DE102004057497B4 - Wärmeaustauschvorrichtung und Verfahren zum Herstellen der Wärmeaustauschvorrichtung sowie Anordnung eines Bauelements und der Wärmeaustauschvorrichtung und Verfahren zum Herstellen der Anordnung - Google Patents

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Abstract

Anordnung mit einem Leistungshalbleiterbauelement (3, 31) auf einem Substrat (4) und einer Wärmeaustauschvorrichtung (2), wobei die Wärmeaustauschvorrichtung (2) mindestens einen Schichtverbund (21) mit einer Schicht (23) und mindestens einer weiteren Schicht (22) aufweist, wobei – die Schicht (23) ein Metall aufweist und zur elektrischen Kontaktierung des Leistungshalbleiterbauelements (3, 31) ausgestaltet ist, – die Schicht (23) einen Graben (241) aufweist, – die weitere Schicht (22) eine Kunststofffolie (26) ist, – durch den Graben (241) zwischen der Schicht (23) und der weiteren Schicht (22) ein Fluidkanal (24) zum Durchleiten eines Temperierfluids (25) derart gebildet ist, dass der Fluidkanal (24) von beiden Schichten (22, 23) begrenzt ist, und wobei die Wärmeaustauschvorrichtung (2) und das Leistungshalbleiterbauelement (3, 31) derart aneinander angeordnet sind, dass ein Wärmeaustausch durch Wärmeleitung zwischen dem Leistungshalbleiterbauelement (3, 31) und zumindest einer der Schichten (22, 23) des Schichtverbunds (21) stattfinden kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung eines Leistungshalbleiterbauelements auf einem Substrat und der Wärmeaustauschvorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen der Anordnung angegeben.
  • Ein Leistungshalbleitermodul weist beispielsweise mehrere, auf einem oder mehreren Substraten zusammengefasste und miteinander verschaltete, elektrisch steuerbare Leistungshalbleiterbauelemente auf. Ein dabei verwendetes elektrisch steuerbares Leistungshalbleiterbauelement ist beispielsweise ein MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) oder ein IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). Diese steuerbaren Leistungshalbleiterbauelemente zeichnen sich dadurch aus, dass hohe Ströme im kA-Bereich geschaltet werden können. Aufgrund der hohen Ströme kommt es im Betrieb eines Leistungshalbleiterbauelements bzw. im Betrieb des Leistungshalbleitermoduls zu einer erheblichen Wärmeentwicklung. Um einen stabilen Betrieb zu gewährleisten, muss dafür gesorgt werden, dass die im Betrieb entstehende Wärme effizient abgeleitet wird. Dazu wird eine Wärmeaustauschvorrichtung verwendet. Die Wärmeaustauschvorrichtung besteht üblicherweise aus einem Kühlkörper, der als Wärmesenke fungiert. Der Kühlkörper und das Leistungshalbleitermodul sind derart aneinander angeordnet, dass die während des Betriebs entstehende Wärme über Wärmeleitung vom Leistungshalbleitermodul hin zum Kühlkörper abgeleitet werden kann.
  • Ein Leistungshalbleitermodul und ein Verfahren zum Herstellen des Leistungshalbleitermoduls ist beispielsweise aus der WO 03/030247 A2 bekannt. Bei dem Leistungshalbleitermodul ist ein Leistungshalbleiterbauelement auf einem Substrat (Schaltungsträger) angeordnet. Das Substrat ist beispielsweise ein DCB(Direct Copper Bonding)-Substrat, das aus einer Trägerschicht aus einem keramischen Werkstoff besteht, an der beidseitig elektrisch leitende Schichten aus Kupfer (Kupferfolien) aufgebracht sind. Der keramische Werkstoff ist beispielsweise Aluminiumoxid (Al2O3).
  • Die Leistungshalbleiterbauelemente des bekannten Leistungshalbleitermoduls werden nicht über Bonddrähte elektrisch kontaktiert. Die elektrische Kontaktierung erfolgt planar und großflächig. Dazu wird wie folgt vorgegangen: Auf eine der elektrisch leitenden Schichten aus Kupfer des DCB-Substrats wird ein Leistungshalbleiterbauelement derart aufgelötet, dass eine vom Substrat wegweisende elektrische Kontaktfläche des Leistungshalbleiterbauelements vorhanden ist. Der Leistungshalbleiterchip ist beispielsweise ein MOSFET. Die Kontaktfläche des MOSFET ist eine Source-Gate- oder Drain-Chipfläche des MOSFETS. Zur elektrischen Kontaktierung der Kontaktfläche des Leistungshalbleiterbauelements wird auf das Leistungshalbleiterbauelement und auf das Substrat eine Kunststofffolie auf Polyimid- oder Epoxidbasis unter Vakuum auflaminiert, so dass die Kunststofffolie mit dem Leistungshalbleiterbauelement und dem Substrat eng anliegend verbunden ist. Die Kunststofffolie bedeckt das Leistungshalbleiterbauelement und das Substrat. Nachfolgend wird dort, wo sich die elektrische Kontaktfläche des Leistungshalbleiterbauelements befindet, ein Fenster in der Kunststofffolie erzeugt. Das Erzeugen des Fensters erfolgt beispielsweise durch Laserablation. Durch das Erzeugen des Fensters wird die Kontaktfläche des Leistungshalbleiterbauelements freigelegt. Im Weiteren erfolgt die elektrische Kontaktierung der Kontaktfläche. Dazu wird beispielsweise auf der Kunststofffolie eine Maske aufgebracht, die die Kontaktfläche und Bereiche für eine Verbindungsleitung zur Kontaktfläche hin freilässt. Nachfolgend wird auf der Kontaktfläche und auf den freien Bereichen der Kunststofffolie eine zusammenhängende Schicht aus einem elektrisch leitenden Material durch mehrere Abscheidungen erzeugt. Es wird die Verbindungsleitung zur elektrischen Kontaktierung der Kontaktfläche des Leistungshalbleiterbauelements gebildet.
  • Das bekannte Leistungshalbleitermodul zeichnet sich durch einen Schichtverbund mit elektrisch leitenden und elektrisch isolierenden Schichten. Die einzelnen Schichten weisen unterschiedliche Materialien mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aus. Damit im Betrieb des Leistungshalbleitermoduls auftretende mechanische Spannungen reduziert sind, ist für eine effiziente Kühlung des Leistungshalbleitermoduls zu sorgen.
  • Aus der FR 2 850 742 A1 ist eine Wärmeaustauschvorrichtung bekannt, die Fluidkanäle verwendet, die durch das Zusammenbringen zweier keramischer Schichten entstehen.
  • Aus der der DE 19 12 041 A und der DE 100 62 108 A1 sind Anordnungen mit einem Leistungshalbleiterbauelement und einer Wärmetauschvorrichtung bekannt, die flüssigkeitsdurchströmte Fluidkanäle aufweisen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung mit einem Leistungshalbleiterbauelement auf einem Substrat und einer effizienten Wärmeaustauschvorrichtung und ein Verfahren zu deren Herstellung anzugeben, die insbesondere zur Wärmeableitung der im Betrieb des bekannten Leistungshalbleitermoduls entstehenden Wärme eingesetzt werden kann.
  • Zur Lösung der Aufgabe wird eine Anordnung mit einem Leistungshalbleiterbauelement auf einem Substrat und einer Wärmeaustauschvorrichtung angegeben, wobei die Wärmeaustauschvorrichtung und das Leistungshalbleiterbauelement derart aneinander angeordnet sind, dass ein Wärmeaustausch durch Wärmeleitung zwischen dem Bauelement und zumindest einer der Schichten des Schichtverbunds der Wärmeaustauschvorrichtung stattfinden kann.
  • Die Wärmeaustauschvorrichtung weist mindestens einen Schichtverbund mit einer Schicht und mindestens einer weiteren Schicht auf. Die Schicht weist ein Metall auf und ist zur elektrischen Kontaktierung des Leistungshalbleiterbauelements ausgestaltet.
  • Weiterhin weist die Schicht einen Graben auf. Durch den Graben zwischen der Schicht und der weiteren Schicht ist ein Fluidkanal zum Durchleiten eines Temperierfluids derart gebildet, dass der Fluidkanal von beiden Schichten begrenzt ist. Die weitere Schicht ist eine Kunststofffolie.
  • Darüber hinaus wird ein Verfahren zum Herstellen der Anordnung mit folgenden Verfahrensschritten angegeben:
    • a') Bereitstellen eines Leistungshalbleiterbauelements auf einem Substrat und
    • b') Aufbringen der Wärmeaustauschvorrichtung derart, dass eine Wärmeleitung zwischen dem Bauelement und mindestens einer der Schichten des Schichtverbunds stattfinden kann.
  • Dabei werden erfindungsgemäß zum Aufbringen der Wärmeaustauschvorrichtung folgende weiteren Verfahrensschritte durchgeführt: c') Erzeugen einer Schicht mit einem Graben auf dem Bauelement, wobei die Schicht ein Metall aufweist und das Leistungshalbleiterbauelement elektrisch kontaktiert, und d') Auflaminieren einer Kunststofffolie auf die Schicht mit dem Graben derart, dass der Fluidkanal gebildet wird.
  • Der grundlegende Gedanke der Erfindung besteht darin, ausgehend vom bekannten Leistungshalbleitermodul in einem Mehrschichtaufbau einen oder mehrere Fluidkanäle zu integrieren. Durch diese Fluidkanäle kann im Betrieb eine Temperierflüssigkeit oder ein Temperiergas durchgeleitet werden. Dadurch erfolgt ein effizienter Wärmeaustausch. Der Wärmeaustausch wird dadurch verbessert, dass eine Vielzahl von Fluidkanälen im Schichtverbund integriert ist.
  • Unter Temperieren kann ein Erwärmen von Materie verstanden werden. Insbesondere ist unter Temperieren aber ein Kühlen von Materie zu verstehen. Insbesondere ist daher die Wärmetauschvorrichtung als Kühlvorrichtung ausgebildet. Dies bedeutet, dass durch den Fluidkanal ein Kühlfluid, also eine Kühlflüssigkeit oder ein Kühlgas, geleitet wird. Das Kühlfluid ist in der Lage, Wärme aus der Umgebung, also von den angrenzenden Schichten des Schichtverbunds, aufzunehmen. Zumindest eine der Schichten des Schichtverbunds wird mit einem Bauteil berührend verbunden, bei dem eine erhöhte Wärmeentwicklung auftritt, beispielsweise während des Betriebs des Bauteils. Somit resultiert ein effizienter Wärmeleitpfad vom Bauteil weg über zumindest eine der Schichten des Schichtverbunds hin zum Kühlfluid im Kühlkanal. Durch das im Kühlkanal strömende Kühlfluid wird die Wärme abtransportiert.
  • Gemäß einer besonderen Ausgestaltung weist zumindest eine der Schichten ein thermisch leitfähiges Material auf. Das thermisch leitfähige Material weist insbesondere die Schicht des Schichtverbunds auf, die mit dem Bauelement verbunden ist, von dem die Wärme abtransportiert werden soll.
  • Vorzugsweise ist das thermisch leitfähige Material aus der Gruppe Keramik und/oder Metall ausgewählt. Die Keramik ist vorzugsweise aus der Gruppe Aluminiumoxid und/oder oder Aluminiumnitrid (AlN) ausgewählt. Das Metall ist vorzugsweise aus der Gruppe Aluminium, Kupfer und/oder Silber ausgewählt. Diese Materialien zeichnen sich durch hohe thermische Leitfähigkeitskoeffizienten aus.
  • Die Schicht mit dem thermisch leitenden Material kann eine Metallschicht sein. Denkbar ist auch, dass die Schicht mit dem thermisch leitfähigen Material aus einem Verbundwerkstoff gebildet ist. Dabei sind Partikel aus thermisch leitfähigen Materialien in eine Matrix aus einem Basismaterial eingearbeitet. Das Basismaterial ist beispielsweise ein Kunststoff.
  • In einer besonderen Ausgestaltung ist das thermisch leitfähige Material ein Metall, wobei die Schicht mit dem Metall mindestens eine Abscheidung des Metalls aufweist. Die Metallschicht wird von mindestens einer Metallabscheidung gebildet. Unter Abscheidung ist das Ergebnis eines Abtrennens (Abscheidens) von flüssigen oder festen Stoffen aus Gasen und Dämpfen sowie von festen Stoffen aus flüssigen Stoffen mittels geeigneter Vorrichtungen (Abscheider) zu verstehen. Die Abscheidung kann durch Dampfphasenabscheiden erzeugt werden. Das Dampfphasenabscheiden ist beispielsweise ein physikalisches (physical vapor deposition) oder ein chemisches (chemical vapor deposition) Abscheideverfahren. Vorzugsweise resultiert die Metallschicht des Schichtverbunds durch galvanisches (elektrolytisches) Abscheiden. Beispielsweise wird die Metallschicht von galvanisch abgeschiedenem Kupfer gebildet. Die Metallschicht mit der Metallabscheidung kann einschichtig sein. Vorzugsweise ist diese Metallschicht mehrschichtig. Die Metallschicht wird von mehreren, übereinander angeordneten Metallabscheidungen gebildet. Dabei übernehmen die einzelnen Metallabscheidungen unterschiedliche Funktionen. Eine erste Metallabscheidung fungiert beispielsweise als Haftvermittlungsschicht auf einem Untergrund. Eine auf der ersten Metallabscheidung aufgetragene zweite Metallabscheidung fungiert als Diffusionsbarriere für Ionen. Eine auf der zweiten Metallabscheidung aufgetragene dritte Metallabscheidung übernimmt die Funktion einer so genannten Seedlayer für eine darauf abschließend galvanisch abzuscheidende Kupferschicht.
  • Im Stand der Technik ist die planare elektrische Kontaktierung der Kontaktflächen der Leistungshalbleiterbauelemente zur Bildung eines Leistungshalbleitermoduls beschrieben. Im Herstellungsprozess des Leistungshalbleitermoduls sind das Auflaminieren von elektrisch isolierenden Kunststofffolien und das Abscheiden von Metallabscheidungen von wesentlicher Bedeutung. Beide bereits bei der elektrischen Kontaktierung eingeführten Verfahrensprozesse werden benutzt, um die Wärmeaustauschvorrichtung herzustellen. Dies bedeutet, dass das Herstellen des Schichtverbunds und die planare Kontaktierung von elektrischen Bauelementen vollkommen kompatibel sind. In bestehende Herstellungsprozesse von Leistungshalbleitermodulen kann daher auf einfache Weise die Integration der Wärmeaustauschvorrichtung mit dem Schichtverbund durchgeführt werden. So ist es sogar möglich, eine der zur elektrischen Kontaktierung abgeschiedenen Metallschichten als eine Schicht des Schichtverbunds der Wärmeaustauschvorrichtung auszugestalten. Diese Schicht wird beispielsweise im Wesentlichen von einer galvanisch abgeschiedenen Kupferschicht gebildet. Die Schichtdicke dieser Schicht kann mehrere hundert um betragen. Durch Materialabtrag mittels Laserablation oder mittels eines Photolithographieprozesses können in diese Schicht Gräben eingearbeitet werden. Über die Kupferschicht mit den Gräben wird nachfolgend eine Kunststofffolie derart auflaminiert, dass aus den Gräben die Fluidkanäle entstehen.
  • Als Substrat der Anordnung kommt jeder beliebige Schaltungsträger auf organischer oder anorganischer Basis in Frage. Solche Substrate sind beispielsweise PCB (Printed Circuit Board)-, IM (Insolated Metal)-, HTCC (High Temperature Cofired Ceramics)- und LTCC(Low Temperature Cofired Ceramics)-Substrate. In einer besonderen Ausgestaltung der Anordnung ist das Substrat ein DCB-Substrat, das eine Trägerschicht mit einer Keramik aufweist, an die beidseitig jeweils eine elektrische Leiterschicht aus Kupfer angebracht ist, und zumindest eine der Leiterschichten als eine der Schichten des Schichtverbunds der Wärmeaustauschvorrichtung ausgebildet ist. So werden beispielsweise in einer der Leiterschichten des DCB-Substrats Gräben eingearbeitet. Nachfolgend wird auf diese Kupferschicht eine Kunststofffolie auflaminiert. Aus den Gräben entstehen durch das Auflaminieren der Kunststofffolie die Fluidkanäle.
  • Als Bauelement ist jedes beliebige Bauelement denkbar, das während des Betriebs effizient gekühlt werden sollte. Das Bauelement ist beispielsweise ein Halbleiterbauelement. Vorzugsweise ist das Bauelement ein Leistungshalbleiterbauelement. Das Leistungshalbleiterbauelement ist insbesondere ein aus der Gruppe MOSFET, IGBT und/oder Bipolartransistor ausgewähltes Leistungshalbleiterbauelement. Besonders bei diesen Bauelementen ist es wichtig, im Betrieb für eine effiziente Kühlung zu sorgen. Insbesondere in dem Fall, dass der Schichtverbund der Wärmeaustauschvorrichtung teilweise oder vollständig auf die Bauelemente bzw. das Modul auflaminiert wird, ergibt sich ein inniger Kontakt zwischen dem Schichtverbund der Wärmeaustauschvorrichtung und den Bauelementen bzw. dem Modul. Es resultiert eine sehr gute thermische Anbindung des Schichtverbunds an die Bauelemente.
  • Über das Auflaminieren von Folien und das Abscheiden von Materialien wird sukzessive der Schichtverbund auf dem Bauelement und dem Substrat aufgebaut. Das Auflaminieren erfolgt vorzugsweise unter Vakuum. Dadurch entsteht ein besonders fester und inniger Kontakt zwischen dem Schichtverbund und dem Bauelement bzw. dem Substrat. Der feste Kontakt führt dazu, dass die Oberflächenkontur, die sich aus dem Substrat und dem darauf aufgebrachten Bauelement ergibt, in einer Oberflächenkontur des Schichtverbunds widerspiegelt.
  • Alternativ zum sukzessiven Anordnen einzelner Schichten auf dem Bauelement bzw. dem Substrat kann aber auch ein vorgefertigter Schichtverbund mit mindestens zwei Schichten und integrierten Fluidkanälen verwendet werden. Der Schichtverbund besteht beispielsweise aus zwei Kunststofffolien. Die Kunststofffolien sind beispielsweise flexibel (elastisch) und können zusammen mit den Fluidkanälen auf das Bauelement und das Substrat auflaminiert werden.
  • Nach dem Erzeugen des Schichtverbunds können weitere Maßnahmen vorgesehen sein. So wird beispielsweise ein besonders fester und robuster Aufbau dadurch erzielt, dass nach dem Zusammenbringen des Schichtverbunds und dem Bauelement bzw. dem Substrat eine Umhüllung aus Metall abgeschieden wird.
  • Zusammenfassend ergeben sich mit der Erfindung folgende wesentlichen Vorteile:
    • – Es wird eine Wärmeaustauschvorrichtung angegeben, die einen effizienten Wärmeabtransport von einer Wärmequelle ermöglicht.
    • – Das Herstellen des Schichtverbunds mit den Fluidkanälen kann in bekannte Herstellverfahren von Modulen, insbesondere von Leistungshalbleitermodulen integriert werden.
    • – Die Wärmeaustauschvorrichtung führt zu einer erheblichen Platzersparnis im Vergleich zu bekannten Lösungen. Diese würden entsprechend dimensionierte Kühlkörper benötigen
  • Anhand mehrerer Ausführungsbeispiele und der dazugehörigen Figuren wird die Erfindung im Folgenden näher beschrieben. Die Figuren sind schematisch und stellen keine maßstabsgetreuen Abbildungen dar.
  • 1 bis 4 zeigen verschiedene Beispiele einer Anordnung mit Bauelement und Wärmeaustauschvorrichtung jeweils in einem seitlichen Querschnitt. Das Beispiel der 2 gehört nicht zur Erfindung.
  • 5 zeigt ein Verfahren zum Herstellen des Schichtverbunds der Wärmeaustauschvorrichtung bzw. einer Anordnung eines Bauelements auf einem Substrat einer Wärmeaustauschvorrichtung.
  • Die Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Anordnung 1 mit einem Bauelement 3 und einer Wärmeaustauschvorrichtung 2. Das Bauelement 3 ist ein Leistungshalbleiterbauelement 31. Das Leistungshalbleiterbauelement 31 ist ein MOSFET. Alternativ dazu ist das Leistungshalbleiterbauelement 31 ein IGBT. Das Leistungshalbleiterbauelement 31 ist auf einem DCB-Substrat angeordnet. Alternative Ausführungsbeispiele ergeben sich dadurch, dass andere Bauelemente verwendet werden, beispielsweise Halbleiterdioden. Die Halbleiterdioden werden beispielsweise als LEDs (Light Emitting Diodes) eingesetzt.
  • Das DCB-Substrat 4 weist eine Trägerschicht 41 aus einer Keramik auf. In einer ersten Ausführungsform ist die Keramik Aluminiumoxid. In einer weiteren Ausführungsform ist die Keramik Aluminiumnitrid. Beidseitig sind an die Trägerschicht 41 elektrische Leiterschichten 42 und 43 aus Kupfer aufgebracht. Das Leistungshalbleiterbauelement 31 ist dabei derart auf eine der Leiterschichten 42 oder 43 aufgelötet, dass eine vom Substrat 4 weg weisende Kontaktfläche 32 des Leistungshalbleiterbauelements 31 resultiert. Die Kontaktfläche 32 ist die Source-Kontaktfläche 321 des MOSFETs 31. Über die Drain-Kontaktfläche 322 ist der MOSFET 31 auf die elektrische Leiterschicht 42 aufgelötet.
  • Zur großflächigen, planaren elektrischen Kontaktierung der Kontaktfläche 32 des Leistungshalbleiterbauelements 31 ist eine Isolationsfolie 5 aus Polyimid unter Vakuum auflaminiert. Die Isolationsfolie 5 ist dabei derart auf dem Substrat 4 und dem Leistungshalbleiterbauelement 31 auflaminiert, dass eine Oberflächenkontur 33 des Leistungshalbleiterbauelements 31 und eine Oberflächenkontur 44 des Substrats 4 in der Oberflächenkontur 52 der Isolationsfolie 5 abgebildet ist, die dem Substrat 4 und dem Leistungshalbleiterbauelement 31 abgekehrt ist. (vgl. 1). Durch Öffnen eines Fensters 51 in der Isolationsfolie 5 ist der Kontakt bzw. die Kontaktfläche 32 des Leistungshalbleiterbauelements 31 frei gelegt. Das Öffnen des Fensters 51 erfolgt durch Laserablation. Die planare elektrische Kontaktierung der Kontaktfläche 32 wird durch eine mehrschichtige Metallabscheidung 28 aus elektrisch leitendem Material erzeugt. Eine für den Betrieb des Leistungshalbleiterbauelements notwendige Stromtragfähigkeit wird dadurch erzielt, dass eine der Metallabscheidungen 28 eine relativ dicke, galvanisch abgeschiedene Kupferschicht 29 ist. Die Kupferschicht 29 ist etwa 200 μm dick.
  • Beispiel 1:
  • Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel fungiert die galvanisch abgeschiedene Kupferschicht 29 als Schicht 23 des Schichtverbunds 21 der Wärmeaustauschvorrichtung 2 (1). Dazu wird nach dem galvanischen Abscheiden von Kupfer eine Vielzahl von Gräben 241 in der galvanisch abgeschiedenen Kupferschicht 29 erzeugt (vgl. 5). Das Erzeugen der Gräben 241 erfolgt gemäß einer ersten Ausführungsform durch Laserablation. In einer alternativen Ausführungsform erfolgt das Erzeugen der Gräben 241 photolithographisch.
  • Nach dem Erzeugen der Gräben 241 wird eine Kunststofffolie 26 auf die Kupferschicht 29 auflaminiert. Das Auflaminieren erfolgt dabei derart, dass ein fester Verbund zwischen der Kunststofffolie 26 und der Kupferschicht 29 entsteht. Gleichzeitig werden durch das Auflaminieren aus den Gräben 241 der Kupferschicht 29 die Fluidkanäle 24 gebildet. Die Fluidkanäle 24 werden sowohl von der Kupferschicht 29 als auch von der auflaminierten Kunststofffolie 26 begrenzt. Die Kunststofffolie 26 fungiert als Schicht 22 des Schichtverbunds 21 der Wärmeaustauschvorrichtung 2. Die verwendete Kunststofffolie 26 ist eine Polyimidfolie. Die Auflaminierbedingungen werden dabei so gewählt, dass die Kunststofffolie 26 die erzeugten Gräben 241 nicht ausfüllt.
  • Nach dem Auflaminieren der Kunststofffolie 26 wird ein oder mehrschichtig elektrisch leitendes Material strukturiert aufgebracht, so dass die elektrische Kontaktierung der galvanisch abgeschiedenen Kupferschicht 29 gewährleistet ist. Dazu wird eine weitere mehrschichtige Metallabscheidung 271 sowohl auf der ersten Metallabscheidung 27 als auch auf der auflaminierten Kunststofffolie 26 aufgebracht.
  • Im Betrieb der Anordnung 1 wird durch die Fluidkanäle 24 ein Temperierfluid 25 durchgeleitet. Das Temperierfluid 25 ist eine elektrisch isolierende, also elektrisch nicht leitende Kühlflüssigkeit.
  • Beispiel 2:
  • Gemäß 2, die nicht zur Erfindung gehört, werden beide elektrische Leiterschichten 42 und 43 des DCB-Substrats 4 als Schicht 22, 23 jeweils eines Schichtverbunds 21 der Wärmeaustauschvorrichtung 2 verwendet. Dazu werden in den Kupferschichten 42 und 43 Gräben 241 erzeugt, die in einem darauf folgenden Schritt mit Hilfe einer Isolationsfolie 26 durch Auflaminieren abgedeckt sind. Dadurch entstehen die Fluidkanäle 24, durch die das Temperierfluid 25 geleitet werden kann. Beide Leiterschichten 42 und 43 werden zur Integration von Fluidkanälen 24 verwendet. Dadurch, dass die Trägerschicht 41 des DCB-Substrats 4 ebenfalls aus einem thermisch leitfähigen keramischen Material besteht, kann eine effiziente Kühlung des Leistungshalbleiterbauelements 31 gewährleistet werden.
  • Beispiel 3:
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Schichtverbund 21 aus mehreren Schichten 22, 23, 221 und 231 als Wärmeaustauschvorrichtung 2 verwendet (3). Ausgangspunkt ist das Ausführungsbeispiel 1. Über der auflaminierten Kunststofffolie 26 wird eine weitere Metallschicht 271 aufgetragen. Die weitere Metallschicht 271 weist eine weitere, mehrschichtige Metallabscheidung 281 auf mit einer weiteren, relativ dicken, galvanisch abgeschiedenen Kupferschicht 291. Diese Metallschicht 271 bildet die weitere Schicht 231 des Schichtverbunds 21. In die relativ dicke Kupferschicht 291 werden Gräben eingearbeitet, die von der weiteren Kunststofffolie 261 abgedeckt werden, so dass die weiteren Fluidkanäle 242 entstehen.
  • Beispiel 4:
  • Alternativ zu den beschriebenen Ausführungsformen werden zwei Kunststofffolien 262 und 263 verwendet zur Integration von Fluidkanälen 24. Dazu wird auf der Kupferschicht 29 eine Kunststofffolie 26 auflaminiert. In die Kunststofffolie 26 werden Gräben 241 eingearbeitet (vgl. 5). Das Einarbeiten der Gräben 241 erfolgt durch Laserablation oder photolithographisch. Über die so erzeugte Kunststofffolienschicht 263 wird eine Kunststofffolie 262 auflaminiert. Das Auflaminieren erfolgt dabei derart, dass aus den Gräben 241 die Fluidkanäle 24 erzeugt werden. Es entsteht der Schichtverbund 21 mit Schichten 22 und 23, die von Kunststofffolien 262 und 263 gebildet sind. Die Kunststofffolien weisen einen Verbundwerkstoff auf. Der Verbundwerkstoff besteht aus einer Matrix aus Kunststoff, in die thermisch leitfähige Partikel eingearbeitet sind. Die thermisch leitfähigen Partikel bestehen aus einer Keramik. Die Keramik ist Aluminiumoxid. Alternativ dazu ist die Keramik Aluminiumnitrid.
  • Weitere Ausführungsbeispiele ergeben sich daraus, dass ein vorgefertigter Schichtverbund 21 aus mehreren Schichten 22, 23 mit Fluidkanälen 24 auf das Leistungshalbleiterbauelement 31 und das Substrat 4 aufgebracht werden. Der vorgefertigte Schichtverbund 21 besteht aus zwei Kunststofffolien. Dieser Schichtverbund wird gemäß einer ersten Ausführungsform auf das Leistungshalbleiterbauelement 31 und das Substrat 4 auflaminiert. Beim Auflaminieren verformt sich der Schichtverbund derart, dass die Oberflächenkonturen 33 und 44 des Bauelements 2 und des Substrats 4 in einer Oberflächenkontur des Schichtverbunds 21 abgebildet werden. Gemäß einer zweiten Ausführungsform ist der Schichtverbund 21 vorgeformt. Dazu besteht der Schichtverbund aus Kunststofffolien mit thermoplastischem Material. Durch eine Temperaturbehandlung wird ein Schichtverbund erzeugt, der die Oberflächenkonturen 33 und 44 des Leistungshalbleiterbauelements 31 und des Substrats 4 in inverser Form aufweist. Zum Vorformen wird eine Schablone benutzt, die den Oberflächenkonturen 33 und 44 des Leistungshalbleiterbauelements 3 und Substrats 4 entspricht. Der vorgeformte Schichtverbund 21 wird auf das Leistungshalbleiterbauelement 3 und das Substrat 4 auflaminiert.
  • Weitere Ausführungsbeispiele ergeben sich daraus, dass Schichtverbunde 21, wie sie in den Ausführungsbeispielen 1, 3 und 4 beschreiben sind, vergleichbar mit dem Ausführungsbeispiel 2 beidseitig auf der Ober- und Unterseite der Anordnung aus Leistungshalbleiterbauelement 31 und Substrat 4 angeordnet sind.
  • Weitere Ausführungsbeispiele ergeben sich daraus, dass eine nicht dargestellte Verkapselung der Anordnung verwendet wird. Die Verkapselung wird von einer auflaminierten Kunststofffolie gebildet. Alternativ dazu wird die Verkapselung von einer abgeschiedenen Metallschicht gebildet.

Claims (4)

  1. Anordnung mit einem Leistungshalbleiterbauelement (3, 31) auf einem Substrat (4) und einer Wärmeaustauschvorrichtung (2), wobei die Wärmeaustauschvorrichtung (2) mindestens einen Schichtverbund (21) mit einer Schicht (23) und mindestens einer weiteren Schicht (22) aufweist, wobei – die Schicht (23) ein Metall aufweist und zur elektrischen Kontaktierung des Leistungshalbleiterbauelements (3, 31) ausgestaltet ist, – die Schicht (23) einen Graben (241) aufweist, – die weitere Schicht (22) eine Kunststofffolie (26) ist, – durch den Graben (241) zwischen der Schicht (23) und der weiteren Schicht (22) ein Fluidkanal (24) zum Durchleiten eines Temperierfluids (25) derart gebildet ist, dass der Fluidkanal (24) von beiden Schichten (22, 23) begrenzt ist, und wobei die Wärmeaustauschvorrichtung (2) und das Leistungshalbleiterbauelement (3, 31) derart aneinander angeordnet sind, dass ein Wärmeaustausch durch Wärmeleitung zwischen dem Leistungshalbleiterbauelement (3, 31) und zumindest einer der Schichten (22, 23) des Schichtverbunds (21) stattfinden kann.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei das Substrat (4) ein DCB-Substrat ist, das eine Trägerschicht (41) mit einer Keramik aufweist, wobei an die Trägerschicht (41) beidseitig jeweils eine elektrische Leiterschicht (42, 43) aus Kupfer angebracht ist, und zumindest eine der Leiterschichten (42, 43) als die Schicht (23) des Schichtverbunds (21) der Wärmeaustauschvorrichtung (2) ausgebildet ist.
  3. Verfahren zum Herstellen einer Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche mit folgenden Verfahrensschritten: a) Bereitstellen eines Leistungshalbleiterbauelements (3, 31) auf einem Substrat (4), b) Erzeugen einer Schicht (23) mit einem Graben (241) auf dem Bauelement (3, 31), wobei die Schicht (23) ein Metall aufweist und das Leistungshalbleiterbauelements (3, 31) elektrisch kontaktiert, c) Auflaminieren einer Kunststofffolie (26) auf die Schicht (23) mit dem Graben (241) derart, dass der Fluidkanal (24) gebildet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Schicht (23) mittels einer galvanischen Abscheidung des Metalls erzeugt wird.
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