DE102011089886A1 - Circuit carrier e.g. direct bonded copper substrate, for fixing power transistors in e.g. circuit device of power-electronic system of vehicle, has cooling structure formed of heat conductive layer applied on surface of carrier layer - Google Patents

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Abstract

The carrier (100) has a cooling structure (120) arranged on a surface (110a) of a carrier layer (110) for cooling the carrier. The cooling structure is formed of a heat conductive layer by etching process, where the heat conductive layer is applied on the surface of the carrier layer. Electrical strip conductors (131, 132) are arranged on another surface (110b) of the carrier layer. The cooling structure includes a pin-shaped structural element (121) that enlarges the surface of the cooling structure and/or generates turbulences (320) with the coolants (310) flowing through the structure. Independent claims are also included for the following: (1) a circuit device (2) a method for manufacturing a circuit carrier.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schaltungsträger und ein Verfahren zur Herstellung von dem genannten Schaltungsträger. Ferner betrifft die Erfindung eine Schaltungsanordnung mit dem genannten Schaltungsträger.The present invention relates to a circuit carrier and to a method for the production of said circuit carrier. Furthermore, the invention relates to a circuit arrangement with said circuit carrier.

Schaltungsträger dienen zur mechanischen Befestigung von elektrischen und elektromechanischen Bauelementen und zum Herstellen von elektrischen Verbindungen zwischen diesen Bauelementen. Vorzugsweise ist der Schaltungsträger als ein Keramik-Substrat, insbesondere ein direkt bondiertes Kupfersubstrat (auf Englisch „Direct Bonded Copper substrate“, DBC substrate) oder ein direkt bondiertes Aluminiumsubstrat (auf Englisch „Direct Bonded Aluminium substrate“, DBA substrate) ausgebildet. Der Schaltungsträger kann beispielsweise auch als mehrlagiger Substrat-Verbund, wie zum Beispiel Alu-Kern-Leiterplatte (IMS, auf Englisch „Insulated metal substrate“) ausgebildet sein. Circuit carriers are used for mechanical fastening of electrical and electromechanical components and for establishing electrical connections between these components. The circuit carrier is preferably designed as a ceramic substrate, in particular a directly bonded copper substrate (DBC substrate) or a directly bonded aluminum substrate (DBA substrate). The circuit carrier can also be designed, for example, as a multi-layered substrate composite, such as, for example, aluminum core printed circuit board (IMS, "insulated metal substrate").

Diese Schaltungsträger finden ihre Anwendungen in zahlreichen elektrischen oder elektronischen Systemen, insbesondere in leistungselektronischen Systemen eines Fahrzeugs, wie zum Beispiel in einem Stromwandler für einen Elektromotor. Derartige Schaltungsträger werden mit elektrischen oder elektronischen Bauelementen, wie zum Beispiel Leistungstransistoren, bestückt, die während des Betriebs der Systeme hohe Wärmeenergie erzeugen, welche schädlich für die Systeme ist und daher möglichst schnell abgeführt werden muss. Die Abfuhr der Wärme wird in der Regel mittels Kühlstrukturen erreicht, welche an dem Schaltungsträger angebracht sind. These circuit boards find their applications in numerous electrical or electronic systems, in particular in power electronic systems of a vehicle, such as in a current transformer for an electric motor. Such circuit carriers are equipped with electrical or electronic components, such as power transistors, which generate high thermal energy during operation of the systems, which is detrimental to the systems and therefore must be dissipated as quickly as possible. The dissipation of the heat is usually achieved by means of cooling structures which are attached to the circuit carrier.

Eine Möglichkeit zur Abführung der Wärme ist eine kühlende Bodenplatte, welche auf den Schaltungsträger aufgebracht ist und zum Kühlen des Schaltungsträgers dient. Die Bodenplatte kann eine Kühlstruktur aufweisen, welche die von dem Schaltungsträger aufgenommene Wärme in das um die Bodenplatte umströmende Kühlmittel abgibt. Die Herstellung derartiger Bodenplatten ist jedoch kostenintensiv, was zu hohen Gesamtkosten bei den Schaltungsträgern verursacht. Zudem erfordern derartige Bodenplatten einen entsprechenden Bauraum, was in vielen Anwendungsgebieten der Schaltungsträger mit einem beschränkten Bauraum zu Problemen führt. One possibility for dissipating the heat is a cooling bottom plate, which is applied to the circuit carrier and serves to cool the circuit carrier. The bottom plate may have a cooling structure which emits the heat absorbed by the circuit carrier into the coolant flowing around the bottom plate. However, the production of such floor panels is costly, which causes high total costs in the circuit boards. In addition, such floor panels require a corresponding space, which leads to problems in many application areas of the circuit board with a limited space.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt somit darin, eine einfache und kosten- und bauraumsparende alternative Möglichkeit zur Kühlung von Schaltungsträgern bereitzustellen.The object of the present invention is thus to provide a simple and cost-saving and space-saving alternative possibility for cooling of circuit carriers.

Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is solved by the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Schaltungsträger bereitgestellt, der einen dielektrischen Trägerteil beziehungsweise eine Trägerschicht mit einer ersten Oberfläche und eine Kühlstruktur auf der ersten Oberfläche der Trägerschicht zur Kühlung des Schaltungsträgers aufweist. Dabei ist die Kühlstruktur aus einer auf der ersten Oberfläche der Trägerschicht unmittelbar aufgebrachten, ersten wärmeleitfähigen, insbesondere metallischen, Schicht in einem Ätzvorgang geätzt beziehungsweise ausgebildet.According to a first aspect of the invention, a circuit carrier is provided which has a dielectric carrier part or a carrier layer with a first surface and a cooling structure on the first surface of the carrier layer for cooling the circuit carrier. In this case, the cooling structure is etched or formed in an etching process from a first thermally conductive, in particular metallic, layer which is directly applied to the first surface of the carrier layer.

Derartige Schaltungsträger sind dank des vergleichsweise einfachen Ätzvorganges kostengünstig herstellbar. Da die Kühlstruktur direkt auf der Oberfläche der Trägerschicht und somit sehr nah an den wärmeerzeugenden Bauelementen angeordnet ist, kann einerseits der Bauraum gespart werden und andererseits die in den Bauelementen erzeugte Wärme schnell und effizient abgeführt werden.Such circuit carriers are inexpensive to produce thanks to the comparatively simple etching process. Since the cooling structure is arranged directly on the surface of the carrier layer and thus very close to the heat-generating components, on the one hand the installation space can be saved and on the other hand the heat generated in the components can be dissipated quickly and efficiently.

Das „unmittelbare“ Aufbringen einer Schicht (sowohl der oben beschriebenen wärmeleitfähigen Schicht als auch einer unten beschriebenen elektrisch leitfähigen Schicht) auf der Trägerschicht bedeutet hier, dass es zwischen der aufgetragenen Schicht und der Trägerschicht keine Zwischenschicht vorhanden ist, welche nicht unmittelbar zum Auftragen der Schicht auf der Trägerschicht und zur stoffschlüssigen Verbindung zwischen der aufgetragenen Schicht und der Trägerschicht dient. Mit anderen Worten: Zwischen der aufgetragenen Schicht und der Trägerschicht darf beispielsweise eine dünne, wärmeleitfähige Klebeschicht vorhanden sein, welche lediglich zu einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen der aufgetragenen Schicht und der Trägerschicht dient.The "direct" application of a layer (both of the above-described thermally conductive layer and an electrically conductive layer described below) on the carrier layer here means that there is no intermediate layer between the coated layer and the carrier layer, which does not directly affect the application of the layer on the carrier layer and for the cohesive connection between the applied layer and the carrier layer is used. In other words, between the applied layer and the carrier layer may be present, for example, a thin, heat-conductive adhesive layer, which only serves for a cohesive connection between the applied layer and the carrier layer.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Trägerschicht eine zweite, von der ersten Oberfläche abgewandte Oberfläche und auf der zweiten Oberfläche eine elektrische Leiterbahn auf, welche ebenfalls in einem Ätzvorgang, insbesondere in demselben Ätzvorgang der Kühlstruktur, aus einer auf der zweiten Oberfläche der Trägerschicht unmittelbar aufgebrachten, zweiten elektrisch leitfähigen, insbesondere metallischen, Schicht geätzt beziehungsweise ausgebildet ist.In an advantageous embodiment, the carrier layer has a second surface facing away from the first surface and an electrical conductor track on the second surface, which also in an etching process, in particular in the same etching process of the cooling structure, from a directly applied to the second surface of the carrier layer, etched or formed second electrically conductive, in particular metallic, layer.

Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass sowohl die Kühlstruktur als auch elektrische Verbindungen der Schaltungsträger in einem Fertigungsschritt hergestellt werden können. Dies senkt zusätzlich den Fertigungsaufwand und die Kosten der Schaltungsträger. This embodiment offers the advantage that both the cooling structure and electrical connections of the circuit carriers can be produced in one production step. This additionally reduces the production costs and the costs of the circuit carrier.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Kühlstruktur zumindest ein oberflächenvergrößerndes und/oder bei einem fluiden Kühlmittel wie beim Kühlwasser Turbulenzen erzeugendes Strukturelement auf. Dieses Strukturelement ist vorteilhafterweise als ein sich von der ersten Oberfläche der Trägerschicht weg, in das Kühlmittel erstreckender Vorsprung ausgebildet. Beispielsweise hat das Strukturelement einen rippen- oder stiftförmig ausgebildeten Kühlkörper (auf Englisch „Pin-Fin heat sink“). Vorzugsweise ist das Strukturelement als ein senkrecht zu der Trägerfläche liegender Vorsprung ausgebildet. In a further advantageous embodiment, the cooling structure has at least one structural element which produces surface enlargement and / or turbulence which generates turbulence in the case of a fluid coolant. This structural element is advantageously designed as a projection extending into the coolant from the first surface of the carrier layer. For example, the structural element has a fin-shaped or pin-shaped heat sink (in English "pin-fin heat sink"). Preferably, the structural element is formed as a perpendicular to the support surface lying projection.

Eine größere Kühloberfläche der Kühlstruktur und Turbulenzen bei dem an diese Kühlstruktur fließenden Kühlmittel führen die von den auf dem Schaltungsträger angeordneten elektrischen oder elektronischen Bauelementen erzeugte Wärme schneller ab. A larger cooling surface of the cooling structure and turbulence in the coolant flowing to this cooling structure dissipate the heat generated by the electrical or electronic components arranged on the circuit carrier faster.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Kühlstruktur zumindest ein von dem der Trägerschicht zugewandten Ende zu dem der Trägerschicht abgewandten Ende hin sich stufenförmig oder stufenpyramidenförmig verjüngendes Strukturelement auf.In a further advantageous embodiment, the cooling structure has at least one end facing away from the carrier layer, toward the end remote from the carrier layer, in the form of a step-like or stepped pyramid-shaped structural element.

Derartige stufenförmige Strukturelemente führen beim Kühlmittel zu einer stärkeren Turbulenzbildung, wodurch die Kühlstruktur mit derartigen Stufenelementen die Wärme schneller und effizienter abführen kann. Such step-shaped structural elements lead to greater turbulence formation in the coolant, as a result of which the cooling structure with such step elements can dissipate the heat more quickly and more efficiently.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Schaltungsanordnung mit einer Kühlkammer zum Durchfluss eines Kühlmittels und einem Schaltungsträger mit einer oben beschriebenen Kühlstruktur geschaffen, wobei die Kühlstruktur von dem Kühlmittel umströmbar in der Kühlkammer angeordnet ist.According to a second aspect of the present invention, a circuit arrangement is provided with a cooling chamber for flow of a coolant and a circuit carrier with a cooling structure described above, wherein the cooling structure of the coolant is arranged to flow around in the cooling chamber.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines oben beschriebenen Schaltungsträgers bereitgestellt, welches folgende Verfahrensschritte aufweist. Es wird eine Trägerschicht mit einer ersten Oberfläche bereitgestellt. Auf der ersten Oberfläche der Trägerschicht wird dann eine erste wärmeleitende, insbesondere metallische, Schicht aufgetragen beziehungsweise aufgebracht. Anschließend wird die erste wärmeleitende Schicht in einem Ätzvorgang zu einer oben beschriebenen Kühlstruktur geätzt. According to a third aspect of the present invention, a method for producing a circuit carrier described above is provided, which comprises the following method steps. A carrier layer having a first surface is provided. On the first surface of the carrier layer, a first heat-conducting, in particular metallic, layer is then applied or applied. Subsequently, the first thermally conductive layer is etched in an etching process to a cooling structure described above.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird eine Trägerschicht mit der ersten Oberfläche und einer zweiten, der ersten Oberfläche abgewandten Oberfläche bereitgestellt. Auf der zweiten Oberfläche der Trägerschicht wird eine zweite elektrisch leitende, insbesondere metallische, Schicht aufgetragen beziehungsweise aufgebracht, vorteilhafterweise in demselben Aufbringvorgang der ersten, wärmeleitenden Schicht auf der Trägerschicht. Anschließend wird die zweite Schicht in einem Ätzvorgang, vorteilhafterweise in demselben Ätzvorgang der ersten Schicht, zu einer elektrischen Leiterbahnstruktur geätzt.According to an advantageous embodiment of the method, a carrier layer is provided with the first surface and a second surface facing away from the first surface. On the second surface of the carrier layer, a second electrically conductive, in particular metallic, layer is applied or applied, advantageously in the same application process of the first, heat-conducting layer on the carrier layer. Subsequently, the second layer is etched into an electrical conductor track structure in an etching process, advantageously in the same etching process of the first layer.

Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die erste, wärmeleitende Schicht in einem Stufenätzvorgang zu einer Kühlstruktur mit von dem der Trägerschicht zugewandten Ende zu dem der Trägerschicht abgewandten Ende hin sich stufenförmig verjüngenden Strukturelementen geätzt.According to a further advantageous embodiment of the method, the first, heat-conducting layer is etched in a step etching process to form a cooling structure with the end facing away from the carrier layer to the end facing away from the carrier layer stepwise tapered structural elements.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des oben dargestellten Schaltungsträgers sind, soweit im Übrigen auf die oben dargestellte Schaltungsanordnung beziehungsweise das oben dargestellte Verfahren übertragbar, auch als vorteilhafte Ausgestaltungen der Schaltungsanordnung beziehungsweise des Verfahrens anzusehen.Advantageous embodiments of the circuit carrier shown above, as far as applicable to the above-described circuit arrangement or the method illustrated above, are also to be regarded as advantageous embodiments of the circuit arrangement or of the method.

Im Folgenden sollen nun beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. In the following, exemplary embodiments of the present invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying drawings.

In den Zeichnungen sind nur die Komponenten beziehungsweise die Verfahrensschritte dargestellt, welche für die Beschreibung der Erfindung relevant sind. Je nach Ausgestaltung können die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen weitere in den Zeichnungen nicht dargestellten Komponenten oder Verfahrensschritte aufweisen. Zudem werden die Komponenten, welche die gleiche technische Eigenschaft und die gleiche Funktionalität aufweisen, werden mit demselben Bezugszeichen versehen. Dabei zeigen:In the drawings, only the components or the method steps are shown, which are relevant to the description of the invention. Depending on the embodiment, the embodiments illustrated in the drawings may have further components or method steps not shown in the drawings. In addition, the components which have the same technical property and the same functionality are provided with the same reference numeral. Showing:

1 schematisch eine Schaltungsanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung in einer Seitenschnittdarstellung; 1 schematically a circuit arrangement according to a first embodiment of the invention in a side sectional view;

2 schematisch die Kühlstruktur der Schaltungsanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform in einer schrägen Draufsicht; 2 schematically the cooling structure of the circuit arrangement according to a second embodiment in an oblique plan view;

3 schematisch eine Kühlstruktur gemäß einer dritten Ausführungsform in einer schrägen Draufsicht; 3 schematically a cooling structure according to a third embodiment in an oblique plan view;

4 schematisch weitere Ausführungsformen der Kühlstruktur in Querschnittdarstellung der Strukturelemente der Kühlstruktur; 4 schematically further embodiments of the cooling structure in a cross-sectional view of the structural elements of the cooling structure;

5 schematisch ein Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsträgers der ersten und der dritten Ausführungsformen; und 5 schematically a method of manufacturing a circuit substrate of the first and third embodiments; and

6 schematisch weitere Ausführungsformen der Kühlstruktur in Querschnittdarstellung des Schaltungsträgers. 6 schematically further embodiments of the cooling structure in a cross-sectional view of the circuit substrate.

Es sei zunächst auf 1 verwiesen, in der eine Schaltungsanordnung 10 gemäß einer ersten Ausführungsform in einer Seitenschnittansicht schematisch gezeigt ist. It's on first 1 referenced in which a circuit arrangement 10 according to a first embodiment is shown schematically in a side sectional view.

Die Schaltungsanordnung 10 weist einen Schaltungsträger 100 und eine Kühlkammer 300 auf. Der Schaltungsträger 100 umfasst einen dielektrischen Trägerteil beziehungsweise eine dielektrische Trägerschicht 110, eine Kühlstruktur 120 und elektrische Leiterbahnen 131, 132. The circuit arrangement 10 has a circuit carrier 100 and a cooling chamber 300 on. The circuit carrier 100 comprises a dielectric carrier part or a dielectric carrier layer 110 , a cooling structure 120 and electrical conductors 131 . 132 ,

Die Trägerschicht 110 besteht aus einem elektrisch nicht leitenden keramischen Material und weist eine erste Oberfläche 110a und eine zweite von der ersten Oberfläche 110a abgewandte beziehungsweise der ersten Oberfläche 110a gegenüberliegende Oberfläche 110b auf. The carrier layer 110 consists of an electrically non-conductive ceramic material and has a first surface 110a and a second one from the first surface 110a opposite or the first surface 110a opposite surface 110b on.

Auf der ersten Oberfläche 110a der Trägerschicht 110 ist die Kühlstruktur 120 angeordnet. Auf der zweiten Oberfläche 110b der Trägerschicht 110 sind die elektrischen Leiterbahnen 131, 132 angeordnet. Die Kühlstruktur 120 und die elektrischen Leiterbahnen 131, 132 bestehen aus einem gleichen, thermisch und elektrisch leitenden Metall, wie zum Beispiel Kupfer. On the first surface 110a the carrier layer 110 is the cooling structure 120 arranged. On the second surface 110b the carrier layer 110 are the electrical tracks 131 . 132 arranged. The cooling structure 120 and the electrical conductors 131 . 132 consist of a same, thermally and electrically conductive metal, such as copper.

Die Kühlstruktur 120 und die elektrischen Leiterbahnen 131, 132 sind in einem und demselben Ätzvorgang aus jeweils einer auf der jeweiligen Oberfläche 110a, 110b der Trägerschicht 110 aufgetragenen Metallschicht geätzt beziehungsweise ausgebildet. The cooling structure 120 and the electrical conductors 131 . 132 are in one and the same etching of each one on the respective surface 110a . 110b the carrier layer 110 etched metal layer etched or formed.

Auf dem Schaltungsträger 100 ist ein elektronisches Bauelement 210, wie zum Beispiel ein Leistungstransistor, angeordnet, das mit der einen elektrischen Leiterbahn 131 über eine Lötschicht 220 mechanisch und elektrisch verbunden ist. Über einen Bonddraht 230 ist das elektronische Bauelement 210 mit einer weiteren elektrischen Leiterbahn 132 elektrisch verbunden. Im Betrieb der Schaltungsanordnung 10 erzeugt das Bauelement 210 Wärme, die schnell abgeführt werden muss.On the circuit board 100 is an electronic component 210 , such as a power transistor, arranged with the one electrical conductor 131 over a solder layer 220 mechanically and electrically connected. About a bonding wire 230 is the electronic component 210 with another electrical trace 132 electrically connected. During operation of the circuit arrangement 10 creates the device 210 Heat that has to be dissipated quickly.

In einer in den Figuren nicht näher dargestellten alternativen Ausführungsform kann das elektronische Bauelement 210 bedingt durch den Schaltungslayout auch direkt auf der Trägerschicht 110 angeordnet sein. In an alternative embodiment, not shown in the figures, the electronic component 210 due to the circuit layout also directly on the carrier layer 110 be arranged.

Durch die Kühlkammer 300 fließt ein fluides Kühlmittel 310, wie zum Beispiel Kühlwasser. In der Kühlkammer 300 ist die Kühlstruktur 120 des Schaltungsträgers 100 von dem Kühlmittel 310 umströmbar angeordnet beziehungsweise in dem Kühlmittel 310 eingetaucht. Through the cooling chamber 300 a fluid coolant flows 310 , such as cooling water. In the cooling chamber 300 is the cooling structure 120 of the circuit board 100 from the coolant 310 arranged around flow or in the coolant 310 immersed.

In dieser ersten Ausführungsform weist die Kühlstruktur 120 zylinderförmige Strukturelemente 121 auf, die als auf der ersten Oberfläche 110a der Trägerschicht 110 angeformte, von der Trägerschicht 110 sich weg senkrecht erstreckende Vorsprünge ausgebildet sind. In this first embodiment, the cooling structure 120 cylindrical structural elements 121 on that as on the first surface 110a the carrier layer 110 molded, from the carrier layer 110 are formed away perpendicularly extending projections.

Durch die unmittelbare Anordnung der Kühlstruktur 120 an der Trägerschicht 110 und somit nah zu dem Bauelement 210 und durch die zylinderförmigen von der Trägerschicht weg in das Kühlmittel 310 sich erstreckenden Strukturelemente 121 kann die von dem Bauelement 210 erzeugte Wärme über einen direkten Weg 800 von dem Bauelement 210 an das Kühlmittel 310 abgeführt werden. Due to the direct arrangement of the cooling structure 120 on the carrier layer 110 and thus close to the device 210 and through the cylindrical ones away from the carrier layer into the coolant 310 extending structural elements 121 can that of the device 210 generated heat via a direct path 800 from the device 210 to the coolant 310 be dissipated.

Nun sei auf 2 verwiesen, in der eine zweite Ausführungsform der Kühlstruktur 120F schematisch dargestellt ist. Die Kühlstruktur 120F weist zylinderförmige Strukturelemente 121 mit einem kreisförmigen Querschnitt auf, die in Längsrichtung x der Trägerschicht 110 in Reihe und in Querrichtung y der Trägerschicht 110 seitlich versetzt angeordnet sind.Now be on 2 referenced in which a second embodiment of the cooling structure 120F is shown schematically. The cooling structure 120F has cylindrical structural elements 121 with a circular cross section, in the longitudinal direction x of the carrier layer 110 in series and in the transverse direction y of the carrier layer 110 are arranged laterally offset.

Nun sei auf 3 verwiesen, in der eine dritte Ausführungsform der Kühlstruktur 120‘ schematisch dargestellt ist. Die Kühlstruktur 120‘ weist Strukturelemente 122 auf, die sich von dem der Trägerschicht 110 zugewandten Ende 122a zu dem der Trägerschicht 110 abgewandten Ende 122b hin stufenförmig beziehungsweise stufenpyramidenförmig verjüngend, senkrecht zu der Trägerschicht 110 und von der Trägerschicht 110 sich weg erstrecken. Die Strukturelemente 122 weisen somit eine erste Stufe 122c und eine zweite Stufe 122d zur Turbulenzbildung bei einem die Strukturelemente 122 umströmenden Kühlmittel auf. Now be on 3 referenced in which a third embodiment of the cooling structure 120 ' is shown schematically. The cooling structure 120 ' has structural elements 122 on, which differs from that of the carrier layer 110 facing the end 122a to the carrier layer 110 opposite end 122b towards stepped or stepped pyramidal tapering, perpendicular to the carrier layer 110 and of the carrier layer 110 extend away. The structural elements 122 thus have a first stage 122c and a second stage 122d for turbulence formation in one of the structural elements 122 flowing around coolant.

Nun sei auf 4 verwiesen, in denen weitere Ausführungsformen der Kühlstruktur schematisch dargestellt sind. Now be on 4 referenced, in which further embodiments of the cooling structure are shown schematically.

In einer vierten Ausführungsform gemäß 4A weist die Kühlstruktur 120A Strukturelemente 121A auf, welche einen rautenförmigen Querschnitt aufweisen. In a fourth embodiment according to 4A has the cooling structure 120A structural elements 121A on, which have a diamond-shaped cross-section.

In einer fünften Ausführungsform gemäß 4B weist die Kühlstruktur 120B Strukturelemente 121B auf, welche einen tropfenförmigen Querschnitt aufweisen. In a fifth embodiment according to 4B has the cooling structure 120B structural elements 121B on, which have a teardrop-shaped cross-section.

In einer sechsten Ausführungsform gemäß 4C weist die Kühlstruktur 120C Strukturelemente 121B auf, welche ebenfalls einen tropfenförmigen Querschnitt aufweisen. Im Vergleich zu der Kühlstruktur 120B in 4B, bei der die Strukturelemente 121B zueinander gleichgerichtet angeordnet sind, sind die Strukturelemente 121B der Kühlstruktur 120C zueinander reihenweise gegengerichtet angeordnet. In a sixth embodiment according to 4C has the cooling structure 120C structural elements 121B on, which also have a teardrop-shaped cross-section. Compared to the cooling structure 120B in 4B in which the structural elements 121B are arranged rectified to each other, are the structural elements 121B the cooling structure 120C arranged in rows in opposite directions.

In einer siebten Ausführungsform gemäß 4D weist die Kühlstruktur 120D Strukturelemente 121D auf, welche einen ellipsenförmigen Querschnitt aufweisen.In a seventh embodiment according to 4D has the cooling structure 120D structural elements 121D on, which have an elliptical cross-section.

In einer achten Ausführungsform gemäß 4E weist die Kühlstruktur 120E Strukturelemente 121E auf, welche einen pinguinförmigen (also ellipsenform mit einem spitzen Ende) Querschnitt aufweisen.In an eighth embodiment according to 4E has the cooling structure 120E structural elements 121E on, which have a penguin-shaped (ie elliptical shape with a pointed end) cross-section.

Nachdem die verschiedenen Ausführungsformen der Schaltungsanordnung 10 mithilfe von 1 bis 4 detailliert beschrieben sind, wird nun das Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsträgers 100 einer derartigen Schaltungsanordnungen 10 unter Zuhilfenahme von 5 näher beschrieben.After the various embodiments of the circuit 10 with the help of 1 to 4 will be described in detail, now the method for producing a circuit substrate 100 such circuitry 10 with the help of 5 described in more detail.

Zunächst wird gemäß einem ersten Verfahrensschritt S110 ein Träger, ein Trägerteil beziehungsweise eine Trägerschicht 110 aus Keramik bereitgestellt, welche eine erste Oberfläche 110a und eine zweite Oberfläche 110b aufweist. First, according to a first method step S110, a carrier, a carrier part or a carrier layer is produced 110 made of ceramic, which has a first surface 110a and a second surface 110b having.

Das Zwischenprodukt 100A des Schaltungsträgers 100 nach dieser ersten Herstellungsphase beziehungsweise die Trägerschicht 110 wird nun gemäß einem zweiten Verfahrensschritt S120 beidseitig mit jeweils einer ersten und einer zweiten Metallschicht 12, 13 beschichtet. Die Beschichtung der Trägerschicht 110 der ersten und der zweiten Metallschicht 12, 13 können in einem einzigen Verfahrensschritt S120 oder getrennt in zwei aufeinander folgenden Schritten S120a, S120b hintereinander erfolgen. Verbindungen zwischen der Trägerschicht 110 und den beiden Metallschichten 12, 13 erfolgen beispielsweise durch eine stoffschlüssige Verbindung mit einem geeigneten wärmeleitfähigen Klebestoff. Nach dieser zweiten Herstellungsphase entsteht ein Zwischenprodukt 110B des Schaltungsträgers 100. The intermediate 100A of the circuit board 100 after this first manufacturing phase or the carrier layer 110 is now according to a second method step S120 on both sides, each with a first and a second metal layer 12 . 13 coated. The coating of the carrier layer 110 the first and second metal layers 12 . 13 can be done in a single step S120 or separately in two consecutive steps S120a, S120b in succession. Connections between the carrier layer 110 and the two metal layers 12 . 13 For example, by a material connection with a suitable thermally conductive adhesive. After this second production phase, an intermediate product is formed 110B of the circuit board 100 ,

Anschließend wird das Zwischenprodukt 110B beziehungsweise werden die beiden Metallschicht 12, 13 gemäß einem dritten Verfahrensschritt S130 in einem Ätzvorgang geätzt, sodass die erste Metallschicht 12 zu einer Kühlstruktur 120 und die zweite Metallschicht 13 zu elektrischen Leiterbahnen 131, 132 geätzt werden. Dabei können die beiden Metallschichten 12, 13 in einem und demselben Ätzvorgang S130 gemeinsam geätzt werden oder getrennt in zwei aufeinander folgenden Ätzvorgängen S130a, S130b hintereinander geätzt werden. Subsequently, the intermediate product 110B or are the two metal layer 12 . 13 etched in an etching process according to a third method step S130, so that the first metal layer 12 to a cooling structure 120 and the second metal layer 13 to electrical conductors 131 . 132 be etched. In this case, the two metal layers 12 . 13 are etched together in one and the same etching process S130 or etched separately in two successive etching processes S130a, S130b.

Hierzu werden die Bereiche auf den beiden metallischen Schichten 12, 13, die nach dem Ätzvorgang zu den Strukturelementen 121 der Kühlstruktur 120 oder den elektrischen Leiterbahnen 131, 132 ausgebildet werden sollen, mit einer Abdecklackschicht, wie zum Beispiel einer Fotolackschicht, abgedeckt. Anschließend wird die Trägerschicht 110 samt den beiden metallischen Schichten 12, 13 in eine mit Ätzflüssigkeit gefüllte Wanne eingetaucht. Alternativ kann die Trägerschicht 110 in einen luftdichten und mit ätzenden Gasen gefüllten Raum gebracht werden. Nach einer gewissen Zeit werden die Bereiche in den beiden metallischen Schichten 12, 13, die nicht mit der Abdecklackschicht abgedeckt sind, weggeätzt. Anschließend wird die Abdecklackschicht abgetragen. Nach dieser dritten Herstellungsphase entsteht das Endprodukt 100C des Schaltungsträgers 100. For this purpose, the areas on the two metallic layers 12 . 13 after the etching process to the structural elements 121 the cooling structure 120 or the electrical conductors 131 . 132 to be formed, covered with a Abdecklackschicht, such as a photoresist layer. Subsequently, the carrier layer 110 including the two metallic layers 12 . 13 immersed in a trough filled with etching liquid. Alternatively, the carrier layer 110 placed in an airtight room filled with corrosive gases. After a while, the areas become in the two metallic layers 12 . 13 , which are not covered with the Abdecklackschicht, etched away. Subsequently, the Abdecklackschicht is removed. After this third production phase, the final product is formed 100C of the circuit board 100 ,

Zum Herstellen eines Schaltungsträgers mit einer Kühlstruktur 120‘ mit stufenförmigen Strukturelementen 122 (vergleiche 3) wird das Endprodukt 100C des Schaltungsträgers 100 beziehungsweise die Kühlstruktur 120 des Endprodukts 100C gemäß einem weiteren, also vierten Verfahrensschritt S140 in einem Stufenätzvorgang mit hintereinander folgenden Ätzschritten mehrfach geätzt, sodass sich eine Kühlstruktur 120‘ mit stufenpyramidenförmigen Strukturelementen 122 ausgebildet wird. Hierzu wird das Zwischenprodukt nach Verfahrensschritt S130 wieder mit der Abdecklackschicht abgedeckt, wobei nur die Bereiche abgedeckt werden, die später eine von der Trägerschicht 110 abgewandt freiliegende zweite Stufe 122d ausbilden sollen. Die elektrischen Leiterbahnen 131, 132, die im Verfahrensschritt S130 bereits ausgeformt sind, werden ebenfalls mit der Abdecklackschicht abgedeckt. Anschließend wird das Zwischenprodukt in eine mit Ätzflüssigkeit gefüllte Wanne eingetaucht oder in einen mit ätzenden Gasen gefüllten Raum gebracht. Durch Ätzen der Bereiche, die nicht mit der Abdecklackschicht abgedeckt sind, werden abgetragen und bilden sich so eine erste Stufe 122c der Strukturelemente 122 aus. Somit entsteht als Endprodukt 100D ein Schaltungsträger 100‘ mit einer Kühlstruktur 120‘ mit Strukturelementen 122, welche sich von einem der Trägerschicht 110 zugewandten Ende 122a zu einem der Trägerschicht 110 abgewandten Ende 122b hin sich stufenförmig beziehungsweise stufenpyramidenförmig verjüngen und somit eine erste Stufe 122c und eine zweite Stufe 122d zur Turbulenzbildung bei einem die Strukturelemente 122 umströmenden Kühlmittel aufweisen. For producing a circuit carrier with a cooling structure 120 ' with step-shaped structural elements 122 (see 3 ) becomes the final product 100C of the circuit board 100 or the cooling structure 120 of the final product 100C etched several times in a step etching process with successive etching steps according to a further, ie fourth method step S140, so that a cooling structure is formed 120 ' with stepped pyramidal structural elements 122 is trained. For this purpose, the intermediate product is covered again after process step S130 with the Abdecklackschicht, wherein only the areas are covered, the later one of the carrier layer 110 facing away exposed second stage 122d should train. The electrical conductors 131 . 132 , which are already formed in step S130, are also covered with the Abdecklackschicht. Subsequently, the intermediate product is immersed in a trough filled with etching liquid or placed in a space filled with corrosive gases. By etching the areas that are not covered with the Abdecklackschicht be removed, forming a first stage 122c the structural elements 122 out. Thus arises as a final product 100D a circuit carrier 100 ' with a cooling structure 120 ' with structural elements 122 , which differ from one of the carrier layer 110 facing the end 122a to one of the carrier layer 110 opposite end 122b tapering stepwise or stepped pyramidal shape and thus a first stage 122c and a second stage 122d for turbulence formation in one of the structural elements 122 Have flowing coolant.

Nun sei auf 6 verwiesen, in denen weitere Ausführungsformen des Schaltungsträgers dargestellt sind. 6A zeigt einen Schaltungsträger 600 mit einer Kühlstruktur 610, welche eine Bodenschicht 611 aufweist, über diese die stiftförmigen Strukturelemente 121 miteinander verbunden sind. 6B zeigt einen Schaltungsträger 700 mit einer Kühlstruktur 710, welche eine Bodenschicht 711 aufweist, über diese die stufenpyramidenförmigen Strukturelemente 122 miteinander verbunden sind.Now be on 6 referenced, in which further embodiments of the circuit substrate are shown. 6A shows a circuit carrier 600 with a cooling structure 610 which is a soil layer 611 has, over these the pin-shaped structural elements 121 connected to each other. 6B shows a circuit carrier 700 with a cooling structure 710 which is a soil layer 711 has, over these the stepped pyramidal structural elements 122 connected to each other.

Derartige Kühlstrukturen 610, 710 der Bodenschichten 611, 711 werden in einem Ätzvorgang hergestellt, in dem die metallische Schicht 12 nicht bis zum Anschlag weggeätzt wird. Damit, dass eine Bodenschicht 611, 711 nach einem Ätzvorgang der metallischen Schicht 12 noch übrig bleibt, wird eine maximale Zeitdauer des Ätzvorgangs vor dem Ätzvorgang unter anderem abhängig von der Dicke bzw. Stärke der metallischen Schicht 12 berechnet. Anschließend wird die Trägerschicht 110 samt der mit der Abdecklackschicht entsprechend abgedeckten metallischen Schicht 12 nur für die vorberechnete Zeitdauer in der Ätzflüssigkeit oder in den ätzenden Gasen eingetaucht. Als Endprodukt entsteht nach weiteren oben beschriebenen Verfahrensschritten somit ein Schaltungsträger 600, 700.Such cooling structures 610 . 710 the soil layers 611 . 711 are produced in an etching process in which the metallic layer 12 is not etched to the stop. So that a soil layer 611 . 711 after an etching process of the metallic layer 12 is still left, is a maximum time duration of the etching process before the etching, inter alia, depending on the thickness or thickness of the metallic layer 12 calculated. Subsequently, the carrier layer 110 including the metal layer covered with the resist layer accordingly 12 immersed only in the pre-calculated period of time in the etching liquid or in the corrosive gases. The end product thus results after further process steps described above, a circuit carrier 600 . 700 ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Schaltungsanordnung circuitry
1212
Erste metallische SchichtFirst metallic layer
1313
Zweite metallische SchichtSecond metallic layer
100, 100‘, 600, 700100, 100 ', 600, 700
Schaltungsträger circuit support
100A, 100B, 100C100A, 100B, 100C
Zwischen- und Endprodukt des Schaltungsträgers 100, 100‘ Intermediate and final product of the circuit board 100 . 100 '
100D100D
Endprodukt des Schaltungsträgers 100‘ End product of the circuit board 100 '
110110
Trägerschichtbacking
110a110a
Erste Oberfläche der TrägerschichtFirst surface of the carrier layer
110b110b
Zweite Oberfläche der TrägerschichtSecond surface of the carrier layer
120, 120‘, 610, 710120, 120 ', 610, 710
Kühlstruktur cooling structure
120A, 120B, 120C, 120D, 120E, 120F120A, 120B, 120C, 120D, 120E, 120F
Kühlstrukturcooling structure
121121
Stiftförmiges Strukturelement Pin-shaped structural element
121A, 121B, 121D, 121E121A, 121B, 121D, 121E
Strukturelementstructural element
122122
Stufenförmiges Strukturelement Step-shaped structural element
122a122a
Der Trägerschicht zugewandtes Ende des Strukturelement 122 The carrier layer facing the end of the structural element 122
122b122b
Der Trägerschicht abgewandtes Ende des Strukturelement 122 The carrier layer facing away from the structural element 122
122c122c
Erste Stufe des Strukturelement 122 First stage of the structural element 122
122d122d
Zweite Stufe des Strukturelement 122 Second stage of the structural element 122
131, 132131, 132
Elektrische LeiterbahnElectrical trace
210210
Elektronisches BauelementElectronic component
220220
Lötschicht solder layer
230230
Bonddraht bonding wire
300300
Kühlkammer cooling chamber
310310
Fluides Kühlmittel Fluids coolant
320320
Turbulenz im KühlmittelTurbulence in the coolant
611, 711611, 711
Bodenschicht der Kühlstruktur Bottom layer of the cooling structure
800800
Wärmeübertragung heat transfer

Claims (10)

Schaltungsträger (100, 100‘, 600, 700) mit folgenden Merkmalen: – einer Trägerschicht (110) mit einer ersten Oberfläche (110a), – einer Kühlstruktur (120, 120‘, 610, 710) auf der ersten Oberfläche (110a) der Trägerschicht (110) zur Kühlung des Schaltungsträgers (100, 100‘, 600, 700), dadurch gekennzeichnet, dass – die Kühlstruktur (120, 120‘, 610, 710) in einem Ätzvorgang aus einer auf der ersten Oberfläche (110a) der Trägerschicht (110) unmittelbar aufgebrachten, ersten wärmeleitfähigen Schicht (12) ausgebildet ist.Circuit carrier ( 100 . 100 ' . 600 . 700 ) comprising: - a backing layer ( 110 ) with a first surface ( 110a ), - a cooling structure ( 120 . 120 ' . 610 . 710 ) on the first surface ( 110a ) of the carrier layer ( 110 ) for cooling the circuit carrier ( 100 . 100 ' . 600 . 700 ), characterized in that - the cooling structure ( 120 . 120 ' . 610 . 710 ) in an etching process from one on the first surface ( 110a ) of the carrier layer ( 110 ) directly applied, the first thermally conductive layer ( 12 ) is trained. Schaltungsträger (100, 100‘, 600, 700) nach Anspruch 1, mit – der Trägerschicht (110) mit einer zweiten Oberfläche (110b), – einer elektrischen Leiterbahn (131, 132) auf der zweiten Oberfläche (110b) der Trägerschicht (110), – wobei die elektrische Leiterbahn (131, 132) in einem Ätzvorgang aus einer auf der zweiten Oberfläche (110b) der Trägerschicht (110) unmittelbar aufgebrachten, zweiten elektrisch leitfähigen Schicht (13) ausgebildet ist. Circuit carrier ( 100 . 100 ' . 600 . 700 ) according to claim 1, with - the carrier layer ( 110 ) with a second surface ( 110b ), - an electrical track ( 131 . 132 ) on the second surface ( 110b ) of the carrier layer ( 110 ), - wherein the electrical conductor track ( 131 . 132 ) in an etching process from one on the second surface ( 110b ) of the carrier layer ( 110 ) directly applied second electrically conductive layer ( 13 ) is trained. Schaltungsträger (100, 100‘, 600, 700) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Kühlstruktur (120, 120‘, 610, 710) zumindest ein Strukturelement (121, 122) aufweist, das zum Vergrößern der Oberfläche der Kühlstruktur (120, 120‘, 610, 710) und/oder zum Erzeugen von Turbulenzen (320) bei einem an der Kühlstruktur (120, 120‘, 610, 710) fließenden Kühlmittel (310) ausgebildet ist.Circuit carrier ( 100 . 100 ' . 600 . 700 ) according to one of the preceding claims, in which the cooling structure ( 120 . 120 ' . 610 . 710 ) at least one structural element ( 121 . 122 ) for enlarging the surface of the cooling structure ( 120 . 120 ' . 610 . 710 ) and / or for generating turbulences ( 320 ) at one on the cooling structure ( 120 . 120 ' . 610 . 710 ) flowing coolant ( 310 ) is trained. Schaltungsträger (100, 100‘, 600, 700) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Kühlstruktur (120, 120‘, 610, 710) zumindest ein Strukturelement (121, 122) aufweist, das ein von der ersten Oberfläche (110a) der Trägerschicht (110) sich weg erstreckender Vorsprung ist. Circuit carrier ( 100 . 100 ' . 600 . 700 ) according to one of the preceding claims, in which the cooling structure ( 120 . 120 ' . 610 . 710 ) at least one structural element ( 121 . 122 ), one of the first surface ( 110a ) of the carrier layer ( 110 ) is a protruding projection. Schaltungsträger (100, 100‘, 600, 700) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Kühlstruktur (120, 120‘, 610, 710) zumindest ein rippen- oder stiftförmiges Strukturelement (121, 122) aufweist.Circuit carrier ( 100 . 100 ' . 600 . 700 ) according to one of the preceding claims, in which the cooling structure ( 120 . 120 ' . 610 . 710 ) at least one rib-shaped or pin-shaped structural element ( 121 . 122 ) having. Schaltungsträger (100‘, 700) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Kühlstruktur (120‘, 710) zumindest ein von einem der Trägerschicht (110) zugewandten Ende (122a) zu einem der Trägerschicht (110) abgewandten Ende (122b) hin sich stufenförmig verjüngendes Strukturelement (122) aufweist. Circuit carrier ( 100 ' . 700 ) according to one of the preceding claims, in which the Cooling structure ( 120 ' . 710 ) at least one of one of the carrier layer ( 110 ) facing end ( 122a ) to a carrier layer ( 110 ) facing away from the end ( 122b ) stepwise tapered structural element ( 122 ) having. Schaltungsanordnung (10) mit – einer Kühlkammer (300) zum Durchfluss eines Kühlmittels (310), – einem Schaltungsträger (100, 100‘, 600, 700) mit einer Kühlstruktur (120, 120‘, 610, 710) nach einem der vorangehenden Ansprüche, – wobei die Kühlstruktur (120, 120‘, 610, 710) von dem Kühlmittel (310) umströmbar in der Kühlkammer (300) angeordnet ist. Circuit arrangement ( 10 ) with - a cooling chamber ( 300 ) to the flow of a coolant ( 310 ), - a circuit carrier ( 100 . 100 ' . 600 . 700 ) with a cooling structure ( 120 . 120 ' . 610 . 710 ) according to one of the preceding claims, - wherein the cooling structure ( 120 . 120 ' . 610 . 710 ) of the coolant ( 310 ) can be flowed around in the cooling chamber ( 300 ) is arranged. Verfahren zur Herstellung eines Schaltungsträgers (120, 120‘, 610, 710), wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: – Bereitstellen (S110) einer Trägerschicht (110) mit einer ersten Oberfläche (110a), – Aufbringen (S120a) einer ersten, wärmeleitfähigen Schicht (12) unmittelbar auf der ersten Oberfläche (110a) der Trägerschicht (110), – Ätzen (S130a) der ersten, wärmeleitfähigen Schicht (12) in einem Ätzvorgang zu einer Kühlstruktur (120, 610). Method for producing a circuit carrier ( 120 . 120 ' . 610 . 710 ), the method comprising the following method steps: - providing (S110) a carrier layer ( 110 ) with a first surface ( 110a ), - applying (S120a) a first thermally conductive layer ( 12 ) directly on the first surface ( 110a ) of the carrier layer ( 110 ), - etching (S130a) the first thermally conductive layer ( 12 ) in an etching process to a cooling structure ( 120 . 610 ). Verfahren nach Anspruch 8, mit folgenden Verfahrensschritten: – Bereitstellen (S110) einer Trägerschicht (110) mit der ersten Oberfläche (110a) und einer zweiten Oberfläche (110b), – Aufbringen (S120b) einer zweiten, elektrisch leitfähigen Schicht (13) auf der zweiten Oberfläche (110b) der Trägerschicht (110), – Ätzen (S130b) der zweiten, elektrisch leitfähigen Schicht (13) zu einer elektrischen Leiterbahn (131, 132) in demselben Ätzvorgang (S130a) der ersten, wärmeleitfähigen Schicht (12) zu der Kühlstruktur (120, 610). Method according to claim 8, comprising the following method steps: - providing (S110) a carrier layer ( 110 ) with the first surface ( 110a ) and a second surface ( 110b ), - applying (S120b) a second, electrically conductive layer ( 13 ) on the second surface ( 110b ) of the carrier layer ( 110 ), - etching (S130b) the second, electrically conductive layer ( 13 ) to an electrical trace ( 131 . 132 ) in the same etching process (S130a) of the first thermally conductive layer (S130a) 12 ) to the cooling structure ( 120 . 610 ). Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, mit Ätzen (S140) der ersten, wärmeleitfähigen Schicht (12) in einem Stufenätzvorgang zu einer Kühlstruktur (120‘, 710) mit einem von dem der Trägerschicht (110) zugewandten Ende (122a) zu dem der Trägerschicht (110) abgewandten Ende (122b) hin sich stufenförmig verjüngenden Strukturelement (122).Method according to claim 8 or 9, with etching (S140) of the first, thermally conductive layer ( 12 ) in a step etching process to a cooling structure ( 120 ' . 710 ) with one of the backing layer ( 110 ) facing end ( 122a ) to the carrier layer ( 110 ) facing away from the end ( 122b ) stepwise tapered structural element ( 122 ).
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