(57)【要約】  本発明は、上面（１ｂ）および下面（１ａ）を有する第１のセラミック製基板（１）、セラミック製フィン冷却器、または液体が通流するセラミック製冷却器からなる構成部品（９）であって、上面（１ｂ）上には金属被覆部（２）が被着されており、金属被覆部（２）上には接続手段（３）を介して、回路（４）の下面が取り付けられている、構成部品（９）に関する。高い熱伝導率を有すると同時に高い電気伝導率も有する要素によって構成部品（９）の回路（４）を両面で冷却し、ひいてはモジュールの効率を向上させるために、本発明によれば、回路（４）の上面上に接続手段（５）が被着されており、接続手段（５）上にセラミック製電流／熱伝導基板（６）の下面が被着されており、電流／熱伝導基板（６）の上面上に金属被覆部（７）を介して、第２のセラミック製基板（８）が配置されており、冷却するためのセラミック製電流／熱伝導基板（６）が、金属が充填された熱電性の層間接続構造（ビア）（１１）および／または冷却剤を導くための冷却チャネルを含み、両方の冷却形態において、電流／熱伝導基板（６）の上面と下面とが相互に電気的に接続されている、ようにすることが提案される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面（１ｂ）および下面（１ａ）を有する第１のセラミック製基板（１）、セラミック製フィン冷却器または液体が通流するセラミック製冷却器からなる構成部品（９）であって、
前記上面（１ｂ）上には金属被覆部（２）が被着されており、前記金属被覆部（２）上には接続手段（３）を介して、半導体材料からなる回路（４）の下面が取り付けられている構成部品（９）において、
ａ．前記回路（４）の上面上には接続手段（５）が被着されており、前記接続手段（５）上にはセラミック製電流／熱伝導基板（６）の下面が被着されており、前記電流／熱伝導基板（６）の上面上には金属被覆部（７）を介して、第２のセラミック製基板、セラミック製フィン冷却器または液体が通流するセラミック製冷却器（８）が配置されており、
ｂ．半導体を冷却するための前記セラミック製電流／熱伝導基板（６）は、金属が充填された熱電性の層間接続構造（ビア）（１１）を含み、
ｃ．両方の冷却形態において、前記電流／熱伝導基板（６）の前記上面と前記下面とが相互に電気的に接続されていることを特徴とする、
構成部品（９）。
【請求項２】
前記電流／熱伝導基板（６）のセラミックは、前記回路（４）の前記半導体材料の膨張係数に適合した膨張係数を有する、
請求項１記載の構成部品（９）。
【請求項３】
前記電流／熱伝導基板（６）の前記膨張係数は、前記回路（４）の前記半導体材料の前記膨張係数から最大でも３ｐｐｍ／Ｋだけ異なっている、
請求項２記載の構成部品（９）。
【請求項４】
前記電流／熱伝導基板（６）は、立方体またはフラット基板である、
請求項１から３までのいずれか１項記載の構成部品（９）。
【請求項５】
前記回路（４）は、シリコン回路、ＳｉＣ回路、ＧａＮ回路、例えばダイオードまたはトランジスタである、
請求項１から４までのいずれか１項記載の構成部品（９）。
【請求項６】
全ての前記金属被覆部（２，７）は、ＤＣＢ−Ｃｕ、ＡＭＢ−Ｃｕ、厚膜Ｃｕ、Ａｇ、またはＷ−Ｎｉ−Ａｕからなり、かつ／または、前記セラミック製基板（１，８）と共に焼結された金属被覆部である、
請求項１から５までのいずれか１項記載の構成部品（９）。
【請求項７】
前記接続手段（３，５）は、はんだ、焼結銀または銀接着剤である、
請求項１から６までのいずれか１項記載の構成部品（９）。
【請求項８】
前記層間接続構造（１１）は、ＣｕまたはＡｇからなり、
前記基板（１，８）は、窒化アルミニウムからなる、
請求項１から７までのいずれか１項記載の構成部品（９）。
【請求項９】
前記第１のセラミック製基板（１）の前記下面（１ａ）上には、冷却要素が配置されている、
請求項１から８までのいずれか１項記載の構成部品（９）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上面および下面を有する第１のセラミック製基板、セラミック製フィン冷却器、液体が通流するセラミック製冷却器、またはセラミック製冷却体（空気または液体による冷却）からなる構成部品であって、上面上には金属被覆部が被着されており、金属被覆部上には接続手段を介して、半導体材料からなる回路の下面が取り付けられている、構成部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮまたはＳｉ３Ｎ４からなるセラミック製基板が、少なくとも片面の金属被覆部（ＤＣＢ−Ｃｕ、厚膜Ｃｕ、Ａｇ、Ｗ−Ｎｉ−Ａｕ）を支持しており、この金属被覆部自体の上に、圧力、はんだ、焼結銀、銀接着剤等によって固定されて、回路が取り付けられていることが公知である。
【０００３】
基板の第２の表面上には、別の金属被覆面を設けることができ、この別の金属被覆面上には、例えばアルミニウム等からなる冷却体が接着またははんだ付けされている。すなわち、最大でも回路の片面が、電気絶縁性のヒートシンクに接続されている。回路の自由な上側の表面は、せいぜい気体冷却されるくらいである。回路は、一般的にチップまたはトランジスタであるとも理解される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の基礎となる課題は、請求項１の上位概念に記載の構成部品を改善して、回路が両面で、すなわち下面と上面の両方で冷却されるようにすることである。高い熱伝導率を有すると同時に高い電気伝導率も有する要素によって回路を両面で冷却することにより、モジュールの効率を向上させるべきである。さらには、加熱時に、または総じて温度変化時に、構成部品が自身の完全な機能性を維持して故障しないことを保証すべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題は、本発明によれば、請求項１記載の特徴を有する構成部品によって解決される。回路の上面上に接続手段が被着されており、接続手段上にセラミック製電流／熱伝導基板の下面が被着されており、電流／熱伝導基板の上面上に金属被覆部を介して、第２のセラミック製基板が配置されており、セラミック製電流／熱伝導基板が、金属が充填された熱電性の層間接続構造（ビア）を含み、両方の冷却形態において、電流／熱伝導基板の上面と下面とが相互に電気的に接続されていることによって、回路は、両面で、すなわち下面と上面の両方で冷却されることとなる。高い熱伝導率を有すると同時に高い電気伝導率も有する要素によって回路を両面で冷却することにより、回路のモジュールの効率が向上する。
【０００６】
セラミック製電流／熱伝導基板のビア内の金属は、第２の基板の金属被覆部と、回路上に配置されている接続手段との両方に当接している。
【０００７】
好ましくは、電流／熱伝導基板のセラミックは、回路の半導体材料の膨張係数に適合した膨張係数を有する。これによって構成部品は、加熱時に、または総じて温度変化時に、自身の完全な機能性を維持して故障しなくなる。
【０００８】
電流／熱伝導基板の膨張係数と、回路の膨張係数とは、相互に最大でも３ｐｐｍ／Ｋだけ異なっている。好ましくは、電流／熱伝導基板は、立方体またはフラット基板である。
【０００９】
回路は、好ましくはシリコン回路、ＳｉＣ回路、ＧａＮ回路、例えばダイオードまたはトランジスタである。
【００１０】
金属被覆部は、好ましくはＤＣＢ−Ｃｕ、ＡＭＢ−Ｃｕ、厚膜Ｃｕ、Ａｇ、またはＷ−Ｎｉ−Ａｕからなり、かつ／またはセラミック製基板と共に焼結された金属被覆部である。焼結された金属被覆部は、セラミックと密接に結合しているので、回路からセラミックへの卓越した熱輸送率を有する。
【００１１】
接続手段は、好ましくははんだ、焼結銀、または熱伝導接着剤である。
【００１２】
本発明の１つの実施形態では、層間接続構造は、ＣｕまたはＡｇからなり、基板は、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、または窒化ケイ素からなる。これらのセラミックは、高い熱伝導率を有する。
【００１３】
１つの実施形態では、第１のセラミック製基板の下面上に、フィン等のような冷却要素が配置されているか、または基板自体が、冷却体として−空気または液体が通流するように−形成されている。
【００１４】
金属が充填されており、かつ接続手段を介して回路の自由な上面に接触しているビアを有するセラミック製電流／熱伝導基板を用いることにより、より良好な両面での熱放散を実施することが可能となる。この電流／熱伝導基板は、金属が充填された、例えばＣｕまたはＡｇが充填された、熱電性の層間接続構造（ビア）を含む。基板材料として窒化アルミニウムを選択した場合には、この基板材料の約４．７ｐｐｍ／Ｋの膨張係数は、チップのシリコンに近似している。
【００１５】
これらのビアセラミック（電流／熱伝導基板）を、回路の表面上と、金属被覆されたセラミック製基板の他方の表面上との両方において、はんだ、銀ペースト、または銀焼結層を介して第２のセラミック製基板に結合させることができるが、しかしながら、これに代えて、銅ペーストの焼成時に、金属被覆された上側の基板の銅層に直接的に接続させることも可能である。
【００１６】
熱放散をさらに増大させるために、セラミック製電流／熱伝導基板の代わりに、液体が通流するセラミック製冷却器、またはセラミック製フィンを有する、液体が通流するセラミック製冷却器を使用することも可能である。
【００１７】
各図は、従来技術（図１）と、本発明による構成部品（図２）とを示すと共に、金属被覆部７の追加的な層を有する別の本発明による構成部品（図３）を例示的に示す。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来技術を示す図である。
【図２】本発明による構成部品を示す図である。
【図３】金属被覆部の追加的な層を有する別の本発明による構成部品を例示的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、上面１ｂおよび下面１ａを有する第１のセラミック製基板１からなる構成部品９を示し、上面１ｂ上には金属被覆部２が被着されており、この金属被覆部２上には接続手段３を介して、半導体材料からなる回路４の下面が取り付けられている。
【００２０】
図２は、本発明による構成部品９を示す。この構成部品は、上面１ｂおよび下面１ａを有する第１のセラミック製基板１からなり、上面１ｂ上には金属被覆部２が被着されており、この金属被覆部２上には接続手段３を介して、回路４の下面が取り付けられている。本発明によれば、回路４上または回路４の上面上には接続手段５を介して、セラミック製電流／熱伝導基板６の下面が被着されており、電流／熱伝導基板６上には金属被覆部７を介して、第２のセラミック製基板８が配置されており、セラミック製電流／熱伝導基板６は、金属が充填された熱電性の層間接続構造（ビア）１１を含み、かつ／または冷却剤を導くための冷却チャネルを含む。
【００２１】
セラミック製基板１，８は、好ましくはプレート形状に形成されており、酸化アルミニウムまたは窒化ケイ素からなるか、または好ましくは、非常に高い熱伝導率を有する窒化アルミニウムからなる。
【００２２】
金属被覆部は、好ましくはＤＣＢ−Ｃｕ、ＡＭＢ−Ｃｕ、厚膜Ｃｕ、ＡｇまたはＷ−Ｎｉ−Ａｕからなり、かつ／または、セラミック製基板１，８と共に焼結されている。
【００２３】
回路４は、図示の実施形態ではダイオードまたはトランジスタである。
【００２４】
接続手段３，５は、好ましくははんだ、焼結銀または銀接着剤である。
【００２５】
層間接続構造１１は、例えばＣｕまたはＡｇからなる。
【００２６】
図２には図示されていないが、第１のセラミック製基板１の下面１ａ上には、好ましくは冷却要素が配置されている。冷却要素１および８は、空気冷却のためにフィンを含むことができる。しかしながら、液体を導く冷却ボックスであってもよい。
【００２７】
セラミック製電流／熱伝導基板６は、回路４の廃熱をセラミック製基板８へと放散させるために使用され、その一方で、回路４を金属被覆部７に電気的に結合させるためにも利用可能である。電流／熱伝導基板６も、酸化アルミニウムまたは窒化ケイ素からなるか、または好ましくは、窒化アルミニウムからなる。電流／熱伝導基板６の、金属が充填された熱電性の層間接続構造（ビア）１１を介して、廃熱が輸送されると共に、電気的な接続が形成される。好ましくは、層間接続構造（ビア）１１は、電流／熱伝導基板６の表面に対して直角に延在している。
【００２８】
電気接続部には参照符号１０が付されている。
【００２９】
図３は、接続手段５とセラミック製電流／熱伝導基板６との間に、金属被覆部７の別の層を被着させることが可能であることを示している。金属被覆部７のこの別の層は、好ましくは、金属が充填された熱電性の層間接続構造（ビア）を介して、電流／熱伝導基板６と第２のセラミック製基板８との間に配置されている金属被覆層７に素材結合されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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