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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung zur Kühlung einer Elektronikeinheit
mittels eines Kühlkörpers. Außerdem betrifft
die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Anordnung.
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In
einer Elektronikeinheit, die beispielsweise als Leistungsmodul ausgebildet
ist, entsteht Verlustwärme,
die abgeführt
werden muss, um eine thermische Zerstörung der Elektronikeinheit
zu vermeiden. Die Elektronikeinheit ist dabei insbesondere aus verschiedenen
Teilkomponenten aufgebaut. Sie kann eine Leiterplatte aus einem
beidseitig mit einer Kupfer-Beschichtung versehenen Trägermaterial
sowie verschiedene auf der Leiterplatte angeordnete elektronische
Bauelemente beinhalten. Die Wärmeableitung
erfolgt üblicherweise
mittels eines Kühlkörpers, der
auf einer den elektronischen Bauelementen abgewandten Seite der
Leiterplatte angeordnet ist.
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Bekannt
ist eine Ausführungsform
des Kühlkörpers mit
thermisch nicht an die Elektronikeinheit angepasstem Material, wie
z. B. einem Kupfer-Material.
Der in diesem Fall als Kupfer-Block ausgebildete Kühlkörper hat
einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten (= Wärmeausdehnungskoeffizienten)
in der Größenordnung
von 17 ppm/°C.
Demgegenüber liegt
der thermische Ausdehnungskoeffizient der Elektronikeinheit zumindest
im Kontaktbereich zu dem Kühlkörper in
einer Größenordnung
von etwa 8 bis 10 ppm/°C.
Ein derartiger Kühlkörper ist
somit relativ schlecht an die Elektronikeinheit angepasst, so dass
es in der Gesamtanordnung bestehend aus Kühlkörper und Elektronikeinheit
zu mechanischen Spannungen kommen kann. Im ungünstigsten Fall und insbesondere
bei starken Lastwechseln, die mit starken Schwankungen der thermischen
Verlustleistung und damit der abzuführenden Wärme einhergehen, kann dies
zu Beschädigungen
der elektronischen Schaltung der Elektronikeinheit führen. Aufgrund
der auftretenden mechanischen Spannungen kann es zur Rissbildung
beispielsweise in Löt-Verbindungen
der elektronischen Schaltung kommen. Elektronische Bauelemente können sich
dann von der Lötschicht
lösen.
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Bekannt
ist auch eine andere Ausführungsform
des Kühlkörpers mit
einem thermisch angepassten Material wie zum Beispiel einer Aluminiumnitrid
(AlN)-Keramik, die im Wesentlichen einen der Elektronikeinheit vergleichbaren
thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist. Allerdings ist diese Lösung relativ
kostenintensiv.
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Bei
diesen bekannten Ausführungsformen lassen
sich außerdem
bestimmte, eigentlich besonders gut geeignete Kühlungsarten, wie eine turbulente
Umströmung
rautenförmiger
Kühlfinger
durch ein flüssiges
Kühlmedium,
nicht oder nur unter erschwerten Bedingen realisieren. Da diese
besonders effiziente Kühlung
nicht zum Einsatz kommen kann, wird üblicherweise eine niedrigere
Kühlmitteltemperatur vorgesehen.
Folglich ist in einer Anwendungsumgebung mit einem bereits existierenden
Kühlkreislauf gegebenenfalls
dennoch ein zweiter, zusätzliche Kosten
verursachender Kühlkreislauf
vorzusehen, insbesondere dann, wenn die Kühlmitteltemperatur des ersten
Kühlkreislaufs
zu hoch für
eine Kühlung der
Elektronikeinheit wäre.
Eine derartige Konstellation ist insbesondere im Kraftfahrzeug-Bereich
vorstellbar, da dort die Temperatur im ohnehin vorhandenen Motor-Kühlkreislauf üblicherweise
bei einem relativ hohen Wert von etwa 90°C, teilweise auch von bis zu
105°C liegt.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine Anordnung zur Kühlung einer
Elektronikeinheit anzugeben, die möglichst kostengünstig realisiert werden
kann. Weiterhin soll ein Verfahren zur Herstellung einer solchen
Anordnung angegeben werden.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
anhand einer Anordnung entsprechend den Merkmalen des Anspruchs
1.
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Die
erfindungsgemäße Anordnung
zur Kühlung
einer Elektronikeinheit, die zumindest an einer zur Wärmeabfuhr
bestimmten Oberfläche
einen ersten Wärmeausdehnungskoeffizienten
aufweist, umfasst einen Kühlkörper mit
einem zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten
und mindestens einen in den Kühlkörper eingebetteten
Einsatz mit einem dritten Wärmeausdehnungskoeffizienten,
wobei eine freie Oberfläche
des Einsatzes zur mechanischen und thermischen Kontaktierung der
zur Wärmeabfuhr bestimmten
Oberfläche
der Elektronikeinheit bestimmt ist und der Wert des dritten Wärmeausdehnungskoeffizienten
zwischen den Werten des ersten und des zweiten Wärmeausdehnungskoeffizienten liegt.
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Die
Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass durch eine stufenweise
Anpassung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten der zu kühlenden
Elektronikeinheit und des Kühlkörpers die Entstehung
der schädlichen
mechanischen Spannungen zumindest erheblich reduziert werden kann. Die
Stufenanpassung erfolgt vorzugsweise mittels des zusätzlichen
Einsatzes, der an der Kontaktoberfläche zur Elektronikeinheit in
den Kühlkörper eingebettet
ist.
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Auch
wenn das Material des Kühlkörpers thermisch
nicht oder nur schlecht an die zu kühlende Elektronikeinheit angepasst
ist, ermöglicht
der zusätzlich
vorgesehene Einsatz dennoch eine einfache und zugleich kostengünstige thermische
Anpassung. Durch den Einsatz werden die mechanischen Spannungen,
die sich ansonsten aufgrund der stark voneinander abweichenden thermischen
Ausdehnungskoeffizienten ausbilden würden, vermieden. Die unterschiedlichen
thermnischen Ausdehnungen werden dann nämlich über einen größeren Bereich,
der sich von der Grenzfläche
der Elektronikeinheit über den
Einsatz bis zum Kühlkörper erstreckt,
verteilt, so dass die insbesondere störenden hohen mechanischen Spannungen
an der Grenzfläche
zwischen der Elektronikeinheit und dem Kühlkörper nicht auftreten.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Anordnung ergeben sich aus den vom Anspruch
1 abhängigen Ansprüchen.
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Günstig ist
es, wenn der Kühlkörper aus
einem Aluminium (Al)-Silizium (Si)-Material hergestellt ist. Insbesondere
ein Silizium-Anteil mit einem auf das Gesamtgewicht bezogenen Gewichtsanteil
von zwischen etwa 10,5 % und 13,5 %, bevorzugt von etwa 12 % hat
sich als vorteilhaft herausgestellt. Eine sehr kostengünstige Lösung ergibt
sich, wenn das Silizium-Aluminium-Material
des Kühlkörpers ein
Gussmaterial, vorzugsweise ein Druckgussmaterial ist. Ein Beispiel
für ein
derartig bevorzugtes Druckguss-Material
ist ein Aluminium-Silizium-Material, das unter der Bezeichnung GD
A1Si12 geführt wird. Dieser genormten
Gusslegierung können
Zusatzmaterialien, wie Kupfer oder/und Eisen, mit jeweils unterschiedlichem
Anteil beigemengt sein. Der thermische Ausdehnungskoeffizient des
für den
Kühlkörper eingesetzten
Materials ist auch von diesen beigemengten Zusatzmaterialien abhängig und
liegt typischerweise zwischen etwa 20 ppm/°C und 22 ppm/°C, bevorzugt
bei etwa 21 ppm/°C.
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Bevorzugt
besteht auch der Einsatz aus einem Aluminium-Silizium-Material, dessen
Silizium-Anteil vorzugsweise einen Gewichtsanteil von mindestens
35 %, vorzugsweise von etwa 35 bis 40 % aufweist. Das für den Einsatz
verwendete Aluminium-Silizium-Material ist insbesondere ein Strangmaterial,
das durch eine spanende Bearbeitung in die für den Einsatz benötigte Form
gebracht werden kann. Ein beispielsweise geeignetes derartiges Aluminium-Silizium-Strangmaterial
ist unter der Handelsbezeichnung DISPAL S 220 / S 225 bekannt.
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Besonders
gut lassen sich die unerwünscht hohen Überspannungen
im Übergangsbereich
Elektronikeinheit – Einsatz – Kühlkörper vermeiden,
wenn der Kühlkörper und
der Einsatz aus Materialien bestehen, die zumindest teilweise identische
Materialkomponenten aufweisen. Diese identischen Materialkomponenten
können
dabei im jeweiligen Material durchaus in unterschiedlicher Zusammensetzung vorhanden
sein. Ein Beispiel hierfür
ist ein Kühlkörper aus
GD A1Si12 und ein Einsatz aus DISPAL S 220
/ S 225. In diesem Beispielfall sind dann Aluminium und Silizium
die identischen Materialkomponenten.
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Vorzugsweise
hat der Einsatz einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von etwa
12 ppm/°C.
Berücksichtigt
man den für
die Elektronikeinheit üblicherweise
zumindest an der Kontaktfläche
zum Kühlkörper vorliegenden
thermischen Ausdehnungskoeffizienten von etwa 8 bis 10 ppm/°C, so ergibt
sich innerhalb des Anordnungsaufbaus Elektronikeinheit – Einsatz – Kühlkörper eine
besonders günstige
stufenweise Anpassung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten und
damit auch der sich bei einer Temperaturänderung einstellenden mechanischen
Ausdehnungen. Dadurch werden die mechanischen Spannungen erheblich
reduziert und die Lebensdauer der Anordnung auch bei stark schwankenden
elektrischen Lastwechseln innerhalb der Elektronikeinheit verlängert.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen dem Kühlkörper und
dem Einsatz eine mechanisch haftende und insbesondere auch thermisch
leitfähige
Verbindung vorgesehen. Diese verbessert die mechanische Stabilität des Anordnungsaufbaus
und außerdem
auch die thermische Ableitung der in der Elektronikeinheit entstehenden Verlustleistung.
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Günstig ist
es insbesondere, wenn der niedrigste Wert aller vorkommenden thermischen
Leitfähigkeiten
innerhalb der zu kühlenden
Elektronikeinheit selbst, beispielsweise in einem Halbleiter-Material
eines elektronischen Bauelements, auftritt. Verglichen mit diesem
minimalen Wert innerhalb der Elektronikeinheit haben der Kühlkörper, der
Einsatz, die Verbindung zwischen dem Kühlkörper und dem Einsatz sowie
die Verbindung zwischen dem Einsatz und der Elektronikeinheit jeweils
eine größere thermische Leitfähigkeit.
Durch diese Maßnahme
wird der Wärmeabtransport über den
Kühlkörper zusätzlich begünstigt.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, Verfahren zur Herstellung
einer erfindungsgemäßen Anordnung
anzugeben, die auch zur Herstellung einer größeren Anzahl derartiger Anordnungen
geeignet sind.
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Diese
Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch
die Verfahren nach den Ansprüchen
9 und 10.
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Vorteilhafterweise
wird die Anordnung bestehend aus dem Kühlkörper und dem eingebetteten Einsatz
mittels einer Gusstechnik oder auch eines Schweißverfahrens hergestellt. Bei
dem zuerst genannten Verfahren wird der vorab hergestellte Einsatz
umgossen. Besonders günstig
ist hierbei ein Druckguss-Verfahren. Die Außenkontur des Kühlkörpers wird
mittels des Guss-Verfahrens hergestellt. Die mechanisch haftende
und thermisch leit fähige Verbindung
zwischen dem Kühlkörper und
dem Einsatz ergibt sich automatisch einerseits beim Umgießen mit
dem flüssigen
Material des Kühlkörpers und andererseits
während
des Erstarrvorgangs.
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Bei
der zweitgenannten Methode werden der Kühlkörper und der Einsatz jeweils
vorab hergestellt, der Kühlkörper beispielsweise
mittels eines Guss-Verfahrens
und der Einsatz mittels einer spanenden Bearbeitung eines Strang-Materials.
Die mechanisch haftende und leitfähige Verbindung zwischen beiden
Komponenten wird dann im Anschluss mittels eines Schweißverfahrens
hergestellt. Besonders vorteilhaft ist hierbei der Einsatz eines
Ultraschall-Schweißverfahrens,
anhand dessen auch die voneinander verschiedenen Materialien des
Kühlkörpers und
des Einsatzes sehr gut, d. h. insbesondere form- und passschlüssig miteinander
verbunden werden können.
Durch die bei dieser Methode im Verbindungsbereich kurzfristig auftretende,
sehr hohe Hitzeenergie werden molekularische Bewegungen im Materialgefüge der beiden
zu verbindenden Komonenten (Kühlkörper und
Einsatz) erzeugt. Es kommt zu einem teilweisen Aufschmelzen und
auch zu einer teilweisen Vermischung beider Materialien. Nach dem
Abkühlvorgang
liegt in dem Verbindungsbereich die erwünschte gute mechanisch haftende
und thermisch leitfähige
Verbindung zwischen dem Kühlkörper und
dem Einsatz vor. Eine diesbezüglich
besonders gute Verbindung stellt sich dann ein, wenn der Kühlkörper und
der Einsatz identische Materialkomponenten aufweisen. Diese Voraussetzung
ist insbesondere bei einem aus dem Druckguss-Material GD AlSi12 hergestellten Kühlkörper und einem aus dem Strangmaterial
DISPAL S 220 / S 225 hergestellten Einsatz erfüllt. Beide Materialien enthalten
Aluminium und Silizium – wenn
auch in unterschiedlichen Zusammensetzungen – als Materialkomponenten.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
werden nunmehr anhand der Zeichnung näher erläutert. Zur Verdeutlichung ist
die Zeichnung nicht maßstäblich ausgeführt, und
gewisse Aspekte sind nur schematisiert dargestellt. Im Einzelnen
zeigen:
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1 eine
Anordnung zur Kühlung
einer Elektronikeinheit mit einem Kühlkörper und eingebettetem Einsatz,
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2 eine
perspektivische Darstellung des Kühlkörpers von 1 und
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3 und 4 jeweils
eine Schnittdarstellung des Verbunds aus Kühlkörper und Einsatz.
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Einander
entsprechende Teile sind in den 1 bis 4 mit
denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist
eine Anordnung 1 zur Kühlung
einer Elektronikeinheit 2 mittels eines Kühlkörpers 3 und
eines in den Kühlkörper 3 eingebetteten
Einsatzes 4 dargestellt.
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Die
Elektronikeinheit 2 ist beispielhaft als Leistungsmodul,
wie es insbesondere im Kraftfahrzeug-Bereich oder auch im Automatisierungsbereich zum
Einsatz kommen kann, ausgebildet. Sie setzt sich aus verschiedenen
Einzelkomponenten zusammen. Die Basis bildet eine Leiterplatte 5 mit
einem Leiterplattenkern 6, der beidseitig mit elektrisch
leitenden Beschichtungen 7 und 8 versehen ist.
Der Leiterplattenkern 6 besteht vorzugsweise aus einem Keramik-Material,
insbesondere aus einem Aluminiumoxid (Al2O3) oder einem Aluminiumnitrid (AlN). Für die Beschichtungen 7 und 8 ist
ein Kupfer-Material, das sich insbesondere für das sogenannte DCB-Verfahren (= Direct Copper Bonding)
eignet, vorgesehen. Das Kupfer ist beispielsweise mit einer Schichtdicke
von etwa 300 μm
aufgebracht. Auf der oberen Beschichtung 8 sind verschiedene
elektronische Bauelemente 9 und 10 angeordnet.
Hierbei kann es sich um passive (z. B. elektrische Widerstände, Spulen,
Kondensatoren, ...) oder aktive (Halbleiterbauelemente wie Dioden,
Transistoren, integrierte Schaltkreise, ...) Bauelemente in beliebiger
elektrischer Zusammenschaltung handeln.
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Die
elektronischen Bauelemente sind in aller Regel verlustbehaftet,
so dass während
des elektrischen Betriebs Verlustleistung entsteht, die zu einer Erwärmung zunächst der
elektronischen Bauelemente 9 und 10 und dann aber
auch der gesamten Elektronikeinheit 2 führt. Um eine thermische Überlastung und
damit eine Zerstörung
der Elektronikeinheit 2 zu verhindern, wird die thermische
Verlustleistung über den
in 1 nur schematisch dargestellten Kühlkörper 3 und
den eingebetteten Einsatz 4 abgeführt. Hierzu ist der Verbundkörper aus
Kühlkörper 3 und Einsatz 4 an
einer Oberfläche 11 des
Einsatzes 4 mit einer Oberfläche 12 der unteren
Beschichtung 7 mechanisch und insbesondere auch thermisch
leitfähig verbunden.
Vorzugsweise ist hierfür
eine Löt-Verbindung 13 vorgesehen,
die eine gute mechanische Haftung und auch eine gute thermische
Leitfähigkeit
aufweist. Eine besonders gute, d. h. vor allem auch lunkerfreie,
Löt-Verbindung 13 erhält man mittels
einer Vakuumlöttechnik.
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Der
Einsatz 4 ist als Zwischenglied zwischen der Elektronikeinheit 2 und
dem eigentlichen Kühlkörper 3 zur
stufenweisen Anpassung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten
und damit auch der sich bei einer Temperaturänderung einstellenden mechanischen
Ausdehnungen vorgesehen.
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Üblicherweise
liegt der thermische Ausdehnungskoeffizient der Elektronikeinheit 2 im
Bereich der unteren Oberfläche 12 in
der Größenordnung zwischen
8 und 10 ppm/°C.
Bei bekannten Lösungen zur
Kühlung
der Elektronikeinheit 2 wird für den Kühlkörper 3 entweder ein
thermisch nicht angepasstes Material mit abweichendem Wärmeausdehnungskoeffizienten
(z.B. ein Kupfer-Material) oder ein thermisch angepasstes Material
mit vergleichbarem Wärmeausdehnungskoeffizienten
(z. B. ein Keramikmaterial aus Aluminiumnitrid) verwendet. Im zuerst
genannten Fall ist dann im Verbindungsbereich zwischen der Elektronikeinheit 2 und
dem Kühlkörper 3 mit
sehr hohen mechanischen Spannungen zu rechnen, die zu einer vorzeitigen
Schädigung
der Elektronikeinheit 2 führen können. Um dies zu vermeiden, wird
insbesondere der Kühlkreislauf
und/oder die in 1 nicht näher dargestellten Kühlfinger
des Kühlkörpers 3 in
besonderer Art und Weise ausgestaltet. So wird beispielsweise bei
Anwendungen im Kraftfahrzeug-Bereich neben dem ohnehin vorhandenen Motor-Kühlkreislauf,
der bei einer Kühlmitteltemperatur
von etwa 90°C
betrieben wird, ein zweiter zusätzlicher
Kühlkreislauf
zur Kühlung
der Elektronikeinheit 2 vorgesehen. Dies bedeutet aber
einen kostenintensiven Zusatzaufwand. Auch bei der anderen bekannten
Lösung,
bei der ein thermisch angepasstes Material für den Kühlkörper 3 zum Einsatz
kommt, ergibt sich ein erheblicher finanzieller Zusatzaufwand, der durch
die hohen Materialkosten des speziellen Kühlkörper-Materials verursacht wird.
Insbesondere das in diesem Zusammenhang bevorzugt eingesetzte Aluminiumnitrid-Keramikmaterial
ist mit relativ hohen Kosten verbunden.
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Um
die vorstehend genannten kostenintensiven Maßnahmen zu vermeiden, ist bei
der Anordnung 1 gemäß 1 der
Verbundkörper
mit dem zwischengeschalteten Einsatz 4 vorgesehen. Der
Kühlkörper 3 besteht
dabei aus einem relativ preiswerten und auch leicht handhabbaren
Material. Im Ausführungsbeispiel
ist dies ein Aluminium-Silizium-Material mit einem Silizium-Gewichtsanteil
von etwa 12 %. Dieses Material kann mittels eines günstigen
Druckguss-Verfahrens in die gewünschte
Gestalt gebracht werden. Eine aufwändige Nachbearbeitung ist hierbei
nicht erforderlich. Die Materialkosten und die Kosten der Materialbearbeitung
liegen somit für
den Kühlkörper 3 in
einem sehr preiswerten Rahmen.
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Auch
der Einsatz 4 besteht aus einem Aluminium-Silizium-Material,
das im Ausführungsbeispiel einen
Silizium-Gewichtsanteil von etwa 35 % aufweist, insbesondere aus
DISPAL S 220 / S 225. DISPAL S 225 ist ein Handelsname des Unternehmens PEAK
Werkstoff GmbH. Dieses Material lässt sich allerdings nicht mittels
einer Gusstechnik bearbeiten. Vielmehr wird der Einsatz 4 mittels
einer spanenden Bearbeitung eines Rohkörpers, der beispielsweise als
Zugstrang-Körper
vorliegt, hergestellt. Der aus diesem Material hergestellte Einsatz 4 hat
dann einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von etwa 12 ppm/°C und ermöglicht damit
einen guten stufenweisen Übergang
von dem Wärmeausdehnungskoeffizienten
der Elektronikeinheit 2 (= 8 bis 10 ppm/°C) zu dem
des Kühlkörpers 3,
der etwa bei 21 ppm/°C
liegt. Der Verbund aus dem Kühlkörper 3 und dem
Einsatz 4 hat dann an der Oberfläche 11 einen mittleren
Wärmeausdehnungskoeffizienten
zwischen etwa 13 ppm/°C
und 14 ppm/°C.
Die bei den bekannten Lösungen
beschriebenen Probleme mit den mechanischen Überspannungen im Verbindungsbereich zwischen
dem Kühlkörper 3 und
der Elektronikeinheit 2 treten deshalb bei der Anordnung 1 gemäß 1 nicht
auf.
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Anhand
der perspektivischen Darstellung von 2 wird deutlich,
dass der Kühlkörper 3 den wesentlichen
(Volumen-)Anteil der Verbundlösung ausmacht.
Demgegenüber
ist der (Volumen-)Anteil des zwischengeschalteten Einsatzes 4 deutlich
geringer. Der Kühlkörper 3 bestimmt
die Außenkontur und
enthält
auch die üblichen
Mittel zur Befestigung und Abdichtung. Der Schnittdarstellung von 3 ist außerdem zu
entnehmen, dass auf der vom minsatz 4 abgewandten Seite
des Kühlkörpers 3 Kühlfinger 14 angeordnet
sind, die im Beispiel eine rautenförmige Struktur aufweisen. Diese
Struktur ist insbesondere bei Kraftfahrzeug-Anwendungen besonders
vorteilhaft. Der Kühlkörper 3 enthält gemäß Darstellung von 2 Ausnehmungen 15,
die jeweils zur Aufnahme eines Einsatzes 4 bestimmt sind.
Die Ausführungsform
nach 2 dient zur Kühlung
von insgesamt drei gesonderten Elektronikeinheiten 2. Deshalb
sind drei Ausnehmungen 15 im Kühlkörper 3 angeordnet.
Je nach Bedarf können
jedoch auch mehr oder weniger Ausnehmungen 15 vorhanden
sein.
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Zwischen
dem Einsatz 4 und dem Kühlkörper 3 besteht
eine mechanisch haftende und auch thermisch leitende Verbindung 16,
die auf unterschiedliche Art und Weise hergestellt werden kann. Bei
einem ersten Verfahren werden der Kühlkörper 3 mittels einer
Druckguss-Technik und der Einsatz 4 mittels der beschriebenen
spanenden Bearbeitung eines Rohkörpers
jeweils gesondert hergestellt, um anschließend mittels eines Ultraschall-Schweißverfahrens
form- und passschlüssig
miteinander verbunden zu werden. Während des Schweißvorgangs
erfolgt im Verbindungsbereich ein Aufschmelzen der Materialien des
Kühlkörpers 3 und
des Einsatzes 4. Nach dem Wiedererstarren ergibt sich die
Verbindung 16 als molekulare Verbindung oder als mechanische
Verbindung in Form von Materialverzahnungen oder auch als Kombination
beider Verbindungsarten.
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Im
Unterschied zum Ultraschall-Schweißverfahren, bei dem der vorab
gefertigte Einsatz 4 in den ebenfalls vorab gefertigten
Kühlkörper 3 platziert
wird (siehe 3), wird bei dem zweiten Herstellungsverfahren
nur der Einsatz 4 vorab mittels spanender Bearbeitung hergestellt.
In eine, nach folgenden Prozessschritt wird der Kühlkörper 3 mittels einer Druck-Gusstechnik hergestellt,
indem der Einsatz 4 umgossen wird. Zur Verbesserung der
mechanischen Stabilität
enthält
der Einsatz 4 bei diesem zweiten Verfahren vorzugsweise,
wie in 4 gezeigt, an seinen schmalen Randseiten einen
ringsum laufenden Vorsprung 17. Die Verbindung 16 ergibt sich
bei diesem zweiten Herstellungsverfahren automatisch im Zuge des
Umgießens
mit dem flüssigen Material
des Kühlkörpers 3.
Nach dem Erstarren liegt dann eine Verbindung 16 vor, bei
der an bis zu 55 %, vorzugsweise sogar bis zu über 70 % der Grenzfläche zwischen
dem Kühlkörper 3 und
dem Einsatz 4 eine intermolekulare Verbindung besteht.
Dies gewährleistet
die genannte sehr gute thermische Leitfähigkeit der Verbindung 16.
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Der
besondere Vorteil der Verbundlösung aus
Kühlkörper 3 und
eingebetteten Einsatz 4 besteht darin, dass der hinsichtlich
Material- und Bearbeitungskosten aufwändigere Einsatz 4 nur
unmittelbar im Kontaktbereich zu der zu kühlenden Elektronikeinheit 2 vorgesehen
ist. Im Übrigen
wird das diesbezüglich
deutlich günstigere
Material des Kühlkörpers 3 verwendet.
Insgesamt ergibt sich eine sehr preiswerte Möglichkeit zur Kühlung der
Elektronikeinheit 2, wobei dennoch dank der thermo-mechanischen
Anpassung mittels des zwischengeschalteten Einsatzes 4 mechanische Überlastungen
in Form zu hoher mechanischer Spannungen im Verbindungsbereich zwischen
Elektronikeinheit 2 und Kühlkörper 3 zumindest weitgehend,
wenn nicht sogar komplett vermieden werden. Gerade bei einer Anwendung
im Kraftfahrzeug-Bereich kann deshalb die Anordnung 1 gemäß 1 auch
mit dem ohnehin vorhandenen Motor-Kühlkreislauf betrieben werden.