DE102004047357A1 - Electrical arrangement and method for producing an electrical arrangement - Google Patents

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Thomas Passe
Peter Kanschat
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Abstract

Die elektrische Anordnung umfasst ein Substrat (9) mit mindestens einem elektrischen Bauteil (40) und/oder einer Leiterbahn (11), auf dem mindestens eine Metallisierung (10) aufgebracht ist. Um bei einer solchen Anordnung eine elektrisch leitende Schicht oder einen leitenden Verbindungsbereich mit hervorragenden elektrischen und thermischen Leitungseigenschaften bei hoher thermischer und mechanischer Stabilität weitgehend belastungsfrei auf dem Substrat zu applizieren, ist mindestens eine kaltgasgespritzte Metallisierung als Leiterbahn oder als elektrische Verbindung zweier Leiter vorgesehen.The electrical arrangement comprises a substrate (9) with at least one electrical component (40) and / or a conductor track (11) on which at least one metallization (10) is applied. In order to apply in such an arrangement an electrically conductive layer or a conductive connection region with excellent electrical and thermal conductivity properties with high thermal and mechanical stability largely stress-free on the substrate, at least one cold gas-sprayed metallization is provided as a conductor or as an electrical connection of two conductors.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Anordnung mit einem Substrat mit mindestens einem elektrischen Bauteil und/oder einer Leiterbahn, auf dem mindestens eine Metallisierung aufgebracht ist.The The invention relates to an electrical arrangement with a substrate with at least one electrical component and / or a conductor track, on which at least one metallization is applied.

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der elektrischen und elektronischen Aufbau- und Schaltungstechnik, insbesondere der Leistungshalbleiter-Schaltungstechnik, und ist auf eine elektrische Anordnung, insbesondere zur elektrischen Kontaktierung und/oder zur Wärme ableitenden oder Wärme zuleitenden Montage elektrischer Bauteile, und auf ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Anordnung gerichtet.The Invention is in the field of electrical and electronic Construction and circuit technology, in particular the power semiconductor circuit technology, and is on an electrical arrangement, in particular for electrical Contacting and / or to the heat dissipative or heat leading assembly of electrical components, and to a method directed to making such an arrangement.

Der Begriff "Bauteil" ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung weit zu verstehen und umfasst allgemein Schaltungselemente wie Halbleiter (z.B. Leistungs-Transistoren und Dioden), integrierte Bauelemente (ICs), passive Bauelemente aber auch andere elektrische Elemente, wie z.B. Heizelemente, Leiter, Leiterbahnen und konstruktive Elemente – wie z.B. Anschlusskontakte und dergleichen.Of the Term "component" is in the context of wide understanding of the present invention and generally includes circuit elements such as semiconductors (e.g., power transistors and diodes) integrated Components (ICs), passive components but also other electrical Elements, such as e.g. Heating elements, conductors, conductors and constructive Elements - such as e.g. Connection contacts and the like.

Derartige Bauteile werden oft in hoher Packungs- bzw. Leistungsdichte betrieben und setzen elektrische Energie in Wärmeenergie um. Diese führt zu einer Erwärmung der Bauteile, die zu einer Funktionsbeeinträchtigung und ungünstigstenfalls zu einer Zerstörung der Bauteile führen kann. Deshalb muss für eine zuverlässige Abfuhr der betriebsgemäß entstehenden Wärme gesorgt sein. Andererseits muss das Bauteil häufig aus schaltungstechnischen Gründen elektrisch isoliert sein.such Components are often operated in high packing or power density and convert electrical energy into heat energy. This leads to a warming of the components leading to a malfunction and worst case to a destruction lead the components can. Therefore, must for a reliable one Removal of the heat produced in accordance with the operating conditions be. On the other hand, the component often has circuit technology establish be electrically isolated.

In anderen Anwendungen ist es erwünscht, von einem Bauelement, z.B. einer elektrischen Heizung, die isoliert von einem Wärme empfangenden Bauteil angeordnet ist, einen Wärmefluss mit geringem Wärmewiderstand zu dem Bauteil zu realisieren.In other applications, it is desirable a device, e.g. an electric heater isolated from a heat receiving component is arranged, a heat flow with low thermal resistance to realize the component.

Aus der US-Patentschrift 5,559,374 gehen eine elektrische Anordnung der eingangs genannten Art und ein Verfahren zu deren Herstellung hervor. Die bekannte Anordnung umfasst ein metallisches Substrat, auf dessen Oberseite durch sog. Thermosetting unter Druck und Wärme eine mehrlagige Folie auflaminiert ist. Diese besteht aus einer oberseitigen Kupferfolie und einer darunter liegenden Trägerfolie aus Kunststoff. Beim Auflaminieren der mehrlagigen Folie bildet der Kunststoff eine isolierende Schicht. In der Kupferfolie können anschließend durch Photoätzen Kupferstrukturen erzeugt werden, die Montagebereiche und Leiterbahnen bilden. Durch Reflow-Lötung sind in den Montagebereichen auf den Kupferstrukturen Dickschicht-Leiterbahnen ausgebildet, mit denen mittels des Reflow-Löt-Prozesses Kupferplättchen verlötet sind, die für einen hohen Stromfluss ausgelegt sind. Die Kupferplättchen dienen mit integralen Fortsätzen zum externen Anschluss an leistungsseitige Hochstromleitungen. Auf die Kupferplättchen sind Bauteile in Form von Leistungshalbleitern wie z.B. IGBTs aufgelötet.Out US Patent 5,559,374 is an electrical arrangement of the type mentioned and a method for their preparation out. The known arrangement comprises a metallic substrate, on its upper side by so-called. Thermosetting under pressure and heat a multilayer film is laminated. This consists of a topside copper foil and an underlying carrier sheet Plastic. When laminating the multilayer film forms the Plastic an insulating layer. In the copper foil can subsequently through photoetching Copper structures are generated, the mounting areas and tracks form. By reflow soldering thick-film tracks are formed in the mounting areas on the copper structures, with which copper platelets are soldered by means of the reflow soldering process, the for a high current flow are designed. The copper plates serve with integral extensions For external connection to power-side high-current cables. On the copper plates are components in the form of power semiconductors such. Soldered IGBTs.

Die Herstellung dieser bekannten elektrischen Anordnung ist aufwendig. Da die Leistungs-Bauteile während ihrer Schaltvorgänge hohe Leistungsspitzen und damit erhebliche in Verlustwärme umgesetzte Verlustleitungen generieren, besteht die Notwendigkeit, die thermischen Auswirkungen der Verlustleitungen abzufangen.The Production of this known electrical arrangement is complicated. Since the power components during their switching operations high power peaks and thus significant in heat loss implemented Generating loss lines, there is a need, the thermal Intercept the effects of the loss lines.

Zwar sieht die bekannte Anordnung zur Wärmeabfuhr bzw. Kühlung der Bauteile ein entsprechend dimensioniertes, metallisches Kühlelement vor, gegenüber dem die Bauteile jedoch elektrisch isoliert sein müssen. Dazu dient die genannte isolierende Kunststoff-Schicht. Diese hat jedoch einen vergleichsweise hohen Wärmewiderstand, durch den der Wärmestrom zum Substrat und damit die Wärmeabfuhr limitiert sind, und begrenzt durch ihre maximale Einsatztemperatur die zulässige Wärme- bzw. Temperatureinbringung (auch während des Herstellungsprozesses). Auch müssen etwa schaltungstechnisch erforderliche passive Bauteile – wie z.B. Widerstände oder Induktivitäten – isoliert angeordnet und ggf. gekühlt werden. Dies ist mit zusätzlichem Aufwand und mit entsprechenden Kosten verbunden.Though sees the known arrangement for heat dissipation and cooling of Components a correspondingly sized, metallic cooling element before, across from However, the components must be electrically isolated. To serves the said insulating plastic layer. However, this one has a comparatively high thermal resistance, through the heat flow to the substrate and thus the heat dissipation are limited, and limited by their maximum service temperature the permissible Warmth- or temperature input (also during the manufacturing process). Also need Circuitry required passive components - such as. Resistors or Inductors - isolated arranged and optionally cooled become. This is with additional effort and associated with corresponding costs.

Auf dem Gebiet der elektrischen Schaltungstechnik und insbesondere der Leistungshalbleiterelektronik verstärkt sich der Kostendruck kontinuierlich. Die einfache, kostengünstige und rationelle Herstellbarkeit von elektrischen Anordnungen ist deshalb ein zunehmend wichtiges Erfolgskriterium.On the field of electrical circuit technology and in particular the Power semiconductor electronics, the cost pressure increases continuously. The simple, inexpensive and rational manufacturability of electrical arrangements therefore an increasingly important success criterion.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher eine Anordnung und ein Verfahren zu ihrer Herstellung anzugeben, die bei besonders hohen maximal zulässigen Betriebstemperaturen auch im Bereich komplizierter Substrat-Topologien einfach und kostengünstig herstellbar ist.task The present invention is therefore an arrangement and a method for their production, which at particularly high maximum permissible Operating temperatures even in the area of complicated substrate topologies easy and inexpensive can be produced.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Anordnung erfindungsgemäß durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 22 gelöst.These Task is according to the invention in terms of the arrangement an arrangement with the features of claim 1 and in terms the method by a method having the features of the claim 22 solved.

Danach umfasst die elektrische Anordnung ein Substrat, auf dem mindestens ein elektrisches Bauteil, z.B. ein Leistungshalbleiter wie ein IGBT, und/oder eine Leiterbahn angeordnet sind/ist. Auf dem Substrat ist mindestens eine kaltgasgespritzte Metallisierung aufgebracht. Vorteilhafte Fortbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und gehen aus der nachfolgenden Beschreibung und den Ausführungsbeispielen hervor.Thereafter, the electrical arrangement comprises a substrate on which at least one electrical component, for example a power semiconductor such as an IGBT, and / or a conductor track is or is arranged. On At least one cold gas-sprayed metallization is applied to the substrate. Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims and will become apparent from the following description and the embodiments.

Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht also darin, dass mittels an sich bekanntem Kaltgasspritzen eine Metallisierung zur Verschaltung und/oder Aufnahme bzw. Fixierung elektrischer oder mechanischer Bauteile dient.One An essential aspect of the invention is therefore that by means of known per se cold gas spraying a metallization for interconnection and / or Recording or fixing of electrical or mechanical components serves.

Beim Kaltgasspritzen wird der Beschichtungswerkstoff – im Unterschied zu bekannten gängigen Spritzverfahren – nicht angeschmolzen oder aufgeschmolzen. Vielmehr wird der Beschichtungswerkstoff in feiner oder feinster Pulverform – die Pulverpartikel haben eine Größe von z.B. 1 μm bis 50 μm – in einem auf einige 100 °C aufgeheizten Gasstrom auf die zu beschichtende Oberfläche beschleunigt. Die Pulverpartikel erreichen dabei Geschwindigkeiten von etwa 300 m/s bis 1200 m/s. Der Gasstrom kann bevorzugt eine anti-oxidierende Wirkung auf die Partikel haben.At the Cold gas spraying is the coating material - in contrast to known common Spraying - not melted or melted. Rather, the coating material in fine or finest powder form - the powder particles have a size of e.g. 1 μm to 50 μm - in one to some 100 ° C heated gas stream accelerated to the surface to be coated. The Powder particles reach speeds of about 300 m / s up to 1200 m / s. The gas stream may preferably be an anti-oxidizing Have an effect on the particles.

Durch ihre dadurch vergleichsweise hohe kinetische Energie verformen sich die Partikel beim Aufprall auf das Substrat und bilden darauf eine dichte und fest haftende Schicht. Durch die hohe kinetische Energie werden vorteilhafterweise auch etwaige auf dem Substrat gebildete Oberflächenoxide aufgebrochen und durch Mikroreibung zwischen den Partikeln eine solche Temperaturerhöhung bewirkt, dass an den Berührungsflächen Mikroverschweißungen entstehen.By Their relatively high kinetic energy deforms the particles upon impact with the substrate and form one on it dense and firmly adhering layer. Due to the high kinetic energy are advantageously also any formed on the substrate surface oxides broken up and by micro-friction between the particles such temperature increase causes microwelding at the contact surfaces.

Dadurch erreicht man äußerst reine Metallisierungen, die in ihren elektrischen und thermischen Eigenschaften herkömmlich hergestellten – z.B. gewalzten – Materialien nicht nachstehen.Thereby you reach extremely pure Metallizations in their electrical and thermal properties conventional manufactured - e.g. rolled - materials not inferior.

Im Vergleich zu herkömmlichen Lotverbindungen zeigt sich die erfindungsgemäße Anordnung in ihren elektrischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften überlegen: So zeigen Lotverbindungen schon bei einer Erwärmung über ca. 115 °C eine signifikante Änderung ihrer mechanischen Eigenschaften – die erfindungsgemäße Anordnung ist dagegen in diesen Temperaturbereichen mechanisch noch hoch stabil.in the Compared to conventional Lotverbindungen shows the inventive arrangement in their electrical, superior to thermal and mechanical properties: this is how solder joints are made already at a warming over approx. 115 ° C a significant change their mechanical properties - the arrangement of the invention on the other hand is mechanically still highly stable in these temperature ranges.

Ein bei der erfindungsgemäßen Anordnung besonders vorteilhafter Aspekt ist, dass mittels Kaltgasspritzen nicht nur dünne, sondern auch vergleichsweise größere Schichtdicken oder Strukturen realisierbar sind. Dickere Strukturen sind hinsichtlich der Wärmeleitung und der Minimierung des elektrischen Leitungswiderstandes vorteilhaft.One especially in the inventive arrangement advantageous aspect is that by means of cold gas spraying not only thin, but also comparatively larger layer thicknesses or structures are feasible. Thicker structures are regarding the heat conduction and minimizing electrical line resistance.

Damit lassen sich auch Anordnungen realisieren, die sich durch eine besonders homogene, belastbare und auch an Bereichen mit komplexen Geometrien zuverlässige Metallisierung auszeichnen.In order to can also implement arrangements that are characterized by a particularly homogeneous, resilient and also in areas with complex geometries reliable Distinguish metallization.

Ein weiterer wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, dass eine Vielzahl von Ausgangsmaterialien verwendbar ist, die z.B. einen vergleichsweise geringen Wärmewiderstand haben und damit einen effektiven Wärmefluss z.B. von Bauteilen zu dem Substrat (Wärmeabfuhr) oder aber von einer Heizeinrich tung zu einem zu erwärmenden Bauteil (Wärmezufuhr) auf dem Substrat ermöglichen.One Another essential aspect of the invention is that a Variety of starting materials, e.g. one comparatively low thermal resistance have and thus an effective heat flow, e.g. of components too the substrate (heat dissipation) or from a Heizeinrich device to be heated Component (heat supply) allow on the substrate.

Durch die Wahl des kaltzuspritzenden Ausgangsmaterials können also unmittelbar die Eigenschaften der Metallisierung beeinflusst werden. So ermöglicht z.B. die Wahl von Kupfer, Silber oder Gold als Ausgangsmaterial die Realisierung äußerst niederohmiger, gut Wärme leitender Metallisierungen. Solche niederohmigen Metallisierungen sind insbesondere im Hochstrombereich bei niedrigen Betriebsspannungen – wie z.B. in der Kraftfahrzeugtechnik – vorteilhaft.By the choice of the cold-sprayed starting material can therefore directly affect the properties of the metallization. So allows e.g. the choice of copper, silver or gold as starting material the realization of extremely low impedance, good heat conductive metallizations. Such low-resistance metallizations are especially in the high current range at low operating voltages - such. in automotive engineering - advantageous.

Die Metallisierung kann bevorzugt auch selbst eine Leiterbahn bilden. Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung der Erfindung bildet diese Leiterbahn eine Fläche, die zur elektromagnetischen Abschirmung gegen EMV-Störungen dient.The Metallization can preferably also form a conductor track itself. According to another preferred embodiment of the invention Invention, this trace forms an area that is electromagnetic Shielding against EMC interference serves.

Die Metallisierung kann zur Ausbildung von elektrischen Widerständen bevorzugt aus einem Widerstandsmaterial wie z.B. Konstantan oder Manginan bestehen. Die so gebildeten Widerstandsbereiche sind kostengünstig und einfach realisierbar und zeichnen sich aufgrund ihrer Nähe zum Substrat durch eine gute thermische Anbindung an das Substrat aus. Die Widerstandswerte können durch entsprechende Gestaltung der Schichtdicke und/oder Schichtgeometrie zusätzlich an die jeweiligen Erfordernisse angepasst werden.The Metallization may be preferred for the formation of electrical resistances made of a resistance material such as Konstantan or Manginan consist. The resistance regions thus formed are inexpensive and easy to implement and characterized by their proximity to the substrate a good thermal connection to the substrate. The resistance values can by appropriate design of the layer thickness and / or layer geometry additionally adapted to the respective requirements.

Das unter der Bezeichnung Konstantan bekannte Material ist üblicherweise eine Legierung aus 55% Kupfer und 45% Nickel, die sich durch einen in einem weiten Temperaturbereich konstanten elektrischen Widerstand auszeichnet. Eine Legierung (86% Kupfer/12% Mangan/2% Nickel) mit einem ähnlich geringen Temperaturkoeffizienten ist unter der Bezeichnung Manganin handelsüblich.The material known by the name of Konstantan is common an alloy of 55% copper and 45% nickel that passes through a in a wide temperature range constant electrical resistance distinguished. An alloy (86% copper / 12% manganese / 2% nickel) with a similar low temperature coefficient is commercially available under the name Manganin.

Die Metallisierung kann bevorzugt auch ein Ventilmetall oder eine Ventilmetalllegierung sein, das bzw. die bevorzugt zumindest teilweise anodisch oxidiert ist.The Metallization may also preferably be a valve metal or a valve metal alloy which preferably oxidizes anodically at least partially is.

Dies ist hinsichtlich der Isolations-Eigenschaften von Vorteil. Unter Ventilmetallen sind allgemein Metalle zu verstehen, die sich bei anodischer Polung mit einer Oxidschicht überziehen, die auch bei hohen Spannungen nicht leitend wird (durchschlägt). Somit können – insbesondere für einen Mehrschichtaufbau – gezielt Isolationsschichten auf einer zuvor kaltgespritzen Metallisierung erzeugt werden. Als Ventilmetall werden bevorzugt Aluminium, Magnesium, Titan, Zirkonium oder Tantal und als Ventilmetalllegierung AlCu, AlCuMg, AlMg, AlZnMg, AlZnMgCu, AlSiCu, AlMgSi, AlSi, AlMn oder AlMgMn verwendet.This is advantageous in terms of the insulation properties. Valve metals are generally metals which are anodic Cover the polarity with an oxide layer that does not become conductive even at high voltages. Thus, in particular for a multi-layer structure, insulation layers can be selectively produced on a previously cold-sprayed metallization. The valve metal used is preferably aluminum, magnesium, titanium, zirconium or tantalum and as the valve metal alloy AlCu, AlCuMg, AlMg, AlZnMg, AlZnMgCu, AlSiCu, AlMgSi, AlSi, AlMn or AlMgMn.

Die Metallisierung kann auf einen elektrischen Isolator, wie z.B. ein keramisches Substrat gespritzt sein. Bevorzugt wird ein Substrat verwendet, das aus einem vergleichsweise weichen Grundkörper bzw. Grundmaterial (z.B. Kunststoff) besteht, in das harte Füllstoffe oder Füllkörper (z.B. Keramikpulver) eingebracht sind. Das weiche Grundmaterial wird während des Kaltgasspritzens zumindest teilweise abgetragen, so dass die eigentliche Beschichtung in einem stärkeren Maße mit den harten Füllstoffen in Verbindung gelangt. Dadurch ist eine besonders feste und harte Beschichtung realisierbar.The Metallization may be applied to an electrical insulator, such as one be sprayed ceramic substrate. A substrate is preferred used, which consists of a relatively soft body or Base material (e.g., plastic) is made into the hard fillers or packing (e.g. Ceramic powder) are introduced. The soft base material is during the Cold gas spraying at least partially removed, so that the actual Coating in a stronger one Dimensions with the hard fillers get in touch. This is a particularly solid and hard Coating feasible.

Um bei Verwendung eines leitenden Substrats bedarfsweise eine zuverlässige Isolation zum Substrat zu gewährleisten, ist nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung zwischen Substratoberfläche und Metallisierung eine isolierende Schicht vorgesehen.Around when using a conductive substrate, if necessary, a reliable insulation to ensure the substrate is according to an advantageous embodiment of the invention between the substrate surface and Metallization provided an insulating layer.

Besonders bevorzugt kann in diesem Zusammenhang Aluminium auf einer Keramik (z.B. SiC oder Al2O3) aufgebracht und zur Bildung einer Isolationsschicht – bevorzugt durch Plasma Elektrolytische Oxidation (PEO) – oxidiert werden. Auf dieser Isolationsschicht kann dann eine Metallisierung aufgespritzt werden, auf der wiederum z.B. ein elektrisches Bauteil montiert und kontaktiert werden kann. Alternativ kann auch diese Metallisierung zur Bildung einer Isolationsschicht oxidiert werden. Auf diese Weise ist ein mehrschichtiger Aufbau – auch unter Verwendung verschiedener Materialien – möglich, um thermisch induzierte Spannungen besser auszugleichen und ein verbessertes mechanisches Verhalten zu erreichen.Especially In this context, preference may be given to aluminum on a ceramic (e.g., SiC or Al 2 O 3) and preferred for forming an insulating layer be oxidized by plasma electrolytic oxidation (PEO). On this isolation layer then a metallization can be sprayed on the turn e.g. an electrical component can be mounted and contacted. alternative can also this metallization to form an insulating layer be oxidized. In this way is a multi-layered construction - also using different materials - possible to better balance thermally induced stresses and improved to achieve mechanical behavior.

Hier spielt die Erfindung einen ihrer besonderen Vorteile aus, nämlich die vergleichsweise geringe thermische Belastung des Substrats. Da die Metallisierung mit nur sehr geringer Wärmeeinbringung verbunden ist, ergeben sich kaum thermisch induzierte mechanische Spannungen und damit keine Durchbiegungen oder Verformungen des Substrats (wie z.B. bei der herkömmlichen DCB(Direct Copper Bonding)-Technologie). Deshalb können erfindungsgemäß auch Anordnungen mit vergleichsweise großen Oberflächen metallisiert werden, was in traditioneller Technik einen wesentlich größeren Aufwand erfordert. Eine weitere Reduzierung von thermischen Belastungen lässt sich erreichen, indem mechanische Puffer – z.B. Molybdän – im Kaltgasspritzverfahren als Zwischenschicht aufgebracht werden.Here The invention plays one of its particular advantages, namely the comparatively low thermal load of the substrate. Because the Metallization is associated with very little heat input, hardly arise thermally induced mechanical stresses and so that no deflections or deformations of the substrate (such as e.g. in the conventional DCB (Direct Copper Bonding) technology). Therefore, according to the invention also arrangements metallized with comparatively large surfaces become, which in traditional technology a much larger effort requires. A further reduction of thermal loads let yourself achieve by using mechanical buffers - e.g. Molybdenum - in the cold gas spraying process as Intermediate layer can be applied.

Bevorzugt kann die Metallisierung mindestens eine Ausnehmung oder geometrische Vertiefung – kurz als ein Senkloch bezeich net – ausfüllen. Damit ist die mechanische Verbindung zwischen Substrat und Metallisierung verbessert, bedarfsweise auch eine Kontaktierung z.B. tieferer Substratbereiche oder eine Verbindung eines elektrisch isoliert auf dem Substrat angeordneten Bauteils mit dem Substrat möglich und die Wärmeleitung in das bzw. aus dem Volumen des Substrats verbessert.Prefers the metallization may be at least one recess or geometric Deepening - short as a sinkhole called - fill. This is the mechanical connection between substrate and metallization improves, if necessary, also a contacting e.g. deeper substrate areas or a compound of an electrically isolated arranged on the substrate Component with the substrate possible and the heat conduction improved in and out of the volume of the substrate.

Von der Metallisierung kann bzw. können als integrale Bestandteile auch ein oder mehrere Anschlusskontakte gebildet sein. Dies kann fertigungstechnisch bevorzugt dadurch realisiert sein, dass mittels einer während des Kaltgasspritzprozesses aufgebrachten Maske z.B. ein hoch stehender Stift oder Kontaktfortsatz ausgebildet wird.From the metallization can or can as integral components also one or more connection contacts be formed. This can preferably be achieved by manufacturing technology be that by means of a while of the cold gas spraying process applied mask e.g. a high standing one Pen or contact extension is formed.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Metallisierung ein Zusatzmaterial, beispielsweise Silizium, Keramik und/oder Kohlenstoff, beigefügt. Damit können vorteilhafterweise Parameter – wie z.B. die Härte, die Leitfähigkeit oder der thermische Ausdehnungskoeffizient – der Metallisierung je nach Anwendungsfall und Bedarf eingestellt werden.To a further advantageous embodiment of the invention is the Metallization a supplemental material, such as silicon, ceramic and / or carbon. With that you can advantageously parameters - such as e.g. the hardness, the conductivity or the thermal expansion coefficient - the metallization depending on Use case and need to be set.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht – wie eingangs schon erwähnt – darin, dass mit geringem Aufwand und geringer thermischer Belastung des Substrats bzw. der darauf ausgebildeten Strukturen auch vergleichsweise dicke oder massive Metallisierungen erzeugt werden können.One Another important advantage of the invention is - as in the beginning already mentioned - in that with little effort and low thermal stress of the substrate or the structures formed thereon also comparatively thick or massive metallizations can be generated.

Vor diesem Hintergrund ist eine Ausgestaltung der Erfindung bevorzugt, bei der die Metallisierung eine elektrische Verbindung zwischen zwei Leitern bildet, von denen zumindest ein Leiter auf dem Substrat angeordnet ist. Die Metallisierung stellt dabei eine material- und ggf. formschlüssige Verbin dung her. Diese Verbindung hat auch den Vorteil, dass sie einen sehr großen Anwendungsbereich hat, äußerst niederohmig, gut Wärme leitend und dennoch thermisch sowie mechanisch sehr stabil ist. Sie ist deshalb auch für Anwendungsfälle mit sehr hohen elektrischen Strömen bestens geeignet.In front In this background, an embodiment of the invention is preferred, in which the metallization is an electrical connection between forms two conductors, of which at least one conductor on the substrate is arranged. The metallization represents a material and possibly positive locking Connection. This compound also has the advantage of being a very big one Scope has, extremely low impedance, good heat conductive and yet thermally and mechanically very stable. It is therefore also for use cases with very high electrical currents best for.

Bevorzugt kann einer der Leiter als Anschlusskontakt, z.B. als Anschlussstift oder Öse, ausgestaltet sein. Um äußere mechanische Belastungen sich nicht auf die Metallisierung bzw. die Verbindung auswirken zu lassen, ist bevorzugt vorgesehen, dass der Anschlusskontakt mechanisch von einem Gehäuse gestützt ist.Prefers For example, one of the conductors may be used as a terminal, e.g. as a pin or eyelet, designed be. To external mechanical Do not burden the metallization or the connection It is preferably provided that the connection contact mechanically from a housing supported is.

Eine fertigungstechnisch vorteilhafte erfindungsgemäße Anordnung, die für eine besonders kompakte und geschützte Anordnung eines Bauteils auf einem Substrat bevorzugt ist, sieht vor, dass auf dem Substrat eine Basis-Metallisierung aufgebracht ist. Auf dieser ist mindestens ein elektrisches Bauteil angeordnet und das Bauteil ist zumindest teilweise von einer Verschaltungsplatine umgeben. Die Metallisierung realisiert dabei eine elektrische Verbindung zwischen Bauteil und Verschaltungsplatine. Besonders bevorzugt kann das Bauteil in einer Ausnehmung der Verschaltungsplatine platziert und das Bauteil von einer Isolierung umgeben sein.A manufacturing technology advantageous arrangement according to the invention, which is particularly compact and protected Arrangement of a component on a substrate is preferred sees that a base metallization is applied to the substrate. On this at least one electrical component is arranged and the component is at least partially of a wiring board surround. The metallization realizes an electrical connection between Component and interconnection board. Particularly preferably, the component placed in a recess of the circuit board and the component be surrounded by an insulation.

Die Isolierung kann von einem abdichtenden und isolierenden Material, z.B. einem Kunststoff oder Harz, gebildet sein. Bevorzugt kann die Isolierung das Bauteil ringartig umgeben, so dass eine obere Öffnung oder Ausnehmung besteht, durch die die Metallisierung appliziert werden kann, um das Bauteil in gewünschter Weise zu kontaktieren.The Insulation may consist of a sealing and insulating material, e.g. a plastic or resin, be formed. Preferably, the Insulation surrounding the component ring-like, so that an upper opening or Recess exists through which the metallization are applied can to the component in the desired Way to contact.

Die erfindungsgemäße Anordnung kann auch dadurch ausgestaltet werden, dass die kaltgespritzte Metallisierung mehrere Leiterbahnen auf verschiedenen räumlichen Ebenen verbindet. Nach einer diesbezüglich bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Metallisierung einen auf dem Substrat angeordneten elektrischen Leiter in einer ersten Ebene mit einem elektrischen Leiter verbindet, der in einer zweiten Ebene auf dem Substrat angeordnet ist.The inventive arrangement can also be configured by the cold sprayed metallization connects multiple tracks on different spatial levels. After one in this regard preferred embodiment of the invention is provided that the Metallization an arranged on the substrate electrical Connecting conductor in a first level to an electrical conductor, which is arranged in a second plane on the substrate.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Anordnung mit dem Ziel, eine elektrisch leitende Schicht oder einen leitenden Verbindungsbereich mit hervorragenden elektrischen und thermischen Leitungseigenschaften bei hoher thermischer und mechanischer Stabilität weitgehend belastungsfrei auf einem Substrat zu applizieren.The Invention also relates a method for producing an electrical arrangement with the Target, an electrically conductive layer or a conductive connection area with excellent electrical and thermal conduction properties high thermal and mechanical stability largely stress-free to apply on a substrate.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem auf einem Substrat ein Bauteil und/oder eine Leiterbahn angeordnet wird/werden und durch Kaltgasspritzen eine Metallisierung aufgebracht wird, die das Bauteil und/oder die Leiterbahn elektrisch kontaktiert.These The object is achieved according to the invention by arranged on a substrate, a component and / or a conductor track is / are and applied by cold gas spraying a metallization is contacted, which electrically contacts the component and / or the conductor track.

Bevorzugt wird dabei das Substrat während des Kaltgasspritzens maskiert; so lassen sich besonders gut dosiert gezielt Metallisierungen an gewünschten Substratbereichen aufbringen.Prefers while doing the substrate during the Cold gas spraying masked; this makes it particularly easy to dose targeted metallizations to desired Apply substrate areas.

Zur fertigungstechnisch einfachen Herstellung von integral ausgeformten, kompakt angeordneten Anschlusskontakten sieht eine vorteilhafte Fortbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass das Substrat mit seiner Oberseite in Bezug auf eine Stützebene eines Trägers fluchtend ausgerichtet wird, mindestens ein elektrischer Anschlusskontakt durch Kaltgasspritzen einer Metallisierung ausgebildet wird, wobei der An schlusskontakt sich mindestens teilweise auf der Stützebene erstreckt, und der Träger nach Fertigstellung des Anschlusskontakts entfernt wird.to production-technically simple production of integrally formed, compactly arranged connection contacts provides an advantageous Training of the method according to the invention prior to that, the substrate with its top in relation to a support plane a carrier is aligned, at least one electrical connection contact is formed by cold gas spraying a metallization, wherein the con nection contact at least partially on the support plane extends, and the carrier is removed after completion of the connection.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei sind gleiche oder entsprechende Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Es zeigen (überwiegend im Längsschnitt):embodiments The invention will be explained in more detail with reference to a drawing. there are the same or corresponding elements with the same reference numerals designated. It show (mainly in longitudinal section):

1 den prinzipiellen Aufbau einer Einrichtung zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung und zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, 1 the basic structure of a device for producing an arrangement according to the invention and for carrying out the method according to the invention,

2 eine gegenüber 1 modifizierte Einrichtung zur Herstellung einer Anordnung mit einer Verbindung, 2 one opposite 1 modified device for producing a device with a connection,

3 eine Anordnung mit einem aus einer Verbindungsebene herausragenden Anschlusskontakt, 3 an arrangement with a connection contact protruding from a connection plane,

4 eine gegenüber 3 abgewandelte Anordnung, 4 one opposite 3 modified arrangement,

5 eine Anordnung mit einem Bauteil, 5 an arrangement with a component,

6 eine weitere Anordnung mit einem Bauteil, 6 another arrangement with a component,

7 eine weitere Anordnung mit einem isoliert und geschützt angeordneten Bauteil, 7 another arrangement with an isolated and protected arranged component,

8 eine Anordnung mit einer elektrischen Abschirmung, 8th an arrangement with an electrical shield,

9 eine Anordnung mit einer Verbindung von zwei Leitern in unterschiedlichen Ebenen, 9 an arrangement with a connection of two conductors in different planes,

10 eine Anordnung mit Kontaktanschlüssen und 10 an arrangement with contact terminals and

11 die Verhältnisse bei Verwendung eines Substrats aus einem weichen Basismaterial, das mit harten Körnern verfüllt ist. 11 the conditions when using a substrate made of a soft base material, which is filled with hard grains.

Nach 1 strömt beim Kaltgasspritzen ein anti-oxidierend wirkendes Fördergas 1 mit einem Druck von 15 bis 35 bar in eine Einrichtung 2 und wird über Heizelemente 3 auf einige 100°C erwärmt. Über eine Pulverzufuhr 4 wird als Ausgangsmaterial (Beschichtungswerkstoff) 5 Kupfer in Form feinster Kupferpartikel 6 zugeführt. Diese werden im Unterschied zu bekannten gängigen Spritzverfahren nicht angeschmolzen oder aufgeschmolzen, sondern durch den Hochdruck-Gasstrom in feiner Pulverform aus einer Düse 7 als Strahl auf eine Oberseite 8 eines Keramik-Substrats 9 beschleunigt. Die Pulverpartikel erreichen dabei Geschwindigkeiten von etwa 300 bis 1200 m/s.To 1 During cold gas spraying, an anti-oxidizing carrier gas flows 1 at a pressure of 15 to 35 bar in a facility 2 and is about heating elements 3 heated to a few 100 ° C. About a powder feed 4 is used as starting material (coating material) 5 Copper in the form of the finest copper particles 6 fed. These are not in contrast to known common spraying molten or melted, but by the high-pressure gas flow in fine powder form from a nozzle 7 as a beam on a top 8th a ceramic substrate 9 accelerated. The powder particles reach speeds of about 300 to 1200 m / s.

Die vergleichsweise hohe kinetische Energie verformt die Partikel bei ihrem Aufprall auf die Oberseite 8, auf der sich dadurch eine feste "verkrallte" Kupferschicht in Form einer Metallisierung 10 bildet. Die Metallisierung bildet in dieser einfachen Ausführungsform eine Leiterbahn 11, die zur elektrischen Kontaktierung und/oder Wärmeableitung von einem nicht gezeigten Bauteil dienen kann.The comparatively high kinetic energy deforms the particles as they impact the top 8th , on which thereby a firm "clawed" copper layer in the form of a metallization 10 forms. The metallization forms a conductor track in this simple embodiment 11 , which can serve for the electrical contacting and / or heat dissipation of a component, not shown.

Die Metallisierung 10 kann dabei ein andeutungsweise gezeigtes Senkloch 9a in dem Substrat 9 ausfüllen, um beispielsweise eine verbesserte Wärmeleitung aus dem Substrat zu realisieren.The metallization 10 can be a suggestively shown sinkhole 9a in the substrate 9 fill, for example, to realize an improved heat conduction from the substrate.

Bei Wahl eines Widerstandsmaterials 11a wie z.B. Konstantan oder Manginan als Ausgangsmaterial 5 können auch unmittelbar elektrische Widerstände auf dem Substrat ausgebildet werden, die sich dadurch durch eine gute thermische Anbindung an das Substrat und so durch eine gute Abfuhr der im Widerstand entstehenden Wärme auszeichnen.When choosing a resistance material 11a such as Konstantan or manginan as starting material 5 can also be formed directly electrical resistances on the substrate, which are characterized by a good thermal connection to the substrate and thus by a good dissipation of heat generated in the resistor.

2 zeigt eine gegenüber 1 modifizierte Einrichtung, bei der die Bestrahlung der Oberfläche 8 des Substrats 9 mit Partikeln 6 aus der Düse 7 in vertikaler Richtung 12 erfolgt. Hier sind auf der Oberseite 8 zwei Leiterbahnen 14, 15 angeordnet. Diese werden durch die kaltgespritzte, gut leitende und mechanische beständige Verbindung 16 elektrisch miteinander verbunden. Das Substrat ist hier als Isolator (Keramik) ausgeführt. Es ist aber auch denkbar, das Substrat aus einem leitenden Material (z.B. Aluminium) herzustellen und eine Isolation zum Substrat dadurch zu realisieren, dass auf dem Substrat eine isolierende Schicht vorgesehen wird. 2 shows one opposite 1 modified device in which the irradiation of the surface 8th of the substrate 9 with particles 6 from the nozzle 7 in the vertical direction 12 he follows. Here are on the top 8th two tracks 14 . 15 arranged. These are made by the cold sprayed, highly conductive and mechanical resistant compound 16 electrically connected to each other. The substrate is designed here as an insulator (ceramic). However, it is also conceivable to produce the substrate from a conductive material (eg aluminum) and to realize an insulation to the substrate by providing an insulating layer on the substrate.

Besonders bevorzugt kann in diesem Zusammenhang Aluminium auf einer Keramik (z.B. SiC oder Al2O3) aufgebracht und zur Bildung einer Isolationsschicht – bevorzugt durch Plasma Elektrolytische Oxidation (PEO) – oxidiert werden. Auf dieser Isolationsschicht kann dann eine Metallisierung aufgespritzt werden, auf der wiederum z.B. ein elektrisches Bauteil montiert und kontaktiert werden kann. Alternativ kann auch diese Metallisierung zur Bildung einer Isolationsschicht oxidiert werden. Auf diese Weise ist ein mehrschichtiger Aufbau möglich.Especially In this context, preference may be given to aluminum on a ceramic (e.g., SiC or Al 2 O 3) and preferred for forming an insulating layer be oxidized by plasma electrolytic oxidation (PEO). On this isolation layer then a metallization can be sprayed on the turn e.g. an electrical component can be mounted and contacted. alternative can also this metallization to form an insulating layer be oxidized. In this way is a multi-layered structure possible.

3 zeigt eine Anordnung mit einem aus einer Verbindungsebene herausragenden Anschlusskontakt; hier ist ein elektrischer Leiter 18 als Anschlusselement oder Anschlusskontakt 19 auf dem Substrat 9 angeordnet und mit einem weiteren Leiter 20 durch eine kaltgespritzte Metallisierung 21 verbunden. Der Leiter 18 erstreckt sich dabei rechtwinklig aus der Verbindungsebene heraus und ist von einem nur schematisch angedeuteten Gehäuse 22 gestützt. Das Gehäuse nimmt damit die auf den Anschlusskontakt wirkenden äußeren mechanischen Kräfte auf und schützt somit die Verbindung. Man erkennt, dass die Metallisierung in Doppelfunktion nicht nur die elektrische Verbindung, sondern auch die mechanische Fixierung des Leiters 18 auf der Oberseite des Leiters 20 bewirkt. 3 shows an arrangement with a protruding from a connection plane terminal contact; here is an electrical conductor 18 as a connection element or connection contact 19 on the substrate 9 arranged and with another conductor 20 through a cold-sprayed metallization 21 connected. The leader 18 extends at right angles out of the connection plane and is of only schematically indicated housing 22 supported. The housing thus absorbs the external mechanical forces acting on the terminal contact and thus protects the connection. It can be seen that the metallization in dual function not only the electrical connection, but also the mechanical fixation of the conductor 18 on the top of the ladder 20 causes.

4 zeigt eine gegenüber 3 abgewandelte Anordnung, bei der der Leiter 18 mit seinem verbindungsseitigen Ende in derselben Ebene wie der Leiter 20 liegt und über eine kaltgespritzte Metallisierung 23 verbunden und mechanisch auf dem Substrat 9 fixiert ist. Auch hier kann der den Anschlusskontakt 19 bildende Teil des Leiters 18 durch eine Entlastung oder ein Gehäuse wie in 3 gezeigt gestützt sein. 4 shows one opposite 3 modified arrangement in which the conductor 18 with its connection-side end in the same plane as the ladder 20 lies and over a cold-sprayed metallization 23 connected and mechanically on the substrate 9 is fixed. Again, this can be the connection contact 19 forming part of the conductor 18 through a discharge or a housing as in 3 be supported.

5 zeigt eine Anordnung mit einem Substrat 9, auf dem ein elektrischer Leiter 25 aufgebracht ist. Auf dem Leiter 25 befindet sich ein elektrisches Bauteil 26. Um das Bauteil 26 ist ein elektrischer Isolator 27 aus Kunststoff gelegt, der eine abdichtende und isolierende umlaufende Lippe hat. Diese isoliert den Rand des Bauteils und ist im Wesentlichen ringförmig. Im oberen Bereich ist eine Öffnung 28 vorgesehen, durch die die kaltgespritzte Metallisierung 29 dringt und eine Verbindung bildet, durch die die Bauteiloberseite mittels integral angeformter Leiterbahn kontaktiert ist. 5 shows an arrangement with a substrate 9 on which an electrical conductor 25 is applied. On the ladder 25 there is an electrical component 26 , To the component 26 is an electrical insulator 27 made of plastic, which has a sealing and insulating circumferential lip. This insulates the edge of the component and is substantially annular. In the upper area is an opening 28 provided by the cold sprayed metallization 29 penetrates and forms a connection through which the component top is contacted by integrally molded conductor track.

6 zeigt eine weitere, der Ausführung nach 5 ähnliche Anordnung mit einem Bauteil. Hier ist auf einem Substrat oder Trägermaterial 9 eine Metallisierung 30 appliziert, auf der ein Leistungshalbleiter (Bauteil) 31, z.B. ein IGBT, angeordnet und mit seiner unteren Anschlusselektrode elektrisch leitend verbunden ist. Auch hier ist der Randbereich des Bauteils 31 zum Schutz und zur Isolierung von einem Isolator 32 abgedeckt. Um das Bauteil und den Isolator ist eine Schaltungsplatine 33 angeordnet, die einen Durchbruch oder eine Ausnehmung 34 für das Bauteil aufweist. Die Oberseite 35 der Platine 33 ist mit an sich bekannter Kupferkaschierung oder Leiterbahnen 36 versehen, mit der das Bauteil 31 durch eine kaltgespritzte Metallisierung 37 elektrisch verbunden ist. Die Metallisierung sorgt auch für eine mechanisch feste Fixierung des Bauteils in dieser Anordnung. Auf der Metallisierung 37 kann bevorzugt zur Wärmeableitung ein Kühlelement 38 oder eine Wärmesenke montiert sein. 6 shows another, according to the execution 5 similar arrangement with a component. Here is on a substrate or substrate 9 a metallization 30 applied, on which a power semiconductor (component) 31 , For example, an IGBT, and is electrically conductively connected to its lower terminal electrode. Again, the edge area of the component 31 for protection and isolation of an insulator 32 covered. Around the component and the insulator is a circuit board 33 arranged, which has a breakthrough or a recess 34 for the component. The top 35 the board 33 is with per se known Kupferkaschierung or traces 36 provided with the component 31 through a cold-sprayed metallization 37 electrically connected. The metallization also ensures a mechanically fixed fixation of the component in this arrangement. On the metallization 37 may preferably for heat dissipation, a cooling element 38 or a heat sink may be mounted.

7 zeigt eine weitere Anordnung mit einem Substrat oder Trägerelement 9 und mit einem darauf isoliert und geschützt angeordneten Bauteil 40. Das Substrat weist auf seiner Oberseite 8 mindestens zwei voneinander isolierte Leiterbahnen 41, 42 auf. Das Bauteil 40 ist über kleine elektrische Verbindungselemente 43 mit seiner Unterseite mit der Leiterbahn 42 – z.B. durch Lötung – elektrisch leitend verbunden. Das Bauteil 40, die Verbindungselemente 43 und die Leiterbahn 42 unterhalb des Bauteils sind durch eine Isolierung 45 abgedeckt. Mittels kaltgespritzter Metallisierung 46 ist eine elektrische Verbindung der Bauteiloberseite 47 mit der Leiterbahn 41 realisiert. 7 shows a further arrangement with a substrate or carrier element 9 and with a component isolated and protected thereon 40 , The substrate has on its top 8th min at least two interconnects insulated from each other 41 . 42 on. The component 40 is about small electrical fasteners 43 with its underside with the conductor track 42 - For example, by soldering - electrically connected. The component 40 , the fasteners 43 and the track 42 below the component are by insulation 45 covered. By cold sprayed metallization 46 is an electrical connection of the component top 47 with the conductor track 41 realized.

8 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Ausgestaltung der Erfindung, bei der eine Metallisierung 50 zur elektrischen Abschirmung bzw. gegen EMV-Störungen ausgebildet ist. Dazu kann die Metallisierung 50 – wie im Zusammenhang mit 1 ausführlich erläutert – auf die (innere) Oberfläche 51 eines nicht leitenden, als Gehäuseschale ausgebildeten Substrats 53 kaltgespritzt sein. Hier wird bevorzugt für die Herstellung der kaltgespritzten Metallisierung 50 ein sehr gut leitendes Ausgangsmaterial, wie z.B. Kupfer oder Gold, verwendet. Dadurch können elektromagnetische Störungen an dem Austreten aus dem bzw. Eindringen in das Gehäuse 53 gehindert werden. Zusätzlich oder alternativ könnte die Metallisierung auch auf der äußeren Oberfläche 54 der Gehäuseschale 53 aufgebracht sein. Die Gehäuseschale kann ein weiteres Substrat 55 abdecken, das z.B. wie vorstehend beschrieben metallisiert sein kann. 8th shows in perspective view an embodiment of the invention, in which a metallization 50 is designed for electrical shielding or against EMC interference. This can be the metallization 50 - as related to 1 explained in detail - on the (inner) surface 51 a non-conductive, designed as a housing shell substrate 53 to be cold-sprayed. Here it is preferred for the production of the cold-sprayed metallization 50 a very good starting material, such as copper or gold used. As a result, electromagnetic interference can occur at the exit from or into the housing 53 be prevented. Additionally or alternatively, the metallization could also be on the outer surface 54 the housing shell 53 be upset. The housing shell can be another substrate 55 cover, which may be metallized as described above, for example.

9 zeigt eine Anordnung mit einer Verbindung von zwei Leitern in unterschiedlichen Ebenen. Ein Substrat 9 weist eine erste Ebene 60 mit einer metallischen Beschichtung oder Leiterbahn 61 und eine zweite Ebene 62 mit einer Beschichtung oder Leiterbahn 63 auf. Um die Leiterbahnen 61, 63 elektrisch zu verbinden, ist eine Metallisierung 65 vorgesehen, die aus einem kaltgespritzten, gut leitenden Material wie z.B. Kupfer besteht. Diese erstreckt sich unter leitender Verbindung der Leiterbahnen 61, 63 durch eine Ausnehmung 66 in dem Substrat. Bevorzugt ist die Ausnehmung konisch, also mit zueinander weisenden Abschrägungen ausgestaltet. Dies ermöglicht eine bevorzugte senkrechte Bestrahlung des Substrats durch eine Maske 67 mit Öffnungen 68, 69 hindurch. 9 shows an arrangement with a connection of two conductors in different planes. A substrate 9 indicates a first level 60 with a metallic coating or conductor track 61 and a second level 62 with a coating or trace 63 on. To the tracks 61 . 63 electrically connecting is a metallization 65 provided, which consists of a cold-sprayed, highly conductive material such as copper. This extends under conductive connection of the conductor tracks 61 . 63 through a recess 66 in the substrate. Preferably, the recess is conical, that is designed with mutually facing bevels. This allows a preferred perpendicular irradiation of the substrate through a mask 67 with openings 68 . 69 therethrough.

Die Metallisierung 65 ist durch die Öffnung 68 hindurch erzeugt, wie auch Materialreste 70 in diesem Maskenbereich andeuten. Nur zur Verdeutlichung ist ferner eine Metallisierung bzw. ein Partikelstrahl 6 durch die Öffnung 69 gezeigt.The metallization 65 is through the opening 68 produced as well as remnants of material 70 in this mask area hint. For clarification only is a metallization or a particle beam 6 through the opening 69 shown.

Selbstverständlich können auch mehrere Maskenöffnungen gleichzeitig bestrahlt werden.Of course you can too several mask openings be irradiated simultaneously.

Auf diese Art kann beispielsweise ein Substrat für die Über-Kopf-Montage (Flip-Chip) eines Bauteils realisiert werden.On This type can, for example, a substrate for the overhead mounting (flip-chip) of a component will be realized.

Die Leiterbahnen können dabei auch zur externen Kontaktierung des Bauteils dienen.The Tracks can thereby also serve for external contacting of the component.

10 zeigt eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Anordnung mit teilweise freien kragträgerartigen Kontaktanschlüssen. Ein Substrat 9 wird hier mit seiner Oberseite 8 in Bezug auf eine Stützebene 71 eines nur gestrichelt angedeuteten Trägers 72 plan und fluchtend ausgerichtet. Anschließend wird wie schon ausführlich erläutert z.B. durch Maskierung mindestens ein elektrischer Anschlusskontakt 74, 75, 76, 77 durch Kaltgasspritzen von Metallisierungen 78 ausgebildet. Die Metallisierungen sind jeweils in elektrischem Kontakt mit einer Anschlussfläche 81, 82, 83, 84. Während der Herstellung befindet sich die Substratoberfläche also in einer Ebene mit einem umgebenden (gestrichelt angedeuteten) Trägersubstrat, das nach Fertigstellung der Metallisierungen entfernt wird. Damit entstehen die in 10 erkennbaren überstehenden kragträgerartigen Anschlusskontakte. Auch hier kann eine Abstützung der Anschlusskontakte durch z.B. gehäuseseitige Elemente erfolgen. 10 shows an embodiment of the inventive method for producing an arrangement with partially free kragträgerartigen contact terminals. A substrate 9 is here with his top 8th in relation to a support plane 71 a carrier indicated only by dashed lines 72 aligned and aligned. Subsequently, as already explained in detail, for example by masking at least one electrical connection contact 74 . 75 . 76 . 77 by cold gas spraying of metallizations 78 educated. The metallizations are each in electrical contact with a pad 81 . 82 . 83 . 84 , During production, the substrate surface is thus in one plane with a surrounding (indicated by dashed lines) carrier substrate, which is removed after completion of the metallizations. This creates the in 10 recognizable protruding kragträgerartigen connection contacts. Again, a support of the terminals can be done by eg housing-side elements.

11 zeigt schließlich die Verhältnisse bei Verwendung eines Substrats 90 aus einem weichen Basismaterial, das mit harten Körnern verfüllt ist. Der Ausgangszustand des Substrats ist in 11 links schematisch dargestellt; man erkennt weicheres Basismaterial (z.B. Kunststoff) 91 und darin eingelagerte Füllpartikel oder Körner 92 aus einem harten Material, z.B. Keramikkörner. Nach dem zunächst bei Beginn der Bestrahlung der Substratoberfläche 93 der aus der Düse 7 austretende Partikelstrahl 6 vermehrt das weiche Basismaterial 91 abträgt und so ein harter Restfüllkörper verbleibt (mittlerer Teil der 11), erfolgt die eigentliche Metallisierung (Schichtabscheidung) erst anschließend (rechter Teil der 11 finally shows the conditions when using a substrate 90 Made of a soft base material filled with hard grains. The initial state of the substrate is in 11 shown schematically on the left; one recognizes softer basic material (eg plastic) 91 and embedded therein filler particles or grains 92 made of a hard material, eg ceramic grains. After the first at the beginning of the irradiation of the substrate surface 93 the one out of the nozzle 7 exiting particle beam 6 increases the soft base material 91 abträgt and so a hard residual filler remains (middle part of the 11 ), the actual metallization (layer deposition) takes place only afterwards (right part of the

11), wodurch die Metallisierung 95 eine besonders feste Verbindung mit den zurückgebliebenen harten Körnern 92 eingeht. 11 ), causing the metallization 95 a particularly strong connection with the remaining hard grains 92 received.

11
Fördergastransport gas
22
EinrichtungFacility
33
Heizelementheating element
44
Pulverzufuhrpowder feed
55
Ausgangsmaterial (Beschichtungswerkstoff)starting material (Coating material)
66
Kupferpartikelcopper particles
77
Düsejet
88th
Oberseitetop
99
Substratsubstratum
9a9a
Senklochsink hole
1010
Metallisierungmetallization
1111
Leiterbahnconductor path
11a11a
Widerstandsmaterialresistance material
1212
Richtungdirection
1414
Leiterbahnconductor path
1515
Leiterbahnconductor path
1616
Verbindungconnection
1818
Leiterladder
1919
Anschlusskontaktconnection contact
2020
Leiterladder
2121
Metallisierungmetallization
2222
Gehäusecasing
2323
Metallisierungmetallization
2525
elektrischer Leiterelectrical ladder
2626
Bauteilcomponent
2727
Isolatorinsulator
2828
Öffnungopening
2929
Leiterbahnconductor path
3030
Metallisierungmetallization
3131
Leistungshalbleiter (Bauteil)Power semiconductor (Part)
3232
Isolatorinsulator
3333
Schaltungsplatinecircuit board
3434
Ausnehmungrecess
3535
Oberseitetop
3636
Leiterbahnenconductor tracks
3737
Metallisierungmetallization
3838
Kühlelementcooling element
4040
Bauteilcomponent
4141
Leiterbahnconductor path
4242
Leiterbahnconductor path
4343
Verbindungselementefasteners
4545
Isolierunginsulation
4646
Metallisierungmetallization
4747
BauteiloberseiteComponent top
5050
Metallisierungmetallization
5151
Oberflächesurface
5353
Substratsubstratum
5454
Oberflächesurface
5555
weiteres Substratadditional substratum
6060
erste Ebenefirst level
6161
Leiterbahnconductor path
6262
zweite Ebenesecond level
6363
Leiterbahnconductor path
6565
Metallisierungmetallization
6666
Ausnehmungrecess
6767
Maskemask
6868
Öffnungopening
6969
Öffnungopening
7070
Materialrestematerial residues
7171
Stützebenesupport plane
7272
Trägercarrier
7474
Anschlusskontaktconnection contact
7575
Anschlusskontaktconnection contact
7676
Anschlusskontaktconnection contact
7777
Anschlusskontaktconnection contact
7878
Metallisierungenmetallization
8181
Anschlussflächeterminal area
8282
Anschlussflächeterminal area
8383
Anschlussflächeterminal area
8484
Anschlussflächeterminal area
9090
Substratsubstratum
9191
Basismaterialbase material
9292
Füllpartikelfiller particles
9393
Substratoberflächesubstrate surface
9595
Metallisierungmetallization

Claims (24)

Elektrische Anordnung mit einem Substrat (9) mit mindestens einem elektrischen Bauteil (40) und/oder einer Leiterbahn (11), auf dem mindestens eine Metallisierung (10) aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierung (10) eine kaltgasgespritzte Metallisierung ist.Electrical arrangement with a substrate ( 9 ) with at least one electrical component ( 40 ) and / or a conductor track ( 11 ), on which at least one metallization ( 10 ), characterized in that the metallization ( 10 ) is a Kaltgasgespritzte metallization. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierung eine Leiterbahn (11) bildet.Arrangement according to claim 1, characterized in that the metallization a conductor track ( 11 ). Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierung (50) eine elektromagnetische Abschirmung bildet.Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the metallization ( 50 ) forms an electromagnetic shield. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierung ein elektrisches Widerstandsmaterial (11a) ist.Arrangement according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the metallization is an electrical resistance material ( 11a ). Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandsmaterial (11a) Konstantan ist.Arrangement according to claim 4, characterized in that the resistance material ( 11a ) Konstantan is. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandsmaterial (11a) Manginan ist.Arrangement according to claim 4, characterized in that the resistance material ( 11a ) Manginan is. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierung (10) ein Ventilmetall oder eine Ventilmetalllegierung ist.Arrangement according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the metallization ( 10 ) is a valve metal or a valve metal alloy. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilmetall zumindest teilweise anodisch oxidiert ist.Arrangement according to claim 7, characterized that the valve metal is at least partially anodized. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (90) ein Grundmaterial (91) umfasst, der mit harten Füllkörnern (92) verfüllt ist.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the substrate ( 90 ) a basic material ( 91 ) containing hard fillers ( 92 ) is filled. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Substrat (9) und der Metallisierung eine elektrisch isolierende Schicht vorgesehen ist.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that between the substrate ( 9 ) and the metallization an electrically insulating layer is provided. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die isolierende Schicht durch Plasma-Elektrolytische-Oxidation gebildet ist.Arrangement according to claim 10, characterized that the insulating layer formed by plasma electrolytic oxidation is. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierung (10) mindestens ein Senkloch (9a) in dem Substrat (9) ausfüllt.Arrangement according to one of the preceding Claims, characterized in that the metallization ( 10 ) at least one countersunk hole ( 9a ) in the substrate ( 9 ). Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierung (78) mindestens einen Anschlusskontakt (74) ausbildet.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the metallization ( 78 ) at least one connection contact ( 74 ) trains. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallisierung Zusatzmaterial, beispielsweise Silizium, Keramik und/oder Kohlenstoff, beigefügt ist.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the metallization additional material, for example Silicon, ceramic and / or carbon, is attached. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierung (21) eine elektrische Verbindung zwischen zwei Leitern (18, 20) bildet, wobei zumindest einer der Leiter (20) auf dem Substrat (9) angeordnet ist.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the metallization ( 21 ) an electrical connection between two conductors ( 18 . 20 ), wherein at least one of the conductors ( 20 ) on the substrate ( 9 ) is arranged. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Leiter (18) als elektrischer Anschlusskontakt (19) ausgebildet ist.Arrangement according to claim 15, characterized in that the one conductor ( 18 ) as electrical connection contact ( 19 ) is trained. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlusskontakt (19) mechanisch von einem Gehäuse (22) gestützt ist.Arrangement according to claim 16, characterized in that the connection contact ( 19 ) mechanically from a housing ( 22 ) is supported. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Substrat (9) eine Basis-Metallisierung (30) aufgebracht ist, auf der mindestens ein elektrisches Bauteil (31) angeordnet ist, das Bauteil (31) zumindest teilweise von einer Verschaltungsplatine (33) umgeben ist und die kaltgespritzte Metallisierung (37) eine elektrische Verbindung zwischen Bauteil (31) und Verschaltungsplatine (33) bildet.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that on the substrate ( 9 ) a base metallization ( 30 ) is applied, on the at least one electrical component ( 31 ), the component ( 31 ) at least partially from a circuit board ( 33 ) and the cold sprayed metallization ( 37 ) an electrical connection between component ( 31 ) and interconnection board ( 33 ). Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (31) in einer Ausnehmung (34) der Verschaltungsplatine (33) platziert ist und das Bauteil (31) von einer Isolierung (32) umgeben ist.Arrangement according to claim 18, characterized in that the component ( 31 ) in a recess ( 34 ) of the circuit board ( 33 ) and the component ( 31 ) of insulation ( 32 ) is surrounded. Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierung (32) eine Ausnehmung aufweist, die von der Metallisierung (37) durchdrungen ist.Arrangement according to claim 19, characterized in that the insulation ( 32 ) has a recess which is separated from the metallization ( 37 ) is penetrated. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierung (65) einen auf dem Substrat (9) angeordneten elektrischen Leiter (61) in einer ersten Ebene (60) mit einem elektrischen Leiter (63) verbindet, der in einer zweiten Ebene (62) auf dem Substrat angeordnet ist.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the metallization ( 65 ) one on the substrate ( 9 ) arranged electrical conductors ( 61 ) in a first level ( 60 ) with an electrical conductor ( 63 ), which in a second level ( 62 ) is arranged on the substrate. Verfahren zum Herstellen einer Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einem Substrat (9) ein Bauteil (40) und/oder eine Leiterbahn (41, 42) angeordnet wird und durch Kaltgasspritzen eine Metallisierung (46) aufgebracht wird, die das Bauteil (40) und/oder die Leiterbahn (41) elektrisch kontaktiert.Method for producing an arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that on a substrate ( 9 ) a component ( 40 ) and / or a conductor track ( 41 . 42 ) and by cold gas spraying a metallization ( 46 ) is applied, which is the component ( 40 ) and / or the conductor track ( 41 ) contacted electrically. Verfahren zum Herstellen einer Anordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (9) während des Kaltgasspritzens maskiert wird.Method for producing an arrangement according to claim 22, characterized in that the substrate ( 9 ) is masked during cold gas spraying. Verfahren zum Herstellen einer Anordnung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (9) mit seiner Oberseite (8) in Bezug auf eine Stützebene (71) eines Trägers (72) ausgerichtet wird, mindestens ein elektrischer Anschlusskontakt (74) durch Kaltgasspritzen einer Metallisierung (78) ausgebildet wird, wobei der Anschlusskontakt (74) sich mindestens teilweise auf der Stützebene (71) erstreckt, und der Träger (72) nach Fertigstellung des Anschlusskontakts (74) entfernt wird.Method for producing an arrangement according to claim 22 or 23, characterized in that the substrate ( 9 ) with its top ( 8th ) with respect to a support plane ( 71 ) of a carrier ( 72 ), at least one electrical connection contact ( 74 ) by cold gas spraying a metallization ( 78 ) is formed, wherein the terminal contact ( 74 ) at least partially on the support plane ( 71 ), and the carrier ( 72 ) after completion of the connection ( 74 ) Will get removed.
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