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▶ ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツングの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6570645
(24)【登録日】2019年8月16日
(45)【発行日】2019年9月4日
(54)【発明の名称】回路担体、及び、回路担体を製造する方法
(51)【国際特許分類】
H05K 1/02 20060101AFI20190826BHJP
H05K 3/32 20060101ALI20190826BHJP
H05K 3/46 20060101ALI20190826BHJP
【ＦＩ】
H05K1/02 Q
H05K1/02 C
H05K3/32 Z
H05K3/46 H
【請求項の数】8
【全頁数】8
(21)【出願番号】特願2017-542030(P2017-542030)
(86)(22)【出願日】2015年12月21日
(65)【公表番号】特表2018-510501(P2018-510501A)
(43)【公表日】2018年4月12日
(86)【国際出願番号】EP2015080712
(87)【国際公開番号】WO2016128096
(87)【国際公開日】20160818
【審査請求日】2017年8月10日
(31)【優先権主張番号】102015202669.8
(32)【優先日】2015年2月13日
(33)【優先権主張国】DE
(73)【特許権者】
【識別番号】390023711
【氏名又は名称】ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング
【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ
(74)【代理人】
【識別番号】100114890
【弁理士】
【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト
(74)【代理人】
【識別番号】100098501
【弁理士】
【氏名又は名称】森田 拓
(74)【代理人】
【識別番号】100116403
【弁理士】
【氏名又は名称】前川 純一
(74)【代理人】
【識別番号】100135633
【弁理士】
【氏名又は名称】二宮 浩康
(74)【代理人】
【識別番号】100162880
【弁理士】
【氏名又は名称】上島 類
(72)【発明者】
【氏名】ハルン ビュユクゲーツ
(72)【発明者】
【氏名】ローラント ゲアストナー
(72)【発明者】
【氏名】ヨーゼフ ヴェーバー
【審査官】
馬場 慎
(56)【参考文献】
【文献】
特公昭５７−６０７９６（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】
米国特許第５４６５８９８（ＵＳ，Ａ）
【文献】
米国特許出願公開第２００８／０２３０９６３（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０５Ｋ １／０２
Ｈ０５Ｋ １／１１
Ｈ０５Ｋ ３／３２
Ｈ０５Ｋ ３／４０
Ｈ０５Ｋ ３／４６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の無機基板層（１．１）を備える回路担体（１，１Ａ）であって、
前記無機基板層（１．１）は、電気的及び／又は熱的な伝導のために部分的な金属被覆部（１．２，１．３，１．４，１．５，１．６）を有しており、
少なくとも１つの部分的な金属被覆部が、挿入部品（１．２）として形成されており、
前記挿入部品（１．２）は、前記複数の無機基板層（１．１）のうちの１つに穿孔された対応する成形孔（１．７）を充填しており、
さらなる別の少なくとも１つの部分的な金属被覆部（１．３，１．４，１．５）が、少なくとも１つの表面金属被覆部として形成されており、
前記少なくとも１つの表面金属被覆部は、前記複数の無機基板層（１．１）のうちの１つの無機基板層の表側及び／又は裏側に配置されている、
回路担体（１，１Ａ）において、
前記挿入部品（１．２）として形成された前記少なくとも１つの部分的な金属被覆部は、パワー接続部（ＬＫ）として及び／又は高電流伝導部として使用されており、前記パワー接続部（ＬＫ）及び／又は前記高電流伝導部は、２０Ａを上回る電流を前記回路担体（１，１Ａ）の平面に伝導し、かつ、少なくとも１つのパワー半導体（４）に電気的に接触接続されており、
前記表面金属被覆部として形成された前記さらなる別の少なくとも１つの部分的な金属被覆部（１．３，１．４，１．５）は、少なくとも１つの論理回路（３）及び／又はディスクリート部品（５）に電気的に接触接続されている、
ことを特徴とする回路担体（１，１Ａ）。
前記無機基板層（１．１）は、電気的及び／又は熱的な伝導のために部分的な金属被覆部（１．２，１．３，１．４，１．５，１．６）を有しており、
少なくとも１つの部分的な金属被覆部が、挿入部品（１．２）として形成されており、
前記挿入部品（１．２）は、前記複数の無機基板層（１．１）のうちの１つに穿孔された対応する成形孔（１．７）を充填しており、
さらなる別の少なくとも１つの部分的な金属被覆部（１．３，１．４，１．５）が、少なくとも１つの表面金属被覆部として形成されており、
前記少なくとも１つの表面金属被覆部は、前記複数の無機基板層（１．１）のうちの１つの無機基板層の表側及び／又は裏側に配置されている、
回路担体（１，１Ａ）において、
前記挿入部品（１．２）として形成された前記少なくとも１つの部分的な金属被覆部は、パワー接続部（ＬＫ）として及び／又は高電流伝導部として使用されており、前記パワー接続部（ＬＫ）及び／又は前記高電流伝導部は、２０Ａを上回る電流を前記回路担体（１，１Ａ）の平面に伝導し、かつ、少なくとも１つのパワー半導体（４）に電気的に接触接続されており、
前記表面金属被覆部として形成された前記さらなる別の少なくとも１つの部分的な金属被覆部（１．３，１．４，１．５）は、少なくとも１つの論理回路（３）及び／又はディスクリート部品（５）に電気的に接触接続されている、
ことを特徴とする回路担体（１，１Ａ）。
【請求項2】
前記挿入部品（１．２）として形成された前記金属被覆部の厚さは、対応する前記無機基板層（１．１）の厚さに一致する、
請求項１に記載の回路担体。
請求項１に記載の回路担体。
【請求項3】
前記挿入部品（１．２）は、金属及び／又は金属合金からなる、
請求項１又は２に記載の回路担体。
請求項１又は２に記載の回路担体。
【請求項4】
前記挿入部品（１．２）は、銅及び／又は銅合金からなる、
請求項３に記載の回路担体。
請求項３に記載の回路担体。
【請求項5】
前記少なくとも１つの表面金属被覆部は、前記回路担体（１，１Ａ）の表側金属被覆部（１．３）として、及び／又は、裏側金属被覆部（１．４）として、及び／又は、内層金属被覆部（１．５）として、形成されている、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回路担体。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回路担体。
【請求項6】
それぞれ異なる無機基板層（１．１）に形成された金属被覆部（１．２，１．３，１．４，１．５）同士が、少なくとも１つの貫通接続部（１．６）を介して互いに電気的及び／又は熱的に接続されている、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の回路担体。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の回路担体。
【請求項7】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の回路担体（１，１Ａ）を製造する方法であって、
未焼成の原材料層（１．９）を、前記挿入部品（１．２）よりも厚くなるように形成し、
前記複数の無機基板層（１．１）のうちの１つを形成するために、前記未焼成の原材料層（１．９）に、対応する前記挿入部品（１．２）のための少なくとも１つの成形孔（１．７）を穿孔し、
前記挿入部品（１．２）を、前記成形孔（１．７）に挿入し、
前記挿入部品（１．２）の挿入後、前記成形孔（１．７）を充填材料（１．８）によって充填し、
前記原材料層（１．９）を、熱処理工程において前記挿入部品（１．２）及び前記充填材料（１．８）と共に焼成して、前記充填材料（１．８）を前記熱処理工程の実施中に蒸発させ、前記無機基板層（１．１）を形成する、
ことを特徴とする方法。
未焼成の原材料層（１．９）を、前記挿入部品（１．２）よりも厚くなるように形成し、
前記複数の無機基板層（１．１）のうちの１つを形成するために、前記未焼成の原材料層（１．９）に、対応する前記挿入部品（１．２）のための少なくとも１つの成形孔（１．７）を穿孔し、
前記挿入部品（１．２）を、前記成形孔（１．７）に挿入し、
前記挿入部品（１．２）の挿入後、前記成形孔（１．７）を充填材料（１．８）によって充填し、
前記原材料層（１．９）を、熱処理工程において前記挿入部品（１．２）及び前記充填材料（１．８）と共に焼成して、前記充填材料（１．８）を前記熱処理工程の実施中に蒸発させ、前記無機基板層（１．１）を形成する、
ことを特徴とする方法。
【請求項8】
前記熱処理工程を、拘束焼結工程として実施し、
前記拘束焼結工程では、材料収縮が前記原材料層（１．９）の厚さに拘束され、これによって前記無機基板層（１．１）は、前記原材料層（１．９）よりも薄くなる、
請求項７に記載の方法。
前記拘束焼結工程では、材料収縮が前記原材料層（１．９）の厚さに拘束され、これによって前記無機基板層（１．１）は、前記原材料層（１．９）よりも薄くなる、
請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、独立請求項１の上位概念に記載の回路担体と、独立請求項８の上位概念に記載の回路担体を製造する方法とに関する。
【背景技術】
【0002】
例えば低温同時焼成セラミックス（ＬＴＣＣ）のような無機回路担体は、主として論理回路のための回路担体として、及び、比較的低スイッチング性能のための回路担体として、高温（最高で約３００℃）で使用するために利用される。スイッチングすべき電流が２０Ａを上回るような高電流の場合、局所的な自己発熱を小さくするために、１乃至２０μｍ（部分的には最大で１００μｍ）の範囲の一般的な層厚である場合には、非常に幅広の導体路が形成される。無機回路担体（例えばＬＴＣＣ技術）の場合には、導体路を形成するために比較的高比抵抗の金属ガラス混合物も使用されることが原因の一部となって、自己発熱が増大する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
基板から外部へと延在する外部接触接続部として電気端子を形成する際には、無機回路担体上の導体路が薄い場合、多くの公知の接続技術を利用することができないという問題が生じる。即ち、例えば溶接が不可能となる。なぜなら、接触接続部には、溶融可能な材料がわずかにしか存在しないからである。
【課題を解決するための手段】
【0004】
発明の開示これに対して、独立請求項１に記載の特徴を有する本発明に係る回路担体は、回路担体の平面において許容され得る面積使用量で、２０Ａを上回る高電流を導くための手段が得られるという利点を有する。さらに有利には、回路担体を外部と接続させるための外部接触接続部において充分な量の金属材料を使用することが可能となり、これによって例えば、接続方法として溶接を使用することが可能となる。
【0005】
本発明の実施形態は、回路担体の１つ又は複数の無機基板層において絶縁材料を切り欠き、この切り欠き部に挿入部品として金属打ち抜き部品及び／又は金属シートを挿入する。次いで、これらの挿入部品を、電気的に接続させることができる。挿入されたこれらの金属路を介して、要求に応じて、高電流を形成すること、及び／又は、高耐久性の外部接触接続部を形成することが可能となる。
【0006】
本発明の実施形態は、複数の無機基板層を備える回路担体であって、前記無機基板層は、電気的及び／又は熱的な伝導のために部分的な金属被覆部を有する、回路担体を提供する。本発明によれば、少なくとも１つの部分的な金属被覆部が、挿入部品として形成されており、前記挿入部品は、前記複数の無機基板層のうちの１つに穿孔された対応する成形孔を充填している。
【0007】
さらには、金属の挿入部品と組み合わせて、複数の無機基板層を有するこのような回路担体を製造する方法が提案される。前記複数の無機基板層のうちの１つを形成するために、未焼成の原材料層に、対応する挿入部品のための少なくとも１つの成形孔が穿孔される。前記挿入部品は、前記成形孔に挿入される。次いで、前記原材料層が、熱処理工程において前記挿入部品と共に焼成されて、前記無機基板層となる。回路担体を製造するために、焼成工程前にこれら複数の無機基板層が上下に重なり合って配置される。
【0008】
従属請求項に記載された手段及び発展形態によって、独立請求項１に記載された回路担体、及び、独立請求項８に記載された回路担体を製造する方法の有利な改善が可能である。
【0009】
特に有利には、前記挿入部品として形成された前記金属被覆部の厚さを、焼成された対応する前記無機基板層の厚さに一致させることができる。これにより、挿入部品として形成された金属被覆部を、対応する無機基板層の表側においても裏側においても、電気的及び／又は熱的に接続させることが可能となる。前記挿入部品は、例えば、金属及び／又は金属合金から、好ましくは銅及び／又は銅合金から形成することができる。前記挿入部品として形成された前記金属被覆部は、例えば、外部接続部として、及び／又は、パワー接続部として使用することができ、これによって、２０Ａをはるかに上回る高電流を流すことも可能となる。これによって、本発明に係る回路担体の実施形態を、車両又は定置設備において、集積論理回路を有する電力出力段のために使用することが可能となる。
【0010】
本発明に係る回路担体の有利な実施形態では、さらなる別の少なくとも１つの部分的な金属被覆部を、表面金属被覆部として形成することができ、前記表面金属被覆部は、前記複数の無機基板層のうちの１つの無機基板層の表側及び／又は裏側に配置されている。この場合には、前記少なくとも１つの表面金属被覆部を、前記回路担体の表側金属被覆部として、及び／又は、裏側金属被覆部として、及び／又は、内層金属被覆部として、形成することができる。これらの表面金属被覆部は、好ましくは、例えば電子的な論理回路において発生し得るような２０Ａをはるかに下回る低電流のために使用される。
【0011】
本発明に係る回路担体のさらなる別の有利な実施形態では、それぞれ異なる無機基板層に形成された金属被覆部同士を、少なくとも１つの貫通接続部を介して互いに電気的及び／又は熱的に接続させることができる。
【0012】
本発明に係る方法の有利な実施形態では、前記原材料層を、前記挿入部品よりも高くなるように形成することができ、前記挿入部品の挿入後、前記成形孔を充填材料によって充填することができ、前記充填材料は、前記熱処理工程の実施中に蒸発する。これによって、有利には、基板層の原材料が挿入部品を超えて流れること、また、有効な接触接続面積が小さくなることを回避することができる。
【0013】
前記熱処理工程は、好ましくは拘束焼結工程として実施することができ、前記拘束焼結工程では、材料収縮が前記原材料層の厚さに拘束され、これによって、前記無機基板層は、前記原材料層よりも薄くなっている。原材料層の厚さは、有利には、焼成工程後の無機基板層の厚さが挿入部品の厚さに一致するように計って定められている。
【0014】
本発明の実施例が図面に図示されており、以下の記載においてより詳細に説明される。図面では、同一又は同等の機能を実施するコンポーネント又は要素には、同一の参照符号が付されている。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本発明に係る回路担体の第１の実施例の概略断面図である。
【図2】本発明に係る回路担体の第２の実施例の概略断面図である。
【図4】成形孔の穿孔後における、本発明に係る回路担体の無機基板層のための原材料層の概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
発明を実施するための形態図１乃至図３から見て取れるように、本発明に係る回路担体１，１Ａの図示の実施例は、それぞれ複数の無機基板層１．１を含み、これらの無機基板層１．１は、電気的及び／又は熱的な伝導のために部分的な金属被覆部１．２，１．３，１．４，１．５，１．６を有する。本発明によれば、少なくとも１つの部分的な金属被覆部が、挿入部品１．２として形成されており、この挿入部品１．２は、複数の無機基板層１．１のうちの１つに穿孔された対応する成形孔１．７を充填している。
【0017】
図１乃至図３に図示された回路担体１，１Ａは、それぞれ、好ましくはＬＴＣＣ基板層として構成されている４つの無機基板層１．１を有する実施例を示す。もちろん、本発明に係る回路基板のこれに代わる実施例が、４つより少ない又は４つより多い無機基板層を含むことも可能である。図示の実施例では、回路担体１，１Ａの上にそれぞれ１つの論理回路３とそれぞれ１つのディスクリート部品５とが配置されている。図１からさらに見て取れるように、本発明に係る回路担体１の第１の実施例は、パワー半導体４をさらに有する。回路担体１，１Ａの上に配置されている素子３，４，５の個数は、一例として理解すべきである。もちろん、本発明に係る回路担体のこれに代わる図示されていない実施例において、回路担体の上に任意の個数の論理回路３及び／又はパワー半導体４及び／又はディスクリート部品５を配置してもよい。論理回路３、パワー半導体４、及び、ディスクリート部品５は、例えばはんだ、接着材、焼結材などのような任意の材料２を用いて回路担体１，１Ａの上に固定させることができ、表側においては、例えばボンディングテープ６、ボンディングワイヤ７、はんだ付けされたリードフレームなどのような任意の表側接続部を介して電気的に接続させることができる。
【0018】
本発明に係る回路担体１，１Ａの図示の実施例は、例えばセラミック、ガラスセラミック、ガラスなどのような複数の絶縁性の無機基板層１．１からなる。これらの無機基板層１．１は、電気的及び熱的な伝導のために部分的に金属被覆されており、より詳細に言えば、回路担体１，１Ａの内層１．５においても、また大多数は表側１．３及び裏側１．４においても、部分的に金属被覆されている。それぞれ異なる無機基板層１．１に配置されているこれらの金属被覆部１．２，１．３，１．４，１．５同士は、貫通接続部１．６を介して互いに電気的及び／又は熱的に接続されている。貫通接続部１．６は、例えば、無機基板層１．１に穿孔された、金属材料によって充填された孔によって実現することができる。
【0019】
図１及び図２からさらに見て取れるように、挿入部品１．２として形成された金属被覆部の厚さは、対応する無機基板層１．１の厚さに一致する。図示の実施例では、挿入部品１．２は、銅からなる。これに代えて、挿入部品を、銅合金から、又は、別の適当な金属及び／又は金属合金から形成してもよい。挿入部品１．２は、回路担体１，１Ａのそれぞれ任意の無機基板層１．１に配置することができ、より詳細に言えば、回路担体１，１Ａの外縁にも、内部領域にも、配置することができる。挿入部品１．２は、電気的及び／又は熱的な伝導のために使用することができる。これに加えて又はこれに代えて、挿入部品１．２の上において、外部接触接続部８、論理回路３、パワー半導体４、又は、ディスクリート部品５を適当な接続方法によって固定して、電気的に接触接続させることも可能である。
【0020】
図１からさらに見て取れるように、本発明に係る回路担体１の図示の第１の実施例では、挿入部品１．２として形成された金属被覆部が、パワー半導体４のためのパワー接続部ＬＫ及び高電流伝導部として使用される。この場合、第１のパワー接続部ＬＫを介してパワー半導体４の裏側接続２が実現されている。パワー半導体４の表側接続は、第２のパワー接続部ＬＫを介して１つのボンディングテープ６によって実現されている。これに代えて、パワー半導体４の表側接続を実現するために、複数のボンディングテープ６及び／又は１つのボンディングワイヤ７及び／又は複数のボンディングワイヤ７及び／又ははんだ付けされたリードフレームを使用することも可能である。
【0021】
図２及び図３からさらに見て取れるように、本発明に係る回路担体１Ａの図示の第２の実施例では、挿入部品１．２として形成された金属被覆部が、回路担体１Ａの外部接触接続部８のための外部接続部ＡＫとして使用される。この場合、外部接触接続部８は、例えば溶接のような適切な接続方法によって、外部接続部ＡＫに接続させることができる。
【0022】
図１乃至図３からさらに見て取れるように、さらなる別の少なくとも１つの部分的な金属被覆部１．３，１．４，１．５が、表面金属被覆部として形成されており、この表面金属被覆部は、複数の無機基板層１．１のうちの１つの無機基板層の表側及び／又は裏側に配置されている。表面金属被覆部は、図示の実施例では、それぞれ回路担体１，１Ａの表側金属被覆部１．３として、又は、裏側金属被覆部１．４として、又は、内層金属被覆部１．５として、形成されている。本発明に係る回路担体１，１Ａの第１の実施例においても、第２の実施例においても、それぞれ表側金属被覆部１．３を介して、論理回路３の裏側接続２が実現されている。論理回路３の表側接続は、さらなる別の表側金属被覆部１．３を介してそれぞれボンディングワイヤ７によって実現されている。ディスクリート部品５は、本発明に係る回路担体１，１Ａの２つの実施例では、それぞれ、２つの表側金属被覆部１．３に接続されている。もちろん、本発明に係る回路担体のこれに代わる実施例が、１つのディスクリート部品５に対して、２つより多い又は２つより少ない表側金属被覆部１．３を有することも可能である。１つのディスクリート部品５に対する表側金属被覆部１．３の個数は、各ディスクリート部品５の、接触接続させたい端子の個数に依存している。
【0023】
図４からさらに見て取れるように、本発明に係る回路担体１，１Ａを製造するために、無機基板層１．１の未焼成の原材料層１．９に、挿入部品１．２のための成形孔１．７が穿孔される。その後、図５から見て取れるように、これらの成形孔１．７に挿入部品１．２が挿入される。これに加えて、挿入部品１．２のための成形孔１．７の他に、貫通接続部１．６のための孔も穿孔され、金属被覆され、そして、内層金属被覆部１．５が被着される。理想的には、焼成において拘束焼結工程が使用され、これによって、材料収縮は、実質的に原材料層１．９の厚さに拘束される。焼成されると、原材料層１．９の厚さは減少するが、その一方で、挿入部品１．２の厚さは実質的に維持されるので、追加的に、焼結補助剤とも称される充填材料１．８が、成形孔１．７に導入される。充填材料１．８は、焼成工程中に蒸発する。金属酸化を阻止するために、例えば酸素（Ｏ２）のような所定量の反応ガスと共に、例えば窒素（Ｎ２）のような不活性ガスの下で、焼成工程を実施することができる。従って、原材料層１．９は、挿入部品１．２よりも高くなるように形成されており、挿入部品１．２の挿入後、成形孔１．７は、充填材料１．８によって充填され、充填材料１．８は、熱処理工程の実施中に蒸発する。材料収縮によって無機基板層１．１は、原材料層１．９よりも薄くなり、好ましくは挿入部品１．２の厚さに一致することとなる。
【0024】
図６からさらに見て取れるように、回路担体を製造するために、焼成工程前にこれら複数の原材料層１．９が上下に重なり合って配置される。
【0025】
本発明の実施形態は、有利には、挿入部品として形成されていて、例えば、外部接続部として、及び／又は、パワー接続部として、及び／又は、高電流伝導部として、使用することができる金属被覆部を備える回路担体を提供するものであり、これによって、２０Ａをはるかに上回る高電流を流すことも可能となる。これによって、本発明に係る回路担体の実施形態を、車両又は定置設備において、集積論理回路を有する電力出力段のために使用することが可能となる。