DE4443424A1 - Multilayer substrate for power device controlled by microcomputer - Google Patents

Multilayer substrate for power device controlled by microcomputer

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DE4443424A1
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Takashi Nagasaka
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Abstract

A power element is located on the multilayer substrate with insulating layers, which comprises a heat convector. The latter rapidly absorbs the power element waste heat and radiates it into the environment. The heat convector is parallel to the substrate surface and extends laterally. Pref. the heat convector has an additional extent into the substrate thickness. Typically it is formed in an insulating layer of the substrate. It may have a first part in a first insulating layer near the power element, and a second part in a second insulating layer under the first one, with the second part wider than the first one.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein mehrschichtiges Substrat.The invention relates to a multilayer Substrate.

Bei einem herkömmlichen mehrschichtigen Substrat, wel­ ches beispielsweise in Fig. 12 dargestellt ist, ist eine dicke aus Kupfer oder Silber zusammengesetzte Leiterschicht 32 auf ein mehrschichtiges Keramiksubstrat 31 kopiert und gehärtet, ein aus Molybdän oder Kupfer zusammengesetzter Wärmeableiter 34 ist darauf mittels eines Lots 33 angeord­ net, und ein Leistungselement bzw. ein Leistungszufuhrele­ ment ist darauf mittels eines Lots 35 angebracht. Entspre­ chend Fig. 5 bezeichnet das Bezugszeichen 37 einen Draht, und das Bezugszeichen 38 bezeichnet einen Chipanschluß.Is shown in a conventional multi-layer substrate, wel ches, for example, in Fig. 12, a thick composite of copper or silver conductor layer is copied to a multilayer ceramic substrate 31, 32 and cured, a composite of molybdenum or copper heat sink 34 is angeord thereon by means of a solder 33 net, and a power element or a power supply element is mounted thereon by means of a solder 35 . Accordingly Fig. 5, reference numeral 37 a wire, and reference numeral 38 denotes a chip connection.

Da jedoch bei dem oben erwähnten herkömmlichen mehr­ schichtigen Substrat die von dem Leistungselement gesamte erzeugte Wärme nicht vollständig abgestrahlt werden kann, besteht die Gefahr, daß das Leistungselement selbst und da­ mit verknüpfte Teile durch die Wärme beschädigt werden kön­ nen.However, since the above-mentioned conventional more layered substrate the whole of the power element generated heat cannot be radiated completely, there is a risk that the power element itself and there with linked parts can be damaged by heat nen.

Zur Lösung der oben erwähnten Schwierigkeit wird ent­ sprechend der japanischen Veröffentlichung der nicht ge­ prüften Patentanmeldung (Kokai) Nr. 3-286590 eine Technik vorgeschlagen, bei welcher ein großes Durchgangsloch in dem Mehrschichtsubstrat direkt unter einem Halbleiterelement gebildet ist und eine Metallpaste bzw. ein Metallgemisch zur Verwendung als Wärmeableiter hineingefüllt ist.To solve the problem mentioned above, ent according to the Japanese publication of the not ge Patent Application (Kokai) No. 3-286590 tested a technique proposed in which a large through hole in the Multi-layer substrate directly under a semiconductor element is formed and a metal paste or a metal mixture is filled in for use as a heat sink.

Gemäß der oben erwähnten Veröffentlichung ist der Wär­ meableiter jedoch lediglich in einer Richtung senkrecht zu dem Halbleiterelement gebildet, und die Wärme bzw. Wärme wird lediglich in senkrechter Richtung zu dem Halbleitere­ lement abgestrahlt, wodurch keine hinreichende Wärmeablei­ tung erzielt wird. Es kann angenommen werden, daß die von dem Halbleiterelement ausgehende Wärme sich nach unten un­ ter einem Winkel von etwa 45 Grad bezüglich des Substrats direkt unter dem Halbleiterelement ausbreitet. Sogar wenn der Wärmeableiter lediglich unter dem Halbleiterelement ge­ bildet ist, wie die oben erwähnte Veröffentlichung lehrt, kann daher die Wärme, welche sich in Richtung eines 45°- Winkels ausbreitet, nicht in hinreichendem Ausmaß abge­ strahlt werden.According to the publication mentioned above, the heat However, the arrester is only perpendicular to one direction  formed the semiconductor element, and the heat or heat only becomes perpendicular to the semiconductor radiated element, whereby no sufficient heat dissipation tion is achieved. It can be assumed that that of the heat emanating from the semiconductor element is down and un ter an angle of about 45 degrees with respect to the substrate spreads directly under the semiconductor element. Even if the heat sink ge only under the semiconductor element is, as the publication mentioned above teaches, can therefore the heat, which is in the direction of a 45 ° - Angle spreads, not sufficient be radiant.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Mehrschichtsubstrat zu schaffen, das eine Wärmeableiter­ struktur besitzt, welche vorteilhaft die Wärme abzustrahlen vermag, die von einem Halbleiterelement und insbesondere in großem Umfang von einem Leistungselement erzeugt wurde.It is therefore an object of the present invention Multilayer substrate to create a heat sink structure, which advantageously radiates heat capable of a semiconductor element and in particular in was largely generated by a power element.

Im Hinblick darauf, daß sich die von dem Leistungsele­ ment erzeugte Wärme nicht senkrecht zu dem Mehr­ schichtsubstrat, sondern in Richtung eines Winkels von etwa 45° ausbreitet, ist ein Wärmeableiter geschaffen worden, welcher sich in eine seitliche Richtung parallel zu der Oberfläche des mehrschichtigen Substrats erstreckt, so daß sich die von dem Leistungselement erzeugte Wärme in seitli­ cher Richtung ausbreitet.In view of the fact that the performance element heat generated not perpendicular to the more layer substrate, but in the direction of an angle of about Spreads 45 °, a heat sink has been created, which is parallel to that in a lateral direction Surface of the multilayer substrate extends so that the heat generated by the power element in side direction.

Mit dem gebildeten Wärmeableiter, welcher sich in seitlicher Richtung des mehrschichtigen Substrats er­ streckt, kann die Wärme des Leistungselements wirksam abge­ leitet und abgestrahlt werden.With the heat sink formed, which is in lateral direction of the multilayer substrate he stretches, the heat of the power element can be effectively removed conducts and be emitted.

Zur Lösung der oben dargestellten Aufgabe wird bezüg­ lich des mehrschichtigen Substrats in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung die unten beschriebene techni­ sche Struktur im wesentlichen verwendet. To solve the problem outlined above Lich of the multilayer substrate in accordance with the present invention the techni described below essentially used.  

Demgemäß weist ein mehrschichtiges Substrat eine Mehr­ zahl von isolierenden Schichten auf, auf welchen ein Lei­ stungselement angebracht ist, wobei das mehrschichtige Substrat einen Wärmeableiter beinhaltet, welcher schnell die von dem Leistungselement erzeugte Wärme absorbiert und die Wärme an die Umgebung zerstreut bzw. abstrahlt. Der Wärmeableiter ist parallel zu der Ober fläche des mehr­ schichtigen Substrats gebildet und erstreckt sich in eine seitliche Richtung. Der Wärmeableiter sollte eine Form be­ sitzen, bei welcher die Ausdehnung in die seitliche Rich­ tung größer ist als diejenige in Richtung der Dicke des mehrschichtigen Substrats. Wenn die Wärmeableiter in einer großen Zahl in vielen Stufen in jeder der Schichten des mehrschichtigen Substrats gebildet sind, sollten die Wärme­ ableiter Längen aufweisen, deren seitliche Erstreckung um so größer ist, je weiter sie von der Oberfläche des mehr­ schichtigen Substrats entfernt sind, auf welchem das Lei­ stungselement angebracht ist.Accordingly, a multi-layer substrate has a multiple number of insulating layers on which a lei Stungselement is attached, the multilayer Substrate includes a heat sink, which is quick absorbs the heat generated by the power element and the heat is dissipated or emitted to the environment. Of the Heat sink is parallel to the surface of the more layered substrate and extends into a lateral direction. The heat sink should be a shape sit, in which the expansion in the lateral direction tion is greater than that in the direction of the thickness of the multilayer substrate. If the heat sink in one large number in many tiers in each of the layers of the multilayer substrate should be formed, the heat arresters have lengths whose lateral extension is around the greater the farther it is from the surface of the more layered substrate are removed, on which the Lei Stung element is attached.

Ausführungsformen des mehrschichtigen Substrats in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung werden nun detailliert unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Es zeigen:Embodiments of the multilayer substrate in In accordance with the present invention described in detail with reference to the figures. Show it:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht, welche die Struktur ei­ nes mehrschichtigen Substrats in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; Fig. 1 is a cross-sectional view illustrating the structure of egg nes multi-layer substrate in accordance with an embodiment of the present invention;

Fig. 2 bis 6 Diagramme, welche die Schritte zum Her­ stellen des mehrschichtigen Substrats in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung veranschaulichen; Fig. 2 to 6 are diagrams showing the steps for Her provide the multi-layer substrate in accordance with the present invention illustrate;

Fig. 7 ein Diagramm, welches die Struktur des mehr­ schichtigen Substrats in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; Fig. 7 is a diagram illustrating the structure of the multi-layer substrate in accordance with another embodiment of the present invention;

Fig. 8 eine Draufsicht auf das mehrschichtige Substrat in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform; Figure 8 is a plan view of the multi-layer substrate in accordance with another embodiment.

Fig. 9 eine Querschnittsansicht des mehrschichtigen Substrats in Übereinstimmung mit der weiteren Ausführungs­ form; Fig. Is a cross-sectional view of the multi-layer substrate in accordance with the further execution form 9;

Fig. 10 eine Querschnittsansicht des mehrschichtigen Substrats in Übereinstimmung mit einer anderen weiteren Ausführungsform; FIG. 10 is a cross-sectional view of the multi-layer substrate in accordance with another further embodiment;

Fig. 11 eine Querschnittsansicht des mehrschichtigen Substrats in Übereinstimmung mit wiederum einer weiteren Ausführungsform; 11 is a cross sectional view of the multi-layer substrate in accordance with still another embodiment.

Fig. 12 eine Querschnittsansicht, welche ein herkömmli­ ches mehrschichtiges Substrat veranschaulicht; und FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a herkömmli ches multilayer substrate; and

Fig. 13 bis 21 Querschnittsansichten, welche die mehrschichtigen Substrate in Übereinstimmung mit weiteren modifizierten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. Fig. 13 to 21 are cross sectional views which illustrate the multi-layer substrates in accordance with another modified embodiments of the present invention.

Fig. 1 zeigt ein Diagramm, welches die Gesamtstruktur eines mehrschichtigen Substrats 2 in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Ein mehrschichtiges Substrat 2 ist durch Aufschichten dreier Isolierungsschichten 1a, 1b und 1c ge­ bildet, welche aus Aluminiumoxid zusammengesetzt sind. In einem vorbestimmten Gebiet S1 der obersten Isolierungs­ schicht 1a des mehrschichtigen Substrats 2 ist ein Durch­ gangsteil 3a zur Aufnahme eines Metalls bzw. eines Metall­ körpers gebildet, das darin eingepaßt wird. Das Durchgangs­ teil 3a ist mit einem Metallkörper 4a als Wärmeleiter ver­ sehen, welcher eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist. Fig. 1 shows a diagram illustrating the overall structure of a multilayer substrate 2 in accordance with a first embodiment of the present invention. A multi-layer substrate 2 is formed by stacking three insulation layers 1 a, 1 b and 1 c, which are composed of aluminum oxide. In a predetermined area S1 of the uppermost insulation layer 1 a of the multilayer substrate 2 , a through part 3 a for receiving a metal or a metal body is formed, which is fitted therein. The passage part 3 a is seen with a metal body 4 a as a heat conductor ver, which has good thermal conductivity.

Ein Durchgangsteil 3b zur Aufnahme eines Metallkörpers wird in einem vorbestimmten Gebiet S2 in der dazwischenlie­ genden Isolierungsschicht 1b oder vorzugsweise in einem Ge­ biet S2, daß das oben erwähnten vorbestimmte Gebiet S1 überlappt, gebildet. Das Durchgangsteil 3b ist mit einem Metall bzw. Metallkörper 4b versehen, welcher von derselben Art wie der oben erwähnte Metallkörper 4a ist.A passage part 3 b for receiving a metal body is formed in a predetermined area S2 in the intervening insulating layer 1 b, or preferably in an area S2 that overlaps the above-mentioned predetermined area S1. The passage part 3 b is provided with a metal or metal body 4 b, which is of the same type as the above-mentioned metal body 4 a.

Die Durchgangsteile 3a und 3b sind in einer Richtung parallel zu der Hauptoberfläche des mehrschichtigen Substrats angeordnet. Bei dieser Ausführungsform ist das Durchgangsteil 3b in seitlicher Richtung größer als das Durchgangsteil 3a und besitzt eine Fläche, die größer als die Fläche des Durchgangsteils 3a ist. Die darin eingepaß­ ten Metallkörper 4a und 4b sind elektrisch mit einer inne­ ren Verdrahtung 5 in der Isolierungsschicht 1b verbunden. Die Metallkörper 4a und 4b sind aus einem Gemisch von Mo­ lybdänteilchen, die einen hohen Schmelzpunkt besitzen, und Aluminiumoxidteilchen zusammengesetzt. Hierbei besitzt das Molybdän eine Wärmeleitfähigkeit von 0,328 cal cm-1Grd-1s-1 (20°C) und einen Schmelzpunkt von 2622 ± 10°C. Der Metall­ körper 4 kann weiterhin aus einem Gemisch von Wolframteil­ chen, die einen hohen Schmelzpunkt aufweisen, und Alumini­ umoxidteilchen zusammengesetzt sein oder aus einem Gemisch von Molybdänteilchen, Wolframteilchen und Aluminiumoxid­ teilchen. Hierbei hat das Wolfram eine Wärmeleitfähigkeit von 0,382 cal cm-1Grd-1s-1 (20°C) und einen Schmelzpunkt von 3382°C.The passage parts 3 a and 3 b are arranged in a direction parallel to the main surface of the multilayer substrate. In this embodiment, the passage part 3 b is larger in the lateral direction than the passage part 3 a and has an area which is larger than the area of the passage part 3 a. The metal bodies 4 a and 4 b fitted therein are electrically connected to an internal wiring 5 in the insulation layer 1 b. The metal body 4 a and 4 b are composed of a mixture of Mo lybdänpartchen, which have a high melting point, and aluminum oxide particles. The molybdenum has a thermal conductivity of 0.328 cal cm -1 degree -1 s -1 (20 ° C) and a melting point of 2622 ± 10 ° C. The metal body 4 can further be composed of a mixture of tungsten particles having a high melting point and aluminum oxide particles or of a mixture of molybdenum particles, tungsten particles and aluminum oxide particles. The tungsten has a thermal conductivity of 0.382 cal cm -1 degree -1 s -1 (20 ° C) and a melting point of 3382 ° C.

Ein Leistungselement 6 ist auf dem Metallkörper 4a un­ ter Verwendung eines Lots (oder einer Silberpaste) durch Pressung angebracht. Das Leistungselement 6 ist elektrisch mit einem elektrisch leitenden Teil auf der obersten Iso­ lierungsschicht 1a des mehrschichtigen Substrats durch ei­ nen Draht 7 verbunden. A power element 6 is attached to the metal body 4 a by using a solder (or a silver paste) by pressing. The power element 6 is electrically connected to an electrically conductive part on the uppermost insulation layer 1 a of the multilayer substrate by a wire 7 .

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 6 ein Verfahren zum Herstellen des mehrschichtigen Substrats 2 beschrieben.A method for producing the multilayer substrate 2 will be described below with reference to FIGS. 2 to 6.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird eine ebene plattenför­ mige Aluminiumoxid-Grünschicht (alumina green sheet) 8 (1a von Fig. 1) aufbereitet. Die Aluminiumoxid-Grünschicht 8 hat eine Dicke von 0,254 mm. Ein quadratisches Durchgangsteil 3a wird durch Stanzen in einem vorbestimmten Gebiet der Aluminiumoxid-Grünschicht 8 gebildet. Das Durchgangsteil 3a kann in dem Schritt des Bildens eines Durchgangslochs für ein Kontaktloch gebildet werden.Referring to Fig. 2, a flat alumina green sheet 8 (1a of Fig. 1) is prepared. The green alumina layer 8 has a thickness of 0.254 mm. A square passage part 3 a is formed by punching in a predetermined area of the alumina green sheet 8 . The passage member 3 a may be formed in the step of forming a through hole for a via hole.

Wie in Fig. 3 dargestellt, wird danach das Substrat 1b, in welchem das Durchgangsteil 3b gebildet ist, auf das Substrat 1c plaziert, welches kein Durchgangsteil besitzt, um eine Aluminiumoxid-Grünschicht 10 zu bilden, und es wird das Metall in das Durchgangsteil 3b gefüllt. Danach wird die Aluminiumoxid-Grünschicht 8 auf die Aluminiumoxid-Grün­ schicht 10 plaziert, und das Metall wird in das Durchgangs­ teil 3a gefüllt, und es wird darauf eine Lamminierungsope­ ration durchgeführt. Die resultierende Aluminiumoxid-Grün­ schicht ist in Fig. 4 dargestellt.Thereafter, as shown in Fig. 3, the substrate 1 b in which the through part 3 b is formed is placed on the substrate 1 c which has no through part to form an alumina green sheet 10 , and it becomes the metal in the passage part 3 b filled. Thereafter, the alumina green layer 8 is placed on the alumina green layer 10 , and the metal is filled in the passage part 3 a, and there is a Lamminierungsope ration performed. The resulting aluminum oxide green layer is shown in Fig. 4.

Anschließend werden unter Verwendung einer Emulsions­ maske oder einer Metallmaske, wie in Fig. 5 dargestellt, des weiteren die Durchgangsteile 3a und 3b durch Aufdrücken ei­ ner Paste 11 eines Gemisches aus Molybdänteilchen und Alu­ miniumoxidteilchen gefüllt.Thereafter, using an emulsion mask or a metal mask, as shown in FIG. 5, further the passing portions 3 a and 3 b by pressing ei ner paste 11 is filled miniumoxidteilchen of a mixture of molybdenum particles and aluminum.

Danach werden die laminierten Aluminiumoxid-Grünschich­ ten 8 und 10 bei einer Temperatur von eintausend und mehre­ ren hundert Grad Celsius unter Anwendung von Druck gehär­ tet, wodurch ein mehrschichtiges Keramiksubstrat erhalten wird. Um das Kontaktierungsvermögen zu verbessern, wird weiterhin Galvanisieren auf den Leitungsteil (Metallteil 4, welches durch Härten der Paste 11 gebildet wurde, metalli­ siertes Teil auf der Oberfläche des gehärteten mehrschich­ tigen Substrats angewendet. Danach werden ein Dickschicht­ leiter, ein Dickschichtwiderstand, ein Glas und ähnliches wiederholt auf die Vorderseitenoberfläche oder auf die Rückseitenoberfläche des mehrschichtigen Substrats aufge­ drückt und gehärtet.Thereafter, the laminated alumina green sheets 8 and 10 are hardened at a temperature of one thousand and several hundred degrees Celsius using pressure, thereby obtaining a multilayer ceramic substrate. In order to improve the contacting capacity, electroplating is further applied to the line part (metal part 4 , which was formed by hardening the paste 11 , metallised part on the surface of the hardened multilayer substrate. Thereafter, a thick-film conductor, a thick-film resistor, a glass and The like repeatedly pressed on and hardened on the front surface or on the back surface of the multilayer substrate.

Als nächstes wird gemäß Fig. 6 das Leistungselement 6 unter Verwendung eines Lots (oder einer Silberpaste) auf den Metallkörper 4 durch Pressung angebracht, welcher durch Härten der Paste 11, die in die Durchgangsteile 3a und 3b gefüllt wurde, gebildet wird, und es wird ein Draht 7 daran gebondet.Next, Fig power element 6 using a solder (or a silver paste) is in accordance. 6 attached to the metal body 4 by pressing, is which is formed by curing the paste 11 in the through-parts 3 a and was filled b 3, and a wire 7 is bonded to it.

Somit ist das mehrschichtige Substrat 2 gemäß Fig. 1 ge­ bildet. In der Struktur entsprechend Fig. 1 wird die von dem Leistungselement 6 erzeugte Wärme von den Metallkörpern 4a und 4b absorbiert. Da ferner Molybdän, ein Bestandteil der Metallkörper 4a und 4b, einen sehr geringen Widerstand auf­ weist, ist die Menge der von dem gesamten Substrat erzeug­ ten Wärme gering, wenn die Metallkörper 4a und 4b als Ver­ drahtung verwendet werden.The multilayer substrate 2 according to FIG. 1 is thus formed. In the structure according to Fig. 1, the heat generated by the power element 6 of the metal bodies 4 a and 4 b absorbed. Furthermore, since molybdenum, a component of the metal body 4 a and 4 b, has a very low resistance, the amount of heat generated by the entire substrate is low when the metal body 4 a and 4 b are used as wiring.

Demgemäß ist in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gemäß Fig. 1 ein Wärmeableiter einer mehrschichti­ gen Struktur durch einen ersten Wärmeleiter 40, der in ei­ nem ersten Durchgangsteil 3a gebildet ist, und einen zwei­ ten Wärmeleiter 41, der in einem zweiten Durchgangsteil 3a gebildet ist, gebildet, wobei der zweite Wärmeleiter 41, welcher unter dem ersten Wärmeleiter 40 gebildet ist, brei­ ter ist als der erste Wärmeleiter 40. Daher wird die von dem Leistungselement 6 erzeugte Wärme, welche sich von dem mehrschichtigen Substrat 2 nach unten bei einem Winkel von nahezu 45 Grad ausbreitet, leicht absorbiert und nach unten in das mehrschichtige Substrat abgestrahlt. Dementsprechend kann die von dem Leistungselement erzeugte Wärme wirksam abgestrahlt werden. Accordingly, in accordance with the present invention shown in FIG. 1, a heat sink of a multilayer structure by a first heat conductor 40 , which is formed in a first passage part 3 a, and a second heat conductor 41 , which is formed in a second passage part 3 a is formed, wherein the second heat conductor 41 , which is formed under the first heat conductor 40 , is wider than the first heat conductor 40 . Therefore, the heat generated by the power element 6 , which propagates downward from the multilayer substrate 2 at an angle of almost 45 degrees, is easily absorbed and radiated downward into the multilayer substrate. Accordingly, the heat generated by the power element can be radiated effectively.

Des weiteren können entsprechend der vorliegenden Er­ findung die Wärmeableiter 40 und 41, die aus den Metallkör­ pern 4a und 4b zusammengesetzt sind, erhöhte Dicken aufwei­ sen, und der elektrische Widerstand kann bis auf ein Zehn­ tel der Dicke der Oberflächenleiterschicht (dicke Leiter­ schicht 32 von Fig. 12), welche verwendet werden kann, oder auf weniger herabgesetzt werden. Der Wärmewiderstand nimmt einen Wert von etwa 80 bis 90% des Widerstands von Molyb­ dän an. Durch Erhöhen irgendeiner Größe der Dicke, der Flä­ che und des Volumens des Metallkörpers 4 kann darüber hin­ aus der Wärmewiderstand wesentlich stärker als eine Redu­ zierung des Wärmewiderstands verringert werden, der durch einen Wärmeableiter 34 entsprechend Fig. 12 erlangt wird, bei welchem ein Metallkörper 4 mit einem erhöhten Volumen verwendet wird.Furthermore, according to the present invention, the heat sink 40 and 41 , which are composed of the metal bodies 4 a and 4 b, have increased thicknesses, and the electrical resistance can be up to a tenth of the thickness of the surface conductor layer (thick conductor layer 32 of FIG. 12), which can be used or reduced to less. The thermal resistance takes on a value of approximately 80 to 90% of the resistance of molybdenum. Furthermore, by increasing any size of the thickness, the area and the volume of the metal body 4 , the thermal resistance can be reduced much more than a reduction in the thermal resistance obtained by a heat sink 34 according to FIG. 12, in which a metal body 4 is used with an increased volume.

Die Metallkörper 4a und 4b, welche aus einem Gemisch von Molybdänteilchen und Aluminiumoxidteilchen zusammenge­ setzt sind, besitzen einen thermischen Ausdehnungskoeffizi­ enten, welcher nahe dem thermischen Ausdehnungskoeffizien­ ten des Aluminiumoxidsubstrats liegt. Dadurch wird ermög­ licht, den thermischen Druck zwischen dem Aluminiumsubstrat und den Metallkörpern 4a und 4b zu unterdrücken.The metal body 4 a and 4 b, which are composed of a mixture of molybdenum particles and aluminum oxide particles, have a thermal expansion coefficient which is close to the thermal expansion coefficient of the aluminum oxide substrate. This enables light to suppress the thermal pressure between the aluminum substrate and the metal bodies 4 a and 4 b.

In Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform ist, wie oben beschrieben, der Metallkörper (Wärmeleiter) 4a, wel­ cher eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzt, in die Oberflä­ chenschicht (Isolierungsschicht 1a) eingepaßt, das Lei­ stungselement 6 ist auf dem Metallkörper 4a angeordnet, und der Metallkörper 4b, welcher sich in Kontakt mit dem Me­ tallkörper 4a befindet, ist in die untere Isolierungs­ schicht 1b eingepaßt. Daher wird die von dem Leistungsele­ ment 6 erzeugte Wärme durch den in die Oberflächenschicht (Isolierungsschicht 1a) eingepaßten Metallkörper 4a und den in die untere Schicht 1b eingepaßten Metallkörper 4b abge­ leitet und abgestrahlt. Wenn beabsichtigt wird, einen her­ kömmlichen Wärmeleiter in dem Substrat anzuordnen, kann in diesem Fall der kurzzeitig auftretende Wärmewiderstand durch Erhöhen der Volumina der Metallkörper 4a und 4b ver­ ringert werden. Da auf diese Weise der kurzzeitig auftre­ tende Wärmewiderstand verringert werden kann, kann der ständige Wärmewiderstand durch Reduzieren der Dicke des Wärmeleiters ebenfalls verringert werden. Mit anderen Wor­ ten, die Erfindung verwendet keinen Wärmeleiter, der sich nach oben über die Oberflächenschicht hinaus wie bei dem Stand der Technik erstreckt, sondern gestattet, daß der Wärmeableiter mit einer kleinen Ausdehnung gebildet werden kann, wodurch sich die Herstellungskosten reduzieren und das Volumen der Vorrichtung kleiner wird. Des weiteren be­ steht keine Notwendigkeit, ein kostenintensives Substratma­ terial wie AIN zum Abstrahlen der Wärme zu verwenden, und es kann ein Substrat mit hervorragender Wärmeleitfähigkeit kostengünstig erlangt werden.In accordance with this embodiment, as described above, the metal body (heat conductor) 4 a, which cher has good thermal conductivity, is fitted into the surface layer (insulation layer 1 a), the power element 6 is arranged on the metal body 4 a, and the metal body 4 b, which is in contact with the Me tallkörper 4 a, is fitted into the lower insulation layer 1 b. Therefore, the heat generated ment 6 of the Leistungsele is the fitted into the surface layer (insulation layer 1 a) metallic body 4 a and b fitted in the lower layer 1 and the metal body 4 passes radiated b abge. If it is intended to arrange a conventional heat conductor in the substrate, in this case the short-term thermal resistance can be reduced by increasing the volumes of the metal bodies 4 a and 4 b. In this way, since the short-term thermal resistance can be reduced, the constant thermal resistance can also be reduced by reducing the thickness of the heat conductor. In other words, the invention does not use a heat conductor that extends upward beyond the surface layer as in the prior art, but allows the heat sink to be formed with a small expansion, thereby reducing the manufacturing cost and the volume of the Device becomes smaller. Furthermore, there is no need to use an expensive substrate material such as AIN to radiate heat, and a substrate with excellent thermal conductivity can be obtained inexpensively.

Da die Metallkörper 4a und 4b Molybdänteilchen enthal­ ten, welche einen hohen Schmelzpunkt aufweisen (2622 ± 10°C, was höher ist als die Temperatur des Härtens des mehrschichtigen Substrats 2), wobei Molybdän, aus welchem die Metallkörper gebildet sind, selbst dann nicht schmilzt, wenn die Grünschicht bei einer Temperatur von tausend und mehreren hundert Grad Celsius getrocknet wird, nachdem die Metallpaste in die Grünschicht eingeführt worden ist.Since the metal bodies 4 a and 4 b contain molybdenum particles which have a high melting point (2622 ± 10 ° C, which is higher than the temperature of the curing of the multilayer substrate 2 ), molybdenum from which the metal bodies are formed, even then does not melt if the green sheet is dried at a temperature of a thousand and several hundred degrees Celsius after the metal paste has been introduced into the green sheet.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben er­ wähnte Ausführungsform beschränkt. Wie in Fig. 7 darge­ stellt, können beispielsweise Durchgangsteile 3 derselben Größe in einer Mehrzahl von Schichten (drei Schichten gemäß Fig. 7) vorgesehen und mit dem Metallkörper 4 versehen wer­ den. In diesem Fall wird die von dem Leistungselement 6 er­ zeugte Wärme schnell von einer Metallplatte 12 absorbiert, welche sich in seitlicher Richtung erstreckt und mit einem Klebemittel an der Rückseitenoberfläche des mehrschichtigen Substrats 2 befestigt ist; das heißt, die Wärme wird von der Metallplatte 12 abgestrahlt. In diesem Fall kann des weiteren der Massepegel des Potentials gemeinsam verwendet werden.The present invention is not limited to the above-mentioned embodiment. As shown in Fig. 7 Darge, for example passage parts 3 of the same size can be provided in a plurality of layers (three layers according to FIG. 7) and provided with the metal body 4 . In this case, the heat generated by the power element 6 is rapidly absorbed by a metal plate 12 which extends in the lateral direction and is fixed to the back surface of the multilayer substrate 2 with an adhesive; that is, the heat is radiated from the metal plate 12 . In this case, the ground level of the potential can also be used together.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 8 und 9 ist ferner ein sich erstreckender Metallkörper 13 in der obersten Isolie­ rungsschicht 1a des mehrschichtigen Substrats 2 angeordnet, und die Leistungselemente 14 und 15 sind auf dem Metallkör­ per 13 getrennt voneinander angeordnet. Die Leistungsele­ mente 14 und 15 können durch den Metallkörper 13 elektrisch miteinander verbunden werden.With reference to FIGS. 8 and 9, an extending metal body 13 is further arranged in the uppermost insulating layer 1 a of the multilayer substrate 2 , and the power elements 14 and 15 are arranged on the metal body 13 separately from one another. The elements 14 and 15 can be electrically connected by the metal body 13 .

Unter Bezugnahme auf Fig. 10 ist ein Metallkörper 16 in­ nerhalb der obersten Isolierungsschicht 1a des mehrschich­ tigen Substrats 2 angeordnet, und ein Leistungselement 17 ist auf dem Metallkörper 16 angeordnet. Ein anderer Metall­ körper 18 ist in der obersten Isolierungsschicht 1a des mehrschichtigen Substrats 2 angeordnet und von dem Metall­ körper 16 getrennt, und ein Leistungselement 19 ist auf dem Metallkörper 18 angeordnet. Danach wird ein Verdrahtungsma­ terial 20 in der Isolierungsschicht 1b des mehrschichtigen Substrats 2 angeordnet, um die Verdrahtung in Richtung der Oberfläche davon zu bewerkstelligen. Der Metallkörper 16, der in die Isolierungsschicht 1a eingepaßt ist, und der Me­ tallkörper 18, der in die Isolierungsschicht 1a eingepaßt ist, können anschließend mit dem Verdrahtungsmaterial 20 in der Isolierungsschicht 1b elektrisch miteinander verbunden werden.Referring to Fig. 10, a metal body 16 of the uppermost insulating layer 1 arranged in a nerhalb mehrschich the term substrate 2, and a power element 17 is arranged on the metal body 16. Another metal body 18 is arranged in the uppermost insulation layer 1 a of the multilayer substrate 2 and separated from the metal body 16 , and a power element 19 is arranged on the metal body 18 . Thereafter, a Verdrahtungsma TERIAL 20 is in the insulation layer 1b of the multi-layer substrate 2 is arranged to accomplish the wiring in the direction of the surface thereof. The metal body 16 , which is fitted into the insulation layer 1 a, and the Me tallkörper 18 , which is fitted into the insulation layer 1 a, can then be electrically connected to each other with the wiring material 20 in the insulation layer 1 b.

Wie in Fig. 11 dargestellt ist, können ferner die Me­ tallkörper in den zweiten und nachfolgenden Isolierungs­ schichten 1b und 1c anstelle einer Anordnung des Metallkör­ pers in der obersten Isolierungsschicht 1a des mehrschich­ tigen Substrats 2 angeordnet werden. Obwohl sich der Wärme­ ableiter 4 unter dem Leistungselement 6 nicht direkt mit dem Leistungselement 6 in Kontakt befindet, kann in diesem Fall die von dem Leistungselement 6 erzeugte Wärme zu einem Grad absorbiert und abgestrahlt werden, um eine Wirkung zu erzielen, welche äquivalent zu derjenigen ist, wenn sich der Wärmeableiter direkt in Kontakt mit dem Leistungsele­ ment 6 befindet.As shown in Fig. 11, the metal tall bodies in the second and subsequent insulation layers 1 b and 1 c instead of an arrangement of the Metallkör pers in the top insulation layer 1 a of the multilayer substrate 2 can be arranged. Although the heat is not arrester 4 under the power element 6 directly to the power element 6 is in contact, in this case, the heat generated by the power element 6 can be absorbed to a degree and are emitted, in order to achieve an effect which is equivalent to that when the heat sink is in direct contact with the power element 6 .

Als Substratmaterial kann eine Glaskeramik verwendet werden, welche ein Verbundmaterial aus Glas und Keramik oder ein Glasmaterial ist. In diesem Fall wird der Leiter aus Ag, Ag-Pd, Cu oder ähnlichem gebildet. Das Aufberei­ tungsverfahren ist dasselbe wie dasjenige im Fall von Alu­ miniumoxid.A glass ceramic can be used as the substrate material be a composite material made of glass and ceramic or is a glass material. In this case, the leader formed from Ag, Ag-Pd, Cu or the like. The preparation is the same as that in the case of aluminum minium oxide.

Nachfolgend werden weitere Ausführungsformen des mehr­ schichtigen Substrats in Übereinstimmung mit der vorliegen­ den Erfindung beschrieben.Below are other embodiments of the more layered substrate in accordance with the present described the invention.

Mit Fig. 13 wird das mehrschichtige Substrat von Fig. 1 in Übereinstimmung mit einer modifizierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. In diesem Fall ist der Wärmeableiter, der sich in seitlicher Richtung er­ streckt, um die Wärme zu absorbieren, vergrößert, um eine größere Breite aufzuweisen, wie durch eine Aluminiumoxid­ schicht 1c gemäß Fig. 13 dargestellt ist, d. h. wie durch ei­ nen dritten Wärmeableiter 42 dargestellt. Dabei darf der Wärmeableiter 42 nicht vollständig in dem Wärmeableiterge­ biet vergraben sein, sondern er kann sich in einen durchlö­ cherten Zustand befinden. Entsprechend dieser Struktur, bei welcher eine Mehrzahl von Stufen von Wärmeableiterschichten in einer Pyramidenform übereinander geschichtet sind, kann die Wärme, welche sich in die Richtung von 45° ausbreitet, absorbiert werden und ebenso abgestrahlt werden. Darüber hinaus kann eine Wärmeabstrahlungsplatte 44 aus Aluminium mit einem Klebemittel 43 an dem mehrschichtigen Substrat 2 befestigt werden, um die Wärme abzustrahlen. In diesem Fall kann der Wärmewiderstand in großem Maße durch Verwendung des Klebemittels 43 verringert werden, welches eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt. With FIG. 13, the multilayer substrate of Fig. 1 illustrates, in accordance with a modified embodiment of the present invention. In this case, the heat sink, which it extends in the lateral direction to absorb the heat, is enlarged to have a larger width, as shown by an aluminum oxide layer 1 c as shown in FIG. 13, ie as by a third heat sink 42 shown. The heat sink 42 may not be completely buried in the area of the heat sink, but may be in a perforated state. According to this structure, in which a plurality of stages of heat dissipation layers are stacked in a pyramid shape, the heat that propagates in the 45 ° direction can be absorbed and also radiated. In addition, an aluminum heat radiation plate 44 can be attached to the multi-layer substrate 2 with an adhesive 43 to radiate the heat. In this case, the thermal resistance can be largely reduced by using the adhesive 43 , which has high thermal conductivity.

Wie in Fig. 14 dargestellt, kann des weiteren ein klei­ ner Wärmeableiter 45 in der ersten Isolierungsschicht Ia oder in den ersten und zweiten Isolierungsschichten 1a und 1b unter dem Leistungselement 6 gebildet werden, und es kann ein dritter breiter Wärmeableiter 4b in der unteren Schicht gebildet werden. In diesem Fall kann der Wärmeab­ leiter 46, welcher eine Fläche besitzt, die größer als die­ jenige des Wärmeableiters 45 ist, in der dritten Isolie­ rungsschicht 1c vorgesehen werden, oder er kann in der vierten Isolierungsschicht 1d unter der dritten Isolie­ rungsschicht vorgesehen werden.As shown in Fig. 14, may further include a klei ner heat sink 45 in the first insulation layer Ia or in the first and second insulating layers 1 a and 1 b are formed under the power element 6, and it may be a third wider heat sink 4 b in the bottom layer are formed. In this case, the heat conductor 46 , which has an area larger than that of the heat sink 45 , may be provided in the third insulation layer 1 c, or it may be provided in the fourth insulation layer 1 d under the third insulation layer .

In Übereinstimmung mit der Struktur, bei welcher der Wärmeableiter 46, welcher als Leiter gebildet ist, in der untersten Schicht 1d vorgesehen ist und die Wärme von der Rückseitenoberfläche des Substrats abgestrahlt wird, wird der Wärmeableiter unter dem Leistungselement 6 direkt in Kontakt mit der untersten Schicht 1d gebracht, wenn ein Strom nicht durch den Wärmeableiter fließt, wodurch eine gute Wärmeabstrahlungsqualität erzielt wird.In accordance with the structure in which the heat sink 46 , which is formed as a conductor, is provided in the lowermost layer 1 d and the heat is radiated from the back surface of the substrate, the heat sink under the power element 6 directly contacts the lowermost one Layer 1 d brought when a current does not flow through the heat sink, whereby a good heat radiation quality is achieved.

Fig. 15 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform, welche bezüglich der Ausführungsform entsprechend Fig. 14 modifiziert ist. Demgemäß ist eine andere Isolierungs­ schicht 1e unter dem Wärmeableiter 46 von Fig. 14 vorgese­ hen, eine breiterer vierter Wärmeableiter 47, der eine Flä­ che besitzt, die größer als diejenige des oberen Wärmeab­ leiters 45 ist, ist in der Isolierungsschicht 1e vorgese­ hen, und eine Anzahl von Löchern 48 sind in dem vierten Wärmeableiter 47 gebildet. Dadurch ist es möglich, die Wär­ meabstrahlungsfläche und die Wärmeabstrahlungsqualität zu erhöhen. FIG. 15 illustrates a further embodiment which is modified with respect to the embodiment corresponding to FIG. 14. Accordingly, another insulation layer 1 e is hen under the heat sink 46 of FIG. 14, a wider fourth heat sink 47 , which has an area larger than that of the upper heat conductor 45 , is hen in the insulation layer 1 e , and a number of holes 48 are formed in the fourth heat sink 47 . This makes it possible to increase the heat radiation area and the heat radiation quality.

Diese Struktur kann durch Unterwerfung des Leiterme­ talls 46 der Behandlung des Bildens von Vertiefungen zu der Zeit des Aufbereitens der Grünschicht und durch Laminieren auf die oberste Schicht des mehrschichtigen Substrats er­ langt werden.This structure can be obtained by subjecting the conductor metal 46 to the treatment of forming recesses at the time of preparing the green sheet and laminating it to the top layer of the multilayer substrate.

Des weiteren kann die Aluminiumoxidschicht 1e durch Stanzen der Grünschicht gebildet werden, um ein Gebiet zum Anordnen des Metallkörpers zu bilden, worauf der Metallkör­ per darin angeordnet wird, gefolgt von einem Trocknen und danach einem Bilden einer Mehrzahl von Löchern durch Stan­ zen.Furthermore, the alumina layer 1 e may be formed by punching the green sheet to form a region for arranging the metal body, whereupon the metal body is arranged therein, followed by drying and then forming a plurality of holes by punching.

Bezüglich Fig. 16 sind die Wärmeableiter 40 bis 42 ähn­ lich wie Stufen in einer Richtung angeordnet, um von einer IC-Schaltung 50 getrennt zu sein, und es ist eine Steuer­ schaltung 55 wie ein Mikrocomputer vorgesehen, welcher eine innere Verdrahtung 52, eine Kondensator 51 und einen Wider­ stand 53 aufweist, welche das Leistungselement 6 zwar Steu­ ern, aber dennoch einer Beeinträchtigung durch Wärme ausge­ setzt sind. In diesem Fall wird verhindert, daß die von dem Leistungselement erzeugte Wärme sich in seitliche Richtung ausbreitet, sie wird abgestrahlt; d. h. der Wärmeleitung ist eine Gerichtetheit gegeben, um das Ansteigen der Temperatur des Substrats an den Elementteilen wie den Steuerschaltun­ gen zu unterdrücken, welche der Beeinträchtigung durch die Wärme ausgesetzt sind. Dementsprechend sind die Wärmeablei­ ter 40, 41 und 42, die in den Isolierungsschichten 1a, 1b und 1c des mehrschichtigen Substrats 2 gebildet sind, be­ züglich der Figur bei einer Betrachtung nach unten nach links abgelenkt.Referring to FIG. 16, the heat sink 40 to 42 similarity Lich like steps disposed in a direction to be separated from an IC circuit 50, and it is a control circuit 55 such as a microcomputer provided having an inner wiring 52, a capacitor 51 and an opposing stand 53 , which the power element 6 is indeed control, but is still affected by heat. In this case, the heat generated by the power element is prevented from spreading in the lateral direction, it is radiated; that is, the heat conduction is directed to suppress the rise in the temperature of the substrate at the element parts such as the control circuits which are subject to the deterioration by the heat. Accordingly, the Wärmeabi ter 40 , 41 and 42 , which are formed in the insulating layers 1 a, 1 b and 1 c of the multilayer substrate 2 , be deflected downward to the left with respect to the figure when viewed.

Mit anderen Worten, es kann ein Ansteigen der Tempera­ tur des Substrats um die Steuerschaltungen unterdrückt wer­ den, wenn die Wärmeableiter in eine Richtung gebildet sind, bei welcher sie von IC′s wie Mikrocomputern, Verdrahtungen, Kondensatoren und Widerständen abgetrennt sind, die das Leistungselement steuern, jedoch der Beeinträchtigung durch Wärme ausgesetzt sind. In other words, there may be an increase in tempera structure of the substrate around the control circuits suppressed who if the heat sinks are formed in one direction, where IC’s such as microcomputers, wiring, Capacitors and resistors are disconnected that the Control power element, however, by the impairment Are exposed to heat.  

Die Wärmezerstreuung in seitlicher Richtung kann durch einen Hilfswärmeableiter absorbiert werden, welcher in seitlicher Richtung zu dem Leistungselement gebildet ist, um die Wärme zu unterdrücken, welche sich in seitlicher Richtung auf die Steuerschaltungen zu ausbreitet. Das heißt, es wird ermöglicht, daß die zu dem Substrat durch den Wärmeableiter geleitete Wärme, welcher eine bessere Wärmeleitfähigkeit als das Aluminiumoxidsubstrat besitzt, sich durch den Hilfswärmeableiter in einen Teil des Substrats unterhalb den Steuerschaltungen verflüchtigt. So­ mit wird der Wärmeleitung eine Gerichtetheit gegeben, um die Wirkung auf die Steuerschaltung zu unterdrücken.The heat dissipation in the lateral direction can by an auxiliary heat sink is absorbed, which in lateral direction to the power element is formed, to suppress the heat that is in the side Direction towards the control circuits. The that is, it is allowed to pass through to the substrate the heat sink conducted heat, which is better Has thermal conductivity than the alumina substrate, through the auxiliary heat sink into part of the Volatilized substrate below the control circuits. Like this with is given a directionality to the heat conduction suppress the effect on the control circuit.

Fig. 17 veranschaulicht eine bezüglich der Ausführungs­ form entsprechend Fig. 16 modifizierte Ausführungsform, bei welcher sich vertikal erstreckende Wärmeableiter 45 und 45′ ähnlich denjenigen von Fig. 14 direkt unter den Leistungs­ elementen 6 und 6′ gebildet sind, und bei welcher ein zwei­ ter Wärmeableiter 49 zwischen den sich senkrecht erstreckenden Wärmeableitern angeordnet und in vertikale Richtung dazu abgelenkt ist, wobei sich der zweite Wärmeableiter 49 von der untersten Oberfläche des mehrschichtigen Substrats nach oben hin erstreckt. In dieser Struktur sind die Lei­ teranpassungsteile 45, 49 an Stellen gebildet, welche von der Steuerschaltung 55 entfernt, jedoch nahe dem Leistungs­ element 6 und 6′ befindlich sind, und die Wärme der Lei­ stungselemente 6 und 6′ wird in diese Teile geleitet, um die Richtung der Wärmeabstrahlung zu beschränken und die Leitung der Wärme in die Steuerschaltung 55 zu verhindern oder zu reduzieren. Fig. 17 illustrates an embodiment with respect to the embodiment corresponding to Fig. 16 modified in which vertically extending heat sinks 45 and 45 'are formed similar to those of Fig. 14 directly under the power elements 6 and 6 ', and in which a two ter Heat sink 49 is disposed between the vertically extending heat sink and is deflected vertically thereto, the second heat sink 49 extending upward from the lowermost surface of the multilayer substrate. In this structure, the conductor matching parts 45 , 49 are formed at positions which are distant from the control circuit 55 but close to the power element 6 and 6 ', and the heat of the power elements 6 and 6 ' is conducted to these parts restrict the direction of heat radiation and prevent or reduce the conduction of heat into the control circuit 55 .

Fig. 18 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform, welche bezüglich der Ausführungsform entsprechend Fig. 16 modifiziert ist, und in welcher ein Hilfswärmeableiter 61 parallel zu dem Wärmeableiter 45 unter dem Leistungselement 6 vorgesehen ist. Der Hilfswärmeableiter 61, der ein Lei­ teranpassungsteil aufweist, ist zwischen dem Leistungsele­ ment 6 und einer Schaltung wie der Steuerschaltung 55 vor­ gesehen, die der Einwirkung durch Wärme ausgesetzt ist, und es ist mit einer Wärmeabstrahlungsplatte 44 unter Verwen­ dung eines Klebemittels 43 verbunden, welches eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt. Daher wird die Wärme der Lei­ stungseinheit 6 von dem Leiteranpassungsteil 61 zu der Wär­ meabstrahlungsplatte 44 geleitet und wird nicht zu der Steuerschaltung 55 geleitet. FIG. 18 illustrates a further embodiment, which is modified with respect to the embodiment corresponding to FIG. 16 and in which an auxiliary heat sink 61 is provided parallel to the heat sink 45 under the power element 6 . The auxiliary heat sink 61 , which has a conductor matching part, is seen between the power element 6 and a circuit such as the control circuit 55 which is exposed to heat, and it is connected to a heat radiation plate 44 using an adhesive 43 which has a high thermal conductivity. Therefore, the heat of the power unit 6 is conducted from the conductor matching part 61 to the heat radiation plate 44 and is not conducted to the control circuit 55 .

Fig. 19 und 20 veranschaulichen mehrschichtige Substrate in Übereinstimmung mit anderen Ausführungsformen, welche gegenüber der Ausführungsform von Fig. 16 modifi­ ziert sind und bei welchen die unterste Aluminiumoxid-Iso­ lierungsschicht 1e des mehrschichtigen Substrats 2 mit ei­ nem Wärmeableiter 62 versehen ist, der einen vergrabenen Leiterteil anstelle der in Fig. 18 dargestellten Wärmeab­ strahlungsplatte 44 aufweist, und wobei der Wärmeableiter 62 an den Hilfswärmeableiter 61 angeschlossen ist. Entspre­ chend Fig. 20 ist der Wärmeableiter 62 lediglich unter dem Leistungselement 6, nicht jedoch unter der Steuerschaltung 55 angeordnet. FIGS. 19 and 20 illustrate multi-layer substrates in accordance with other embodiments which are sheet modifi over the embodiment of FIG. 16 and in which the lowermost alumina Iso lierungsschicht 1 e of the multilayer substrate 2 is provided with egg nem heat sink 62 is of a buried conductor part instead of the heat radiation plate 44 shown in FIG. 18, and wherein the heat sink 62 is connected to the auxiliary heat sink 61 . Corresponding to Fig. 20, the heat sink 62 is arranged only under the power element 6 , but not under the control circuit 55 .

Bei den oben erwähnten Ausführungsformen kann die unter­ ste Schicht mit der leiterangepaßten Schicht 62 anstelle der Wärmeabstrahlungsplatte 44 versehen sein, um die Wärme bezüglich einer Leitung zu der Steuerschaltung abzutrennen. Die in Fig. 20 dargestellte Struktur ist der Struktur von Fig. 19 bezüglich der Gerichtetheit der Wärmeleitung über­ legen. Bezüglich der Wärmeabstrahlungsqualität ist jedoch die Struktur von Fig. 19 der Struktur von Fig. 20 überle­ gen. Bei den Strukturen der Fig. 19 und 20 durchdringt der Wärmeableiter 45, welcher unterhalb des Leistungsele­ ments 6 angeordnet ist, nicht die unterste Schicht des mehrschichtigen Substrats. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die oben erwähnten Strukturen beschränkt, sondern umfaßt die Strukturen, bei welchen der Wärmeablei­ ter 45 mit dem Wärmeleiter 62 der untersten Schicht des Substrats 2 verbunden ist.In the above-mentioned embodiments, the bottom layer may be provided with the conductor-matched layer 62 instead of the heat radiation plate 44 to separate the heat with respect to a line to the control circuit. The structure shown in FIG. 20 is superior to the structure of FIG. 19 with regard to the directionality of the heat conduction. With regard to the heat radiation quality, however, the structure of FIG. 19 is superior to the structure of FIG. 20. In the structures of FIGS . 19 and 20, the heat sink 45 , which is arranged below the power element 6 , does not penetrate the bottom layer of the multilayer substrate . However, the present invention is not limited to the above-mentioned structures, but includes the structures in which the heat conductor 45 is connected to the heat conductor 62 of the lowermost layer of the substrate 2 .

Bei dem oben beschriebenen mehrschichtigen Substrat der vorliegenden Erfindung ist der Wärmeableiter derart be­ schaffen, daß die von dem Leistungselement erzeugte Wärme absorbiert wird und sich in seitlicher Richtung ausbreitet. Darüber hinaus besitzt der in den Schichten angeordnete Wärmeableiter eine breite Fläche, um als Wärmeabstrahlungs­ platte zu dienen, von welcher die von dem Leistungselement erzeugte Wärme abgestrahlt wird. Daher besitzt das mehr­ schichtige Substrat eine ausgezeichnete Wärmeabstrahlungs­ qualität.In the multilayer substrate described above, the The present invention is the heat sink create the heat generated by the power element is absorbed and spreads sideways. In addition, the one arranged in the layers has Heat sink a wide area to use as heat radiation plate to serve, of which that of the power element generated heat is radiated. Therefore, it has more layered substrate excellent heat radiation quality.

Als wünschenswerteste Struktur des mehrschichtigen Substrats der vorliegenden Erfindung ist daher der Wärmeab­ leiter 13 in der obersten Aluminiumoxidschicht des mehr­ schichtigen Substrats 2 in einer breiten Ausdehnung gebil­ det, wie in Fig. 9 dargestellt ist.Therefore, as the most desirable structure of the multilayer substrate of the present invention, the heat sink 13 is formed in the uppermost alumina layer of the multilayer substrate 2 in a wide extent, as shown in FIG. 9.

Der Wärmeableiter 13 muß nicht in der obersten Schicht des mehrschichtigen Substrats 2 gebildet sein, er kann in der Zwischenschicht oder in der untersten Schicht des mehr­ schichtigen Substrats 2 angeordnet sein.The heat sink 13 need not be formed in the uppermost layer of the multilayer substrate 2, it may be in the intermediate layer or in the lowermost layer of the multi-layer substrate 2 is arranged.

Bei allen oben erwähnten Ausführungsformen kann die Leiterschicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung als innere Verdrahtung verwendet werden. In diesem Fall ist in dem mehrschichtigen Substrat eine Verdrahtung mit kleinem Wi­ derstand realisiert.In all of the above-mentioned embodiments, the Conductor layer of the device according to the invention as the inner Wiring can be used. In this case, in that multilayer substrate wiring with small Wi the state of affairs realized.

Das mehrschichtige Substrat 2 der vorliegenden Erfin­ dung kann sogar für gepackte bzw. verdichtete Strukturen wie einer Anschlußstiftmatrix (PGA, pin-grid array), welche mit einem IC verbunden ist, der einen großen Wärmebetrag erzeugt, bei einem Chipträger, einem gleitenden Hartlöten (slide brazing), einer flachen Baueinheit und ähnlichem verwendet werden.The multilayer substrate 2 of the present invention can be used even for packed structures such as a pin-matrix array (PGA), which is connected to an IC that generates a large amount of heat, with a chip carrier, a sliding brazing (slide brazing), a flat unit and the like can be used.

Fig. 21 veranschaulicht ein Beispiel, bei welchem das mehrschichtige Substrat in Übereinstimmung mit der vorlie­ genden Erfindung für eine Anschlußstiftmatrix (PGA) verwen­ det wird, wobei die Anschlußstiftmatrix (PGA) 80 durch eine Keramikplatte 81, eine Keramikbaueinheit 82 und Anschluß­ stifte 83 gebildet ist. Die Keramikbaueinheit 82 hat einen IC und ein Element 84 aufgenommen, welche große Beträge von Wärme erzeugen. Die Keramikplatte 81 ist als Versiegelungs­ teil zum Schutz des IC′s und des Elements 84, welche große Beträge von Wärme erzeugen, und der Drahtverbindungsteile 85 vorgesehen. Fig. 21 illustrates an example in which the multi-layer substrate in accordance with the vorlie constricting invention for a pin grid array (PGA) USAGE det is the pin grid array (PGA) 80 pins by a ceramic plate 81, a Keramikbaueinheit 82 and terminal 83 is formed . The ceramic assembly 82 houses an IC and an element 84 which generate large amounts of heat. The ceramic plate 81 is provided as a sealing part to protect the IC's and the element 84 , which generate large amounts of heat, and the wire connecting parts 85 .

In der Keramikbaueinheit 82 ist des weiteren ein Wärme­ abstrahlungsteil gebildet, das eine Mehrzahl von Wärmeab­ leitern 40, 41 und 42 aufweist, die in einer Mehrzahl von Stufen wie eine Pyramide aufeinander geschichtet sind. Die von dem IC und dem Element erzeugte Wärme wird durch die Wärmeableiter 40, 41 und 42, welche als leiterangepaßte Teile ausgebildet sind, die gestatten, daß der Wärmewider­ stand verringert wird, in die Umgebungsluft abgestrahlt.In the ceramic assembly 82 , a heat radiation part is further formed which has a plurality of heat conductors 40 , 41 and 42 which are stacked on one another in a plurality of steps like a pyramid. The heat generated by the IC and the element is radiated into the ambient air through the heat dissipators 40 , 41 and 42 , which are formed as conductor-matched parts that allow the heat resistance to be reduced.

Das durch die vorliegende Erfindung berücksichtigte Leistungselement 6 kann beispielsweise ein Leistungstransi­ stor, eine Leistungsdiode oder ein Element sein, welches große Beträge von Wärme erzeugt wie ein Hochgeschwindig­ keitsmikrocomputer oder ein Mikrocomputer in einem Hochleistungscomputer oder in einer Workstation.The power element 6 considered by the present invention may be, for example, a power transistor, a power diode, or an element that generates large amounts of heat, such as a high-speed microcomputer or a microcomputer in a high-performance computer or in a workstation.

Das Leistungselement entsprechend der vorliegenden Er­ findung ist auf einem Siliziumsubstrat gebildet, und der Wärmeableiter ist aus Molybdän oder Wolfram zusammenge­ setzt. In diesem Fall besitzt das Silizium einen Wärmeaus­ dehnungskoeffizienten von 3 ppm/°C, Molybdän besitzt einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 4 ppm/°C und Wolfram be­ sitzt einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 4,5 ppm/°C. Daher sind diese Materialien bezüglich der Wärmeausdeh­ nungskoeffizienten miteinander angepaßt, und es gibt keine Notwendigkeit des Vorsehens einer Druck- bzw. Spannungsab­ sorptionsschicht.The performance element according to the present Er is formed on a silicon substrate, and the Heat sink is made of molybdenum or tungsten puts. In this case, the silicon has a heat off expansion coefficient of 3 ppm / ° C, molybdenum has one Thermal expansion coefficient of 4 ppm / ° C and tungsten be  has a thermal expansion coefficient of 4.5 ppm / ° C. Therefore, these materials are thermal expansion matching coefficients, and there are none Necessity to provide a pressure or voltage drop sorption layer.

Sogar wenn das Aluminiumoxid-Substrat verwendet wird oder wenn Aluminiumoxid und das oben erwähnte Material mit hohem Schmelzpunkt bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden, wird eine gute Anpassung relativ zu dem Substrat in Bezug auf die Wärmeausdehnungskoeffizienten erzielt.Even when the alumina substrate is used or if using alumina and the material mentioned above high melting point used in the present invention will be a good match relative to the substrate in Regarding the coefficient of thermal expansion achieved.

Das Aluminiumoxid-Substrat besitzt einen Wärmeausdeh­ nungkoeffizienten von 7,5 ppm/°C, und Molybdän und Wolfram, welche Füllmaterialien sind, besitzen Wärmeausdehnungskoef­ fizienten von etwa 3,7 bis 5,3 ppm/°C und von etwa 4,5 bis 5,0 ppm/°C, welche nahe beieinander liegen. Es kommt daher nicht vor, daß die Füllmaterialien sich während des Härtens verflüchtigen.The alumina substrate has thermal expansion coefficient of 7.5 ppm / ° C, and molybdenum and tungsten, which filler materials have thermal expansion coefficient efficiencies from about 3.7 to 5.3 ppm / ° C and from about 4.5 to 5.0 ppm / ° C, which are close to each other. It comes from that not before that the filler materials become cured during curing evaporate.

Wenn die in Fig. 9 dargestellte Ausführungsform mit der in Fig. 10 dargestellten Ausführungsform verglichen wird, ist der Wärmeableiter 20 von Fig. 10 innerhalb des mehr­ schichtigen Substrats gebildet, das sich in seitlicher Richtung erstreckt. Dadurch wird ermöglicht, daß die Bau­ teile in hoher Dichte auf der Oberfläche im Vergleich zu dem Substrat des Ausführungsform von Fig. 9 angebracht wer­ den können.When the embodiment shown in FIG. 9 is compared with the embodiment shown in FIG. 10, the heat sink 20 of FIG. 10 is formed within the multilayer substrate that extends in the lateral direction. This enables the components to be mounted in high density on the surface compared to the substrate of the embodiment of Fig. 9 who can.

Bei den Ausführungsformen von Fig. 1, 13 und 14 werden des weiteren die Wärmeableiter innerhalb des mehrschichti­ gen Substrats gebildet, wodurch die Oberfläche des mehr­ schichtigen Substrats freier verwendet werden kann, d. h. die Bauteile können auf der Oberfläche mit einer hohen Dichte angebracht werden. In the embodiments of FIGS. 1, 13 and 14, furthermore, the heat sinks are formed within the multi-layer substrate, whereby the surface of the multi-layer substrate can be used more freely, that is, the components can be attached to the surface with a high density.

Sogar bei dem in Fig. 18 bis 20 dargestellten Ausfüh­ rungsformen kann der Hilfswärmeableiter 61 so entworfen werden, daß er nicht in der obersten Aluminiumoxidschicht des mehrschichtigen Substrats 2 gebildet ist, um die An­ bringungsdichte auf der Oberfläche des mehrschichtigen Substrats 2 zu erhöhen.Even in the approximate form in Figs. 18 to 20 shown exporting the Hilfswärmeableiter 61 can be designed so that it is not formed in the top aluminum oxide layer of the multilayer substrate 2 to the on brin supply density on the surface of the multilayer substrate 2 to increase.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, wel­ che oben detailliert beschrieben wurde, können der kurzzei­ tig auftretende Wärmewiderstand und der stetige Wärmewider­ stand verringert werden. Da der Wärmeleiter, welcher sich über die oberste Schicht hinaus erstreckt, eliminiert oder bezüglich seiner Größe verringert werden kann, wird dar­ überhinaus es ermöglicht, daß Anbringungsvolumen zu verrin­ gern. Überdies besteht keine Notwendigkeit einer Verwendung eines kostenintensiven Substratmaterials wie beispielsweise AIN zum Abstrahlen der Wärme, und das Substrat mit einer hervorragenden Wärmeleitfähigkeit kann kostengünstig herge­ stellt werden.In accordance with the present invention, wel che described in detail above, the short term heat resistance and the constant heat resistance stand be reduced. Because the heat conductor, which is extends beyond the top layer, eliminated or can be reduced in size moreover, it enables the mounting volume to be reduced gladly. Furthermore, there is no need for use an expensive substrate material such as AIN for radiating heat, and the substrate with one excellent thermal conductivity can be inexpensive be put.

Vorstehend wurde ein mehrschichtiges Substrat offen­ bart. Das mehrschichtige Substrat ist zum Verringern von kurzzeitig und ständig auftretenden Wärmewiderständen ge­ eignet. Ein Metallkörper 4, welcher als Wärmeleiter mit ei­ ner guten Wärmeleitfähigkeit dient, ist in die oberste Iso­ lierungsschicht 1a eingepaßt, und ein Leistungselement 6 ist auf dem Metallkörper 4 angeordnet. Die von dem Lei­ stungselement 5 erzeugte Hitze bzw. Wärme wird in den Me­ tallkörper 4 in der obersten Isolierungsschicht 1a geleitet und abgestrahlt. Der Metallkörper 4 ist aus einem Gemisch von Molybdänteilchen oder Wolframteilchen zusammengesetzt, welche einen hohen Schmelzpunkt besitzen, und aus Alumini­ umteilchen.Above, a multi-layer substrate has been exposed. The multilayer substrate is suitable for reducing short-term and constantly occurring thermal resistances. A metal body 4 , which serves as a heat conductor with egg ner good thermal conductivity, is fitted into the top insulation layer 1 a, and a power element 6 is arranged on the metal body 4 . The heat or heat generated by the power element 5 is passed into the tall tall body 4 in the uppermost insulation layer 1 a and radiated. The metal body 4 is composed of a mixture of molybdenum particles or tungsten particles, which have a high melting point, and of aluminum particles.

Claims (13)

1. Mehrschichtiges Substrat mit einer Mehrzahl von Iso­ lierungsschichten, auf welchem ein Leistungselement ange­ ordnet ist, wobei das mehrschichtige Substrat einen Wärme­ ableiter aufweist, der schnell von dem Leistungselement er­ zeugte Hitze bzw. Wärme absorbiert und zerstreut und die Wärme in die Umgebung abstrahlt, wobei der Wärmeableiter parallel zu der Oberfläche des mehrschichtigen Substrats ausgebildet ist und sich in eine seitliche Richtung er­ streckt.1. Multi-layer substrate with a plurality of Iso layers on which a power element is attached is arranged, wherein the multilayer substrate a heat has arrester that he quickly from the power element generated heat or heat absorbed and dissipated and the Radiates heat into the environment, the heat sink parallel to the surface of the multilayer substrate is trained and he moves in a lateral direction stretches. 2. Mehrschichtiges Substrat nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich der Wärmeableiter weiter in die seitliche Richtung als in die Richtung der Dicke des mehr­ schichtigen Substrats erstreckt.2. Multi-layer substrate according to claim 1, characterized ge indicates that the heat sink continues into the lateral direction than in the direction of the thickness of the more stratified substrate extends. 3. Mehrschichtiges Substrat nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Wärmeableiter in einer Isolierungs­ schicht innerhalb des mehrschichtigen Substrats gebildet ist.3. Multi-layer substrate according to claim 2, characterized ge indicates that the heat sink in an insulation layer formed within the multilayer substrate is. 4. Mehrschichtiges Substrat nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Wärmeableiter mindestens einen ersten Wärmeableiter, welcher in einer ersten Isolierungsschicht nahe dem Leistungselement gebildet ist, und einen zweiten Wärmeableiter aufweist, der in einer zweiten Isolierungs­ schicht gebildet ist, welche sich unter der ersten Isolie­ rungsschicht befindet, wobei der zweite Wärmeableiter brei­ ter als der erste Wärmeableiter ausgebildet ist.4. Multi-layer substrate according to claim 1, characterized ge indicates that the heat sink at least a first Heat sink, which in a first insulation layer is formed near the power element, and a second Has heat sink in a second insulation layer is formed, which is under the first insulation tion layer, wherein the second heat sink porridge ter than the first heat sink is formed. 5. Mehrschichtiges Substrat nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der erste Wärmeableiter und der zweite Wärmeableiter durch pyramidenförmiges Aufeinanderschichten gebildet sind. 5. Multi-layer substrate according to claim 4, characterized ge indicates that the first heat sink and the second Heat dissipation through pyramidal stacking are formed.   6. Mehrschichtiges Substrat nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der erste Wärmeableiter und der zweite Wärmeableiter an ihren Endteilen miteinander verbunden sind, jedoch an Positionen gebildet sind, die in eine vor­ bestimmte Richtung unter dem Leistungselement abgelenkt sind.6. Multi-layer substrate according to claim 5, characterized ge indicates that the first heat sink and the second Heat sink connected at their end parts are, but are formed at positions that precede a certain direction distracted under the power element are. 7. Mehrschichtiges Substrat nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Steuerschaltung zum Steuern des Lei­ stungselements in einer Richtung entgegengesetzt zu der Richtung gebildet ist, in welche der erste und der zweite Wärmeableiter abgelenkt sind.7. Multi-layer substrate according to claim 6, characterized ge indicates that a control circuit for controlling the Lei Stungselements in a direction opposite to that Direction is formed in which the first and the second Heat dissipators are distracted. 8. Mehrschichtiges Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeableiter als Verdrahtung für das Leistungselements verwendet wird.8. Multi-layer substrate according to one of claims 1 to 7, characterized in that the heat sink as Wiring for the power element is used. 9. Mehrschichtiges Substrat nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Wärmeableiter ein Hauptwärmeableiter­ teil besitzt, welches direkt unter dem Leistungselement ge­ bildet ist, und ein Unterwärmeableiterteil, welches an ei­ ner Position gebildet ist, welche von dem Hauptwärmeablei­ terteil in der Nähe des Leistungselements abgetrennt ist.9. A multilayer substrate according to claim 1, characterized ge indicates that the heat sink is a main heat sink owns part, which is directly under the power element is formed, and an under-heat dissipation part, which on egg ner position is formed, which from the main heat terpart is separated near the power element. 10. Mehrschichtiges Substrat nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Unterwärmeableiterteil durch die Rückseitenoberfläche des mehrschichtigen Substrats gebildet ist.10. Multi-layer substrate according to claim 9, characterized ge indicates that the heat sink part through the Back surface of the multilayer substrate is formed is. 11. Mehrschichtiges Substrat nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Unterwärmeableiterteil durch die Rückseitenoberfläche des mehrschichtigen Substrats gebildet ist und eine Rückseitenoberfläche besitzt, welche sich auf der Isolierungsschicht erstreckt, die als Rückseitenober­ fläche ausgebildet ist. 11. Multi-layer substrate according to claim 10, characterized ge indicates that the heat sink part through the Back surface of the multilayer substrate is formed is and has a back surface, which is on of the insulation layer that extends as the back surface surface is formed.   12. Mehrschichtiges Substrat nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Unterwärmeableiter nicht auf der Oberfläche des mehrschichtigen Substrats gebildet ist.12. Multi-layer substrate according to claim 11, characterized ge indicates that the heat sink is not on the Surface of the multilayer substrate is formed. 13. Mehrschichtiges Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das mehrschichtige Substrat als Substrat für eine Keramikbaueinheit dient.13. Multi-layer substrate according to one of claims 1 to 12, characterized in that the multilayer Substrate serves as a substrate for a ceramic assembly.
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