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技術 多層冷却体

出願人 セラムテックゲゼルシャフトミットベシュレンクテルハフツング
発明者 アレクサンダードーンローランドディルシュローラントレナイス
出願日 2015年9月9日 (5年5ヶ月経過) 出願番号 2017-513494
公開日 2017年9月14日 (3年5ヶ月経過) 公開番号 2017-527123
状態 特許登録済
技術分野 電気装置の冷却等 電場又は磁場に対する装置又は部品の遮蔽 プリント板の構造
主要キーワード メタライゼーション領域 妨害放射 回路平面 回路構成部材 電磁両立性 冷却エレメント 回路エレメント レーザ穿孔
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年9月14日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (2)

課題・解決手段

限られたスペース上に別の回路エレメントコイルコンデンサ)を収容し、または回路遮蔽するために必要となる付加的な回路エレメントを収容することができるようにするために、メタライゼーション領域が、少なくとも2つのメタライゼーション平面において上下に配置されており、支持体(1)は、表面を有しており、該表面上には、第1のメタライゼーション平面において焼結されたメタライゼーション領域が配置されていて、該メタライゼーション領域は、電子的な構成エレメントを支持し、かつ/または該メタライゼーション領域自体が抵抗またはコイルを形成するように、構造化されており、メタライゼーション領域は、構成エレメントおよび/または形成された抵抗またはコイルと共に1つのセラミックス製のプレート(5)により覆われており、任意でセラミックス製のプレート上に、焼結されたメタライゼーション領域とは別のメタライゼーション領域が別のメタライゼーション平面において配置されていて、それぞれ1つのセラミックス製のプレートにより覆われており、前記冷却エレメントとは反対の側の最上位のセラミックス製のプレート(5)上には、回路エレメントを収容するために、焼結されたメタライゼーション領域が1つのメタライゼーション平面において配置されていることが提案される。

概要

背景

概要

限られたスペース上に別の回路エレメントコイルコンデンサ)を収容し、または回路遮蔽するために必要となる付加的な回路エレメントを収容することができるようにするために、メタライゼーション領域が、少なくとも2つのメタライゼーション平面において上下に配置されており、支持体(1)は、表面を有しており、該表面上には、第1のメタライゼーション平面において焼結されたメタライゼーション領域が配置されていて、該メタライゼーション領域は、電子的な構成エレメントを支持し、かつ/または該メタライゼーション領域自体が抵抗またはコイルを形成するように、構造化されており、メタライゼーション領域は、構成エレメントおよび/または形成された抵抗またはコイルと共に1つのセラミックス製のプレート(5)により覆われており、任意でセラミックス製のプレート上に、焼結されたメタライゼーション領域とは別のメタライゼーション領域が別のメタライゼーション平面において配置されていて、それぞれ1つのセラミックス製のプレートにより覆われており、前記冷却エレメントとは反対の側の最上位のセラミックス製のプレート(5)上には、回路エレメントを収容するために、焼結されたメタライゼーション領域が1つのメタライゼーション平面において配置されていることが提案される。

目的

本発明の根底を成す課題は、冷却エレメントと、焼結されたメタライゼーション領域とを備えたセラミックス製の支持体を改良して、別の回路エレメント(コイル、コンデンサ)のためにより多くのスペースを提供し、かつ/または回路を遮蔽するために必要となる付加的な回路エレメントが収容され得るようにすることである

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

冷却エレメントと、焼結されたメタライゼーション領域とを備えるセラミックス製の支持体(1)であって、前記メタライゼーション領域は、少なくとも2つのメタライゼーション平面において上下に配置されており、前記支持体(1)は、表面を有しており、該表面上には、第1のメタライゼーション平面において焼結されたメタライゼーション領域が配置されていて、該メタライゼーション領域は、電子的な構成エレメントを支持し、かつ/または該メタライゼーション領域自体が抵抗またはコイルを形成するように、構造化されており、前記メタライゼーション領域は、前記構成エレメントおよび/または前記形成された抵抗またはコイルと共に1つのセラミックス製のプレート(5)により覆われており、任意で前記セラミックス製のプレート(5)上に、焼結された前記メタライゼーション領域とは別のメタライゼーション領域が別のメタライゼーション平面において配置されていて、それぞれ1つのセラミックス製のプレートにより覆われており、前記冷却エレメントとは反対の側の最上位のセラミックス製のプレート(5)上には、回路エレメントを収容するために、焼結されたメタライゼーション領域が1つのメタライゼーション平面において配置されていることを特徴とする、冷却エレメントおよび焼結されたメタライゼーション領域を備えるセラミックス製の支持体(1)。

請求項2

前記冷却エレメントは、前記支持体(1)に設けられた複数のフィン(10)であるか、または前記支持体(1)の内部の冷却通路である、請求項1記載の支持体。

請求項3

前記付加的なメタライゼーション平面は、電子的な構成エレメントを支持し、かつ/または該メタライゼーション平面自体が抵抗またはコイルを形成するように、構造化されている、請求項1または2記載の支持体。

請求項4

前記支持体は、セラミックス製の材料である酸化アルミニウムAl2O3または窒化アルミニウムAlNから成っている、請求項1から4までのいずれか1項記載の支持体。

請求項5

回路エレメントを収容するための前記最上位のメタライゼーション平面が、銅から成っており、前記別の内側のメタライゼーション平面が、タングステンから成っている、請求項1から5までのいずれか1項記載の支持体。

請求項6

請求項1から4までのいずれか1項記載の支持体を製造する方法であって、冷却エレメントを備えたセラミックス製の前記支持体(1)の製造後にメタライゼーション平面を製造するために、(a)前記支持体の表面の部分領域に、タングステン−ガラスペーストスクリーン印刷コーティングし、少なくとも1つの箇所で、前記タングステン−ガラスペーストを前記支持体の外側エッジに達するまで印刷し、(b)次いでコーティングされていない面に、絶縁ペーストを印刷し、その後に前記タングステン−ガラスペーストと前記絶縁ペーストとを脱脂し、(c)次いで研削されたセラミックス製のプレートを脱脂された前記ペースト上に載置し、(d)次いで任意で前記方法ステップ(a),(b)および(c)を繰り返し、この場合に前記セラミックス製のプレートに印刷し、(e)最後に、側部のメタライゼーション部を形成するために、前記支持体の側面への銅ペーストの別のスクリーン印刷ステップによって、内側のタングステンメタライゼーション部を最上位の銅メタライゼーション部に接続する、ことを特徴とする、支持体を製造する方法。

請求項7

前記側部のメタライゼーション部の代わりにまたは付加的に、複数のメタライゼーション平面の間に、前記内側のタングステンメタライゼーション部と前記最上位の銅メタライゼーション部とを電気的に接続するためのビアを導入する、請求項6記載の方法。

技術分野

0001

本発明は、冷却エレメントと、焼結されたメタライゼーション領域とを備えるセラミックス製の支持体に関する。

0002

Al2O3(酸化アルミニウム)またはAlN(窒化アルミニウム)から成る、空気冷却または液体冷却されたセラミックス製の支持体は、その表面に、構造化されたメタライゼーション部(CuまたはCu−Ni−AuまたはW−Ni−Au)を支持し、該メタライゼーション部上に直接に回路構成部材ろう付けされ得る。電子素子においてますます進む小型化または増大するスイッチング周波数に伴い、シールドコイルコンデンサのような別の回路エレメントが、支持体の表面上で上記構成部材の直ぐ近くで必要とされ得る。その間に上昇するスイッチング周波数により、高周波数妨害放射(Stoerstrahlung)が形成される。この妨害放射は、電磁両立性EMC)の問題を阻止するために手間をかけて遮蔽されなければならない。

0003

したがって、本発明の根底を成す課題は、冷却エレメントと、焼結されたメタライゼーション領域とを備えたセラミックス製の支持体を改良して、別の回路エレメント(コイル、コンデンサ)のためにより多くのスペースを提供し、かつ/または回路を遮蔽するために必要となる付加的な回路エレメントが収容され得るようにすることである。

0004

本発明によれば、この課題は、請求項1に記載された支持体により解決される。

0005

本発明に係るセラミックス製の支持体は、冷却エレメントと、焼結されたメタライゼーション領域とを有していることを特徴とする。これらのメタライゼーション領域は、少なくとも2つのメタライゼーション平面において上下に配置されている。支持体は、表面を有している。この表面上で、第1のメタライゼーション平面において、焼結されたメタライゼーション領域が配置されている。これらのメタライゼーション領域は、電子的な構成エレメントを支持し、かつ/または該メタライゼーション領域が抵抗またはコイルを形成するように構造化されており、これらのメタライゼーション領域は、前記構成エレメントおよび/または形成された抵抗またはコイルと共に、1つのセラミックス製のプレートにより覆われており、任意で、該セラミックス製のプレート上に、このメタライゼーション領域とは別の焼結されたメタライゼーション領域が別のメタライゼーション平面に配置されており、それぞれセラミックス製のプレートにより覆われており、前記冷却エレメントとは反対の側の最上位のセラミックス製のプレート上には、回路エレメントを収容するために、焼結されたメタライゼーション領域が1つのメタライゼーション平面において配置されている。

0006

したがって、限られたスペース上に別の回路エレメント(コイル、コンデンサ)を収容し、または回路を遮蔽するために必要となる付加的な回路エレメントを収容することができるようにするために、本発明によれば、少なくとも1つの付加的なメタライゼーション平面が、回路平面と冷却平面(フィンまたは液状の冷却媒体を有する平面)との間に導入される。この覆われたメタライゼーション部は、外側の回路平面と同一の材料から成っているか、または別の、有利にはより高い融点の金属から成っていてよい。外側および内部に位置する金属製のエレメントの間のコンタクトは、ビア(打抜き、レーザ穿孔)によって、またはセラミックスの縁部に到達するまで引き出され、外側で接続された構造体によって形成され得る。この内側の層は、さらに構造化され得る。内側の層は、障害挙動を改善し、電子的な構成部材を収容することができる。適切な構造化および金属の選択により、抵抗およびコイルを実現することができる。この内側の層は、カバー層と共に、幾何学形状および間隔により規定され得る容量を形成することができる。

0007

冷却エレメントは、支持体に設けられた複数のフィンであるか、または支持体の内部の冷却通路である。

0008

本発明の有利な態様では、付加的なメタライゼーション平面が、電子的な構成エレメントを支持し、かつ/または該メタライゼーション平面が抵抗またはコイルを形成するように、構造化されている。構成エレメントは、この場合、全てがセラミックス製のプレートにより覆われ得るように、メタライゼーション部内に組み込まれている。メタライゼーション部もしくはメタライゼーション領域が、抵抗またはコイルを形成するように構造化されている場合、メタライゼーション部は、セラミックス製のプレートが容易に載置され得る平面を形成する。

0009

支持体は、有利にはセラミックス製の材料である酸化アルミニウムAl2O3または窒化アルミニウムAlNから成っている。両方の材料は、良好な熱伝導性を有しており、電導性ではない。メタライゼーション領域は、これらの材料に容易に焼結され得る。

0010

回路エレメントを収容するための最上位のメタライゼーション平面は、有利には銅から成っており、内側に位置するメタライゼーション平面はタングステンから成っている。

0011

本発明に係る支持体を製造するための本発明に係る方法は、冷却エレメントを備えたセラミックス製の支持体の製造後にメタライゼーション平面を製造するために、
(a)支持体の表面の部分領域に、タングステン−ガラスペーストスクリーン印刷コーティングし、少なくとも1つの箇所で、タングステン−ガラスペーストを支持体の外側エッジに達するまで印刷し、
(b)次いでコーティングされていない面に、絶縁ペーストを印刷し、その後にタングステン−ガラスペーストと絶縁ペーストとを脱脂し、
(c)次いで、研削されたセラミックス製プレートを脱脂されたペースト上に載置し、
(d)次いで任意で、前記方法ステップ(a),(b)および(c)を繰り返し、この場合はセラミックス製のプレートに印刷し、
(e)最後に、側部のメタライゼーション部を形成するために、支持体の側面への銅ペーストの別のスクリーン印刷ステップにより、内側のタングステンメタライゼーション部を最上位の銅メタライゼーション部に接続する。

0012

個別の方法ステップは、一般的に公知である。側部のメタライゼーション部の代わりにまたは付加的に、複数のメタライゼーション平面の間に、内側のタングステンメタライゼーション部と最上位の銅メタライゼーション部とを電気的に接続するためのビアも導入され得る。

図面の簡単な説明

0013

0014

実施例
40×40×30mmのサイズでAlNから形成された、複数のフィン10を備えた研削された冷却体1(図1を参照)の表面上に、スクリーン印刷で15μmの高さのコンデンサ形のタングステン−ガラスペースト2がコーティングされる。これに対して相補的スクリーンを用いて、残りの面に絶縁ペースト3が印刷される(ガラスまたは冷却体1を形成するものと同じセラミックスを含む)。タングステン−ガラスペースト2は、1つの箇所4において、冷却体1の外側エッジに達するまで印刷される。

0015

タングステン−ガラスペースト2と絶縁ペースト3とは、約500℃で脱脂される。40×40×2mmの寸法を有する、AlNから成る研削されたセラミックス製のプレート5が、冷却体1上に、もしくは脱脂されたタングステン−ガラスペースト2および絶縁ペースト3上に載置され、印刷された冷却体1と共に1300℃で湿潤な窒素水素中において焼き付けられる(aufbrennen)。これによって、両方のセラミックス部分、つまりフィン10を備えた冷却体1と、セラミックス製のプレート5とが結合する。焼成されたタングステン−ガラスペースト2は、次いでタングステンから成る中間層もしくはメタライゼーション部を形成する。この中間層は、メタライゼーション領域と呼ばれ、1つのメタライゼーション平面を形成する。

0016

AlNから成るプレート5の表面上に、銅ペースト6で、所定のモチーフもしくはメタライゼーション部が印刷される。銅ペースト6の層厚さは、有利には15〜300μmである。銅印刷もしくは銅ペースト6は、プレート5の外側エッジ7にまで達し、側面への銅ペースト6の別のスクリーン印刷ステップにより中間層のタングステンに接続される。

0017

910℃で窒素中において銅ペースト6もしくは銅メタライゼーション部が焼成される(einbrennen)。

0018

したがって、本発明は、冷却エレメントと、回路エレメントを収容するための、焼結されたメタライゼーション領域から成る回路平面とを備えたセラミックス製の支持体も包含する。この場合、回路平面と、支持体との間には、焼結されたメタライゼーション部を備えた少なくとも1つの付加的なメタライゼーション平面が配置されている。この場合、この付加的なメタライゼーション部のそれぞれは、セラミックス製のプレートにより覆われており、回路平面のメタライゼーション部は、冷却エレメントとは反対の側の、最上位のセラミックスプレートに焼結されており、メタライゼーション平面の焼結されたメタライゼーション部は、回路平面のメタライゼーション部に、ビアを介して、またはセラミックスの縁部にまで引き出されて外側で接続された導電性の構造体によって、互いに接続されている。

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