DE102009001722A1 - Method of applying heat transfer medium, involves providing thermal contact surface having object, and applying phase change material having thermal compound to thermal contact surface - Google Patents

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Abstract

The method involves providing a thermal contact surface (101) having an object (100), and applying a phase change material having a thermal compound (5) to the thermal contact surface. The thermal contact surface applied thermal compound is hardened before another thermal contact surface brought into thermal contact.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen eines Wärmeleitmediums auf eine Wärmeableitfläche. Insbesondere in der Leistungselektronik ist es häufig erforderlich, die in einem elektronischen Bauelement oder einer Baugruppe anfallende Verlustwärme über eine Wärmeableitfläche in Richtung eines Kühlkörpers abzuleiten, um eine Überhitzung des Bauelementes oder der Baugruppe zu vermeiden. Für eine gute Wärmeabfuhr ist ein möglichst optimaler thermischer Kontakt zwischen der Wärmeableitfläche und dem Kühlkörper erforderlich.The The invention relates to a method for applying a heat transfer medium on a heat dissipation surface. Especially in power electronics, it is often necessary in a electronic component or a module accumulating heat loss over a Heat dissipation surface in the direction of a Derive heat sink, to overheat the Component or the assembly to avoid. For a good heat dissipation is one possible optimal thermal contact between the heat dissipation surface and the heat sink required.

Besonders günstig ist es, wenn die Wärmeableitfläche eine korrespondierende Montagefläche des Kühlkörpers möglichst großflächig kontaktiert. Allerdings berühren sich die Wärmeableitfläche und die Montagefläche aufgrund unvermeidlichen Oberflächenrauigkeiten und Welligkeiten nur über einen Teil der maximal möglichen thermischen Kontaktfläche, d. h. es gibt im allgemeinen zahlreiche Stellen, an denen die Wärmeableitfläche und die Montagefläche lokal voneinander beabstandet sind. Um in diesen Bereichen den Wärmeübergangswiderstand zu verringern, wird üblicherweise eine Wärmeübergangsmedium verwendet, das die bestehenden Unebenheiten ausgleicht. Bei derartigen Wärmeübergangsmedien handelt es sich beispielsweise um Wärmeleitpasten oder Wärmeleitfolien.Especially Cheap it is when the heat dissipation surface a corresponding mounting surface of Heat sink as possible contacted over a large area. Indeed touch the heat dissipation surface and the mounting surface due to unavoidable surface roughness and ripples just over a part of the maximum possible thermal contact surface, d. H. There are generally numerous places where the heat dissipation surface and the mounting surface are locally spaced from each other. In order in these areas the heat transfer resistance It is common practice to reduce this a heat transfer medium used, which compensates for the existing bumps. In such Heat transfer media For example, these are thermal compounds or heat conducting films.

Bei Wärmeableitflächen von maximal wenigen Quadratzentimetern und vergleichsweise kleinen Verlustleistungen sind diese Maßnahmen normalerweise ausreichend. Größere Wärmeableitflächen, beispielsweise von mehr als 50 cm2, wie sie beispielsweise bei Leistungshalbleitermodulen zum Einsatz kommen, können jedoch eine deutlich größere Welligkeit aufweisen als kleine Bauteile. Außerdem können sich größere Wärmeableitflächen bedingt durch unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffi zienten von miteinander verbundenen Komponenten des zu kühlenden Leistungshalbleitermoduls je nach Temperatur der beteiligten Komponenten unterschiedlich stark verbiegen.With heat dissipation surfaces of a few square centimeters at most and relatively low power losses, these measures are usually sufficient. Larger heat dissipation surfaces, for example of more than 50 cm 2 , as used for example in power semiconductor modules, but can have a much greater ripple than small components. In addition, larger Wärmeableitflächen can bend due to different coefficients of thermal expansion of interconnected components of the power semiconductor module to be cooled depending on the temperature of the components involved vary greatly.

Werden bei einer derartigen Anordndung Wärmeleitfolien als Wärmeleitmedium verwendet, so besteht nur bei bestimmten Temperaturen bzw. Temperaturverteilungen ein ausreichender thermischer Kontakt zwischen der Wärmeableitfläche und der Montagefläche des Kühlkörpers. Zudem verhindert eine durchgehende Wärmeleitfolie, dass zumindest an einigen Stellen ein direkter Kontakt zwischen der Wärmeableitfläche und der Montagefläche zustande kommt. Die damit erzielbare Kühlwirkung ist somit nicht optimal, da der Wärmeübergangswiderstand eines direkten Kontaktes von Wärmeableitfläche und Montagefläche signifikant geringer ist als der Wärmeübergangswiderstand bei einer dazwischen angeordneten Wärmeleitfolie.Become in such an arrangement Wärmeleitfolien as Wärmeleitmedium used, it exists only at certain temperatures or temperature distributions a sufficient thermal contact between the heat dissipation surface and the mounting surface of the heat sink. moreover prevents a continuous thermal foil, that at least in some places a direct contact between the heat dissipation surface and the mounting surface comes about. The cooling effect that can be achieved is therefore not optimal, because the heat transfer resistance a direct contact of heat dissipation surface and mounting surface significantly less than the heat transfer resistance at an interposed heat conducting foil.

Alternativ zu einer Wärmeleitfolie wird als Wärmeleitmedium auch Wärmeleitpaste verwendet. Diese hat jedoch den Nachteil, dass sie nach dem Auftragen auf die Wärmeableitfläche oder die Montagefläche leicht verschmiert, was zu unterwünschten Verschmutzungen der Umgebung führen kann.alternative to a heat conducting foil is used as a heat transfer medium also thermal grease used. However, this has the disadvantage that they after application on the heat dissipation surface or the mounting surface slightly smeared, causing unwanted soiling of the Lead environment can.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Aufbringen eines Wärmeleitmediums auf eine thermische Kontaktfläche bereitzustellen, mit dem das Wärmeleitmedium auf einfache Weise und mit einer vorgegeben Verteilung über die Kontaktfläche aufgebracht werden kann, ohne dass dabei die nähere Umgebung der Kontaktfläche durch das Wärmeleitmedium verunreinigt wird.The The object of the present invention is a method for applying a Wärmeleitmediums to provide for a thermal contact surface, with the heat transfer medium in a simple way and with a given distribution over the contact area can be applied without causing the closer environment of the contact surface by the heat transfer medium is contaminated.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Aufbringen eines Wärmeleitmediums gemäß Patentanspruch 1 gelöst Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.These Task is achieved by a method for applying a Wärmeleitmediums according to claim 1 solved Embodiments and developments of the invention are the subject of dependent claims.

Das vorliegende Verfahren dient dazu, ein Wärmeleitmedium auf eine erste thermische Kontaktfläche eines ersten Objektes aufzubringen, die mit einer zweiten thermischen Kontaktfläche eines zweiten Objektes in thermischen Kontakt gebracht werden soll. Hierzu wird ein erstes Objekt mit einer ersten thermischen Kontaktfläche bereitgestellt. Auf diese erste thermische Kontaktfläche wird eine Wärmeleitpaste aufgebracht, die ein Phasenwechselmaterial (”Phase Change Material” PSD) aufweist oder aus einem solchen Material besteht. Nach dem Aufbringen der Wärmeleitpaste, jedoch bevor die zweite thermische Kontaktfläche mit der mit der Wärmeleitpaste versehenen ersten thermischen Kontaktfläche in Kontakt gebracht wird, wird die auf die erste thermische Kontaktfläche aufgebrachte Wärmeleitpaste ausgehärtet. Hierbei ist zu beachten, dass das Herstellen des thermischen Kontaktes der zweiten thermischen Kontaktfläche mit der mit der Wärmeleitpaste versehenen ersten thermischen Kontaktfläche nicht Gegenstand von Anspruch 1 ist.The The present method serves to heat a heat transfer medium to a first thermal contact surface a first object to be applied with a second thermal contact area a second object is to be brought into thermal contact. For this purpose, a first object with a first thermal contact surface is provided. On this first thermal contact surface is a thermal grease applied, which has a phase change material ("PSD") or consists of such a material. After applying the thermal grease, but before the second thermal contact surface with the one provided with the thermal paste first thermal contact surface is brought into contact, which is applied to the first thermal contact surface Cured thermal compound. in this connection It should be noted that the establishment of the thermal contact of the second thermal contact surface with the with the thermal grease provided first thermal contact surface is not the subject of claim 1 is.

Die Wärmeleitpaste enthält ein Mittel, beispielsweise ein Lösungsmittel, welches gewährleistet, dass die Wärmeleitpaste bei Raumtemperatur, d. h. bei etwa 20°C, pastös ist und dadurch auf einfache Weise auf die erste thermische Kontaktfläche aufgebracht werden kann.The Thermal Compounds contains an agent, for example a solvent, which ensures that the thermal paste at room temperature, d. H. at about 20 ° C, is pasty and therefore in a simple way can be applied to the first thermal contact surface.

Durch den nachfolgenden Aushärteschritt wird das Mittel zumindest soweit ausgedampft oder aber chemisch innerhalb der Wärmeleitpaste umgesetzt, dass die Wärmeleitpaste sowohl bei Raumtemperatur als auch bei höheren Temperaturen, beispielsweise bis 60°C, eine feste, wachsartige Konsistenz besitzt.By the subsequent curing step becomes the agent at least as far evaporated or chemically within the thermal compound implemented that thermal paste both at room temperature and at higher temperatures, for example up to 60 ° C, has a firm, waxy consistency.

Hierdurch kann das erste Objekt zusammen mit der aufgebrachten und ausgehärteten Wärmeleitpaste beispielsweise gelagert oder in einer Transportverpackung verpackt werden. Insbesondere kann die Wärmeleitpaste mit einer vorgegebenen räumlichen Verteilung auf die erste thermische Kontaktfläche aufgebracht werden. Die Verteilung der Wärmeleitpaste kann ab hängig von den Geometrie des ersten und zweiten Objektes sowie der thermisch bedingten Änderung dieser Geometrie gewählt werden. Beispielsweise kann die Wärmeleitpaste in der Mitte der ersten thermischen Kontaktfläche mit einer höheren Flächendichte aufgebracht werden als am Rand.hereby can be the first object together with the applied and cured thermal compound for example stored or packed in a transport packaging become. In particular, the thermal compound with a given spatial Distribution are applied to the first thermal contact surface. The Distribution of the thermal compound can depend on from the geometry of the first and second object as well as the thermally induced change chosen this geometry become. For example, the thermal grease in the middle of the first thermal contact surface with a higher one areal density be applied as on the edge.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Figuren näher erläutert. In den Figuren bezeichnen, soweit nicht anders angegeben, gleiche Figuren gleiche Elemente mit gleicher oder äquivalenter Funktion. Es zeigt:The Invention will now be described with reference to exemplary embodiments with reference closer to figures explained. In the figures, unless stated otherwise, denote the same Figures are the same elements with the same or equivalent function. It shows:

1 einen Vertikalschnitt durch ein Leistungshalbleitermodul, auf dessen Bodenplatte mit einer ausgehärteten Wärmeleitpaste versehen ist, das mit einem Kühlkörper in thermischen Kontakt gebracht wird; 1 a vertical section through a power semiconductor module, is provided on the bottom plate with a cured thermal paste, which is brought into thermal contact with a heat sink;

2 eine Draufsicht auf die mit der Wärmeleitpaste versehene Bodenplatte das Leistungshalbleitermodul gemäß 1; 2 a plan view of the provided with the thermal paste bottom plate according to the power semiconductor module 1 ;

3 eine Draufsicht auf eine mit einer Vertiefung versehene Bodenplatte eines anderen Leistungshalbleitermoduls; 3 a plan view of a recessed bottom plate of another power semiconductor module;

4 einen Querschnitt durch den unteren, bodenplattenseitigen Abschnitt des Leistungshalbleitermoduls gemäß 3 in einer Schnittebene B-B'; 4 a cross section through the lower, bottom plate side portion of the power semiconductor module according to 3 in a sectional plane B-B ';

5 die Schnittansicht gemäß 4 mit dem Unterschied, dass eine Wärmeleitpaste in die Vertiefung eingefüllt ist; 5 the sectional view according to 4 with the difference that a thermal grease is filled in the recess;

6 eine Draufsicht auf eine mit mehreren Vertiefungen versehene Bodenplatte eines Leistungshalbleitermoduls; 6 a plan view of a multi-well bottom plate of a power semiconductor module;

7 einen Querschnitt durch den unteren, bodenplattenseitigen Abschnitt des Leistungshalbleitermoduls gemäß 6 in einer Schnittebene C-C'; 7 a cross section through the lower, bottom plate side portion of the power semiconductor module according to 6 in a sectional plane C-C ';

8 die Schnittansicht gemäß 7 mit dem Unterschied, dass eine Wärmeleitpaste in die Vertiefungen eingefüllt ist; 8th the sectional view according to 7 with the difference that a thermal grease is filled in the wells;

9 eine Draufsicht auf eine mit einer Vielzahl wabenartiger Vertiefungen versehenen Bodenplatte eines Leistungshalbleitermoduls; 9 a plan view of a provided with a plurality of honeycomb-like depressions bottom plate of a power semiconductor module;

10 einen Querschnitt durch den unteren, bodenplattenseitigen Abschnitt des Leistungshalbleitermoduls gemäß 9 in einer Schnittebene D-D'; 10 a cross section through the lower, bottom plate side portion of the power semiconductor module according to 9 in a sectional plane D-D ';

11 die Schnittansicht gemäß 10 mit dem Unterschied, dass eine Wärmeleitpaste in die Vertiefungen eingefüllt ist; 11 the sectional view according to 10 with the difference that a thermal grease is filled in the wells;

12 eine Draufsicht auf eine Bodenplatte eines Leistungshalbleitermoduls, deren im wesentlichen ebene Unterseite inhomogen mit einer Wärmeleitpaste bedruckt ist, nach dem Aushärten der Wärmeleitpaste; 12 a plan view of a bottom plate of a power semiconductor module whose substantially flat bottom is printed inhomogeneous with a thermal paste, after curing of the thermal paste;

13 eine Draufsicht auf die Bodenplatte des Leistungshalbleitermoduls gemäß 6, bei dem in die Vertiefungen eine inhomogen verteilte Wärmeleitpaste eingedruckt ist, nach dem Aushärten der Wärmeleitpaste; 13 a plan view of the bottom plate of the power semiconductor module according to 6 in which in the recesses an inhomogeneously distributed thermal paste is imprinted after curing of the thermal paste;

14 einen Vertikalschnitt durch ein Leistungshalbleitermodul, dessen Bodenplatte als Mehrschichtsubstrat ausgebildet und mit einer ausgehärteten Wärmeleitpaste versehen ist, und das mit einem Kühlkörper in thermischen Kontakt gebracht wird; 14 a vertical section through a power semiconductor module, the bottom plate is formed as a multi-layer substrate and provided with a cured thermal paste, and which is brought into thermal contact with a heat sink;

15 einen Querschnitt durch einen Abschnitt einer Bodenplatte, auf die eine mit Fasern und mit wärmeleitenden Partikeln versehene Wärmeleitpaste aufgebracht ist; und 15 a cross section through a portion of a bottom plate, on which a provided with fibers and with heat conductive particles thermal compound is applied; and

16 einen Querschnitt durch ein Leistungshalbleitermodul, dessen Bodenplatte mit einer Wärmeleitpaste versehen ist, und das nach dem Aushärten der Wärmeleitpaste und vor der Montage des Leistungshalbleitermoduls auf einem Kühlkörper in einer Transportverpackung verpackt ist. 16 a cross section through a power semiconductor module, the bottom plate is provided with a thermal paste, and which is packaged after curing of the thermal paste and before mounting the power semiconductor module on a heat sink in a transport packaging.

1 zeigt einen Querschnitt durch eine Leistungshalbleitermodul 100. Das Leistungshalbleitermodul 100 umfasst mindestens einen Leistungshalbleiterchip 31, 32. Bei den Leistungshalbleiterchips 31 kann es sich beispielsweise um IGBTs, MOSFETs, J-FETs, Thyristoren oder beliebige andere Leistungshalbleiterbauelemente handeln. Die Leistungshalbleiterchips 32 können zum Beispiel Freilaufdioden sein. Grundsätzlich weist das Leistungshalbleitermodul mindestens einen zu kühlenden Leistungshalbleiterchip auf. 1 shows a cross section through a power semiconductor module 100 , The power semiconductor module 100 includes at least one power semiconductor chip 31 . 32 , In the power semiconductor chips 31 they may be, for example, IGBTs, MOSFETs, J-FETs, thyristors, or any other power semiconductor devices. The power semiconductor chips 32 For example, they can be freewheeling diodes. In principle, the power semiconductor module has at least one power semiconductor chip to be cooled.

Die Leistungshalbleitechips 31, 32 sind paarweise auf jeweils einem Schaltungsträger 2 angeordnet. Hierzu weisen die Schaltungsträger 2 weisen einen Isolationsträger 20 mit einer oberseitigen Metallisierung 21 auf, die zu Leiterbahnen und/oder Leiterflächen strukturiert ist. Die Leistungshalbleiterchips 31, 32 sind elektrisch leitend und zur Realisierung eines niedrigen Wärmeübergangswiderstandes großflächig mit der oberseitigen Metallisierung 21 verbunden. Hierzu ist sind Verbindungsschichten 3 vorgesehen, die zwischen der oberseitigen Metallisierung 21 des betreffenden Isolationsträgers 20 und dem zugehörigen Leistungshalbleiterchip 31 bzw. 32 angeordnet sind. Um die Leistungshalbleiterchips 31, 32 oberseitig anzuschließen sind außerdem Bonddrähte 30 vorgesehen.The power semi-conductor chips 31 . 32 are in pairs on each circuit carrier 2 arranged. For this purpose, the circuit carrier 2 have an insulation carrier 20 with a topside metallization 21 on, which is structured to strip conductors and / or conductor surfaces. The power semiconductor chips 31 . 32 are electrically conductive and to realize a low heat transfer resistance over a large area with the top-side metallization 21 verbun the. These are tie layers 3 provided between the topside metallization 21 of the relevant insulation carrier 20 and the associated power semiconductor chip 31 respectively. 32 are arranged. To the power semiconductor chips 31 . 32 To connect the top are also bonding wires 30 intended.

Auf ihrer der oberseitigen Metallisierung 21 gegenüberliegenden Unterseite weisen die Isolationsträger 2 eine unterseitige Metallisierung 22 auf. Die Schaltungsträger 2 sind mittels weiterer Verbindungsschichten 4 mit einer metallischen Bodenplatte 1 des Leistungshalbleitermoduls 100 flächig verbunden und damit thermisch gut leitend an diese gekoppelt.On her the topside metallization 21 opposite underside have the insulation support 2 a bottom metallization 22 on. The circuit carrier 2 are by means of further connecting layers 4 with a metallic base plate 1 of the power semiconductor module 100 connected flat and thus thermally well coupled to this.

Bei den Isolationsträgern 20 kann es sich z. B. um dünne Keramikplättchen, beispielsweise aus Aluminiumoxid (Al2O3), Aluminiumnitrid (AlN) oder aus Siliziumnitrid (Si3N4) handeln. Die Metallisierungen 21, 22 bestehen aus niederohmigem Material, z. B. aus Kupfer oder aus Aluminium, oder aus Legierungen mit zumindest einem dieser Stoffe. Die Schaltungsträger 2 können insbesondere als DCB-Substrate (DCB = Direct Copper Bonding), als DAB-Substrate (DAB = Direct Aluminum Bonding) oder als AMB-Substrate (AMB = Active Metal Brazing) ausgebildet sein.With the insulation carriers 20 can it be z. For example, thin ceramic plates, for example, of aluminum oxide (Al2O3), aluminum nitride (AlN) or silicon nitride (Si3N4) act. The metallizations 21 . 22 consist of low-resistance material, eg. As copper or aluminum, or alloys with at least one of these substances. The circuit carrier 2 In particular, they can be formed as DCB substrates (DCB = Direct Copper Bonding), as DAB substrates (DAB = Direct Aluminum Bonding) or as AMB substrates (AMB = Active Metal Brazing).

Die Verbindungsschichten 3 und/oder 4 können beispielsweise aus einem Lot oder einem elektrisch leitfähigem Klebstoff gebildet sein. Ebenso sind Verbindungsschichten 3 und/oder 4 möglich, die als NTV-Verbindungen (NTV = Niedertemperaturverbindung) ausgebildet sind, bei denen eine silberhaltige und mit einem Lösungsmittel versehene Paste zwischen die miteinander zu verbindenden Fügepartner eingebracht und die Fügepartner dann mit hohem Druck und bei einer im Vergleich zu üblichen Löttemperaturen geringen Temperatur aneinander gepresst werden.The connecting layers 3 and or 4 For example, they may be formed from a solder or an electrically conductive adhesive. Likewise, tie layers 3 and or 4 possible, which are designed as NTV compounds (NTV = low-temperature connection) in which a silver-containing and provided with a solvent paste between the joint partners to be joined introduced and then the joining partners with high pressure and at a low compared to conventional soldering temperatures temperature to each other be pressed.

Das Leistungshalbleitermodul 100 weist weiterhin einen Gehäusedeckel 50 mit Seitenwänden 51 und einem optionalen Gehäusedeckel 52 auf, die zusammen mit der Bodenplatte 1 das Gehäuse des Moduls 100 bilden. Die Seitenwände 51 können einen geschlossenen Rahmen bilden, der die Substrate 2 des Moduls 100 ringförmig umschließt. Der Gehäusedeckel 52 kann mit den Seitenwänden 51 fest, beispielsweise einstückig mit ausgebildet oder abnehmbar verbunden sein.The power semiconductor module 100 also has a housing cover 50 with side walls 51 and an optional housing cover 52 on that together with the bottom plate 1 the housing of the module 100 form. The side walls 51 can form a closed frame that supports the substrates 2 of the module 100 encloses annularly. The housing cover 52 can with the side walls 51 fixed, for example, be integrally formed with or removable.

Weiterhin umfasst das Leistungshalbleitermodul 100 elektrische Anschlüsse 33, 34, 35, 36, 37, 38, von denen die Anschlüsse 33 und 34 als Lastanschlüsse ausgebildet sind, über die ein Laststrom des Moduls 100 fliest und die deshalb eine höhere Stromtragfähigkeit aufweisen als die Anschlüsse 35, 36, 37 und 38, bei denen es sich z. B. um Steueranschlüsse handeln kann, mittels denen die steuerbaren Leistungshalbleiterbauelemente 31 ein- oder ausgeschaltet werden können. Die Lastanschlüsse 33, 34 sind mittels einer modulinternen Verschienung 39 elektrisch leitend mit bestimmten der Leistungshalbleiterbauelemente 31, 32 verbunden.Furthermore, the power semiconductor module comprises 100 electrical connections 33 . 34 . 35 . 36 . 37 . 38 of which the connectors 33 and 34 are formed as load terminals, via which a load current of the module 100 fliest and therefore have a higher current carrying capacity than the terminals 35 . 36 . 37 and 38 in which it is z. B. can act to control terminals, by means of which the controllable power semiconductor devices 31 can be switched on or off. The load connections 33 . 34 are by means of a module-internal busbar 39 electrically conductive with certain of the power semiconductor devices 31 . 32 connected.

Das Leistungshalbleitermodul 100 weist außerdem eine optionale Steuerplatine 53 auf, die mit einer nicht dargestellten Steuerelektronik bestückt sein kann und die intelligente Funktionen wie z. B. eine Schutzabschaltung des Moduls, enthalten kann. Zur Erhöhung der Isolationsfestigkeit des Moduls 100 ist der Innenraum des Gehäuses 1, 50 mit einer optionalen Weichvergussmasse 54, beispielsweise auf Silikonbasis, vergossen, die sich von der Oberseite der Bodenplatte 1 bis über die Leistungshalbleiterchips 31, 32 und die Bonddrähte 30 erstreckt. Oberhalb der Weichvergussmasse 54 kann außerdem eine optionale Hartvergussmasse 55, beispielsweise auf Epoxidharzbasis, vorgesehen sein.The power semiconductor module 100 also has an optional control board 53 on, which can be equipped with a control electronics, not shown, and the intelligent functions such. B. may include a protective shutdown of the module. To increase the insulation resistance of the module 100 is the interior of the case 1 . 50 with an optional soft grout 54 , for example, based on silicone, potted, extending from the top of the bottom plate 1 to about the power semiconductor chips 31 . 32 and the bonding wires 30 extends. Above the soft grout 54 also has an optional hard grout 55 , For example, be provided on epoxy resin basis.

Über die Verbindungsschichten 3 und 4 sowie die Schaltungsträger 2 sind die Leistungshalbleiterchips 31, 32 thermisch gut an die Bodenplatte 1 angekoppelt. Die den Leistungshalbleiterchips 31, 32 abgewandte Unterseite 102 der Bodenplatte 1 bildet zugleich eine erste thermische Kontaktfläche 101, über die die in den Leistungshalbleiterchips 31, 32 anfallende Verlustwärme zu einem Kühlkörper 200 hin abgeführt werden soll. Hierzu weist der Kühlkörper 200 eine zweite thermische Kontaktfläche 201 auf, die mit einem möglichst geringen Wärmeübergangswiderstand mit der ersten thermischen Kontaktfläche 101 gekoppelt werden soll. Hierzu ist eine Wärmeleitpaste 5 vorgesehen, die zwischen der ersten und der zweiten thermischen Kontaktfläche 101 bzw. 201 angeordnet wird und die eventuell bestehende Unebenheiten und/oder thermisch bedingte Verbiegungen der thermischen Kontaktflächen 101, 201 ausgleicht, so dass in allen Betriebszuständen des Moduls 100 möglichst wenig Lufteinschlüsse zwischen den thermischen Kontaktflächen 101, 201 bestehen.About the connecting layers 3 and 4 as well as the circuit carrier 2 are the power semiconductor chips 31 . 32 thermally good to the bottom plate 1 coupled. The the power semiconductor chips 31 . 32 opposite bottom 102 the bottom plate 1 at the same time forms a first thermal contact surface 101 , about which in the power semiconductor chips 31 . 32 resulting heat loss to a heat sink 200 to be dissipated. For this purpose, the heat sink 200 a second thermal contact surface 201 on, with the lowest possible heat transfer resistance with the first thermal contact surface 101 should be coupled. This is a thermal grease 5 provided between the first and the second thermal contact surface 101 respectively. 201 is arranged and the possibly existing unevenness and / or thermally induced bending of the thermal contact surfaces 101 . 201 compensates, so that in all operating conditions of the module 100 As little as possible air bubbles between the thermal contact surfaces 101 . 201 consist.

Die thermischen Kontaktflächen 101, 201 sind im Wesentlichen eben ausgebildet, wobei thermisch bedingte Verbiegungen ebenfalls als im wesentlichen eben angesehen werden. Außerdem kann die Bodenplatte eine sehr geringe Vorkrümmung aufweisen, so dass beim Betrieb des Moduls 100 auftretende, thermisch bedingte Verbiegungen ausgeglichen werden. Die thermischen Kontaktflächen 101, 201 einer solchen mit einer Vorkrümmung versehenen Bodenplatte werden ebenfalls als im Wesentlichen eben angesehen.The thermal contact surfaces 101 . 201 are substantially planar, wherein thermally induced bends are also considered to be substantially flat. In addition, the bottom plate may have a very small Vorkrümmung so that when operating the module 100 occurring, thermally induced bending compensated. The thermal contact surfaces 101 . 201 such a bottom plate provided with a pre-curvature are also regarded as essentially flat.

Die Wärmeleitpaste weist ein Phasenwechselmaterial (Phase Change Material) auf, das gewährleistet, dass die Wärmeleitpaste nach dem Aushärten bei niedrigen Temperaturen, insbesondere bei Raumtemperatur, d. h. bei etwa 20°C, fest ist und sich bei höheren Temperaturen, wie sie beim Betrieb des Moduls auftreten, z. B. bei über 60°C, und/oder unter einem hohen Anpressdruck zwischen Leistungshalbleitermodul 100 und Kühlkörper 200 verflüssigt. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn die Wärmeleitpaste nach dem Aushärten auch noch in einem Temperaturbereich von über 20°C bis etwa 50°C fest ist, da derartige Temperaturen beispielsweise im Sommer beim Transport in einem Fahrzeug auftreten können.The thermal paste has a phase change material (phase change material), the ge ensures that the thermal paste is solid after curing at low temperatures, in particular at room temperature, ie at about 20 ° C, and at higher temperatures, such as occur during operation of the module, z. B. above 60 ° C, and / or under a high contact pressure between power semiconductor module 100 and heat sink 200 liquefied. Furthermore, it may be advantageous if the thermal paste is also solid in a temperature range of about 20 ° C to about 50 ° C after curing, as such temperatures may occur, for example in the summer during transport in a vehicle.

Zum Beispiel kann die Wärmeleitpaste nach dem Aushärten bei jeder Temperatur von unter 50°C eine dynamische Viskosität von mindestens 10000 Pa·s aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann die Wärmeleitpaste nach dem Aushärten bei jeder Temperatur von über 60°C eine dynamische Viskosität von maximal 400 Pa·s aufweisen. Unabhängig davon oder ergänzend dazu kann die Wärmeleitpaste nach dem Aushärten und/oder vor dem dem Zufügen eines Lösungsmittels eine Grenztemperatur im Bereich von beispielsweise 45°C bis 60°C besitzen. Als Grenztemperatur wird dabei die Temperatur angesehen, bei der der Betrag der Änderung der Viskosität η mit der Temperatur T, d. h. die Größe

Figure 00100001
maximal ist.For example, the thermal paste may have a dynamic viscosity of at least 10,000 Pa.s after curing at any temperature below 50 ° C. Additionally or alternatively, the thermal paste can have a dynamic viscosity of at most 400 Pa · s after curing at any temperature of about 60 ° C. Regardless of or in addition thereto, the thermal compound may have a limit temperature in the range of, for example, 45 ° C to 60 ° C after curing and / or prior to the addition of a solvent. In this case, the temperature at which the amount of change in the viscosity η with the temperature T, ie the magnitude, is considered as the limit temperature
Figure 00100001
is maximum.

Damit die bei Raumtemperatur z. B. wachsartig feste Wärmeleitpaste 5 auch bei Raumtemperatur problemlos auf die erste und/oder die zweite thermische Kontaktfläche 101 bzw. 201 aufgebracht werden kann, wird der Wärmeleitpaste 5 ein Zusatz beigefügt, durch den die Wärmeleitpaste bei Raumtemperatur eine pastöse Konsistenz aufweist. Bei diesem Zusatz kann es sich z. B. um ein Lösungsmittel handeln. Aufgrund ihrer bei Raumtemperatur zunächst pastösen Konsistenz kann die Wärmeleitpaste 5 mit einem mittels einer geeignet strukturierten Schablone oder mittels eines abschnittweise geschlossenen Siebes in einer vorgegebenen Verteilung auf die erste und/oder die zweite thermische Kontaktfläche 101 bzw. 201 aufgedruckt oder mittels einer Rolle aufgerollt werden. Das Aufbringen der Wärmeleitpaste 5 kann homogen, d. h. mit einer über die gesamte thermische Kontaktfläche 101 bzw. 201 konstanten Dicke, oder alternativ inhomogen, d. h. mit einer im Bereich der thermischen Kontaktfläche 101 bzw. 201 variierenden Flächendichte erfolgen.So that at room temperature z. B. waxy solid thermal paste 5 even at room temperature without any problems on the first and / or the second thermal contact surface 101 respectively. 201 can be applied, the thermal paste is 5 an addition is added, through which the thermal compound at room temperature has a pasty consistency. This addition may be z. B. be a solvent. Due to their initially pasty consistency at room temperature, the thermal compound 5 with a by means of a suitably structured template or by means of a sectionally closed screen in a predetermined distribution to the first and / or the second thermal contact surface 101 respectively. 201 printed or rolled up by means of a roll. The application of the thermal compound 5 can be homogeneous, ie with one over the entire thermal contact surface 101 respectively. 201 constant thickness, or alternatively inhomogeneous, ie with one in the region of the thermal contact surface 101 respectively. 201 varying surface density.

Die Wärmeleitpaste 5 ist nach dem Aufbringen auf die betreffende thermische Kontaktfläche 101 bzw. 201 aufgrund des Zusatzes pastös. Hierdurch könnte es zu einem unbeabsichtigten Verschmieren der Wärmeleitpaste 5 und damit einhergehend zu einer Abweichung von der vorgegebenen Verteilung sowie zu einer Verschmutzung der näheren Umgebung kommen. Um diese Probleme zu vermeiden, wird die Wärmeleitpaste 5 nach deren Auf bringen auf die betreffende thermische Kontaktfläche 101 bzw. 201 ausgehärtet, d. h. der für die bei Raumtemperatur pastöse Konsistenz der Wärmeleitpaste 5 verantwortliche Zusatz wird vor dem in einem Aushärteschritt zumindest teilweise aus der Wärmeleitpaste ausgeheizt und/oder chemisch umgesetzt, so dass die Wärmeleitpaste nach dem Aushärteschritt auch bei Raumtemperatur fest ist und eine Viskosität von beispielsweise mehr als 10000 Pa·s aufweist.The thermal compound 5 is after application to the relevant thermal contact surface 101 respectively. 201 because of the addition pasty. This could lead to an inadvertent smearing of the thermal compound 5 and concomitantly lead to a deviation from the predetermined distribution and pollution of the surrounding area. To avoid these problems, the thermal grease 5 after bringing on the relevant thermal contact surface 101 respectively. 201 Hardened, ie the pasty at room temperature consistency of the thermal paste 5 responsible additive is at least partially baked out of the thermal grease before and in a curing step and / or chemically reacted so that the thermal paste is solid after the curing step at room temperature and has a viscosity of, for example, more than 10,000 Pa · s.

Zum Aushärten kann die Wärmeleitpaste nach dem Auftragen und vor der Montage des Leistungshalbleitermoduls 100 an dem Kühlkörper 200 in einem Temperschritt für eine Dauer von wenigstens 5 Minuten auf Temperaturen von über 125°C erwärmt werden.For curing, the thermal compound after application and before mounting the power semiconductor module 100 on the heat sink 200 in a tempering step for a period of at least 5 minutes to temperatures above 125 ° C are heated.

2 zeigt eine Draufsicht auf die den Leistungshalbleiterchips 31, 32 abgewandte Unterseite 102 der Bodenplatte 1, die zugleich die thermische Kontaktfläche 101 des Leistungshalbleitermoduls 100 umfasst. Auf diese thermische Kontaktfläche 101 ist die Wärmeleitpaste 5 aufgetragen. Der Randbereich der Unterseite 102 sowie in den Eckbereichen der Bodenplatte 1 vorgesehene Montageöffnungen 11 wurden beim Aufbringen der Wärmeleitpaste 5 ausgespart. 2 shows a plan view of the power semiconductor chips 31 . 32 opposite bottom 102 the bottom plate 1 , which at the same time the thermal contact surface 101 of the power semiconductor module 100 includes. On this thermal contact surface 101 is the thermal grease 5 applied. The edge area of the bottom 102 as well as in the corner areas of the floor slab 1 provided mounting holes 11 were when applying the thermal compound 5 spared.

Während die Unterseite 102 der Bodenplatte 1 gemäß den 1 und 2 abgesehen von den Montageöffnungen 11 im wesentlichen eben ist, weist die Unterseite 102 der Bodenplatte 1 eines Leistungshalbleitermoduls 100 gemäß 3 eine Vertiefung 105 auf, deren Bodenfläche 102 die thermische Kontaktfläche 101 des Leistungshalbleitermoduls 100 bildet.While the bottom 102 the bottom plate 1 according to the 1 and 2 apart from the mounting holes 11 is essentially flat, the underside points 102 the bottom plate 1 a power semiconductor module 100 according to 3 a depression 105 on whose bottom surface 102 the thermal contact surface 101 of the power semiconductor module 100 forms.

4 zeigt einen Vertikalschnitt durch dieses Leistungshalbleitermodul 100 in einer Schnittebene B-B'. Diese Vertiefung 105 weist eine Tiefe t auf, die beispielsweise 1 μm bis 500 μm betragen kann. In diese Vertiefung 105 wird, wie in 5 gezeigt ist, eine Wärmeleitpaste 5 eingebracht und wie unter Bezugnahme auf die 1 und 2 erläutert vor der Montage des Leistungshalbeitermoduls 100 an einem Kühlkörper ausgehärtet. 4 shows a vertical section through this power semiconductor module 100 in a sectional plane B-B '. This depression 105 has a depth t, which may be, for example 1 micron to 500 microns. In this depression 105 will, as in 5 shown is a thermal grease 5 introduced and as with reference to the 1 and 2 explained before mounting the Leistungshalbeitermoduls 100 cured on a heat sink.

Gemäß einer weiteren, in 6 gezeigten Ausgestaltung können anstelle von nur einer Vertiefung 105 auch zwei oder mehr voneinander beabstandete Vertiefungen 105 vorgesehen sein. 7 zeigt einen Vertikalschnitt durch das Leistungshalbleitermodul 100 gemäß 6 in einer Schnittebene C-C', aus der die Vertiefungen 105 deutlich werden. Diese Vertiefungen 105 weisen eine Tiefe t auf, die beispielsweise 1 μm bis 500 μm betragen kann. In diese Vertiefungen 105 wird, wie in 8 gezeigt ist, eine Wärmeleitpaste 5 eingebracht und wie unter Bezugnahme auf die 1 und 2 erläutert vor der Montage des Leistungshalbeitermoduls 100 an einem Kühlkörper ausgehärtet.According to another, in 6 embodiment shown instead of only one recess 105 also two or more recesses spaced apart 105 be provided. 7 shows a vertical section through the power semiconductor module 100 according to 6 in a section plane C-C ', from which the depressions 105 become clear. These depressions 105 have a depth t, which may be, for example 1 micron to 500 microns. In these depressions 105 will, as in 8th shown is a thermal grease 5 introduced and as with reference to the 1 and 2 explained before mounting the Leistungshalbeitermoduls 100 cured on a heat sink.

9 zeigt eine andere Ausgestaltung einer Bodenplatte 1 eines Leistungshalbleitermoduls 100 mit einer Vielzahl von Vertiefungen 105, die jeweils voneinander beabstandet an der den Leistungshalbleiterchips abgewandten Unterseite 102 der Bodenplatte 1 angeordnet sind. Wie lediglich beispielhaft gezeigt ist, können die Vertiefungen 105 sechseckige Bodenflächen 101 aufweisen, so dass eine wabenartige Struktur entsteht. Grundsätzlich können die Bodenflächen 101 jedoch beliebige Formen aufweisen und z. B. auch kreisförmig oder rechteckig sein. 9 shows another embodiment of a bottom plate 1 a power semiconductor module 100 with a variety of wells 105 , each spaced from each other on the underside facing away from the power semiconductor chips 102 the bottom plate 1 are arranged. As merely shown by way of example, the depressions 105 hexagonal floor surfaces 101 have, so that a honeycomb-like structure is formed. Basically, the floor surfaces 101 however, have any shapes and z. B. also be circular or rectangular.

10 zeigt einen Vertikalschnitt durch das Leistungshalbleitermodul 100 gemäß 9 in einer Schnittebene D-D', aus der die Vertiefungen 105 deutlich werden. Die Vertiefungen 105 weisen eine Tiefe t auf, die beispielsweise 1 µm bis 500 µm betragen kann. In diese Vertiefungen 105 wird, wie in 11 gezeigt ist, eine Wärmeleitpaste 5 eingebracht und wie unter Bezugnahme auf die 1 und 2 erläutert vor der Montage des Leistungshalbeitermoduls 100 an einem Kühlkörper ausgehärtet. 10 shows a vertical section through the power semiconductor module 100 according to 9 in a sectional plane D-D ', from which the depressions 105 become clear. The wells 105 have a depth t, which may be, for example 1 micron to 500 microns. In these depressions 105 will, as in 11 shown is a thermal grease 5 introduced and as with reference to the 1 and 2 explained before mounting the Leistungshalbeitermoduls 100 cured on a heat sink.

12 zeigt eine Bodenplatte 1 eines Leistungshalbleitermoduls, dessen den Leistungshalbleiterchips abgewandte, abgesehen von Montageöffnungen 11 im wesentlichen ebene Unterseite 102 die thermische Kontaktfläche 101 des Moduls umfasst. Auf diese thermische Kontaktfläche 101 wurde eine Wärmeleitpaste 5 aufgebracht und wie unter Bezugnahme auf die 1 und 2 erläutert ausgehärtet. Wie in 12 zu erkennen ist, ist die Wärmeleitpaste 5 inhomogen über die thermische Kontaktfläche 101 verteilt. Vorliegend ist die Wärmeleitpaste 5 in Form von flachen, voneinander beabstandeten Schichtelementen mit näherungsweise rechteckiger Grundfläche aufgebracht. Zwischen den Schichtelementen ist die thermische Kontaktfläche 101 nicht von Wärmeleitpaste 5 bedeckt. Nach der Montage eines mit einer solchen Bodenplatte bestückten und mit einer ausgehärteten Wärmeleitpaste 5 versehenen Leistungshalbleitermoduls auf einem Kühlkörper und einer nachfolgenden betriebsbedingten Erwärmung des Leistungshalbleitermoduls nimmt die Viskosität der Wärmeleitpaste 5 mit zunehmender Temperatur ab und erreicht, wenn die Temperatur der Wärmeleitpaste 5 eine bestimmte Schwelltemperatur, beispielsweise 60°C, überschreitet, einen ausreichend flüssigen Zustand, in dem sie sich gleichmäßig über die gesamte thermische Kontaktfläche 101 verteilt. Kommt es im Lauf der weiteren Erwärmung dazu, dass sich die Bodenplatte thermisch bedingt verbiegt, so passt sich die Wärmeleitpaste diesen Veränderungen an, was eine der jeweiligen Geometrie der Bodenplatte und des Kühlkörpers angepasste, optimale Entwärmung des Leistungshalbleitermoduls bewirkt. 12 shows a bottom plate 1 a power semiconductor module, which faces away from the power semiconductor chips, apart from mounting holes 11 essentially flat bottom 102 the thermal contact surface 101 of the module. On this thermal contact surface 101 was a thermal grease 5 applied and as with reference to the 1 and 2 explains cured. As in 12 It can be seen, is the thermal grease 5 inhomogeneous over the thermal contact surface 101 distributed. The present is the thermal grease 5 in the form of flat, spaced apart layer elements applied with approximately rectangular base. Between the layer elements is the thermal contact surface 101 not of thermal grease 5 covered. After mounting a stocked with such a bottom plate and with a cured thermal paste 5 provided power semiconductor module on a heat sink and a subsequent operational heating of the power semiconductor module decreases the viscosity of the thermal paste 5 decreases with increasing temperature and reaches when the temperature of the thermal grease 5 a certain threshold temperature, for example 60 ° C, exceeds a sufficiently liquid state in which it spreads evenly over the entire thermal contact area 101 distributed. If, in the course of further heating, the bottom plate bends thermally, the thermal paste adapts to these changes, which results in optimal cooling of the power semiconductor module adapted to the respective geometry of the bottom plate and the heat sink.

13 zeigt eine weitere Ausgestaltung, gemäß der die thermische Kontaktfläche 101 einer jeder der Vertiefungen 105 des in 7 gezeigten Leistungshalbleitermoduls 100 mit einer Vielzahl von flachen, voneinander beabstandeten Schichtelementen aus Wärmeleitpaste 5 belegt ist. Gemäß einer optionalen Ausgestaltung kann die Wärmeleitpaste 5 nur in den Vertiefungen 105 vorgesehen sein. Optional kann die Wärmeleitpaste jedoch zusätzlich auch neben den Vertiefungen 105 auf die Unterseite 102 der Bodenplatte 1 aufgebracht und ausgehärtet werden. 13 shows a further embodiment, according to the thermal contact surface 101 one of each of the wells 105 of in 7 shown power semiconductor module 100 with a plurality of flat, spaced-apart layer elements of thermal compound 5 is occupied. According to an optional embodiment, the thermal compound 5 only in the wells 105 be provided. Optionally, however, the thermal compound can also be next to the wells 105 on the bottom 102 the bottom plate 1 applied and cured.

14 zeigt einen Vertikalschnitt durch ein Leistungshalbleitermodul 100, dessen Aufbau ähnlich dem Leistungshalbleitermodul 100 gemäß 1. Im Unterschied zu diesem ist jedoch anstelle einer rein metallischen Bodenplatte eine mehrschichtige Bodenplatte 1 vorgesehen. Diese weist zumindest eine strukturierte oberseitige Metallisierung 21 auf, eine Keramikschicht 20, sowie eine weitere Metallisierung 22 auf. Jeweils optional folgen unterhalb der Metallisierung 22 noch eine oder mehrere weitere Keramikschichten 23 und Metallisierungen 24, so dass Keramikschichten und Metallisierungen einander abwechseln. Auf die unterste Schicht 24 der Bodenplatte 1, bei der es sich alternativ auch um eine Keramikschicht handeln kann, ist eine Wärmeleitpaste 5 auf eine der vorangehend erläuterten Arten aufgebracht und vor der Montage des Leistungshalbleitermoduls 100 auf einem Kühlkörper 200 wie beschrieben ausgehärtet. Falls Vertiefungen entsprechen den vorangehend erläuterten Vertiefungen 105 vorgesehen sind, können diese entweder nur in der untersten 24 der Schichten 21, 20, 22, 23, 24 der Bodenplatte 1 ausgebildet sein oder sich alternativ über mehrere der Schichten 21, 20, 22, 23, 24 erstrecken. 14 shows a vertical section through a power semiconductor module 100 , whose structure is similar to the power semiconductor module 100 according to 1 , In contrast to this, however, instead of a purely metallic bottom plate, a multilayer bottom plate 1 intended. This has at least one structured top-side metallization 21 on, a ceramic layer 20 , as well as another metallization 22 on. Optionally follow below the metallization 22 one more ceramic layers 23 and metallizations 24 so that ceramic layers and metallizations alternate. On the lowest layer 24 the bottom plate 1 , which may alternatively be a ceramic layer, is a thermal grease 5 applied to one of the previously explained types and prior to assembly of the power semiconductor module 100 on a heat sink 200 cured as described. If depressions correspond to the recesses explained above 105 are provided, these can be only in the lowest 24 the layers 21 . 20 . 22 . 23 . 24 the bottom plate 1 be formed or alternatively over several of the layers 21 . 20 . 22 . 23 . 24 extend.

Gemäß einer in 15 gezeigten Option können einer Wärmeleitpaste 5 längliche Fasern 6 zugesetzt werden, die das Fließverhalten der Wärmeleitpaste 5 dämpfen, wenn diese aufgrund hoher Temperaturen eine nur noch eine geringe dynamische Viskosität aufweist. Hierdurch wird ein seitliches ”Auspumpen” der Wärmeleitpaste 5 aus dem zwischen der thermischen Kontaktfläche 101 des Leistungshalbleitermoduls 100 und der thermischen Kontaktfläche 102 des Kühlkörpers 200 (siehe 1) befindlichen Bereich, der sich aufgrund betriebsbedingter Temperaturwechsel ständig verändert, vermieden.According to a in 15 option shown may be a thermal grease 5 elongated fibers 6 can be added, the flow behavior of the thermal paste 5 dampen if it has due to high temperatures only a low dynamic viscosity. This causes a lateral "pumping out" of the thermal compound 5 from between the thermal contact surface 101 of the power semiconductor module 100 and the thermal contact surface 102 of the heat sink 200 (please refer 1 ), which constantly changes due to operational temperature changes, avoided.

Die Fasern 6 können beispielsweise eine mittlere maximale Länge l6max von beispielsweise 1 cm und eine mittlere maximale Breite b6max von beispielsweise 30 aufweisen. Die Fasern 6 können beispielsweise als Metallfasern, als organische Fasern, z. B. als Polyamidfasern, oder als Kohlefasern, z. B. in Form von Nanoröhren, ausgebildet sein.The fibers 6 For example, they may have a mean maximum length 16max of, for example, 1 cm, and a mean maximum width b6max of, for example, 30. The fibers 6 can at For example, as metal fibers, as organic fibers, for. B. as polyamide fibers, or as carbon fibers, for. In the form of nanotubes.

Anstelle einzelner Fasern 6 kann auch ein zusammenhängendes Netz vorgesehen sein, das in die Wärmeleitpaste eingebettet ist und das sich in seitlicher Richtung, d. h. parallel zu der gesamten thermischen Kontaktfläche 101, im wesentlichen über die gesamte thermische Kontaktfläche 101 erstreckt.Instead of individual fibers 6 can also be provided a continuous network, which is embedded in the thermal compound and in the lateral direction, ie parallel to the entire thermal contact surface 101 , substantially over the entire thermal contact surface 101 extends.

Gemäß einer ebenfalls in 15 gezeigten Option können der Wärmeleitpaste 5 zur Steigerung der Wärmeleitfähigkeit gut wärmeleitende Partikel 8 beigemischt werden. Die wärmeleitenden Partikel 8 können beispielsweise aus Metall oder aus Keramik oder aus Glas bestehen oder zumindest eines dieser Materialien aufweisen. Die wärmeleitenden Partikel 8 können außerdem eine mittlere maximale Abmessung b8max im Bereich von 3 µm bis 9 µm aufweisen.According to a likewise in 15 option shown may be the thermal grease 5 to increase the thermal conductivity of good heat-conducting particles 8th be mixed. The thermally conductive particles 8th For example, may be made of metal or ceramic or glass or at least one of these materials. The thermally conductive particles 8th In addition, they may have a mean maximum dimension b8max in the range of 3 μm to 9 μm.

Die anhand der vorangehenden Figuren erläuterte Wärmeleitpaste kann bei allen Ausgestaltungen der Erfindung die unter Bezugnahme auf die 1 und 2 erläuterten Eigenschaften aufweisen und optional mit Fasern 6 und/oder mit Partikeln 8 versetzt sein, wie sie bezugnehmend auf 15 erläutert wurden.The heat-conducting paste explained with reference to the preceding figures can be found in all embodiments of the invention with reference to FIGS 1 and 2 have explained properties and optionally with fibers 6 and / or with particles 8th be offset as they are referring to 15 were explained.

Sämtliche Leistungshalbleitermodule können, wie anhand von 1 erläutert, so an einem Kühlkörper 200 montiert werden, dass das Leistungshalbleitermodul 100 mit der mit der ausgehärteten Wärmeleitpaste 5 voran gegen die thermische Kontaktfläche 201 des Kühlkörpers 200 gepresst wird.All power semiconductor modules can, as shown by 1 explained, so on a heat sink 200 be mounted that the power semiconductor module 100 with the with the cured thermal compound 5 ahead against the thermal contact surface 201 of the heat sink 200 is pressed.

Bei allen vorangehenden Beispielen wurde die Wärmeleitpaste 5 auf die Bodenplatte 1 eines Leistungshalbleitermoduls 100 aufgebracht und vor der Montage des Leistungshalbleitermoduls 100 an einem Kühlkörper 200 ausgehärtet. Grundsätzlich kann die Wärmeleitpaste 5 auf eine der beschriebenen Arten zusätzlich oder alternativ auch auf die thermische Kontaktfläche 201 des Kühlkörpers 200 aufgebracht und vor der Montage des Leistungshalbleitermoduls 100 an dem Kühlkörper 200 ausgehärtet werden. Insbesondere kann auch der Kühlkörper 200 auf der Montageseite entweder flach ausgestaltet oder mit Vertiefungen zum Einbringen der Wärmeleitpaste 5 versehen sein.In all the preceding examples, the thermal paste was 5 on the bottom plate 1 a power semiconductor module 100 applied and before mounting the power semiconductor module 100 on a heat sink 200 hardened. Basically, the thermal paste 5 in one of the described ways additionally or alternatively also on the thermal contact surface 201 of the heat sink 200 applied and before mounting the power semiconductor module 100 on the heat sink 200 be cured. In particular, the heat sink can also 200 on the mounting side designed either flat or with recesses for introducing the thermal compound 5 be provided.

Vertiefungen, beispielsweise in einer Bodenplatte oder einem Kühlkörper können auf beliebige Weise, z. B. durch Prägen oder Fräsen oder Formgießen oder Formpressen oder Ätzen, erzeugt werden.recesses For example, in a bottom plate or a heat sink can in any way, for. B. by embossing or milling or molding or molding or etching, be generated.

Als Wärmeleitpaste eignet sich beispielsweise PSX-D (”PowerstrateXtreme®”) der Firma Henkel. Gemäß einer Ausgestaltung kann eine geeignete Wärmeleitpaste silikonfrei sein. Die Wärmeleitpaste 5 kann außerdem eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 3 W/K·m aufweisen.As thermal paste example, is suitable PSX-D ( "Power Trat Extreme ®") of Henkel. According to one embodiment, a suitable thermal compound may be silicone-free. The thermal compound 5 may also have a thermal conductivity of more than 3 W / K · m.

Die auf eine thermische Kontaktfläche 101, 201 aufgebrachte Wärmeleitpaste 5 kann an unterschiedlichen Stellen der Kontaktfläche unterschiedliche Dicken aufweisen, oder aber an den Stellen der Kontaktfläche, die überhaupt mit Wärmeleitpaste bedeckt sind, eine konstante Dicke aufweisen. Weiterhin ist es möglich, das eine Vertiefung nicht wie gezeigt nur eine, sondern zwei oder mehr Tiefenstufen aufweist. Beim Einfüllen von Wärmeleitpaste in eine Vertiefung kann die Vertiefung nur unvollständig oder vollständig gefüllt oder auch überfüllt werden.The on a thermal contact surface 101 . 201 applied thermal grease 5 can have different thicknesses at different points of the contact surface, or at the points of the contact surface, which are covered with thermal compound, have a constant thickness. Furthermore, it is possible that one recess does not have one but two or more depth steps as shown. When filling with thermal compound in a depression, the depression can only be incomplete or completely filled or overfilled.

Wie weiterhin in 16 am Beispiel des in 8 gezeigten Leistungshalbleitermoduls 100 gezeigt ist, kann ein Leistungshalbleitermodul 100 nach dem Aufbringen und Aushärten der Wärmeleitpaste 5 und vor der Montage des Leistungshalbleitermoduls 100 auf einem Kühlkörper in einer Transportver packung 7 verpackt und so mit der vorkonfektionierten Wärmeleitpaste versehen beispielsweise zu einem Kunden verschickt werden, ohne dass die Gefahr eines Verschmierens der Wärmeleitpaste 5 besteht. Das Modul 100 kann nach der Entnahme aus der Transportverpackung 7 sofort an einem Kühlkörper montiert und in Betrieb genommen werden.As continues in 16 using the example of in 8th shown power semiconductor module 100 can be shown, a power semiconductor module 100 after application and curing of the thermal compound 5 and before mounting the power semiconductor module 100 on a heat sink in a Transportver pack 7 packaged and thus provided with the prefabricated thermal compound, for example, be sent to a customer, without the risk of smearing the thermal paste 5 consists. The module 100 can after removal from the transport packaging 7 immediately mounted on a heat sink and put into operation.

Die Erfindung wurde vorangehend unter Bezugnahme auf ein Leistungshalbleitermodul näher erläutert. Grundsätzlich kann eine Wärmeleitpaste in gleicher Weise auch auf andere thermisch miteinander zu koppelnde Objekte aufgebracht werden.The The invention has been described above with reference to a power semiconductor module explained in more detail. Basically a thermal grease in the same way to other thermally coupled with each other Objects are applied.

Claims (35)

Verfahren zum Aufbringen eines Wärmeleitmediums auf eine erste thermische Kontaktfläche (101) eines ersten Objektes (101), die mit einer zweiten thermischen Kontaktfläche (201) eines zweiten Objektes (200) in thermischen Kontakt gebracht werden soll, mit folgenden Schritten: – Bereitstellen eines eine erste thermische Kontaktfläche (101) aufweisenden ersten Objektes (100); – Aufbringen einer ein Phasenwechselmaterial (Phase Change Material) aufweisenden Wärmeleitpaste (5) auf die erste thermische Kontaktfläche (101); – Aushärten der auf die erste thermische Kontaktfläche (101) aufgebrachten Wärmeleitpaste (5), bevor die zweite thermische Kontaktfläche (201) mit der mit der Wärmeleitpaste (5) versehenen ersten thermischen Kontaktfläche (101) in thermischen Kontakt gebracht wird.Method for applying a heat transfer medium to a first thermal contact surface ( 101 ) of a first object ( 101 ), which has a second thermal contact surface ( 201 ) of a second object ( 200 ) is to be brought into thermal contact with the following steps: providing a first thermal contact surface ( 101 ) having first object ( 100 ); Applying a phase change material (phase change material) having thermal compound ( 5 ) on the first thermal contact surface ( 101 ); Curing the first thermal contact surface ( 101 ) applied thermal compound ( 5 ) before the second thermal contact surface ( 201 ) with the with the thermal grease ( 5 ) provided first thermal contact surface ( 101 ) is brought into thermal contact. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Aushärten in einem Temperschritt erfolgt, in dem die Wärmeleitpaste (5) für eine Dauer von wenigstens 5 Minuten auf Temperaturen von über 125°C erwärmt wird.The method of claim 1, wherein the off hardening takes place in an annealing step in which the thermal paste ( 5 ) is heated to temperatures above 125 ° C for a period of at least 5 minutes. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die zweite thermische Kontaktfläche (201) nach dem Aushärten der Wärmeleitpaste (5) mit der mit der Wärmeleitpaste (5) versehenen ersten thermischen Kontaktfläche (101) in thermischen Kontakt gebracht wird.Method according to Claim 1 or 2, in which the second thermal contact surface ( 201 ) after curing the thermal paste ( 5 ) with the with the thermal grease ( 5 ) provided first thermal contact surface ( 101 ) is brought into thermal contact. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das erste Objekt (100) zusammen mit der auf die erste thermische Kontaktfläche (101) aufgetragenen Wärmeleitpaste (5) nach dem Aushärten der Wärmeleitpaste (5) und vor dem Herstellen des thermischen Kontaktes zwischen der zweiten thermi schen Kontaktfläche (201) und der mit der Wärmeleitpaste (5) versehenen ersten thermischen Kontaktfläche (101) in einer Transportverpackung (7) verpackt wird.Method according to one of the preceding claims, in which the first object ( 100 ) together with the on the first thermal contact surface ( 101 ) applied thermal compound ( 5 ) after curing the thermal paste ( 5 ) and prior to establishing the thermal contact between the second thermal contact surface ( 201 ) and the with the thermal paste ( 5 ) provided first thermal contact surface ( 101 ) in a transport packaging ( 7 ) is packed. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das erste Objekt (100) zusammen mit der auf die erste thermische Kontaktfläche (101) aufgetragenen Wärmeleitpaste (5) vor dem Herstellen des thermischen Kontaktes zwischen der zweiten thermischen Kontaktfläche (201) und der mit der Wärmeleitpaste (5) versehenen ersten thermischen Kontaktfläche (101) der Transportverpackung (7) entnommen wird.Method according to Claim 4, in which the first object ( 100 ) together with the on the first thermal contact surface ( 101 ) applied thermal compound ( 5 ) prior to establishing the thermal contact between the second thermal contact surface ( 201 ) and the with the thermal paste ( 5 ) provided first thermal contact surface ( 101 ) of the transport packaging ( 7 ) is taken. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das erste Objekt (100) als Leistungshalbleitermodul ausgebildet ist, das wenigstens einen Leistungshalbleiterchip (31, 32) aufweist.Method according to one of the preceding claims, in which the first object ( 100 ) is designed as a power semiconductor module, the at least one power semiconductor chip ( 31 . 32 ) having. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Leistungshalbleiterchip (31, 32) auf einer Bodenplatte (1) des Leistungshalbleitermoduls (100) angeordnet ist, deren dem Leistungshalbleiterchip (31, 32) abgewandte Seite (102) die erste thermische Kontaktfläche (101) umfasst.Method according to Claim 6, in which the power semiconductor chip ( 31 . 32 ) on a base plate ( 1 ) of the power semiconductor module ( 100 ) is arranged, the power semiconductor chip ( 31 . 32 ) facing away ( 102 ) the first thermal contact surface ( 101 ). Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Bodenplatte (1) als Keramiksubstrat ausgebildet ist, das auf seiner der ersten thermischen Kontaktfläche (101) abgewandten Seite eine oberseitige Metallisierung (21) aufweist, auf der der Leistungshalbleiterchip (31, 32) angeordnet ist.Method according to Claim 7, in which the bottom plate ( 1 ) is formed as a ceramic substrate, which on its first thermal contact surface ( 101 ) facing away from a top-side metallization ( 21 ), on which the power semiconductor chip ( 31 . 32 ) is arranged. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem das Keramiksubstrat auf seiner dem Leistungshalbleiterchip (31, 32) abgewandten Seite eine unterste Metallisierung (22, 24) aufweist.Method according to Claim 7 or 8, in which the ceramic substrate is provided on its power semiconductor chip ( 31 . 32 ) facing away from a lowermost metallization ( 22 . 24 ) having. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Bodenplatte (1) als metallische Trägerplatte ausgebildet ist, auf deren der ersten thermischen Kontaktfläche (101) abgewandten Seite ein Keramiksubstrat (2) angeordnet ist, dessen – der metallischen Trägerplatte (1) zugewandte Seite eine unterseitige Metallisierung (22) aufweist, die mit der metallische Trägerplatte (1) verbunden ist; und – der metallischen Trägerplatte (1) abgewandte Seite eine oberseitige Metallisierung (21) aufweist, auf der der Leistungshalbleiterchip (31, 32) angeordnet ist.Method according to Claim 7, in which the bottom plate ( 1 ) is formed as a metallic support plate on which the first thermal contact surface ( 101 ) facing away from a ceramic substrate ( 2 ) is arranged, whose - the metallic support plate ( 1 ) side facing a bottom metallization ( 22 ), which with the metallic support plate ( 1 ) connected is; and - the metallic carrier plate ( 1 ) side facing away from a top-side metallization ( 21 ), on which the power semiconductor chip ( 31 . 32 ) is arranged. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die erste thermische Kontaktfläche (101) durch die Bodenfläche einer in dem ersten Objekt (100) ausgebildeten Vertiefung (105) gebildet ist.Method according to one of the preceding claims, in which the first thermal contact surface ( 101 ) through the bottom surface of one in the first object ( 100 ) formed recess ( 105 ) is formed. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die erste thermische Kontaktfläche (101) durch die Bodenflächen mehrerer in dem ersten Objekt (100) ausgebildeter, voneinander beabstandeter Vertiefungen (105) gebildet ist.Method according to one of the preceding claims, in which the first thermal contact surface ( 101 ) through the bottom surfaces of several in the first object ( 100 ) formed, spaced wells ( 105 ) is formed. Verfahren nach Anspruch 12 mit einer Vielzahl von Vertiefungen (105), die wabenartig ausgebildet und angeordnet sind.Method according to claim 12 having a multiplicity of depressions ( 105 ), which are honeycomb-shaped and arranged. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem die Vertiefung (105) oder die Vertiefungen (105) durch Prägen oder Fräsen oder Formgießen oder Formpressen oder Ätzen hergestellt wird bzw. werden.Method according to one of Claims 11 to 13, in which the depression ( 105 ) or the depressions ( 105 ) is produced by embossing or milling or molding or molding or etching. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei dem eine, mehrere oder jede Vertiefung (105) eine Tiefe (t) im Bereich von 1 µm bis 500 µm aufweist.Method according to one of claims 11 to 14, wherein one, several or each recess ( 105 ) has a depth (t) in the range of 1 micron to 500 microns. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, bei dem eine oder mehrere Vertiefungen (105) beim Aufbringen der Wärmeleitpaste (5) auf die erste thermische Kontaktfläche (101) nur teilweise mit der Wärmeleitpaste (5) aufgefüllt werden.Method according to one of claims 11 to 15, wherein one or more recesses ( 105 ) when applying the thermal paste ( 5 ) on the first thermal contact surface ( 101 ) only partially with the thermal paste ( 5 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, bei dem eine oder mehrere Vertiefungen (105) beim Aufbringen der Wärmeleitpaste (5) auf die erste thermische Kontaktfläche (101) vollständig mit der Wärmeleitpaste (5) aufgefüllt oder überfüllt werden.Method according to one of claims 11 to 15, wherein one or more recesses ( 105 ) when applying the thermal paste ( 5 ) on the first thermal contact surface ( 101 ) completely with the thermal grease ( 5 ) or overfilled. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem die Wärmeleitpaste (5) strukturiert auf die erste thermische Kontaktfläche (101) aufgebracht wird, so dass die erste thermische Kontaktfläche (101) nur teilweise von der Wärmeleitpaste (5) bedeckt ist.Method according to one of claims 1 to 16, wherein the thermal paste ( 5 ) structured on the first thermal contact surface ( 101 ) is applied so that the first thermal contact surface ( 101 ) only partially from the thermal grease ( 5 ) is covered. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Wärmeleitpaste (5) vor dem Aushärten auf die erste thermische Kontaktfläche (101) aufgerollt wird.Method according to one of the preceding claims, in which the thermal compound ( 5 ) before curing on the first thermal contact surface ( 101 ) is rolled up. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei dem die Wärmeleitpaste (5) vor dem Aushärten mittels eines Siebes auf die erste thermische Kontaktfläche (101) gedruckt wird.Method according to one of claims 1 to 18, in which the thermal paste ( 5 ) before curing by means of a sieve on the first thermal contact surface ( 101 ) is printed. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei dem die Wärmeleitpaste (5) vor dem Aushärten mittels einer mit Öffnungen versehenen Schablone auf die erste thermische Kontaktfläche (101) gedruckt wird.Method according to one of claims 1 to 18, wherein the thermal paste ( 5 ) before curing by means of an apertured template on the first thermal contact surface ( 101 ) is printed. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die erste thermische Kontaktfläche (101) als im wesentlichen ebene Fläche ausgebildet ist.Method according to one of the preceding claims, in which the first thermal contact surface ( 101 ) is formed as a substantially flat surface. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das zweite Objekt (200) als Kühlkörper ausgebildet ist.Method according to one of the preceding claims, in which the second object ( 200 ) is designed as a heat sink. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Wärmeleitpaste (5) nach dem Aushärten bei jeder Temperatur von weniger als 50°C eine dynamische Viskosität von mindestens 10000 Pa·s aufweist.Method according to one of the preceding claims, in which the thermal compound ( 5 ) has a dynamic viscosity of at least 10,000 Pa.s after curing at any temperature of less than 50 ° C. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Wärmeleitpaste (5) nach dem Aushärten bei jeder Temperatur von mehr als 60°C eine dynamische Viskosität von maximal 400 Pa·s aufweist.Method according to one of the preceding claims, in which the thermal compound ( 5 ) has a dynamic viscosity of not more than 400 Pa · s after curing at any temperature greater than 60 ° C. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Wärmeleitpaste (5) vor dem Aufbringen auf die erste thermische Kontaktfläche (101) ein Lösungsmittel beigemischt wird, um die Viskosität der Wärmeleitpaste (5) zum Zweck des Aufbringens zu verringern.Method according to one of the preceding claims, in which the thermal compound ( 5 ) before application to the first thermal contact surface ( 101 ) a solvent is added to the viscosity of the thermal paste ( 5 ) for the purpose of application. Verfahren nach Anspruch 26, bei dem der Wärmeleitpaste (5) vor dem Beimischen des Lösungsmittels eine Grenztemperatur im Bereich von 45°C bis 60°C aufweist.Process according to Claim 26, in which the thermal compound ( 5 ) has a limit temperature in the range of 45 ° C to 60 ° C before admixing the solvent. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Wärmeleitpaste (5) nach dem Aushärten eine Grenztemperatur im Bereich von 45°C bis 60°C aufweist.Method according to one of the preceding claims, in which the thermal compound ( 5 ) has a limit temperature in the range of 45 ° C to 60 ° C after curing. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Wärmeleitpaste (5) nach dem Aushärten eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 3 W/K·m aufweist.Method according to one of the preceding claims, in which the thermal compound ( 5 ) has a thermal conductivity of more than 3 W / K · m after curing. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Wärmeleitpaste (5) längliche Fasern (6) aufweist.Method according to one of the preceding claims, in which the thermal compound ( 5 ) elongated fibers ( 6 ) having. Verfahren nach Anspruch 30, bei dem die Fasern (6) eine mittlere maximale Länge (l6max) 1 cm aufweisen.The method of claim 30, wherein the fibers ( 6 ) have a mean maximum length (l6max) of 1 cm. Verfahren nach Anspruch 30 oder 31, bei dem die Fasern eine mittlere maximale Breite (b6max) von 30 µm aufweisen.A method according to claim 30 or 31, wherein the Fibers have a mean maximum width (b6max) of 30 microns. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei die Wärmeleitpaste (5) zur Steigerung der Wärmeleitfähigkeit wärmeleitende Partikel (8) aufweist.Method according to one of the preceding claims, wherein the thermal compound ( 5 ) to increase the thermal conductivity heat-conductive particles ( 8th ) having. Verfahren nach Anspruch 33, bei dem die wärmeleitenden Partikel (8) eine mittlere maximale Abmessung (b8max) im Bereich von 3 µm bis 9 µm aufweisen.Process according to Claim 33, in which the heat-conducting particles ( 8th ) have a mean maximum dimension (b8max) in the range of 3 μm to 9 μm. Verfahren nach Anspruch 33 oder 34, bei dem die wärmeleitenden Partikel (8) aus Metall oder aus Keramik oder aus Glas bestehen oder zumindest eines dieser Materialien aufweisen.Process according to Claim 33 or 34, in which the thermally conductive particles ( 8th ) consist of metal or ceramic or glass or at least one of these materials.
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