专利名称：用于制造电路的方法和电路的制作方法
用于制造电路的方法和电路
背景技术：
已知，为了排出电气或电子元器件的热损耗使用冷却体，该冷却体通过电路板或衬底与元器件导热地连接。热量首先由热源、即，元器件传递到其上装配有这些元器件的电路板。热量由电路板继续传导到冷却体。所谓的绝缘金属衬底(IMS, insulated metal substrate)为了更好地排热具有厚的金属板，该金属板装配在冷却体上，而通过电介质与金属板连接的敷铜设置导体带用于在其上要装配的电元器件。敷铜是薄的(最多300 μ m)，因此导体带可以通过敷铜结构构成，尤其通过光刻并接着进行蚀刻。因此在这种布置中存在必然出现的缺陷，在其上装配元器件的敷铜由于其微小的厚度不能足够地扩散热量，特别是在敷铜上衔接的电介质由于材料原因而具有微小的导热性。在高的热负荷时由于电介质的绝缘效应并由于敷铜的微小热扩散，在元器件的装配位置上产生点状的热聚积(“Hot Spot”)。在文献DE10331857B4中示出一种功率半导体装置，在其中较厚的金属板承载功率半导体(=热源)。金属板设置在由绝缘树脂层和较薄的金属层组成的复合体上，其中这个复合体与绝缘层事先设置在金属板上并且通过热加载的挤压处理与金属板连接，该金属板在此已经嵌入到浇铸材料 里面。在此复合体在很大程度上突出于较厚的金属板并且在边缘区域还与烧铸材料连接。这样规定的分步式制造工艺需要大量的层连接步骤，其中至少复合体与其余电路的固定(作为步骤之一)通过已经完全配备的电路元器件实施。因此压力和温度是受限制的，其中电路还受到压力和温度的负荷。此外通过层的分步式的相互固定，无法实现所期望的耐温结构，因为通过单独的多个层制造步骤可能出现层之间的残留空气，它产生热点。最后，各个元器件不能作为大批量制造的标准部件，由此除了复杂制造的成本以外也提高部件成本。
发明内容
本发明的目的是，对此提供一种电路和一种用于该电路的制造方法，它使得生产更简单且成本更有利并且能够增强排热。该目的通过独立权利要求的内容实现。本发明能够使用成本有利的标准部件并且减少所需的工艺步骤。还实现了更能承载且更有效的排热。此外，所形成的电路对于故障更加可靠，因为在布置排热部件期间电路元器件不承受加热和压力。最后本发明能够测试排热层的耐电击穿性，其它元器件不会干扰击穿测试，或者说击穿测试不会损伤电路的电子部件。按照本发明使用预制的衬底，它包括第一和第二导体层，它们被电介质分开。第一导体层比第二导体层厚数倍并且用于直接接受装配在其上的部件的热量，该部件是热源并且要冷却。通过第一导体层的大厚度大幅扩散产生的热量。第一导体层主要用于传热。第二导体层尤其用于保护电介质并且必要时可以用于布线并且在导体带中结构化。通过保护能够使电介质设计成薄的绝缘层，它尤其由于其微小的厚度允许高的导热性。第二导体层在制造(和以后的装配)期间保护电介质免受机械影响。衔接在第一导体层之后的电介质可以将大幅扩散的热流以大的通过表面传递到第二导体层上。第二导体层用于接触冷却体(或者导引到冷却体的热桥)。在利用按照本发明的制造方法制造按照本发明的电路时，从预制的衬底开始，其层结构已经完成。按照常见的用于制造电路板或衬底的方法产生这样的衬底，其中在制造(没有其它元器件)时应用只需考虑衬底的特性的压力和温度。尤其可以应用可能对于其它元器件、如用于嵌入电路的浇铸材料、半导体元件或热膏带来不利影响的高温、高压或其它制造参数。第一导体层是金属板、尤其是由铜、铝、铜合金、铝合金或其它导热材料制成的金属板。第一导体层用作载体。第一导体层可以具有O. 5-10mm、0. 8-8mm、l-5mm或l_3mm的厚度。第一导体层的厚度尤其为至少O. 5、0. 8、I或2_。这能够实现来自直接装配在其上的要冷却的部件的热量的高度热扩散。第二导体层是金属敷层，尤其由铜制成。第二导体层的厚度为O. 03-0. 45mm，尤其是O. 07-0. 3_。第二导体层的厚度不大于0.4或O. 2_。尽管本发明不规定在第二导体层中必须的结构，但是厚度的选择使得常见的光刻工艺或铣削工艺可以用于结构化，从而可以依靠也用于其它目的的元器件，因此它们可以成本有利地批量生产。电介质由电绝缘材料、尤其由环氧树脂层或者其它导热的、绝缘的粘接剂制成。构造为一般的层的电介质的厚度优选为O. 03-0. 3mm、尤其是O. 075-0. 2mm。调整电介质，使得在制造衬底期间通过化学或物理的硬化或者通过由于变冷而固化从流动状态过渡到弹性状态。第一导体层、电介质和第二导体层在制造衬底时相互挤压，而电介质是可流动的。通过电介质在导体层之间实现了粘滞的、至少部分弹性的连接，由此使按照本发明使用的衬底在机械上是牢固的。按照本发明使用的衬底的特征还在于，在其制造期间在真空下将层挤压到一起(并且必要时加热)。由此使衬底具有贯穿电介质的良好的导热性，因为去掉了在所有层之间的残留空气。由此避免热点。此外，通过选择衬底材料(尤其通过电介质的弹性特性)能够使衬底与陶瓷基的电路板不同地可以承受机械负荷，不会带来损伤。按照本发明规定的电路优选是功率电路、尤其用于汽车领域。要冷却的部件优选是功率半导体，例如晶体管、IGBT`s、二极管、FETs、双极晶体管、三极管、TRIACs，或者也可以是其它具有高功率损耗的部件，如电阻、电感、变压器。所述部件也可以是具有高放热的时控部件，例如处理器或控制器。本发明尤其用于汽车领域中的控制电路、功率放大器或驱动电路，例如用于发动机控制器或电子驱动控制器。因此本发明规定一种用于制造电路的方法，其中首先使预制的衬底配有第一和第二导体层以及电介质。衬底位于第一与第二导体层之间。第一导体层比第二导体层厚数倍。倍数可以是从1. 2至350或者优选从3至100并且一般是实数。至少一个要冷却的部件装配在预制衬底的第一导体层上。通过装配形成部件与第一导体层之间的传热连接部。部件和第一导体层直接相互连接，即通过直接接触，优选通过直接的、物理的接触和/或材料配合的连接(如钎焊连接部，在钎焊时薄的钎焊层建立直接接触)。确定的实施方式可能需要，通过薄层的接触设有导热材料(即导热膏或导热垫)。由于利用这个接触的高的导热性，上述的接触可以视为直接接触。按照本发明的特别方面预制的衬底设置成第一导体层、电介质和第二导体层(优选在真空下)相互连接的堆叠。在一种易于实现的变型中，衬底设置成所谓的金属芯-电路板，其中也称为MS (绝缘的金属衬底)、绝缘的金属衬底，或者设置成具有(在真空下)叠层的电路板的金属载体。这种MS是广泛公知的并且以大数量低成本地制成。它们作为用于按照本发明的电路或按照本发明的方法的原料使用。代替常见的应用，即部件装配在较薄的第二层上，本发明规定，使要冷却的部件装配在较厚的导体层上，由此这个导体层可以不妨碍地将热量在第一导体层的整个厚度上扩散。按照本发明已经认识到，常见的应用可能使得还未通过电介质扩散的热流传递成点状的热量积蓄，其中按照本发明通过使部件装配在较厚的第一导体层上克服这个缺陷。因此本发明的主要观点是以变化的方式使用常见的IMS，其中部件装配在较厚的导体层上。在现有技术中也用于导体带的较薄的层按照本发明作为用于冷却体的接触面。按照本发明方法的另一实施例规定，装配至少一个要冷却的部件还包括在部件与第一导体层之间形成电接触，特别是通过将部件的面对第一导体层的触点钎焊在第一导体层的面对部件的表面上。也可以使用其它的用于建立电连接的方法，例如卡子、法兰或螺栓连接。因此较厚的第一导体层除了排热也用于部件的电接通。因此也可以规定，例如利用钎焊连接部，通过压在第一导体层上的触点或者通过接合与第一导体层建立电连接。尤其可以使用弹性的导体卡箍(LeiterbUgel)，它挤压地设置在第一导体层上或者挤压地设置在部件的上接触面上。此外规定，所述衬底在装配至少一个部件之前或之后结构化，通过贯穿衬底的整个厚度分成单个的衬底区段。因此将衬底分成单个的、在本体方面首先分开的衬底区段。通过这种设置方式实现单独的电连接，如同 其在其它情况由导体带设置的那样。因此还在衬底区段的一侧与电接触界面或者另一衬底区段之间形成电连接。由上述的措施设置连接，尤其通过钎焊的或者以弹簧触点固定的卡箍，该卡箍接触衬底区段的第一导体层或者部件的上触点，并且还以相同的方式与电界面的接触位置或者第一导体层或者另一衬底区段的部件的上触点连接。至少一个衬底区段载有至少一个部件。通过接合至少一个导体、通过钎焊或者通过焊接导体、尤其是金属桥，可以在至少一个部件与电接触界面之间或者在部件与装配在第一导体层上的另一部件之间形成电连接。接触界面对应于用于连接外部元器件的电界面。此外本方法可以规 定，浇铸至少一部分的衬底和至少一个部件(通过嵌入到能喷射的塑料里面，尤其通过喷铸工艺)。尤其规定，在使用衬底区段时，在装配至少一个部件以后浇铸衬底区段。因此按照本发明的电路按照这个观点包括浇铸物质，在其中嵌入至少一部分衬底(尤其第一层)和至少一个部件。如果使用衬底(区段)与电界面位置之间或者衬底区段之间的连接，则优选同样浇铸它们。通过冲切、通过锯割、通过切割、通过激光分割、或者通过割裂(优选两面的)和折断使衬底的单个的衬底区段相互分开。备选或与其组合地还设有散热器，在散热器上装配单个的衬底区段。在衬底的第二导体层与散热器之间通过装配形成传热的连接部。散热器可以由金属板设置，在其上设置电路的几个或所有衬底区段。通过第二导体层与散热器之间的直接接触实现传热的连接(必要时由导热膏制成的层辅助)。散热器同样可以设有冷却体，具有指形冷却器，它包括用于接收热量的接触面，其中第二导体层与该接触面传热地连接。在备选的实施方式中不是整个衬底而是只第一导体层结构化，即分成在电方面相互分开的区段，例如利用铣削或者通过设有预制的衬底，该预制的衬底已经具有结构化的第一导体层。第一导体层的单个区段通过电介质和第二导体层相对于彼此设置在固定的位置。因为结构化可以与电路有关，这种变型特别地用于批量制造相同的(或相同形式的)电路。按照另一实施方式特别是通过腐蚀或铣削去掉第二导体层的边缘区域。在边缘区域中第二导体层在其整个厚度上被去掉。由此在边缘区域形成电介质相对于第二导体层的超出部分。按照本发明的电路以相同的方式具有边缘区域，在边缘区域上电介质在侧面超出第二导体层并由此形成超出部分。这个超出部分用于将第一导体层与第二导体层(或散热器)可靠地电隔离。按照另一实施例设有预制的衬底作为衬底，测得其电击穿能力，例如在上述衬底制造方法的最终监控范围内，其最终产品是按照本发明使用的衬底。由此减少按照本发明的制造方法的废品率。设置衬底备选地可以包括优选在装配部件之前，通过在第一与第二导体层之间施加测试电压并且检测测量电流获得耐击穿性。由此在制造电路期间已经检测了层结构，其中在衬底有缺陷时在装配部件之前(并且在浇铸之前)去除有缺陷的衬底。由此降低废品成本。本发明还利用一电路实现。该电路的特征对应于电路元器件的从属特征，如同上述的那样或者通过上述工作原理给出的那样。这尤其适用于衬底、部件、衬底区段等。按照本发明的电路包括预制的衬底，该衬底由第一和第二导体层以及位于第一和第二导体层间的电介质制成。通过预制(在当配备元器件时不必保持的制造参数条件下)所述衬底得到高的导热性和弹性。此外部件不会受到压力负荷或热负荷的影响(因为不受衬底制造参数的影响)。第一导体层比第二导体层厚数倍。电路还包括至少一个装配在第一导体层上的要冷却的部件。在部件与第一导体层之间设有传热的连接部，优选通过直接接触，该直接接触由钎焊连接部、即部件与第一导体层之间的薄的钎焊层实现。直接接触尤其可以通过直接的物理的接触建立。备选地可以由热膏辅助接触，热膏设置成导热层。直接接触规定部件与第一导体层之间的高的传热。
按照本发明的电路的一种实施方式规定，所述衬底被分成多个单独的、分开的衬底区段。在至少两个衬底区段上设置至少一个要冷却的部件。所述衬底区段固定在散热器上。散热器与衬底区段的第二导体层传热地连接(优选通过直接接触，必要时由导热膏辅助)。所述衬底区段以及至少一个部件嵌入到浇铸物质中。浇铸物质是电绝缘的塑料、优选是能喷铸的塑料。如上所述，可以在电路中设有电连接(金属桥、钎焊连接部、接合连接或其组合)，用于使衬底区段相互间和/或衬底区段与接触界面(如上所述)连接。备选地可以使第一导体层分成多个区段，它们相互间电隔离，其中多个区段与电介质机械上固定连接。第一导体层可以以冲压格栅的形式与电介质和第二导体层一起形成。
图1示出按照本发明的示例性的电路的截面图。
具体实施方式
在图1中所示的按照本发明的电路包括一衬底10，它分成两个区段12、14。衬底包括第一导体层20、层状的电介质22和第二导体层24。在第一导体层20上通过钎焊连接部装配部件30、32、34。所有区段的第二导体层24通过钎焊连接部42固定在金属板40形式的公共散热器上，对于每个区段设有钎焊连接部42。备选的传热的连接部42是导热粘接剂层形式的电绝缘的、传热的连接部。第二导体层24相对于电介质回缩，由此形成超出部分50。每个部件30-34具有上 接触面和下接触面。下接触面31直接钎焊在第一导体层20上，用于与第一导体层形成传热的连接。部件32-34的上接触面31’通过金属触桥连接。触桥60使部件30的上触点31’与部件32的上触点31’连接，其中两个部件30和32位于衬底10的不同区段12、14上。虚线表示的触桥62使部件30的上接触面31’与部件32的上接触面31’连接，其中两个部件30和32位于衬底10的同一区段14上。如果部件32和34的下触点31电激活，则它们通过第一导体层20并通过区段14的第一导体层20的部件32和34的下触点31之间的钎焊连接部相互连接。另一电连接通过触桥64 (点线示出)产生，它建立部件34上触点31’与接触界面70的连接。触桥64可以(与电路的其它触桥一样)通过钎焊连接部与各接触面连接或者可以具有弹性特性，由未示出的元件将触桥向下压向衬底，并且通过产生的挤压接触使触桥与接触面连接。接触界面70具有用于接触桥的接触面71并且通过电路的外侧面延伸以连接外部元器件(传感器、电源…)。此外部件可以具有多个控制器输入端(未示出)，它们尤其通过接合连接(未示出)形成接触。在图1中所示的电连接(触桥60-66)是大电流连接，其用于输送功率电流，尤其通过其横截面(和其材料，铜或铝)。最后存在触桥66形式的另一电连接，其具有接触面，该接触面直接连接在衬底10区段14的第一导体层20上。触桥可以通过钎焊连接部与第一导体层20连接。电路嵌入到浇铸材料80中，其中除了接触界面70和触桥66 (以及金属板40)，所有部件被浇铸材料80包围。接触界面70和触桥66穿过电路的、即浇铸材料的外侧面伸出。金属板40还具有不被浇铸材料覆盖的底面，其中在相反的顶面上设置其余的电路元器件。在制造按照图1的电路时首先设有衬底10，它被切开以形成区段12和14。部件固定在衬底上(在切割之前或者优选在切割之后)，并且衬底已经分成区段地固定在金属板4上，该金属板用作区段的连接载体。此外，触桥60-66和接触界面70通过部件或通过第一导体层固定。部件30-34、触桥60-66和接触界面70通过钎焊固定。在固定部件30-34、触桥60-66和接触界面70以后将电路浇铸在浇铸材料80里面。此外金属板40利用导热膏或导热粘接剂42传热地连接在第二导体层24上。在此金属板40形成冷却体。优选在金属板已经传热地连接在第二导体层上以后才执行浇铸。在浇铸期间，触桥66和接触界面70的外部区域(即，从电路的以后的外侧面向外延伸的区域)不在铸型内部，在铸型里面浇铸材料。备选地可以使这些区域在浇铸后露出。
权利要求
1.一种用于制造电路的方法，具有以下步骤设有预制的衬底(10)，该衬底具有第一和第二导体层(20、24)以及设置在所述第一与第二导体层之间的电介质(22)，所述第一导体层(20)比所述第二导体层(24)厚数倍；将所述至少一个要冷却的部件(30-34)装配在所述预制的衬底的第一导体层(20)上，形成该部件与所述第一导体层之间的传热连接。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述预制的衬底(10)设置成所述第一导体层(20)、电介质(22)和第二导体层(24)的在真空下相互连接的堆叠，设置成金属芯-电路板或绝缘的金属衬底、頂S，或者设置成具有在真空下叠层的电路板的金属载体。
3.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中装配至少一个要冷却的部件(30-34)还包括在所述部件(30-34)与所述第一导体层(20)之间形成电接触，特别是通过将所述部件的面对所述第一导体层的触点钎焊在所述第一导体层的面对所述部件的表面上。
4.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中所述衬底(10)在装配至少一个部件(30-34)之前或之后结构化，通过贯穿衬底的整个厚度分成单个的衬底区段(12、14)，其中至少一个衬底区段载有至少一个部件，此外在衬底区段(14)的一侧与电接触界面(70)或者与另一衬底区段(12)之间形成电连接，并且在装配至少一个部件以后浇铸衬底区段。
5.如权利要求4所述的方法，其中通过冲切、通过锯割、通过切割、通过激光分割、或者通过割裂和折断使单个的衬底区段(12、14)相互分开，其中还设有散热器(40)，在所述散热器上装配单个的衬底区段，形成衬底的第二导体层(24)与散热器(40)之间的传热的连接部(42)。
6.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过接合至少一个导体、通过钎焊或者通过焊接导体、尤其是金属桥出0-64)，在所述至少一个部件(30-34)与电接触界面(70)之间或者在一个所述部件(32)与装配在所述第一导体层上的另一部件(34)之间形成电连接。
7.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中特别是通过腐蚀或铣削去掉所述第二导体层的边缘区域，并且在所述边缘区域形成所述电介质(22)相对于所述第二导体层(24)的超出部分(50)。
8.如上述权利要求中任一项所述的方法，其中，设有预制的衬底(10)作为衬底(10)，测得其电击穿能力；或者其中，衬底的设置包括通过在第一与第二导体层之间施加测试电压并且检测测量电流确定耐击穿性。
9.电路，包括预制的衬底(10)，该衬底由第一和第二导体层(20、24)以及位于所述第一和第二导体层之间的电介质(22)制成，其中所述第一导体层(20)比所述第二导体层(24)厚数倍；和至少一个装配在所述第一导体层(20)上的要冷却的部件(30-34)，其中在所述部件(30-34)与所述第一导体层(20)之间设有传热的连接部。
10.如权利要求9所述的电路，其中所述衬底(10)被分成多个单独的、分开的衬底区段(12、14)，其中在至少两个衬底区段上设置至少一个要冷却的部件(30-34)，所述衬底区段固定在散热器(40)上，该散热器与所述衬底区段的第二导体层(24)传热地连接并且所述衬底区段(12、14)以及所述至少一个部件(30-34)嵌入到浇铸物质(80)中。
全文摘要
本发明涉及一种用于制造电路的方法。设有预制的衬底，该衬底具有第一和第二导体层以及位于第一与第二导体层之间的电介质。第一导体层比第二导体层厚数倍。将该至少一个要冷却的部件装配在预制的衬底的第一导体层上，形成至少一个要冷却的部件与第一导体层之间的传热连接。本发明还涉及这样制造的电路。该电路包括预制造的衬底，该衬底由第一和第二导体层以及位于所述第一和第二导体层之间的电介质制成。第一导体层比第二导体层厚数倍。至少一个要冷却的部件装配在第一导体层上。在部件与第一导体层之间设有传热的连接部。
文档编号H01L23/373GK103069565SQ201180040938
公开日2013年4月24日 申请日期2011年7月13日 优先权日2010年8月25日
发明者E·盖尼兹 申请人:罗伯特·博世有限公司