeigten Beispiel mit weiteren elektrisch leitfähigen Schichten 5, 6, 7 und 8 verbunden, und bildet so einen Kern eines mehrschichtig ausgebildeten Schaltungsträgers. Figur 2 zeigt einen Verfahrensschritt, wobei in den zuvor in dem in Figur 1 gezeigten Verfahrensschritt erzeugten Durchbruch 9 ein Wärmeleitelement 12 eingefügt wird. Das Wärmeleitelement 12 weist zwei Teilelemente 13 und 14 auf, welche jeweils mittels einer Verbindungsschicht 15 wärmeleitend miteinander verbunden und elektrisch voneinander isoliert sind.
Figur 3 zeigt den in den Figuren 1 und 2 gezeigten Teil des Schaltungsträgers, wobei das Wärmeleitelement 12 in den in Figur 2 dargestellten Durchbruch 9 eingefügt ist.
Figur 4 zeigt den Schaltungsträger 1. Der Schaltungsträger 1 weist in einem weiteren Verfahrensschritt eine an den in Figur 3 gezeigten Teil des Schaltungsträgers auflaminierte elektrisch isolierende Schicht 3 auf. Weiter sind in der elektrisch isolierenden Schicht 3 wenigstens ein Via, in diesem Ausführungsbeispiel drei Vias erzeugt, von denen ein Via 16 beispielhaft bezeichnet ist. Die Vias sind in diesem Ausführungsbeispiel jeweils durch eine - insbesondere zylinderförmige - Metallbrücke gebildet.
Der in Figur 4 gezeigte Schaltungsträger 1 weist auch eine elektrisch leitfähige Schicht 10 auf, welche auf die elektrisch isolierende Schicht 3 laminiert ist. Die Vias wie das Via 16 sind jeweils ausgebildet, die elektrisch leitfähige Schicht 10 und das Teilelement 13 des Wärmeleitelements 12 wärmeleitfähig und zusätzlich elektrisch miteinander zu verbinden.
Auf einer von der elektrisch isolierenden Schicht 3 abweisenden Seite der elektrisch isolierenden Schicht 2 ist eine elektrisch isolierende Schicht 4 mit der elektrisch isolierenden Schicht 2 mittels Auflaminieren verbunden. In der elektrisch isolierenden Schicht 4 sind wenigstens ein Via, in diesem Ausführungsbeispiel drei Vias, ausgebildet, von denen ein Via 17 beispielhaft bezeichnet ist. Die Vias wie das Via 17 sind jeweils durch eine Metallbrücke, beispielsweise erzeugt durch Galvanisieren oder thermisches Spritzen, gebildet. Die Vias wie das Via 17 sind mit dem Teilelement 14 wärmeleitend und elektrisch leitend verbunden. Die Vias wie das Via 17 sind mit einer elektrisch leitfähigen Schicht 1 1 verbunden, welche mit der elektrisch isolierenden Schicht 4 verbunden ist. Die elektrisch leitfähigen Schichten 10 und 11 sind so jeweils mit einem Teilelement des Wärmeleitelements 12 wärmeleitfähig verbunden und voneinander elektrisch isoliert. Mit dem Schaltungsträger 4 kann so ein Halbleiterbauelement auf die elektrisch leitfähige Schicht 10 gelötet werden und auf die elektrisch leitfähige Schicht 11 ein Kühlkörper als Wärmesenke gelötet werden.
Figur 5 zeigt eine Verbindungsanordnung, bei der der Schaltungsträger 1 mit einem Halbleiterbauelement 21 und mit einer Wärmesenke, gebildet durch einen Kühlkörper 20, lötverbunden ist. Die in Figur 4 bereits gezeigte elektrisch leitfähige Schicht ist mittels einer Lotmittelschicht 18 mit dem Halbleiterbauelement 21 verbunden. Das Halbleiterbauelement 21 ist beispielsweise durch eine Diode, einen Halbleiterschalter, insbesondere einen Feldeffekttransistor, gebildet. Der Halbleiterschalter ist beispielsweise durch einen gehäuselosen Halbleiterschalter, auch Bare-Die genannt, oder durch einen eingehäusten Halbleiterschalter gebildet.
Der Kühlkörper 20 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch einen Kupferblock gebildet. In dem Kupferblock sind Fluidkanäle ausgebildet, von denen ein Fluid- kanal 22 beispielhaft bezeichnet ist. Der Kühlkörper 20 ist in diesem Ausführungsbeispiel mittels einer Lotmittelschicht 19 mit der elektrisch leitfähigen Schicht 1 1 verbunden. Der Kühlkörper 20 ist auf dem Schaltungsträger 1 zu dem Halbleiterbauelement 21 gegenüberliegend angeordnet, sodass von dem Halbleiterbauelement 21 erzeugte Verlustwärme 25 von dem Halbleiterbauelement 21 über die Lotmittelschicht 18, die elektrisch leitfähige Schicht 10, die Vias wie das Via 16 zu dem Teilelement 13 des Wärmeleitelements 12 fließen kann. Weiter kann die Verlustwärme 25 über die Verbindungsschicht 15 zu dem Teilelement 14 fließen und von dort über die Vias wie das Via 17 zur elektrisch leitfähigen Schicht 1 1 und von dort weiter über die Lotmittelschicht 19 zu dem Kühlkörper 20 als Wärmesenke fließen. Die Verlustwärme kann in dem Kühlkörper 20 über ein in den Fluidkanälen wie den Fluidkanal 22 geführtes Kühlfluid, beispielsweise Kühlwasser, abgeführt werden. Der Kühlkörper 20 kann anstelle der Fluidkanäle Kühlrippen aufweisen, welche ausgebildet sind, die Verlustwärme 25 mittels Konvektion abzuführen.
Figur 6 zeigt den in Figur 3 bereits dargestellten Schaltungsträger 1 in einer Auf- sieht. Der Flächenbereich 24 des Wärmeleitelements 12 ist kleiner ausgebildet als der Flächenbereich der elektrisch isolierenden Schicht 2 in einer flachen Er- streckung des Schaltungsträgers.
Figur 7 zeigt eine Variante der in Figur 5 bereits dargestellten Verbindungsan- Ordnung. Die Verbindungsanordnung gemäß Figur 7 weist einen Schaltungsträger 26 auf, welcher mittels einer Lotmittelschicht 18 mit dem Halbleiterbaustein 21 und mittels einer Lotmittelschicht 19 mit dem Kühlkörper 20 verbunden ist. Der Schaltungsträger 26 ist in dem in Figur 4 gezeigten Ausführungsbeispiel mehrschichtig ausgebildet und umfasst eine innenliegende elektrisch isolierende Schicht 2, weitere mit der elektrisch isolierenden Schicht 2 verbundene elektrisch leitfähige Schichten 5, 6, 7 und 8 und zwei weitere, die elektrisch isolierende Schicht 2 zwischeneinander einschließende, elektrisch isolierende Schichten 3 und 4 auf. Die elektrisch isolierende Schicht 3 ist mit einer elektrisch leitfähigen Schicht 10 verbunden und die elektrisch isolierende Schicht 4 ist mit einer elekt- risch leitfähigen Schicht 1 1 verbunden. Die elektrisch leitfähigen Schichten 10 und 1 1 schließen so die zuvor erwähnten elektrisch isolierenden Schichten 2, 3 und 4 und die elektrisch leitfähigen Schichten 5, 6, 7 und 8 - insbesondere nach Art eines Sandwiches - zwischeneinander ein. In dem so gebildeten Schaltungsträger 26 kann entsprechend dem in Figur 1 gezeigten Verfahrensschritt mittels eines Stanzwerkzeugs 23 oder mittels eines Bohrwerkzeuges eine Aussparung, in diesem Ausführungsbeispiel ein Durchbruch 27, erzeugt werden. In den Durchbruch 27 kann dann entsprechend dem in Figur 2 gezeigten Verfahrensschritt das Wärmeleitelement 12 eingefügt werden. Das Wärmeleitelement 12 weist in dem in Figur 7 gezeigten Ausführungsbeispiel dieselbe Dickenerstre- ckung 28 auf, wie der mehrschichtig ausgebildete Schaltungsträger 26.
Der Halbleiterbaustein 21 erstreckt sich in diesem Ausführungsbeispiel sowohl über das Teilelement 13, als auch über einen Teil der elektrisch leitfähigen Schicht 10. Der Halbleiterbaustein 21 ist somit mittels der Lotmittelschicht 18 mit der elektrisch leitfähigen Schicht 10 und mit dem Teilelement 13 lötverbunden. Der Halbleiterbaustein 21 weist in diesem Ausführungsbeispiel einen elektrischen Anschluss auf, welcher durch einen Oberflächenbereich des Halbleiterbausteins 21 gebildet ist. Der Oberflächenbereich des Halbleiterbausteins 21 ist über die Lotmittelschicht 18 mit der elektrisch leitfähigen Schicht 10 elektrisch verbunden und über die Lotmittelschicht 18 mit dem Teilelement 13 elektrisch und wärme- leitfähig verbunden, sodass von dem Halbleiterbaustein 21 erzeugte Verlustwärme 25 an das Teilelement 13 abgegeben werden kann. Die Verlustwärme 25 kann über die elektrisch isolierende Verbindungsschicht 15 an das Teilelement 14 und von dort über die Lotmittelschicht 19 an den Kühlkörper 20 abgegeben werden. Der Kühlkörper 20 ist beispielsweise durch einen Kupferkühlkörper oder durch einen Aluminiumkühlkörper gebildet. Die Teilelemente 13 und 14 sind jeweils durch einen Metallblock, beispielsweise einen Kupferblock oder Aluminiumblock, gebildet.

Claims

Ansprüche
1. Schaltungsträger (1 , 26) mit wenigstens einer faserverstärkten elektrisch isolierenden Schicht (2) und wenigstens einer elektrisch leitfähigen Schicht (5, 6, 7, 8, 10, 1 1), wobei der Schaltungsträger (1 , 26) wenigstens ein in einer Aussparung (9) in der elektrisch isolierenden Schicht (2) eingebettetes, wärmeleitfähig ausgebildetes Wärmeleitelement (12) aufweist, welches ausgebildet ist, Verlustwärme (25) quer zu einer flachen Erstreckung des Schaltungsträgers (1 , 26) zu transportieren,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Wärmeleitelement (12) wenigstens zwei jeweils durch einen Metallkörper gebildete Teilelemente (13, 14) und eine elektrische isolierend ausgebildete Verbindungsschicht (15) aufweist, wobei die Verbindungsschicht (15) zwischen den Teilelementen (13, 14) angeordnet und ausgebildet ist, die Teilelemente (13, 14) einander elektrisch zu isolieren und miteinander wärmeleitfähig zu verbinden.
2. Schaltungsträger (1 , 26) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verbindungsschicht (15) eine selbstklebend ausgebildete Kunststoffschicht ist.
3. Schaltungsträger (1 , 26) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verbindungsschicht (15) eine Keramikschicht ist.
4. Schaltungsträger (1 , 26) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Wärmeleitelement (12) ein Direct-Bonded-Metal-Substrat ist, bei dem das Teilelement mit einer keramisch ausgebildeten Verbindungsschicht eutektisch verbunden ist.
5. Schaltungsträger (1 , 26) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Wärmeleitelement (12) ein High-Temperature-Cofired-Ceramics-Substrat ist.
6. Schaltungsträger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens eine elektrisch leitfähige Schicht des Schaltungsträgers und das Wärmeleitelement eine weitere elektrisch isolierende Schicht (3, 4)
zwischeneinander einschließen, wobei das Wärmeleitelement (12) mittels wenigstens einer durch die weitere elektrisch isolierende Schicht (3, 4) hindurchgeführte wärmeleitfähige Metall brücke (16, 17) mit der elektrisch leitfähigen Schicht (10, 11) wärmeleitfähig verbunden ist.
7. Schaltungsträger (1) nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbrücke (16, 17) durch ein Via gebildet ist.
8. Schaltungsträger (16, 17) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verbindungsschicht (15) durch einen Wärmeleitklebstoff gebildet ist.
9. Verbindungsanordnung mit einem Schaltungsträger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8,
wobei die Verbindungsanordnung wenigstens ein mit der elektrisch leitfähigen Schicht verbundenes Halbleiterbauelement (21) aufweist und der Schaltungsträger (1) auf einer zu dem Halbleiterbauelement (21) abgewandten Seite des Schaltungsträgers (1) mit einer Wärmesenke (20) wärmeleitend verbunden ist.
10. Verfahren zum Abführen von Verlustwärme (25) von einem Halbleiterbauelement (21) durch einen Schaltungsträger (1) hindurch zu einer Wärmesenke (20), insbesondere durch den Schaltungsträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8,
bei dem die Verlustwärme (25) von dem Halbleiterbauelement (21) an eine mit dem Halbleiterbauelement (21) verbundene, insbesondere lötverbundene elektrisch leitfähige Schicht (10) geleitet wird und insbesondere über wenigstens eine wärmeleitfähige Metallbrücke (16) durch wenigstens eine elektrisch isolierende Schicht (2, 3) hindurchgeführt wird und an ein in der wenigstens einen elektrisch isolierenden Schicht (2, 3) eingebettetes, mit der Metallbrücke (16) stoffschlüssig verbundenes Wärmeleitelement (12) geführt wird, und von dem Wärmeleitelement (12) über wenigstens eine weitere Metallbrücke (17) an eine weitere elektrisch leitfähige Schicht (11) und von dort an die Wärmesenke (20) abgegeben wird, wobei das Wärmeleitelement (12) wenigstens zwei jeweils durch einen Me- tallkörper gebildete und über eine elektrisch isolierende Verbindungsschicht (15) miteinander verbundene Teilelemente (13, 14) aufweist, wobei ein Teilelement (13) mit der Metallbrücke (16) verbunden ist und das andere Teilelement (14) der zwei Teilelemente (13, 14) mit der weiteren Metallbrücke (17) wärmeleitfähig verbunden ist, so dass die Verlustwärme (25) von dem Halbleiterbauelement (21) durch die Verbindungsschicht (15) hindurch zur Wärmesenke (20) fließen kann.
EP15734593.5A 2014-08-14 2015-06-23 Schaltungsträger mit einem wärmeleitelement Ceased EP3180967A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014216194.0A DE102014216194B3 (de) 2014-08-14 2014-08-14 Schaltungsträger mit einem Wärmeleitelement, Verbindungsanordnung mit einem Schaltungsträger und Verfahren zum Abführen von Verlustwärme
PCT/EP2015/064027 WO2016023663A1 (de) 2014-08-14 2015-06-23 Schaltungsträger mit einem wärmeleitelement

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3180967A1 true EP3180967A1 (de) 2017-06-21

Family

ID=53524736

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP15734593.5A Ceased EP3180967A1 (de) 2014-08-14 2015-06-23 Schaltungsträger mit einem wärmeleitelement

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10117323B2 (de)
EP (1) EP3180967A1 (de)
CN (1) CN106576423B (de)
DE (1) DE102014216194B3 (de)
WO (1) WO2016023663A1 (de)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108292639B (zh) * 2015-12-03 2021-05-14 三菱电机株式会社 半导体装置
EP3481161A1 (de) * 2017-11-02 2019-05-08 AT & S Austria Technologie & Systemtechnik Aktiengesellschaft Bauelementträger mit nebeneinander angeordneten transistorbauelementen
EP3503694B1 (de) * 2017-12-21 2024-07-03 ZKW Group GmbH Verfahren zum herstellen einer wärmeleitenden verbindung zwischen einem leistungsbauteil und einer metallischen schicht eines schaltungsträgers
WO2020042840A1 (zh) * 2018-08-27 2020-03-05 宁波舜宇光电信息有限公司 电路板组件及其制造方法和应用
KR20220157493A (ko) * 2020-04-08 2022-11-29 셰난 서키츠 씨오., 엘티디. 임베디드 회로기판 및 그 제조 방법
DE102021109974A1 (de) * 2020-04-27 2021-10-28 At & S Austria Technologie & Systemtechnik Aktiengesellschaft Bauteilträger mit einem eingebetteten wärmeleitfähigen Block und Herstellungsverfahren
CN112040673B (zh) * 2020-06-05 2022-02-22 景旺电子科技(龙川)有限公司 线路板制造方法
DE102020209543A1 (de) * 2020-07-29 2022-02-03 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Leiterplatte mit einer ferromagnetischen Schicht
CN116250379A (zh) * 2020-09-10 2023-06-09 索尤若驱动有限及两合公司 电路板和电路组件
CN118489295A (zh) * 2021-12-15 2024-08-13 法雷奥舒适驾驶助手公司 电子组件
CN114449742A (zh) * 2022-02-15 2022-05-06 珠海方正科技多层电路板有限公司 印制电路板的制作方法及印制电路板
TWI809754B (zh) * 2022-03-11 2023-07-21 欣興電子股份有限公司 線路板及其製造方法
CN114867188A (zh) * 2022-04-29 2022-08-05 杭州阔博科技有限公司 一种元器件的导电储热传热系统

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5050040A (en) * 1988-10-21 1991-09-17 Texas Instruments Incorporated Composite material, a heat-dissipating member using the material in a circuit system, the circuit system
US5113315A (en) * 1990-08-07 1992-05-12 Cirqon Technologies Corporation Heat-conductive metal ceramic composite material panel system for improved heat dissipation
JP3671457B2 (ja) * 1995-06-07 2005-07-13 株式会社デンソー 多層基板
US6156980A (en) * 1998-06-04 2000-12-05 Delco Electronics Corp. Flip chip on circuit board with enhanced heat dissipation and method therefor
US6387507B1 (en) 2000-03-31 2002-05-14 Polese Company, Inc. High temperature co-fired ceramic and low temperature co-fired ceramic combination electronic package device and method
TW490820B (en) * 2000-10-04 2002-06-11 Advanced Semiconductor Eng Heat dissipation enhanced ball grid array package
US6727585B2 (en) * 2001-05-04 2004-04-27 Ixys Corporation Power device with a plastic molded package and direct bonded substrate
EP1276357A3 (de) * 2001-07-13 2004-08-25 Behr-Hella Thermocontrol GmbH Leiterplatte für elektrische Schaltungen
US6449158B1 (en) * 2001-12-20 2002-09-10 Motorola, Inc. Method and apparatus for securing an electronic power device to a heat spreader
JP3922642B2 (ja) * 2003-07-30 2007-05-30 日本無線株式会社 熱伝導部材付きプリント基板及びその製造方法
DE102005047025A1 (de) 2005-09-30 2007-04-05 Siemens Ag Leiterplatte
DE102007037297A1 (de) 2007-08-07 2009-02-19 Continental Automotive Gmbh Schaltungsträgeraufbau mit verbesserter Wärmeableitung
DE102008016458A1 (de) 2008-03-31 2009-10-01 Osram Gesellschaft mit beschränkter Haftung Leiterplatte
CN101686611A (zh) * 2008-09-28 2010-03-31 华为技术有限公司 多层电路板及其制作方法和通信设备
US8237260B2 (en) * 2008-11-26 2012-08-07 Infineon Technologies Ag Power semiconductor module with segmented base plate
US8410371B2 (en) * 2009-09-08 2013-04-02 Cree, Inc. Electronic device submounts with thermally conductive vias and light emitting devices including the same
DE102010011604A1 (de) 2010-03-16 2011-09-22 Eppsteinfoils Gmbh & Co.Kg Foliensystem für LED-Anwendungen
CN102340233B (zh) * 2010-07-15 2014-05-07 台达电子工业股份有限公司 功率模块
TWI437930B (zh) * 2011-05-03 2014-05-11 Subtron Technology Co Ltd 封裝載板及其製作方法
DE102011077206B4 (de) 2011-06-08 2019-01-31 Zf Friedrichshafen Ag Leiterplatte und Steuergerät für ein Getriebe eines Fahrzeugs mit der Leiterplatte
US20130025839A1 (en) 2011-07-25 2013-01-31 Endicott Interconnect Technologies, Inc. Thermal substrate
TW201320833A (zh) * 2011-11-11 2013-05-16 Schoeller Electronics Gmbh 用於壓入印刷電路板中之形成塊
US8730674B2 (en) * 2011-12-12 2014-05-20 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Magnetic fluid cooling devices and power electronics assemblies
FR2984679B1 (fr) * 2011-12-15 2015-03-06 Valeo Sys Controle Moteur Sas Liaison thermiquement conductrice et electriquement isolante entre au moins un composant electronique et un radiateur en tout ou partie metallique
DE102011090002A1 (de) * 2011-12-28 2013-02-07 Continental Automotive Gmbh Leiterplatte; Leiterplattenanordnung und Verfahren zur Herstellung einer Leiterplattenanordnung
US20140048313A1 (en) 2012-08-14 2014-02-20 Bridge Semiconductor Corporation Thermally enhanced wiring board with thermal pad and electrical post
TWI489918B (zh) * 2012-11-23 2015-06-21 Subtron Technology Co Ltd 封裝載板
DE102013220951A1 (de) 2012-12-12 2014-06-26 Robert Bosch Gmbh Leiterplatte mit einer drahtgeschriebenen Wärmesenke

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ANONYMOUS: "Power electronic substrate - Wikipedia, the free encyclopedia", 19 December 2013 (2013-12-19), XP055707323, Retrieved from the Internet <URL:https://web.archive.org/web/20131219040630/https://en.wikipedia.org/wiki/Power_electronic_substrate> [retrieved on 20200622] *
See also references of WO2016023663A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016023663A1 (de) 2016-02-18
CN106576423B (zh) 2019-08-16
US10117323B2 (en) 2018-10-30
CN106576423A (zh) 2017-04-19
US20170280552A1 (en) 2017-09-28
DE102014216194B3 (de) 2015-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102014216194B3 (de) Schaltungsträger mit einem Wärmeleitelement, Verbindungsanordnung mit einem Schaltungsträger und Verfahren zum Abführen von Verlustwärme
DE102008048005B3 (de) Leistungshalbleitermodulanordnung und Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleitermodulanordnung
EP3008753B1 (de) Leistungsmodul
DE102012214901B4 (de) Halbleiteranordnung mit einer Diffusionslotschicht auf einer gesinterten Silberschicht und Verfahren zu deren Herstellung
DE102010003533B4 (de) Substratanordnung, Verfahren zur Herstellung einer Substratanordnung, Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls und Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleitermodulanordnung
EP1829107B1 (de) Anordnung eines Halbleitermoduls und einer elektrischen Verschienung
EP0805494A2 (de) Halbleiterleistungsmodul hoher Packungsdichte in Mehrschichtbauweise
DE102014101238A1 (de) In Leiterplatten eingebettetes Leistungsmodul
DE102014109909A1 (de) Chipbaugruppe mit eingebetteter passiver Komponente
EP3332420A1 (de) Bauteilmodul und leistungsmodul
WO2010136017A1 (de) Gekühlte elektrische baueinheit
KR101988064B1 (ko) 전력 반도체 모듈 및 전력 반도체 모듈의 제조 방법
DE102009001722A1 (de) Verfahren zum Aufbringen eines Wärmeleitmediums auf eine Wärmeableitfläche
EP3273474A1 (de) Leistungselektronische schalteinrichtung, anordnung hiermit und verfahren zur herstellung der schalteinrichtung
DE112014006446B4 (de) Halbleiteranordnung
DE102004018477B4 (de) Halbleitermodul
EP2108190B1 (de) Elektronisches bauelementmodul und verfahren zu dessen herstellung
WO2009016039A1 (de) Elektronischer baustein mit zumindest einem bauelement, insbesondere einem halbleiterbauelement, und verfahren zu dessen herstellung
DE102016214607B4 (de) Elektronisches Modul und Verfahren zu seiner Herstellung
EP3273470A1 (de) Leistungselektronische schalteinrichtung, anordnung hiermit und verfahren zur herstellung der schalteinrichtung
DE102012216148A1 (de) Schaltungsanordnung mit Schaltungsträgern
DE102020212773A1 (de) Leistungsmodul
DE102011078806B4 (de) Herstellungsverfahren für ein leistungselektronisches System mit einer Kühleinrichtung
DE102009022877A1 (de) Gekühlte elektrische Baueinheit
EP3360158B1 (de) Zweiseitig gekühlter schaltkreis

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20170314

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

TPAC Observations filed by third parties

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNTIPA

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: ROBERT BOSCH GMBH

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20200630

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R003

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN REFUSED

18R Application refused

Effective date: 20220602