DE102007061599B4 - Trägeraufbau für einen Leistungsbaustein mit einem Kühlkörper und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

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Abstract

Trägeraufbau für einen elektronischen Leistungsbaustein (1) umfassend mindestens a) einen Kühlkörper (3) mit einer Kühlkörperoberseite (8) und b) eine elektrisch isolierende Trägerschicht (4) mit einer Trägerschichtunterseite (9) und mit einer als Basis für einen weiteren Teilaufbau zur Montage mindestens eines Bauelements (6) des elektronischen Leistungsbausteins (1) dienenden Trägerschichtoberseite (10), c) wobei der Kühlkörper (3) und die Trägerschicht (4) direkt miteinander verbunden sind, sodass die Kühlkörperoberseite (8) und die Trägerschichtunterseite (9) unmittelbar aneinander angrenzen, d) zwischen dem Kühlkörper (3) und der Trägerschicht (4) eine feste Verbindung besteht, die auf mindestens einem Verbindungstyp aus der Gruppe von Kraftschlussverbindung, Formschlussverbindung und Stoffschlussverbindung beruht, und e) sich die Trägerschicht (4) aus einer Vielzahl an unter kinetischer und/oder thermischer Energiezufuhr auf den Kühlkörper (3) aufgebrachter Trägerschichtmaterialpartikel zusammensetzt, wobei die Trägerschichtmaterialpartikel eine Vorzugsorientierung haben und innerhalb der Trägerschicht (4) so angeordnet sind, dass sie mit ihrer Vorzugsorientierung weitgehend einheitlich ausgerichtet...

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Trägeraufbau für einen elektronischen Leistungsbaustein sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Trägeraufbaus für einen elektronischen Leistungsbaustein.
  • Elektronische (Hoch-)Leistungsbausteine, die u. a. auch Halbleiterbauelemente wie Dioden und Transistoren (z. B. IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) oder MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)) umfassen, kommen beispielsweise in elektrischen Antrieben zur Ansteuerung eines Elektromotors zum Einsatz. Ihr Anwendungsbereich wird durch die im Leistungsbaustein während des Betriebs entstehende Verlustwärme begrenzt, die zur Vermeidung einer thermischen Überlastung oder gar Beschädigung des Leistungsbausteins sicher abgeleitet werden muss. Weiterhin wird die Lebensdauer eines Halbleiterbauelements durch stark wechselnde thermische Beanspruchungen und der daraus resultierenden thermischen Ermüdung eingeschränkt.
  • In der DE 102 00 372 A1 wird ein Beispiel eines derzeit üblichen Leistungsbausteins beschrieben. Er umfasst als Hauptkomponenten die Leistungshalbleiter-Bauelemente, die auf eine an der Oberseite mit einer strukturierten metallischen Kontaktierungsschicht versehenen elektrisch isolierenden Platte aufgelötet sind. Diese Platte ist üblicherweise auch an der Unterseite mit einer Metallisierung versehenen, mittels derer sie auf eine Grund- oder Bodenplatte aufgelötet ist. Die Bodenplatte ist auf einem Kühlkörper angeordnet. Der Aufbau enthält also etliche Schichten mit zum Teil sehr verschiedenen Materialien und Eigenschaften. An den thermischen Widerständen dieser Schichten kommt es während des Betriebs zu Temperaturabfällen, die mit zunehmender elektrischer Belastung des Leistungsbausteins ansteigen. Um die jeweils maximal zulässige Grenztemperatur innerhalb dieser Schichten einzuhalten, muss die elektrische Belastung des Leistungsbausteins begrenzt werden.
  • Die DE 101 27 351 A1 offenbart eine elektronische Chip-Anordnung, bei welcher ein elektronischer Chip mit mindestens einem externen Chip-Kontakt mit einem weiteren elektronischen Chip kontaktiert wird. Zur Kontaktierung werden Kohlenstoff-Nanoröhrchen mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit verwendet.
  • Die US 4 408 814 A beschreibt einen elektrischen Leiter, welcher aus mehreren Schichten besteht, wobei elektrisch leitfähige und isolierende Schichten aus Gummi im Wechsel angeordnet sind. Die elektrische Leitfähigkeit der Gummischicht wird dadurch erreicht, dass Kohlenstofffasern oder Metalldrähte mit einer entsprechenden Ausrichtung in das Material eingebracht werden. Durch die entsprechende Anordnung mehrerer dieser Schichtaufbauten zueinander kann ein elektrischer Kontakt zwischen den leitfähigen Schichten dieser Aufbauten hergestellt werden.
  • Aus der US 2002/0 192 453 A1 ist ein Verbundmaterial aus Siliziumcarbid und Kupfer als bekannt zu entnehmen, welches einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Dieses Material kann beispielsweise für Kühlkörper, als Gehäuse für ein elektronisches Gerät oder ein Halbleiterbauteil verwendet werden. Das Verbundmaterial wird üblicherweise aus Partikeln aus Siliziumcarbid und Kupfer gefertigt, wobei verschiedene zusätzliche Materialien eingebracht werden können, welche eine Reaktion zwischen dem Siliziumcarbid und dem Kupfer verhindern.
  • Die US 2006/0 111 005 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Anordnung aus Nanoröhrchen. Bei diesem Verfahren wird ein Wachstum von verschiedenen Typen und Anordnungen von Kohlenstoff-Nanoröhrchen dadurch erreicht, dass Teilchen aus Kohlenstoff zusammen mit einem Katalysator verdampft und aus der Gasphase abgeschieden werden.
  • Die US 5 271 965 A beschreibt in einer Ausführungsform ein thermisch unterstütztes Sprühverfahren, mittels welchem Teilchen auf ein Substratmaterial aufgebracht werden können. Die Teilchen werden hierbei in einen Gasstrom eingebracht, in welchen sie auf eine Temperatur aufgeheizt werden, welche unterhalb des Schmelzpunkts der Teilchen liegt. Wegen ihrer Geschwindigkeit werden die Teilchen beim Auftreffen auf das zu beschichtende Substratmaterial zusätzlich erwärmt und schmelzen. Durch dieses Verfahren kann eine besonders dichte Schicht gewonnen werden.
  • Aus der DE 101 62 966 A1 ist ein Leistungshalbleitermodul für einen Stromrichter oder einen Wechselrichter bekannt. In einer Ausführungsform weist dieses Leistungshalbleitermodul einen Kühlkörper in Form einer Metallbasis auf, auf welchen mittels eines Plasmaspritzverfahrens eine Keramikschicht aufgebracht ist. Auf diese Keramikschicht ist ebenfalls durch ein Plasmaspritzverfahren eine Kupferschicht aufgebracht. Diese Kupferschicht dient als Schaltungsplatte, auf welche ein Leistungshalbleiterchip aufgelötet ist. Ebenso wird in dieser Druckschrift ein entsprechendes Gehäuse für das Leistungshalbleitermodul beschrieben.
  • Die EP 0 057 085 B1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer hybridintegrierten Schaltungsanordnung. Die hybridintegrierte Schaltungsanordnung besteht in einer Variante aus einem Metallsubstrat, auf welchem ein keramisches Material durch Flammspritzen aufgebracht ist. Diese Keramikschicht ist beispielsweise aus Aluminiumoxid gefertigt, und weist daher eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Auf der Keramikschicht ist eine strukturierte leitfähige Schicht, beispielsweise aus Kupfer, ebenfalls durch Flammspritzen aufgebracht. Auf der leitfähigen strukturierten Schicht können Bauelemente angeordnet werden.
  • Die EP 0 009 978 B1 offenbart eine hybride integrierte Schaltungsanordnung mit einem Kühlkörper, wobei auf der Hauptfläche des Kühlkörpers eine isolierende Schicht aufgebracht ist. Auf dieser isolierenden Schicht sind metallische Leiterbahnen angeordnet, welche entsprechende Schaltungselemente zu einer gewünschten Schaltung verbinden. Der Kühlkörper der Schaltungsanordnung besteht aus einer wärmeleitfähigen Metallmatrix, in die zusätzliche Fasern eingebettet sind, welche einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Somit weist der Kühlkörper zugleich eine gute Wärmeleitfähigkeit und eine geringe thermische Ausdehnung auf.
  • Aus der US 2003/0 175 559 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Schichtaufbaus für einen Kühlkörper bekannt. Bei dem Verfahren wird ein Gemisch aus Partikeln genutzt, welche aus einem Metall, einer Legierung oder aus einem Gemisch hiervon mit einer Keramik oder einem Gemisch von keramischen Materialien bestehen. Dieses Gemisch wird mit einem speziellen Sprühverfahren (Kinetic Spray Coating) auf eine Seite eines dielektrischen Materials aufgebracht, welche mit einem Kühlkörper verbunden ist. Auf diese Weise wird eine Schicht erzeugt, welche mit einer Metallmatrix verbunden ist.
  • In der WO 2005/064 677 A1 ist ein Lötformteil mit mehreren Schichten beschrieben, mit welchem beispielsweise ein Leistungsbauteil mit einem Kühlkörper verbunden werden kann. Die einzelnen Schichten der Lötmittel enthalten Additive, welche einerseits die Haftung verbessern und andererseits die thermische Leitfähigkeit erhöhen. Hierbei ist es beispielsweise auch vorgesehen, dass elektrisch leitfähige Kohlenstoff-Nano-Röhrchen in das Lötmittel eingebracht werden, um die thermische Leitfähigkeit zu erhöhen. Ebenso ist es vorgesehen, dass das Lötmittel und die Additive durch ein spezielles Sprühverfahren aufgetragen werden.
  • Außerdem haben die Schichten und/oder der Kühlkörper und/oder das Gehäuse oft keine ideal ebenen Oberflächen. Es sind fast immer Wölbungen im Bereich von bis zu einigen 100 μm vorhanden. Um die daraus resultierenden Hohlräume zu minimieren, werden Wärmeleitpasten oder -folien eingesetzt. Deren thermische Widerstände erhöhen aber trotzdem den thermischen Gesamtwiderstand des Aufbaus. Hohe thermische Widerstände führen vor allem bei stark wechselnder Belastung zu hohen Temperaturhüben und bewirken so eine thermische Ermüdung. Bei den Aufbaustrukturen der derzeit gängigen Leistungsbausteine erfolgt der Wärmetransport vom Entstehungsort, z. B. dem Halbleiterchip, zu dem Kühlkörper also teils nicht schnell und effizient genug.
  • Eine Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, einen Trägeraufbau der eingangs bezeichneten Art anzugeben, der einen verbesserten Wärmetransport ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1. Der erfindungsgemäße Trägeraufbau umfasst mindestens
    • a) einen Kühlkörper mit einer Kühlkörperoberseite und
    • b) eine elektrisch isolierende Trägerschicht mit einer Trägerschichtunterseite und mit einer als Basis für einen weiteren Teilaufbau zur Montage mindestens eines Bauelements des elektronischen Leistungsbausteins dienenden Trägerschichtoberseite,
    • c) wobei der Kühlkörper und die Trägerschicht direkt miteinander verbunden sind, sodass die Kühlkörperoberseite und die Trägerschichtunterseite unmittelbar aneinander angrenzen,
    • d) zwischen dem Kühlkörper und der Trägerschicht eine feste Verbindung besteht, die auf mindestens einem Verbindungstyp aus der Gruppe von Kraftschlussverbindung, Formschlussverbindung und Stoffschlussverbindung beruht, und
    • e) sich die Trägerschicht aus einer Vielzahl an unter kinetischer und/oder thermischer Energiezufuhr auf den Kühlkörper aufgebrachter Trägerschichtmaterialpartikel zusammensetzt, wobei die Trägerschichtmaterialpartikel eine Vorzugsorientierung haben und innerhalb der Trägerschicht so angeordnet sind, dass sie mit ihrer Vorzugsorientierung weitgehend einheitlich ausgerichtet sind.
  • Der erfindungsgemäße Trägeraufbau zeichnet sich dadurch aus, dass verglichen mit den bisher bekannten Ausführungsformen weniger Einzelschichten vorgesehen sind. Erfindungsgemäß grenzen der Kühlkörper und die Trägerschicht unmittelbar aneinander an. Dazwischen ist also insbesondere keine Zwischenschicht, z. B. in Form einer Lötzwischenschicht, vorgesehen. Aufgrund dieser direkten und festen Verbindung zwischen der elektrisch isolierenden Trägerschicht und dem Kühlkörper kann auf die beim Stand der Technik vorgesehene gesonderte Bodenplatte sowie die Lötverbindungsschicht zur Anbindung der elektrisch isolierenden Schicht an den darunter angeordneten Teil des Aufbaus komplett verzichtet werden.
  • Gleiches gilt für die beim Stand der Technik aufgrund der Unebenheiten einzelner Komponenten, insbesondere der Bodenplatte, eingesetzten Wärmeleitfolien oder Wärmeleitpasten. Beim Stand der Technik werden wegen des an der Bodenplattenoberseite zur Anbindung der Trägerschicht vorgenommenen Lötprozessschritts Wölbungen an der Bodenplattenunterseite hervorgerufen. Mit dem Wegfall der Bodenplatte erübrigt sich auch der ansonsten erforderliche Ausgleich dieser Unebenheiten. Bei dem erfindungsgemäßen Trägeraufbau sind keine Wärmeleitfolien oder -pasten vorgesehen oder erforderlich.
  • Mit jeder weggelassenen Schicht entfallen auch deren thermischer Widerstand sowie die vorher an dieser Schicht auftretenden Wärmeübergangswiderstände. Der thermische Gesamtwiderstand des erfindungsgemäßen Trägeraufbaus ist folglich deutlich niedriger und damit das Wärmetransportverhalten deutlich besser als bei den bisherigen Realisierungsformen.
  • Zu große Temperaturhübe, die zu einer thermischen Ermüdung führen, können somit problemlos vermieden werden. Erfindungsgemäß wird der thermische Widerstand reduziert, ohne dass dazu auf die ansonsten übliche und sehr kostenträchtige Erhöhung der Querschnittsfläche der Halbleiter-Bauelemente zurückgegriffen werden müsste. Die Standardgrößen können beibehalten werden. Die verbesserten thermischen Eigenschaften werden also mit vergleichsweise geringem (Kosten-)Aufwand erreicht.
  • Die kraft-, form- und/oder stoffschlüssige feste Verbindung zwischen dem Kühlkörper und der Trägerschicht wird insbesondere dadurch hergestellt, dass das Material der Trägerschicht unter hoher kinetischer und/oder thermischer Energie in oder auf das Material des Kühlkörpers gedrückt, gepresst oder geschossen wird. Aufgrund dieser direkten Beschichtung lassen sich sehr großflächige elektrisch isolierende Trägerschichten herstellen und an den Kühlkörper anbinden. Beim Stand der Technik ist anstelle der direkt aufgebrachten Trägerschicht eine gesonderte Isolierplatte vorgesehen, die üblicherweise aus einer Keramik besteht und aufgrund der hohen Bruchneigung nur eine begrenzte Fläche aufweisen kann. Weiterhin sind bei der erfindungsgemäß vorgesehenen direkten Beschichtung geringere Anforderungen an die Ebenheit der mit der Trägerschicht in Verbindung zu bringenden Kühlkörperoberfläche zu stellen.
  • Weiterhin kann sich die Trägerschicht erfindungsgemäß aus einer Vielzahl an unter kinetischer und/oder thermischer Energiezufuhr auf den Kühlkörper aufgebrachter Trägerschichtmaterialpartikel zusammensetzen. Diese ursprünglich kleinen Partikel, deren Abmessungen sich z. B. im μm-Bereich oder im nm-Bereich bewegen, können auch in der Trägerschicht noch im Wesentlichen einzeln und voneinander unterscheidbar angeordnet sein. Alternativ können sie sich aufgrund der Energiezufuhr während des Beschichtungsvorgangs aber auch teilweise oder vollständig zu größeren zusammenhängenden Materialbereichen verbinden. Die Zusammensetzung aus den Trägerschichtmaterial-Partikeln ermöglicht eine sehr flexible Gestaltung des Beschichtungsprozesses und eine gezielte Einstellung von Trägerschichteigenschaften.
  • Erfindungsgemäß ist eine andere Variante, bei der die Trägerschichtmaterialpartikel eine Vorzugsorientierung haben und innerhalb der Trägerschicht so angeordnet sind, dass sie mit ihrer Vorzugsorientierung weitgehend einheitlich ausgerichtet sind. Dadurch kann eine gezielte Richtungsabhängigkeit von Trägerschichteigenschaften, z. B. der thermischen Eigenschaften, eingestellt werden.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Trägeraufbaus ergeben sich aus den Merkmalen der von Anspruch 1 abhängigen Ansprüche.
  • Günstig ist eine Variante, bei der der Kühlkörper Teil eines Gehäuses des elektronischen Leistungsbausteins ist. Dadurch ergibt sich ein besonders kompakter Gesamtaufbau aller Komponenten inklusive des Gehäuses.
  • Dies gilt insbesondere auch für eine weitere Variante, bei der die Trägerschichtmaterialpartikel zumindest in einer Richtung eine nanoskalige Größenabmessung, insbesondere eine Ausdehnung von höchstens einigen 100 nm, vorzugsweise von höchstens einige 10 nm, haben. Derartige Nanopartikel weisen oft ein außergewöhnliches Verhalten auf, wie z. B. sehr günstige mechanische und/oder thermische Eigenschaften. Nach ihrer Beschichtung können sie eine Materialversteifung, eine Zugentlastung oder eine Reduzierung der Wärmeausdehnung der hergestellten Materialschicht bewirken. Besonders günstig ist die sehr hohe Wärmeleitfähigkeit, sodass eine sehr gezielte und schnelle Ab- oder Einleitung von Konvektions-, Strahlungs- oder Wärmeenergie aus der bzw. in die hergestellte Trägerschicht möglich ist. Die günstigen thermischen Eigenschaften zeigen sich vor allem in einem sehr guten Wärmetransport und einer sehr guten Wärmeeinkopplung.
  • Vorzugsweise kann die Trägerschicht weiterhin aus einem keramikhaltigen Material oder einem Kunststoff bestehen. Damit erreicht man sowohl ein gutes elektrisch isolierendes als auch ein gutes thermisch leitendes Verhalten. Als keramikhaltiges Material kommt beispielsweise eine Aluminiumoxid (Al2O3)- oder eine Aluminiumnitrid(AlN)-Keramik in Frage.
  • Gemäß einer anderen vorteilhaften Variante ist auf der Trägerschichtoberseite eine elektrisch leitfähige Kontaktierungsschicht angeordnet, die sich aus einer Vielzahl an unter kinetischer und/oder thermischer Energiezufuhr auf die Trägerschicht aufgebrachter Kontaktierungsschichtmaterialpartikel zusammensetzt. Insbesondere besteht dann auch zwischen der Trägerschicht und der Kontaktierungsschicht eine feste Verbindung, die auf mindestens einem Verbindungstyp aus der Gruppe von Kraftschlussverbindung, Formschlussverbindung und Stoffschlussverbindung beruht. Damit ergeben sich die gleichen Vorteile wie bei der ähnlich aufgebauten Verbindung zwischen dem Kühlkörper und der Trägerschicht. Auf diese Kontaktierungsschicht werden die elektrischen oder elektronischen (Halbleiter-)Bauelemente des Leistungsbausteins auf den Trägeraufbau mechanisch montiert, z. B. aufgelötet oder aufgepresst (siehe NTV(Niedertemperaturverbindungs)-Technik), wobei zumindest teilweise zugleich auch eine elektrische Kontaktierung erfolgen kann. Grundsätzlich kann die elektrisch leitfähige Kontaktierungsschicht aber auch anders ausgestaltet sein und insbesondere mit einer anderen Technologie auf die Trägerschicht aufgebracht werden.
  • Gemäß einer günstigen Ausgestaltung ist die Kontaktierungsschicht strukturiert ausgebildet. Sie ist dann insbesondere nicht ganzflächig ausgeführt und bedeckt die Trägerschichtoberseite nicht gleichmäßig. Dank der Strukturierung lässt sich die elektrische Kontaktierung der auf dieser Kontaktierungsschicht zu platzierenden (Halbleiter-)Bauelemente besonders einfach und effizient erreichen.
  • Bei einer anderen bevorzugten Ausgestaltung haben die Kontaktierungsschichtmaterialpartikel zumindest in einer Richtung eine nanoskalige Größenabmessung, insbesondere eine Ausdehnung von höchstens einigen 100 nm, vorzugsweise von höchstens einigen 10 nm. Weiterhin können sie insbesondere eine Vorzugsorientierung haben und innerhalb der Kontaktierungsschicht so angeordnet sein, dass sie mit ihrer Vorzugsorientierung weitgehend einheitlich ausgerichtet sind. Es werden ähnliche Vorteile erzielt, wie sie bereits im Zusammenhang mit der aus ähnlichen Trägerschichtmaterialpartikeln aufgebauten Trägerschicht beschrieben worden sind.
  • Günstig ist weiterhin eine Variante, bei der die Kontaktierungsschichtmaterialpartikel aus einem metall- oder kohlenstoffhaltigen Material bestehen. Diese Stoffe haben eine sehr gutes thermisches Absorptions- und Transportverhalten. Außerdem leiten sie den elektrischen Strom sehr gut. Denkbare kohlenstoffhaltige Materialien sind Kohlenstofffasern oder Kohlenstoffnanofasern. Bei dem metallhaltigen Material kann es sich z. B. um Silber, Kupfer oder Aluminium handeln.
  • Günstig ist es insbesondere, wenn die Kontaktierungsschichtmaterialpartikel als Kohlenstoffnanofasern ausgeführt sind. Die Kohlenstoffnanofasern können ein- und/oder mehrwandige Röhren enthalten, die offen oder geschlossen vorliegen können. Außerdem können sie leer oder gefüllt sein. Diese Kohlenstoffnanofasern (= Kohlenstoffnanoröhrchen) haben sehr günstige mechanische, elektrische und thermische Eigenschaften. Besonders günstig ist die sehr hohe Wärmeleitfähigkeit, sodass mittels eines mit solchen Kohlenstoffnanofasern realisierten Kontaktmaterials eine sehr gezielte und schnelle Ab- oder Einleitung von Konvektions-, Strahlungs- oder Wärmeenergie sowie eine sehr guter Wärmetransport möglich sind. Neben den günstigen thermischen Eigenschaften, wie außergewöhnlich gutem Wärmetransport und guter Wärmeeinkopplung, haben die Kohlenstoffnanofasern auch sehr gute elektrische Eigenschaften, wie eine hohe elektrische Leitfähigkeit.
  • Gemäß einer weiteren günstigen Ausgestaltung sind die Kontaktierungsschichtmaterialpartikel als Metalldrahtelemente ausgeführt. Die Metalldrahtelemente bestehen insbesondere aus Silber, Aluminium oder Kupfer. Diese Metalle haben eine gute thermische und elektrische Leitfähigkeit, sodass Kontaktierungsschichtmaterialpartikel in Form von Drahtelementen aus diesen Metallen auch bei der Kontaktierungsschicht zu einem dementsprechend guten Verhalten führen.
  • Vorteilhaft ist außerdem eine Variante, bei der die Kontaktierungsschichtmaterialpartikel beschichtet sind, sowie ein Partikelgrundmaterial und mindestens ein auf das Partikelgrundmaterial aufgebrachtes Partikelbeschichtungsmaterial umfassen. Als Partikelbeschichtungsmaterial ist dabei insbesondere mindestens ein Material der Gruppe aus einem Glas, einem Glasschaum, einem Metall, insbesondere Kupfer und Aluminium, einem Metallschaum, einem thermosplastischen Kunststoff, einem Silikon, einem Acrylen und einem Polyacrylen vorgesehen. Eine derartige Beschichtung des Partikelgrundmaterials bewirkt zusätzliche günstige Materialeigenschaften. Insbesondere kann diese Beschichtung als Haftvermittler, als metallischer Leiter, als mechanisches Stützgerüst oder als zusätzliches thermisches bzw. elektrisches Übertragungselement verwendet werden.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren der eingangs bezeichneten Art anzugeben, mit dem sich in einfacher Weise ein Trägeraufbau mit verbesserten Wärmetransporteigenschaften herstellen lässt.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 14. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich um ein solches, bei dem
    • a) eine Kühlkörperoberseite eines Kühlkörpers direkt mit einer elektrisch isolierenden Trägerschicht, die eine Trägerschichtunterseite und eine als Basis für einen weiteren Teilaufbau zur Montage mindestens eines Bauelements des elektronischen Leistungsbausteins dienende Trägerschichtoberseite hat, versehen wird, sodass die Kühlkörperoberseite und die Trägerschichtunterseite unmittelbar aneinander angrenzen,
    • b) indem ein die Trägerschicht bildendes Trägerschichtmaterial unter hoher kinetischer und/oder thermischer Energie in oder auf den Kühlkörper gedrückt, gepresst oder geschossen wird, sodass zwischen dem Kühlkörper und der Trägerschicht eine feste Verbindung hergestellt wird, die auf mindestens einem Verbindungstyp aus der Gruppe von Kraftschlussverbindung, Formschlussverbindung und Stoffschlussverbindung beruht.
    • c) das Trägerschichtmaterial in Form von Trägerschichtmaterialpartikeln auf die Kühlkörperoberseite aufgebracht wird, wobei die Trägerschichtmaterialpartikel mittels eines Volumenstroms eines Transportmediums in Richtung der Kühlkörperoberseite geleitet und dabei auf eine ausreichend hohe kinetische Energie gebracht werden, so dass sie beim Auftreffen auf der Kühlkörperoberseite eine feste Verbindung mit einem Kühlkörpermaterial des Kühlkörpers eingehen, und die Trägerschichtmaterialpartikel eine Vorzugsorientierung haben und innerhalb der Trägerschicht so angeordnet sind, dass sie mit ihrer Vorzugsorientierung weitgehend einheitlich ausgerichtet sind.
  • Weiterhin ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Trägerschichtmaterial in Form von Trägerschichtmaterialpartikeln auf die Kühlkörperoberseite aufgebracht wird, wobei die Trägerschichtmaterialpartikel mittels eines Volumenstroms eines Transportmediums in Richtung der Kühlkörperoberseite geleitet und dabei auf eine ausreichend hohe kinetische Energie gebracht werden, sodass sie beim Auftreffen auf der Kühlkörperoberseite eine feste Verbindung mit einem Kühlkörpermaterial des Kühlkörpers eingehen. Die so beschleunigten und ggf. auch ausgerichteten Trägerschichtmaterialpartikel werden wie kleine Pfeile in die Oberfläche des zu beschichtenden Kühlkörpers eingeschossen. Sie dringen zum Teil ein Stück weit in das Kühlkörpermaterial ein. Aufgrund ihrer hohen kinetischen Energie resultiert die kraft-, form- und/oder stoffschlüssige feste Verbindung mit dem Kühlkörpermaterial.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren und seine vorteilhaften Ausgestaltungen zeichnen sich im Wesentlichen durch die gleichen Vorteile aus, die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Trägeraufbau und dessen Ausgestaltungen beschrieben worden sind.
  • Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Merkmalen der von Anspruch 14 abhängigen Ansprüche.
  • Gemäß einer günstigen Variante wird das Trägerschichtmaterial mittels eines Flammspritzverfahrens, insbesondere auch eines Hochgeschwindigkeitsflammspritzverfahrens (= HVOF), eines Kaltgasspritzverfahrens oder eines Lichtbogenspritzverfahrens auf die Kühlkörperoberseite aufgebracht. Diese Verfahren sind eingeführte Technologien. Sie eignen sich besonders gut für die Beschichtung des Kühlkörpers mit der Trägerschicht.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Volumenstrom mit den mitgeführten Trägerschichtmaterialpartikeln durch eine Düse, insbesondere unter Druck durch eine Laval-Düse, hindurchgeleitet, wodurch die Trägerschichtmaterialpartikel beschleunigt und insbesondere auf eine sehr hohe kinetische Energie gebracht werden können. Außerdem werden so die Trägerschichtmaterialpartikel mit ihrer ggf. vorhandenen Längsrichtung innerhalb des Transportmediums besonders stark ausgerichtet. Sehr stark beschleunigte und ggf. ausgerichtete Trägerschichtmaterialpartikel dringen besser und tiefer in die Oberfläche des zu beschichtenden Kühlkörpers ein, wodurch sich eine besonders stabile und belastbare Verbindung ergibt.
  • Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der zu beschichtenden Kühlkörperoberseite zusätzlich thermische Energie zugeführt wird, insbesondere indem das Transportmedium erwärmt wird. Dadurch wird die Oberfläche des zu beschichtenden Kühlkörpermaterials geschmeidiger oder weicher gemacht, sodass die Trägerschichtmaterialpartikel besser eindringen und/oder leichter eine feste Verbindung eingehen können.
  • Vorzugsweise ist es außerdem möglich, dass als Transportmedium ein Gas oder ein Gasgemisch, das insbesondere ein Brenngas enthält, vorgesehen wird. Dabei ist unter einem Brenngas ein brennbares Gas oder das erwärmte Abgas einer Verbrennungsreaktion zu verstehen. Solche Gase eignen sich sehr gut zum Transport der Trägerschichtmaterialpartikel. Außerdem können insbesondere Brenngase, die aus einem Verbrennungsprozess resultieren, bereits einen thermischen Energiegehalt aufweisen, sodass die zu beschichtende Oberfläche des Kühlkörpermaterials, wie bereits erwähnt, weicher und geschmeidiger gemacht wird. Der Gasdruck des als Transportmedium eingesetzten Gases kann beispielsweise im Bereich zwischen 2 Bar und 90 Bar (1 Bar = 10–5 Pa = 10–5 N/m2) liegen. Die Flammtemperatur des vorgeschalteten Verbrennungsvorgangs beträgt z. B. bis zu 3300°C.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird auf die Trägerschichtoberseite eine elektrisch leitfähige Kontaktierungsschicht aufgebracht, indem ein die Kontaktierungsschicht bildendes Kontaktierungsschichtmaterial unter hoher kinetischer und/oder thermischer Energie in oder auf die Trägerschicht gedrückt, gepresst oder geschossen wird, sodass zwischen der Trägerschicht und der Kontaktierungsschicht eine feste Verbindung hergestellt wird, die auf mindestens einem Verbindungstyp aus der Gruppe von Kraftschlussverbindung, Formschlussverbindung und Stoffschlussverbindung beruht. So resultiert ein besonders günstiger Schichtverbund, dessen Einzelschichten durch zum Teil mehrfache und sukzessive Anwendung gleicher oder zumindest ähnlicher Beschichtungstechnologien hergestellt werden. Dadurch lässt sich der Herstellungsaufwand begrenzen. Ansonsten ergeben sich für das Herstellungsverfahren der Kontaktierungsschicht und die resultierende Kontaktierungsschicht die vorstehend bereits genannten Vorteile. Die Kontaktierungsschicht wird im Wesentlichen analog wie die Trägerschicht aufgebracht.
  • Im Zusammenhang mit der Herstellung der Kontaktierungsschicht sind folgende zusätzliche vorteilhafte Varianten möglich.
  • So kann der zu beschichtenden Oberfläche, hier also der Trägerschichtoberseite, mittels des Volumenstroms ein partikel- und/oder pulverhaltiges Gemisch zugeleitetet werden, das neben den Kontaktierungsschichtmaterialpartikeln auch ein Pulver enthält. Aufgrund des Pulvers, für das insbesondere ein Material aus der Gruppe aus Kupfer, Nickel, Zinn und Aluminiumnitrid (AlN) vorgesehen wird, kann die herzustellende Kontaktierungsschicht mit zusätzlichen Eigenschaften ausgestattet werden. So führt die Zugabe eines Pulvers aus einem der drei vorstehend genannten Metalle unabhängig von der Materialwahl für die Kontaktierungsschichtmaterialpartikel zu einer guten Lötbarkeit der hergestellten Kontaktierungsschicht.
  • Weiterhin kann durch die Zugabe eines Pulvers aus Kupfer oder aus Aluminiumnitrid die Wärmeleitfähigkeit weiter verfeinert werden. Es lässt sich damit insbesondere eine Wärmespreizung erreichen. Grundsätzlich können durch die Zugabe des Pulvers auch andere vorteilhafte Eigenschaften gezielt herbeigeführt werden.
  • Bei einer anderen bevorzugten Variante wird die insbesondere thermisch und elektrisch leitfähige Kontaktierungsschicht strukturiert hergestellt, indem eine Auftreffquerschnittsflähe eines die Kontaktierungsschichtmaterialpartikel mitführenden Volumenstroms auf der zu beschichtenden Oberfläche und die zu beschichtende Oberfläche relativ zueinander bewegt werden. Diese Relativbewegung kann beispielsweise durch Verwendung einer den Volumenstrom senkrecht zur Transportrichtung begrenzenden und zumindest in einer senkrecht zur Transportrichtung orientierten Ebene (= horizontal) bewegbar angeordneten Auftragseinheit erreicht werden. Diese Auftragseinheit umfasst vorzugsweise eine Austrittsdüse, durch die der Volumenstrom hindurch tritt. Die Strukturierung der herzustellenden Kontaktierungsschicht erlaubt eine sehr gezielte und an den jeweiligen Anwendungsfall speziell angepasste Einstellung der thermischen und elektrischen Leitfähigkeit. Anstelle der horizontal und/oder vertikal bewegbaren Auftragseinheit kann ebenso gut eine derartig bewegbare Anordnung des bis dahin bereits hergestellten und nun weiter zu beschichtenden Trägeraufbaus vorgesehen sein.
  • Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung.
  • Die einzige Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Leistungsbausteins 1 umfassend einen Trägeraufbau 2 mit einer direkt auf einem Kühlkörper 3 aufgebrachten elektrisch isolierenden Trägerschicht 4. Die Trägerschicht 4 ist mit einer strukturierten elektrisch leitfähigen Kontaktierungsschicht 5 versehen, auf der (Halbleiter-)Bauelemente 6 angeordnet sind.
  • Die Strukturierung der Kontaktierungsschicht 5 ist entsprechend der Belegung mit den Bauelementen 6 ausgebildet. Bei den Bauelementen 6 handelt es sich je nach Typ des Leistungsbausteins 1 z. B. um Halbleiterchips, wie Dioden oder Transistoren (IGBTs, MOSFETs oder dgl.), oder um passive konventionelle elektrische Komponenten, wie elektrische Widerstände, Induktivitäten oder Kondensatoren. Zwischen den Bauelementen 6 und ggf. auch bestimmten Zonen der Kontaktierungsschicht 5, nämlich den Anschlusszonen, können je nach im Einzelfall vorgesehener elektrischer Verschaltung der Bauelemente 6 zusätzliche elektrische Verbindungen mittels Bonddrähten 7 vorgesehen sein. Anstelle der Bonddrähte 7 können insbesondere auch Streifen aus Silber zum Einsatz kommen.
  • Beim Ausführungsbeispiel besteht der Kühlkörper 3 aus Aluminium, wobei alternativ auch andere gut wärmeleitfähige Materialien wie Kupfer oder Graphit vorgesehen sein können. Die Trägerschicht 4 ist z. B. eine keramische Aluminiumnitrid(AlN) -Schicht, die als direkte Beschichtung auf den Kühlkörper 3 aufgebracht ist, sodass eine Kühlkörperoberseite 8 und eine Trägerschichtunterseite 9 unmittelbar aneinander angrenzen. Alternativ kann die Trägerschicht 4 auch aus Al2O3 oder SiC bestehen. Die ebenfalls direkt auf eine Trägerschichtoberseite 10 aufgebrachte Kontaktierungsschicht 5 besteht aus Kupfer.
  • Die Trägerschicht 4 und ggf. auch die Kontaktierungsschicht 5 werden mit einem der im Folgenden beschriebenen Beschichtungsverfahren hergestellt.
  • Zur Herstellung dieser Schichten, die gezielt zur Übertragung von Wärme ausgelegt sind, kann z. B. ein Draht-, Pulver-, Plasma- oder Flammspritzverfahren zum Einsatz kommen. Dabei werden pulverförmige Materialpartikel, wie z. B. Keramik-, Metall- oder Oxidpulver, oder auch größere Materialpartikel, wie z. B. Abschnitte von Metalldrähten oder -stäben verwendet. Diese Materialpartikel werden in einem als Transportmedium dienenden Gasstrahl ggf. (teilweise) geschmolzen und stark beschleunigt. Das Beschichtungsmaterial wird also z. B. in schmelzflüssigem, teilgeschmolzenem oder teigigem Zustand mit relativ hoher kinetischer Energie auf zu beschichtende Oberfläche, also auf die Kühlkörperoberseite 8 oder die Trägerschichtoberseite 10, aufgebracht.
  • Dabei können elektronische Lichtbögen, Laserstrahlen, Plasmastrahlung oder auch andere hochkinetische Gase zur Anwendung kommen. Die zu beschichtende Oberfläche wird vorzugsweise nicht aufgeschmolzen. Die Geschwindigkeit der auf die zu beschichtende Oberfläche gerichteten Materialpartikel kann sowohl durch die geometrische Form einer z. B. verwendeten Laval-, Brenn- oder Strahldüse als auch durch den Druck eines Hilfs-/Arbeitsgases, mit welchem die jeweilige Düse betrieben wird, eingestellt werden. Als Gas sind die verschiedensten Brenn-, Zerstäuber- und Hilfsgase wie z. B. Propan, Acetylen oder Buthan einsetzbar. Dabei ist auch die Verwendung aufgeheizter Brenngase oder Gasgemische möglich, wodurch das Material an der zu beschichtenden Oberfläche geschmeidiger oder weicher gemacht werden kann. Dann lagern sich die Materialpartikel leichter an oder dringen leichter ein Stück weit in die zu beschichtende Oberfläche ein. Jedenfalls resultiert eine dauerhaft feste Verbindung.
  • Der Gasdruck des als Transportmedium eingesetzten Gases liegt z. B. zwischen 1 Bar und 90 Bar (1 Bar = 10–5 Pa = 10–5 N/m2) Die Flammtemperatur des vorgeschalteten Verbrennungsvorgangs beträgt z. B. bis zu 3300°C. Aufgrund des Gasdrucks und der thermischen Energie der Flamme werden die Materialpartikel in einen höheren thermischen und/oder kinetischen Zustand versetzt.
  • Die hohe Beschleunigung der Materialpartikel auf Geschwindigkeiten bis ggf. über die Schallgeschwindigkeit hinaus führt dazu, dass die Materialpartikel energiereich auf die zu beschichtende Oberfläche auftreffen und mit dem Material der zu beschichtenden Oberfläche eine enge und feste Verbindung eingehen. Diese Verbindung ist kraft-, form- und/oder stoffschlüssig. Bei weichen Metallen reicht teilweise schon die kinetische Energie aus, um eine Verbindung mit der zu beschichtenden Oberfläche zu erhalten.
  • Mittels einer thermischen Energieeinbringung bis an die Schmelzgrenze der Materialpartikel lassen sich sehr gleichmäßige Schichten erzeugen, welche in der Dichte und den übrigen mechanischen Eigenschaften solchen Schichten vergleichbar sind, die mit Schmelzgießverfahren hergestellt werden. Auch die übrigen mechanischen Eigenschaften (z. B. Festigkeit) der so erzeugten Schichten sind vergleichbar denen von Schichten, die mittels derzeit gängiger Walz-, Gieß-, oder Schmelzverfahren hergestellt werden.
  • Mittels horizontaler und/oder vertikaler Bewegung der zur Beschichtung eingesetzten Düse und/oder der zu beschichtenden Materialoberfläche ist ein gezielter und strukturierter Materialauftrag insbesondere der Kontaktierungsschicht 5 möglich.
  • Die vorstehend erläuterten Verfahren können zur Herstellung der Schichten 4 und 5 aber auch weiterer ggf. ebenfalls für eine gute Wärmeübertragung bei Hochleistungsmodulen benötigter Schichten verwendet werden. Die so aufgebrachten Schichten können Schichtstärken von wenigen Nanometern bis hin zu mehreren Millimetern haben.
  • Der Trägeraufbau 2 des Leistungsbaustein 1 sowie seine Herstellungsverfahren zeichnen sich insbesondere durch die folgenden Vorteile aus.
  • Der Leistungsbaustein 1 ist weitgehend oder z. B. bei Einsatz des NTV(Niedertemperaturverbindungs)-Verfahrens sogar komplett lotfrei. Ein weitgehender Verzicht auf bleihaltige Lotzwischenschichten ist für eine gute Wärmeübertragung und auch aus Umweltschutzgründen günstig. Die insbesondere ohne Lötverfahren hergestellten und fixierten Schichten 4 und 5 eignen sich sehr gut zum Wärmetransport und zur Wärmeeinkopplung. Damit ist bei dem Leistungsbaustein 1 eine schnellere Ableitung der Wärme durch Konvektion, Strahlung oder Wärmeleitung möglich als beim Stand der Technik. Die Schichten 4 und 5 können außerdem aufgrund ihrer hohen mechanischen Festigkeit zusätzliche Funktionen, wie eine Materialversteifung, eine Zugentlastung oder eine Reduzierung der Wärmeausdehnung des Materials, übernehmen.
  • Aufgrund der direkten Beschichtung des Kühlkörpers 3 mit der Trägerschicht 4 reduziert sich die Anzahl der insgesamt in dem Trägeraufbau 2 vorgesehenen Schichten. Dadurch werden aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten auftretende mechanische Spannungen zwischen verschiedenen Materialien oder Schichten reduziert oder sogar vollständig vermieden. Wegen der reduzierten Schichtanzahl und des gezielten Schichtaufbaus mit thermisch besonders leitfähigen Schichten liegt die Wärmeabfuhr- bzw. Kühlleistung bei dem Leistungsbaustein 1 über der bekannter vergleichbarer Produkte. Die reduzierte Schichtanzahl – auf die beim Stand der Technik übliche Bodenplatte wird sogar komplett verzichtet – trägt auch dazu bei, thermische und mechanische Barriereschichten zu vermeiden. Insgesamt werden eine deutlich verbesserte thermische und thermodynamische Festigkeit, eine erhöhte Lastwechselfähigkeit, eine reduzierte thermomechanische Ermüdungsneigung sowie eine daraus folgende längere Lebensdauer als beim Stand der Technik erreicht. Der thermische Gesamtwiderstand des Trägeraufbaus 2 und auch des Leistungsbaustein 1 insgesamt ist geringer als bei herkömmlichen Lösungen.
  • Der kompakte Trägeraufbau 2 ermöglicht außerdem eine höhere Leistungsdichte (in Bezug auf Strom/Fläche) als bisher üblich. Der Leistungsbaustein 1 kann somit in kompakterer Bauart bei gleicher oder sogar höherer Leistungsdichte realisiert werden.
  • Die direkte Beschichtung des Kühlkörpers 3 mit der Trägerschicht 4 ermöglicht eine neue Funktionseinheit, in die die (Halbleiter-)Bauelemente 6 zusammen mit dem Kühlkörper integriert sind. Es resultiert auch eine verbesserte Beständigkeit gegenüber externen Temperaturänderungen. Aufgrund dieser höheren Temperaturbeständigkeit des Gesamtaufbaus inkl. des Gehäuses ist ein Einsatz im Hochtemperaturbereich, also bei Temperaturen von bis zu 150°C und darüber, möglich.
  • Die Herstellung des Trägeraufbaus 2 vereinfacht sich. So erübrigen sich z. B. die beim Stand der Technik erforderlichen aufwändigen Nachbearbeitungsschritte zum Ausgleich von Unebenheiten, die durch thermischen Verzug beim Löten der Bodenplatte auftreten. Der Trägeraufbau 2 hat weder eine derartige Bodenplatte noch ist sie mit einer Lötschicht einzubinden.
  • Dagegen ist die im Trägeraufbau 2 oben liegende Kontaktierungsschicht 5 bei Bedarf problemlos mechanisch bearbeitbar, um beispielsweise eine unter dem Gesichtspunkt der Wärmeeinkopplung günstige möglichst ebene Kontakt- oder Auflagefläche für die (Halbleiter-)Bauelemente 6 zu bieten.
  • Die Bauelemente 6 können in der üblichen Weise auf die Kontaktierungsschicht 5 aufgebracht, also aufgelötet, werden. Alternative Montageverfahren, wie z. B. ein NTV(Niedertemperaturverbindungs)-Verfahren mit Silberpartikeln, können aber ebenfalls verwendet werden, um beispielsweise so die Eigenschaften weiter zu verbessern. Außerdem können die (Halbleiter-)Bauelemente 6 auch mittels einer Klemmtechnik direkt auf die keramische Trägerschicht 4 oder die Kontaktierungsschicht 5 aufgebracht werden. So ergibt sich ein komplett lotfreier Leistungsbaustein 1.

Claims (18)

  1. Trägeraufbau für einen elektronischen Leistungsbaustein (1) umfassend mindestens a) einen Kühlkörper (3) mit einer Kühlkörperoberseite (8) und b) eine elektrisch isolierende Trägerschicht (4) mit einer Trägerschichtunterseite (9) und mit einer als Basis für einen weiteren Teilaufbau zur Montage mindestens eines Bauelements (6) des elektronischen Leistungsbausteins (1) dienenden Trägerschichtoberseite (10), c) wobei der Kühlkörper (3) und die Trägerschicht (4) direkt miteinander verbunden sind, sodass die Kühlkörperoberseite (8) und die Trägerschichtunterseite (9) unmittelbar aneinander angrenzen, d) zwischen dem Kühlkörper (3) und der Trägerschicht (4) eine feste Verbindung besteht, die auf mindestens einem Verbindungstyp aus der Gruppe von Kraftschlussverbindung, Formschlussverbindung und Stoffschlussverbindung beruht, und e) sich die Trägerschicht (4) aus einer Vielzahl an unter kinetischer und/oder thermischer Energiezufuhr auf den Kühlkörper (3) aufgebrachter Trägerschichtmaterialpartikel zusammensetzt, wobei die Trägerschichtmaterialpartikel eine Vorzugsorientierung haben und innerhalb der Trägerschicht (4) so angeordnet sind, dass sie mit ihrer Vorzugsorientierung weitgehend einheitlich ausgerichtet sind.
  2. Trägeraufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (3) Teil eines Gehäuses des elektronischen Leistungsbausteins (1) ist.
  3. Trägeraufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschichtmaterialpartikel zumindest in einer Richtung eine nanoskalige Größenabmessung, insbesondere eine Ausdehnung von höchstens einigen 100 nm, vorzugsweise von höchstens einigen 10 nm, haben.
  4. Trägeraufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (4) aus einem keramikhaltigen Material oder einem Kunststoff besteht.
  5. Trägeraufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Trägerschichtoberseite (10) eine elektrisch leitfähige Kontaktierungsschicht (5) angeordnet ist, die sich aus einer Vielzahl an unter kinetischer und/oder thermischer Energiezufuhr auf die Trägerschicht (4) aufgebrachter Kontaktierungsschichtmaterialpartikel zusammensetzt.
  6. Trägeraufbau nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungsschicht (5) strukturiert ist.
  7. Trägeraufbau nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungsschichtmaterialpartikel zumindest in einer Richtung eine nanoskalige Größenabmessung, insbesondere eine Ausdehnung von höchstens einigen 100 nm, vorzugsweise von höchstens einigen 10 nm, haben.
  8. Trägeraufbau nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungsschichtmaterialpartikel eine Vorzugsorientierung haben und innerhalb der Kontaktierungsschicht (5) so angeordnet sind, dass sie mit ihrer Vorzugsorientierung weitgehend einheitlich ausgerichtet sind.
  9. Trägeraufbau nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungsschichtmaterialpartikel aus einem metall- oder kohlenstoffhaltigen Material bestehen.
  10. Trägeraufbau nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungsschichtmaterialpartikel als Kohlenstoffnanofasern ausgeführt sind.
  11. Trägeraufbau nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungsschichtmaterialpartikel als Metalldrahtelemente ausgeführt sind.
  12. Trägeraufbau nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungsschichtmaterialpartikel beschichtet sind, sowie ein Partikelgrundmaterial und mindestens ein auf das Partikelgrundmaterial aufgebrachtes Partikelbeschichtungsmaterial umfassen.
  13. Trägeraufbau nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Partikelbeschichtungsmaterial mindestens ein Material der Gruppe aus einem Glas, einem Glasschaum, einem Metall, insbesondere Kupfer und Aluminium, einem Metallschaum, einem thermoplastischen Kunststoff, einem Silikon, einem Acrylen und einem Polyacrylen vorgesehen ist.
  14. Verfahren zur Herstellung eines Trägeraufbaus (2) für einen elektronischen Leistungsbaustein (1), wobei a) eine Kühlkörperoberseite (8) eines Kühlkörpers (3) direkt mit einer elektrisch isolierenden Trägerschicht (4), die eine Trägerschichtunterseite (9) und eine als Basis für einen weiteren Teilaufbau zur Montage mindestens eines Bauelements (6) des elektronischen Leistungsbausteins (1) dienende Trägerschichtoberseite (10) hat, versehen wird, sodass die Kühlkörperoberseite (8) und die Trägerschichtunterseite (9) unmittelbar aneinander angrenzen, b) indem ein die Trägerschicht (4) bildendes Trägerschichtmaterial unter hoher kinetischer und/oder thermischer Energie in oder auf den Kühlkörper (3) gedrückt oder geschossen wird, sodass zwischen dem Kühlkörper (3) und der Trägerschicht (4) eine feste Verbindung hergestellt wird, die auf mindestens einem Verbindungstyp aus der Gruppe von Kraftschlussverbindung, Formschlussverbindung und Stoffschlussverbindung beruht, c) das Trägerschichtmaterial in Form von Trägerschichtmaterialpartikeln auf die Kühlkörperoberseite (8) aufgebracht wird, wobei die Trägerschichtmaterialpartikel mittels eines Volumenstroms eines Transportmediums in Richtung der Kühlkörperoberseite (8) geleitet und dabei auf eine ausreichend hohe kinetische Energie gebracht werden, so dass sie beim Auftreffen auf der Kühlkörperoberseite (8) eine feste Verbindung mit einem Kühlkörpermaterial des Kühlkörpers (3) eingehen, und die Trägerschichtmaterialpartikel eine Vorzugsorientierung haben und innerhalb der Trägerschicht (4) so angeordnet sind, dass sie mit ihrer Vorzugsorientierung weitgehend einheitlich ausgerichtet sind.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom mit den mitgeführten Trägerschichtmaterialpartikeln durch eine Düse, insbesondere unter Druck durch eine Laval-Düse, hindurchgeleitet wird, wodurch die Trägerschichtmaterialpartikel beschleunigt werden.
  16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der zu beschichtenden Kühlkörperoberseite (8) zusätzlich thermische Energie zugeführt wird, insbesondere indem das Transportmedium erwärmt wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Transportmedium ein Gas oder ein Gasgemisch, das insbesondere ein Brenngas enthält, vorgesehen wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Trägerschichtoberseite (10) eine elektrisch leitfähige Kontaktierungsschicht (5) aufgebracht wird, indem ein die Kontaktierungsschicht (5) bildendes Kontaktierungsschichtmaterial unter hoher kinetischer und/oder thermischer Energie in oder auf die Trägerschicht (4) gedrückt oder geschossen wird, so dass zwischen der Trägerschicht (4) und der Kontaktierungsschicht (5) eine feste Verbindung hergestellt wird, die auf mindestens einem Verbindungstyp aus der Gruppe von Kraftschlussverbindung, Formschlussverbindung und Stoffschlussverbindung beruht.
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