用于元件或电路的承载体的制作方法
【专利说明】用于元件或电路的承载体
[0001 ] 本申请是申请日为2007年03月23日、申请号为200710089366.0、发明名称为“用于元件或电路的承载体”的原申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及一种用于电气或电子元件或电路的承载体，其中所述承载体是不导电或者几乎不导电的。
【背景技术】
[0003]根据现有技术，需要建立平面结构用于大功率电子模块的散热，这些平面结构将由热源(有源或无源的电气部件)散发出来的热量通过众多的中间层(焊接、导热胶、粘结剂、金属化)导出到一个不导电的、规则成形的、几何特征简单的实体(圆盘、矩形基座)中。尽管单个部件的几何特征很简单，但整个层结构却是复杂的，并且需要连续应用差异很大的有缺陷的处理方法，例如粘贴、按压、螺纹连接，并限制了焊接的应用。这种层叠结构的每个边界层都会阻碍热传导，并减少了模块的可靠性和/或使用寿命(氧化、烧毁、老化)或限制了模块的性能。
[0004]热导率很小或者不够的有机和陶瓷的电路载体(承载体)必须通过附加措施，如电绝缘的中间层，耐久地以形状配合连接方式安装在一个金属的冷却体上。当热负载增加的时候必须将部分热源由板材导出，通常是安装在一个金属的冷却体上并且与电路载体电连接。
[0005]由多种不同材料组成的结构是复杂的，同时也是考虑到长期可靠性的一种折衷方法。增加功率密度的方法只在很小的范围内可行。
[0006]因为涉及到一个面平行的结构，导热能力只能被有限利用。
[0007]将导电的冷却体与热源直接连接也是不可行的。
【发明内容】
[0008]为了简化承载体同时极大改善散热，本发明提出将承载体与散发热量或输送热量的冷却部件构造为整体。
[0009]在一种根据本发明的方案中，所述承载体是一种板材。然后在这个承载体上安装了一些导线。板材的导线可以通过例如热方法与承载体紧密连接，或者可以将金属导线粘结上，或者可以应用导热胶。也可以使用不同类型的导线的组合。
[0010]所述部件优选直接散热到承载体或冷却体。这些部件可以直接与承载体连接，或者通过一个层或多个层与承载体连接。
[0011]所述元件和部件的概念指的是同一对象。
[0012]冷却部件优选为孔、通道、肋条和/或凹槽，这些孔、通道、肋条和/或凹槽可以加载冷却介质。
[0013]这种加热或冷却介质可以是气体，例如空气，或者是一种流体，例如水或者油。
[0014]在优选的方案中，承载体由至少一种陶瓷成分或者不同陶瓷的复合物制成。在晶体结构方面，这些陶瓷成分可以是单晶体或者多晶体或者是由此的组合。
[0015]陶瓷成分或者陶瓷可以是例如氧化铝、工业用氧化铝、氧化锆、不同价位的氧化锆、氮化铝、氮化硅、氧化硅、玻璃陶瓷、LTCCX低温共烧陶瓷)、碳化硅、氮化硼、氧化硼。
[0016]从专业的技术角度来说，含量为96%的工业用氧化铝的热导率为大约24W/mK，工业用氧化铝含量>99%时大约为28 W/mK，工业用氮化铝或者纯氮化铝例如大约为180 W/mK，氧化锆强化的氧化铝大约为24 W/mK，玻璃陶瓷大约为2 W/mK。
[0017]高的热导率在大功率电子设备、高能LED、缓动高负载安全装置、大功率电阻的应用中具有重要的技术意义。低的热导率在灵敏的高负载电阻上具有重要的技术意义，以及对于必须保证温度尽可能均匀地分布在表面(在承载体上)上的应用也同样具有重要的技术意义。在此是指例如热分析的测量结构。
[0018]冷却部件与承载体烧结在一起是十分有意义的，通过这个方法可以简化制造，同时在很多情况下也可以改善整个结构的疲劳强度。
[0019]在特殊的方案中，承载体由复合材料制成，这种复合材料包括不导电的或者几乎不导电的基体材料和导热的填料。
[0020]基体材料优先选择树脂、聚合物或者硅树脂。
[0021]在优选的结构中，复合材料是由聚合物或者硅树脂同陶瓷成分混合组成的多材料体系，例如:
a)含有Al2O3的聚合物
b)含有AlN的聚合物
c)含有A1203/A1N的硅树脂
d)含有Zr02/Y203的硅树脂和聚合物
承载体和/或冷却部件也可以是由金属和/或陶瓷组成的复合物，或者是金属和陶瓷的复合物。
[0022]在一种实施方式中，承载体和/或冷却部件多层地制成。
[0023]元件与承载体之间导电和/或导热地连接是非常有意义的。元件可以是例如电气的或电子的、有源的或无源的、或几何体、或者是上述的任意组合。
[0024]在本发明的改进方案中，至少有一种将承载体或者冷却体连接的装配方法。
[0025]通过这种装配方法，承载体可以与其他的承载体连接，这些其他的承载体可以附带或者不带电气或电子元件或电路。可以通过螺纹连接、铆接、夹接、粘接、压接、焊接、钎焊或者其他固定方法进行固定。
[0026]承载体可以实现冷却体的功能，反之亦可。
[0027]冷却部件优选以相同或者任意大小和/或以相同或者不同的空间取向与承载体烧结为整体。
[0028]冷却部件可以具有任意的表面结构，这些表面结构引起表面变化。
[0029]优选在一个或多个冷却部件上设置一种或多种表面结构或其组合，例如表面上的粗糙部分、沟槽、波浪、开口或者树枝状的或者分叉的结构。
[0030]表面结构优选是承载体或冷却部件上的例如平面的或不平坦的或粗糙的表面，该表面借助要装配的部件的同样不平坦的或者平面的或者粗糙的表面，尤其形状配合连接地和/或耐久地和/或暂时地或者作为由此的组合进行连接。连接方法可以例如是焊接或者粘接。
[0031]在特殊的实施形式中，承载体或冷却部件与元件进行整个表面或者部分表面的形状配合连接。这种连接是永久或临时的方式或由此的组合。元件可以是例如电气或电子的、有源或无源的、或几何体、或者是由此的任意组合。
[0032]在一种方案中，承载体或冷却部件或者是平面的，或者设置有凹槽或者有凸台，在此它们优选同承载体或冷却部件构造为整体。
[0033]此外承载体优选设置有>5微米的金属层，该金属层例如通过DCB方法(直接键合铜技术)或者AMB方法(主动金属钎焊)制成。
[0034]根据本发明的带有部件的结构都是例如在静止状态处于室温中。在运行期间，部件由于其自身的运行会在最短的时间内产生局部的最高温度。这将导致部件周围的所谓的热冲击。根据本发明的结构可以承受这种情况，并且对自身没有损害。如果这种状态交替出现，就是所谓的热交变，在传统的带有例如粘接的导线的结构中，在经过几个周期之后，就会发生粘接的导线从承载体上剥离的现象。根据本发明的结构明显改善了传统结构的抵抗热交变的性能。
[0035]在本发明的一种改进方案中，相同或者不同的元件在承载体上以相同或不同的空间取向进行固定。这种取向可以例如通过不同的焊量或者凹槽或者凸台或者取向可能的任意组合来实现。例如对于LED，由此可以以简单的方式和方法使其取向定向，并由此使光线定向。
[0036]根据本发明的承载体或冷却部件也可以有利地作为装配体使用。
[0037]在本发明的方案中，传感部件与承载体连接。这些传感部件可以例如输出信号，根据这些信号可以得出例如压力、温度以及重量等参数。
[0038]在本发明的一种方案中，传感信号由承载体的局部或者整体的变形而得出。
[0039]承载体优选部分地设置有金属区域。这些金属区域可以使得承载体的上面和下面例如相互电连接。
[0040]承载体优选相对于其它材料几乎不会产生电化学势能。这样可以在相应的连接中显著避免承载体或环境的腐蚀。
[0041]在本发明的方案中，承载体用作热源，其中产生的热量通过承载体或者冷却部件导出到要调节温度的介质。
[0042]承载体优选通过输送的热量或者制冷而具有有针对性的温度分布，这些热量或者制冷被传导到承载体上，或者通过冷却体输