KR20050086589A - Method and structures for enhanced temperature control of high power components on multilayer ltcc and ltcc-m boards - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 다층 세라믹 회로 기판상에 또는 다층 세라믹 회로 기판에 장착된 전력 소자의 향상된 온도 제어를 위한 방법 및 구조물에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 저온 동시 소성 세라믹 회로 기판(LTCC 기판) 상의 고전력 소자를 형성하거나 장착하기 위한 방법 및 구조물에 관한 것이다. The present invention relates to methods and structures for improved temperature control of power devices mounted on or on a multilayer ceramic circuit board. More specifically, the present invention relates to methods and structures for forming or mounting high power devices on low temperature cofired ceramic circuit boards (LTCC substrates).
다층 세라믹 회로 기판은 그린 세라믹 테이프의 층들로 이루어진다. 그린 테이프는 유기 바인더 및 용제와 혼합되며 캐스팅되고 잘려서 테이프를 형성하는 특정 유리 조성물 및 선택적인 세라믹 파우더로 이루어진다. 배선 패턴이 테이프 층들 상에 스크린 프린팅되어 여러 기능을 수행한다. 비아(via)들이 테이프에 형성된 도전 잉크로 충전되어 그린 테이프 상의 배선을 다른 그린 테이프 상의 배선에 접속시킨다. 그 다음, 테이프들은 정렬되고 적층되고 소성되어, 유기 재료가 제거되고 금속 패턴이 소결되고 유리가 결정화된다. 이는 일반적으로 약 1000℃ 이하의 온도에서, 바람직하게는 약 750-950℃로부터의 온도에서 수행된다. 유리의 조성은 열 팽창 계수, 유전 상수 및 여러 전자 소자들에 대한 다층 세라믹 회로 기판의 적합성을 결정한다. The multilayer ceramic circuit board consists of layers of green ceramic tape. The green tape consists of a specific glass composition and optional ceramic powder that is mixed with an organic binder and a solvent and cast and cut to form the tape. Wiring patterns are screen printed on the tape layers to perform various functions. Vias are filled with the conductive ink formed on the tape to connect the wiring on the green tape to the wiring on another green tape. The tapes are then aligned, laminated and calcined to remove organic material, sinter the metal pattern and crystallize the glass. This is generally carried out at temperatures up to about 1000 ° C., preferably from about 750-950 ° C. The composition of the glass determines the coefficient of thermal expansion, dielectric constant and suitability of the multilayer ceramic circuit board for various electronic devices.
최근, 금속 지지 기판(금속 기판)이 그린 테이프를 지지하는데 사용되어 왔다. 금속 기판은 유리층들에 강도를 제공한다. 또한, 그린 테이프층들은 금속 기판의 양면 상에 장착될 수 있으며 적절한 접합 유리로 금속 기판에 부착될 수 있으므로, 금속 기판은 회로 및 디바이스의 강화된 복잡성 및 밀도를 가능하게 한다. 또한, 저항, 인덕터, 커패시터 등과 같은 수동 및 능동 소자들은 추가적인 기능성을 위하여 회로 기판 내에 통합될 수 있다. 따라서, 저온 동시 소성 세라믹-금속 지지 기판, 또는 LTCC-M으로 알려진 이러한 시스템은 단일 패키지 내에 여러 디바이스 및 회로를 고집적화하는 수단으로 증명되어왔다. 상기 시스템은, 예를 들어 지지 기판용 금속 및 그린 테이프의 유리를 적절하게 선택함으로써 실리콘계 디바이스, 인듐 포스파이드(indium phosphide)계 디바이스 및 갈륨 아세나이드(gallium arsenide)계 디바이스에 적합하도록 맞추어질 수 있다. Recently, metal support substrates (metal substrates) have been used to support green tape. The metal substrate provides strength to the glass layers. In addition, the green tape layers can be mounted on both sides of the metal substrate and can be attached to the metal substrate with suitable laminated glass, so that the metal substrate enables enhanced complexity and density of circuits and devices. In addition, passive and active components such as resistors, inductors, capacitors, and the like can be integrated into the circuit board for additional functionality. Thus, such systems, known as low temperature cofired ceramic-metal support substrates, or LTCC-M, have been demonstrated as a means of highly integrating multiple devices and circuits in a single package. The system can be tailored to be suitable for silicon based devices, indium phosphide based devices and gallium arsenide based devices, for example by appropriately selecting the glass of the metal and green tape for the support substrate. .
LTCC-M 구조물의 세라믹층들은 금속 지지 기판의 열 팽창 계수와 매칭되어야 한다. 유리 세라믹 조성물은 여러 금속 또는 금속 매트릭스 합성물의 열 팽창 특성을 매칭시키는 것으로 알려져 있다. 이러한 조성물들은, 예를 들어 토미 등의 미국 특허 제 5,625,808호; 쿠마르 등의 미국 특허 제 6,017,642호; 체루쿠리 등의 미국 특허 제 5,256,469호; 아자로 등의 미국 특허 제 5,565,262호에서 개시된다. 프랍후 등의 미국 특허 제 5,581,876호 는 세라믹층을 금속 지지 기판에 부착시키기 위한 접합 유리 조성물을 개시한다. 이러한 조성물 특허들은 본 명세서에 참조로서 통합된다. The ceramic layers of the LTCC-M structure must match the coefficient of thermal expansion of the metal support substrate. Glass ceramic compositions are known to match the thermal expansion properties of various metals or metal matrix composites. Such compositions are described, for example, in US Pat. No. 5,625,808 to Tommy et al .; US Pat. No. 6,017,642 to Kumar et al .; US Patent No. 5,256,469 to Cherukuri et al .; Azaro et al., US Pat. No. 5,565,262. United States Patent No. 5,581,876 to Prophu et al. Discloses a laminated glass composition for attaching a ceramic layer to a metal support substrate. Such composition patents are incorporated herein by reference.
통상적인 LTCC 및 LTCC-M 기판이 대부분의 통상적 회로 소자들에 대하여 적절한 양호한 온도 제어 및 열 소산을 가능하게 하지만, 그 기판들은 고전력 저항과 같은 고전력 소자들의 모든 형태들에 대하여 충분한 전력 소모를 제공할 수 없다. 예를 들어, 기판은 그 기판상에 통사적인 고전력 저항들의 프린팅을 가능하게 하지 않는다. 오히려, 그 기판은 표면 장착 칩 전력 저항의 사용을 요구하는데, 이는 비용이 매우 많이 소요되며 제조가 복잡하다. 따라서, 다층 LTCC 및 LTCC-M 기판의 향상된 온도 제어를 위한 방법 및 구조물을 제공하는 것이 바람직할 것이다. While conventional LTCC and LTCC-M substrates enable good temperature control and heat dissipation appropriate for most conventional circuit devices, they do not provide sufficient power consumption for all forms of high power devices such as high power resistance. Can't. For example, the substrate does not allow printing of syntactic high power resistances on the substrate. Rather, the substrate requires the use of surface mounted chip power resistors, which are very costly and complex to manufacture. Accordingly, it would be desirable to provide a method and structure for improved temperature control of multilayer LTCC and LTCC-M substrates.
도 1은 향상된 온도 제어를 갖는 다층 세라믹 회로 기판 디바이스를 제공하는 방법의 단계들에 대한 흐름도이다. 1 is a flow chart of the steps of a method of providing a multilayer ceramic circuit board device with improved temperature control.
도 2는 도 1의 공정에 의하여 형성되는 예시적인 디바이스에 대한 횡단면도이다. 2 is a cross-sectional view of an exemplary device formed by the process of FIG. 1.
도 3은 도 1 디바이스의 유리한 형태에 대한 평면도이다. 3 is a plan view of an advantageous form of the device of FIG. 1.
다층 세라믹 회로 기판은 금속과 같은 도전율이 높은 재료의 코어 및 외부 표면을 갖는 전기적으로 절연된 세라믹의 상부층을 포함한다. 본 발명에 따라, 고전력 소자를 수용하기 위한 회로 기판에는 상기 외부 표면상에서 또는 그 외부 표면 근처에서 열 발산층 및 그 열 발산층을 상기 코어에 열적으로 결합시키는, 세라믹을 관통하는 1 이상의 열적 비아가 제공된다. 비아 및 발산층은 전기적으로 절연된 열 전도성 재료를 포함한다. 최종 구조물은 발산층 상에 또는 그 발산층 근처에 형성되거나 장착되는 고전력 소자 신속한 열 소산을 제공한다. Multilayer ceramic circuit boards include a top layer of electrically insulated ceramic having a core and an outer surface of a high conductivity material such as metal. According to the present invention, a circuit board for accommodating a high power device includes at least one thermal via through a ceramic that thermally couples the heat dissipating layer and the heat dissipating layer to the core on or near the outer surface. Is provided. The via and diverging layer comprise an electrically insulated thermally conductive material. The final structure provides high power device rapid heat dissipation formed or mounted on or near the divergent layer.
본 발명의 장점들, 본질 및 여러 부가적인 특징들은 첨부된 도면과 관련하여 설명될 예시적인 실시예들에 대한 설명에서보다 확실해질 것이다. The advantages, nature and various additional features of the present invention will become more apparent from the description of exemplary embodiments to be described in conjunction with the accompanying drawings.
상기 도면들은 본 발명의 개념을 나타내기 위한 것이며 일정한 비율로 도시된 것은 아님이 이해될 것이다. It is to be understood that the drawings are intended to illustrate the concept of the invention and are not drawn to scale.
도면을 참조하여, 도 1은 향상된 온도 제어를 갖는 다층 세라믹 회로 기판 디바이스를 제공하는데 포함되는 단계들에 대한 블록 다이어그램이다. 블록 A로 도시된 제 1 단계는 전기 도전성 코어층 및 외부 표면을 가지며 상기 코어층 상부의 전기적으로 절연성의 세라믹층을 포함하는, 비소결된 다층 세라믹 회로 기판을 제공하는 단계이다. 비소결된 회로 기판은 그린 테이프 기술을 사용하여 형성된 LTCC 또는 LTCC-M 일 수 있다. 이는 유리로 이루어진 코어 그린 세라믹 테이프에 약 800-950℃에서 조밀화되는 유리 세라믹 재료를 인가함으로써 형성될 수 있다. 상기 코어는 코바(Kovar), 구리, 또는 몰리브덴-구리와 같은 금속일 수 있다. 1 is a block diagram of the steps involved in providing a multilayer ceramic circuit board device with improved temperature control. The first step, shown as block A, is to provide a non-sintered multilayer ceramic circuit board having an electrically conductive core layer and an outer surface and comprising an electrically insulating ceramic layer over the core layer. Unsintered circuit boards may be LTCC or LTCC-M formed using green tape technology. This can be formed by applying a glass ceramic material densified at about 800-950 ° C. to a core green ceramic tape made of glass. The core may be a metal such as Kovar, copper, or molybdenum-copper.
블록 B로 도시된 다음 단계는 외부 표면으로부터 세라믹층을 통해 코어로 연장되는 1 이상의 열적 비아를 형성하는 단계이다. 비아홀은 통상적으로 그린 세라믹 테이프에 홀을 펀칭함으로써 형성되며, 상기 홀들은 높은 열 전도도를 가지며 전기적으로 절연성의 재료를 형성하기 위하여 스크린 프린팅가능 잉크로 스크린 프린팅에 의하여 충전된다. 열 전도성 재료라는 용어는 본 명세서에서 40 Watt/m°K 를 초과하는 열 전도도를 갖는 질화 알루미늄(AlN)과 같은 재료를 언급한다. 잉크는 다이아몬드, 질화 알루미늄(AlN), 산화 베릴륨(BeO), 또는 탄화 실리콘(SiC), 또는 SiC 또는 탄소로 만들어지는 섬유/휘스커(fiber/whisker)와 같은 열 전도성 재료의 파우더를 포함할 수 있다. 또한, 유리 또는 PbO 및/또는 Bi2O3 또는 800-950℃ 범위에서 조밀화되는 기타 저온 용융 산화물과 같은 유리-형성 파우더를 포함할 수 있다. 다층 세라믹의 열 팽창 계수(TCE) 및 소성 수축을 매칭시키도록 파우더의 혼합이 선택된다. 유리한 잉크 혼합물은 30-70 부피 비율의 고 전도도 재료 및 나머지 유리와 저온 용융 산화물을 포함한다.The next step, shown as block B, is to form one or more thermal vias extending from the outer surface to the core through the ceramic layer. Via holes are typically formed by punching holes in green ceramic tape, which are filled by screen printing with screen printable ink to form a highly thermally conductive and electrically insulating material. The term thermally conductive material refers herein to materials such as aluminum nitride (AlN) having thermal conductivity in excess of 40 Watt / m ° K. The ink may comprise a powder of a thermally conductive material such as diamond, aluminum nitride (AlN), beryllium oxide (BeO), or silicon carbide (SiC), or fiber / whisker made of SiC or carbon. . It may also include glass-forming powders such as glass or PbO and / or Bi 2 O 3 or other low temperature molten oxides that are densified in the 800-950 ° C. range. The blend of powder is chosen to match the coefficient of thermal expansion (TCE) and plastic shrinkage of the multilayer ceramic. Advantageous ink mixtures include high conductivity materials in the 30-70 volume ratio and the remaining glass and low temperature molten oxide.
유리질의 유리 재료에 대한 대안으로서, 점성 흐름에 의하여 우선적으로 조밀화되고, 그 다음으로 소성 단계에서 결정화되는 결정화 재료를 사용할 수 있다. 비아 잉크에 대하여 결정화 유리를 사용하는 것은 추가적으로 전도도를 향상시키는 부가적인 장점을 갖는데, 이는 결정 세라믹이 일반적으로 유리질 세라믹보다 큰 전도도를 갖기 때문이다.As an alternative to glassy glass materials, it is possible to use crystallization materials which are first densified by viscous flow and then crystallized in the firing step. The use of crystallized glass for via inks has the additional advantage of further improving conductivity, since crystalline ceramics generally have greater conductivity than glassy ceramics.
제 3 단계(블록 C)는 충전된 열적 비아와 열적으로 결합되는 표면 상에 열 발산층을 형성하는 것이다. 이러한 단계는 표면 상에 있는 전기적으로 절연성이 있는 높은 열 전도성 잉크의 박층을 스크린 프린트함으로써 이루어질 수 있다. 열 발산층을 위한 잉크는 비아를 충전하는데 사용되는 물질과 동일한 물질 또는 유사한 물질로 구성되나 점성이 낮다는 장점이 있다.The third step (block C) is to form a heat dissipation layer on the surface that is thermally coupled with the filled thermal vias. This step can be accomplished by screen printing a thin layer of electrically insulating highly thermally conductive ink on the surface. The ink for the heat dissipating layer is composed of the same or similar materials as the materials used to fill the vias, but has the advantage of being low in viscosity.
블록 D에 도시된 다음 단계는 발산층과 열적으로 결합되는 고전력 소자를 형성 또는 장착하는 것이다. 본 명세서에서 사용되는 고전력 부품이란 용어는 전력 레지스터, 또는 20W 이상의 소비 전력을 갖는 전력 반도체와 같은 부품으로 간주된다. 예를 들어, 임의의 필수적인 전도성 잉크 접속층을 프린팅한 후, 고전력 레지스터는 접속층들 사이 및 발산층 위에 있는 또는 발산층에 인접한 저항성 잉크를 스크린 프린트할 수 있다. 다음 구조는 공지된 기술에 따라 조밀화되고 열처리 된다.The next step shown in block D is to form or mount the high power device thermally coupled with the diverging layer. As used herein, the term high power component is considered to be a component such as a power resistor, or a power semiconductor having power consumption of 20W or more. For example, after printing any necessary conductive ink connection layer, the high power resistor can screen print resistive ink between the connection layers and over or adjacent the emission layer. The next structure is densified and heat treated according to known techniques.
도 2는 도 1의 방법에 따라 제조된 예시적인 장치의 개략적 단면도이다. 다층 세라믹 보드 장치(20)는 외부 표면(23)을 갖는 상부 세라믹층(22)을 지지하는 금속 코어 지지 보드(21)를 포함한다. 열 발산층(24)은 표면(23)상에 또는 그 부근에 위치되며, 다수의 충전된 비아(25)는 세라믹층(22)을 통해 표면(23)으로부터 금속 코어(21)로 연장된다. 비아(25)는 물리적 콘택에 의해 표면(23)상에 있는 열 발산층(24)에 열적으로 결합된다. 레지스터와 같은 고전력 부품(26)은 발산층(24)에 열적으로 결합된다. 고전력 소자(26)는 금속 리드(27A, 27B) 사이에서 연장될 수 있다.2 is a schematic cross-sectional view of an exemplary device made according to the method of FIG. 1. The multilayer ceramic board apparatus 20 includes a metal core support board 21 supporting an upper ceramic layer 22 having an outer surface 23. The heat dissipation layer 24 is located on or near the surface 23, and the plurality of filled vias 25 extend from the surface 23 to the metal core 21 through the ceramic layer 22. Via 25 is thermally coupled to heat dissipating layer 24 on surface 23 by physical contact. High power component 26, such as a resistor, is thermally coupled to the diverging layer 24. The high power device 26 may extend between the metal leads 27A and 27B.
도 3은 도 2 장치의 바람직한 형태의 평면도이다. 여기서 고전력 레지스터(26)는 발산층(24)에 인접한 리드(27A, 27B)들 사이에서 연장될 수 있다.3 is a plan view of a preferred form of the device of FIG. The high power resistor 26 may extend between the leads 27A, 27B adjacent to the diverging layer 24.
열적 비아 조성에서 결정화 글래스의 사용으로 인해 형성 비아의 열 전도성을 더욱더 강화시킬 수 있다는 장점이 부가되며, 이는 결정성 세라믹이 비결정성(글래시(glassy)) 더욱 높은 전도성을 갖기 때문이다. 비아 잉크에 사용되는 것들과 동일한 또는 유사한 조성이 그린 테이프의 표면상의 박층으로서 제공되는 스크린 프린트가능 글레이즈 잉크(동일한 무기성의 조성을 갖지만 비아 잉크보다 점성이 낮음)를 제조하는데 사용될 수 있어, x,y 평면에서 열적 비아(도 1, 2에 도시)를 접속시키고 고온의 장치 바로 아래에서 열 분산/손실을 보다 강화시킬 수 있다.The use of crystallized glass in the thermal via composition adds the advantage of further strengthening the thermal conductivity of the forming vias, since crystalline ceramics are amorphous (glassy) with higher conductivity. The same or similar composition as those used in the via inks can be used to make screen printable glaze inks that are provided as a thin layer on the surface of the green tape, having the same inorganic composition but lower in viscosity than the via inks, so that the x, y plane Thermal vias (shown in FIGS. 1 and 2) can be connected at and further enhance heat dissipation / loss just under the hot device.
열적 비아를 위한 적절한 글래스 조성은 LTCC 그린 테이프를 형성하는데 사용되는 글래스 물질과 동일하거나 유사한 조성을 가지며, Zn-Mg-보로실리케이트, Zn-Mg-Al-보로실리케이트, Mg-Al-보로실리케이트, Pb-Zn-Al-실리케이트, Ca-Al-보로실리케이트 및 Pb-Al-실리케이트(코바 및 구리-몰리브덴-구리와 같은 금속 지지 기판 상의 LTCF 동시소결을 위한 특허 5,625,808호 및 6,017,642호에 개시됨)를 포함할 수 있다. LTCC-M 시스템에서, 열적 비아의 사용을 통해 이들이 열 손실을 더욱 보조하는 일체형 고전도성 금속 코어에 직접 연결될 수 있다는 (LTCC 단독 사용에 비해) 부가적인 장점을 갖는다.Suitable glass compositions for thermal vias have the same or similar composition as the glass materials used to form the LTCC green tape, Zn-Mg-borosilicate, Zn-Mg-Al-borosilicate, Mg-Al-borosilicate, Pb- Zn-Al-silicates, Ca-Al-borosilicates and Pb-Al-silicates (disclosed in patents 5,625,808 and 6,017,642 for LTCF co-sintering on metal support substrates such as coba and copper-molybdenum-copper) Can be. In LTCC-M systems, the use of thermal vias has the additional advantage that they can be directly connected to an integral high conductivity metal core that further aids heat loss (compared to LTCC alone).
다양한 경우에서, 전력 레지스터와 같은 전력 부품의 열 발생 표면은 히트 싱크에 직접 연결되는 열 교환 표면을 가질 수 없다. 전력 부품의 경우, 열 교환을 위해 사용되는 다수의 전기적으로 전도성인 비아는 레지스터를 단락시킨다. 따라서, 비아의 유전 특성은 증착된, 또는 막 일체식 부품으로부터 전도성 코어 히트 싱크로의 열 흐름과 관련하여 대부분의 분야에서 중요하다.In various cases, the heat generating surface of a power component such as a power resistor may not have a heat exchange surface that is directly connected to the heat sink. For power components, a number of electrically conductive vias used for heat exchange short the resistors. Thus, the dielectric properties of the vias are important in most fields with regard to the heat flow from the deposited or film-integrated component to the conductive core heat sink.
하기의 특정예를 참조로 본 발명을 더욱 명확히 이해할 수 있을 것이다.The present invention will be more clearly understood with reference to the following specific examples.
실시예Example
예를 들어, 열적으로 전도성인 비아는 무기질 부분을 이루는 50vol% 다이아몬드 파우더(SiC 휘스커, AlN 파우더, 탄소 섬유 등과 같이 열 전도성이 높은 물질 또는 4-8 미크론 입자 크기를 갖는 SJK-5이란 명칭으로 GE Micron Products에서 시판되는 것들) 및 50% 글래스 파우더(Cu-Moly-Cu 시스템을 위한 KU-8 글래스; Kovar 시스템을 위한 HEG-12 글래스)로 이루어진 잉크로부터 형성될 수 있으며, 이는 스크린 프린트 가능한 균질한 혼합물을 형성하기 위해 3-롤 밀로 혼합되며 유기 매체와 결합된다. 금속 스텐실을 통한 스크린 프린팅에 의해 LTCC 테이프층에 펀칭된 비아 홀을 채우기 위해 이러한 잉크가 사용될 수 있다. 다수의 이러한 충전된 비아 테이프층은 라미네이트를 형성하기 위해 적층되거나 라미네이팅되며, 비아는 서로 적층되어 라미네이트가 부착되게 적층물의 상부로부터 금속 코어로의 직접적인 열 경로를 제공한다. 동일한 무기성의 조성이나 낮은 고체 함량을 갖는 잉크는 비아를 서로 연결시키는 상부 테이프층 상에 패드를 프린트하는데 사용될 수 있으며 상부 표면상에서 열 발산제로 작용한다.For example, thermally conductive vias can be made from 50 vol% diamond powders (SiC whiskers, AlN powders, carbon fibers, etc.) that make up the inorganic portion, or SJK-5 with a 4-8 micron particle size. Commercially available from Micron Products) and 50% glass powder (KU-8 glass for the Cu-Moly-Cu system; HEG-12 glass for the Kovar system), which can be screen-printable homogeneous It is mixed into a 3-roll mill to form a mixture and combined with an organic medium. This ink may be used to fill the via holes punched in the LTCC tape layer by screen printing through a metal stencil. Many such filled via tape layers are stacked or laminated to form a laminate, and the vias are stacked together to provide a direct thermal path from the top of the stack to the metal core to attach the laminate to. Inks having the same inorganic composition or lower solids content can be used to print pads on top tape layers that connect vias to each other and act as heat dissipating agents on the top surface.
래스 조성 :Class composition:
본 발명이 전기적으로 전도성인 코어층, 및 상기 코어층 위에 놓이며 외부 표면을 갖는 전기적으로 절연성인 세라믹층을 포함하는 비소결된 층 세라믹 회로 보드를 제공하는 단계를 포함하는 전력 부품에 대한 열 손실을 강화시키는 다층 세라믹 회로 보드 제조 방법을 포함한다는 것을 알 수 있다. 하나 이상의 열적 비아가 세라믹층을 통해 외부 표면으로부터 코어층으로 연장되게 형성되며; 상기 표면상에 형성되는 경우 열 발산층은 열적 비아와 열적으로 결합된다. 전력 부품은 발산층에 열적으로 결합되어 형성되거나 장착되어, 전력 부품으로부터의 열은 발산층을 거쳐 비아 및 코어층을 통과한다.The invention provides a heat dissipation for a power component comprising providing a non-sintered layer ceramic circuit board comprising an electrically conductive core layer and an electrically insulating ceramic layer overlying the core layer and having an outer surface. It can be seen that it includes a method of manufacturing a multilayer ceramic circuit board to strengthen the. At least one thermal via is formed extending from the outer surface to the core layer through the ceramic layer; When formed on the surface, the heat dissipating layer is thermally coupled with the thermal vias. The power component is formed or mounted thermally coupled to the dissipation layer such that heat from the power component passes through the via and core layers via the dissipation layer.
비소결 회로 보드는 LTCC 또는 LTCC-M 세라믹 보드를 포함할 수 있다. 그리고, 코어는 코바, 구리 또는 몰리브덴을 포함할 수 있다. 열적 비아는 세라믹층에 홀을 형성하고 열적으로는 전도성이고, 전기적으로는 절연성인 물질을 형성하기 위해 상기 홀을 잉크로 충전시킴으로써 형성될 수 있다. 열 발산층은 전기적으로는 절연성이고, 열적으로는 전도성인 잉크층을 표면에 제공함으로써 형성될 수 있다.Non-sintered circuit boards may include LTCC or LTCC-M ceramic boards. And, the core may comprise coba, copper or molybdenum. Thermal vias may be formed by filling the holes with ink to form holes in the ceramic layer and to form a thermally conductive, electrically insulating material. The heat dissipating layer can be formed by providing an ink layer on the surface that is electrically insulating and thermally conductive.
또한 본 발명은 금속 코어 지지 보드; 상기 금속 코어 지지 보드 상에 배치되는 세라믹층을 포함하는 저온 동시 소성 세라믹-금속(LTCC-M) 일체식 패키지를 제공하며, 상기 세라믹층은 외부 표면 및 상기 세라믹층의 외부 표면상에 배치되는 열 발산층을 갖는다. 하나 이상의 열적으로 전도성인 비아가 금속 코어 지지 보드와 열 발산층을 열적으로 결합시시킨다. 비아는 열 발산층상에 또는 그 부근에 배치된 전력 부품의 온도를 제어한다. 전력 부품은 레지스터일 수 있다. 레지스터는 발산층 위에 놓인 또는 발산층에 인접한 접속층들 사이에 저항성 잉크를 프린팅함으로써 형성될 수 있다.The present invention also provides a metal core support board; A low temperature cofired ceramic-metal (LTCC-M) integrated package comprising a ceramic layer disposed on the metal core support board, wherein the ceramic layer is disposed on an outer surface and an outer surface of the ceramic layer. Has a diverging layer. One or more thermally conductive vias thermally bond the metal core support board and heat dissipation layer. The via controls the temperature of the power component disposed on or near the heat dissipation layer. The power component may be a resistor. The resistor can be formed by printing a resistive ink between connecting layers over or adjacent to the diverging layer.
전력 부품은 레지스터 또는 전력 반도체일 수 있다. 코어는 코바, 구리 또는 몰리브덴을 포함할 수 있다. 열적으로 전도성인 비아는 소결된 프린트가능 잉크를 포함한다. 프린트가능 잉크는 다이아몬드, 알루미늄 질화물, 베릴륨 산화물, 및 실리콘 탄화물로 이루어진 그룹에서 선택된 물질을 포함할 수 있다. 세라믹층은 다수의 세라믹 회로 보드, 전기적 부품 및 전도성 트레이스를 포함하는 적어도 하나의 세라믹 회로 보드일 수 있다.The power component may be a resistor or a power semiconductor. The core may comprise coba, copper or molybdenum. Thermally conductive vias include sintered printable inks. The printable ink may include a material selected from the group consisting of diamond, aluminum nitride, beryllium oxide, and silicon carbide. The ceramic layer may be at least one ceramic circuit board comprising a plurality of ceramic circuit boards, electrical components, and conductive traces.
상기 개시된 실시예는 가능한 다수의 특정 실시예중 일부만을 나타내는 것으로, 본 발명의 응용분야를 나타내는 것임을 알 수 있을 것이다. 다수의 변경된 구성을 본 발명의 범주내에서 당업자는 구현할 수 있을 것이다.It will be appreciated that the disclosed embodiments represent only some of the many specific embodiments possible, and represent applications of the present invention. Many modifications may be made by those skilled in the art within the scope of the invention.
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KR100954657B1 (en) * | 2005-09-01 | 2010-04-27 | 이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니 | Low temperature co-fired ceramic ltcc tape compositions, light-emitting diode led modules, lighting devices and methods of forming thereof |
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US5256469A (en) * | 1991-12-18 | 1993-10-26 | General Electric Company | Multi-layered, co-fired, ceramic-on-metal circuit board for microelectronic packaging |
US5386339A (en) * | 1993-07-29 | 1995-01-31 | Hughes Aircraft Company | Monolithic microelectronic circuit package including low-temperature-cofired-ceramic (LTCC) tape dielectric structure and in-situ heat sink |
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DE19640959A1 (en) * | 1996-10-04 | 1998-04-09 | Bosch Gmbh Robert | Multilayer circuit or sensor substrate of glass-ceramic |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100954657B1 (en) * | 2005-09-01 | 2010-04-27 | 이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니 | Low temperature co-fired ceramic ltcc tape compositions, light-emitting diode led modules, lighting devices and methods of forming thereof |
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