DE4444680A1

DE4444680A1 - Multilayer substrate esp. for power semiconductor component

Info

Publication number: DE4444680A1
Application number: DE19944444680
Authority: DE
Inventors: Juergen Dr Ing Schulz-Harder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-12-15
Filing date: 1994-12-15
Publication date: 1996-06-27

Abstract

The multi-layer substrate includes successive layers of Cu (1), ceramic (2), Cu (3), ceramic (4) and Cu (5) stacked together. These are then topped by a square frame (6) of Cu or ceramic with a hermetic or gastight cover (22) e.g. laser-welded to it. The lowest ceramic layer (2) is perforated with a number of holes (14) through which Cu thermal bridges (15) are established between the Cu underlayer and the metallisation (8) in the centre of the Cu overlayer. External connections (7) at that level, electrically sepd. from the metallisation, protrude from opposite sides of the package.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Mehrfachsubstrat gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 oder 14.The invention relates to a multiple substrate according to the preamble of claim 1 or 14.

Gehäuse sind bekannt, bei denen der Gehäuseboden aus mehreren Schichten und Lagen besteht, von denen die unterste, die Außenfläche des Gehäusebodens bildende Lage eine Kupferlage ist, mit der das Gehäuse an einer Grundplatte oder an einem Kühlkörper befestigt werden kann. Eine zweite Kupferlage bildet die aus dem Gehäuse herausgeführten elektrischen Anschlüsse und eine dritte Kupferlage das Layout für Kontakt und/oder Montageflächen für die Bauelemente (beispielsweise Chips) sowie für Leiterbahnen. Durch jeweils eine Keramikschicht oder Keramiklage sind die Kupferlagen voneinander getrennt. Auf der das Layout für die Kontakt- und/oder Montageflächen sowie Leiterbahnen bildenden Kupferlage ist ein rahmenartiges Gehäuseteil befestigt, welches den Gehäuseraum zur Aufnahme der Bauelemente am Umfang des Gehäuses umschließt. Dieser Raum wird nach der Montage der Halbleiterbauelemente durch einen Gehäusedeckel verschlossen und/oder mit einem geeigneten Material (Kunststoff) ausgegossen.Housings are known in which the housing base consists of several layers and layers, of which the bottom layer, which forms the outer surface of the housing base, is a copper layer, with which the housing can be attached to a base plate or to a heat sink. A second copper layer forms the electrical connections led out of the housing and a third copper layer the layout for contact and / or mounting areas for the Components (for example chips) and for conductor tracks. By one at a time Ceramic layer or ceramic layer, the copper layers are separated from each other. On the that Layout for the contact and / or mounting surfaces as well as conductor tracks forming copper layer is a frame-like housing part attached, which the housing space for receiving the Encloses components on the circumference of the housing. This room will be installed after the Semiconductor components closed by a housing cover and / or with a suitable Material (plastic) poured out.

Der grundsätzliche Vorteil dieses Gehäuses gegenüber anderen Gehäuseformen besteht darin, daß die Metallage für das Layout der Kontakt- und Montageflächen und der Leiterbahnen und die Kupferlage für die seitlich aus dem Gehäuse herausgeführten Anschlüsse in verschiedenen Ebenen vorgesehen sind, so daß die erstgenannte Kupferlage für das Layout tatsächlich auch vollständig genutzt werden kann und die Möglichkeit besteht, dieses Layout weitestgehend unabhängig von den Anschlüssen zu gestalten. Die elektrische Verbindung zwischen den Leiterbahnen und den Anschlüssen erfolgt durch elektrische Durchkontaktierungen in der dazwischenliegenden Keramiklage. Ein weiterer grundsätzlicher Vorteil dieses Gehäuses besteht auch darin, daß die Anschlüsse gasdicht aus dem Gehäuse herausgeführt werden können, der gesamte Innenraum des Gehäuse also hermetisch verschlossen ist.The basic advantage of this housing compared to other housing shapes is that that the metal layer for the layout of the contact and mounting surfaces and the conductor tracks and the copper layer for the connections led out of the side of the housing in different Layers are provided, so that the first-mentioned copper layer for the layout actually also can be fully used and there is a possibility to use this layout as far as possible to be designed independently of the connections. The electrical connection between the Conductor tracks and the connections are made through electrical vias in the intermediate ceramic layer. Another fundamental advantage of this housing also consists in the connections being led out of the housing in a gastight manner can, the entire interior of the housing is hermetically sealed.

Diese Art des Gehäuses läßt sich auch relativ einfach und preiswert fertigen. Nachteilig ist aber, daß wenigstens zwei Keramiklagen notwendig sind, was eine verschlechterte Wärmeleitfähigkeit bei Ableiten der Verlustwärme von den Bauelementen bzw. Kontakt und/oder Montageflächen an die die Außenfläche des Gehäusebodens bildende erste Metallage zur Folge hat.This type of housing can also be manufactured relatively easily and inexpensively. The disadvantage is that at least two ceramic layers are necessary, which worsens one Thermal conductivity when dissipating the heat loss from the components or contact and / or mounting surfaces on the first metal layer forming the outer surface of the housing base has the consequence.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Mehrfachsubstrat aufzuzeigen, welches in DCB-Technik hergestellt werden kann und die vorgenannten Nachteile nicht aufweist bzw. eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit besitzt.The object of the invention is to show a multiple substrate which uses DCB technology can be produced and does not have the aforementioned disadvantages or an improved Has thermal conductivity.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Mehrfachsubstrat entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 oder 14 ausgebildet.To solve this problem is a multiple substrate according to the characterizing part of claim 1 or 14 formed.

Durch die wenigstens eine thermische Brücke zwischen den Metalliesierungen und speziell bei einem Gehäuse zwischen der Metallisierung und der ersten Metallage, wird eine weitestgehende thermische Überbrückung zumindest einer Keramiklage erreicht, wodurch die thermische Leitfähigkeit zur Ableitung der Verlustwärme insgesamt wesentlich verbessert wird.Through the at least one thermal bridge between the metallizations and especially at a housing between the metallization and the first metal layer, is a largely thermal bridging reached at least one ceramic layer, whereby the thermal Conductivity for dissipating the heat loss is significantly improved overall.

Bei der Erfindung sind die Metallagen vorzugsweise wiederum solche aus Kupfer.In the invention, the metal layers are preferably copper.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der die elektrischen, aus dem Gehäuse herausgeführten Anschlüsse bildenden Metallage und der das Layout für die Kontakt- und Montageflächen sowie für die Leiterbahnen bildenden Metallage eine Keramikschicht oder -lage vorgesehen, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, beispielsweise AlN oder BeO, deren mechanische Festigkeit (Bruchfestigkeit) aber gering ist. Um dennoch für das Gehäuse insgesamt die erforderliche mechanische Stabilität zu erreichen, ist die zwischen der ersten Metallage und der zweiten Metallage vorgesehene Keramikschicht aus einer besonders hochbelastbaren Keramik, wie beispielsweise ZrO₂, die mit Y₂O₃ stabilisiert ist, hergestellt, die allerdings eine geringere thermische Leitfähigkeit besitzt, was sich aber durch die wenigstens eine thermische Brücke nicht nachteilig auswirkt.In a preferred embodiment, between the electrical, out of the housing led out connections forming metal layer and the layout for the contact and Mounting surfaces as well as a ceramic layer or for the metal layer forming the conductor tracks layer provided, which has a high thermal conductivity, for example AlN or BeO, whose mechanical strength (breaking strength) is low. To nevertheless for the housing To achieve the required mechanical stability overall is that between the first Metallage and the second metal layer provided ceramic layer from a special heavy-duty ceramics, such as ZrO₂, which is stabilized with Y₂O₃, made however, has a lower thermal conductivity, which is at least due to the a thermal bridge does not have an adverse effect.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Die Erfindung wird in Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the figures using exemplary embodiments.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 in vereinfachter perspektivischer Explosionsdarstellung die einzelnen Elemente einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gehäuses; Figure 1 in a simplified perspective exploded view of the individual elements of an embodiment of the housing according to the invention.

Fig. 2 in perspektivischer Darstellung das Gehäuse in zusammengebauten Zustand; Figure 2 is a perspective view of the housing in the assembled state.

Fig. 3 in vergrößerter Darstellung einen Schnitt durch die erste Keramik-Lage; Fig. 3 in an enlarged representation a section through the first ceramic layer;

Fig. 4 in vereinfachter Darstellung die zweite metallage bei einer weiteren Ausführungsform; Fig. 4 is a simplified representation of the second metal layer in a further embodiment;

Fig. 5 einem Schnitt entsprechend der Linie I-I der Fig. 4; Fig. 5 is a section along the line II of Fig. 4;

Fig. 6-9 in vereinfachter Darstellung und im Schnitt, weitere mögliche Ausführungsformen von thermischen Brücken. Fig. 6-9 in a simplified representation and in section, further possible embodiments of thermal bridges.

Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Gehäuse G besteht im wesentlichen aus einer ersten, flachen Schicht oder Lage 1 aus Kupfer, aus einer zweiten flachen Schicht oder Lage 2 aus Keramik, aus einer dritten Lage 3 aus Kupfer, aus einer vierten Lage 4 aus Keramik, aus einer Lage 5 aus Kupfer sowie aus einem aus Kupfer oder Keramik hergestellten einen quadratischen Rahmen bildenden Gehäuseelemente 6. Die vorgenannten Elemente des Gehäuses G sind in der in den Bezugsziffern entsprechenden Reihenfolge übereinander angeordnet und zu dem Gehäuse miteinander verbunden, und zwar durch die dem Fachmann bekannte DCB-Technik, wobei die Lagen 1, 2, 4 und 5 in ihren äußeren Abmessungen jeweils den Abmessungen entsprechen, die das Gehäuseelement 6 in Draufsicht aufweist. Im einzelnen bildet die Lage 3 mehrere Anschlüsse 7, die über zwei voneinander abgewandte Umfangsseiten des Gehäuses G vorstehen. In der Mitte bildet die Lage 3 eine rechteckförmige Metallisierung 8, die selbstverständlich von den inneren Abständen der Anschlüsse 7 jeweils getrennt ist. The housing G shown in Figs. 1 and 2 essentially consists of a first flat layer or sheet 1 made of copper, a second flat sheet or layer 2 made of ceramic, a third layer 3 made of copper, a fourth layer 4 made of ceramic, from a layer 5 of copper and from a housing element 6 which is made of copper or ceramic and forms a square frame. The aforementioned elements of the housing G are arranged one above the other in the order corresponding to the reference numerals and connected to the housing by the DCB technology known to those skilled in the art, the layers 1 , 2 , 4 and 5 each having the outer dimensions Dimensions correspond to the housing element 6 in plan view. In particular, the layer 3 forms a plurality of connections 7 which protrude over two circumferential sides of the housing G facing away from one another. In the middle, the layer 3 forms a rectangular metallization 8 , which is of course separated from the inner distances between the connections 7 .

An den die Anschlüsse 7 nicht aufweisenden Seiten bildet die Lage 3 jeweils eine langgestreckte bzw. leistenartige Metallisierung 9, die mit ihrer außenliegenden Längsrand bei fertiggestellten Gehäuse G in einer Ebene mit der betreffenden Außenseite des Gehäuses liegt.On the sides which do not have the connections 7 , the layer 3 in each case forms an elongated or strip-like metallization 9 which, with the outer longitudinal edge in the finished housing G, lies in one plane with the relevant outer side of the housing.

Die Lage 5 bildet elektrische Kontakt- oder Montageflächen 10 für nicht dargestellte elektrische Bauelemente, insbesondere Leistungs-Bauelemente sowie Leiterbahnen 10′. Letztere sind über Durchkontaktierungen in der Lage 4 aus Keramik mit den Anschlüssen 7 verbunden. Jede dieser Durchkontaktierungen ist jeweils durch einen Körper 1 2 aus Kupfer gebildet, der in eine Öffnung oder Bohrung 13 der Lage 4 eingesetzt und ebenfalls unter Verwendung der DCB- Technik jeweils mit einer Leiterbahn 10′ und einem Anschluß 7 verbunden ist. Die Lage 5 bildet weiterhin einen äußeren Metallrahmen 11.The layer 5 forms electrical contact or mounting surfaces 10 for electrical components, not shown, in particular power components and conductor tracks 10 '. The latter are connected to the connections 7 via vias 4 in the ceramic layer. Each of these plated-through holes is formed by a body 1 2 made of copper, which is inserted into an opening or bore 13 of the layer 4 and is also connected to a conductor track 10 'and a connection 7 using the DCB technology. The layer 5 also forms an outer metal frame 11 .

Die thermische Verlustleitung der in dem Gehäuse G bzw. auf den Kontakt- und Montageflächen 10 angeordneten Bauelemente wird über die aus Keramik bestehende Lage 4, die Metallisierung 8, die Lage 2 und die aus Kupfer bestehende Lage 1 an einen Kühlkörper abgeführt, auf dem das Gehäuse G mit der Lage 1 befestigt ist.The thermal loss line of the components arranged in the housing G or on the contact and mounting surfaces 10 is dissipated via the ceramic layer 4 , the metallization 8 , the layer 2 and the copper layer 1 to a heat sink on which the Housing G is fixed with position 1 .

Um diese Wärmeableitung zu verbessern, sind in der Lage 2 unterhalb der Metallisierung 8 mehrere Öffnungen oder Bohrungen 14 vorgesehen, von denen jede einen Körper 15 aus Kupfer aufnimmt. Die Körper 12 und 15 sind bei der dargestellten Ausführungsform Kugeln, die ebenso, wie alle übrigen, aus Kupfer bestehenden Teile des Gehäuses G für den DBC-Prozeß an den Oberflächen eine Schicht aus Kupferoxid aufweisen. Um zu gewährleisten, daß die Körper 12 und 15 jeweils in Richtung der Dicke der Lagen 2 bzw. 4 exakt die gleiche Abmessung wie die Dicke dieser Lagen aufweisen, werden diese Körper vorzugsweise nach dem Einsetzen in die entsprechende Öffnung 13 bzw. 14 durch bleibende Verformung auf das exakte Maß der Dicke der Lage 2 bzw. 4 gebracht, wie dies in der Fig. 3 für die Körper 15 in der Lage 2 angedeutet ist. Hierbei wird beispielsweise so verfahren, daß vor dem Einsetzen der Körper 15 in die Öffnungen 14 zunächst die Lage 1 mit der Lage 2 unter Verwendung des DCB-Prozesses verbunden wird. Anschließend werden die Körper 15 in die Öffnungen 14 eingesetzt und mittels eines oberen Stempels 16 und eines unteren Gegenstempels 17 werden die eingesetzten Körer 15 so flach gedrückt bzw. beleibend verformt, daß sie exakt das Maß der Dicke der Schicht bzw. Lage 2 aufweisen, also auch die Lage 3 bzw. die dortigen Metallisierung 8 absolut flach und flächig auf der Oberseite der Schicht 2 aufliegend an dieser befestigt werden kann, und zwar unter Sicherstellung einer einwandfreien Verbindung jedes Körpers 15 mit der Unterseite der Metallisierung 8 zur Herstellung einer einwandfreien thermischen Brücke zwischen dieser Metallisierung und der unteren Lage 1.In order to improve this heat dissipation, a plurality of openings or bores 14 are provided in the layer 2 below the metallization 8 , each of which receives a body 15 made of copper. In the embodiment shown, the bodies 12 and 15 are spheres which, like all other parts of the housing G made of copper, have a layer of copper oxide on the surfaces for the DBC process. In order to ensure that the bodies 12 and 15 each have exactly the same dimensions as the thickness of these layers in the direction of the thickness of the layers 2 and 4 , these bodies are preferably formed after permanent insertion into the corresponding opening 13 or 14 brought to the exact measure of the thickness of the layer 2 or 4 , as indicated in FIG. 3 for the body 15 in the layer 2 . The procedure here is, for example, that before inserting the bodies 15 into the openings 14 , the layer 1 is first connected to the layer 2 using the DCB process. The bodies 15 are then inserted into the openings 14 and by means of an upper punch 16 and a lower counter punch 17 the bodies 15 are pressed flat or deformed so that they have exactly the measure of the thickness of the layer or layer 2 , that is also the layer 3 or the metallization 8 there can be attached to the top of the layer 2 in an absolutely flat and flat manner, while ensuring a perfect connection of each body 15 to the underside of the metallization 8 in order to produce a perfect thermal bridge between this metallization and the lower layer 1 .

In gleicher Weise wie die Körper 15 werden auch die Körper 12 durch bleibende Verformung auf das genaue Maß der Dicke der Lage 4 gebracht. Hierfür wird beispielsweise so vorgegangen, daß zunächst die Lage 5 auf der Oberseite der Lage 4 mittels des DCB- Verfahrens flächig befestigt wird. Anschließend werden die Körper 12 in die Öffnungen 13 eingesetzt und auch das Maß der Dicke der Lage 4 verformt, so daß bei Sicherstellung einer einwandfreien Durchkontaktierung zugleich auch gewährleistet ist, daß sowohl die Leiterbahnen 11 als auch die Anschlüsse 7 einwandfrei und flächig mit der Oberseite und Unterseite der Lage 4 verbunden sind, und zwar bei fertiggestellten Gehäuse G und insbesondere auch im Bereich der jeweiligen Öffnung 13.In the same way as the bodies 15 , the bodies 12 are brought to the exact measure of the thickness of the layer 4 by permanent deformation. For this purpose, for example, the procedure is such that first the layer 5 is fastened flat on the top of the layer 4 by means of the DCB method. Then the bodies 12 are inserted into the openings 13 and the dimension of the thickness of the layer 4 is deformed, so that at the same time ensuring that the through-connection is correct, both the conductor tracks 11 and the connections 7 are flawless and flat with the top and The underside of the layer 4 are connected, namely when the housing G is finished and in particular also in the region of the respective opening 13

Während die Körper 12 eine elektrische Durchkontaktierung bzw. elektrische Verbindung zwischen den Leiterbahnen 11 und den Anschlüssen 7 bewirken, dienen die Körper 15 nur zur Herstellung einer thermischen Brücke zwischen der Metallisierung 8 und der Lage 1.While the bodies 12 effect an electrical through-connection or electrical connection between the conductor tracks 11 and the connections 7 , the bodies 15 only serve to produce a thermal bridge between the metallization 8 and the layer 1 .

Die erfindungsgemäße Ausbildung gestattet die Herstellung des Gehäuses G in relativ einfacher Weise bei einer wesentlichen Verbesserung der thermischen Leitfähigkeit bzw. der Abführung von Verlustwärme von den im Gehäuse untergebrachten elektrischen Bauelementen. Beträgt beispielsweise der Anteil der von den Körpern 15 gebildeten Fläche 20% der Gesamtfläche der für die Wärmeübertragung maßgeblichen Fläche der Schicht 2, und besteht beispielsweise die Schicht 2 aus einer Aluminiumoxid-Keramik (Al₂O₃), die eine thermische Leitfähigkeit von etwa 20 W/m K aufweist, so erhöht sich die Wärmeleitfähigkeit dieser Schicht oder Lage auf 96 W/mK.The design according to the invention allows the housing G to be produced in a relatively simple manner with a substantial improvement in the thermal conductivity or the dissipation of heat loss from the electrical components accommodated in the housing. For example, if the proportion of the area formed by the bodies 15 20% of the total area of the decisive for the heat transfer surface of the layer 2, and comprises, for example, the layer 2 made of an aluminum oxide ceramic (Al₂O₃) having a thermal conductivity of about 20 W / m K, the thermal conductivity of this layer or layer increases to 96 W / mK.

Da die Öffnungen 14 in der Schicht oder Lage 2 nur einen Teil der Gesamtfläche dieser Lage einnehmen, bleiben die mechanischen Eigenschaften, aber auch die thermomechanischen Eigenschaften der Aluminiumoxid-Keramik der Lage 2 erhalten, so daß sich ein robustes Gehäuse mit wesentlich verbesserter Wärmeableiteigenschaften für die Verlustleistung der Halbleiterbauelemente, insbesondere der Leistungs-Bauelemente bei der Möglichkeit einer vereinfachten Herstellung und der Möglichkeit ergibt, die Metallisierung bzw. Lage 5 vollständig für das Layout der Kontaktflächen 10 und Leiterbahnen 10′ zu nutzen, und zwar in einer von den Anschlüssen 7 weitestgehend unabhängigen Konfiguration.Since the openings 14 in the layer or layer 2 occupy only part of the total area of this layer, the mechanical properties, but also the thermomechanical properties of the aluminum oxide ceramic of the layer 2 are retained, so that a robust housing with significantly improved heat dissipation properties for the Power loss of the semiconductor components, in particular the power components with the possibility of a simplified production and the possibility of using the metallization or layer 5 completely for the layout of the contact surfaces 10 and conductor tracks 10 ', in a largely independent of the connections 7 Configuration.

Ein weiterer Vorteil des beschriebenen Gehäuses besteht auch darin, daß unter Aufrechterhaltung der für ein robustes Gehäuse notwendigen mechanischen Eigenschaften eine Wärmeableitung erreicht wird, die bei Gehäuseabmessungen von 10 × 10 mm Grundfläche eine Ableitung von 100 Watt Verlustleistung ermöglicht, so daß Gehäuse mit kleinen Abmessungen selbst für Halbleiterbauelemente oder Schaltkreise mit hoher Leistung unter Verwendung der preiswerten und auch aus dem Gesichtspunkt der Umweltbelastung vorteilhaften Aluminiumoxid-Keramik (Al₂O₃) realisiert werden können.Another advantage of the housing described is that Maintaining the mechanical properties necessary for a robust housing Heat dissipation is achieved, which with a housing dimensions of 10 × 10 mm footprint Derivation of 100 watts of power loss allows, so that housing with small dimensions even for semiconductor devices or high performance circuits using the inexpensive and also advantageous from the point of view of environmental pollution Alumina ceramic (Al₂O₃) can be realized.

Grundsätzlich besteht aber die Möglichkeit, die Lage 4 aus einer Keramik herzustellen, die eine höhere Wärmeleitfähigkeit aufweist, beispielsweise aus einer Aluminiumnitrid-Keramik (AlN) oder aber aus (BeO). Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Lage 2 aus einer Keramik herzustellen, die zwar eine hohe mechanische Festigkeit aufweist, deren thermische Leitfähigkeit aber gering ist, beispielsweise aus ZrO₂ (mit Y₂O₃ stabilisiert) mit einer Bruchfestigkeit größer als 800 N/mm².Basically, however, there is the possibility of producing the layer 4 from a ceramic which has a higher thermal conductivity, for example from an aluminum nitride ceramic (AlN) or from (BeO). There is also the possibility of producing the layer 2 from a ceramic which has a high mechanical strength, but whose thermal conductivity is low, for example from ZrO₂ (stabilized with Y₂O₃) with a breaking strength greater than 800 N / mm².

Die Fig. 4 zeigt in vereinfachter perspektivischer Darstellung nochmals zwei von der Lage 3 gebildete Anschlüsse 7 und eine ebenfalls von dieser Lage gebildete Metallisierung 8a bei einer weiteren möglichen Ausführungsform. In der Fig. 5 ist ein Schnitt durch die Metallisierung 8a entsprechend der Linie I-I wiedergegeben. Die Metallisierung 8a entspricht insoweit der Metallisierung 8, als sie ebenfalls einen rechteckförmigen Zuschnitt aufweist. Allerdings ist in der Metallisierung 8a entlang der Umfangslinie bzw. des Randes und von diesem beabstandet ein durchgehender, in sich geschlossener bzw. umlaufender Schlitz oder Spalt 18 gebildet so daß die Metallisierung 8 aus einem inneren Flächenabschnitt 1 9 und aus einem äußeren, rechteckförmigen den inneren Abschnitt umschließenden Rahmen 20 besteht. Die Öffnungen 14 mit den Körpern 15 sind dann nur im Bereich der Fläche 19 vorgesehen. Hierdurch wird eine verbesserte elektrische Spannungsfestigkeit zwischen den Anschlüssen 7 und der unteren Lage bzw. Metallisierung 1 erreicht. FIG. 4 shows a simplified perspective illustration again of two connections 7 formed by the layer 3 and a metallization 8 a likewise formed by this layer in a further possible embodiment. In FIG. 5, a section through the metallization 8 corresponding to the line II a is reproduced. The metallization 8 a corresponds to the metallization 8 in that it also has a rectangular cut. However, in the metallization 8 a is along the peripheral line or the edge and spaced from a continuous, closed in themselves and circumferential slot or gap 18 is formed so that the metallization 8 of an inner surface portion 1 9, and of an outer, rectangular the inner section enclosing frame 20 . The openings 14 with the bodies 15 are then only provided in the area of the surface 19 . As a result, an improved electrical dielectric strength is achieved between the connections 7 and the lower layer or metallization 1 .

Die elektrischen Leistungsbauelemente sind in Fig. 1 mit 21 mit unterbrochenen Linien angedeutet. Weiterhin zeigt die Fig. 1 auch den das Gehäuse an der Oberseite hermetisch bzw. gasdicht abschließenden Deckel 22, der beispielsweise auf das Gehäuseteil 6 aufgeschweißt ist (Laserschweißen). Der Durchmesser D der Öffnungen 14 ist maximal 3 × d, wobei d die Dicke der Lage 2 ist. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Dicke d etwa 0,25 bis 2,0 mm. Die Schichtdicke der Lage 4 ist dabei etwa im Bereich zwischen 0,1 bis 1,0 mm.The electrical power components are indicated in FIG. 1 by 21 with broken lines. Furthermore, FIG. 1 also shows the cover 22 which hermetically or gas-tightly seals the housing on the upper side and which is welded onto the housing part 6 , for example (laser welding). The diameter D of the openings 14 is at most 3 × d, where d is the thickness of the layer 2 . In the illustrated embodiment, the thickness d is approximately 0.25 to 2.0 mm. The layer thickness of the layer 4 is approximately in the range between 0.1 to 1.0 mm.

Die Fig. 6-9 zeigen jeweils in sehr vereinfachter Schnittdarstellung weitere Ausführungsformen von thermischen Brücken, die in der Lage 2 anstelle der von den Körpern 15 gebildeten Brücken oder zusätzlich zu diesen vorgesehen sind und jeweils aus Diamant bestehen. FIGS. 6-9 each show in a very simplified sectional view of further embodiments of thermal bridges, which are provided in the layer 2 instead of the bodies 15 formed by the bridges, or in addition to these, each consist of diamond.

Bei der in der Fig. 6 wiedergegebenen Ausführungsform sind anstelle der Öffnung 14 Öffnungen 14a vorgesehen, die einen sich nach oben hin kegelstumpfförmig erweiternden Querschnitt aufweist.In the embodiment shown in FIG. 6, openings 14 a are provided instead of the opening 14 , which has a cross-section widening in the shape of a truncated cone.

Beidseitig auf die Lage 2 wird jeweils eine Diamantlage 23 aufgebracht, und zwar durch Abscheiden aus der Gasphase nach dem PVD-Verfahren (Plasma-Vakuum-Dampf-Verfahren). Durch die Ausbildung der Öffnungen 14a ist gewährleistet, daß die beiden Diamantlagen 23 auch in der Öffnung 14a durch einen Bereich aus Diamant bzw. eine thermische Brücke 24 aus Diamant zuverlässig miteinander verbunden sind. Auf die freiliegende Fläche jeder Diamantlage 23 erfolgt eine Metallisierung 25 bzw. 26 derart, daß letztere eine glatte ebene Außenfläche bildet. Ist dies nach dem Aufbringen der Metallisierung nicht gewährleistet, wie dies in der Fig. 6 in der Position a für die Metallisierung 25 dargestellt ist, so folgt ein Einebenen der Metallisierung beispielsweise durch nachträgliches mechanisches Abtragen (Position b) der Fig. 6. A diamond layer 23 is applied to both sides of the layer 2 , namely by deposition from the gas phase using the PVD method (plasma vacuum steam method). The formation of the openings 14 a ensures that the two diamond layers 23 are also reliably connected to one another in the opening 14 a by a region made of diamond or a thermal bridge 24 made of diamond. Metallization 25 or 26 is carried out on the exposed surface of each diamond layer 23 such that the latter forms a smooth, flat outer surface. If this is not guaranteed after the metallization has been applied, as is shown in position a for the metallization 25 in FIG. 6, the metallization is leveled, for example by subsequent mechanical removal (position b) of FIG. 6.

Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform, bei der in der Lage 2 wiederum die Öffnungen 14 vorgesehen sind. In jeder Öffnung ist als thermische Brücke 27 Diamant abgeschieden, und zwar wiederum aus der Gasphase nach dem PVD-Verfahren. Die thermische Brücke aus Diamant ist durch Aktivlot mit der Metallisierung 8 oder 8a und mit der untersten Lage 1 aus Kupfer oder Metall verbunden. FIG. 7 shows an embodiment in which the openings 14 are again provided in the layer 2 . 27 diamonds are deposited as thermal bridges in each opening, again from the gas phase using the PVD process. The thermal bridge made of diamond is connected to the metallization 8 or 8 a and to the lowest layer 1 made of copper or metal by active solder.

Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform, die der Ausführungsform der Fig. 6 entspricht, wobei allerdings anstelle der sich kegelförmig erweiternden Öffnungen 14a die zylinderförmigen Öffnungen 14 vorgesehen sind. Fig. 8 shows an embodiment which corresponds to the embodiment of Fig. 6, but instead of the conically widening openings 14 a, the cylindrical openings 14 are provided.

Fig. 9 zeigt schließlich eine Ausführungsform, die der Ausführungsform der Fig. 6 entspricht, bei der allerdings anstelle der Öffnungen 14a Öffnungen 14b vorgesehen sind, deren Querschnitt sich ausgehend von der Mittelebene der Lage 2 nach beiden Seiten hin kegelstumpfförmig vergrößert. Fig. 9 finally shows an embodiment which corresponds to the embodiment of Fig. 6, in which, however, instead of the openings 14 a openings 14 b are provided, the cross section of which starts from the center plane of the layer 2 to both sides in the shape of a truncated cone.

Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, daß zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne daß dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird.The invention has been described above using exemplary embodiments. It is understood that numerous changes and modifications are possible without the Invention underlying the inventive concept is left.

BezugszeichenlisteReference list

1-5 Lage
6 Gehäuseelement
7 Anschluß
8, 8a, 9 Metallisierung
10 Kontaktfläche
10′ Leiterbahn
11 Rahmen
12 Körper
13, 14, 14a, 14b Öffnung
15 Körper
16 Stempel
17 Gegenstempel
18 Spalt
19 Flächenabschnitt
20 Rahmen
21 Leistungsbauelemente
22 Deckel
23 Diamantlage
24 thermische Brücke aus Diamant
25, 26 Metallisierung
27 thermische Brücke aus Diamant 1-5 location
6 housing element
7 connection
8 , 8 a, 9 metallization
10 contact surface
10 ′ conductor track
11 frames
12 bodies
13 , 14 , 14 a, 14 b opening
15 bodies
16 stamps
17 counter stamp
18 gap
19 surface section
20 frames
21 power components
22 lid
23 diamond layer
24 diamond thermal bridge
25 , 26 metallization
27 thermal bridge made of diamond

Claims

1. multiple substrate as a housing for electrical components, in particular power components, with a housing base formed from several layers or layers ( 1-5 ) of ceramic and metal, the ceramic layers ( 2 , 4 ) of which are made of ceramic and partly made of metal, Metal layers ( 1 , 3 , 4 ), preferably made of copper, are firmly bonded to one another by means of DCB technology to form the housing base, the outer surface of which is formed by a first metal layer ( 1 ) and in which between a second metal layer Layer ( 3 ) for connections ( 7 ) and the first metal layer ( 1 ) led out laterally from the housing (G) and at least one first ceramic layer ( 2 ) is provided, and at least one third metal layer ( 5 ) for electrical contact surfaces ( 10 ) and / or conductor tracks ( 10 ') is provided, between the and the second metal layer ( 3 ) at least one second ceramic layer ( 4 ) is arranged, the second metal layer ( 3 ) under at least one assembly or contact surface ( 10 ) forms a metallization ( 8 , 8 a), which is arranged in a transmission path for the heat loss from the at least one contact or assembly surface ( 10 ) to the first metal layer ( 1 ) characterized in that the first ceramic layer ( 2 ) has at least one through opening ( 14 ) in the region of the metallization ( 8 ), and that through the opening ( 14 ) one with both the metallization ( 8 , 8 a) and thermal bridge ( 15 , 23 , 27 ) connected to the first metal layer ( 1 ).

2. Multiple substrate according to claim 1, characterized in that the at least one thermal bridge ( 15 ) consists of metal.

3. Multiple substrate according to claim 2, characterized in that a body ( 15 ) made of metal is used as the thermal bridge in the at least one recess ( 14 ), which by means of the DCB method with the metallization ( 8 , 8 a) and with first metal layer ( 1 ) is connected.

4. Multiple substrate according to claim 3, characterized by a plurality of openings ( 14 ) each with at least one body ( 15 ).

5. Multiple substrate according to one of claims 1-4, characterized in that the connections ( 7 ) are electrically separated from the metallization ( 8 ).

6. Multiple substrate according to one of claims 1-5, characterized in that the metallization ( 8 a) has a surface area ( 19 ) which is connected via the at least one thermal bridge to the first metal layer ( 1 ), and that the surface area ( 19 ) is separated from the rest of the metallization ( 8 a) by a self-contained gap ( 18 ).

7. Multiple substrate according to one of claims 1-6, characterized in that the first metal layer ( 1 ) forms the outer surface of the housing base.

8. Multiple substrate according to one of claims 1-7, characterized by a frame-like, part of the circumferential surface of the housing (G) forming housing element ( 6 ), which is also connected by means of DCB technology to the housing base or to a layer of this housing base .

9. Multiple substrate according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one thermal bridge ( 23 , 27 ) is formed from diamond, preferably by deposition from the gas phase by the PVD method.

10. Multiple substrate according to claim 9, characterized in that the thermal bridge ( 27 ) forming diamond material with a subsequent metallization ( 1 , 8 , 8 a, 25 , 26 ) is connected by an active solder.

11. Multiple substrate according to claim 9 or 10, characterized in that between the layer having the thermal bridge ( 2 ) and a subsequent metallization or layer of metal ( 1 , 8 , 8 a, 25 , 26 ) also a layer ( 23 ) Diamond is provided which merges into the area forming the thermal bridge ( 23 , 27 ).

12, multiple substrate according to any one of claims 9-11, characterized in that the thermal bridge (23, 27) receiving apertures (14 a, 14 b) increases to at least one side of the thermal bridge having location out in cross-section, to improve diamond deposition.

13. Multiple substrate according to one of claims 1-12, characterized in that the at least one opening ( 14 , 14 a, 14 b) for the thermal bridge has a diameter (D) which is at most three times the thickness (d) of this bridge having ceramic layer ( 2 ).

14. Multiple substrate consisting of at least a first metal layer ( 1 ), a second metal layer ( 3 ) and a first layer of ceramic provided between these metal layers, characterized in that in the first ceramic layer at least one thermal bridge is formed in that this Ceramic layer ( 2 ) has an opening ( 14 , 14 a, 14 b), in which a material thermally connecting the two metal layers is introduced, and that the at least one thermal bridge ( 23 , 27 ) is formed from diamond, preferably by deposition the gas phase using the PVD process.

15. Multiple substrate according to claim 14, characterized in that the thermal bridge ( 27 ) forming diamond material with a subsequent metallization ( 1 , 8 , 8 a, 25 , 26 ) is connected by an active solder.

16. Multiple substrate according to claim 14 or 15, characterized in that between the layer having the thermal bridge ( 2 ) and a subsequent metallization or layer of metal ( 1 , 8 , 8 a, 25 , 26 ) also a layer ( 23 ) Diamond is provided which merges into the area forming the thermal bridge ( 23 , 27 ).

17. Multiple substrate according to one of claims 14-16, characterized in that the openings ( 14 a, 14 b) receiving the thermal bridge ( 23 , 27 ) enlarge a cross section towards at least one side of the layer having the thermal bridge, to improve diamond deposition.

18. Multiple substrate according to one of claims 14-17, characterized in that the at least one opening ( 14 , 14 a, 14 b) for the thermal bridge has a diameter (D) which is at most three times the thickness (d) of this bridge having ceramic layer ( 2 ).