WO2014173514A1 - Circuit board and method for producing a circuit board - Google Patents

Circuit board and method for producing a circuit board Download PDF

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WO2014173514A1
WO2014173514A1 PCT/EP2014/001038 EP2014001038W WO2014173514A1 WO 2014173514 A1 WO2014173514 A1 WO 2014173514A1 EP 2014001038 W EP2014001038 W EP 2014001038W WO 2014173514 A1 WO2014173514 A1 WO 2014173514A1
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circuit board
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PCT/EP2014/001038
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Lutz Rissing
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Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover
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Definitions

  • the invention relates to a printed circuit board with a substrate made of an electrically insulating substrate material or an electrically conductive substrate material with a coating of an electrically insulating material, at least one electronic component and / or at least one electrical conductor for electrically contacting the at least one electronic component.
  • the invention also relates to a method for producing such a printed circuit board.
  • circuit boards have long been known from the prior art and are used in particular for so-called high-temperature electronics. This includes circuits whose service operating temperature exceeds the usual range of up to 125 ° C continuous temperature load. Of course, such printed circuit boards are also suitable for conventional electronic components that are not operated in this extreme temperature range.
  • the substrate material is an electrically conductive material, it is insignificantly soft with this electrically conductive substrate material
  • CONFIRMATION COPY a coating of the electrically insulating material is provided. It is only important that the substrate material is electrically insulated against the at least one electronic component and against the at least one electrical conductor in order to avoid short circuits. It is also irrelevant which electrically insulating material is used and which thickness has the applied coating. The choice of both the materials used and the required layer thickness is easily possible for a person skilled in the art on the basis of his specialist knowledge, so that further explanations are dispensed with. If an electrically insulating substrate material is mentioned below, this also means an electrically conductive substrate material with an electrically insulating coating.
  • High-temperature electronic components can be divided into two categories.
  • sensors and logic modules which are supposed to record local states of larger systems and process them by signal technology. They are used on site in a hot environment and must function properly at the prevailing temperature.
  • sensors and logic devices in the powertrain of a car which may have up to 175 ° C, on the exhaust of a car whose temperature can reach up to 650 ° C or used for example in throttle valves, which can reach up to 200 ° C.
  • high-temperature electronic components include power modules that generate high power losses from their own function and thus are heated to high temperatures.
  • these components are now increasingly used in the form of modular systems in which the individual functional units are integrated into subsystems.
  • Intelligent modules also contain, for example, control, monitoring and protective electronic components.
  • the printed circuit boards described here can be used.
  • a full-surface layer of an electrically conductive material, for example copper is conventionally applied to the substrate, with the individual conductor tracks subsequently being etched out of the full-area copper layer.
  • the individual electronic components may also be provided, for example, by means of soldered connections in which the electrical contacting is effected by the solder, or by so-called bonding wires which are fastened to both points to be connected, for example by soldering.
  • soldered connections in which the electrical contacting is effected by the solder
  • bonding wires which are fastened to both points to be connected, for example by soldering.
  • the contacting of the individual electronic components represents one of the main problems in generic printed circuit boards.
  • the heat which is produced in particular with power components, must be dissipated in order to avoid overheating of the electronic component.
  • the printed circuit boards conventionally consist of a large number of very different materials, such as, for example, metals, ceramics, thermal compounds and cooling elements, some of which have very different thermal expansion coefficients, load also to mechanical stresses in the component.
  • load also to mechanical stresses in the component.
  • even a component made of only a single material is subjected to mechanical stresses caused by the temperature gradient occurring during the dissipation of the resulting heat.
  • the corresponding electronic component is disabled and must be replaced if necessary with high cost and effort.
  • a printed circuit board with conductor tracks made of an insulated wire is known whose geometric position is defined and permanent to each other.
  • insulated wires are used, wherein penetrated at the contact points, the insulating layer and a gas-tight electrically conductive connection between the wire conductor and the associated component is formed.
  • DE 101 34 562 B4 also deals with a system and a method for electrical contacting and mechanical fastening of printed circuit boards. Again, cutting or insulation displacement elements are used.
  • the invention is therefore based on the object to present a printed circuit board and a cost-effective method for producing such a circuit board in order to inexpensively realize a variety of materials for producing a thermally and mechanically stable circuit board with integrated conductors of large cross-sections while allowing contacting at least one electronic component ,
  • the invention solves this problem by a printed circuit board according to the preamble of claim 1, which is characterized in that the at least one electrical conductor is arranged in a conductor recess extending in a surface of the substrate.
  • This has the advantage on the one hand that no full-area electrically conductive, for example metallic, coating has to be applied to the substrate made of the electrically insulating substrate material, which subsequently has to be structured or removed such that the desired printed conductors remain on the substrate layer.
  • the complex structuring process of the full-surface conductive coating is thus eliminated.
  • these countersunk electrical conductors can also be used for contacting the electronic components, so that the conductors are designed in this way can be sufficiently dimensioned for the large electrical power consumed by particular power devices.
  • the at least one electronic component is also arranged in a component recess in the surface of the substrate.
  • the electronic component advantageously has at least one contact point with which the at least one electrical conductor is connected for electrical contacting.
  • a depth of the conductor recesses and a depth of the component recess are coordinated so that the electrical conductor and the at least one contact point are positioned at the same height relative to the surface of the substrate. This means that no height difference must be overcome for contacting the at least one electronic component, as is conventionally the case with electronic components which are arranged on the surface of the substrate.
  • Such differences in height lead in the electrical conductors in particular in the corners and creases, which are required by the difference in height, particularly strong mechanical and thermal stresses, which are a frequent source of error.
  • the electrical conductor and the electronic component together are almost completely surrounded by the electrically insulating substrate material.
  • a movement of the individual components relative to each other due to the mechanical stress caused by the different thermal expansions is therefore almost impossible, so that a breakage of the joints due to these mechanical movements can be almost certainly excluded.
  • the upper side of the at least one electrical conductor is flush with the surface of the substrate. In a particularly preferred embodiment, this also applies to an upper side of the at least one electrical component. This means that no or only very small three-dimensional structures or elevations are present on the surface of the substrate, so that, for example, further necessary coatings in the form of insulating or electrical layers can be applied particularly easily.
  • the surface can be ground or polished after the introduction of the at least one electrical conductor and / or the at least one electronic component.
  • the individual circuit boards are good and easy to stack, so that they can be arranged on or one above the other and are thus used in a particularly space-saving manner.
  • the substrate has at least one channel in which a cooling element is arranged.
  • a cooling element for this purpose.
  • a thermal paste or a sintered layer can be used. If conventionally the electronic components are placed on the surface of the substrate, the heat must first be passed through the substrate before it can be fed to the actual cooling element via the thermal paste or the sintered layer.
  • the thickness of the substrate naturally decreases at this point. For this reason alone, better heat dissipation is possible, as this route takes the heat through the substrate must pass through, is less than is the case with printed circuit boards of the prior art.
  • the cooling element is not limited to solid elements, such as metal wires, such as copper, limited, which can be used as cooling elements due to their good heat transfer property. Also, liquids or gases which are used as cooling fluid are understood in the present case as a cooling element in the context of the invention. These can flow or be pumped through the respective channel and thus also provide for heat dissipation. Of course, the individual measures can be combined to ensure the best possible heat dissipation.
  • the at least one channel is part of a refrigeration cycle system in which a liquid or gaseous cooling medium is circulated. Since it can be a closed system, despite the high electrical power and water as a coolant quite possible, which makes a particularly simple and inexpensive design possible.
  • the heat can be conducted, for example, to a heat pipe, in particular a copper heat pipe, via the cooling element.
  • the at least one conductor recess may also be formed so as not to be opened to the top of the substrate.
  • it may be, for example, a tunnel or channel, in for example, can be introduced from a side surface of the substrate from the at least one electrical conductor.
  • this is a conductor groove that extends in the surface of the substrate, even if there is no direct access from the surface of the substrate.
  • An inventive method for producing such a printed circuit board comprises the following steps: a) introducing the at least one conductor recess in the surface of the substrate of the substrate material, b) introducing the at least one electrical conductor in the at least one conductor recess.
  • the required conductor recesses and, if desired, the required component recesses for the respective electronic components can be introduced into the substrate material. This happens, for example, by machining.
  • the at least one electrical conductor and the possibly present electronic components can be used in particular subsequently in the wells thus created. This ensures that the often sensitive components are not damaged or destroyed during the optional machining for the desired wells.
  • the at least one electrical conductor is positively inserted into the at least one conductor recess.
  • the conductor recess is, for example, a rectilinear depression
  • the at least one electrical conductor can also be introduced from a side surface of the substrate into the groove-shaped depression, for example.
  • positive and / or non-positive connections are not limited to substrates made of a ceramic material.
  • Sub- Polymer-based or other electrically insulating materials are conceivable.
  • the cross section of the conductor recess is chosen so that a clip connection can be made.
  • a connection refers to a compound in which at least one of the two components to be connected is elastically deformed during connection and later recoils into the original shape.
  • the two components jam, for example, geometrie employment.
  • rounded, elastic deformation regions are to be favored in order to avoid mechanical stress peaks and thus to reduce the probability of breakage.
  • the conductor recess has a seeminglyförmig in cross-section groove has been found.
  • Such grooves can be introduced with a corresponding form cutter in a single operation in the substrate.
  • segmented embodiments of these grooves in which the individual conductors are formed overlapping at their ends, it is also possible to provide non-linear conductor tracks, which consequently do not run along a straight line in the substrate.
  • silicate compounds are suitable as spanable ceramics which are used as the preferred substrate material, since they have a comparatively high modulus of elasticity combined with high temperature resistance.
  • the introduction of the at least one electrical conductor into the at least one conductor recess can be done particularly advantageously by pouring liquid conductor material into the already existing conductor recesses.
  • This is the material from which the electric Conductor should exist, for example, copper, melted and introduced in the liquid state in the existing conductor wells. Subsequently, the liquid conductor material is cooled and solidified. This results in a particularly good and easy to manufacture fixation of at least one electrical conductor in the corresponding Portervertie- tion.
  • an already introduced in the solid state in the conductor recess electrical conductor for example, be melted, so that here comes the subsequent cooling the particularly good and easy to produce fixation and attachment of the electrical conductor in the conductor recess to conditions.
  • the at least one electrical conductor is fastened in the conductor recess, in particular adhesively bonded.
  • the at least one electrical conductor is introduced into the at least one conductor recess before the ceramic substrate is fired.
  • the individual segments may be formed overlapping so that the protruding upper portion of one segment of the electrical conductor builds up pressure on the adjacent lower portion overlapped by it so that upon firing of the ceramic material a connection is created between the two conductor segments , so that an electrical conductor is created.
  • the channels and other depressions for cooling elements and other components to be arranged on the substrate can also be introduced.
  • the invention also achieves the stated object by a method for producing a printed circuit board described here, comprising the following steps: a) positioning the at least one electrical conductor in a desired position,
  • the electrical conductors and / or some or all of the electronic components are positioned as they are to be located later in the finished substrate.
  • the particular desired three-dimensional shape and optionally designed in three dimensions course of individual electrical conductors can be specified and realized particularly simple, since initially no conductor recesses must be introduced into an already existing substrate.
  • the so arranged at least one electrical conductor is coated with the substrate material. This can be done in different ways and with different materials.
  • liquid or powdery substrate material can be used as well as kneadable and moldable solid substrate material.
  • the thus introduced substrate material is cured, so that the substrate is formed, which now completely or at least partially surrounds the electrical conductor positioned in the first step and so to a particularly easy to produce, yet solid connection between the substrate and the electrical conductors leads.
  • Suitable substrate materials are liquid or liquefiable materials, such as, for example, plastics or epoxy resins, which, for example, cure in a reactive manner in the last process step. This curing can be done by supplying heat or UV radiation.
  • inorganic liquids such as, for example, melted aluminum oxide can also be used.
  • liquid or liquefied substrate materials it makes sense to encase the electrical conductor which has been arranged in the desired position in the first method step, for example by injection molding with the liquid material.
  • the curing may be performed, for example, by sintering or by complete fusion the introduced powder, which envelops the at least one electrical conductor, happen by subsequently curing this molten powder again.
  • the introduced powder which envelops the at least one electrical conductor
  • it makes sense to use wrought and moldable materials which cure even without further external influence, for example without the supply of heat or UV radiation. This has the advantage over curing by sintering or melting and subsequent cooling of an introduced powder that no additional energy is needed.
  • Such a manufacturing process is therefore inexpensive and environmentally friendly.
  • all other devices and elements to be arranged in or on the substrate can also be positioned in the first method step.
  • cooling elements such as cooling channels.
  • the substrate material is a ceramic material which is fired after the introduction of the at least one conductor recess, after the introduction of the at least one electrical conductor or for forming the substrate.
  • the substrate material is fired together with the electrical conductor, there is a particularly intimate connection of the two materials together, so that a particularly stable shape of the circuit board is formed.
  • the conductor recesses and / or the component recesses can be introduced into the corresponding ceramic green sheet from which the substrate is to be formed, before it is burned achieved its final stability and strength. This can be done for example by machining in a known manner.
  • the inventive method for producing the printed circuit board the number of required process steps is greatly reduced while reducing the susceptibility to failure of the electrical connection produced.
  • the present invention thus provides a printed circuit board which is inexpensive to produce and allows both integrated cooling and the generation of strong conductor cross-sections. At the same time, rapid mechanical structuring and transfer to low-temperature substrates is possible.
  • the method enables the use and processing of materials suitable for high temperatures, whereby a high thermal load capacity of the printed circuit board is achieved.
  • FIG. 1 shows a substrate and an electrical conductor of a printed circuit board according to a first exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows a substrate according to a second exemplary embodiment of the present invention
  • Figure 3 the schematic representation of conductor segments and Figure 4 - a sectional view through a printed circuit board according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a substrate 2, which is produced from an electrically insulating substrate material and has a surface 4.
  • a conductor recess 6 which is formed in the embodiment shown in Figure 1 in the form of a groove with an eight-shaped cross-section.
  • the electrical conductor 8 can be introduced into the conductor recess 6 in various ways. First, it can be clipped from above into the conductor recess 6. Since both the electrical conductor 8 and the conductor recesses 6 have a waist 10, there is a positive connection between the electrical conductor 8 and the conductor recess 6. Alternatively, the electrical conductor 8 through an opening 12, through which the conductor recess 6 ends in a side surface 14 of the substrate 2, are inserted. This is particularly useful for the case shown in Figure 1, when the conductor recess 6 and the electrical conductor 8 extend along a straight line.
  • FIG. 2 shows the substrate 2 with the surface 4 in which the conductor recess 6 is located.
  • This now has a branch 16, which leads to a component recess 18.
  • electrical conductors 8 can now be introduced, by which it is possible to electrically contact a component not shown in Figure 2, which is inserted into the component recess 8, electrically.
  • this component can be a power component that develops a large amount of heat during operation.
  • a channel 20 is located in the substrate 2 through which a cooling medium or a cooling element can be passed.
  • FIG. 3 shows the schematic representation of two segments 22, which each have an upper portion 24 and a lower portion 26.
  • an electrical conductor 8 can be produced by connecting the two segments 22 , This is of particular interest in the case when segments 22 already introduced into corresponding conductor recesses 6 are to be connected to an electrical conductor 8, for example, when a ceramic substrate material is fired.
  • FIG. 4 shows the sectional representation through the substrate 2 with the surface 4.
  • the conductor recess 6 and the component depression 18 can be seen.
  • the electrical conductor 8 is located in the conductor recess 6, while a component 28 is arranged in the component recess 18.
  • the respective depth of the conductor recess 6 and the component depression 18 is adapted to one another such that the upper sides of the electrical conductor 8 and the component 28 terminate flush with the surface 4 of the substrate 2 on the one hand, and the electrical conductor 8 and the component 28 on the other hand can be arranged so that the electrical conductor 8 is arranged at the same height as a contact point 30 of the component 28.
  • a contact of the component 28 by the electrical conductor 8 is possible without a height difference must be overcome, which leads to kinks and curves and thus to increased mechanical and thermal loads.
  • a coolant can be passed.
  • a cooling element such as a copper wire, which due to its good thermal conductivity dissipates the heat emitted by the component 28 heat.

Abstract

The invention relates to a circuit board having a substrate (2) made of an electrically insulating substrate material or an electrically conductive substrate material having a coating made of an electrically insulating material, at least one electronic component (28) and/or at least one electrical conductor (8) for electrically contacting the at least one electronic component (28), wherein the at least one electrical conductor (8) is disposed in a conductor recess (6) which extends in a surface (4) of the substrate (2).

Description

Titel  title
Leiterplatte und Verfahren zum Herstellen einer Leiterplatte Beschreibung  Printed circuit board and method for producing a printed circuit board Description
Die Erfindung betrifft eine Leiterplatte mit einem Substrat aus einem elektrisch isolierenden Substratmaterial oder einem elektrisch leitenden Substratmaterial mit einer Beschichtung aus einem elektrisch isolierenden Material, wenigstens einem elektronischen Bauteil und/oder wenigstens einem elektrischen Leiter zum elektrischen Kontaktieren des wenigstens einen elektronischen Bauteils. Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Leiterplatte. The invention relates to a printed circuit board with a substrate made of an electrically insulating substrate material or an electrically conductive substrate material with a coating of an electrically insulating material, at least one electronic component and / or at least one electrical conductor for electrically contacting the at least one electronic component. The invention also relates to a method for producing such a printed circuit board.
Derartige Leiterplatten sind aus dem Stand der Technik seit langem bekannt und werden insbesondere für sogenannte Hochtemperaturelektronik verwendet. Diese umfasst Schaltungen, deren Einsatz-Betriebstemperatur den üblichen Anwendungsbereich von bis zu 125°C Dauertemperaturbelastung übersteigt. Natürlich sind derartige Leiterplatten auch für herkömmliche Elektronikbausteine, die nicht in diesem extremen Temperaturbereich betrieben werden, verwendbar. Such circuit boards have long been known from the prior art and are used in particular for so-called high-temperature electronics. This includes circuits whose service operating temperature exceeds the usual range of up to 125 ° C continuous temperature load. Of course, such printed circuit boards are also suitable for conventional electronic components that are not operated in this extreme temperature range.
Sofern das Substratmaterial ein elektrisch leitendes Material ist, ist es unerheblich auf weiche Weise dieses elektrisch leitende Substratmaterial mit Insofar as the substrate material is an electrically conductive material, it is insignificantly soft with this electrically conductive substrate material
BESTÄTIGUNGSKOPIE einer Beschichtung aus dem elektrisch isolierenden Material versehen wird. Wichtig ist lediglich, dass das Substratmaterial gegen das wenigstens eine elektronische Bauteil und gegen den wenigstens einen elektrischen Leiter elektrisch isoliert ist, um Kurzschlüsse zu vermeiden. Unerheblich ist zudem, welches elektrisch isolierende Material verwendet wird und welche Dicke die aufgebrachte Beschichtung aufweist. Die Wahl sowohl der verwendeten Materialien als auch der benötigten Schichtdicke ist für den Fachmann aufgrund seines Fachwissens einfach möglich, so dass auf weitere Ausführungen verzichtet wird. Wenn im Folgenden von einem elektrisch isolierenden Substratmaterial die Rede ist, wird darunter auch ein elektrisch leitendes Substratmaterial mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung verstanden. CONFIRMATION COPY a coating of the electrically insulating material is provided. It is only important that the substrate material is electrically insulated against the at least one electronic component and against the at least one electrical conductor in order to avoid short circuits. It is also irrelevant which electrically insulating material is used and which thickness has the applied coating. The choice of both the materials used and the required layer thickness is easily possible for a person skilled in the art on the basis of his specialist knowledge, so that further explanations are dispensed with. If an electrically insulating substrate material is mentioned below, this also means an electrically conductive substrate material with an electrically insulating coating.
Hochtemperaturelektronikbauteile können in zwei Kategorien aufgeteilt werden. Auf der einen Seite stehen Sensoren und Logikbausteine, die lokale Zustände größerer Systeme aufnehmen und signaltechnisch verarbeiten sollen. Sie werden vor Ort in einer heißen Umgebung eingesetzt und müssen bei der dort herrschenden Temperatur einwandfrei funktionieren. Beispielsweise können derartige Sensoren und Logikbausteine im Antriebsstrang eines Pkws, der bis zu 175°C aufweisen kann, am Auspuff eines Pkws, dessen Temperatur bis zu 650°C erreichen kann oder beispielsweise bei Drosselklappen verwendet werden, die bis zu 200°C erreichen können. High-temperature electronic components can be divided into two categories. On the one hand there are sensors and logic modules which are supposed to record local states of larger systems and process them by signal technology. They are used on site in a hot environment and must function properly at the prevailing temperature. For example, such sensors and logic devices in the powertrain of a car, which may have up to 175 ° C, on the exhaust of a car whose temperature can reach up to 650 ° C or used for example in throttle valves, which can reach up to 200 ° C.
Auf der anderen Seite umfassen Hochtemperaturelektronikbausteine Leistungsbausteine, die eine hohe Verlustleistung aus ihrer eigenen Funktion generieren und hierdurch auf hohe Temperaturen geheizt werden. Insbesondere diese Komponenten werden heute verstärkt in Form modularer Systeme verwendet, in denen die einzelnen Funktionseinheiten in Subsysteme integriert werden. Intelligente Module enthalten darüber hinaus beispielsweise Ansteuerungs-, Überwachungs- und Schutzelektronikanteile. Unter anderem in diesen Anwendungsbereichen können die hier beschriebenen Leiterplatten verwendet werden. Auf dem Substrat aus dem elektrisch isolierenden Substratmaterial sind dabei die verwendeten elektronischen Bauteile angeordnet, die durch entsprechende Leiterbahnen oder Leiter kontaktiert werden. Dazu wird herkömmlicherweise auf das Substrat eine vollflächige Schicht aus einem elektrisch leitenden Material, beispielsweise Kupfer, aufgebracht, wobei die einzelnen Leiterbahnen anschließend aus der vollflächigen Kupferschicht herausgeätzt werden. Dies hat ein vergleichsweise kostenintensives Produktionsverfahren zur Folge, wobei zusätzlich die verwendeten Ätzlösungen entsorgt werden müssen, wodurch der Kostenaufwand nochmals erhöht wird. Aus der DE 24 51 299 A ist daher ein Verfahren zum Herstellen derartiger Leiterplatten bekannt, bei denen die Aufteilung der geschlossenen, elektrisch leitenden Fläche in Leitungsbahnen und Anschlussflächen mechanisch erfolgt. Dies geschieht beispielsweise durch eine spanende Bearbeitung. On the other hand, high-temperature electronic components include power modules that generate high power losses from their own function and thus are heated to high temperatures. In particular, these components are now increasingly used in the form of modular systems in which the individual functional units are integrated into subsystems. Intelligent modules also contain, for example, control, monitoring and protective electronic components. Among other things in these applications, the printed circuit boards described here can be used. On the substrate of the electrically insulating substrate material while the electronic components used are arranged, which are contacted by corresponding conductor tracks or conductors. For this purpose, a full-surface layer of an electrically conductive material, for example copper, is conventionally applied to the substrate, with the individual conductor tracks subsequently being etched out of the full-area copper layer. This results in a comparatively cost-intensive production process, in which case additionally the etching solutions used have to be disposed of, whereby the cost expenditure is again increased. From DE 24 51 299 A, therefore, a method for producing such printed circuit boards is known, in which the division of the closed, electrically conductive surface in ducts and connection surfaces takes place mechanically. This happens, for example, by a machining.
Die einzelnen elektronischen Bauteile können alternativ dazu auch beispielsweise über Lötverbindungen, bei denen die elektrische Kontaktie- rung durch das Lot erfolgt, oder durch sogenannte Bonddrähte erfolgen, die an beiden zu verbindenden Stellen, beispielsweise durch Löten, befestigt werden. Ein Überblick über entsprechende Herstellungsverfahren und deren Schwächen kann beispielsweise der Zeitschrift„Microelectronics Reliability" 49 (2009), 1250-1255 entnommen werden. As an alternative, the individual electronic components may also be provided, for example, by means of soldered connections in which the electrical contacting is effected by the solder, or by so-called bonding wires which are fastened to both points to be connected, for example by soldering. An overview of corresponding production processes and their weaknesses can be found, for example, in the journal "Microelectronics Reliability" 49 (2009), 1250-1255.
Die Kontaktierung der einzelnen elektronischen Bauteile stellt eines der Hauptprobleme bei gattungsgemäßen Leiterplatten dar. Die insbesondere bei Leistungsbauteilen entstehende Wärme muss abgeführt werden, um eine Überhitzung des elektronischen Bauteils zu vermeiden. Da die Leiterplatten herkömmlicherweise aus einer Vielzahl unterschiedlichster Materialien, wie beispielsweise Metallen, Keramiken, Wärmeleitpasten und Kühlelementen bestehen, die teilweise sehr unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten haben, kommt es neben der thermischen Be- lastung auch zu mechanischen Spannungen in dem Bauteil. Dabei gilt es jedoch zu beachten, dass selbst ein Bauteil aus nur einem einzigen Material mechanischen Belastungen unterworfen ist, die durch den bei der Abführung der entstehenden Wärme auftretenden Temperaturgradienten hervorgerufen werden. Neben der hohen thermischen Belastung kann auch die mechanische Belastung zu einem Bruch von Lötstellen oder dem Abreißen von Bonddrähten führen. In diesem Fall wird das entsprechende elektronische Bauteil funktionsunfähig und muss gegebenenfalls unter hohem Kosten- und Arbeitsaufwand ersetzt werden. The contacting of the individual electronic components represents one of the main problems in generic printed circuit boards. The heat, which is produced in particular with power components, must be dissipated in order to avoid overheating of the electronic component. Since the printed circuit boards conventionally consist of a large number of very different materials, such as, for example, metals, ceramics, thermal compounds and cooling elements, some of which have very different thermal expansion coefficients, load also to mechanical stresses in the component. However, it should be noted that even a component made of only a single material is subjected to mechanical stresses caused by the temperature gradient occurring during the dissipation of the resulting heat. In addition to the high thermal load and the mechanical stress can lead to a breakage of solder joints or the tearing off of bonding wires. In this case, the corresponding electronic component is disabled and must be replaced if necessary with high cost and effort.
Aus der DE 196 42 488 A1 ist daher ein Verfahren zum Herstellen von flachen Multichipmodulen und Dünnschichtleiterplatten bekannt, bei denen sich die elektronischen Bestückungskomponenten durch eine sehr flache Bauweise auszeichnen. Diese besonders flachen Bauteile sind in speziellen Senken bündig in Kunstharzplatten eingelassen, die das Substrat bilden. Die Kontaktierung dieser Elemente findet an Kontaktstellen statt, die zur Oberseite des Substrates zeigen und somit von oben kontaktiert werden können. Dazu wird zunächst auf die versenkten elektronischen Bauteile eine Isolationsschicht aufgebracht, die aus einer UV-strukturierbaren Trockenlötstoppmaske besteht. Damit werden Kontaktlöcher zu den Chipkontakten ermöglicht, so dass durch eine anschließende ganzflächige Metallisierung die Kontaktierung der versenkten Chips ermöglicht wird. From DE 196 42 488 A1, therefore, a method for producing flat multi-chip modules and thin-film circuit boards is known, in which the electronic components are characterized by a very flat design. These particularly flat components are embedded in special sinks flush in synthetic resin plates, which form the substrate. The contacting of these elements takes place at contact points that point to the top of the substrate and thus can be contacted from above. For this purpose, an insulating layer is first applied to the sunk electronic components, which consists of a UV-structured dry solder mask. This contact holes are made possible to the chip contacts, so that the contacting of the recessed chips is made possible by a subsequent full-surface metallization.
Aus der DE 26 36 408 hingegen ist eine Leiterplatte mit Leiterzügen aus einem isolierten Draht bekannt, deren geometrische Lage zueinander definiert und permanent ist. Dabei werden isolierte Drähte verwendet, wobei an den Kontaktstellen die Isolierschicht durchdrungen und eine gasdichte elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Drahtleiter und dem zugehörigen Bauelement gebildet wird. From DE 26 36 408, however, a printed circuit board with conductor tracks made of an insulated wire is known whose geometric position is defined and permanent to each other. In this case, insulated wires are used, wherein penetrated at the contact points, the insulating layer and a gas-tight electrically conductive connection between the wire conductor and the associated component is formed.
Auch die DE 101 34 562 B4 befasst sich mit einem System und einem Verfahren zur elektrischen Kontaktierung und mechanischen Befestigung von Leiterplatten. Auch hier werden Schneid- oder Schneidklemmelemente verwendet. DE 101 34 562 B4 also deals with a system and a method for electrical contacting and mechanical fastening of printed circuit boards. Again, cutting or insulation displacement elements are used.
Alle diese Verfahren haben gemeinsam, dass zunächst eine vollflächige, leitfähige Schicht aufgebracht wird, wobei anschließend die Bereiche, die nicht als Leiter zur Verfügung stehen sollen, wieder entfernt werden. Dies hat ein aufwendiges und teueres Produktionsverfahren zur Folge. Durch die unterschiedlichen Höhenprofile der einzelnen Bauteile oder die zum Kontaktieren verwendeten Bonddrähte kommt es aufgrund der mechanischen Belastung, die durch die thermische Belastung hervorgerufen werden, häufig zu Funktionsausfällen aufgrund gebrochener Lötstellen, abgerissener Drähte oder sonstiger Fehler in der Kontaktierung. All of these methods have in common that first a full-surface, conductive layer is applied, and then the areas that should not be available as a conductor, are removed again. This results in a complicated and expensive production process. Due to the different height profiles of the individual components or the bonding wires used for contacting occurs due to the mechanical stress caused by the thermal stress, often to functional failures due to broken solder joints, torn wires or other errors in the contact.
Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, eine Leiterplatte sowie ein kostengünstiges Verfahren zum Herstellen einer solchen Leiterplatte vorzustellen, um verschiedenste Materialien zur Erzeugung einer thermisch und mechanisch stabilen Leiterplatte mit integrierten Leitern großer Querschnitte kostengünstig zu realisieren und gleichzeitig die Kontaktierung wenigstens eines elektronischen Bauteils zu ermöglichen. The invention is therefore based on the object to present a printed circuit board and a cost-effective method for producing such a circuit board in order to inexpensively realize a variety of materials for producing a thermally and mechanically stable circuit board with integrated conductors of large cross-sections while allowing contacting at least one electronic component ,
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch eine Leiterplatte gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , die sich dadurch auszeichnet, dass der wenigstens eine elektrische Leiter in einer Leitervertiefung angeordnet ist, die in einer Oberfläche des Substrates verläuft. Dies hat zum einen den Vorteil, dass auf das Substrat aus dem elektrisch isolierenden Substratmaterial keine vollflächige elektrisch leitende, beispielsweise metallische, Be- schichtung aufgebracht werden muss, die anschließend so strukturiert bzw. entfernt werden muss, dass die gewünschten Leiterbahnen auf der Substratschicht verbleiben. Der aufwendige Strukturierungsprozess der vollflächigen leitenden Beschichtung entfällt somit. Zum anderen können diese versenkten elektrischen Leiter auch zum Kontaktieren der elektronischen Bauteile verwendet werden, so dass die Leiter so ausgebildet sein können, dass sie für die großen elektrischen Leistungen, die von insbesondere Leistungsbauelementen aufgenommen werden, ausreichend dimensioniert sind. The invention solves this problem by a printed circuit board according to the preamble of claim 1, which is characterized in that the at least one electrical conductor is arranged in a conductor recess extending in a surface of the substrate. This has the advantage on the one hand that no full-area electrically conductive, for example metallic, coating has to be applied to the substrate made of the electrically insulating substrate material, which subsequently has to be structured or removed such that the desired printed conductors remain on the substrate layer. The complex structuring process of the full-surface conductive coating is thus eliminated. On the other hand, these countersunk electrical conductors can also be used for contacting the electronic components, so that the conductors are designed in this way can be sufficiently dimensioned for the large electrical power consumed by particular power devices.
Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Leiterplatte so weiterzuentwickeln, dass eine Kontaktierung des wenigstens einen elektronischen Bauteils einfach möglich ist und diese Kontaktierung den auftretenden mechanischen und thermischen Belastungen besonders gut standhält. With the present invention, it is possible to further develop a printed circuit board so that a contacting of the at least one electronic component is easily possible and this contacting withstands the occurring mechanical and thermal stresses particularly well.
Vorteilhafterweise ist auch das wenigstens eine elektronische Bauteil in einer Bauteilvertiefung in der Oberfläche des Substrates angeordnet.  Advantageously, the at least one electronic component is also arranged in a component recess in the surface of the substrate.
Das elektronische Bauteil weist vorteilhafterweise wenigstens eine Kontaktstelle auf, mit der der wenigstens eine elektrische Leiter zum elektrischen Kontaktieren verbunden ist. Vorzugsweise sind eine Tiefe der Leitervertiefungen und eine Tiefe der Bauteilvertiefung so aufeinander abgestimmt, dass der elektrische Leiter und die wenigstens eine Kontaktstelle in der gleichen Höhe relativ zur Oberfläche des Substrates positioniert sind. Dies bedeutet, dass zum Kontaktieren des wenigstens einen elektronischen Bauteils kein Höhenunterschied überwunden werden muss, wie dies herkömmlicherweise bei elektronischen Bauteilen der Fall ist, die auf der Oberfläche des Substrates angeordnet sind. Derartige Höhenunterschiede führen bei den elektrischen Leitern insbesondere in den Ecken und Knicken, die durch den Höhenunterschied nötig werden, zu besonders starken mechanischen und thermischen Belastungen, die eine häufige Fehlerquelle sind. Zudem sind in dieser Ausgestaltung der elektrische Leiter und das elektronische Bauteil gemeinsam nahezu vollständig vom elektrisch isolierenden Substratmaterial umgeben. Eine Bewegung der einzelnen Bauteile relativ zueinander aufgrund der mechanischen Belastungen durch die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen ist folglich nahezu unmöglich, so dass ein Bruch der Verbindungen aufgrund dieser mechanischen Bewegungen nahezu sicher ausgeschlossen werden kann. Vorteilhafterweise schließt die Oberseite des wenigstens einen elektrischen Leiters mit der Oberfläche des Substrates fluchtend ab. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung gilt dies auch für eine Oberseite des wenigstens einen elektrischen Bauteils. Dies bedeutet, dass an der Oberfläche des Substrates keine oder nur sehr geringe dreidimensionale Strukturen oder Erhebungen vorhanden sind, so dass beispielsweise weitere nötige Beschichtungen in Form von isolierenden oder elektrischen Schichten besonders einfach aufgebracht werden können. Zu diesem Zweck kann die Oberfläche nach dem Einbringen des wenigstens einen elektrischen Leiters und/oder des wenigstens einen elektronischen Bauteils geschliffen oder poliert werden. Auf diese Weise werden die einzelnen Leiterplatten gut und einfach stapelbar, so dass sie auf- bzw. übereinander angeordnet werden können und so in besonders platzsparender Weise verwendbar sind. The electronic component advantageously has at least one contact point with which the at least one electrical conductor is connected for electrical contacting. Preferably, a depth of the conductor recesses and a depth of the component recess are coordinated so that the electrical conductor and the at least one contact point are positioned at the same height relative to the surface of the substrate. This means that no height difference must be overcome for contacting the at least one electronic component, as is conventionally the case with electronic components which are arranged on the surface of the substrate. Such differences in height lead in the electrical conductors in particular in the corners and creases, which are required by the difference in height, particularly strong mechanical and thermal stresses, which are a frequent source of error. In addition, in this embodiment, the electrical conductor and the electronic component together are almost completely surrounded by the electrically insulating substrate material. A movement of the individual components relative to each other due to the mechanical stress caused by the different thermal expansions is therefore almost impossible, so that a breakage of the joints due to these mechanical movements can be almost certainly excluded. Advantageously, the upper side of the at least one electrical conductor is flush with the surface of the substrate. In a particularly preferred embodiment, this also applies to an upper side of the at least one electrical component. This means that no or only very small three-dimensional structures or elevations are present on the surface of the substrate, so that, for example, further necessary coatings in the form of insulating or electrical layers can be applied particularly easily. For this purpose, the surface can be ground or polished after the introduction of the at least one electrical conductor and / or the at least one electronic component. In this way, the individual circuit boards are good and easy to stack, so that they can be arranged on or one above the other and are thus used in a particularly space-saving manner.
Vorzugsweise weist das Substrat wenigstens einen Kanal auf, in dem ein Kühlelement angeordnet ist. Wie bereits dargelegt, werden insbesondere bei Leistungselektroniken teilweise immense elektrische Leistungen in Wärmeenergie umgesetzt. Um eine Überhitzung der Bauteile zu vermeiden, muss diese Wärme abgeführt werden. Herkömmlicherweise wird dazu das Substrat auf ein Kühlelement aufgesetzt. Um hier den thermischen Kontakt zu verbessern, kann eine Wärmeleitpaste oder auch eine Sinterschicht verwendet werden. Wenn herkömmlicherweise die elektronischen Bauteile auf die Oberfläche des Substrates aufgesetzt werden, muss die Wärme zunächst durch das Substrat hindurchgeführt werden, bevor sie über die Wärmeleitpaste oder die Sinterschicht dem eigentlichen Kühlelement zugeführt werden kann. Wenn jedoch wie vorliegend das wenigstens eine elektronische Bauteil und/oder der wenigstens eine elektrische Leiter in die Oberfläche des Substrates versenkt sind, nimmt an dieser Stelle die Dicke des Substrates naturgemäß ab. Allein aus diesem Grund ist eine bessere Wärmeableitung möglich, da diese Strecke, die die Wärme durch das Substrat hindurch zurücklegen muss, geringer ausfällt, als dies bei Leiterplatten aus dem Stand der Technik der Fall ist. Zudem ist es jedoch möglich, im Substrat wenigstens einen Kanal anzuordnen, der beispielsweise zwischen der jeweiligen Bauteilvertiefung oder Leitervertiefung und der gegenüberliegenden Oberfläche des Substrates verläuft. Wird hier ein Kühlelement eingeführt, das über eine gute Wärmeleitfähigkeit verfügt, kann der Abtransport der Wärme vom Leistungsbauteil weiter beschleunigt und verbessert werden. Preferably, the substrate has at least one channel in which a cooling element is arranged. As already stated, in particular in power electronics, immense electrical power is sometimes converted into thermal energy. To avoid overheating of the components, this heat must be dissipated. Conventionally, the substrate is placed on a cooling element for this purpose. In order to improve the thermal contact here, a thermal paste or a sintered layer can be used. If conventionally the electronic components are placed on the surface of the substrate, the heat must first be passed through the substrate before it can be fed to the actual cooling element via the thermal paste or the sintered layer. However, if, as in the present case, the at least one electronic component and / or the at least one electrical conductor are recessed into the surface of the substrate, the thickness of the substrate naturally decreases at this point. For this reason alone, better heat dissipation is possible, as this route takes the heat through the substrate must pass through, is less than is the case with printed circuit boards of the prior art. In addition, however, it is possible to arrange at least one channel in the substrate, which extends, for example, between the respective component recess or conductor recess and the opposite surface of the substrate. If a cooling element is introduced here which has good thermal conductivity, the removal of the heat from the power component can be further accelerated and improved.
Das Kühlelement ist dabei nicht auf feste Elemente, wie beispielsweise Metalldrähte, beispielsweise aus Kupfer, beschränkt, die aufgrund ihrer guten Wärmeleitungseigenschaft als Kühlelemente verwendet werden können. Auch Flüssigkeiten oder Gase, die als Kühlfluid verwendet werden, werden vorliegend als Kühlelement im Sinne der Erfindung verstanden. Diese können durch den jeweiligen Kanal fließen bzw. gepumpt werden und so ebenfalls für den Wärmeabtransport sorgen. Natürlich lassen sich die einzelnen Maßnahmen miteinander kombinieren, um einen möglichst guten Wärmeabtransport zu gewährleisten. The cooling element is not limited to solid elements, such as metal wires, such as copper, limited, which can be used as cooling elements due to their good heat transfer property. Also, liquids or gases which are used as cooling fluid are understood in the present case as a cooling element in the context of the invention. These can flow or be pumped through the respective channel and thus also provide for heat dissipation. Of course, the individual measures can be combined to ensure the best possible heat dissipation.
Vorteilhafterweise ist der wenigstens eine Kanal Teil eines Kühlkreislaufsystems, in dem ein flüssiges oder gasförmiges Kühlmedium umlaufend bewegt wird. Da es sich um ein geschlossenes System handeln kann, ist trotz der hohen elektrischen Leistung auch Wasser als Kühlmittel durchaus denkbar, was eine besonders einfache und kostengünstige Ausgestaltung möglich macht. Über das Kühlelement kann die Wärme beispielsweise zu einer Heatpipe, insbesondere einer Kupfer-Heatpipe, geführt werden. Advantageously, the at least one channel is part of a refrigeration cycle system in which a liquid or gaseous cooling medium is circulated. Since it can be a closed system, despite the high electrical power and water as a coolant quite possible, which makes a particularly simple and inexpensive design possible. The heat can be conducted, for example, to a heat pipe, in particular a copper heat pipe, via the cooling element.
Bei einer Leiterplatte gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann die wenigstens eine Leitervertiefung auch so ausgebildet sein, dass sie nicht zur Oberseite des Substrats hin geöffnet ist. In diesem Fall kann es sich beispielsweise um einen Tunnel oder Kanal handeln, in den beispielsweise von einer Seitenfläche des Substrates aus der wenigstens eine elektrische Leiter eingebracht werden kann. Auch dies ist im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Leitervertiefung, die in der Oberfläche des Substrates verläuft, auch wenn kein direkter Zugang von der Oberfläche des Substrates vorhanden ist. In a printed circuit board according to an embodiment of the present invention, the at least one conductor recess may also be formed so as not to be opened to the top of the substrate. In this case, it may be, for example, a tunnel or channel, in for example, can be introduced from a side surface of the substrate from the at least one electrical conductor. Again, for the purposes of the present invention, this is a conductor groove that extends in the surface of the substrate, even if there is no direct access from the surface of the substrate.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer derartigen Leiterplatte weist die folgenden Schritte auf: a) Einbringen der wenigstens einen Leitervertiefung in die Oberfläche des Substrates aus dem Substratmaterial, b) Einbringen des wenigstens einen elektrischen Leiters in die wenigstens eine Leitervertiefung. An inventive method for producing such a printed circuit board comprises the following steps: a) introducing the at least one conductor recess in the surface of the substrate of the substrate material, b) introducing the at least one electrical conductor in the at least one conductor recess.
Zunächst können folglich die benötigten Leitervertiefungen und, sofern gewünscht, die benötigten Bauteilvertiefungen für die jeweiligen elektronischen Bauteile in das Substratmaterial eingebracht werden. Dies geschieht beispielsweise durch spanende Bearbeitung. Der wenigstens eine elektrische Leiter und die gegebenenfalls vorhandenen elektronischen Bauteile können insbesondere anschließend in die so geschaffenen Vertiefungen eingesetzt werden. Dadurch wird gewährleistet, dass die oftmals empfindlichen Bauteile nicht bei der gegebenenfalls spanenden Bearbeitung für die gewünschten Vertiefungen beschädigt oder zerstört werden. First, therefore, the required conductor recesses and, if desired, the required component recesses for the respective electronic components can be introduced into the substrate material. This happens, for example, by machining. The at least one electrical conductor and the possibly present electronic components can be used in particular subsequently in the wells thus created. This ensures that the often sensitive components are not damaged or destroyed during the optional machining for the desired wells.
Vorteilhafterweise wird der wenigstens eine elektrische Leiter formschlüssig in die wenigstens eine Leitervertiefung eingebracht. Dazu wird er insbesondere eingeclipst oder eingesteckt. Handelt es sich bei der Leitervertiefung beispielsweise um eine geradlinige Vertiefung, kann der wenigstens eine elektrische Leiter auch von einer Seitenfläche des Substrates in die beispielsweise nutförmige Vertiefung eingebracht werden. Derartige formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindungen sind jedoch nicht nur auf Substrate aus einem keramischen Material beschränkt. Auch Sub- strate auf Polymerbasis oder aus anderen elektrisch isolierenden Materialien sind denkbar. Durch das Einstecken oder Einclipsen der elektrischen Leiter in die jeweilige Leitervertiefung wird eine einfache und umweltschonende und damit kostengünstige Verbindung zwischen dem Substrat und dem elektrischen Leiter erreicht. Insbesondere wird dabei der Querschnitt der Leitervertiefung so gewählt, dass eine Clipverbindung hergestellt werden kann. Eine derartige Verbindung bezeichnet dabei eine Verbindung, bei der wenigstens eines der beiden zu verbindenden Bauteile beim Verbinden elastisch verformt wird und später in die ursprüngliche Form zurückschnellt. Dabei verklemmen sich die beiden Bauteile beispielsweise geometriebedingt. Dabei sind insbesondere abgerundete, elastische Verformungsbereiche zu favorisieren, um mechanische Spannungsspitzen zu vermeiden und damit die Bruchwahrscheinlichkeit zu reduzieren. Advantageously, the at least one electrical conductor is positively inserted into the at least one conductor recess. For this he is in particular clipped or inserted. If the conductor recess is, for example, a rectilinear depression, the at least one electrical conductor can also be introduced from a side surface of the substrate into the groove-shaped depression, for example. However, such positive and / or non-positive connections are not limited to substrates made of a ceramic material. Sub- Polymer-based or other electrically insulating materials are conceivable. By inserting or clipping the electrical conductors in the respective conductor recess a simple and environmentally friendly and therefore cost-effective connection between the substrate and the electrical conductor is achieved. In particular, the cross section of the conductor recess is chosen so that a clip connection can be made. Such a connection refers to a compound in which at least one of the two components to be connected is elastically deformed during connection and later recoils into the original shape. The two components jam, for example, geometriebedingt. In particular, rounded, elastic deformation regions are to be favored in order to avoid mechanical stress peaks and thus to reduce the probability of breakage.
Als eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Leitervertiefung hat sich eine im Querschnitt achtförmige Nut herausgestellt. Derartige Nuten können mit einem entsprechenden Formfräser in einem einzigen Arbeitsgang in das Substrat eingebracht werden. Durch segmentierte Ausführungsformen dieser Nuten, bei denen die einzelnen Leiter an ihren Enden überlappend ausgebildet werden, ist es zudem möglich, auch nicht lineare Leiterbahnen, die folglich nicht entlang einer geraden Linie verlaufen, im Substrat vorzusehen. As a particularly advantageous embodiment of the conductor recess has a achtförmig in cross-section groove has been found. Such grooves can be introduced with a corresponding form cutter in a single operation in the substrate. By segmented embodiments of these grooves, in which the individual conductors are formed overlapping at their ends, it is also possible to provide non-linear conductor tracks, which consequently do not run along a straight line in the substrate.
Als spanbare Keramiken, die als bevorzugtes Substratmaterial verwendet werden, bieten sich beispielsweise Silikatverbindungen an, da diese über einen vergleichsweise hohen Elastizitätsmodul bei gleichzeitig hoher Temperaturbeständigkeit verfügen. For example, silicate compounds are suitable as spanable ceramics which are used as the preferred substrate material, since they have a comparatively high modulus of elasticity combined with high temperature resistance.
Das Einbringen des wenigstens einen elektrischen Leiters in die wenigstens eine Leitervertiefung kann besonders vorteilhafterweise auch durch Eingießen von flüssigem Leitermaterial in die bereits vorhandenen Leitervertiefungen geschehen. Dazu wird das Material, aus dem der elektrische Leiter bestehen soll, beispielsweise Kupfer, geschmolzen und so im flüssigen Zustand in die vorhandenen Leitervertiefungen eingebracht. Anschließend wird das flüssige Leitermaterial abgekühlt und erstarrt. Dabei entsteht eine besonders gute und einfach herzustellende Fixierung des wenigstens einen elektrischen Leiters in der entsprechenden Leitervertie- fung. Alternativ kann natürlich auch ein bereits im festen Zustand in die Leitervertiefung eingebrachter elektrischer Leiter beispielsweise aufgeschmolzen werden, sodass auch hier beim späteren Erkalten die besonders gute und einfach herzustellende Fixierung und Befestigung des elektrischen Leiters in der Leitervertiefung zu Stande kommt. The introduction of the at least one electrical conductor into the at least one conductor recess can be done particularly advantageously by pouring liquid conductor material into the already existing conductor recesses. This is the material from which the electric Conductor should exist, for example, copper, melted and introduced in the liquid state in the existing conductor wells. Subsequently, the liquid conductor material is cooled and solidified. This results in a particularly good and easy to manufacture fixation of at least one electrical conductor in the corresponding Leitervertie- tion. Alternatively, of course, an already introduced in the solid state in the conductor recess electrical conductor, for example, be melted, so that here comes the subsequent cooling the particularly good and easy to produce fixation and attachment of the electrical conductor in the conductor recess to conditions.
Vorteilhafterweise wird der wenigstens eine elektrische Leiter in der Leitervertiefung befestigt, insbesondere angeklebt. Zudem ist es möglich, beispielsweise eine Zwischenschicht aus einem Polymid zwischen dem wenigstens einen elektrischen Leiter und der Leitervertiefung bzw. dem Substratmaterial anzuordnen. Dieses weist eine erhöhte Flexibilität auf, so dass die Wärmeausdehnung des wenigstens einen elektrischen Leiters zumindest teilweise aufgenommen werden kann. Auch dadurch werden die mechanischen Spannungen in der Leiterplatte verringert und so die Temperaturbeständigkeit erhöht. Natürlich ist es auch möglich, den wenigstens einen elektrischen Leiter in der Leitervertiefung anzukleben, anzulöten oder auf sonstige Weise zu befestigen. Advantageously, the at least one electrical conductor is fastened in the conductor recess, in particular adhesively bonded. In addition, it is possible, for example, to arrange an intermediate layer of a polyimide between the at least one electrical conductor and the conductor recess or the substrate material. This has an increased flexibility, so that the thermal expansion of the at least one electrical conductor can be at least partially absorbed. This also reduces the mechanical stresses in the circuit board and thus increases the temperature resistance. Of course, it is also possible to glue, solder or otherwise secure the at least one electrical conductor in the conductor recess.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der wenigstens eine elektrische Leiter vor dem Brennen des keramischen Substrates in die wenigstens eine Leitervertiefung eingebracht. In a further advantageous embodiment, the at least one electrical conductor is introduced into the at least one conductor recess before the ceramic substrate is fired.
Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn nicht geradlinig verlaufende Leitervertiefungen verwendet werden sollen, in die der jeweilige elektrische Leiter nicht in besonders einfacher Weise von der Seite eingeschoben werden kann. Für diesen Fall hat sich beispielsweise eine im Querschnitt achtförmige Nut als Leitervertiefung als vorteilhaft erwiesen. In un- terschiedlichen Keramikgrünlingen werden jeweils geradlinige Vertiefungen angelegt, in die die jeweiligen einzelnen Segmente, die später den elektrischen Leiter bilden sollen, bereits eingefügt werden. Aufgrund des achtförmigen Querschnittes der Vertiefung kann auch ein elektrischer Leiter verwendet werden, der ebenfalls einen achtförmigen Querschnitt aufweist. Dabei dient der untere Bereich als stabilisierendes Fundament, der den elektrischen Leiter in der Vertiefung zentriert und formschlüssig arretiert. Die einzelnen Segmente können überlappend ausgebildet werden, so dass der hervorstehende obere Anteil eines Segmentes des elektrischen Leiters auf den benachbart unteren Anteil, der von ihm überlappt wird, einen Druck aufbaut, so dass beim Brennen des keramischen Materials eine Verbindung zwischen den beiden Leitersegmenten erzeugt wird, so dass ein elektrischer Leiter entsteht. Dazu ist es möglich, die einzelnen überlappenden Flächen beispielsweise mit einem Lötzinn zu bedecken, so dass es hier zu intermetallischen Phasen zwischen den einzelnen Segmenten kommt, während gleichzeitig die einzelnen Keramikgrünlinge beim Brennen zu einem einzigen keramischen Bauteil gefügt werden. This is particularly advantageous if it is not necessary to use straight-lined conductor depressions into which the respective electrical conductor can not be inserted from the side in a particularly simple manner. For this case, for example, an eight-shaped groove in cross-section has proved to be advantageous as a conductor recess. In Different ceramic green sheets are each provided with straight depressions into which the respective individual segments which are to form the electrical conductor later are already inserted. Due to the eight-shaped cross-section of the recess and an electrical conductor can be used, which also has an eight-shaped cross-section. Here, the lower area serves as a stabilizing foundation, which centers the electrical conductor in the recess and locked in a form-fitting manner. The individual segments may be formed overlapping so that the protruding upper portion of one segment of the electrical conductor builds up pressure on the adjacent lower portion overlapped by it so that upon firing of the ceramic material a connection is created between the two conductor segments , so that an electrical conductor is created. For this purpose, it is possible to cover the individual overlapping surfaces, for example with a solder, so that it comes here to intermetallic phases between the individual segments, while at the same time the individual ceramic green sheets are joined during firing into a single ceramic component.
Zudem kann beim Brennen des keramischen Werkstoffes mit dem eingebrachten elektrischen Leiter beispielsweise ein direct bonded copper (DBC) erzeugt werden, so dass eine besonders stabile Verbindung zwischen der Keramik und dem Kupfer erreicht wird. In addition, when burning the ceramic material with the introduced electrical conductor, for example, a direct bonded copper (DBC) are generated, so that a particularly stable connection between the ceramic and the copper is achieved.
Tests haben dabei ergeben, dass bei der Verwendung temperaturbeständiger Polymersubstrate eine intermetallische Verbindung der einzelnen Leitersegmente nicht nötig ist. Allein durch die mechanische Verspannung der einzelnen Segmente zueinander und den dadurch aufeinander aufgebrachten Druck kommt es zu einem ausreichenden elektrischen Kontakt zwischen den einzelnen Leitersegmenten, so dass ein elektrischer Leiter gebildet wird. Die Segmentierung der elektrischen Leiter hat zudem den Vorteil, dass bei höheren Temperaturen die durch die verschiedenen Temperaturausdehnungskoeffizienten verursachte Ausdehnung von Substrat und elektrischem Leiter durch das Vorsehen von Dehnungsfugen kompensiert werden kann. Tests have shown that when using temperature-resistant polymer substrates an intermetallic compound of the individual conductor segments is not necessary. Just by the mechanical tension of the individual segments to each other and the pressure applied to each other thereby there is sufficient electrical contact between the individual conductor segments, so that an electrical conductor is formed. The segmentation of the electrical conductors also has the advantage that at higher temperatures, the expansion of substrate and electrical conductor caused by the different coefficients of thermal expansion can be compensated by the provision of expansion joints.
Im gleichen Verfahrensschritt, in dem die Leitervertiefungen und/oder die Bauteilvertiefungen in das Substrat eingebracht werden, können auch die Kanäle und sonstigen Vertiefungen für Kühlelemente und andere am Substrat anzuordnende Bauteile eingebracht werden. In the same method step, in which the conductor recesses and / or the component recesses are introduced into the substrate, the channels and other depressions for cooling elements and other components to be arranged on the substrate can also be introduced.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe zudem durch ein Verfahren zum Herstellen einer hier beschriebenen Leiterplatte, das die folgenden Schritte aufweist: a) Positionieren des wenigstens einen elektrischen Leiters in einer gewünschten Position, The invention also achieves the stated object by a method for producing a printed circuit board described here, comprising the following steps: a) positioning the at least one electrical conductor in a desired position,
b) Umhüllen des wenigstens einen elektrischen Leiters mit dem Substratmaterial,  b) wrapping the at least one electrical conductor with the substrate material,
c) Bilden des Substrates mit der wenigstens einen Leitervertiefung durch Aushärten des Substratmaterials.  c) forming the substrate with the at least one conductor recess by curing the substrate material.
Zunächst werden folglich einige oder alle elektrischen Leiter und/oder einige oder alle elektronischen Bauelemente so positioniert, wie sie auch später im fertigen Substrat angeordnet sein sollen. Dabei kann die jeweils gewünschte dreidimensionale Form und der gegebenenfalls in drei Dimensionen gestaltete Verlauf einzelner elektrischer Leiter vorgegeben und besonders einfach realisiert werden, da zunächst keine Leitervertiefungen in ein bereits vorhandenes Substrat eingebracht werden müssen. Insbesondere bei verwinkelten, abgeknickten oder auf andere Weise kompliziert verlaufenden elektrischen Leitern stellt dies einen wesentlichen Vorteil dar. Erst im nächsten Verfahrensschritt wird der so angeordnete wenigstens eine elektrische Leiter mit dem Substratmaterial umhüllt. Dies kann auf unterschiedlichste Weise und mit unterschiedlichsten Materialien geschehen. So kann flüssiges oder pulverförmiges Substratmaterial genauso verwendet werden, wie knet- und formbares festes Substratmaterial. Insbesondere für flüssiges und pulverförmiges Substratmaterial bietet es sich an, eine umhüllende Form zu verwenden, innerhalb derer der wenigstens eine elektrische Leiter angeordnet wird und in die nun im zweiten Verfahrensschritt das Substratmaterial eingebracht wird. First, therefore, some or all of the electrical conductors and / or some or all of the electronic components are positioned as they are to be located later in the finished substrate. In this case, the particular desired three-dimensional shape and optionally designed in three dimensions course of individual electrical conductors can be specified and realized particularly simple, since initially no conductor recesses must be introduced into an already existing substrate. In particular, in the case of winding, bent or otherwise complicated electrical conductors, this represents a significant advantage. Only in the next method step, the so arranged at least one electrical conductor is coated with the substrate material. This can be done in different ways and with different materials. Thus, liquid or powdery substrate material can be used as well as kneadable and moldable solid substrate material. In particular, for liquid and powdery substrate material, it is advisable to use an enveloping mold, within which the at least one electrical conductor is arranged and into which the substrate material is now introduced in the second method step.
Erst im dritten Verfahrensschritt wird das so eingebrachte Substratmaterial ausgehärtet, so dass sich das Substrat bildet, das nun die im ersten Verfahrensschritt positionierten elektrischen Leiter vollständig oder zumindest teilweise umgibt und so zu einer besonders einfach herstellbaren und dennoch festen Verbindung zwischen dem Substrat und den elektrischen Leitern führt. Only in the third step, the thus introduced substrate material is cured, so that the substrate is formed, which now completely or at least partially surrounds the electrical conductor positioned in the first step and so to a particularly easy to produce, yet solid connection between the substrate and the electrical conductors leads.
Als Substratmaterialien kommen flüssige oder verflüssigbare Materialien, wie beispielsweise Kunststoffe oder Epoxidharze in Frage, die im letzten Verfahrensschritt beispielsweise reaktiv aushärten. Dieses Aushärten kann durch das Zuführen von Wärme oder UV-Strahlung geschehen. Auch andere insbesondere anorganische Flüssigkeiten wie beispielsweise aufgeschmolzenes Aluminiumoxid können verwendet werden. Insbesondere bei flüssigen oder verflüssigten Substratmaterialien bietet es sich an, den elektrischen Leiter, der im ersten Verfahrensschritt in der gewünschten Position angeordnet wurde, beispielsweise im Spritzgussverfahren mit dem flüssigen Material zu Umhüllen. Wie bereits dargelegt sind hierfür auch andere, beispielsweise keramische Materialien verwendbar, die in flüssiger oder verflüssigter Form vorliegen können. Suitable substrate materials are liquid or liquefiable materials, such as, for example, plastics or epoxy resins, which, for example, cure in a reactive manner in the last process step. This curing can be done by supplying heat or UV radiation. Other, in particular, inorganic liquids such as, for example, melted aluminum oxide can also be used. Particularly in the case of liquid or liquefied substrate materials, it makes sense to encase the electrical conductor which has been arranged in the desired position in the first method step, for example by injection molding with the liquid material. As already explained, it is also possible to use other materials, for example ceramic materials, which may be present in liquid or liquefied form.
Wird ein pulverförmiges Substratmaterial verwendet, kann das Aushärten beispielsweise durch Sintern oder durch ein vollständiges Aufschmelzen des eingebrachten Pulvers, das den wenigstens einen elektrischen Leiter umhüllt, geschehen, indem dieses aufgeschmolzene Pulver anschließend wieder aushärtet. Insbesondere bei keramischen Materialien bietet es sich an, knet- und formbare Materialien zu verwenden, die auch ohne weitere Fremdeinwirkung, beispielsweise ohne das Zuführen von Wärme oder UV- Strahlung, aushärten. Dies hat gegenüber dem Aushärten durch Sintern oder dem Aufschmelzen und anschließendem Abkühlen eines eingebrachten Pulvers den Vorteil, dass keine zusätzliche Energie benötigt wird. Ein derartiges Herstellverfahren ist folglich kostengünstig und umweltschonend. When a powdery substrate material is used, the curing may be performed, for example, by sintering or by complete fusion the introduced powder, which envelops the at least one electrical conductor, happen by subsequently curing this molten powder again. Particularly in the case of ceramic materials, it makes sense to use wrought and moldable materials which cure even without further external influence, for example without the supply of heat or UV radiation. This has the advantage over curing by sintering or melting and subsequent cooling of an introduced powder that no additional energy is needed. Such a manufacturing process is therefore inexpensive and environmentally friendly.
Zusätzlich zu dem wenigstens einen elektrischen Leiter können natürlich auch sämtliche anderen Vorrichtungen und Elemente, die in oder an dem Substrat angeordnet werden sollen, im ersten Verfahrensschritt positioniert werden. Dies schließt neben den elektrischen Leitern auch elektronische Bauteile oder Kühlelemente, wie beispielsweise Kühlkanäle ein. Dadurch, dass alle diese Elemente positioniert werden können, bevor das Substratmaterial angeordnet wird, ist eine freie Positionierbarkeit und eine auch komplizierte Streckenführung sowohl für die elektrischen Leiter als auch für Kühlkanäle und Kühlelemente auf besonders einfache Weise herstellbar. Of course, in addition to the at least one electrical conductor, all other devices and elements to be arranged in or on the substrate can also be positioned in the first method step. This includes in addition to the electrical conductors and electronic components or cooling elements, such as cooling channels. The fact that all these elements can be positioned before the substrate material is arranged, a free positioning and a complicated route for both the electrical conductors and for cooling channels and cooling elements in a particularly simple manner can be produced.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der hier beschriebenen Verfahren ist das Substratmaterial ein keramisches Material, das nach dem Einbringen der wenigstens einen Leitervertiefung, nach dem Einbringen des wenigstens einen elektrischen Leiters oder zum Bilden des Substrates gebrannt wird. Insbesondere in den Fällen, in denen das Substratmaterial gemeinsam mit dem elektrischen Leiter gebrannt wird, kommt es zu einer besonders innigen Verbindung der beiden Werkstoffe miteinander, so dass eine besonders Stabile Form der Leiterplatte ausgebildet wird. Für den Fall, dass der wenigstens eine elektrische Leiter in eine Leitervertiefung eines bereits vorhandenen Substrates eingebracht wird, können folglich die Leitervertiefungen und/oder die Bauteilvertiefungen in den entsprechenden Keramikgrünling, aus dem das Substrat gebildet werden soll, eingebracht werden, bevor er durch das Brennen seine endgültige Stabilität und Festigkeit erreicht. Dies kann beispielsweise durch spanende Bearbeitung in bekannter Weise geschehen. In an advantageous embodiment of the method described here, the substrate material is a ceramic material which is fired after the introduction of the at least one conductor recess, after the introduction of the at least one electrical conductor or for forming the substrate. In particular, in cases where the substrate material is fired together with the electrical conductor, there is a particularly intimate connection of the two materials together, so that a particularly stable shape of the circuit board is formed. In the event that the at least one electrical conductor is introduced into a conductor recess of an already existing substrate, consequently, the conductor recesses and / or the component recesses can be introduced into the corresponding ceramic green sheet from which the substrate is to be formed, before it is burned achieved its final stability and strength. This can be done for example by machining in a known manner.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen der Leiterplatte wird die Anzahl der benötigten Verfahrensschritte stark reduziert und gleichzeitig die Fehleranfälligkeit der hergestellten elektrischen Verbindung reduziert. The inventive method for producing the printed circuit board, the number of required process steps is greatly reduced while reducing the susceptibility to failure of the electrical connection produced.
Durch die vorliegende Erfindung wird folglich eine Leiterplatte bereitgestellt, die kostengünstig herstellbar ist und sowohl integrierte Entwärmung als auch die Erzeugung starker Leiterquerschnitte ermöglicht. Gleichzeitig wird eine schnelle mechanische Strukturierbarkeit sowie eine Übertragung auch auf Substrate niedriger Temperatur ermöglicht. Durch das Verfahren wird der Einsatz und die Bearbeitung von hochtemperaturtauglichen Materialien ermöglicht, wodurch eine hohe thermische Belastbarkeit der Leiterplatte erreicht wird. The present invention thus provides a printed circuit board which is inexpensive to produce and allows both integrated cooling and the generation of strong conductor cross-sections. At the same time, rapid mechanical structuring and transfer to low-temperature substrates is possible. The method enables the use and processing of materials suitable for high temperatures, whereby a high thermal load capacity of the printed circuit board is achieved.
Mit Hilfe einer Zeichnung wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Es zeigt:  With the aid of a drawing, an embodiment of the present invention will be explained in more detail below. It shows:
Figur 1- ein Substrat und einen elektrischen Leiter einer Leiterplatte gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; FIG. 1 shows a substrate and an electrical conductor of a printed circuit board according to a first exemplary embodiment of the present invention;
Figur 2 - ein Substrat gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, FIG. 2 shows a substrate according to a second exemplary embodiment of the present invention,
Figur 3 - die schematische Darstellung von Leitersegmenten und Figur 4 - eine Schnittdarstellung durch eine Leiterplatte gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Figure 3 - the schematic representation of conductor segments and Figure 4 - a sectional view through a printed circuit board according to another embodiment of the present invention.
Figur 1 zeigt ein Substrat 2, das aus einem elektrisch isolierenden Substratmaterial hergestellt ist und über eine Oberfläche 4 verfügt. In dieser Oberfläche 4 befindet sich eine Leitervertiefung 6, die im in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel in Form einer Nut mit einem achtförmigen Querschnitt ausgebildet ist. FIG. 1 shows a substrate 2, which is produced from an electrically insulating substrate material and has a surface 4. In this surface 4 is a conductor recess 6, which is formed in the embodiment shown in Figure 1 in the form of a groove with an eight-shaped cross-section.
Oberhalb des Substrates 2 befindet sich ein elektrischer Leiter 8, der den gleichen Querschnitt aufweist wie die Leitervertiefung 6. Der elektrische Leiter 8 kann auf verschiedene Weise in die Leitervertiefung 6 eingebracht werden. Zum einen kann er von oben in die Leitervertiefung 6 eingeclipst werden. Da sowohl der elektrische Leiter 8 als auch die Leitervertiefungen 6 über eine Taille 10 verfügen, kommt es zu einer formschlüssigen Verbindung zwischen dem elektrischen Leiter 8 und der Leitervertiefung 6. Alternativ dazu kann der elektrische Leiter 8 auch durch eine Öffnung 12, durch die die Leitervertiefung 6 in einer Seitenfläche 14 des Substrates 2 endet, eingeschoben werden. Dies ist insbesondere für den in Figur 1 gezeigten Fall sinnvoll, wenn die Leitervertiefung 6 und der elektrische Leiter 8 sich entlang einer geraden Linie erstrecken. Above the substrate 2 is an electrical conductor 8, which has the same cross section as the conductor recess 6. The electrical conductor 8 can be introduced into the conductor recess 6 in various ways. First, it can be clipped from above into the conductor recess 6. Since both the electrical conductor 8 and the conductor recesses 6 have a waist 10, there is a positive connection between the electrical conductor 8 and the conductor recess 6. Alternatively, the electrical conductor 8 through an opening 12, through which the conductor recess 6 ends in a side surface 14 of the substrate 2, are inserted. This is particularly useful for the case shown in Figure 1, when the conductor recess 6 and the electrical conductor 8 extend along a straight line.
Figur 2 zeigt das Substrat 2 mit der Oberfläche 4, in der sich die Leitervertiefung 6 befindet. Diese verfügt nun über eine Abzweigung 16, die zu einer Bauteilvertiefung 18 führt. In die Leitervertiefung 6 und die dazugehörige Abzweigung 16 können nun elektrische Leiter 8 eingeführt werden, durch die es möglich wird, ein in Figur 2 nicht gezeigtes Bauteil, das in die Bauteilvertiefung 8 eingesetzt wird, elektrisch zu kontaktieren. Bei diesem Bauteil kann es sich beispielsweise um ein Leistungsbauteil handeln, das im Betrieb eine große Menge Wärme entwickelt. Um diese abführen zu können, befindet sich im Substrat 2 ein Kanal 20, durch den ein Kühl- mittel oder ein Kühlelement geleitet werden kann. FIG. 2 shows the substrate 2 with the surface 4 in which the conductor recess 6 is located. This now has a branch 16, which leads to a component recess 18. In the conductor recess 6 and the associated branch 16 electrical conductors 8 can now be introduced, by which it is possible to electrically contact a component not shown in Figure 2, which is inserted into the component recess 8, electrically. By way of example, this component can be a power component that develops a large amount of heat during operation. In order to be able to dissipate these, a channel 20 is located in the substrate 2 through which a cooling medium or a cooling element can be passed.
Figur 3 zeigt die schematische Darstellung zweier Segmente 22, die über jeweils einen oberen Anteil 24 und einen unteren Anteil 26 verfügen. FIG. 3 shows the schematic representation of two segments 22, which each have an upper portion 24 and a lower portion 26.
Werden die beiden Segmente 22 zusammengeschoben, so dass der obere Anteil 24 des in Figur 3 rechten Segmentes 22 auf dem unteren Anteil 26 des in Figur 3 linken Segmentes 22 zu liegen kommt, kann durch eine Verbindung der beiden Segmente 22 ein elektrischer Leiter 8 hergestellt werden. Dies ist insbesondere für den Fall von Interesse, wenn bereits in entsprechende Leitervertiefungen 6 eingebrachte Segmente 22 beispielsweise beim Brennen eines keramischen Substratmaterials zu einem elektrischen Leiter 8 verbunden werden sollen. If the two segments 22 are pushed together so that the upper part 24 of the right-hand segment 22 in FIG. 3 comes to rest on the lower part 26 of the left-hand segment 22 in FIG. 3, an electrical conductor 8 can be produced by connecting the two segments 22 , This is of particular interest in the case when segments 22 already introduced into corresponding conductor recesses 6 are to be connected to an electrical conductor 8, for example, when a ceramic substrate material is fired.
Figur 4 zeigt die Schnittdarstellung durch das Substrat 2 mit der Oberfläche 4. Man erkennt die Leitervertiefung 6 sowie die Bauteilvertiefung 18. In der Leitervertiefung 6 befindet sich der elektrische Leiter 8, während in der Bauteilvertiefung 18 ein Bauteil 28 angeordnet ist. Die jeweilige Tiefe der Leitervertiefung 6 und der Bauteilvertiefung 18 ist so aufeinander an- gepasst, dass die Oberseiten des elektrischen Leiters 8 und des Bauteils 28 zum einen plan mit der Oberfläche 4 des Substrates 2 abschließen und zum anderen der elektrische Leiter 8 und das Bauteil 28 so angeordnet werden können, dass der elektrische Leiter 8 auf der gleichen Höhe wie eine Kontaktstelle 30 des Bauteils 28 angeordnet ist. Damit ist eine Kon- taktierung des Bauteils 28 durch den elektrischen Leiter 8 möglich, ohne dass ein Höhenunterschied überwunden werden muss, der zu Knicken und Kurven und damit zu erhöhten mechanischen und thermischen Belastungen führt. FIG. 4 shows the sectional representation through the substrate 2 with the surface 4. The conductor recess 6 and the component depression 18 can be seen. The electrical conductor 8 is located in the conductor recess 6, while a component 28 is arranged in the component recess 18. The respective depth of the conductor recess 6 and the component depression 18 is adapted to one another such that the upper sides of the electrical conductor 8 and the component 28 terminate flush with the surface 4 of the substrate 2 on the one hand, and the electrical conductor 8 and the component 28 on the other hand can be arranged so that the electrical conductor 8 is arranged at the same height as a contact point 30 of the component 28. Thus, a contact of the component 28 by the electrical conductor 8 is possible without a height difference must be overcome, which leads to kinks and curves and thus to increased mechanical and thermal loads.
Unterhalb der Bauteilvertiefung 18 befinden sich drei Kanäle 20, durch die ein Kühlmittel geleitet werden kann. Alternativ dazu können sie auch mit einem Kühlelement, beispielsweise einem Kupferdraht, gefüllt sein, der aufgrund seiner guten Wärmeleitfähigkeit die vom Bauteil 28 abgestrahlte Wärme abführt. Below the component recess 18 are three channels 20 through which a coolant can be passed. Alternatively, they may also be filled with a cooling element, such as a copper wire, which due to its good thermal conductivity dissipates the heat emitted by the component 28 heat.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
2- Substrat 2- substrate
4- Oberfläche 4- surface
6- Leitervertiefung6-conductor recess
8- elektrischer Leiter8- electrical conductor
10- Taille 10- waist
12 - Öffnung  12 - opening
14- Seitenfläche 14- side surface
16- Abzweigung16- branch
18- Bauteilvertiefung18-component recess
20- Kanal 20-channel
22 - Segment  22 segment
24- oberer Anteil 24- upper part
26- unterer Anteil26- lower share
28- Bauteil 28- component
30- Kontaktstelle  30- contact point

Claims

Patentansprüche: claims:
1. Leiterplatte mit 1. PCB with
einem Substrat (2) aus einem elektrisch isolierenden Substratmaterial oder einem elektrisch leitenden Substratmaterial mit einer Beschichtung aus einem elektrisch isolierenden Material,  a substrate (2) made of an electrically insulating substrate material or an electrically conductive substrate material having a coating of an electrically insulating material,
wenigstens einem elektronischen Bauteil (28) und/oder wenigstens einem elektrischen Leiter (8) zum elektrischen Kontaktieren des wenigstens einen elektronischen Bauteils (28),  at least one electronic component (28) and / or at least one electrical conductor (8) for electrically contacting the at least one electronic component (28),
dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine elektrische Leiter (8) in einer Leitervertiefung (6) angeordnet ist, die in einer Oberfläche (4) des Substrates (2) verläuft.  characterized in that the at least one electrical conductor (8) is arranged in a conductor recess (6) which extends in a surface (4) of the substrate (2).
2. Leiterplatte nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine elektronische Bauteil (28) in einer Bauteilvertiefung (18) in der Oberfläche (4) des Substrates (2) angeordnet ist. 2. Printed circuit board according to claim 1, characterized in that the at least one electronic component (28) in a component recess (18) in the surface (4) of the substrate (2) is arranged.
3. Leiterplatte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine elektronische Bauteil (28) wenigstens eine Kontaktstelle (30) aufweist, mit der der wenigstens eine elektrische Leiter (8) zum elek-trischen Kontaktieren verbunden ist, wobei eine Tiefe der Leitervertiefung (6) und eine Tiefe der Bauteilvertiefung (18) so aufeinander abgestimmt sind, dass der elektrische Leiter (8) und die wenigstens eine Kontaktstelle (30) in einer gleichen Höhe relativ zu der Oberfläche des Substrates positioniert sind. 3. Printed circuit board according to claim 2, characterized in that the at least one electronic component (28) has at least one contact point (30) to which the at least one electrical conductor (8) is connected for electrical contact, wherein a depth of the conductor recess (6) and a depth of the component recess (18) are coordinated so that the electrical conductor (8) and the at least one contact point (30) are positioned at a same height relative to the surface of the substrate.
4. Leiterplatte nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberseite des wenigstens einen elektrischen Leiters (8) mit der Oberfläche (4) des Substrates (2) fluchtend abschließt. Leiterplatte nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2) wenigstens einen Kanal (20) aufweist, in dem ein Kühlelement angeordnet ist. 4. Printed circuit board according to one of the preceding claims, characterized in that an upper side of the at least one electrical conductor (8) with the surface (4) of the substrate (2) terminates in alignment. Printed circuit board according to one of the preceding claims, characterized in that the substrate (2) has at least one channel (20) in which a cooling element is arranged.
Verfahren zum Herstellen einer Leiterplatte nach einem der vorstehenden Ansprüche, das die folgenden Schritte aufweist: Method for producing a printed circuit board according to one of the preceding claims, comprising the following steps:
a) Einbringen der wenigstens einen Leitervertiefung (6) in die Oberfläche (4) des Substrates (2) aus dem Substratmaterial,  a) introducing the at least one conductor recess (6) into the surface (4) of the substrate (2) from the substrate material,
b) Einbringen des wenigstens einen elektrischen Leiters (8) in die wenigstens eine Leitervertiefung (6).  b) introducing the at least one electrical conductor (8) into the at least one conductor recess (6).
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine elektrische Leiter (8) formschlüssig in der wenigstens einen Leitervertiefung (6) angeordnet wird, insbesondere in sie eingeclipst wird. A method according to claim 6, characterized in that the at least one electrical conductor (8) is arranged in a form-fitting manner in the at least one conductor recess (6), in particular clipped into it.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine elektrische Leiter (8) in der Leitervertiefung (6) befestigt, insbesondere angeklebt wird. Method according to one of claims 6 or 7, characterized in that the at least one electrical conductor (8) in the conductor recess (6) attached, in particular glued.
Verfahren zum Herstellen einer Leiterplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das die folgenden Schritte aufweist: a) Positionieren des wenigstens einen elektrischen Leiters (8) in einer gewünschten Position, A method of manufacturing a printed circuit board according to any one of claims 1 to 5, comprising the steps of: a) positioning the at least one electrical conductor (8) in a desired position,
b) Umhüllen des wenigstens einen elektrischen Leiters (8) mit dem Substratmaterial, b) wrapping the at least one electrical conductor (8) with the substrate material,
c) Bilden des Substrats (2) mit der wenigstens einen Leitervertiefung (6) durch Aushärten des Substratmaterials. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Substratmaterial ein keramisches Material ist, das nach dem Einbringen der wenigstens einen Leitervertiefung (6), nach dem Einbringen des wenigstens einen elektrischen Leiters (8) oder zum Bilden des Substrates (2) gebrannt wird. c) forming the substrate (2) with the at least one conductor recess (6) by curing the substrate material. Method according to one of claims 6 to 9, characterized in that the substrate material is a ceramic material which, after the introduction of the at least one conductor recess (6), after the introduction of the at least one electrical conductor (8) or for forming the substrate (2 ) is burned.
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