(57)【要約】【課題】  本発明の課題は、従来技術における欠点を取り除くことである。具体的にはシンプルで費用対効果のある製造可能な基板について述べる。この基板は高い熱伝導率λを有している。更に、このような基板を製造するための方法についても述べる。【解決手段】  本発明は、少なくとも１つのコンポーネント（４）、特にパワー半導体を受け止めるための基板に関する。基体（１）は、少なくとも前面及び／或いは反対側の背面に導電層（３、３ａ、３ｂ）を設けられている。導電層（３、３ａ、３ｂ）からの熱の放散を改善するために、本発明に従い提案されるのは、基体（１）と導電層（３、３ａ、３ｂ）との間に電気絶縁されている接続層（２、２ａ、２ｂ）が設けられることである。これらの接続層（２、２ａ、２ｂ）は、プレセラミックポリマーから形成されている熱硬化性マトリックスを有している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのコンポーネント（４）、特にパワー半導体を受け止めるための基板であって、基体（１）が、少なくとも前面及び／或いは反対側にある背面に導電層（３、３ａ、３ｂ）を設けられている基板において、
基体（１）と導電層（３、３ａ、３ｂ）との間に電気絶縁されている接続層（２、２ａ、２ｂ）が設けられ、これらの接続層（２、２ａ、２ｂ）がプレセラミックポリマーから形成されている熱硬化性マトリックスを有していることを特徴とする基板。
【請求項２】
プレセラミックポリマーが、８０体積％までの充填程度を有する充填材で充填されている、請求項１に記載の基板。
【請求項３】
充填材が、セラミック材から形成され、０．５〜５００μｍの範囲の平均粒子サイズを有する粉末である、請求項１又は２に記載の基板。
【請求項４】
セラミック材の熱伝導率λが、室温において、１０Ｗ／ｍＫより大きく、好適には２０Ｗ／ｍＫより大きい、請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の基板。
【請求項５】
セラミック材が、ＢＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、ＡｌＮ、ステアタイト、コーディエライトのグループから選択されている、請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載の基板。
【請求項６】
プレセラミックポリマーが、ポリシロキサン、ポリシラザン、ポリカルボシランのグループから選択されている、請求項１〜５のうちのいずれか一項に記載の基板。
【請求項７】
導電層（３、３ａ、３ｂ）が、好適にはアルミニウム或いは銅である金属又は半導体から製造されている、請求項１〜６のうちのいずれか一項に記載の基板。
【請求項８】
導電層（３、３ａ、３ｂ）が、予め画定された導体パス構造の形態で存在している、請求項１〜７のうちのいずれか一項に記載の基板。
【請求項９】
基体（１）が、セラミック或いはプラスチック或いはプラスチック複合材料から製造されている、請求項１〜８のうちのいずれか一項に記載の基板。
【請求項１０】
基体（１）が、少なくとも１５０Ｗ／ｍＫの熱伝導率λを有する材料、好適にはセラミック或いは金属から製造されている、請求項１〜８のうちのいずれか一項に記載の基板。
【請求項１１】
基体（１）が、アルミニウム合金或いは銅合金から製造されているヒートシンクである、請求項１０に記載の基板。
【請求項１２】
接続層（２、２ａ、２ｂ）が、導電層（３、３ａ、３ｂ）により画定されている被覆領域を越えて横方向に延びている、請求項１〜１１のうちのいずれか一項に記載の基板。
【請求項１３】
少なくとも１つのコンポーネント（４）、特にパワ―半導体を受け止めるための基板製造方法であって、導電層（３、３ａ、３ｂ）が、プレセラミックポリマーを用いながら基体（１）に接続され、引き続き、プレセラミックポリマーが熱硬化性形態へ変えられ、その結果、層（３、３ａ、３ｂ）を基体（１）に接続している接続層（２、２ａ、２ｂ）が形成される方法。
【請求項１４】
プレセラミックポリマーが、ステンシル或いはニードル式ディスペンサ或いはジェットノズルを用いながら、スクリーン印刷によって塗布される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
導電層（３、３ａ、３ｂ）が、基体（１）に対する接続前に、予め画定された導体パス構造の形態で存在する、請求項１３又は１４に記載の方法。
【請求項１６】
導体パス構造が、スタンピングを用いて製造される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
接続層（２、２ａ、２ｂ）が、導電層（３、３ａ、３ｂ）により画定されている被覆領域を越えて横方向に基体（１）に対して塗布される、請求項１３〜１６のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
予め画定された導体パス構造が、層（３、３ａ、３ｂ）のマスキングと引き続きエッチングを用いて製造される、請求項１３又は１４に記載の方法。
【請求項１９】
プレセラミックポリマーが、熱硬化性形態へ変わるために、１００〜３００℃、好適には１５０〜２５０℃の範囲の温度まで、１５〜３００分、好適には３０〜６０分の保持時間の間熱せられる、請求項１３〜１８のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
プレセラミックポリマーが、８０体積％までの充填程度を有する充填材で充填されている、請求項１３〜１９のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
充填材が、セラミック材から形成され、０．５〜５００μｍの範囲の平均粒子サイズを有する粉末である、請求項１３〜２０のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
セラミック材の熱伝導率λが、室温において、１０Ｗ／ｍＫより大きく、好適には２０Ｗ／ｍＫより大きい、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
セラミック材が、ＢＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、ＡｌＮ、ステアタイト、コーディエライトのグループから選択される、請求項２１又は２２に記載の方法。
【請求項２４】
プレセラミックポリマーが、ポリシロキサン、ポリシラザン、ポリカルボシランのグループから選択される、請求項１３〜２３のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
導電層（３、３ａ、３ｂ）が、好適にはアルミニウム或いは銅である金属又は半導体から製造される、請求項１３〜２４のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
基体（１）が、セラミック或いはプラスチック或いはプラスチック複合材料から製造される、請求項１３〜２５のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
基体（１）が、少なくとも１５０Ｗ／ｍＫの熱伝導率λを有する材料、好適にはセラミック或いは金属から製造される、請求項１３〜２５のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
基体（１）として、アルミニウム合金或いは銅合金から製造されているヒートシンクが用いられる、請求項２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のプリアンブル部分に従う基板に関するものである。更には、基板を製造するための方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術に従う、電気或いは電子コンポーネントを受け止めるための基板が一般的に周知である。このような基板は、一般的に、電気絶縁材料から製造されているプレートから構成され、このプレートは、少なくとも前面及び／或いは反対側の背面に導電層を設けられている。プレートは、例えば、電気絶縁されているプラスチック或いはセラミックから製造され得る。特に、パワー半導体を組み込んでいるモジュールを製造するために、従来技術に従い例えばＤＣＢ基板が実装される。この場合、電気絶縁体として、酸化アルミニウム或いは窒化アルミニウムから製造されるプレートが用いられる。これに、純銅から成る導体パスが、高温溶融プロセス及び拡散プロセスにおいて塗布される。このようなＤＣＢ基板は、高い放熱性と耐熱性とにより傑出している。
【０００３】
それにもかかわらず、ＤＣＢ基板の製造は複雑でコストがかかる。製造中の高温により引き起こされる、このような基板の撓みは常に回避され得ない。これは、更なる一連のプロセスにおいてＤＣＢ基板の破損につながる可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、従来技術による欠点を取り除くことである。具体的には、シンプルで費用対効果をもって製造可能であり、大きい熱伝導率λを有している基板について述べる。更に、このような基板を製造するための方法についても述べる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
これらの課題は、請求項１と請求項１３との特徴により解決される。本発明の適切な実施形態は、請求項２〜１２と請求項１４〜２８との特徴によって明らかになる。
【０００６】
本発明に従い、基体と導電層との間に電気絶縁されている接続層が設けられ、この接続層はプレセラミックポリマーから形成されている熱硬化性マトリックスを有している。提案される接続層は、卓越した熱伝導率λを有している。更に、この接続層は、高い耐熱性により傑出している。この接続層は、３００℃までの動作温度に耐性がある。この接続層の電気絶縁性の特徴のために、基体としては所望する材料、特に導電性材料も同様に用いられ得る。これは、全体として卓越した熱伝導率λを有する、特にシンプルで費用対効果の大きい基板の製造が可能になる。
【０００７】
「プレセラミックポリマー」の概念は、例えば温度が上昇すると最初はゲル状態へその後熱硬化状態へと変化するポリマーであると理解される。熱硬化状態においては、プレセラミックポリマーは通常３００℃までの耐熱性を有している。更に高温の場合には、プレセラミックポリマーからセラミック材が製造され得る。例えばポリシランとポリカルボシランとポリオルガノシロキサンとがプレセラミックポリマーに属している。
【０００８】
本発明の有利な実施形態に従い、８０体積％までの充填程度を有する充填材で充填されているプレセラミックポリマーが設けられている。これによって、特に、プレセラミックポリマーを用いながら製造される接続層の熱伝導率λは更に大きくなり得る。
【０００９】
適切には、充填材は、セラミック材から形成され、０．５〜２００μｍの範囲にある平均粒子サイズを有する粉末である。提案されているセラミック材は、電気絶縁され広範囲に及んで不活性である。このセラミック材を加えることにより、プレセラミック材による所望しない化学反応が引き起こされない。提案されている平均粒子サイズは、ディスペンサ、ジェット、スクリーン或いはステンシル印刷技術を用いて接続層を塗布することを可能にする。
【００１０】
セラミック材の熱伝導率λは、適切には、室温において、１０Ｗ／ｍＫより大きく、好適には２０Ｗ／ｍＫより大きい。これによって、充填程度次第で、セラミック材で充填されているプレセラミックポリマーの熱伝導率λは、２Ｗ／ｍＫより大きい値に増加できる。これによって、特に、接続層は、動作中に相対的に熱を大量に発生させるパワー半導体のための基板の製造に適している。
【００１１】
セラミック材は、ＢＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、ＡｌＮ、ステアタイト、コーディエライトのグループから適切に選択される。提案されているセラミック材は、大きい熱伝導率λにより傑出している。その上、これらのセラミック材は電気絶縁されている。
【００１２】
更に、プレセラミックポリマーは、ポリシロキサン、ポリシラザン、ポリカルボシランのグループから選択されることが適切であることが判明された。
【００１３】
導電層は、金属、好適にはアルミニウム或いは銅、又は半導体から適切に製造されている。この場合、導電層は、最初に、実質的に全面的に基体の前面及び／或いは背面を被覆することができる。次に、所望の導体パス構造は、従来技術、例えばマスキングに引き続きエッチングを用いて続けて製造され得る。しかし、導電層は、予め画定された導体パス構造の形態で存在し、次に、接続層を用いて基体に積層されることも可能である。
【００１４】
本発明の有利な実施形態に従うと、基体は、セラミック或いはプラスチック或いはプラスチック複合材料から製造されている。前述した材料が電気絶縁の特徴を有しているならば、通過接触部は簡単な方式で製造され得る。
【００１５】
特に有利な実施形態に従うと、基体は、少なくとも１５０Ｗ／ｍＫの熱伝導率λを有する材料、好適にはセラミック或いは金属から製造されている。基体は、特に、アルミニウム合金或いは銅合金から製造されているヒートシンクでもあり得る。このような基板の熱伝導率λは卓越している。
【００１６】
他の実施形態に従うと、接続層は、導電層により画定されている被覆領域を越えて横方向に延びるように設けられている。導電層が特に導体パス構造の形態で存在しているならば、接続層は、夫々の導体パスの左右に予め画定された幅の帯状に延びている。これにより、漏れ電流の形成は抑制される。
【００１７】
更に本発明に従うと、少なくとも１つのコンポーネント、特にパワー半導体を受け止めるための基板の製造方法が設けられ、導電層は、プレセラミックポリマーを用いながら基体に接続され、引き続きプレセラミックポリマーが熱硬化性形態へ変えられるため、この層を基体に接続している接続層が形成される。提案されている方法は、相対的にシンプルでコストをかけずに実行され得る。特に、複雑な焼結プロセスで製造される基体を設けることが絶対必要な訳ではない。提案されている接続層を用いながら、簡単な方式で導電層は所望する基体に接続され得る。特に、金属から製造される基体を用いる場合に、本発明に従う方法によって製造される基板は、卓越した熱伝導率λと高い形状忠実度とにより傑出している。
【００１８】
「層」の概念は、好適には平面形態に構成された基体の前面及び／或いは背面の全面被膜、又は、単なる断面被膜であると理解される。断面被膜の場合、層は予め画定された導体パス構造の形態で形成され得る。
【００１９】
プレセラミックポリマーは、ステンシル或いは針式ディスペンサ或いはジェットノズルを用いながら、スクリーン印刷を用いて適切に塗布され得る。プレセラミックポリマーは、室温において６〜９ヶ月のポットライフにより傑出している。結果的に、接続層は、従来技術を用いて容易に塗布され得る。
【００２０】
別の有利な実施形態に従うと、導電層は、基体に接続する前に予め画定された導体パス構造の形態で存在している。導体パス構造はスタンピングを用いて製造され得る。導体パス構造を製造するために、他の方法、例えばレーザ切断或いはウォータージェットカッタ等を用いることも可能であることは述べるまでもない。接続層は、適切に、導電層により画定されている被覆領域を越えて横方向に基体に塗布される。即ち、接続層は、導体パスの左右に予め画定された幅の領域に適切に延びている。これにより、漏れ電流の形成は抑制される。このために、導電層はプレセラミックポリマーによって被覆されることもあり得る。
【００２１】
方法の変形形態に従うと、最初に、基体の前面及び／或いは背面に接続層を用いて実質的に全面的に導電層を塗布することも可能である。次に、予め画定された導体パス構造は、層のマスキングと続けてエッチングとを用いて製造され得る。
【００２２】
プレセラミックポリマーは、適切に、熱硬化性形態へ変えるために、１００〜３００℃、好適には１５０〜２５０℃の範囲の温度まで、１５〜３００分、好適には３０〜６０分の保持時間の間熱せられる。プレセラミックポリマーの架橋は、他の方式で達成することも可能であることは述べるまでもない。例えば、適切な化学物質を加えることにより、放射、好適にはＵＶ放射等を用いて行うことができる。
【００２３】
方法の別の有利な実施形態のために、基板に対して説明された有利な実施形態の特徴が参照される。これらの特徴は、同様に、方法の実施形態を成すことが可能である。
【００２４】
以下に、本発明の実施例が図面に基づいてより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】コンポーネントが受け止められている第１基板の概略断面図である。
【図２】コンポーネントが受け止められている第２基板の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１では、基体１に接続層２が設けられている。この接続層２は、基体１に導電層３を接続している。導電層３は、例えば導体パス構造であり得、コンポーネント４に接続されている。コンポーネント４は、半導体コンポーネント、特にパワー半導体であり得る。コンポーネント４は、例えば従来のはんだ接続を用いて導電層３に接続されている。
【００２７】
接続層２は電気絶縁されている。この接続層２はポリシロキサンから製造されていると好ましく、このポリシロキサンは６０〜８０体積％まで充填材で充填されている。この充填材は、２〜１０μｍの範囲の平均粒子サイズを有するＳｉＣが適している。このような接続層２は、２０Ｗ／ｍＫより大きい卓越した熱伝導率λを有している。
【００２８】
基体１は、金属、好適には銅合金或いはアルミニウム合金から製造されている。基体１は、ヒートシンクのように製造され得、例えば（ここでは図示されていない）冷却フィンを有している。
【００２９】
接続層２は、この大きい熱伝導率λのために、コンポーネント４により動作中に発生する熱が迅速に基体１へ、そして基体１からその付近へ放散されることを可能にしている。従って、基体１と接続層２と導電層３とを含有している基板は、卓越した放熱性により傑出している。その上、シンプル且つ大きい費用対効果で製造され得る。
【００３０】
図２は、コンポーネント４が受け止められている第２基板の概略断面図である。ここでは、基体１は、この前面に第１接続層２ａを、背面に第２接続層２ｂを設けられている。コンポーネント４側の前面で、第１導電層３ａを第１接続層２ａは基体１に接続している。コンポーネント４の反対側の背面で、第２導電層３ｂは第２接続層２ｂへ埋め込まれている。符号５によって通過接触部は示され、これらの通過接触部は第１導電層３ａを第２導電層３ｂに接続している。
【００３１】
ここでは、基体１は、電気絶縁材、例えば酸化アルミニウム或いは電気絶縁性プラスチック或いは同等のものから製造されている。図２に示されているアセンブリは、例えば、背面に設けられている第２接続層２ｂを用いて、金属から製造されている（ここでは図示されていない）ヒートシンクに接続され得る。接続層２ａ、２ｂは、図１で示されている実施例の場合と同様に、他方で熱硬化性形態をしているプレセラミックポリマーから製造され、このポリマーは充填材で充填されている。
【符号の説明】
【００３２】
１  基体
２、２ａ、２ｂ  接続層
３、３ａ、３ｂ  導電層
４  コンポーネント
５  通過接触部
【図１】
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【図２】
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【外国語明細書】
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