DE102015115244A1 - Kühlkörper mit graphen-lagen und elektronikbaugruppe - Google Patents

Kühlkörper mit graphen-lagen und elektronikbaugruppe Download PDF

Info

Publication number
DE102015115244A1
DE102015115244A1 DE102015115244.4A DE102015115244A DE102015115244A1 DE 102015115244 A1 DE102015115244 A1 DE 102015115244A1 DE 102015115244 A DE102015115244 A DE 102015115244A DE 102015115244 A1 DE102015115244 A1 DE 102015115244A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
heat sink
contact surface
graphene layers
plane
layers
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE102015115244.4A
Other languages
English (en)
Inventor
Olaf Hohlfeld
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies AG filed Critical Infineon Technologies AG
Priority to DE102015115244.4A priority Critical patent/DE102015115244A1/de
Publication of DE102015115244A1 publication Critical patent/DE102015115244A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367Cooling facilitated by shape of device
    • H01L23/3675Cooling facilitated by shape of device characterised by the shape of the housing

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

Ein Aspekt betrifft einen Kühlkörper (1) mit einer Kühlkörper-Kontaktfläche (30) und wenigstens zwei eingebetteten Graphen-Lagen (4), wobei eine Anzahl (N) der Graphen-Lagen (4) jeweils sowohl von einer ersten Ebene (E1) als auch von einer zweiten Ebene (E2) geschnitten wird, und wobei die erste Ebene (E1) und die zweite Ebene (E2) einen ersten Winkel (α) von wenigstens 5° einschließen.

Description

  • Die Erfindung betrifft Kühlkörper und Elektronikbaugruppen. Elektronikbaugruppen enthalten neben einem Elektronikmodul häufig einen Kühlkörper, der eine Kühlkörper-Kontaktfläche zur thermischen Kontaktierung des Elektronikmoduls aufweist, sowie einen Bereich, von dem die Wärme bevorzugt an die Umgebungsluft oder an eine Kühlflüssigkeit abgegeben wird. Beispielsweise kann es sich bei einem solchen Bereich um einen eine Kühlvorsprung (z.B. Kühlrippen oder Kühlpins) aufweisenden Abschnitt des Kühlkörpers handeln. Dabei kann die Kühlkörper-Kontaktfläche verschiedene Abschnitte aufweisen, deren Abstände sich zu dem dem betreffenden Abschnitt nächstgelegenen Kühlvorsprung deutlich unterscheiden. Dies bewirkt, dass diejenigen Abschnitte der Kühlkörper-Kontaktfläche, die relativ weit von dem nächstgelegenen Kühlvorsprung entfernt sind, eine vergleichsweise schlechte Kühlung des Elektronikmoduls bewirken.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen verbesserten Kühlkörper und eine Elektronikbaugruppe mit einem verbesserten Kühlkörper bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch einen Kühlkörper gemäß Patentanspruch 1 bzw. durch eine Elektronikbaugruppe gemäß Patentanspruch 19 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Ein erster Aspekt betrifft einen Kühlkörper mit einer Kühlkörper-Kontaktfläche und wenigstens zwei eingebetteten Graphen-Lagen, wobei eine Anzahl der Graphen-Lagen jeweils sowohl von einer ersten Ebene als auch von einer zweiten Ebene geschnitten wird, und wobei die erste Ebene und die zweite Ebene einen ersten Winkel von wenigstens 5° einschließen.
  • Ein zweiter Aspekt betrifft eine Elektronikbaugruppe mit einem Elektronikmodul, sowie mit einem gemäß dem ersten Aspekt ausgebildeten Kühlkörper. Das Elektronikmodul liegt flächig an der Kühlkörper-Kontaktfläche an, oder es ist unmittelbar flächig sowie stoffschlüssig mit der Kühlkörper-Kontaktfläche verbunden, oder zwischen dem Elektronikmodul und der Kühlkörper-Kontaktfläche ist eine Wärmeübertragungsschicht angeordnet, die sich durchgehend von dem Elektronikmodul zu der Kühlkörper-Kontaktfläche erstreckt.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Die Darstellung in den Figuren ist nicht maßstäblich. Es zeigen:
  • 1 einen Querschnitt durch eine Elektronikbaugruppe mit einem Kühlkörper, in den mehrere Graphen-Lagen eingebettet sind.
  • 2 einen Querschnitt durch eine Elektronikbaugruppe mit einem Kühlkörper, in den mehrere Graphen-Lagen eingebettet sind und die sich jeweils an einem Ende in einen Kühlvorsprung hinein erstrecken.
  • 3 eine gemäß 2 ausgebildete Elektronikbaugruppe, bei der in den Kühlkörper weitere Graphen-Lagen eingebettet sind, die jeweils ein Ende aufweisen, das im Bereich zwischen zwei benachbarten Kühlvorsprüngen bis nahe an die Oberfläche des Kühlkörpers heranreicht.
  • 4 eine gemäß 1 ausgebildete Elektronikbaugruppe, bei der die Graphen-Lagen als Abschnitte einer zusammenhängenden Graphen-Schicht ausgebildet sind.
  • 5 eine Ansicht einer Elektronikbaugruppe mit einem Kühlkörper, der eine Vielzahl von Kühlrippen aufweist.
  • 6 eine Ansicht einer Elektronikbaugruppe mit einem Kühlkörper, der eine Vielzahl von Kühlpins aufweist.
  • Die Figuren sind nicht maßstäblich. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente.
  • 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Elektronikbaugruppe 100. Ein Koordinatensystem x, y, z zeigt eine erste Richtung x, eine zweite Richtung y und eine dritte Richtung z, die paarweise aufeinander senkrecht stehen. Die Elektronikbaugruppe 100 weist eine Leiterplatte 2 (z.B. PCB = Printed Circuit Board) auf, die beispielsweise parallel zu einer Ebene verlaufen kann, die durch die zweite Richtung y und die dritte Richtung z aufgespannt wird.
  • Die Leiterplatte 2 ist mit einem Elektronikmodul 1 bestückt. Hierzu kann das Elektronikmodul 1 beispielsweise Kontaktpins 11 aufweisen, die in Kontaktöffnungen der Leiterplatte 2 eingesteckt und dadurch elektrisch leitend mit der Leiterplatte 2 verbunden sind. Die betreffenden elektrischen Verbindungen können beispielsweise durch Einpressen, Verlöten oder Verschrauben hergestellt werden. Beliebige andere elektrische Verbindungstechniken können jedoch ebenso eingesetzt werden. Die Elektronikbaugruppe 100 weist außerdem einen Kühlkörper 3 mit einer Kühlkörper-Kontaktfläche 30 auf, die in gutem thermischen Kontakt mit einer Modul-Kontaktfläche 10 steht. Optional kann die Kühlkörper-Kontaktfläche 30 in einer Ebene E0 verlaufen.
  • Außerdem weist der Kühlkörper 3 eine Anzahl von Kühlvorsprüngen 31 auf, die beispielsweise als Kühlpins und/oder Kühlrippen ausgebildet sein können. Im Fall von Kühlrippen können diese als zueinander parallele Streifen ausgebildet sein. Zwischen benachbarten Kühlvorsprüngen 31 befindet sich jeweils ein Zwischenraum 32. Die Kühlvorsprünge 31 weisen jeweils ein erstes Ende 311 auf, bei dem es sich beispielsweise um ein freies Ende des Kühlvorsprungs 31 handeln kann. Außerdem weisen die Kühlvorsprünge 31 jeweils eine Wurzel 312 auf. Optional können die Kühlvorsprünge 31 innerhalb einer ebenen Schicht 310 angeordnet sein.
  • Weiterhin weist der Kühlkörper 3 wenigstens zwei Graphen-Lagen 4 auf. Er ist als Verbundkörper ausgebildet, der eine Matrix 35 aufweist, in die die Graphen-Lagen 4 eingebettet sind. Die Matrix 35 kann beispielsweise Metall aufweisen oder aus Metall bestehen, und/oder sie kann Keramik aufweisen. Geeignete Metalle sind beispielsweise Aluminium, Aluminiumlegierungen, Kupfer, Kupferlegierungen, aber auch andere, thermisch gut leitende Metalle. Geeignete Keramiken sind beispielsweise Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Berylliumoxid, oder andere thermisch gut leitende Keramiken.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann die Matrix 35 ein Metallmatrixkompositmaterial aufweisen oder aus einem solchen Material bestehen. Geeignete Metallmatrixkompositmaterialien sind beispielsweise Aluminium-Silizium-Karbid oder andere gut wärmeleitende Metallmatrixkompositmaterialien.
  • Die Graphen-Lagen 4 sind als dünne Schichten ausgebildet. In ihrer Schichtverlaufsrichtung weisen die Graphen-Lagen 4 eine bessere Wärmeleitfähigkeit auf, als die Matrix 35. Indem sich jede der Graphen-Lagen 4 von einem Bereich nahe der Kühlkörper-Kontaktfläche 30 zu wenigstens einem der Kühlvorsprünge 31 erstreckt, sorgen die Graphen-Lagen 4, im Vergleich zu einem herkömmlichen Kühlkörper, der identisch geformt ist, der aber vollständig aus dem Material der Matrix 35 besteht, für einen verbesserten Wärmetransport von der Kühlkörper-Kontaktfläche 30 zu den Kühlvorsprüngen 31.
  • Vorliegend ist der Bereich der Kühlvorsprünge 31, in dem die Kühlung des Kühlkörpers 1 erfolgt, gegenüber der zu Kühlkörper-Kontaktfläche 30 quasi verkippt. Daher kann der Kühlkörper 1 eine Anzahl von N Graphen-Lagen 4 enthalten, von denen jede sowohl von einer ersten Ebene E1 geschnitten wird, als auch von einer zu der ersten Ebene E1 nicht parallel verlaufenden zweiten Ebene E2, die mit der ersten Ebene E1 einen ersten Winkel α von wenigstens 5° einschließt. Optional kann der erste Winkel α kleiner oder gleich 90° sein. Ebenfalls optional kann der erste Winkel α wenigstens 10° betragen, wenigstens 20°, wenigstens 30°, wenigstens 45°, wenigstens 60° oder wenigstens 75°. Je größer der erste Winkel α gewählt wird, desto größer ist die erreichbare Verkippung des Bereichs, in dem die Kühlung des Kühlkörpers 1 erfolgt, gegenüber der Kühlkörper-Kontaktfläche 30.
  • Gemäß einer weiteren Option kann, falls die Kühlkörper-Kontaktfläche 30 eben ist oder einen ebenen Abschnitt aufweist, die Ebene E0, in der die Kühlkörper-Kontaktfläche 30 oder ein ebener Abschnitt der Kühlkörper-Kontaktfläche 30 verläuft, mit der ersten Ebene E1 einen zweiten Winkel β einschließen, der beispielsweise im Bereich von 0° bis 10° liegen kann.
  • Gemäß noch einer anderen Option kann der Abstand zwischen der ersten Ebene E1 und der Kühlkörper-Kontaktfläche 30 kleiner oder gleich 4 mm sein. Sofern ein Elektronikmodul 1 mit der Kühlkörper-Kontaktfläche 30 in thermischen Kontakt steht, kann außerdem gelten, dass der Abstand zwischen der ersten Ebene E1 und dem Elektronikmodul 1 kleiner oder gleich 4 mm ist.
  • Die Anzahl N der Graphen-Lagen 4, von denen jede sowohl von der ersten Ebene E1 als auch von der zweiten Ebene E2 durchschnitten wird, kann beispielsweise wenigstens 2, wenigstens 3, wenigstens 5 oder wenigstens 10 sein. Die Anzahl N kann durch sämtliche Graphen-Lagen 4 des Kühlkörpers 4 gegeben sein, aber auch nur durch eine Teilmenge der Graphen-Lagen 4.
  • Jede der Graphen-Lagen 4 besitzt eine erste Stelle 41 und eine von der ersten Stelle 41 verschiedene zweite Stelle 42. Bei einer ersten Stelle 41 kann es sich wie dargestellt um ein erstes Ende der betreffenden Graphen-Lage 4 handeln, alternativ aber auch um eine Stelle, die sich nicht an einem Ende der der betreffenden Graphen-Lage 4 befindet. Entsprechend kann es sich, unabhängig von der Ausgestaltung und Lage der ersten Stellen 41, bei einer zweiten Stelle 42 um ein zweites Ende der betreffenden Graphen-Lage 4 handeln, alternativ aber auch um eine Stelle, die sich nicht an einem Ende der der betreffenden Graphen-Lage 4 befindet. Zur Erläuterung sind in 1 einige mögliche zweite Stellen 42' dargestellt, die sich nicht an einem Ende der der betreffenden Graphen-Lage 4 befinden.
  • Alternativ oder zusätzlich kann sich eine erste Stelle 41 einer Graphen-Lage 4 dort befinden, wo die betreffende Graphen-Lage 4 den geringsten Abstand zur Kühlkörper-Kontaktfläche 30 aufweist, und/oder es kann sich eine zweite Stelle 42 einer Graphen-Lage 4 dort befinden, wo die betreffende Graphen-Lage 4 den geringsten Abstand zu dem ihr nächstgelegenen Kühlvorsprung 31 aufweist.
  • Für die erste Stelle 41 einer jeden der Graphen-Lagen 4 gilt, dass sie von dem ihr nächstgelegenen Kühlvorsprung 31 weiter beabstandet ist, als von der Kühlkörper-Kontaktfläche 30. In 1 ist der Abstand zwischen der ersten Stelle 41 und der Kühlkörper-Kontaktfläche 30 mit d1 bezeichnet. Die Abstände d1 können für die ersten Stellen 41 verschiedener Graphen-Lagen 4 gleich oder verschieden sein.
  • Weiterhin gilt für die zweite Stelle 42 einer jeden der Graphen-Lagen 4, dass sie von der Kühlkörper-Kontaktfläche 30 weiter beabstandet ist, als von dem ihr nächstgelegenen Kühlvorsprung 31. Der Abstand zwischen der zweiten Stelle 42 und dem ihr nächstgelegenen Kühlvorsprung 31 ist mit d2 bezeichnet. Die Abstände d2 können für die zweiten Stellen 42 verschiedener Graphen-Lagen 4 gleich oder verschieden sein.
  • Bei einer, mehreren oder einer jeden dieser Graphen-Lagen 4 kann der Abstand d1 zwischen der ersten Stelle 41 und der Kühlkörper-Kontaktfläche 30 gleich Null sein, oder kleiner oder gleich 2 mm. Ein Abstand von d1 gleich Null bedeutet, dass die betreffende Graphen-Lage 4 an der Oberfläche der Kühlkörper-Kontaktfläche 30 frei liegt. Weiterhin kann optional bei einer, mehreren oder einer jeden der Graphen-Lagen 4 deren zweite Stelle 42 einen Abstand d2 von kleiner oder gleich 4 mm Millimeter von einem der Kühlvorsprünge 31, insbesondere von dem der zweiten Stelle 42 nächstgelegenen der Kühlvorsprünge 31, aufweisen.
  • Gemäß einer weiteren Option können mehrere oder sämtliche der Kühlvorsprünge 31 in einer ersten Richtung x hintereinander angeordnet sein, und keine der Graphen-Lagen 4 kann einen ebenen Abschnitt aufweisen, der über eine Länge von mehr als 10 mm diesen Abschnitt verstehe ich nicht. Vielleicht können sie mich am Montag nach 17 Uhr auf meinem Handy dazu anrufen. Ich bin dann auf der Zugfahrt von Erlangen nach Kassel und sollte genug Zeit haben (hoffentlich auch empfang) parallel zu der ersten Richtung x verläuft. Alternativ oder zusätzlich können mehrere oder sämtliche der Kühlvorsprünge 31 in einer ebenen Schicht 310 angeordnet sein, und keine der Graphen-Lagen 4 kann einen ebenen Abschnitt aufweisen, der über eine Länge von mehr als 10 mm parallel zu der ebenen Schicht 310 verläuft. Gemäß noch einer weiteren Option kann keine der Graphen-Lagen 4 einen ebenen Abschnitt aufweisen, der über eine Länge von mehr als 10 mm parallel zur Kühlkörper-Kontaktfläche 30 verläuft.
  • Gemäß einer in 2 gezeigten Ausgestaltung kann bei wenigstens einer, wenigstens zwei, mehreren oder sämtlichen Graphen-Lagen 4 die zweite Stelle 42 in einem Kühlvorsprung 31 angeordnet sein, d.h. die betreffende Graphen-Lage 4 erstreckt sich bis in den Kühlvorsprung 31. Wenn es sich in diesem Fall bei der zweiten Stelle 42 um ein Ende der betreffenden Graphen-Lage 4 handelt, ist der Abstand d2 (siehe 1) zwischen der zweiten Stelle 42 und dem betreffenden Kühlvorsprung 31 gleich Null. Optional kann es sich bei den Enden 311 der Kühlvorsprünge 31 um freie Enden handeln, und die in einem solchen Kühlvorsprung 31 angeordnete zweite Stelle 42 kann von dem betreffenden freien Ende 311 einen Abstand d3 von weniger als vier Millimetern aufweisen. Wie außerdem in 2 gezeigt ist, kann eine Graphen-Lage 4 einen Abschnitt 46 aufweisen, der sich in einen Kühlvorsprung 31 hinein erstreckt und in diesem verläuft. Bei einer derartigen Ausgestaltung kann die zweite Ebene E2 eine jede der von ihr geschnittenen N Graphen-Lagen 4 im Bereich eines Kühlvorsprungs 31 schneiden.
  • Wie ebenfalls aus dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 hervorgeht, können eine, mehrere oder jede der Graphen-Lagen 4 jeweils einen Parallelabschnitt 45 aufweisen, der parallel zur Kühlkörper-Kontaktfläche 30 verläuft. Dabei kann sich, jeweils optional, die erste Stelle 41 der betreffenden Graphen-Lage 4 auch auf dem betreffenden Parallelabschnitt 45 liegen. Sofern die erste Stelle 41 ein Ende der betreffenden Graphen-Lage 4 darstellt, bildet sie auch ein Ende des betreffenden Parallelabschnitts. zu der Kühlkörper-Kontaktfläche 30 paralleler Parallelabschnitt 45 bewirkt eine besonders günstige thermische Ankopplung zwischen der betreffenden Graphen-Lage 4 und der Kühlkörper-Kontaktfläche 30.
  • 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das auf dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 basiert, bei dem jedoch weitere Graphen-Lagen 4 in den Kühlkörper 3 eingebettet sind, deren zweite Stellen 42 sich jeweils im Bereich eines Zwischenraums 32 befinden, beispielsweise in einem Abstand d2 von weniger als vier Millimeter zur Oberfläche des Kühlkörpers 3. Eine derartige Graphen-Lage 4 kann beispielsweise zwischen einer ersten Graphen-Lage und einer zweiten Graphen-Lage verlaufen, wobei die zweite Stelle 42 der ersten Graphen-Lage 4 in einem ersten Kühlvorsprung 31 angeordnet ist, und die zweite Stelle 42 einer zweiten Graphen-Lage 4 in einem zum ersten Kühlvorsprung 31 direkt benachbarten zweiten Kühlvorsprung 31 angeordnet ist. Die zweite Stelle 42 der zwischen der ersten Graphen-Lage 4 und der zweiten Graphen-Lage 4 befindlichen zusätzlichen Graphen-Lage 4 befindet sich dann im Bereich des zwischen dem ersten Kühlvorsprung 31 und dem zweiten Kühlvorsprung 31 befindlichen Zwischenraums 32.
  • 4 zeigt noch ein Ausführungsbeispiel entsprechend 1, allerdings mit dem Unterschied, dass die Graphen-Lagen als Abschnitte einer zusammenhängenden Graphen-Schicht ausgebildet sind.
  • Grundsätzlich kann ein Kühlkörper 3 genau zwei, wenigstens zwei, wenigstens fünf, wenigstens zehn, oder gar mehr, beispielsweise bis zu zwanzig, Graphen-Lagen 4 aufweisen. Die Ausgestaltung jeder Graphen-Lage 4 kann dabei unabhängig von der Ausgestaltung der anderen Graphen-Lagen 4 gewählt werden. Die Lage der ersten Stelle 41, die Lage der zweiten Stelle 42 sowie das Vorhandensein oder Nicht-Vorhandensein eines Parallelabschnitts 45 kann dabei nach Belieben gewählt werden, insbesondere so, wie dies unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 erläutert wurde. Die anhand der verschiedenen Ausführungsbeispiele erläuterten Merkmale können auf beliebige Weise miteinander kombiniert werden.
  • Die 5 und 6 zeigen noch Ansichten der Elektronikbaugruppen 100 gemäß den 1, 2, 3 und 4, jeweils mit Blick auf die Kühlvorsprünge 31. Gestrichelt dargestellt ist jeweils die Position der in den 1, 2, 3 bzw. 4 dargestellten zweiten Stellen 42 der Graphen-Lagen 4. Bei dem Beispiel gemäß 5 sind die Kühlvorsprünge 31 als längliche und zueinander parallel verlaufende Kühlrippen ausgebildet. Die Verlaufsrichtung kann dabei wie dargestellt der zweiten Richtung y entsprechen, und die Kühlrippen sind dann in der ersten Richtung x hintereinander angeordnet. Die durch die Richtungen x und y aufgespannte Ebene kann dann beispielsweise senkrecht zur Leiterplatte 2 verlaufen.
  • Zur Herstellung einer Elektronikbaugruppe kann zunächst der Kühlkörper 3 mit den eingebetteten Graphen-Lagen 4 bereitgestellt werden. Danach kann die Kühlkörper-Kontaktfläche 30 in guten thermischen Kontakt mit der Modul-Kontaktfläche 10 des Elektronikmoduls 1 gebracht werden. Hierzu kann das Elektronikmodul 1 mit der Kontaktfläche 10 unmittelbar flächig an der Kühlkörper-Kontaktfläche 30 anliegen, oder das Elektronikmodul 1 kann an der Modul-Kontaktfläche 10 unmittelbar und flächig sowie stoffschlüssig mit der Kühlkörper-Kontaktfläche 30 verbunden werden, oder es können eine oder mehrere Wärmeübertragungsschichten 13 so zwischen der Modul-Kontaktfläche 10 und der Kühlkörper-Kontaktfläche 30 angeordnet werden, dass sie sich jeweils durchgehend von der Modul-Kontaktfläche 10 zu der Kühlkörper-Kontaktfläche 30 erstrecken. Bei einer solchen Wärmeübertragungsschicht 13 kann es sich beispielsweise um eine Wärmeleitpaste handeln, oder um ein Phasenwechselmaterial. Bei einer stoffschlüssigen Verbindung kann diese z.B. mittels einer durch Löten oder Sintern gebildeten Verbindungsschicht hergestellt werden.
  • Im Fall von Löten handelt es sich bei der Verbindungsschicht um eine Lotschicht. Um die Lötbarkeit zu verbessern, kann vor dem Löten auf die Modul-Kontaktfläche 10 und/oder auf die Kühlkörper-Kontaktfläche 30 jeweils optional eine dünne Nickelschicht (z.B. galvanisch) aufgebracht werden.
  • Im Fall von Sintern handelt es sich bei der Verbindungsschicht um eine Schicht aus oder mit einem gesinterten Metallpulver, beispielsweise einem Silberpulver. Um eine gute Anhaftung der Sinterschicht an der Modul-Kontaktfläche 10 und/oder der Kühlkörper-Kontaktfläche 30 zu erreichen, kann vor dem Sintern auf die Modul-Kontaktfläche 10 und/oder auf die Kühlkörper-Kontaktfläche 30 jeweils optional eine dünne Edelmetallschicht, beispielsweise aus Silber, (z.B. galvanisch) aufgebracht werden.
  • Bevor oder nachdem das Elektronikmodul 1 auf eine der genannten Weise mit dem Kühlkörper 3 in guten thermischen Kontakt gebracht wurde, kann es mit Leiterplatte 2 elektrisch verbunden werden. Danach kann die mit dem Elektronikmodul bestückte Leiterplatte 2 beispielsweise parallel zur Kühlkörper-Kontaktfläche 30 verlaufen. Außerdem kann die Leiterplatte 2 mit der ersten Richtung x einen Winkel einschließen, der verschieden von 0° und 180° ist. Dieser Winkel kann beispielsweise (wie in den Figuren dargestellt) 90° betragen, aber auch verschieden sein von 90°.
  • Sofern die Kühlvorsprünge 31 in einer ebenen Schicht 310 angeordnet sind, kann die Leiterplatte 2 gegenüber der Schicht 310 verwinkelt sein, d.h. mit der ebenen Schicht 310 einen Winkel einschließen, der sowohl von 0° als auch von 180° verschieden ist. Der Winkel kann beispielsweise, (wie in den Figuren dargestellt) 90° betragen, aber auch verschieden sein von 90°.
  • Zur Herstellung eines Kühlkörpers 1, wie er vorangehend beschrieben wurde, können eine Anzahl von Matrixsegmenten 8 und eine Anzahl von vorgefertigten Graphen-Lagen 4 so angeordnet werden, dass jede der Graphen-Lagen 4 zwischen einem anderen Paar benachbarter Matrixsegmente 8 angeordnet ist. Nachfolgend können die Matrixsegmente 8 vorübergehend aufgeschmolzen werden, so dass sich benachbarte Matrixelemente 8 stoffschlüssig verbinden und ein Verbund entsteht, in den die Graphen-Lagen 4 eingebettet sind.
  • Eines, mehrere oder jedes der Matrixsegmente 8 kann optional vorgeformt (d.h. vor der Herstellung des Verbundes) sein und zum Beispiel eine von einer ebenen Schicht verschiedene Geometrie aufweisen, und zwar so, dass die einzelnen Matrixsegmente 8 im Wesentlichen die Gestalt aufweisen, die sie jeweils auch bei dem fertig gestellten Verbund besitzen. Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass eines, mehrerer oder jedes der Matrixsegmente 8 als Vorprodukt bereitgestellt wird, dass aus dem als ebene Platte ausgebildet ist. Zwischen die einzelnen Vorprodukte wird jeweils eine Graphen-Lage 4 eingelegt, und die ebenen Platten werden vorübergehend aufgeschmolzen, so dass sich benachbarte ebene Platten 8 stoffschlüssig verbinden und ein Verbund entsteht, in den die Graphen-Lagen 4 eingebettet sind. Dieser Verbund kann dann ggf. noch umgeformt werden, so dass ein Kühlkörper 3 entsteht, wie er vorangehend beschrieben wurde.
  • Gemäß noch einem anderen Verfahren zur Herstellung eines Kühlkörpers 3, wie er vorangehend beschrieben wurde, könne zwei oder mehr Graphen-Lagen 4 beabstandet voneinander in einer Gussform angeordnet und nachfolgend mit dem Matrixmaterial ausgegossen werden.

Claims (21)

  1. Kühlkörper mit einer Kühlkörper-Kontaktfläche (30) und wenigstens zwei eingebetteten Graphen-Lagen (4), wobei eine Anzahl (N) der Graphen-Lagen (4) jeweils sowohl von einer ersten Ebene (E1) als auch von einer zweiten Ebene (E2) geschnitten wird, und wobei die erste Ebene (E1) und die zweite Ebene (E2) einen ersten Winkel (α) von wenigstens 5° einschließen.
  2. Kühlkörper nach Anspruch 1, bei dem der erste Winkel (α) wenigstens 10° oder wenigstens 20° oder wenigstens 30° oder wenigstens 45° oder wenigstens 60° oder wenigstens 75° beträgt.
  3. Kühlkörper nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Abstand zwischen der ersten Ebene E1 und der Kühlkörper-Kontaktfläche (30) kleiner oder gleich 4 mm ist.
  4. Kühlkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Kühlkörper-Kontaktfläche 30 eben ist oder einen ebenen Abschnitt aufweist, eine Ebene (E0), in der die ebene Kühlkörper-Kontaktfläche (3) oder der ebene Abschnitt der Kühlkörper-Kontaktfläche (30) verläuft, mit der ersten Ebene (E1) einen zweiten Winkel (β) im Bereich von 0° bis 10° einschließen.
  5. Kühlkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Anzahl (N) der Graphen-Lagen (4) wenigstens 2 oder wenigstens 3 oder wenigstens 5 oder wenigstens 10 ist.
  6. Kühlkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, der eine Anzahl von Kühlvorsprüngen (31) aufweist, wobei jede der Graphen-Lagen (4) eine erste Stelle (41) und eine von der ersten Stelle verschiedene zweite Stelle (42) aufweist; und für jede der Graphen-Lagen (4) gilt, dass der Abstand (d2) zwischen der zweiten Stelle (42) dieser Graphen-Lage (4) und einem dieser zweiten Stelle (42) nächstgelegenen Kühlvorsprung (31) kleiner ist, als der Abstand (d1) zwischen der ersten Stelle (41) dieser Graphen-Lage (4) und einem dieser ersten Stelle (41) nächstgelegenen Kühlvorsprung (31).
  7. Kühlkörper nach Anspruch 6, bei dem bei einer, mehreren oder einer jeden der Graphen-Lagen (4) der Abstand (d1) zwischen deren erster Stelle (41) und der Kühlkörper-Kontaktfläche (30) gleich Null oder kleiner oder gleich 2 mm ist.
  8. Kühlkörper nach Anspruch 6 oder 7, der eine Anzahl von Kühlvorsprüngen (31) aufweist und bei dem bei einer, mehreren oder einer jeden der Graphen-Lagen (4) deren zweite Stelle (42) einen Abstand (d2) von weniger als 4 mm von einem der Kühlvorsprünge (31) aufweist.
  9. Kühlkörper nach Anspruch 8, bei dem die zweite Stelle (42) einer, mehrerer oder einer jeden der Graphen-Lagen (4) in einem der Kühlvorsprünge (31) angeordnet ist.
  10. Kühlkörper nach Anspruch 9, bei dem jeder der Kühlvorsprünge (31) ein freies Ende (311) aufweist; und die zweite Stelle (42) einer, mehrerer oder einer jeden der Graphen-Lagen (4) von dem freien Ende (311) eines der Kühlvorsprünge (31) einen Abstand (d3) von weniger als 4 mm aufweist.
  11. Kühlkörper nach einem vorangehenden Ansprüche 6 bis 10, der eine Anzahl von Kühlvorsprüngen (31) aufweist, die in einer ersten Richtung (x) hintereinander angeordnet sind, und bei dem keine der Graphen-Lagen (4) einen ebenen Abschnitt aufweist, der über eine Länge von mehr als 10 mm parallel zur ersten Richtung (x) verläuft.
  12. Kühlkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem keine der Graphen-Lagen (4) einen ebenen Abschnitt aufweist, der über eine Länge von mehr als 10 mm parallel zur Kühlkörper-Kontaktfläche (30) verläuft.
  13. Kühlkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem eine, mehrere oder eine jede der Graphen-Lagen (4) einen Parallelabschnitt (45) aufweist, der parallel zur Kühlkörper-Kontaktfläche (30) verläuft.
  14. Kühlkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem bei einer, mehreren oder einer jeden der Graphen-Lagen (4), die einen parallel zur Kühlkörper-Kontaktfläche (30) verlaufenden Parallelabschnitt (45) aufweisen, sich die erste Stelle (41) auf dem Parallelabschnitt (45) der betreffenden Graphen-Lage (4) befindet.
  15. Kühlkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, der eine Matrix (35) aufweist, in die die Graphen-Lagen (4) eingebettet sind.
  16. Kühlkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Matrix (35) Metall aufweist oder aus Metall besteht und/oder die Keramik aufweist.
  17. Kühlkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Matrix (35) ein Metallmatrixkompositmaterial aufweist oder aus einen Metallmatrixkompositmaterial besteht.
  18. Kühlkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem bei einer, mehreren oder sämtlichen Graphen-Lagen (4) deren erste Stelle (41) ein erstes Ende der betreffenden Graphen-Lage (4) bildet; und/oder bei einer, mehreren oder sämtlichen Graphen-Lagen (4) deren zweite Stelle (42) ein zweites Ende der betreffenden Graphen-Lage (4) bildet.
  19. Elektronikbaugruppe mit einem Elektronikmodul (1), sowie mit einem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildeten Kühlkörper (3), wobei das Elektronikmodul (1) flächig an der Kühlkörper-Kontaktfläche (30) anliegt; oder das Elektronikmodul (1) mit der Kühlkörper-Kontaktfläche (30) unmittelbar und flächig sowie stoffschlüssig verbunden ist; oder zwischen dem Elektronikmodul (1) und der Kühlkörper-Kontaktfläche (30) eine Wärmeübertragungsschicht (13) angeordnet ist, die sich durchgehend von dem Elektronikmodul (1) zu der Kühlkörper-Kontaktfläche (30) erstreckt.
  20. Elektronikbaugruppe nach Anspruch 19 mit einer Leiterplatte (2), die mit dem Elektronikmodul (1) bestückt ist und die parallel zur Kühlkörper-Kontaktfläche (30) verläuft.
  21. Elektronikbaugruppe nach Anspruch 19 oder 20, bei dem der Abstand zwischen der ersten Ebene (E1) und dem Elektronikmodul (1) kleiner oder gleich 4 mm ist.
DE102015115244.4A 2015-09-10 2015-09-10 Kühlkörper mit graphen-lagen und elektronikbaugruppe Ceased DE102015115244A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015115244.4A DE102015115244A1 (de) 2015-09-10 2015-09-10 Kühlkörper mit graphen-lagen und elektronikbaugruppe

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015115244.4A DE102015115244A1 (de) 2015-09-10 2015-09-10 Kühlkörper mit graphen-lagen und elektronikbaugruppe

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102015115244A1 true DE102015115244A1 (de) 2017-03-16

Family

ID=58160364

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102015115244.4A Ceased DE102015115244A1 (de) 2015-09-10 2015-09-10 Kühlkörper mit graphen-lagen und elektronikbaugruppe

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102015115244A1 (de)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006056816A1 (de) * 2006-03-30 2007-10-04 General Electric Co. Hochentwickelte Wärmesenken und Wärmeverteilungsvorrichtungen
DE102006056988A1 (de) * 2006-10-08 2008-04-10 General Electric Co. Wärmeübertragungs-Kompositmaterial, zugehörige Vorrichtung und Verfahren
US20110014417A1 (en) * 2009-07-14 2011-01-20 Lemak Richard J Anisotropic thermal conduction element and manufacturing method
DE102014000510A1 (de) * 2014-01-20 2015-07-23 Jenoptik Laser Gmbh Halbleiterlaser mit anisotroper Wärmeableitung

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006056816A1 (de) * 2006-03-30 2007-10-04 General Electric Co. Hochentwickelte Wärmesenken und Wärmeverteilungsvorrichtungen
DE102006056988A1 (de) * 2006-10-08 2008-04-10 General Electric Co. Wärmeübertragungs-Kompositmaterial, zugehörige Vorrichtung und Verfahren
US20110014417A1 (en) * 2009-07-14 2011-01-20 Lemak Richard J Anisotropic thermal conduction element and manufacturing method
DE102014000510A1 (de) * 2014-01-20 2015-07-23 Jenoptik Laser Gmbh Halbleiterlaser mit anisotroper Wärmeableitung

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2044599B1 (de) Widerstandsanordnung
DE102016218522B3 (de) Optische oder optoelektronische Baugruppe und Verfahren zur Herstellung dafür
DE2353615C2 (de) Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Verbinders
AT404532B (de) Kühlkörper für elektrische und elektronische bauelemente
EP2057647B1 (de) Bauelement-anordnung
DE1815989A1 (de) Halbleiter-Anordnung
EP3095307B1 (de) Leiterplatte, schaltung und verfahren zur herstellung einer schaltung
DE102016212129A1 (de) Hochfrequenz-Sende-/Empfangselement und Verfahren zur Herstellung eines Hochfrequenz-Sende-/Empfangselementes
AT508277B1 (de) Thermoelektrisches modul mit paarweise angeordneten p- und n- dotierten schenkeln
DE69936189T2 (de) Elektrischer leiter mit als flanschen und geätzte rillen geformter oberflächenstruktur
EP2936944A1 (de) Bauelementträger und bauelementträgeranordnung
DE102015013511B3 (de) Laserstrahlungsquelle und Verfahren zur Herstellung einer Laserstrahlungsquelle und Verwendung eines Lötprozesses
DE102015115244A1 (de) Kühlkörper mit graphen-lagen und elektronikbaugruppe
DE102010043077A1 (de) Mehrlagiger Schaltungsträger
DE102015115819A1 (de) Leiterbrückenelement sowie Bestückungsgurt und Leiterplatten mit einem solchen
EP3108722B1 (de) Leiterplatte mit speziellen kupplungsbereichen
DE2022895B2 (de) Stapelfoermige anordnung von halbleiterkoerpern und verfahren zu deren herstellung
DE102019115573B4 (de) Leistungselektronische Schalteinrichtung und Verfahren zur Herstellung
DE102015204915A1 (de) Wärmeleitkörper mit einer Koppeloberfläche mit Vertiefung und Wärmetransfervorrichtung
DE102018217607A1 (de) Halbleiterbauelement-Anordnung, Verfahren zu deren Herstellung sowie Entwärmungseinrichtung
EP2936950B1 (de) Verfahren zur herstellung eines mehrschichtträgerkörpers
DE102017112577A1 (de) Hochstrom-Leiterkarte
DE102017112642A1 (de) Led-filament
AT513780B1 (de) Kühlvorrichtung für eine LED
DE102016114478A1 (de) Verfahren zum herstellen eines trägers für ein optoelektronisches bauelement

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final