技術 多層冷却体

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がろう付けされ得る。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、高周波数の妨害放射（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−ガラスペーストをスクリーン印刷でコーティングし、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。

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な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。