DE3941814A1 - Traegerkoerper zur elektrisch isolierten anordnung von bauteilen - Google Patents

Description

Die Hauptpatentanmeldung P 38 37 617.2 bezieht sich auf einen Trägerkörper zur elektrisch isolierten Anordnung von Bauteilen, der aus einer metallischen Grundplatte und einer metallisierten, auf der Grundplatte durch Löten befestigten, thermisch gut leitenden Isolierscheibe besteht, und bei welchem die Isolier­ scheibe in Stücke unterteilt ist, welche in gegenseitigem Abstand auf der Grundplatte fest aufgebracht und über leitfähige Überbrückungen galvanisch verbunden sind. Die Isolierscheibe ist bevorzugt aus einer, in einem speziellen Verfahren unmittelbar mit einer Kupferbeschichtung versehenen Keramik hergestellt.

Mit einem solchen Aufbau wird die unerwünschte Verwölbung der Teilefolge aus Grundplatte und Isolierscheibe, die infolge der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Metall und Keramik bei verfahrensbedingten Wärmebehandlungen zum Herstellen und Verarbeiten des Aufbaus entsteht, vermieden.

Wenn zu diesem Aufbau im weiteren als Keramikstücke bezeichnete Isolierscheibenstücke mit auf deren Fläche beschränkter Metallisierung vorgesehen sind und getrennt auf der Grundplatte angebracht werden, sind zusätzlich aufwendige Verfahrensschritte zum Herstellen und Befestigen der leitenden Überbrückungen erforderlich, womit Einschränkungen in der Nutzung der Metallisierung verbunden sind.

Ist jedoch das Ausbilden einer Isolierscheibe aus zwei oder mehr kleineren Elementen durch Aufreihen und Verbinden derselben mittels übergreifender Metallisierung vorgesehen, so liegt nach dem bei hohen Verfahrenstemperaturen erfolgenden Beschichten der Keramik mit Kupfer herstellungsbedingt eine Struktur vor, die häufig wegen toleranzüberschreitender Versetzung der Metallisierung gegenüber der Keramik für eine Weiterverarbeitung unbrauchbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Trägerkörper mit unterteilter Isolierscheibe nach dem Gegenstand der Hauptpatent­ anmeldung anzugeben, welcher beständig ist gegen unzulässige Formänderung nach Wärmebehandlung sowie gegenüber Bekanntem einfacher herstellbar ist, möglichst geringe Maßtoleranzen in der geometrischen Zuordnung von Metallisierung und Keramik aufweist und für gewünschte Bauteilanordnungen optimal strukturierbar ist.

Die Lösung der Aufgabe besteht bei einem Trägerkörper der eingangs erwähnten Art in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs.

Anhand der in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung erläutert. Es zeigen Fig. 1 in Seitenansicht einen Trägerkörper, Fig. 2 in Querschnitt eine Isolierscheibe, Fig. 3 perspektivisch und Fig. 4 in Seitenansicht jeweils eine Isolierscheibe nach Fig. 2 mit in angepaßte Flächenbereiche unterteilter, oberer Metallisierung und Fig. 5 in Draufsicht auf die Unterseite einer Isolierscheibe eine Struktur von im Verbund angeordneten Keramikstücken. Für gleiche Teile sind in allen Figuren gleiche Bezeichnungen gewählt.

Ein Trägerkörper gemäß Fig. 1 besteht aus einer metallischen Grundplatte (1), vorzugsweise aus Kupfer, und aus drei, auf dieser befestigten, in eine Ebene und jeweils im Abstand angeordneten Keramikstücken (2a, 2b, 2c). Jede Unterseite derselben ist mit einer angepaßten Metallisierung (3a, 3b, 3c) vorzugsweise aus Kupfer beschichtet. Die Oberseiten der Keramikstücke sind über eine durchgehende, obere Metallisierung (4) aus gleichem Material verbunden. Beide Metallisierungen (3, 4) können mittels eines Hochtemperatur-Bondverfahrens unmittelbar auf der Keramik befestigt sein. Die Unterteilung einer solchen sogenannten DCB- Keramik ermöglicht großflächige Isolierscheiben für Anwendungen in der Halbleiter-Hochleistungselektronik.

In Fig. 2 ist die der Darstellung in Fig. 1 entsprechende Isolierscheibe im Querschnitt gezeigt. Erfindungsgemäß ist die einstückige Keramik (2) mittels einer durch Zerteilen sich durchgehend bis zur oberen Metallisierung (4) erstreckenden Rille (5), die zwischen den getrennten unteren Metallisierungen (3a, 3b) verläuft, in zwei Abschnitte unterteilt. Die Rille (5) kann gewünschte Breite aufweisen. Durch die Unterteilung der Keramik mittels der Rille (5) sind die Keramikstücke in gleichbleibendem Abstand angeordnet. Damit ist in günstigster Weise die Einhaltung von Bearbeitungstoleranzen gewährleistet und auch jede vorgesehene Strukturierung der oberen Metallisierung (4) für gewünschte Schaltungskonfigurationen erzielbar. Die Rille (5) kann auch beliebigen Querschnitt aufweisen. Damit ist die Beschränkung des Abstandes der Keramikstücke auf einen betriebsbedingten Mindest­ abstand möglich.

In Fig. 3 ist die Anordnung gemäß Fig. 2 perspektivisch dargestellt. Dabei ist die obere Metallisierung (4) mittels einer Aussparung (7) in zwei, durch die Überbrückung (6) galvanisch verbundene Bereiche (4a, 4b) unterteilt. Die Aussparung (7) kann gleiche Breite wie die Rille (5) aufweisen und gleichzeitig mit der letzteren ausgebildet sein.

Bei einer Anordnung gemäß Fig. 4 mit drei Keramikstücken (2a, 2b, 2c) ist das mittlere Keramikstück (2b) mit dem linken äußeren (2a) über die obere Metallisierung (4ab) und mit dem rechten äußeren (2c) über die untere Metallisierung (3bc) verbunden. Die verbleibenden Einzelmetallisierungen (3a, 3c) sind auf das jeweilige Keramikstück (2a, 2c) beschränkt. Die ersten beiden Keramikstücke (2a, 2b) sind durch eine an der Unterseite erzielte Rille (5ab) und die weiteren beiden Keramikstücke (2b, 2c) sind durch eine an der Oberseite angebrachte Rille (5bc) gebildet. Die Erfindung ermöglicht in überraschend einfacher Weise durch Zerteilen der Keramik- Ausgangsscheibe längs gegenseitig versetzten Metallisierungs- Zwischenräumen beider Seiten jede beliebige Unterteilung einer großflächigen Keramik in galvanisch verbundene Stücke zur Erzielung von Modulen oder Modulkombinationen.

Wie in Fig. 5 gezeigt, ist eine Keramik (2) an ihrer Unterseite durch ein Raster von Rillen (5) als Zerteilmuster in sechs gleiche Abschnitte (2a bis 2f) unterteilt. Diese können an ihrer Metallisierung (4) auf ihrer nicht sichtbaren, oberen Seite in gewünschter Weise mittels Überbrückungen (6) verbunden sein und auf ihrer dargestellten, unteren Seite, jeweils eine angepaßte Metallisierung (3a bis 3f) aufweisen. Weiter sind Strukturen aus Keramikstücken erzielbar, bei welchen z. B. einander zugeordnete Abschnitte einer Teilstruktur zwecks besonderer Kennzeichnung im Prozeßverlauf durch ein Muster mit schmalen Rillen und die Teil­ strukturen gegenseitig durch ein Muster mit breiten Rillen unterscheidbar sind. Die gesamte Anordnung kann in gewünschter Weise in einer Isolierstoffumkapselung eingeschlossen sein.

Die Vorteile der Erfindung bestehen in der maßgenauen Einhaltung einer vorbestimmten, gegenseitigen räumlichen Zuordnung der Keramikstücke sowie eines gewünschten Abstandes derselben, in der Wahl der Aufreihung von Keramikstücken in beiden Vorzugsrichtungen sowie in der einfachen Ausbildung von Keramikstücken beliebiger Größe.

Claims (1)

1. Trägerkörper zur elektrisch isolierten Anordnung von Bauteilen, bestehend aus einer metallischen Grundplatte und einer auf dieser befestigten, metallisierten Isolierscheibe aus thermisch gut leitender Keramik, bei welchem die Keramik aus wenigstens zwei Stücken (2) besteht und die Keramikstücke (2) in gegenseitigem Abstand auf der Grundplatte (1) befestigt und jeweils über leitfähige Überbrückungen (6) galvanisch verbunden sind, nach Patentanmeldung P 38 37 617.2, dadurch gekennzeichnet, daß

   • - eine Keramikscheibe mit strukturierter Metallisierung auf wenigstens einer Seite vorgesehen ist, und
   • - die Keramikstücke (2) jeweils durch Zerteilen der Keramik­ scheibe zwischen metallisierten Bereichen der strukturierten einen Seite (3a, 3b, 3c) in getrennte, durch Überbrückungen (6) der anderen Seite verbundene Abschnitte gebildet sind.