EP2272090A2 - Substrate-mounted circuit module comprising components in a plurality of contact planes - Google Patents

Substrate-mounted circuit module comprising components in a plurality of contact planes

Info

Publication number
EP2272090A2
EP2272090A2 EP09737966A EP09737966A EP2272090A2 EP 2272090 A2 EP2272090 A2 EP 2272090A2 EP 09737966 A EP09737966 A EP 09737966A EP 09737966 A EP09737966 A EP 09737966A EP 2272090 A2 EP2272090 A2 EP 2272090A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
components
substrate
component
carrier layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09737966A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Peter Kimmich
Quoc-Dat Nguyen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2272090A2 publication Critical patent/EP2272090A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H01L23/3677—Wire-like or pin-like cooling fins or heat sinks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/12—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates
    • H01L23/14—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates characterised by the material or its electrical properties
    • H01L23/142—Metallic substrates having insulating layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L24/49—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H01L25/072—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00 the devices being arranged next to each other
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321—Disposition
    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/4501—Shape
    • H01L2224/45012—Cross-sectional shape
    • H01L2224/45015—Cross-sectional shape being circular
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/45099—Material
    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45117—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950°C
    • H01L2224/45124—Aluminium (Al) as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/45099—Material
    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/45144—Gold (Au) as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48135—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/48137—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/484—Connecting portions
    • H01L2224/4847—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond
    • H01L2224/48472—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a wedge bond the other connecting portion not on the bonding area also being a wedge bond, i.e. wedge-to-wedge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L24/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L24/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01005—Boron [B]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01006—Carbon [C]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01013—Aluminum [Al]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01014—Silicon [Si]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01029—Copper [Cu]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01033—Arsenic [As]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01042—Molybdenum [Mo]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/0105—Tin [Sn]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01052—Tellurium [Te]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01079—Gold [Au]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01082—Lead [Pb]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/013—Alloys
    • H01L2924/014—Solder alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/12—Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1204—Optical Diode
    • H01L2924/12041—LED
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1301—Thyristor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1301—Thyristor
    • H01L2924/13033—TRIAC - Triode for Alternating Current - A bidirectional switching device containing two thyristor structures with common gate contact
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1301—Thyristor
    • H01L2924/13034—Silicon Controlled Rectifier [SCR]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1306—Field-effect transistor [FET]
    • H01L2924/13091—Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/14—Integrated circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181—Encapsulation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/19—Details of hybrid assemblies other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/1901—Structure
    • H01L2924/1904—Component type
    • H01L2924/19041—Component type being a capacitor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/30—Technical effects
    • H01L2924/301—Electrical effects
    • H01L2924/30107—Inductance
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49117—Conductor or circuit manufacturing
    • Y10T29/49124—On flat or curved insulated base, e.g., printed circuit, etc.
    • Y10T29/49155—Manufacturing circuit on or in base
    • Y10T29/49162—Manufacturing circuit on or in base by using wire as conductive path

Definitions

  • the invention is based on a circuit module in which surface-mounted electronic components are mounted on a substrate.
  • a mounting structure is known in the field of surface-mounted components (SMT).
  • the document DE 100 38 092 A1 describes an electrical assembly in which a chip is connected to a heat sink, wherein an IMS substrate provides conductor tracks to which the chip is connected.
  • a metallic base plate which forms the carrier of the substrate, is used for thermal bonding and for mechanical stabilization, it is separated from the chip via an insulating layer.
  • this document shows a connection structure that is based solely on printed circuit boards, which is separated by an insulating layer of the metallic support plate of the substrate.
  • US 6,441,520 Bl shows a power circuit using an IMS substrate (insulated metal substrate) as well.
  • the mounting unit provided on the IMS substrate comprises devices connected to an upper metal layer of the substrate.
  • the metal layer which forms conductor tracks, is separated from the carrier layer via a continuous insulation layer;
  • the metal carrier layer of the IMS substrate is thus continuously covered by an insulating layer.
  • the metal carrier layer of the IMS substrate is used only for mechanical stability and heat dissipation. Both documents show a substrate with a metal layer that continuously and completely carries an insulating layer on the contact side of the substrate.
  • IMS substrates IMS - insulated metal substrates
  • IMS substrates are used as circuit boards for power devices, whereby a metal carrier layer is provided both for heat dissipation and for increasing the mechanical stability.
  • a metal carrier layer is provided both for heat dissipation and for increasing the mechanical stability.
  • long strip conductors result because only the uppermost layer, ie the wiring layer provided on the insulating layer, which provides strip conductors, is used to connect the components. demente is used. Since, due to the flowing currents, the interconnects provided in the interconnect layer must have a minimum width, resulting in a high space requirement and at the same time long wiring paths.
  • the circuit module according to the invention and the manufacturing method according to the invention make it possible to arrange components with improved electromagnetic compatibility, reduced reactive power and reduced space requirements.
  • the invention enables a more compact construction with the aid of conventional, inexpensive substrates that can be processed with widely known processing technologies. With the present invention can be provided using conventional substrate, a further level of contact, which greatly simplifies the wiring through traces.
  • the reduced complexity leads to a reduced reactive power and to the saving of wiring area.
  • the invention leads to improved heat dissipation of power components, which are connected according to the invention.
  • the carrier layer serves as a mechanical / electrical contacting level and as a heat sink / heat dissipation. In addition, bonds and other connections, which are provided in addition to the tracks, saved.
  • the components and the associated terminals of the circuit module according to the invention can be arranged with respect to the prior art with greater degrees of freedom and greater flexibility.
  • the invention enables a combination of high power applications and control applications on the same substrate.
  • power components with control or logic components can be arranged on the same substrate. This additionally increases the integration density.
  • the invention makes it possible to establish contacts between components and substrate via a low-temperature sintered connection, such a connection leading to an increased thermal shock resistance.
  • the carrier layer of a power substrate which is made of metal for heat dissipation and to increase the mechanical stability, is used for the electrical connection of components. So far, electrical components have been completely separated from the carrier layer via a continuous insulation layer, but according to the invention a recess is provided in the insulating layer, which directly covers the carrier layer. Through this recess, a first surface of the carrier layer is exposed, and space for receiving a component and / or contact element for connecting the carrier ger harsh provided. To accommodate the component, a recess in the overlying wiring layer, usually a copper foil, is preferably also provided on the recess in the insulation layer.
  • the recess in the wiring layer is preferably aligned with the recess with the insulating layer or at least provided on one side flush with it, wherein according to a preferred embodiment of the invention, the recess in the wiring layer provides a surface into which the recess is fitted in the insulating layer , wherein a frame is formed between the larger recess in the wiring layer and the recess in the insulation layer.
  • the recesses may correspond, have the same dimensions, and be arranged one above the other in alignment.
  • a recess is to be understood as a complete recess of the insulation layer or of the wiring layer for the entire thickness of the insulation layer or wiring layer.
  • the surface of the carrier layer adjoining the insulating layer, d. H. the first surface thus forms a first contact plane that electrically connects all the components connected thereto.
  • an associated recess is provided for each component which is connected to the carrier layer in the first contact plane.
  • a second contact plane forms in a known manner the wiring layer which is provided on the insulation layer, wherein the wiring layer is preferably a metal layer which can be patterned by means of etching, for example, to form conductor tracks.
  • the circuit module according to the invention may comprise further contact planes, which are formed by further wiring layers, which are each mounted on insulating layers. Thereby, a stacked arrangement of insulating layers and wiring layers is achieved, which alternate along a direction perpendicular to the carrier layer plane.
  • the inventive use of the carrier layer of the substrate as an electrical conductor provides an additional contact plane.
  • the electrical insulation of this additional contact plane can be achieved with known insulation elements (mica disk or insulation film, insulating bush, etc.).
  • a three-layered IMS substrate with a metallic carrier layer, an insulating layer and a wiring layer is used.
  • a substrate having a metal carrier layer and in each case two mutually alternating insulation layers or wiring layers is used, wherein one of the insulation layers separates one of the wiring layers from the carrier layer.
  • Both embodiments may further comprise solder resist applied as a layer to the wiring layer and the top wiring layer, respectively.
  • the solder mask can also be applied to other surfaces be, for example, on an insulating layer, over which a recess of the wiring layer is provided, or on the carrier layer, which is exposed by recesses.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structure Of Printed Boards (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Insulated Metal Substrates For Printed Circuits (AREA)

Abstract

The invention relates to circuit module comprising components that are mounted on a substrate (10). Said substrate (10) comprises a metal carrier layer (20) having a first surface, a first insulating layer (30) directly adjoining the carrier layer (20) being arranged on said first surface. The substrate furthermore comprises a first wiring layer (40) which directly adjoins the first insulating layer (30), which is electroconductive and which is arranged on the first insulating layer (30). The substrate (10) comprises a first contact plane extending along the first surface, at least one of the components being directly electrically connected to the carrier layer (20) in the first contact plane. The invention further relates to a method for producing a circuit module according to the invention, wherein a surface section of the wiring layer (40) and a surface section of the underlying insulating layer (30) are removed and a component is fitted into the recess so produced.

Description

Beschreibung description
Titeltitle
Substrat-Schaltungsmodul mit Bauteilen in mehreren KontaktierungsebenenSubstrate circuit module with components in multiple contacting levels
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem Schaltungsmodul, bei dem oberflächenbefestigte elektronische Bauteile auf einem Substrat befestigt sind. Ein derartige Befestigungsstruktur ist aus dem Gebiet der oberflächenmontierten Bauteile (surface-mounted technology, SMT) bekannt.The invention is based on a circuit module in which surface-mounted electronic components are mounted on a substrate. Such a mounting structure is known in the field of surface-mounted components (SMT).
Die Druckschrift DE 100 38 092 Al beschreibt eine elektrische Baugruppe, bei der ein Chip mit einem Kühlkörper verbunden ist, wobei ein IMS-Substrat Leiterbahnen vorsieht, mit dem der Chip verbunden ist. Eine metallische Grundplatte, die den Träger des Substrats bildet, wird zwar zur thermischen Anbindung sowie zur mechanischen Stabilisierung ver- wendet, ist jedoch über eine Isolationsschicht von dem Chip getrennt. Somit zeigt diese Druckschrift eine Verbindungsstruktur, die ausschließlich auf Leiterplatten basiert, die durch eine Isolationsschicht von der metallischen Trägerplatte des Substrats getrennt ist. In gleicher Weise zeigt US 6,441,520 Bl einen Leistungsschaltkreis, bei dem ebenso ein IMS- Substrat (isoliertes Metallsubstrat) verwendet wird. Die auf dem IMS-Substrat vorgesehene Befestigungseinheit umfasst Bauelemente, die mit einer oberen Metallschicht des Substrats verbunden sind. Jedoch ist die Metallschicht, welche Leiterbahnen ausbildet, über eine durchgehende Isolationsschicht von der Trägerschicht getrennt; die Metall-Trägerschicht des IMS-Substrats ist somit durchgehend von einer Isolationsschicht bedeckt. Auch in diesem Dokument wird die Metall-Trägerschicht des IMS-Substrats nur zur mechanischen Stabilität und zur Wärmeableitung verwendet. Beide Dokumente zeigen ein Substrat mit einer Metallschicht, die auf der Kontaktseite des Substrats durchgehend und vollständig eine Isolationsschicht trägt.The document DE 100 38 092 A1 describes an electrical assembly in which a chip is connected to a heat sink, wherein an IMS substrate provides conductor tracks to which the chip is connected. Although a metallic base plate, which forms the carrier of the substrate, is used for thermal bonding and for mechanical stabilization, it is separated from the chip via an insulating layer. Thus, this document shows a connection structure that is based solely on printed circuit boards, which is separated by an insulating layer of the metallic support plate of the substrate. Similarly, US 6,441,520 Bl shows a power circuit using an IMS substrate (insulated metal substrate) as well. The mounting unit provided on the IMS substrate comprises devices connected to an upper metal layer of the substrate. However, the metal layer, which forms conductor tracks, is separated from the carrier layer via a continuous insulation layer; The metal carrier layer of the IMS substrate is thus continuously covered by an insulating layer. Also in this document, the metal carrier layer of the IMS substrate is used only for mechanical stability and heat dissipation. Both documents show a substrate with a metal layer that continuously and completely carries an insulating layer on the contact side of the substrate.
IMS-Substrate (IMS - insulated metal Substrate, isoliertes Metallsubstrat) werden als Lei- terplatten für Leistungsbausteine verwendet, wobei eine Metall-Trägerschicht sowohl zur Wärmeableitung als auch zur Erhöhung der mechanischen Stabilität vorgesehen wird. Bei komplexeren Schaltungen, beispielsweise bei dreiphasigen Gleichrichterbrücken ergeben sich jedoch lange Leiterbahnen, da nur die oberste Schicht, d. h. die auf der Isolierschicht vorgesehene Verdrahtungsschicht, welche Leiterbahnen vorsieht, zur Verbindung der Bau- demente verwendet wird. Da auf Grund der fließenden Ströme die in der Verbindungsschicht vorgesehenen Leiterbahnen eine Mindestbreite aufweisen müssen, ergeben sich ein hoher Flächenbedarf und gleichzeitig lange Verdrahtungswege.IMS substrates (IMS - insulated metal substrates) are used as circuit boards for power devices, whereby a metal carrier layer is provided both for heat dissipation and for increasing the mechanical stability. However, in the case of more complex circuits, for example in the case of three-phase rectifier bridges, long strip conductors result because only the uppermost layer, ie the wiring layer provided on the insulating layer, which provides strip conductors, is used to connect the components. demente is used. Since, due to the flowing currents, the interconnects provided in the interconnect layer must have a minimum width, resulting in a high space requirement and at the same time long wiring paths.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Verbindungstechnik vorzusehen, die die oben genannten Nachteile vermindert.It is therefore an object of the invention to provide a connection technique which reduces the above-mentioned disadvantages.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Das erfindungsgemäße Schaltungsmodul sowie das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ermöglichen das Anordnen von Bauteilen mit verbesserter elektromagnetischer Verträglichkeit, verringerter Blindleistung und verringertem Platzbedarf. Die Erfindung ermöglicht einen kompakteren Aufbau unter Zuhilfenahme von üblichen, kostengünstigen Substraten, die mit weitreichend bekannten Verarbeitungstechnologien verarbeitet werden können. Mit der vorliegenden Erfindung lässt sich unter Verwendung von üblichem Substrat eine weitere Kontaktebene vorsehen, die die Verdrahtung durch Leiterbahnen deutlich vereinfacht. Die verringerte Komplexität führt zu einer verringerten Blindleistung und zur Einsparung von Verdrahtungsfläche. Zudem führt die Erfindung zu einer verbesserten Wärmeableitung von Leistungsbauteilen, die erfindungsgemäß verbunden werden. Die Trägerschicht dient als mechanisch/elektrische Kontaktierungsebene sowie als Wärmesenke/Wärmeableitung. Zudem werden Bonds und andere Verbindungen, die zusätzlich zu den Leiterbahnen vorgesehen werden, eingespart. Die Bauelemente sowie die zugehörigen Anschlüsse des erfindungsgemäßen Schaltungsmoduls können gegenüber dem Stand der Technik mit größeren Freiheitsgraden und höherer Flexibilität angeordnet werden. Zudem ermöglicht die Erfϊn- düng eine Kombination von Starkstromanwendungen und Steueranwendungen auf demselben Substrat. Mit anderen Worten können Leistungsbauteile mit Steuerungs- oder Logikbauteilen auf demselben Substrat angeordnet werden. Dies erhöht zusätzlich die Integrationsdichte. Ferner ermöglicht die Erfindung das Herstellen von Kontakten zwischen Bauteilen und Substrat über eine Niedertemperatur-Sinterverbindung, wobei eine derartige Ver- bindung zu einer erhöhten Temperaturwechselfestigkeit führt.The circuit module according to the invention and the manufacturing method according to the invention make it possible to arrange components with improved electromagnetic compatibility, reduced reactive power and reduced space requirements. The invention enables a more compact construction with the aid of conventional, inexpensive substrates that can be processed with widely known processing technologies. With the present invention can be provided using conventional substrate, a further level of contact, which greatly simplifies the wiring through traces. The reduced complexity leads to a reduced reactive power and to the saving of wiring area. In addition, the invention leads to improved heat dissipation of power components, which are connected according to the invention. The carrier layer serves as a mechanical / electrical contacting level and as a heat sink / heat dissipation. In addition, bonds and other connections, which are provided in addition to the tracks, saved. The components and the associated terminals of the circuit module according to the invention can be arranged with respect to the prior art with greater degrees of freedom and greater flexibility. In addition, the invention enables a combination of high power applications and control applications on the same substrate. In other words, power components with control or logic components can be arranged on the same substrate. This additionally increases the integration density. Furthermore, the invention makes it possible to establish contacts between components and substrate via a low-temperature sintered connection, such a connection leading to an increased thermal shock resistance.
Im Gegensatz zu substratbasierten Verbindungen gemäß dem Stand der Technik wird erfindungsgemäß die Trägerschicht eines Leistungssubstrats, welches zur Wärmeableitung und zur Erhöhung der mechanischen Stabilität aus Metall gefertigt ist, zur elektrischen Verbin- düng von Bauteilen verwendet. Bislang waren elektrische Bauteile über eine durchgehende Isolationsschicht von der Trägerschicht vollständig getrennt, wobei jedoch erfindungsgemäß in der Isolationsschicht, die die Trägerschicht unmittelbar bedeckt, eine Ausnehmung vorgesehen ist. Durch diese Ausnehmung wird eine erste Oberfläche der Trägerschicht freigelegt, und Raum zur Aufnahme eines Bauteils und/oder Kontaktelements zum Anschluss der Trä- gerschicht vorgesehen. Um das Bauteil aufzunehmen, ist vorzugsweise an der Ausnehmung in der Isolationsschicht auch eine Ausnehmung in der darüber liegenden Verdrahtungsschicht, üblicherweise einer Kupferfolie, vorgesehen. Die Ausnehmung in der Verdrahtungsschicht ist vorzugsweise mit der Ausnehmung mit der Isolationsschicht ausgerichtet bzw. zumindest an einer Seite bündig mit dieser vorgesehen, wobei gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung die Ausnehmung in der Verdrahtungsschicht eine Fläche vorsieht, in die die Ausnehmung in der Isolationsschicht eingepasst ist, wobei sich zwischen der größeren Ausnehmung in der Verdrahtungsschicht und der Ausnehmung in der Isolationsschicht ein Rahmen bildet. Ferner können sich die Ausnehmungen entsprechen, die gleiche Maße haben, und übereinander fluchtend angeordnet sein.In contrast to substrate-based compounds according to the prior art, the carrier layer of a power substrate, which is made of metal for heat dissipation and to increase the mechanical stability, is used for the electrical connection of components. So far, electrical components have been completely separated from the carrier layer via a continuous insulation layer, but according to the invention a recess is provided in the insulating layer, which directly covers the carrier layer. Through this recess, a first surface of the carrier layer is exposed, and space for receiving a component and / or contact element for connecting the carrier gerschicht provided. To accommodate the component, a recess in the overlying wiring layer, usually a copper foil, is preferably also provided on the recess in the insulation layer. The recess in the wiring layer is preferably aligned with the recess with the insulating layer or at least provided on one side flush with it, wherein according to a preferred embodiment of the invention, the recess in the wiring layer provides a surface into which the recess is fitted in the insulating layer , wherein a frame is formed between the larger recess in the wiring layer and the recess in the insulation layer. Further, the recesses may correspond, have the same dimensions, and be arranged one above the other in alignment.
Als Ausnehmung ist in diesem Zusammenhang eine vollständige Aussparung der Isolationsschicht bzw. der Verdrahtungsschicht für die gesamte Dicke der Isolationsschicht bzw. Verdrahtungsschicht zu verstehen. Die an die Isolationsschicht angrenzende Oberfläche der Trägerschicht, d. h. die erste Oberfläche, bildet somit einer erste Kontaktebene, die alle damit verbundenen Bauteile elektrisch miteinander verbindet. Vorzugsweise ist für jedes Bauteil, das in der ersten Kontaktebene mit der Trägerschicht verbunden ist, eine zugehörige Ausnehmung vorgesehen. Eine zweite Kontaktebenen bildet in bekannter Weise die Verdrahtungsschicht, die auf der Isolationsschicht vorgesehen ist, wobei die Verdrahtungs- schicht vorzugsweise eine Metallschicht ist, die beispielsweise mittels Ätzen strukturiert werden kann, um Leiterbahnen auszubilden. Das erfindungsgemäße Schaltungsmodul kann weitere Kontaktebenen umfassen, die von weiteren Verdrahtungsschichten gebildet werden, die jeweils auf Isolationsschichten angebracht sind. Dadurch wird eine gestapelte Anordnung von Isolationsschichten und Verdrahtungsschichten erreicht, die sich entlang einer Richtung senkrecht zur Trägerschichtebene abwechseln. Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem die Anzahl der Verdrahtungsschichten der Anzahl der Kontaktebenen entspricht, sieht das erfindungsgemäße Verwenden der Trägerschicht des Substrats als elektrischer Leiter eine zusätzliche Kontaktebene vor. Die elektrische Isolierung dieser zusätzlichen Kontaktebene kann mit bekannten Isolationselementen erreicht werden (Glimmer- scheibe oder Isolationsfolie, Isolationsbuchse usw.).In this context, a recess is to be understood as a complete recess of the insulation layer or of the wiring layer for the entire thickness of the insulation layer or wiring layer. The surface of the carrier layer adjoining the insulating layer, d. H. the first surface thus forms a first contact plane that electrically connects all the components connected thereto. Preferably, an associated recess is provided for each component which is connected to the carrier layer in the first contact plane. A second contact plane forms in a known manner the wiring layer which is provided on the insulation layer, wherein the wiring layer is preferably a metal layer which can be patterned by means of etching, for example, to form conductor tracks. The circuit module according to the invention may comprise further contact planes, which are formed by further wiring layers, which are each mounted on insulating layers. Thereby, a stacked arrangement of insulating layers and wiring layers is achieved, which alternate along a direction perpendicular to the carrier layer plane. In contrast to the prior art, in which the number of wiring layers corresponds to the number of contact planes, the inventive use of the carrier layer of the substrate as an electrical conductor provides an additional contact plane. The electrical insulation of this additional contact plane can be achieved with known insulation elements (mica disk or insulation film, insulating bush, etc.).
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform wird ein dreilagiges IMS-Substrat mit einer metallischen Trägerschicht, einer Isolationsschicht und einer Verdrahtungsschicht verwendet. Gemäß einer zweiten Ausführungsform wird ein Substrat mit einer metallenen Trägerschicht und jeweils zwei einander abwechselnden Isolationsschichten bzw. Verdrahtungsschichten verwendet, wobei eine der Isolationsschichten eine der Verdrahtungsschichten von der Trägerschicht trennt. Beide Ausführungsformen können ferner Lötstopplack umfassen, der als Schicht auf die Verdrahtungsschicht bzw. die oberste Verdrahtungsschicht aufgebracht ist. Der Lötstopplack kann ferner auch auf anderen Oberflächen aufgebracht sein, beispielsweise auf einer Isolationsschicht, über der eine Aussparung der Verdrahtungsschicht vorgesehen ist, oder auf der Trägerschicht, die durch Ausnehmungen freigelegt ist.According to a first preferred embodiment, a three-layered IMS substrate with a metallic carrier layer, an insulating layer and a wiring layer is used. According to a second embodiment, a substrate having a metal carrier layer and in each case two mutually alternating insulation layers or wiring layers is used, wherein one of the insulation layers separates one of the wiring layers from the carrier layer. Both embodiments may further comprise solder resist applied as a layer to the wiring layer and the top wiring layer, respectively. The solder mask can also be applied to other surfaces be, for example, on an insulating layer, over which a recess of the wiring layer is provided, or on the carrier layer, which is exposed by recesses.
Je nach Tiefe der Ausnehmung in der Verdrahtungsschicht und in der Isolationsschicht und abhängig von der Höhe des darin befindlichen Bauteils kann die Ausdehnung auch einen seitlichen Schutz für die Bauteile vorsehen, die unmittelbar auf der Trägerschicht aufgebracht sind. Als unmittelbar elektrische Verbindung wird erfindungsgemäß ein Direktkontakt zwischen Bauteil und Trägerschicht bzw. Verdrahtungsschicht bezeichnet, wobei der Direktkontakt vorzugsweise eine Lötverbindung (beispielsweise mittels Lötpaste), eine KIe- beverbindung (unter Verwendung von leitendem Klebemittel) oder eine Niedertemperatur- Sinterverbindung umfasst. Hierzu umfassen die betreffenden Bauteile vorzugsweise Kontaktflächen, die sich in einer Ebene erstrecken, wobei sich die betreffende Kontaktoberfläche der Trägerschicht bzw. die betreffende Kontaktoberfläche der Verdrahtungsschicht vorzugsweise im Wesentlichen in derselben Ebene erstreckt. Die Bauteile, vorzugsweise elekt- rische bzw. elektronische SMD-Bauteile, umfassen somit vorzugsweise Kontaktflächen, die einen unmittelbaren Kontakt mit einer darunter liegenden Schicht, d. h. Trägerschicht oder Verdrahtungsschicht erlauben. Grundsätzlich kann zur Verbindung eines Bauteils in der ersten Kontaktebene, d. h. mit der Trägerschicht, die gleiche Verbindungstechnik verwendet werden, wie für die Verbindung in einer zweiten oder weiteren Kontaktebene, d. h. zwi- sehen Bauteil und der Verdrahtungsschicht bzw. einer der Verdrahtungsschichten.Depending on the depth of the recess in the wiring layer and in the insulating layer and depending on the height of the component therein, the extension may also provide lateral protection for the components that are directly applied to the carrier layer. As a direct electrical connection according to the invention a direct contact between the component and the carrier layer or wiring layer, wherein the direct contact preferably a solder connection (for example by means of solder paste), a KIe- beverbindung (using conductive adhesive) or a low-temperature sintered compound comprises. For this purpose, the components in question preferably comprise contact surfaces which extend in a plane, wherein the respective contact surface of the carrier layer or the relevant contact surface of the wiring layer preferably extends substantially in the same plane. The components, preferably electrical or electronic SMD components, thus preferably comprise contact surfaces which are in direct contact with an underlying layer, ie. H. Allow carrier layer or wiring layer. In principle, for connecting a component in the first contact plane, i. H. with the carrier layer, the same connection technique used as for the connection in a second or further contact plane, d. H. between see component and the wiring layer or one of the wiring layers.
Die Trägerschicht ist vorzugsweise ein beschichtetes oder unbeschichtetes Metallblech, beispielsweise aus Kupfer, Aluminium, Messing, Stahl oder einer Kombination hiervon. Im Allgemeinen bildet die Trägerschicht eine metallische Basis, die erfindungsgemäß neben der Wärmeableitung und zu mechanischen Stabilisierung zum elektrischen Kontaktieren von Bauelementen dient.The carrier layer is preferably a coated or uncoated metal sheet, for example of copper, aluminum, brass, steel or a combination thereof. In general, the carrier layer forms a metallic base, which according to the invention is used in addition to heat dissipation and mechanical stabilization for electrical contacting of components.
Vorzugsweise ist die Isolationsschicht ein Dielektrikum, beispielsweise ein dielektrischer Kunststoff oder ein dielektrisches Polymer, ein Epoxydharz, ein faserverstärktes Polymer, ein Hartpapiermaterial, ein Keramikmaterial oder eine Kombination hiervon, beispielsweise eine mehrlagige Schicht. Vorzugsweise ist das Material trotz der elektrisch isolierenden Eigenschaften Wärme leitend, um gemäß der Wärmeerzeugung der Leistungsanwendung die Wärme an die Trägerschicht übertragen zu können. Die Trägerschicht selbst ist vorzugsweise an einer zweiten Oberfläche, die der ersten Oberfläche entgegengesetzt ist, mit einer Wärmesenke verbunden, wie im Weiteren beschrieben ist.Preferably, the insulating layer is a dielectric, for example a dielectric plastic or a dielectric polymer, an epoxy resin, a fiber-reinforced polymer, a hard paper material, a ceramic material or a combination thereof, for example a multilayered layer. Preferably, despite the electrically insulating properties, the material is heat-conducting in order to be able to transfer the heat to the carrier layer in accordance with the heat generation of the power application. The backing layer itself is preferably bonded to a heat sink at a second surface opposite the first surface as described below.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Verdrahtungsschicht eine beschichtete oder unbeschichtete Metallschicht, eine Kupferschicht, eine einseitig verzinnte Kupferschicht, ein Metallblech oder eine Kombination hiervon. Wie bereits bemerkt, ist die Ver- drahtungsschicht vorzugsweise strukturiert, um Leiterbahnen vorzusehen. Die Verdrahtungsschicht ist unmittelbar auf eine darunter liegende Isolationsschicht aufgebracht, vorzugsweise geklebt, wobei auch die Isolationsschicht vorzugsweise auf die darunter liegenden Schicht, d. h. eine Verdrahtungsschicht oder die Trägerschicht aufgeklebt ist. Durch die Klebeverbindung grenzen zwei miteinander verklebte Schichten unmittelbar aneinander an.According to a preferred embodiment, the wiring layer comprises a coated or uncoated metal layer, a copper layer, a unilaterally tin-plated copper layer, a metal sheet or a combination thereof. As already noted, the preferably structured layer to provide conductor tracks. The wiring layer is applied directly to an underlying insulating layer, preferably glued, wherein the insulating layer is preferably adhered to the underlying layer, that is, a wiring layer or the carrier layer. As a result of the adhesive bond, two layers bonded together adjoin one another directly.
Ein erfindungsgemäßes Schaltungsmodul umfasst ferner vorzugsweise Bond- Verbindungen oder Lötbrücken zwischen Oberflächen von Bauteilen, die der Trägerschicht abgewandt sind, mit einer der Verdrahtungsschichten oder zur elektrischen Verbindung zwischen ver- schiedenen Leiterbahnen, Kontaktflächen oder Pads, die von der Verdrahtungsschicht oder von den Verdrahtungsschichten ausgebildet werden.A circuit module according to the invention preferably further comprises bonding connections or solder bridges between surfaces of components which face away from the carrier layer, with one of the wiring layers or for electrical connection between different conductor tracks, contact surfaces or pads formed by the wiring layer or by the wiring layers ,
Eine Unterseite der Trägerschicht, d. h. die zweite Oberfläche, die der Isolationsschicht abgewandt ist, weist vorzugsweise eine Wärmesenke oder eine Verbindung (d. h. Kontakt- fläche) für eine Wärmesenke auf. Hierzu wird vorzugsweise die zweite Oberfläche mit einem Wärme leitenden Flächenkontakt vorgesehen oder es wird eine Wärmesenke in Form eines Kühlkörpers verwendet, der eine ebene Verbindungsfläche vorsieht, die mit der zweiten Oberfläche Wärme leitend in Kontakt gebracht wird, und der ferner dazu abgewinkelte Kühlfmger vorsieht. Zwischen der zweiten Oberfläche und der Wärmesenke ist vorzugswei- se eine Schicht vorgesehen, die Wärme übertragend wirkt, beispielsweise eine Schicht Glimmer, Wärmeleitpaste oder Ähnliches. Diese Schicht ist vorzugsweise elektrisch isolierend. Die Wärmesenke kann ferner über (elektrisch isolierende) Verbindungselemente mit dem Substrat, beispielsweise mit der Trägerschicht verbunden werden.A bottom of the carrier layer, d. H. the second surface facing away from the insulating layer preferably has a heat sink or junction (i.e., contact surface) for a heat sink. For this purpose, the second surface is preferably provided with a heat-conducting surface contact or a heat sink in the form of a heat sink is used, which provides a flat connection surface, which is conductively brought into contact with the second surface heat, and further provides angled Kühlfmger. Between the second surface and the heat sink, a layer is preferably provided which acts to transfer heat, for example a layer of mica, thermal paste or the like. This layer is preferably electrically insulating. The heat sink can also be connected to the substrate, for example to the carrier layer, by means of (electrically insulating) connecting elements.
Zum Anbringen von Kühlkörpern auf die zweite Oberfläche der Trägerschicht wird z.B. eine elektrisch isolierende Wärmeleitpaste mit oder ohne elektrisch isolierende Kügelchen als Distanzhalter verwendet. Alternativ kann eine Wärme leitende, elektrisch isolierende Folie verwendet werden. Die Dicke der Folie bzw. die Dicke der Schicht der Wärmeleitpaste bzw. der Kügelchen ist vorzugsweise an die Spannung angepasst, die an der Träger- schicht anliegt. Hierbei sind insbesondere Durchschlageffekte zu berücksichtigen.For attaching heat sinks to the second surface of the support layer, e.g. used an electrically insulating thermal grease with or without electrically insulating beads as spacers. Alternatively, a heat-conducting, electrically insulating film may be used. The thickness of the film or the thickness of the layer of the thermal compound or the beads is preferably adapted to the voltage applied to the carrier layer. In particular, strike-through effects must be taken into account.
Neben den oben aufgeführten Verbindungsmöglichkeiten zur elektrischen Kontaktierung kann zusätzlich ein Stanzgitter verwendet werden, das mindestens einen Blechabschnitt vorsieht, welcher mit der Trägerschicht des Substrats oder mit einer der Verdrahtungsschichten verbunden werden kann. Das Stanzgitter umfasst somit zusammenhängende Blechabschnitte, wobei die Blechabschnitte vor der Befestigung beispielsweise über einen umlaufenden Rahmen miteinander verbunden sind. Zur Befestigung der Blechabschnitte mit dem Substrat werden diese vorzugsweise auf das Substrat aufgepresst, beispielsweise mittels eines Stempels oder einer Stanze, um so elektrischen sowie mechanischen Kontakt vorzusehen. Nach- -D- dem die Blechabschnitte derartig mit dem Substrat verbunden sind, werden alle Blechabschnitte von dem Rahmen (dam bar) durch Stanzen, Laserschneiden, Scheren oder durch andere Trenn- Verarbeitungsvorgänge getrennt. Die Blechabschnitte müssen nicht notwendigerweise alle voneinander getrennt sein, sondern können zum Teil miteinander verbunden bleiben, indem diese entsprechend zusammenhängend von dem Rahmen getrennt werden. Die zur Pressung der Blechabschnitte auf das Substrat vorgesehenen Werkzeuge können ebene Strukturen umfassen, da die Unterlage, d. h. das Substrat des daran zu befestigenden Blechabschnitts eben ist. Gegebenenfalls sind die Ebenen des Werkzeugs in verschiedenen Höhen angeordnet, beispielsweise wenn ein Blechabschnitt auf einer Verdrahtungsschicht und ein Blechabschnitt auf die tiefer gelegene Trägerschicht aufgepresst werden soll. Das Aufbringen des Stanzgitters, welches die Blechabschnitte umfasst, kann im Rahmen eines Transfermoldprozesses ausgeführt werden, so dass das bereits mit Bauteilen versehene Substrat durch den Transfermoldprozess einen effektiven Schutz der Elektronik erhält.In addition to the above-mentioned connection possibilities for electrical contacting, a stamped grid can additionally be used, which provides at least one sheet metal section which can be connected to the carrier layer of the substrate or to one of the wiring layers. The stamped grid thus comprises contiguous sheet-metal sections, the sheet-metal sections being connected to one another, for example via a peripheral frame, prior to attachment. For fastening the sheet-metal sections to the substrate, these are preferably pressed onto the substrate, for example by means of a stamp or a punch, in order thus to provide electrical as well as mechanical contact. To- -D- the sheet metal sections are so connected to the substrate, all sheet metal sections of the frame (dam bar) by punching, laser cutting, shearing or other separation processing operations are separated. The sheet metal sections need not necessarily all be separated from each other, but may remain partially interconnected by being separated from the frame accordingly. The tools provided for pressing the sheet metal sections onto the substrate may comprise planar structures, since the base, ie the substrate of the sheet metal section to be fastened thereto, is flat. Optionally, the planes of the tool are arranged at different heights, for example when a sheet metal section on a wiring layer and a sheet metal section to be pressed onto the lower-lying carrier layer. The application of the stamped grid, which comprises the sheet metal sections, can be carried out in the context of a transfermold process, so that the already provided with components substrate receives an effective protection of the electronics by the transfer gold process.
Das Stanzgitter kann aus einem Blech vorgesehen sein, beispielsweise einem beschichteten oder unbeschichteten Stahlblech, Kupferblech, Messingblech oder Ähnlichem.The stamped grid can be provided from a sheet, such as a coated or uncoated sheet steel, copper sheet, brass sheet or the like.
Vorzugsweise bilden die in dem Schaltungsmodul vorgesehenen Bauteile eine Motoransteuerung bzw. die Leistungsendstufe einer Motoransteuerung oder einen DC-DC-Wandler bzw. eine Leistungsendstufe eines DC-DC-Wandlers. Vorzugsweise bilden die Bauteile des Schaltungsmoduls ein dreiphasiges System, beispielsweise einen Vollwellengleichrichter für ein dreiphasiges Drehstromsystem oder eine entsprechende dreiphasige Endstufe zur VoIl- wellenansteuerung mit drei MOSFET-Paaren. Das Spannungsversorgungspotenzial kann zwischen der Trägerschicht und der Verdrahtungsschicht vorgesehen sein, wobei die Ver- drahtungsschicht, die Trägerschicht und eine dazwischen liegende Isolationsschicht ein übliches dreilagiges Substrat bilden können. Ein Substrat kann mit einer oder mit mehreren vollwertigen Dreiphasenansteuerungen ausgestattet werden. Ferner können Bauteile des Schaltungsmoduls als Brückenschaltung mit vier MOSFETs verwendet werden, wobei zwischen sich gegenüber liegenden Verbindungsstellen der Brückenschaltung entweder eine Ausgangs-Motorspannung anliegt oder eine Eingangsspannung anliegt. Die jeweiligen Verbindungen in der Brückenschaltung können durch die Trägerschicht, mindestens eine Verdrahtungsschicht und gegebenenfalls mit Bond- Verbindungen vorgesehen werden.The components provided in the circuit module preferably form a motor drive or the power output stage of a motor drive or a DC-DC converter or a power output stage of a DC-DC converter. The components of the circuit module preferably form a three-phase system, for example a full-wave rectifier for a three-phase three-phase system or a corresponding three-phase output stage for wave-wave control with three MOSFET pairs. The voltage supply potential may be provided between the carrier layer and the wiring layer, wherein the wiring layer, the carrier layer and an insulating layer therebetween may form a conventional three-layered substrate. A substrate may be equipped with one or more full three-phase drives. Furthermore, components of the circuit module can be used as a bridge circuit with four MOSFETs, wherein between the opposite junctions of the bridge circuit either an output motor voltage is applied or an input voltage is applied. The respective connections in the bridge circuit may be provided by the carrier layer, at least one wiring layer and optionally with bonding connections.
Das der Erfindung zu Grunde liegende Konzept wird ferner von einem erfindungsgemäßen Verfahren umgesetzt, bei dem ein Substrat mit einer Trägerschicht, einer darüber liegenden Isolationsschicht und einer über der Isolationsschicht liegenden Verdrahtungsschicht vorgesehen wird, und die Isolationsschicht und die Verdrahtungsschicht bearbeitet werden, um zum Vorsehen der Ausnehmungen Flächenabschnitte der Verdrahtungsschicht und der Isolationsschicht zu entfernen. Die Ausnehmungen in darüber liegenden Schichten (z. B. Ver- drahtungsschicht(en)) entsprechen vorzugsweise dem Flächenabschnitt, der aus der Isolationsschicht entfernt wird. Der Schritt des Entfernens der jeweiligen Flächenabschnitte, um so die Ausnehmungen vorzusehen, umfasst beispielsweise Lasern oder Fräsen aller Isolationsschichten und Verdrahtungsschichten, die über der Trägerschicht liegen. Daraufhin wird erfindungsgemäß mindestens ein Bauteil angeordnet, d. h. ein elektrisches oder elektronisches Bauteil, wobei das Bauteil in die Ausnehmungen platziert wird und dort befestigt wird. Das Bauteil wird auf der Trägerschicht befestigt, indem eine unmittelbare elektrische Verbindung hergestellt wird zwischen einem Flächenkontakt des Bauteils und einem entsprechend freigelegten Oberflächenabschnitt der Trägerschicht. Über die elektrische Ver- bindung wird gleichzeitig eine mechanische Verbindung und eine Wärme leitende Verbindung hergestellt. Der Oberflächenabschnitt ist ein Abschnitt der ersten Oberfläche, in der die erste Kontaktebene verläuft. Die erste Kontaktebene ist die Kontaktebene, die im Vergleich zu Substratstrukturen nach dem Stand der Technik eine zusätzliche elektrische Verbindungsebene vorsieht.The concept underlying the invention is further implemented by a method according to the invention, in which a substrate is provided with a carrier layer, an overlying insulating layer and a wiring layer above the insulating layer, and the insulating layer and the wiring layer are processed to provide the Recesses to remove surface portions of the wiring layer and the insulation layer. The recesses in overlying layers (eg Wiring layer (s)) preferably correspond to the surface portion which is removed from the insulating layer. The step of removing the respective surface portions so as to provide the recesses includes, for example, lasing or milling all of the insulating layers and wiring layers overlying the carrier layer. Then, according to the invention, at least one component is arranged, ie an electrical or electronic component, wherein the component is placed in the recesses and fastened there. The component is fastened to the carrier layer by establishing a direct electrical connection between a surface contact of the component and a correspondingly exposed surface portion of the carrier layer. The electrical connection simultaneously produces a mechanical connection and a heat-conducting connection. The surface portion is a portion of the first surface in which the first contact plane extends. The first contact level is the contact level, which provides an additional electrical interconnect level compared to prior art substrate structures.
Als Bauteile, die erfindungsgemäß in die Ausnehmungen eingefügt und mit der Trägerschicht verbunden werden, oder die auf eine der Verdrahtungsschichten zur elektrischen Kontaktierung aufgebracht werden, eignen sich SMD-fähige Bauarten von elektrischen Bauelementen wie Leistungsendstufen, Leistungskomponenten, MOSFETs, IGBTs, Dio- den, Shunt-Widerstände, Kondensatoren, insbesondere Keramikkondensatoren, SMD- Induktivitäten, elektrische Verbindungselemente, wie oberflächenmontierte Stecker oder Buchsen, und Ähnliches. Insbesondere eignen sich Hochleistungsbauteile, deren Wärme (unter anderem) durch die Isolationsschicht über die Verbindung mit der Trägerschicht oder unmittelbar über die Trägerschicht abgeleitet wird. Neben der Trägerschicht eignen sich auch weitere Wärmesenken, beispielsweise Kühlkörper, die auf der Seite eines elektrischen Bauteils Wärme übertragend angebracht werden, die der zur Trägerschicht hingewandten Seite entgegengesetzt ist. Die Kühlkörper, die auf dem Bauteil angeordnet sind, können die gleichen Kühlkörper sein, die an der Trägerschicht angebracht sind, oder können sich von diesen unterscheiden. Als Kühlkörper zur Befestigung auf einem Bauteil oder auf der Trä- gerschicht eignen sich beispielsweise Kühlkörper aus Metall, Graphit oder Keramik, die eine entsprechende raumgreifende Form zur Abgabe der Wärme in die Umgebung aufweisen. Ebenso wie die an die Trägerschicht angebrachten Kühlkörper können auch auf die Bauteile angebrachte Kühlkörper mittels isolierender Wärmeleitpaste, mit oder ohne nichtleitenden Kügelchen als Distanzhalter, oder mittels einer isolierenden wärmeleitenden Folie elektrisch isoliert befestigt werden.As components which according to the invention are inserted into the recesses and connected to the carrier layer or which are applied to one of the wiring layers for electrical contacting, SMD-capable types of electrical components such as output stages, power components, MOSFETs, IGBTs, diodes, Shunt resistors, capacitors, in particular ceramic capacitors, SMD inductors, electrical connecting elements, such as surface-mounted plugs or sockets, and the like. In particular, high-performance components are suitable whose heat is dissipated (inter alia) by the insulating layer via the connection with the carrier layer or directly via the carrier layer. In addition to the carrier layer, other heat sinks, for example heat sinks, which are mounted on the side of an electrical component to transmit heat, which is opposite to the side facing the carrier layer, are also suitable. The heat sinks disposed on the component may be the same as or may be different from the heat sinks attached to the carrier layer. As a heat sink for mounting on a component or on the carrier layer are, for example, heat sinks made of metal, graphite or ceramic, which have a corresponding expansive shape for discharging the heat into the environment. As well as the heat sink attached to the carrier layer, heat sinks mounted on the components can also be electrically insulated by means of insulating thermal paste, with or without non-conductive beads as spacers, or by means of an insulating heat-conducting foil.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen - -Brief description of the drawings - -
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.
Es zeigtIt shows
Figur 1 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes mit Bauteilen bestücktes Schaltungsmodul.Figure 1 shows a cross section through an inventive component-equipped circuit module.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Die Figur 1 zeigt ein Schaltungsmodul mit einem Substrat 10, das eine aus Metall vorgesehene Trägerschicht 20, eine elektrisch isolierende Isolationsschicht 30 und eine elektrisch leitende Verdrahtungsschicht 40, durch Strukturierung Leiterbahnen und/oder Pads bzw. elektrische Kontaktflächen (nicht dargestellt), vorsieht. Die Trägerschicht 20 ist durchgän- gig, wohingegen die darüber liegende Isolationsschicht 30 eine erste erfindungsgemäße Ausnehmung 50a aufweist, in der die erste Oberfläche der Trägerschicht 20 freigelegt ist und ein Bauteil 60 mit der Trägerschicht 20 über Kontaktelemente 70a in elektrischem Kontakt steht. Eine zweite Ausnehmung 50b sieht ebenso eine freigelegte Kontaktfläche der ersten Oberfläche der Trägerschicht 20 vor, wobei in dem Abschnitt 50b ein Blechab- schnitt 80 auf die Trägerschicht 20 aufgepresst ist. Der Blechabschnitt 80 war während des Herstellungsvorgangs ein Stanzgitter und wurde von dem Rest des Stanzgitters, insbesondere von einem Stanzrahmen, während der Herstellung getrennt. Die Verdrahtungsschicht 40 weist ebenso Unterbrechungen auf, wobei diese zur Strukturierung und somit zur Ausbildung von Leiterbahnen und Kontaktpads in der Verdrahtungsschicht dienen.FIG. 1 shows a circuit module with a substrate 10, which provides a metal carrier layer 20, an electrically insulating insulating layer 30 and an electrically conductive wiring layer 40, by patterning conductor tracks and / or pads or electrical contact surfaces (not shown). The carrier layer 20 is continuous, whereas the overlying insulating layer 30 has a first recess 50a according to the invention, in which the first surface of the carrier layer 20 is exposed and a component 60 is in electrical contact with the carrier layer 20 via contact elements 70a. A second recess 50b also provides an exposed contact surface of the first surface of the carrier layer 20, wherein in the portion 50b, a sheet metal section 80 is pressed onto the carrier layer 20. Sheet metal section 80 was a stamped grid during the manufacturing process and was separated from the remainder of the stamped grid, particularly a stamped frame, during manufacture. The wiring layer 40 also has interruptions, which serve for structuring and thus for the formation of printed conductors and contact pads in the wiring layer.
Während das mit der Trägerschicht 20 verbundene Bauelement 60 in der ersten Kontaktebene angeordnet ist, ist ein zweites Bauelement 62 mit der zweiten Kontaktebene verbunden, die von der Verdrahtungsschicht 40 gebildet wird. Hierzu weist das Bauteil 62 wie auch Bauteil 60 Kontaktflächen 64a, b auf, die mit zwei verschiedenen Kontaktpads oder Leiterbahnen der Verdrahtungsschicht 40 in Kontakt stehen. Das Bauteil 60 weist im Vergleich zum Bauteil 62 eine durchgängige Kontaktfläche 70a auf, so dass im Gegensatz zu Bauteil 62 nur ein Kontaktübergang realisiert wird, wobei jedoch durch die durchgängige Fläche und den relativ großen Flächeninhalt ein Wärmeübergang mit geringem Widerstand zwischen Bauteil 60 und Trägerschicht 20 vorgesehen wird, um einen guten Wärmetrans- port zu ermöglichen. Die in der Figur 1 dargestellten Kontaktflächen 64a, b, 70a schließen nicht mit dem äußeren Umfang des entsprechenden Bauelements ab, wobei in einem nicht dargestellten Beispiel die Kontaktflächen mit den Kanten der Bauteilunterseite, d. h. der zum Substrat hingerichteten Bauteiloberfläche, abschließen. Somit bildet die Kontaktfläche 70a eine erste Kontaktebene, zusammen mit der Trägerschicht 20, die Kontaktelemen- te 64a, b eine zweite Kontaktebene mit der Verdrahtungsschicht 40, wobei obere Kontaktflächen 66a, b, c, zusammen mit Bondingdrähten 68a, b eine dritte Kontaktebene vorsehen. Prinzipiell kann eine Bondingverbindung zwischen zwei Bauelementen vorgesehen werden, wie es mit den Kontaktflächen 66a, b und dem Bondingdraht 68a beispielhaft dargestellt ist. Ferner kann die Bondingverbindung auch zwischen einer Kontaktfläche eines Bauelements und der zweiten Kontaktebene (Verdrahtungsschicht 40) vorgesehen werden, wie es in Figur 1 beispielhaft durch die Kontaktfläche 66c, den Bondingdraht 68b und das Kontakt- pad 42 der Verdrahtungsschicht 40 dargestellt ist. Die Bondingverbindung wird durch Aufpressen von Drähten aus (weichem) Metall auf die Kontaktfläche hergestellt, d. h. bei- spielsweise durch Aufpressen von Aluminium oder Golddrähten auf die jeweiligen Kontaktflächen bzw. auf das Kontaktpad der Verdrahtungsschicht 40. Eine weitere, nicht dargestellte Möglichkeit der Bondingverbindung ist die Verbindung zwischen einer oberen Kontaktfläche eines Bauteils, die auf der von dem Substrat abgewandten Seite eines Bauteils vorgesehen ist, und der Trägerschicht 20. Hierzu wird eine erfmdungsgemäße Ausnehmung in der Isolationsschicht 36 sowie in der Verdrahtungsschicht 40 vorgesehen, um dort die erste Oberfläche der Trägerschicht 20 freizulegen, und um beispielsweise durch Aufpressen von Bondingdrähten auf die Trägerschicht 20 eine elektrische Verbindung mit der Trägerschicht 20 vorzusehen. Grundsätzlich kann neben der oben beschriebenen Anbindung von Bauelementen durch Bondingverbindungen mit Kontaktflächen von Bauelementen auch eine An- Schlussverbindung mit der Trägerschicht 20 oder mit der Verdrahtungsschicht 40 durch eine Bondingverbindung vorgesehen werden. Wenn beispielsweise ein Kontaktpad der Verdrahtungsschicht 40 oder die Trägerschicht 20 kontaktiert werden soll, werden Bondingverbindungen eingesetzt, vorzugsweise mit einem stärkeren Drahtdurchmesser, und mit einer Mehrzahl von Drähten, um einen hohen Stromübergang zu ermöglichen. Eine derartige Verbindung kann beispielsweise an der Stelle von Figur 1 vorgesehen werden, an der der Blechabschnitt 80 die Trägerschicht 20 kontaktiert, oder kann dort vorgesehen werden, wo in Figur 1 ein weiterer Blechabschnitt 82 ein von der Verdrahtungsschicht 40 ausgebildetes Kontaktpad kontaktiert. Ein Kontaktpad der Verdrahtungsschicht 40 (oder der Verdrahtungsschichten) kann über einen oder mehrere Bondingdrähte mit einem weiteren Kontakt- päd einer Verdrahtungsschicht 40 oder mit der Trägerschicht 20 (an einer freigelegten Stelle) verbunden sein.While the device 60 connected to the carrier layer 20 is arranged in the first contact plane, a second device 62 is connected to the second contact plane, which is formed by the wiring layer 40. For this purpose, the component 62 as well as the component 60 contact surfaces 64a, b, which are in contact with two different contact pads or conductor tracks of the wiring layer 40. Compared to component 62, component 60 has a continuous contact surface 70a, so that, in contrast to component 62, only one contact transition is realized, but due to the continuous surface and the relatively large surface area, a heat transfer with low resistance between component 60 and carrier layer 20 is provided to allow a good heat transfer. The contact surfaces 64a, b, 70a shown in FIG. 1 do not terminate with the outer circumference of the corresponding component, wherein in an example, not shown, the contact surfaces terminate with the edges of the component underside, ie the component surface exposed to the substrate. Thus, the contact surface 70a forms a first contact plane, together with the carrier layer 20, the Kontaktelemen- 64a, b, a second contact plane with the wiring layer 40, wherein upper contact surfaces 66a, b, c, together with bonding wires 68a, b provide a third contact plane. In principle, a bonding connection between two components can be provided, as exemplified by the contact surfaces 66a, b and the bonding wire 68a. Furthermore, the bonding connection can also be provided between a contact area of a component and the second contact level (wiring layer 40), as illustrated in FIG. 1 by way of example by the contact area 66c, the bonding wire 68b and the contact pad 42 of the wiring layer 40. The bonding connection is produced by pressing wires of (soft) metal onto the contact surface, ie, for example, by pressing aluminum or gold wires onto the respective contact surfaces or onto the contact pad of the wiring layer 40. Another possibility, not shown, of the bonding connection is the Connection between an upper contact surface of a component, which is provided on the side facing away from the substrate of a component, and the carrier layer 20. For this purpose, a erfmdungsgemäße recess in the insulating layer 36 and in the wiring layer 40 is provided to there the first surface of the carrier layer 20th expose, and for example by pressing bonding wires on the support layer 20 to provide an electrical connection to the carrier layer 20. In principle, in addition to the above-described connection of components by bonding connections with contact surfaces of components, it is also possible to provide a connection to the carrier layer 20 or to the wiring layer 40 by means of a bonding connection. For example, when a contact pad of the wiring layer 40 or the support layer 20 is to be contacted, bonding connections are used, preferably with a larger wire diameter, and with a plurality of wires to allow a high current transition. Such a connection can be provided, for example, at the location of FIG. 1, at which the sheet metal section 80 contacts the carrier layer 20, or can be provided where, in FIG. 1, a further sheet metal section 82 contacts a contact pad formed by the wiring layer 40. A contact pad of the wiring layer 40 (or the wiring layers) may be connected via one or more bonding wires to another contact pad of a wiring layer 40 or to the support layer 20 (at an exposed location).
In der Figur 1 ist ferner ein Kühlkörper 90 dargestellt, der über eine Wärme übertragende Verbindung, beispielsweise eine elektrisch isolierende Wärme übertragende Folie oder iso- lierende Wärmeleitpaste 92 mit einer zweiten Oberfläche der Trägerschicht 20 verbunden ist, die der ersten Oberfläche entgegengesetzt ist. Die zweite Oberfläche der Trägerschicht 20 erstreckt sich an der Unterseite des Substrats 10 und somit an der Unterseite der Trägerschicht 20, wohingegen sich die erste Oberfläche auf der Seite der Trägerschicht 20 erstreckt, die zu der Isolationsschicht 30 hingewandt ist. Grundsätzlich sind die in Figur 1 dargestellten Abmessungen nicht maßstabsgetreu sondern zur besseren Darstellung teilweise stark vergrößert. Insbesondere ist die Dicke der Trägerschicht 20 vorzugsweise größer als die Dicke der Isolationsschicht 30 und größer als die Dicke der Verdrahtungsschicht 40. Die jeweiligen Schichtdicken richten sich nach der erwünschten Steifigkeit der Trägerschicht 20, der Durchschlagsfestigkeit der Isolationsschicht 30 und der Strombeaufschlagung in der Verdrahtungsschicht 40. Im Vergleich zu den Bauteilen 60 und 62 ist der Kühlkörper 90 stark verkleinert dargestellt und soll nur symbolhaft eine geeignete Stelle der Wärmeableitung darstellen. Vorzugsweise ist ein Kühlkörper über den Großteil der zweiten Oberfläche mit der Trägerschicht 20 verbunden, insbesondere an Stellen, die Kontaktflächen von Bauteilen (insbesondere von unmittelbar auf der Trägerschicht 20 angeordneten Bauteilen) gegenüberliegen. Die auf dem Substrat 10 befestigten Bauelemente, in Figur 1 beispielhaft mit den Bezugszeichen 60 und 62 dargestellt, können gleich groß oder verschieden groß sein, können auf der zur Trägerschicht 20 hingewandten Seite unterschiedlich große oder gleich große Kontaktflächen aufweisen und können insbesondere in verschiedenem Maße Wärme erzeugen. Vorzugsweise werden diejenigen Bauelemente, welche in starkem Maße im Betrieb Wärme abgeben, mit der Trägerschicht 20 verbunden, beispielsweise MOSFET-Endstufentransistoren oder IGBT- Endstufentransistoren oder Leistungsgleichrichter, wohingegen Bauteile mit geringer Wär- meabgabe wie Kondensatoren oder Spulen vorzugsweise auf einer der Verdrahtungsschichten 40 oder auf der Verdrahtungsschicht 40 befestigt sind. Bauelemente mit starker Wärmeabgabe können ferner zur Verbesserung der Wärmeabstrahlung einen Kühlkörper auf der Seite aufweisen, die der Trägerschicht 20 abgewandt ist, beispielsweise bei Bauteil 60 an der Stelle, an der die Kontaktflächen 66b und c vorgesehen sind, wobei ein Kühlkörperan- Schluss an die Stelle der Kontaktflächen 66b und c tritt. Vorzugsweise wird die gesamte Unterseite von Bauteilen als Kontaktschicht verwendet, so dass die Kontaktflächen von den Außenkanten der Unterseite der Bauteile begrenzt ist.FIG. 1 also shows a heat sink 90, which is connected via a heat-transmitting connection, for example an electrically insulating heat-transferring foil or insulating thermal paste 92, to a second surface of the carrier layer 20, which is opposite to the first surface. The second surface of the carrier layer 20 extends on the underside of the substrate 10 and thus on the underside of the carrier layer 20, whereas the first surface extends on the side of the carrier layer 20, which faces the insulating layer 30. In principle, the dimensions shown in FIG. 1 are not true to scale, but partly greatly enlarged for better illustration. In particular, the thickness of the carrier layer 20 is preferably greater than the thickness of the insulating layer 30 and greater than the thickness of the wiring layer 40. The respective layer thicknesses depend on the desired stiffness of the carrier layer 20, the dielectric strength of the insulating layer 30, and the current loading in the wiring layer 40. Compared to the components 60 and 62, the heat sink 90 is shown greatly reduced and is only symbolically represent a suitable point of heat dissipation. Preferably, a heat sink is connected to the carrier layer 20 over the majority of the second surface, in particular at locations which lie opposite contact surfaces of components (in particular of components arranged directly on the carrier layer 20). The components mounted on the substrate 10, illustrated by the reference numerals 60 and 62 in FIG. 1, may be of the same size or different sizes, may have different sized or equal contact surfaces on the side facing the carrier layer 20, and may in particular heat to varying degrees produce. Preferably, those devices which emit heat to a great extent during operation are connected to the carrier layer 20, for example MOSFET final stage transistors or IGBT output stage transistors or power rectifiers, whereas low heat dissipation components such as capacitors or coils preferably on one of the wiring layers 40 or 40 the wiring layer 40 are attached. Components with high heat output may also have a heat sink on the side facing away from the carrier layer 20, for example, at component 60 at the location where the contact surfaces 66b and c are provided, with a heat sink connection at the location to improve the heat dissipation the contact surfaces 66b and c occurs. Preferably, the entire underside of components is used as a contact layer, so that the contact surfaces of the outer edges of the bottom of the components is limited.
Wenn als Bauelement 60 ein Hochleistungs-MOSFET oder IGBT verwendet wird, so sind die Kontaktflächen 66b und c vorzugsweise nicht gleich groß, sondern diejenige Kontaktfläche, welche den Anoden-, Kathoden-, Emitter- oder Kollektoranschluss darstellt, ist im Vergleich zu der anderen Kontaktfläche deutlich vergrößert. Die kleinere Kontaktfläche entspricht in diesem Fall dem Steueranschluss, d. h. dem Basisanschluss oder dem Gate- anschluss. Dementsprechend sind die Bondingverbindungen zwischen dem Steueranschluss und der Verdrahtungsschicht 20 mit vergleichsweise dünnen Drähten ausgeführt und einer geringen Anzahl von Bondingdrähten, wohingegen die größere Fläche vorzugsweise mit stärkeren Drähten bei einer Bondingverbindung angeschlossen wird, wobei auch vorzugsweise eine höhere Anzahl von Drähten verwendet wird. Bei der Einbindung von Hochleistungsanschlüssen (beispielsweise Anoden-, Kathoden-, Kollektor- oder Emitteranschlüssen) kann somit eine höhere Anzahl von Drähten, beispielsweise mehr als zwei, beispielsweise vier, verwendet werden, die einen stärkeren Drahtdurchmesser aufweisen als Drähte, die zur Anbindung von Steueranschlüssen verwendet werden. Zur Anbindung von Hochleistungsanschlüssen können ferner anstatt Drähten mit kreisförmigem (oder quadratischem) Quer- schnitt auch Drähte bzw. Bleche mit einem lang gestreckten Querschnitt verwendet werden, deren Querschnitt auf Grund der breiten Form einer Vielzahl von stärkeren Bondingdrähten entspricht oder größer als der Gesamtquerschnitt von mehreren Bondingdrähten ist.When a high-performance MOSFET or IGBT is used as the device 60, the contact areas 66b and c are preferably not the same size, but the contact area which represents the anode, cathode, emitter or collector terminal is compared to the other contact area significantly enlarged. In this case, the smaller contact area corresponds to the control connection, ie the base connection or the gate connection. Accordingly, the bonding connections between the control terminal and the wiring layer 20 are made with comparatively thin wires and a small number of bonding wires, whereas the larger area is preferably connected with thicker wires in a bonding connection, also preferably using a higher number of wires. In the integration of high-performance connections (for example, anode, cathode, collector or emitter terminals) Thus, a higher number of wires, for example more than two, for example four, can be used which have a larger wire diameter than wires which are used to connect control terminals. Furthermore, instead of wires with a circular (or square) cross-section, wires or sheets with an elongate cross-section may also be used to connect high-performance connections whose cross-section, due to the broad shape, corresponds to a large number of stronger bonding wires or greater than the total cross-section of several Bonding wires is.
Grundsätzlich kann zur Ausbildung eines erfindungsgemäßen Substrats 10 die Ausnehmung aus den über den Trägerschichten 20 liegenden Schichten herausgefräst oder auf andere Weise entfernt werden, beispielsweise durch Lasern. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführung werden die über der Trägerschicht 20 liegenden Schichten vor der Verbindung (Verklebung/Verpressung) mit der Trägerschicht 20 und vor der Verbindung untereinander mit durch die gesamte Schichtdicke reichende Ausnehmungen versehen, beispielsweise durch Stanzen, Schneiden oder Ähnliches. Dieses Beispiel ist für Schaltungsmodule einsetzbar, bei denen die Verdrahtungsschicht(en) 40 und die Isolationsschicht(en) 30 auch nach dem Vorsehen aller Ausnehmungen zusammenhängend sind, beispielsweise bei Layouts, bei denen die äußere Umrandung der Ausnehmung auch der Fläche entspricht, die entfernt wird, wobei kein Material innerhalb der Umrandung der Ausnehmung verbleibt. Die Ver- drahtungsschichten 40 können mittels Fotolithografie und Ätzen strukturiert werden.In principle, in order to form a substrate 10 according to the invention, the recess can be milled out of the layers lying above the carrier layers 20 or removed in another way, for example by lasing. According to a further exemplary embodiment, the layers lying above the carrier layer 20 are provided with the carrier layer 20 prior to the connection (gluing / pressing) with each other and with recesses extending through the entire layer thickness, for example by punching, cutting or the like. This example is applicable to circuit modules in which the wiring layer (s) 40 and the insulation layer (s) 30 are continuous even after the provision of all the recesses, for example in layouts where the outer periphery of the recess also corresponds to the area being removed , wherein no material remains within the border of the recess. The wiring layers 40 may be patterned by photolithography and etching.
Generell sind erfindungsgemäß passive oder elektrische Bauteile vorgesehen, in der Ausnehmung zumindest zum Teil angeordnet und befestigt zu werden, um dort unmittelbar mit der Trägerschicht 20 elektrisch, mechanisch und Wärme leitend verbunden zu werden. Ne- ben den aufgeführten Bauteilen können auch Kontaktelemente zur elektrischen Kontaktie- rung zumindest zum Teil in der Ausnehmung angeordnet werden. Daher soll erfindungsgemäß als Bauteil eine Komponente verstanden werden, die eine elektrische Funktion aufweist. Die elektrische Funktion kann einfach sein, z.B. Vorsehen eines Steck- oder Lötanschlusses für die Trägerschicht 20, oder kann komplex sein, z.B. Schalten eines starken Stroms, wie es ein MOSFET, Thyristor, TRIAC, oder IGBT vorsieht. In general, according to the invention, passive or electrical components are provided to be arranged and fastened in the recess at least in part, in order to be electrically conductively connected there directly to the carrier layer 20. In addition to the listed components, contact elements for electrical contacting can also be arranged at least partially in the recess. Therefore, according to the invention, a component is to be understood as a component which has an electrical function. The electrical function may be simple, e.g. Providing a mating or soldering terminal for the backing layer 20, or may be complex, e.g. Switching a strong current, as it provides a MOSFET, thyristor, TRIAC, or IGBT.

Claims

Ansprüche claims
1. Schaltungsmodul zur Verbindung von Bauteilen (60, 62), die zur Befestigung auf einem Substrat (10) vorgesehen sind, wobei das Substrat (10) umfasst: eine Trägerschicht (20) aus Metall mit einer ersten Oberfläche, wobei auf ersten Oberfläche ein unmittelbar an die Trägerschicht (20) angrenzende erste Isolationsschicht (30) angeordnet ist, und eine unmittelbar an die erste Isolationsschicht (30) angrenzende erste Verdrahtungsschicht (40), die elektrisch leitet und auf der ersten Isolationsschicht (30) angeordnet ist, wobei das Substrat (10) eine erste Kontaktebene umfasst, die entlang der ersten Oberfläche verläuft; und zumindest eine Ausnehmung (50a, b) in der Isolationsschicht (30) und der Verdrahtungsschicht vorgesehen ist, die eingerichtet ist, zumindest ein Bauteil (60; 62) oder Kontaktelement aufzunehmen, und die Trägerschicht (20) eingerichtet ist, das zumin- dest eine Bauteil (60; 62) in der ersten Kontaktebene mit der Trägerschicht (20) unmittelbar elektrisch zu verbinden.A circuit module for connecting components (60, 62) provided for attachment to a substrate (10), the substrate (10) comprising: a metal support layer (20) having a first surface, wherein on the first surface directly adjacent to the carrier layer (20) adjacent first insulating layer (30) is disposed, and a directly to the first insulating layer (30) adjacent the first wiring layer (40) which electrically conducts and is disposed on the first insulating layer (30), wherein the substrate (10) comprises a first contact plane extending along the first surface; and at least one recess (50a, b) is provided in the insulating layer (30) and the wiring layer configured to receive at least one component (60; 62) or contact element, and the carrier layer (20) is at least a component (60; 62) in the first contact plane with the carrier layer (20) to connect directly electrically.
2. Schaltungsmodul nach Anspruch 1, die ferner eine zweite Isolationsschicht und eine zweite Verdrahtungsschicht umfasst, wobei auf der ersten Verdrahtungsschicht (40) ei- ne zweite Isolationsschicht (30) angeordnet ist, die unmittelbar an die ersten Verdrahtungsschicht (40) angrenzt, und auf der zweiten Isolationsschicht (30) die zweite Verdrahtungsschicht 40) angeordnet ist, die unmittelbar an die zweite Isolationsschicht (30) angrenzt.2. The circuit module according to claim 1, further comprising a second insulation layer and a second wiring layer, wherein on the first wiring layer, a second insulation layer is disposed, which directly adjoins the first wiring layer, and the second insulation layer (30) the second wiring layer 40) is arranged, which directly adjacent to the second insulation layer (30).
3. Schaltungsmodul nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich die zumindest eine Ausnehmung (50a, b) durch alle Isolationsschichten (30) und Verdrahtungsschichten (40) des Schaltungsmoduls hindurch erstreckt, wobei das Schaltungsmodul die Bauteile (60, 62) umfasst und zumindest eines der Bauteile (60; 62) in der zumindest einen Ausnehmung (50a, b) angeordnet ist und in der Ausnehmung (50a, b) mit der Trägerschicht (20) un- mittelbar elektrisch verbunden ist.3. The circuit module according to claim 1, wherein the at least one recess extends through all of the insulation layers and wiring layers of the circuit module, the circuit module comprising the components and at least one of the components of the components (60; 62) is arranged in the at least one recess (50a, b) and is directly electrically connected to the carrier layer (20) in the recess (50a, b).
4. Schaltungsmodul nach einen der vorangehenden Ansprüche, wobei die Bauteile Kontaktflächen (70a; 64a,b) umfassen, sich in einer Ebene erstrecken und zumindest eines der Bauteile über die Kontaktflächen (70a) an der Trägerschicht (20) befestigt ist, wo- bei die Kontaktflächen (70a) eine unmittelbare elektrische Verbindung zwischen dem jeweiligen Bauteil (60; 62) und der Trägerschicht (20) vorsehen, oder die Kontaktflächen (64a,b) eine unmittelbare elektrische Verbindung zwischen dem Bauteil (60; 62) und der ersten Verdrahtungsschicht (40) in einer zweiten Kontaktebene vorsehen, die entlang der ersten Verdrahtungsschicht (40) verläuft. 4. The circuit module according to claim 1, wherein the components comprise contact surfaces (70a; 64a, b), extend in a plane, and at least one of the components is fastened to the carrier layer (20) via the contact surfaces (70a) the contact surfaces (70a) provide a direct electrical connection between the respective component (60; 62) and the carrier layer (20), or the contact surfaces (64a, b) provide a direct electrical connection between the component (60; 62) and the first wiring layer (40) in a second contact plane extending along the first wiring layer (40).
5. Schaltungsmodul nach einen der vorangehenden Ansprüche, wobei die Trägerschicht (20) aus einem Material vorgesehen ist, das umfasst: Kupfer, Aluminium, Stahl, oder eine Kombination hiervon; die Isolationsschicht (30) aus einem Material vorgesehen ist, das umfasst: ein Dielektrikum, ein dielektrisches Polymer, ein Epoxydharz, ein faserverstärktes Polymer, ein Hartpapiermaterial, ein Keramikmaterial, einem Wärme leitenden Material oder eine Kombination hiervon; und die Verdrahtungsschicht (40) umfasst: eine Kupferschicht, eine einseitig verzinnte Kupferschicht, ein Metallblech, oder eine Kombination hiervon, wobei das Substrat (10) ein IMS-Substrat (10) oder ein anderes Vielfachlagen-Substrat (10) umfasst.5. The circuit module of claim 1, wherein the carrier layer is provided of a material comprising: copper, aluminum, steel, or a combination thereof; the insulating layer (30) is made of a material comprising: a dielectric, a dielectric polymer, an epoxy resin, a fiber reinforced polymer, a hard paper material, a ceramic material, a heat conductive material, or a combination thereof; and the wiring layer (40) comprises: a copper layer, a tinned copper layer, a metal sheet, or a combination thereof, wherein the substrate (10) comprises an IMS substrate (10) or other multilayer substrate (10).
6. Schaltungsmodul nach einen der vorangehenden Ansprüche, wobei die Bauteile (60, 62) elektrische oder elektronische Bauteile sind und umfassen: zumindest einen MOSFET, zumindest einen IGBT, zumindest einen Shunt, zumindest einen Kondensa- tor, zumindest einen Keramikkondensator, zumindest eine Induktivität, zumindest ein unverpacktes Bauelement, zumindest ein verpacktes Bauelement, und/oder zumindest ein gekühltes Bauelement, das mittels einer Lötverbindung, Klebeverbindung, Niedertemperatur-Sinterverbindung mit einem zugehörigen Kühlkörper verbunden ist, wobei zumindest eines der Bauteile als Leistungs-Bauteil (60; 62) ausgelegt ist, zumindest ei- nes der Bauteile ein oberflächenmontiertes Bauteil (60; 62) ist, zumindest eines der6. Circuit module according to one of the preceding claims, wherein the components (60, 62) are electrical or electronic components and comprise: at least one MOSFET, at least one IGBT, at least one shunt, at least one capacitor, at least one ceramic capacitor, at least one inductor at least one unpackaged component, at least one packaged component, and / or at least one cooled component connected to an associated heat sink by means of a solder joint, adhesive bond, low-temperature sintered connection, at least one of the components being a power component (60, 62). at least one of the components is a surface-mounted component (60; 62), at least one of the components
Bauteile unmittelbar über eine Lötverbindung, Klebeverbindung, oder eine Niedertemperatur-Sinterverbindung mit der Trägerschicht (20) oder der unmittelbar unter dem Bauteil (60; 62) vorgesehenen Verdrahtungsschicht (40) in elektrischem Kontakt steht, oder zumindest eines der Bauteile unmittelbar über eine von dem Substrat (10) weg weisenden Oberfläche des Bauteils mittels einer Bond- Verbindung (68a, b) oder Lötbrücke mit der Trägerschicht (20) oder der Verdrahtungsschicht (40) elektrisch verbunden ist.Components directly via a solder joint, adhesive bond, or a low-temperature sintered connection with the support layer (20) or immediately below the component (60; 62) provided wiring layer (40) is in electrical contact, or at least one of the components directly via one of the Substrate (10) facing away surface of the component by means of a bonding connection (68 a, b) or solder bridge to the carrier layer (20) or the wiring layer (40) is electrically connected.
7. Schaltungsmodul nach einem der vorangehende Ansprüche, wobei die Trägerschicht (20) eine zweite Oberfläche umfasst, die der ersten Oberfläche entgegengesetzt ist, und das Schaltungsmodul eine Wärmesenke (90), die mit der zweiten Oberfläche wärmeübertragend verbunden ist, oder einen Wärme leitenden Flächenkontakt (92), der zumindest einen Teil der zweiten Oberfläche bildet, umfasst.7. The circuit module of claim 1, wherein the carrier layer comprises a second surface opposing the first surface, and the circuit module includes a heat sink connected to the second surface to transmit heat or a surface contact that conducts heat (92) forming at least part of the second surface.
8. Schaltungsmodul nach einem der vorangehende Ansprüche, das ferner zumindest einen Blechabschnitt (80, 82) der aus beschichtetem oder unbeschichtetem Stahlblech, Kupferblech, Messingblech oder Metallblech besteht und der mit der Trägerschicht (20) oder einer von der Trägerschicht (20) weg weisenden Oberfläche der Verdrahtungsschicht (40) über eine Aufpresskontaktierung verbunden ist. 8. The circuit module according to one of the preceding claims, which further comprises at least one sheet metal section (80, 82) made of coated or uncoated steel sheet, copper sheet, brass sheet or metal sheet and with the carrier layer (20) or one of the carrier layer (20) facing away Surface of the wiring layer (40) is connected via a Aufpresskontaktierung.
9. Schaltungsmodul nach einem der vorangehende Ansprüche, wobei die Bauteile (60, 62) mindestens zwei MOSFET-Paare umfassen, wobei jedes MOSFET-Paar zwei über eine serielle Verbindung verbundene Leistungs-MO SFETs umfasst, die Leistungs- MOSFETs jedes Paars unterschiedlichen Spannungshalbwellen zugeordnet sind, und die serielle Verbindung eine Anzapfung umfasst, die einen Pol einer symmetrischen Spannungsversorgung bildet.A circuit module as claimed in any one of the preceding claims, wherein the components (60,62) comprise at least two pairs of MOSFETs, each pair of MOSFETs comprising two serial connected power MOS SFETs, each of which power MOSFETs associated with different voltage half cycles and the serial connection comprises a tap forming a pole of a balanced power supply.
10. Verfahren zum Herstellen einer Substrat basierten Schaltung, umfassend: Vorsehen eines Substrats (10) mit einer Trägerschicht (20) aus Metall, auf der unmittelbar eine elektrisch isolierenden Isolationsschicht (30) angeordnet ist, wobei eine elektrisch leitende Verdrahtungsschicht des Substrats (10) unmittelbar auf der Isolationsschicht (30) vorgehen ist; Vorsehen einer Ausnehmung (50a, b), die sich über die gesamte Dicke der Isolations- schicht (30) und der Verdrahtungsschicht (40) erstreckt durch Entfernen eines Flächenabschnitts der Verdrahtungsschicht (40) und eines Flächenabschnitts der Isolationsschicht (30);10. A method for producing a substrate-based circuit, comprising: providing a substrate (10) with a metal carrier layer (20) on which an electrically insulating insulating layer (30) is directly arranged, wherein an electrically conductive wiring layer of the substrate (10) proceed directly on the insulating layer (30); Providing a recess (50a, b) extending across the entire thickness of the insulating layer (30) and the wiring layer (40) by removing a surface portion of the wiring layer (40) and a surface portion of the insulating layer (30);
Anordnen mindestens eines elektrischen oder elektronischen Bauteils (60, 62) in der Ausnehmung (50a, b); und Befestigen des Bauteils (60, 62) auf der Trägerschicht (20) durch unmittelbares elektrisches Verbinden eines Flächenkontakts (70a) des Bauteils mit einem Oberflächenabschnitt der Trägerschicht (20), der durch das Entfernen freigelegt wurde. Arranging at least one electrical or electronic component (60, 62) in the recess (50a, b); and mounting the component (60, 62) on the carrier layer (20) by electrically electrically connecting a surface contact (70a) of the component to a surface portion of the carrier layer (20) that has been exposed by the removal.
EP09737966A 2008-04-28 2009-04-02 Substrate-mounted circuit module comprising components in a plurality of contact planes Withdrawn EP2272090A2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200810001414 DE102008001414A1 (en) 2008-04-28 2008-04-28 Substrate circuit module with components in multiple contacting levels
PCT/EP2009/053914 WO2009132922A2 (en) 2008-04-28 2009-04-02 Substrate-mounted circuit module comprising components in a plurality of contact planes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2272090A2 true EP2272090A2 (en) 2011-01-12

Family

ID=40718836

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP09737966A Withdrawn EP2272090A2 (en) 2008-04-28 2009-04-02 Substrate-mounted circuit module comprising components in a plurality of contact planes

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20110100681A1 (en)
EP (1) EP2272090A2 (en)
CN (1) CN102017135B (en)
DE (1) DE102008001414A1 (en)
WO (1) WO2009132922A2 (en)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7847375B2 (en) 2008-08-05 2010-12-07 Infineon Technologies Ag Electronic device and method of manufacturing same
DE102010034143A1 (en) 2010-08-12 2012-02-16 Thomas Hofmann Carrier for fastening electrical and electronic components i.e. power LEDs, has second metal film contacted at bottom of recess, where lateral dimension of recess is large than thickness of insulation layer
JP5579234B2 (en) * 2012-08-30 2014-08-27 三菱電機株式会社 Electronic circuit component cooling structure and inverter device using the same
US8872328B2 (en) 2012-12-19 2014-10-28 General Electric Company Integrated power module package
DE102013214899B4 (en) 2013-07-30 2023-11-16 Valeo Eautomotive Germany Gmbh Power electronics arrangement
JP2015076442A (en) * 2013-10-07 2015-04-20 ローム株式会社 Power module and manufacturing method of the same
DE102014000126A1 (en) * 2014-01-13 2015-07-16 Auto-Kabel Management Gmbh Printed circuit board, circuit and method for producing a circuit
EP3018710B1 (en) * 2014-11-10 2020-08-05 Nxp B.V. Arrangement of semiconductor dies
WO2017154696A1 (en) * 2016-03-10 2017-09-14 株式会社オートネットワーク技術研究所 Circuit assembly
TWI650843B (en) * 2016-04-29 2019-02-11 台達電子工業股份有限公司 Substrate, power module package, and method of manufacturing patterned insulating metal substrate
US9960127B2 (en) * 2016-05-18 2018-05-01 Macom Technology Solutions Holdings, Inc. High-power amplifier package
US10134658B2 (en) 2016-08-10 2018-11-20 Macom Technology Solutions Holdings, Inc. High power transistors
JP6769646B2 (en) * 2016-11-22 2020-10-14 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 Semiconductor device
JP2018195717A (en) * 2017-05-17 2018-12-06 富士電機株式会社 Semiconductor module, semiconductor module base plate and semiconductor device manufacturing method
JP6852649B2 (en) * 2017-10-24 2021-03-31 株式会社オートネットワーク技術研究所 Circuit structure and manufacturing method of circuit structure
EP3629687A1 (en) * 2018-09-26 2020-04-01 Siemens Aktiengesellschaft Method for mounting an electrical device
CN111341750B (en) * 2018-12-19 2024-03-01 奥特斯奥地利科技与***技术有限公司 Component carrier comprising an electrically conductive base structure and method of manufacture
CN114927485A (en) * 2022-04-29 2022-08-19 杭州阔博科技有限公司 Electric conduction, heat storage and heat transfer method for components

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5328079A (en) * 1993-03-19 1994-07-12 National Semiconductor Corporation Method of and arrangement for bond wire connecting together certain integrated circuit components
WO1995010853A1 (en) * 1993-10-12 1995-04-20 Olin Corporation Edge connectable metal package
DE19714470A1 (en) * 1996-06-07 1997-12-11 Hewlett Packard Co Multichip interconnection for multichip module containing programmable logic component
US20020149102A1 (en) * 2000-11-15 2002-10-17 Conexant Systems, Inc. Structure and method for fabrication of a leadless multi-die carrier
DE102004027186B3 (en) * 2004-06-03 2005-10-20 Eupec Gmbh & Co Kg Control circuit with MOSFET's and diodes is placed in orientation magnetic field and has crossed and cross-connected auxiliary emitter conductor and gate conductors with connectors in central portion
US20050287701A1 (en) * 2004-06-29 2005-12-29 Advanced Semiconductor Engineering, Inc. Leadframe for a multi-chip package and method for manufacturing the same

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4993148A (en) * 1987-05-19 1991-02-19 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Method of manufacturing a circuit board
JPH0812801B2 (en) * 1988-01-11 1996-02-07 株式会社日立製作所 Hybrid IC substrate, hybrid IC using the same, and apparatus therefor
KR100307465B1 (en) * 1992-10-20 2001-12-15 야기 추구오 Power module
JP3051011B2 (en) * 1993-11-18 2000-06-12 株式会社東芝 Power module
JPH0955459A (en) * 1995-06-06 1997-02-25 Seiko Epson Corp Semiconductor device
JP3540471B2 (en) * 1995-11-30 2004-07-07 三菱電機株式会社 Semiconductor module
US6323549B1 (en) * 1996-08-29 2001-11-27 L. Pierre deRochemont Ceramic composite wiring structures for semiconductor devices and method of manufacture
EP0948879A4 (en) * 1996-12-30 2003-08-27 Derochemont L Pierre Doing Bus Ceramic composite wiring structures for semiconductor devices and method of manufacture
US6166464A (en) 1998-08-24 2000-12-26 International Rectifier Corp. Power module
US5999415A (en) * 1998-11-18 1999-12-07 Vlsi Technology, Inc. BGA package using PCB and tape in a die-down configuration
FR2801763B1 (en) * 1999-11-30 2002-02-15 Sagem ELECTRONIC POWER MODULE AND METHOD FOR MANUFACTURING SUCH A MODULE
DE10038092A1 (en) 2000-08-04 2002-02-14 Bosch Gmbh Robert Method for the electrical connection of a semiconductor component to an electrical assembly
JP4756200B2 (en) * 2000-09-04 2011-08-24 Ｄｏｗａメタルテック株式会社 Metal ceramic circuit board
KR100432715B1 (en) * 2001-07-18 2004-05-24 엘지전자 주식회사 Manufacturing method of PCB, PCB and package thereby
US6633005B2 (en) * 2001-10-22 2003-10-14 Micro Mobio Corporation Multilayer RF amplifier module
US7745930B2 (en) * 2005-04-25 2010-06-29 International Rectifier Corporation Semiconductor device packages with substrates for redistributing semiconductor device electrodes
JP2007158279A (en) * 2005-12-09 2007-06-21 Hitachi Ltd Semiconductor device and electronic controller using the same
JP2007305962A (en) * 2006-05-12 2007-11-22 Honda Motor Co Ltd Power semiconductor module

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5328079A (en) * 1993-03-19 1994-07-12 National Semiconductor Corporation Method of and arrangement for bond wire connecting together certain integrated circuit components
WO1995010853A1 (en) * 1993-10-12 1995-04-20 Olin Corporation Edge connectable metal package
DE19714470A1 (en) * 1996-06-07 1997-12-11 Hewlett Packard Co Multichip interconnection for multichip module containing programmable logic component
US20020149102A1 (en) * 2000-11-15 2002-10-17 Conexant Systems, Inc. Structure and method for fabrication of a leadless multi-die carrier
DE102004027186B3 (en) * 2004-06-03 2005-10-20 Eupec Gmbh & Co Kg Control circuit with MOSFET's and diodes is placed in orientation magnetic field and has crossed and cross-connected auxiliary emitter conductor and gate conductors with connectors in central portion
US20050287701A1 (en) * 2004-06-29 2005-12-29 Advanced Semiconductor Engineering, Inc. Leadframe for a multi-chip package and method for manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
CN102017135B (en) 2014-08-06
US20110100681A1 (en) 2011-05-05
WO2009132922A3 (en) 2009-12-30
WO2009132922A2 (en) 2009-11-05
CN102017135A (en) 2011-04-13
DE102008001414A1 (en) 2009-10-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2272090A2 (en) Substrate-mounted circuit module comprising components in a plurality of contact planes
DE19617055C1 (en) High-density multilayer prepreg semiconductor power module
DE102005036116B4 (en) The power semiconductor module
DE10306643B4 (en) Arrangement in pressure contact with a power semiconductor module
EP1062698A1 (en) Electronic semiconductor module
DE102011088218B4 (en) Electronic power module with thermal coupling layers to a cooling element and method of manufacture
DE10393437T5 (en) Semiconductor device assembly
EP2019429A1 (en) Module with an electronic component electrically connected between two substrates, in particular DCB ceramic substrates, and production method thereof
DE102018104972B4 (en) Printed circuit board element with an integrated electronic switching element, power converter and method for producing a printed circuit board element
DE102011080153A1 (en) Power semiconductor module for use at outer wall of motor, has component or contact surface exhibiting direct connection with one substrate and arranged between respective substrates and metallization layer that is attached on substrates
DE102004019443B3 (en) Power module has passive semiconductor chip arranged above active semiconductor chip on second film in close contact with surfaces of planar conducting tracks and first film of insulating material with planar conducting tracks
DE102014010373A1 (en) Electronic module for a motor vehicle
WO2009016039A1 (en) Electronic module having at least one component, particularly a semiconductor component, and method for the production thereof
DE102016214607B4 (en) Electronic module and method for its manufacture
EP2195832A1 (en) Method for the production and contacting of electronic components by means of a substrate plate, particularly a dcb ceramic substrate plate
DE102017120747A1 (en) SMD housing with topside cooling
EP3529832B1 (en) Power module
WO2017093116A1 (en) Electronic power module
WO2021069324A1 (en) Electronic assembly, in particular for electric vehicles or hybrid vehicles
DE10217214B4 (en) Cooling arrangement for a circuit arrangement
WO2007080027A1 (en) Arrangement for cooling power components on printed circuit boards and method for producing the same
DE102008040290A1 (en) Hybrid circuit structure for use in automotive-area, has low-current substrate for carrying low current components, and power substrate comprising front side with contact surface section, where low-current substrate is fastened to section
DE102004043276A1 (en) Electrical switching arrangement comprises electrical and/or electronic components and strip conductors arranged on a supporting substrate consisting of a metal part and an insulating part
DE102022109792B4 (en) Power semiconductor module
DE102022211788A1 (en) Power module

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20101129

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO SE SI SK TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL BA RS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20110413

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20180724