DE10155347A1 - Making electronic power circuit on light alloy heat sink, bonds low-melting glass layer to alloy, adds printed tracks, heats and solders-on power-semiconductors - Google Patents
Making electronic power circuit on light alloy heat sink, bonds low-melting glass layer to alloy, adds printed tracks, heats and solders-on power-semiconductorsInfo
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Elektronikeinheit und auf eine Elektronikeinheit mit einem niedrigschmelzenden metallischen Träger 1, auf dem eine Isolierschicht, auf die Isolierschicht ein Leitungsbahnsystem und auf dem Leiterbahnsystem elektronische Leistungsbauelemente angeordnet werden. Dabei ist auf dem Träger 1 unmittelbar eine Glasschicht 3 aus einem niedrigschmelzenden Glas aufgebracht, auf der ein aus einem niedrigschmelzenden Dickschichtsystem bestehendes Leiterbahnsystem angeordnet ist, das mit dem Leiterbahnsystem elektrisch leitend verbundene Leistungsbauelemente 5, 6 trägt.The invention relates to a method for producing an electronics unit and to an electronics unit with a low-melting metal carrier 1, on which an insulating layer, a conductor track system on the insulating layer and electronic power components are arranged on the conductor track system. In this case, a glass layer 3 made of a low-melting glass is applied directly to the carrier 1, on which a conductor track system consisting of a low-melting thick-layer system is arranged, which carries power components 5, 6 which are electrically conductively connected to the conductor track system.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Elektronikeinheit sowie eine Elektronikeinheit mit einem niedrigschmelzenden metallischen Träger, auf dem eine Isolierschicht, auf die Isolierschicht ein Leitungsbahnsystem und auf dem Leitungsbahnsystem elektronische Leistungsbauelemente angeordnet werden. The invention relates to a method for producing a Electronics unit and an electronics unit with a low-melting metallic carrier, on which an insulating layer, on the insulating layer Circuit system and electronic on the circuit system Power components are arranged.
Bei derartigen Verfahren ist es bekannt eine Seite des aus reinem oder mit Magnesium legiertem Aluminium bestehenden Trägers zu oxidieren, indem diese Seite in eine Säurelösung mit geringer elektrischer Leitfähigkeit bei einer Stromdichte zwischen 1 und 5 A/dm2 und einer stabilisierten Temperatur gebracht wird, um anodisch zu oxidieren, bis eine oxidierte Schicht mit einer Dicke von etwa 10 µm entstanden ist. Diese oxidierte Schicht bildet eine Isolierschicht. In such processes, it is known to oxidize one side of the support made of pure or magnesium alloyed aluminum by placing this side in an acid solution with low electrical conductivity at a current density between 1 and 5 A / dm 2 and a stabilized temperature Anodize until an oxidized layer with a thickness of approximately 10 µm is formed. This oxidized layer forms an insulating layer.
Um auf diese Isolierschicht Leiterbahnen aufdrucken zu können, muß erst eine Reinigung dieser Schicht erfolgen. Dieses Verfahren erfordert aufwendige Verfahrensschritte. In order to be able to print conductor tracks on this insulating layer, first this layer is cleaned. This procedure requires complex process steps.
Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Verfahren zur Herstellung einer Elektronikeinheit der eingangs genannten Art zu schaffen, das einfach durchführbar ist. Weiterhin soll eine Elektronikeinheit der eingangs genannten Art geschaffen werden, die bei einfachem Aufbau eine gute Ableitung der durch die elektronischen Leistungsbauelemente erzeugten Wärme gewährleistet. The object of the invention is therefore a method for producing a To create an electronic unit of the type mentioned at the beginning, that simple is feasible. Furthermore, an electronic unit of the entry mentioned type are created, which is good with a simple structure Derivation of those generated by the electronic power components Guaranteed warmth.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß unmittelbar auf den Träger eine Schicht aus einem niedrigschmelzenden Glas aufgebracht und in einem ersten Temperaturprozeß aufgesintert und dadurch eine mit dem Träger verbundene Glasschicht gebildet wird, daß auf die Glasschicht das Leiterbahnsystem als niedrigschmelzendes Dickschichtsystem aufgebracht und einem zweiten Temperaturprozeß mit einer geringeren Temperatur als der Temperatur des ersten Temperaturprozesses unterzogen wird und daß auf das Leiterbahnsystem die Leistungsbauelemente aufgebracht und elektrisch leitend verbunden werden. This object is achieved in that immediately on the carrier a layer of a low-melting glass applied and sintered in a first temperature process and thereby a glass layer connected to the carrier is formed on the Glass layer the conductor track system as low melting Thick film system applied and a second temperature process with a lower temperature than the temperature of the first temperature process is subjected to and that on the conductor system Power components are applied and electrically connected.
Für dieses einfache Prozeßschritte aufweisende Verfahren sind nur wenige unterschiedliche Produktionseinrichtungen erforderlich. Insbesondere kann auf einen besonderen Aufwand eines Reinigungsschrittes und die dazu erforderlichen Einrichtungen verzichtet werden. For this simple process steps are only procedures few different production facilities required. In particular can at a special expense a cleaning step and the necessary facilities are dispensed with.
Die unmittelbar auf den als Kühlkörper dienenden Träger aufgebrachte Isolierschicht geringer Dicke bildet nur einen geringen Wärmewiderstand und führt so zu einem weitgehend direkten Wärmeübergang und zu einer Wärmeabfuhr hoher Effektivität. Dadurch können kleine und damit kostengünstigere Leistungshalbleiterelemente eingesetzt werden. Weiterhin läßt sich eine Präzisionselektronik herstellen, bei der alle physikalischen Eigenschaften der Dickschichttechnologie genutzt werden können. Das bedeutet, daß Widerstände mit einem Temperaturkoeffizienten von < ±100 ppm eingesetzt werden können, daß Widerstände laserabgleichbar sind, daß die Schaltung ein nur geringes Rauschen aufweist und daß die Schaltung gut löt- und bondbar ist. The one applied directly to the carrier serving as a heat sink Insulating layer of small thickness forms only a low thermal resistance and thus leads to a largely direct heat transfer and one Highly effective heat dissipation. This allows small and therefore more cost-effective power semiconductor elements are used. Furthermore lets produce precision electronics in which all physical Properties of thick film technology can be used. The means that resistors with a temperature coefficient of <± 100 ppm can be used that resistors can be laser adjusted, that the circuit has little noise and that Circuit is good solderable and bondable.
Der Träger dient nicht nur als Elektronikträger sondern in Doppelfunktion auch als Kühlkörper. Ist der Träger gleichzeitig auch Teil des Elektronikgehäuses, so erfüllt er auch noch eine dritte Funktion. The carrier not only serves as an electronics carrier but also in a double function also as a heat sink. Is the carrier also part of the Electronics housing, it also fulfills a third function.
Wird die Glasschicht in einer Dicke von 15 µm bis 40 µm, vorzugsweise in einer Dicke von 25 µm aufgebracht, so ist eine Wärmeisolation nur gering, so daß eine gute Abfuhr der von den elektronischen Leistungsbauelementen erzeugten Wärme zum Träger erfolgt. If the glass layer in a thickness of 15 microns to 40 microns, preferably in applied with a thickness of 25 µm, thermal insulation is only slight, so that a good discharge of the electronic Power components generated heat is carried to the carrier.
Ein einfach durchzuführender Herstellungsschritt ergibt sich, wenn die Schicht aus Glas als Glaspaste auf den Träger aufgedruckt wird. A simple to carry out manufacturing step results if the Layer of glass as a glass paste is printed on the carrier.
Wird anschließend noch die Glaspaste in deren nassem Zustand mit einer Keramikpulverschicht bestäubt, wobei die Keramikpulverschicht aus gemahlenem Al2O3 bestehen kann, wird durch die daraus entstehende Keramikschicht eine Sperrschicht gebildet, die ein Hindurchdiffundieren des in dem Dickschichtmaterial des Leiterbahnsystems enthaltenen Silbers zu dem Träger verhindert. If the glass paste is then dusted with a ceramic powder layer in its wet state, whereby the ceramic powder layer can consist of ground Al 2 O 3 , the resulting ceramic layer forms a barrier layer which allows the silver contained in the thick-film material of the interconnect system to diffuse to the carrier prevented.
Die auf den Träger aufgebrachte Schicht aus Glas oder die aufgebrachte, mit der Keramikpulverschicht bestäubte Glaspaste wird vorzugsweise im ersten Temperaturprozeß mit einer Temperatur von < 600°C auf den Träger aufgesintert. The layer of glass applied to the support or the applied, glass paste dusted with the ceramic powder layer is preferably in first temperature process with a temperature of <600 ° C on the Sintered carrier.
Ein ebenfalls einfach durchführbarer Herstellungsschritt wird erreicht, wenn das Dickschichtsystem als Dickschichtpaste auf die Glasschicht aufgebracht wird, wobei dieser Herstellungsschritt besonders einfach durchführbar ist, wenn die Dickschichtpaste auf die Glasschicht aufgedruckt wird. A manufacturing step which is also easy to carry out is achieved if the thick film system as a thick film paste on the glass layer is applied, this manufacturing step being particularly simple is feasible if the thick-film paste is printed on the glass layer becomes.
Wird das auf die Glasschicht aufgebrachte Dickschichtsystem im zweiten Temperaturprozeß einer Temperatur von etwa 400°C bis 450°C unterzogen, so ist diese Temperatur deutlich niedriger als die Temperatur im ersten Temperaturprozeß und greift nicht die im ersten Temperaturprozeß erzeugte Glasschicht oder den Träger an. In the second, the thick layer system applied to the glass layer becomes Temperature process of a temperature of about 400 ° C to 450 ° C subjected, this temperature is significantly lower than the temperature in first temperature process and does not affect those in the first temperature process generated glass layer or the carrier.
Die Leistungsbauelemente können Leistungshalbleiterelemente und/oder Treiberbauelemente sein. The power components can be power semiconductor elements and / or Be driver components.
Zur elektrisch leitenden Verbindung können die die Leistungsbauelemente mittels Verlöten von Bonddrähten elektrisch leitend mit dem Leiterbahnsystem verbunden werden. The power components can be used for the electrically conductive connection by soldering bond wires in an electrically conductive manner with the Interconnect system to be connected.
Sind die Leistungsbauelemente als SMD-Bauelemente ausgebildet, die durch Löten elektrisch leitend mit dem Leiterbahnsystem verbunden werden, so sind sie ggf. zusammen mit weiteren auf dem Träger angeordneten Elementen besonders einfach maschinell elektrisch leitend mit den Leiterbahnen verbindbar. Are the power components designed as SMD components that electrically conductively connected to the conductor track system by soldering , they may be on the carrier together with others arranged elements particularly easily mechanically electrically conductive with the Conductors can be connected.
Die eingangs genannte Aufgabe wird zur Schaffung einer Elektronikeinheit weiterhin dadurch gelöst, daß auf dem Träger unmittelbar eine Glasschicht aus einem niedrigschmelzenden Glas aufgebracht ist, auf der ein aus einem niedrigschmelzenden Dickschichtsystem bestehendes Leiterbahnsystem angeordnet ist, das mit dem Leiterbahnsystem elektrisch leitend verbundene Leistungsbauelemente trägt. Damit wird bei einfachem Aufbau eine Wärmeabfuhr hoher Effektivität erreicht und die Verwendung von niedrigschmelzenden Werkstoffen für den Träger ermöglicht. The task mentioned at the beginning is used to create an electronic unit further solved in that a glass layer directly on the support is made of a low-melting glass, on which one is made a low-melting thick-film system Conductor system is arranged, which is electrically conductive with the conductor system connected power components. This makes it easy Building a heat dissipation high effectiveness and the use of low-melting materials for the carrier.
Weist dabei die Glasschicht auf ihrer das Leiterbahnsystem tragenden Seite eine dünne Keramikschicht auf, so kann in dem Leiterbahnmaterial enthaltenes Silber nicht zum Träger hin diffundieren. Dies ermöglicht es auch die Glasschicht besonders dünn auszuführen, was die Wärmeabfuhr noch weiter verbessert. Shows the glass layer on the one that carries the conductor track system Side a thin ceramic layer, so can in the conductor material Do not diffuse contained silver towards the wearer. This makes it possible also make the glass layer particularly thin, which reduces heat dissipation improved even further.
Dabei kann vorzugsweise die Keramikschicht aus Al2O3 bestehen. The ceramic layer can preferably consist of Al 2 O 3 .
Besteht der Träger aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung, so ist er nicht nur als leicht herstellbarer und guter Kühlkörper geeignet, sondern kann auf einfache Weise als Teil des Elektronikgehäuses verwandt werden. If the carrier consists of aluminum or an aluminum alloy, then it is not only suitable as an easy to manufacture and good heat sink, but can easily be used as part of the electronics housing become.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine Elektronikeinheit in der Seitenansicht. An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below. The only figure in the drawing shows an electronics unit in side view.
Die in der Zeichnung dargestellte Elektronikeinheit weist einen plattenförmigen Träger 1 aus Aluminium auf, der auf seiner Unterseite mit Kühlrippen 2 ausgebildet ist. Unmittelbar auf die Oberseite des Trägers 1 ist eine Glasschicht 3 aus niedrigschmelzendem Glas mit einer Dicke von etwa 25 µm aufgebracht, deren Oberseite wiederum einen dünnen Keramiküberzug besitzt. The electronics unit shown in the drawing has a plate-shaped support 1 made of aluminum, which is formed on its underside with cooling fins 2 . A glass layer 3 made of low-melting glass with a thickness of about 25 μm is applied directly to the top of the carrier 1 , the top of which in turn has a thin ceramic coating.
Dazu wurde eine Schicht Glaspaste auf den Träger 1 aufgedruckt und in ihrem noch nassen Zustand mit einem Keramikpulver aus gemahlenem Al2O3 bestäubt. Anschließend wurde der Träger 1 mit der darauf aufgedruckten und mit Keramikpulver bestäubten Glaspaste einem Temperaturprozeß mit etwas unter 600°C unterzogen und damit das Glas und die Keramik auf den Träger 1 als Glasschicht 3 mit Keramiküberzug aufgesindert. For this purpose, a layer of glass paste was printed on the carrier 1 and dusted while still wet with a ceramic powder made of ground Al 2 O 3 . Subsequently, the carrier 1 with the glass paste printed thereon and dusted with ceramic powder was subjected to a temperature process at somewhat below 600 ° C., and thus the glass and the ceramic were reduced onto the carrier 1 as a glass layer 3 with a ceramic coating.
Ebenfalls mit einem Druckverfahren wurden dann die Leiterbahnen 4 des Leiterbahnsystems, in das ein Schichtwiderstand 8 eingefügt ist, als Dickschichtpaste auf den Keramiküberzug der Glasschicht 3 aufgebracht und die gesamte Einheit einem zweiten Temperaturprozeß mit einer Temperatur von etwa 450°C unterzogen. Then, likewise with a printing process, the conductor tracks 4 of the conductor track system, into which a sheet resistor 8 is inserted, were applied as a thick-layer paste to the ceramic coating of the glass layer 3 and the entire unit was subjected to a second temperature process with a temperature of approximately 450 ° C.
Sowohl der erste als auch der zweite Temperaturprozeß erfolgten mit einer derart niedrigen Temperatur, daß dadurch keine Beeinträchtigung des aus einem niedrigschmelzenden Metall, nämlich Aluminium bestehenden Trägers 1 erfolgen kann. Both the first and the second temperature process were carried out at such a low temperature that the carrier 1 , which consists of a low-melting metal, namely aluminum, cannot be impaired.
Nun wurden die Leistungsbauelemente auf die Leiterbahnen 4 aufgesetzt
und entweder als SMD-Bauelement 5 mittels einer Lotwelle oder als
aufgesetztes Leistungsbauelement 6 mittels Verlöten von Bonddrähten 7
elektrisch leitend mit den Leiterbahnen 4 verbunden.
Bezugszeichenliste
1 Träger
2 Kühlrippen
3 Glasschicht
4 Leiterbahn
5 SMD-Bauelement
6 Leistungsbauelement
7 Bonddraht
8 Schichtwiderstand
The power components have now been placed on the conductor tracks 4 and have been connected in an electrically conductive manner to the conductor tracks 4 either as an SMD component 5 by means of a solder wave or as an attached power component 6 by means of soldering bonding wires 7 . REFERENCE NUMERALS 1 carrier
2 cooling fins
3 layer of glass
4 conductor track
5 SMD component
6 power component
7 bond wire
8 sheet resistance
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