DE102015212571A1 - A method of producing a coolable electronic component and assembly with an electronic component and a cooling element - Google Patents

A method of producing a coolable electronic component and assembly with an electronic component and a cooling element

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DE102015212571A1
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cooling element
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mounting surface
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Martin Franke
Peter Frühauf
Rüdiger Knofe
Bernd Mueller
Stefan Nerreter
Michael Niedermayer
Ulrich Wittreich
Manfred Zaeske
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Siemens AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer kühlbaren elektronischen Komponente (12), indem ein Kühlelement (13) mit dieser verbunden wird. The invention relates to a method of producing a coolable electronic component (12) by a cooling element (13) is connected thereto. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Verbindung durch Anschieben, auch direktes Bonden genannt, erzeugt wird, wobei die Fügeflächen der elektronischen Komponente (12) und des Kühlelements (13) so glatt sind, dass in einem Übergang zwischen diesen beiden Bauteilen (15) Adhäsionskräfte zu einem Stoffschluss führen. According to the invention it is provided that the connection by pushing, also direct bonding referred to is produced, wherein the bonding surfaces of the electronic component (12) and the cooling element (13) are so smooth that in a transition between these two components (15) adhesion to cause a material connection. Dieser Stoffschluss kann durch ein anschließendes Kaltverschweißen weiter gefestigt werden. This adhesive bond can be further strengthened by subsequent cold welding. Der Vorteil des entstandenen Übergangs (15) ist ein im Vergleich zu Übergängen mit einem Fügehilfsstoff geringerer thermischer Widerstand, weswegen vorteilhaft die elektronische Komponente (12) durch das Kühlelement (13) effektiver entwärmt werden kann. The advantage of the resulting transition (15) compared to transitions with a joining adjuvant lower thermal resistance, and therefore advantageously the electronic component (12) through the cooling element (13), are cooled effectively. Gegenstand der Erfindung ist auch eine Baugruppe, die nach dem genannten Verfahren hergestellt wurde. The invention is also an assembly, which was prepared by the same procedure.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer kühlbaren elektronischen Komponente, wobei die elektronische Komponente eine Grenzfläche zur Verfügung stellt, auf der ein Kühlelement mit einer Montageseite montiert werden kann. The invention relates to a method of producing a coolable electronic component, the electronic component is an interface available on which a cooling member having a mounting side can be mounted. Außerdem betrifft die Erfindung eine Baugruppe mit einer elektronischen Komponente und einem Kühlelement, welches mit der elektronischen Komponente in Kontakt steht. The invention also relates to an assembly comprising an electronic component and a cooling element which is in contact with the electronic component.
  • Es ist hinlänglich bekannt, dass elektronische Komponenten mit vorzugsweise passiven Kühlelementen versehen werden, um die Verlustwärme, die während des Betriebs der elektronischen Komponente entsteht, abzuführen. It is well known that electronic components are provided with preferably passive cooling elements for dissipating the heat loss which arises during operation of the electronic component. Die fortschreitende Erhöhung der durch elektronische Komponenten umgesetztem Leistungen bei gleichzeitigerer Miniaturisierung der zum Einsatz kommenden Bauelemente führt dazu, dass pro zur Verfügung stehender Flächeneinheit der elektronischen Komponente immer größere Wärmemengen transportiert werden müssen. The progressive increase of the unreacted by electronic components benefits gleichzeitigerer miniaturization of coming to use components means that per unit area available to such electronic component ever greater amounts of heat to be transported. Dabei sind es die immer kleiner werdenden Kontaktflächen zwischen den elektronischen Komponenten als Wärmequelle und den zum Einsatz kommenden Kühlkörpern oder Medien, die eine effektive Entwärmung der elektronischen Komponenten erschweren. These are the increasingly small contact areas between the electronic components as the heat source and the coming to the use heat sinks or media that hamper effective heat dissipation of the electronic components. Andererseits ist eine zuverlässige Entwärmung Voraussetzung für eine einwandfreie Funktion der mit den elektronischen Komponenten realisierten Schaltungen. On the other hand, is a reliable heat dissipation requirement for a proper function of the realized with the electronic components circuits.
  • Bei konventionellen Kühlkörpertechnologien kommen Kühlkörper beispielsweise aus Aluminium zum Einsatz, die eine Montageseite zur Verfügung stellen, mit der sie auf eine Grenzfläche der elektronischen Komponente aufgesetzt werden können. In conventional heat sink technology heatsink are for example made of aluminum are used, which provide a mounting side provided with which it can be fitted to an interface of the electronic component. Die zum Einsatz kommenden Kühlkörper haben häufig Rippen zur Vergrößerung der Oberfläche zur Wärmeabgabe und lassen sich beispielsweise in Aluminium kostengünstig als Strangpressprofil herstellen. The used heat sinks often have fins to increase the surface area for heat dissipation and can be produced for example in aluminum cost as an extruded profile. Die mögliche Wärmeabgabe solcher passiven Kühler ist jedoch an physikalische Grenzen gebunden, so dass konventionelle Kühlelemente bei der Entwärmung an ihre Leistungsgrenzen stoßen. The possible heat output of such passive cooler is however bound to physical limits, so that conventional cooling elements are reaching their performance limits in heat dissipation. Statt Aluminium kann auch ein besser wärmeleitfähiges Metall wie Kupfer ausgewählt werden. Instead of aluminum, a better thermally conductive metal such as copper can be selected. Allerdings sind derartige Kühlkörper aufgrund von höheren Material- und Fertigungskosten unwirtschaftlich. However, such heat sinks are uneconomical due to higher material and manufacturing costs.
  • Eine andere Möglichkeit besteht in einer aktiven Kühlung durch eine erzwungene Konvektion eines Kühlmittels, beispielsweise von Luft, die mittels eines Lüfters bewegt wird oder einer Flüssigkeit, die beispielsweise in sogenannten Heat-Pipes zum Einsatz kommen kann. Another possibility consists in an active cooling by forced convection of a coolant, for example air, which is moved by means of a fan or a liquid that can be used for example in so-called heat pipes. Auch derartige Entwärmungslösungen sind teurer als eine passive Kühlung und zudem auch weniger zuverlässig, so dass ein Bestreben besteht, auf eine aktive Kühlungslösung zu verzichten. Also, such cooling solutions are more expensive than a passive cooling and also less reliable, so an effort is made to waive an active cooling solution.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren zum Erzeugen einer kühlbaren elektronischen Komponente bzw. eine Baugruppe mit einer elektronischen Komponente und einem mit diesem in Kontakt stehenden Kühlelement anzugeben, mit dem eine vergleichsweise hohe Entwärmungsleistung mit vergleichsweise einfachen und zuverlässigen Mitteln umgesetzt werden kann. The object of the invention is to provide a method for producing a coolable electronic component or an assembly having an electronic component and a are in contact with this cooling member with which a comparatively high performance thermal control can be implemented with relatively simple and reliable means.
  • Diese Aufgabe wird mit dem eingangs angegebenen Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Grenzfläche und die Montagefläche von der elektronischen Komponente und dem Kühlelement hinreichend glatt ausgeführt werden, damit diese aufgrund von Adhäsionskräften aneinander haften. This object is achieved by the initially mentioned method according to the invention in that the interface and the mounting surface of the electronic component and the cooling element are designed to be sufficiently smooth so that they adhere to one another due to adhesive forces. Dies ermöglicht es, dass das Kühlelement und die elektronische Komponente über die Grenzfläche und die Montagefläche durch Anschieben miteinander verbunden werden. This makes it possible that the cooling element and the electronic component via the interface and the mounting surface by pushing be interconnected. Das Anschieben zweier Bauteile wird auch als Ansprengen oder direktes Bonden (direct bonding) bezeichnet. The pushing two components is also known as wringing or direct bonding (direct bonding), respectively. Hierbei werden zwei Bauteile, die angeschoben werden sollen, mit den glatten Fügeflächen in Kontakt gebracht, wobei diese aufgrund von Adhäsionskräften an den Fügeflächen stoffflüssig miteinander verbunden werden. Here are brought into contact with the smooth joint surfaces of two components which are to be pushed, whereby these are connected due to adhesion forces to the joining surfaces material liquid each other. Glatt im Zusammenhang mit dieser Erfindung sind damit Fügeflächen, deren Oberflächengüte ausreicht, um ein Fügen aufgrund der wirkenden Adhäsionskräfte zwischen den Fügeflächen zu bewirken. Smooth in connection with this invention so that the joining surfaces are of sufficient surface finish, to cause joining due to the adhesive forces acting between the joining surfaces. Solche Oberflächen können beispielsweise durch Polieren hergestellt werden. Such surfaces can be prepared for example by polishing. Die Fügeflächen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden einerseits durch die Grenzfläche der Komponente und andererseits durch die Montagefläche des Kühlelements zur Verfügung gestellt. The joining surfaces in the inventive process are provided on the one hand by the boundary surface of the component and on the other hand, by the mounting surface of the cooling element are available.
  • Eine Entwärmung der elektronischen Komponente erfolgt nach dem Fügen vorteilhaft über die Grenzfläche der elektronischen Komponente und die Montagefläche des Kühlelements. If a heat dissipation of the electronic component after the joining advantageously via the interface of the electronic component and the mounting surface of the cooling element. Ein direktes Bonden zwischen diesen Bauteilen führt zu einer direkten stofflichen Anbindung des Kühlelements an der elektronischen Komponente, womit der thermische Übergangswiderstand im Vergleich zu herkömmlichen Fügeverfahren vorteilhaft minimiert werden kann. Direct bonding between these components leads to a direct material connection of the cooling element to the electronic component, whereby the thermal contact resistance can be advantageously minimized in comparison to conventional joining methods. Hierdurch wird die Kühlleistung des Kontaktelements allein durch Modifizierung des Fügeverfahrens vorteilhaft verbessert. Thereby, the cooling performance of the contact element is advantageously improved only by modifying the joining process.
  • Im Vergleich hierzu werden gemäß dem Stand der Technik typischerweise sogenannte Interfacematerialien (thermal interface matarial, kurz TIM) in Form von Pasten oder Folien verwendet, die den Kühlkörper dauerelastisch oder formstabil an die elektronische Komponente anzubinden, wobei die Fügepartner zusätzlich durch eine Federkraft, Klebung oder Schraubverbindung angepresst werden können. In comparison, so-called interface materials according to the prior art typically (thermal interface matarial, short TIM) is used in the form of pastes or films to connect the heat sink permanently elastic or dimensionally stable to the electronic component, wherein the joining partners in addition by a spring force, adhesive bonding or screw can be pressed. Hierbei sind bei der Entwärmung aber die thermischen Widerstände zu überwinden, die durch das Interfacematerial selbst sowie die Kontaktwiderstände zwischen der elektronischen Komponente und dem Interfacematerial sowie zwischen dem Interfacematerial und dem Kühlkörper auftreten. Here, the thermal resistances to be overcome in the heat dissipation but that occur through the interface material itself as well as the contact resistance between the electronic component and the interface material, and between the interface material and the heat sink. Diese Widerstände erhöhen sich insbesondere bei einer thermischen Wechselbeanspruchung der Baugruppe während des Betriebs. These resistors increase particularly in a thermal cycling of the assembly during operation. Durch die erfindungsgemäß direkte Anbindung des Kühlelements an der elektronischen Komponente unter Ausnutzung der Adhäsionskräfte wird ohne ein Interfacematerial eine innige Verbindung zwischen diesen Komponenten hergestellt, so dass nur eine Phasengrenze entsteht und so der thermische Gesamtwiderstand des Übergangs verringert werden kann. By the present invention a direct connection of the cooling element to the electronic component taking advantage of the adhesion forces an intimate connection between these components is produced without an interface material so that only one phase boundary is created and so the total thermal resistance of the junction can be reduced.
  • Als elektronische Komponente kann ein zu entwärmendes elektronisches Bauelement verwendet werden, welches direkt mit der Kühlkomponente versehen wird. As an electronic component to a entwärmendes electronic component can be used which is directly provided with the cooling component. Es kann auch eine elektronische Baugruppe entwärmt werden, wobei das Kühlelement in diesem Fall an die elektronische Baugruppe angebunden wird. It can, are cooled also an electronic module, wherein the cooling element is connected in this case to the electronic assembly. Die elektronische Baugruppe kann zu diesem Zweck beispielsweise ein Gehäuse zur Verfügung stellen. The electronic assembly can provide, for example, a housing provided for this purpose.
  • Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die elektronische Komponente und das Kühlelement durch Kaltverschweißen bleibend miteinander verbunden werden. According to a particular embodiment of the invention it is provided that the electronic component and the cooling element are joined by cold welding engagement with each other. Hierzu muss die Grenzfläche der elektronischen Komponente und die Montagefläche des Kühlelements aus demselben Material bestehen, welches zum Kaltverschweißen geeignet sein muss. For this purpose, the interface of the electronic component and the mounting surface of the cooling element must be made of the same material, which must be suitable for cold welding. Dies gilt vorzugsweise für metallische Werkstoffe. This applies preferably for metallic materials. Das Kaltverschweißen verstärkt die mechanische Stabilität der Anbindung, die nach dem Kaltverschweißen nicht mehr durch Adhäsionskräfte zustande kommt, sondern durch den Aufbau chemischer oder metallischer Bindungen zwischen den Fügepartnern. The cold welding enhances the mechanical stability of the connection, is no longer brought about by forces of adhesion after the cold welding, but by the structure of chemical or metallic bonds between the joining partners. Im Falle von metallischen Fügepartnern kann man sagen, dass die metallischen Gefüge der Fügepartner gleichsam zusammenwachsen, so dass eine Phasengrenze nach dem Kaltverschweißen nicht mehr besteht. In the case of metallic join partners can say that the metallic structure of the joint partners to grow together as it were, so that a phase boundary after the cold welding no longer exists. Vorteilhaft lässt sich der thermische Widerstand zwischen der elektronischen Komponente und dem Kühlelement auf diese Weise noch weiter verringern. Advantageously, the thermal resistance between the electronic component and the cooling element can be reduced in this way even further.
  • Vorteilhaft ist es, wenn das Kaltverschweißen der elektronischen Komponente mit dem Kühlelement nach dem Anschieben unterstützt wird, indem die elektronischen Komponente und das Kühlelement zusammengepresst werden. it when the cold welding of the electronic component is supported with the cooling element according to the pushing by the electronic component and the cooling element are pressed together is advantageous. Hierdurch kann der Prozess des Kaltverschweißens einerseits beschleunigt und andererseits intensiviert werden, auch wenn dieser Prozess nach dem Anschieben der Bauteile auch spontan ausgelöst wird. This allows the process of cold welding the one hand, be accelerated and intensified on the other hand, even if this process is also triggered spontaneously after the pushing of the components. Ein Zusammenpressen der Bauteile macht das Kaltverschweißen damit einer industriellen Anwendung besser zugänglich. Compression of the components makes the cold welding so that an industrial application more accessible. Das Zusammenpressen kann auch durch Einbringen der mit dem Kühlelement versehenen elektronischen Komponente in ein Vakuum unterstützt werden. The compression can be aided by placing the cooling element is provided with the electronic component in a vacuum. Dies hat den Vorteil, dass Luft, die sich noch in dem Fügespalt befindet, abgesaugt wird, wodurch einerseits der Anpressdruck zwischen der elektronischen Komponente und dem Kühlelement vergrößert und zum anderen die zur Verfügung stehende effektive Fügefläche vergrößert wird. This has the advantage that air, which is still in the joint gap, is filtered off, whereby on the one hand, the contact pressure between the electronic component and the cooling element increases and, secondly the available effective joining surface is increased advantage. Der Wärmeübergang zwischen den kaltverschweißten Bauteilen lässt sich durch eine weitere Verringerung des thermischen Widerstands damit noch verbessern. The heat transfer between the cold-welded parts can thus still be improved by further reducing the thermal resistance.
  • Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Grenzfläche und die Montagefläche vor dem Anschieben von Verschmutzungen gereinigt werden. According to another embodiment of the invention it is provided that the interface and the mounting surface to be cleaned prior to the pushing of dirt. Werden die Fügeflächen unmittelbar vor dem Anschieben noch einmal gereinigt, lässt sich das Fügeergebnis dadurch vorteilhaft weiter verbessern. If the joint surfaces cleaned again immediately before pushing, this can thereby further improve the joining advantageous result. Auch dies verringert letztendlich den thermischen Widerstand der Fügestelle. This, too, will eventually reduce the thermal resistance of the joint.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Grenzfläche und die Montagefläche vor dem Anschieben poliert werden. Furthermore, it is advantageous if the interface and the mounting surface to be polished before pushing. Hierdurch kann einerseits die Glattheit der Grenzfläche und der Montagefläche vergrößert werden, wodurch größere Adhäsionskräfte nach dem Anschieben wirken. In this way the smoothness of the interface and the mounting surface can be increased on the one hand, thus larger forces of adhesion act according to the pushing. Außerdem ermöglicht das Polieren, insbesondere, wenn es unmittelbar vor dem Anschieben durchgeführt wird, ein Reinigen der Fügeflächen beispielsweise von Oxiden, die den Effekt eines Kaltverschweißens im Anschluss an das Anschieben verringern würden. In addition, the polishing allows, especially when it is carried out immediately prior to the pushing, a cleaning of the bonding surfaces, for example of oxides which would reduce the effect of a cold welding in the connection to the pushing.
  • Vorteilhaft kann auch vorgesehen werden, dass die elektronische Komponente vor dem Anschieben mit dem Material beschichtet wird, aus dem das Kühlelement besteht. Advantageously, it may also be provided that the electronic component prior to pushing the material is coated, from which the cooling element. Hierdurch wird es vorteilhaft möglich, dass die elektronische Komponente aus einem beliebigen Material hergestellt werden kann. This makes it advantageously possible that the electronic component can be made of any material. Ein anschließendes Beschichten mit dem Material, aus dem auch das Kühlelement besteht, ermöglicht anschließend ein Anschieben und Kaltverschweißen der elektronischen Komponente und dem Kühlelement. A subsequent coating with the material from which there is also the cooling element then enables pushing and cold welding of the electronic component and the cooling element. Dabei kann für das Beschichten der elektronischen Komponente ein Beschichtungsverfahren gewählt werden, welches eine gute Anbindung der Schicht an die elektronische Komponente erlaubt, so dass dort ebenfalls ein Wärmeübergang mit einem geringen thermischen Wiederstand gewährleistet ist. In this case, a coating method can be chosen, which allows a good bonding of the layer to the electronic component, so that there is a heat transfer is also guaranteed with a low thermal resistance for coating the electronic component. Zur Anwendung kommen können je nach Aufbau und Beschaffenheit der elektronischen Komponente thermische Spritzverfahren, elektrochemische Beschichtungsverfahren oder Abscheideverfahren aus der Gasphase (Physical Vapor Deposition, kur PVD, beispielsweise Sputtern, und Chemical Vapor Deposition, kurz CVD). may be used depending on the structure and texture of the electronic component thermal spraying methods, electrochemical coating process or deposition from the gas phase (Physical Vapor Deposition, PVD treatment, for example, sputtering, and chemical vapor deposition, in short CVD).
  • Vorteilhaft ist es auch, wenn die Grenzfläche und/oder die Montagefläche nach deren Vorbereitung für ein Anschieben mit einer Schutzschicht versehen werden, die erst unmittelbar vor dem Anschieben wieder entfernt wird. It is also advantageous if the interface and / or the mounting surface can be provided by the preparation for pushing with a protective layer which is removed immediately before pushing. Dadurch bleiben die jeweiligen Fügeflächen vor Umwelteinflüssen geschützt. Thus, the respective joint surfaces from environmental influences remain protected. Eine Verschmutzung beispielsweise durch Fette sowie Oxidation werden dadurch wirksam verhindert. Contamination for example by oxidation and fats are thus effectively prevented.
  • Weiterhin wird die oben angegebene Aufgabe durch die eingangs angegebene Baugruppe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Kontakt an einem Übergang zwischen der elektronischen Komponente und dem Kühlelement aus einer unmittelbaren stoffschlüssigen Verbindung ohne Fügehilfsstoffe besteht. Furthermore, the above mentioned object is achieved by the initially mentioned assembly according to the invention characterized in that the contact at an interface between the electronic component and the cooling element consists of a direct material connection is without joining auxiliary. Eine solche Verbindung kann, wie bereits ausführlich erläutert, durch Anschieben und evtl. anschließendes Kaltverschweißen erzeugt werden. Such a connection can, as already explained in detail, are generated by pushing and any subsequent cold welding. Die Baugruppe lässt sich infolgedessen aus den oben bereits erläuterten Gründen mittels des Kühlelements vorteilhaft mit einem vergleichsweise hohen Wirkungsgrad entwärmen. The assembly can, consequently, from the above reasons already explained by means of the cooling element advantageous with a comparatively high efficiency segregated heat removal.
  • Vorteilhaft ist es, wenn der Übergang, der nach der Montage zwischen der Grenzfläche der elektronischen Komponente und der Montagefläche des Kühlelements zustande kommt, plan ausgebildet ist. it if the transition that occurs after the mounting between the interface of the electronic component and the mounting surface of the cooling element into being, is of planar design is advantageous. Dies hat den Vorteil, dass die Grenzfläche und die Montagefläche einfach bearbeitet werden können, um die notwendige Glattheit zum Anschieben zu erzeugen. This has the advantage that the interface and the mounting surface can be easily manipulated to produce the necessary smoothness for pushing. Beispielsweise kann die Glattheit durch Polieren auf einer Polierscheibe erreicht werden. For example, the smoothness can be achieved by polishing on a polishing wheel. Hierbei sind gemittelte Rauhtiefen R z von 0,04 bis 0,25 erreichbar (Werte in µm). Here, averaged roughness depth R z 0.04 to 0.25 reachable (values in microns).
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Further details of the invention will be described below with reference to the drawing. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Identical or corresponding drawing elements are provided with the same reference numerals and will only be explained more than once, such as differences between the individual figures arise. Es zeigen: Show it:
  • 1 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Baugruppe, bei der als elektronische Komponente ein elektronisches Bauelement zum Einsatz kommt, als Seitenansicht, An embodiment of the assembly according to the invention, in which an electronic device is used as an electronic component, as a side view,
  • 2 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Baugruppe, bei der als elektronische Komponente eine elektronische Baugruppe zum Einsatz kommt, teilweise aufgeschnitten und a further embodiment of the assembly according to the invention, in which an electronic component is an electronic assembly for use, partially cut away and
  • 3 3 bis to 7 7 ausgewählte Fertigungsschritte eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Fertigungsverfahrens, wobei die beteiligten Komponenten der Fertigungsschritte als Seitenansicht und teilweise aufgeschnitten dargestellt sind. selected production steps of an embodiment of the manufacturing method of the invention, wherein the components of the production steps involved are shown as side view and partially cut away.
  • In In 1 1 ist ein Substrat is a substrate 11 11 dargestellt, auf dem ein elektronisches Bauelement shown on an electronic device 12 12 in Form eines Chips montiert ist. is mounted in the form of a chip. Auf einer Oberseite des Bauelements On a top surface of the component 12 12 ist ein Kühlelement is a cooling element 13 13 aus Aluminium mit Kühlrippen aluminum with cooling ribs 14 14 montiert. assembled. Ein Übergang a transition 15 15 zwischen dem Bauelement between the component 12 12 und dem Kühlelement and the cooling element 13 13 wurde durch Anschieben erzeugt und kommt durch Adhäsionskräfte zustande, die das Kühlelement was generated by pushing and comes into existence by adhesion forces, the cooling element, the 13 13 stoffschlüssig ohne Fügehilfsstoffe auf dem Bauelement fixieren. cohesively fixing without joining auxiliary to the device.
  • Gemäß According to 2 2 ist auf dem Substrat eine elektronische Baugruppe is on the substrate an electronic assembly 16 16 montiert. assembled. Diese weist mehrere elektronische Bausteine This has several electronic components 17 17 auf, die in einem Gehäuse , which in a housing 18 18 zusammengefasst sind. are summarized. In einem Innenraum des Gehäuses In an interior of the housing 18 18 ist ein die Wärme aus den Bausteinen is the heat from the building blocks 17 17 leitendes Medium conductive medium 19 19 vorgesehen. intended. Hierbei kann es sich beispielsweise um Vergussmasse oder ein Phasenwechselmaterial handeln, welches durch Verflüssigung latent Wärme speichern kann, die zeitverzögert an das Kühlelement This may involve potting compound or a phase change material that can store by liquefaction latent heat, for example, the time delay of the cooling element 13 13 abgegeben werden kann. can be delivered.
  • Das Gehäuse the housing 18 18 besteht aus Aluminium. consists of aluminum. Nach Aufsetzen des Kühlelements After placing the cooling element 13 13 , welches ebenfalls aus Aluminium besteht, findet an den Übergang Which is also made of aluminum, takes place at the transition 15 15 ein Kaltverschweißen statt. cold welding instead. Nach dem Kaltverschweißen ist der Übergang After the transition is galling 15 15 an sich nicht mehr zu erkennen, da das Gefüge des Gehäuses unrecognizable in itself, since the structure of the housing 18 18 mit dem Gefüge des Kühlelements with the structure of the cooling element 13 13 verschmolzen ist. is fused.
  • In In 3 3 ist ein vorbereitender Fertigungsschritt für die Montage eines Kühlelements is a preparatory manufacturing step for the assembly of a cooling element 13 13 auf einem Bauelement on a device 12 12 zu erkennen. to recognize. Für diesen Fertigungsschritt kommt eine Polierscheibe For this production step is a polishing wheel 20 20 zum Einsatz, mit der eine Grenzfläche used, with an interfacial 21 21 des Bauelements the component 12 12 und eine Montagefläche and a mounting surface 22 22 des Kühlelements the cooling element 13 13 poliert werden. be polished. Die Grenzfläche The interface 21 21 und die Montagefläche and the mounting surface 22 22 stehen für eine anschließende Montage der dargestellten Bauteile durch Anschieben zur Verfügung (nicht dargestellt). stand (not shown) for subsequent assembly of the components shown by pushing available. Ein Anschieben erfolgt durch Annähern der Montagefläche A pushing is carried out by approximating the mounting surface 22 22 und der Grenzfläche and the interface 21 21 bis zu deren Berührung, so dass zwischen diesen beiden Fügeflächen aufgrund von Adhäsionskräften eine innige Verbindung zustande kommt. up so that an intimate connection is made to the contact between these two joint surfaces due to adhesion forces materialize. Um diese Adhäsionskräfte hervorzurufen, kann beim Anschieben unterstützend ein Andrücken, also ein Beaufschlagen mit einer Fügekraft, erfolgen. In order to produce this adhesion, so it can when pushing supportive one pressing, one applying with a joint force carried out. Nach dem Anschieben kann je nach Materialpaarung der Fügeflächen ein Kaltverschweißen im Übergang zwischen Montagefläche After pushing a cold welding may be depending on the material pairing of the joining surfaces in the transition between the mounting surface 22 22 und Grenzfläche and Interfaces 21 21 erfolgen. respectively.
  • In In 4 4 ist ein Fertigungsschritt dargestellt, mit dem in einer Sputter-Anlage illustrates a manufacturing step, with which, in a sputtering apparatus 23 23 durch Sputtern in einer Prozesskammer by sputtering in a process chamber 24 24 das Bauelement the component 12 12 mit einer die Grenzfläche with the interface 21 21 bildenden Schicht forming layer 25 25 versehen werden kann. may be provided. Hierbei kommt ein Target Here, a target is 26 26 zum Einsatz, welches den Werkstoff für die Schicht is used, which the material for the layer 25 25 zur Verfügung stellt. provides. Die entstehende Schicht The resulting layer 25 25 weist aufgrund der Wahl des Verfahrens eine sehr glatte Oberfläche auf. has a very smooth surface due to the choice of method. Diese eignet sich hervorragend für einen nachfolgenden Montageschritt durch Anschieben eines Kühlelements. This is ideal for a subsequent assembly step by pushing a freezer pack. Die Schicht The layer 25 25 wird aus Aluminium hergestellt. is manufactured from aluminum.
  • In In 5 5 ist dargestellt, dass die Montagefläche it is shown that the mounting surface 22 22 des Kühlelements the cooling element 13 13 und die Grenzfläche and the interface 21 21 des Bauelements the component 12 12 (welches mit einer Schicht (Which is coated with a layer 25 25 versehen wurde) mit einer Schutzschicht was provided) with a protective layer 27 27 versehen werden kann. may be provided. Hierbei kann es sich beispielsweise um Folie handeln, die adhäsiv auf der Grenzfläche This may for example be film adhesive on the interface 21 21 und der Montagefläche and the mounting surface 22 22 haftet und direkt vor dem Anschieben der beiden Bauteile rückstandsfrei abgezogen werden kann. can be peeled without residue and adheres directly in front of the pushing of the two components.
  • Eine Montage durch Anschieben ist in An assembly by pushing in 6 6 dargestellt. shown. Das Kühlelement The cooling element 14 14 ist einfach auf das Bauelement is easy on the device 12 12 aufgesetzt worden wobei es dort auf Grund von Adhäsionskräften fixiert ist. been set up and it is fixed there by virtue of adhesive forces. Anschließend werden die gefügten Bauteile in eine Vakuumkammer Subsequently, the joined components are in a vacuum chamber 28 28 eingesetzt und mittels einer Pumpe and inserted by means of a pump 29 29 ein Vakuum erzeugt. creates a vacuum. Hierdurch werden Luftmoleküle aus dem Übergang Hereby be air molecules from the transition 15 15 abgesaugt. aspirated. Ein anschließendes Kaltverschweißen des Kühlelements A subsequent cold welding of the cooling element 13 13 mit der Schicht with the layer 25 25 (vgl. (see. 5 5 ) des Bauelements ) Of the component 12 12 wird durch das Vakuum unterstützt. is supported by the vacuum. Zu erkennen ist die Schicht Evident is the layer 25 25 nach dem Kaltverschweißen nicht mehr, da das Gefüge der Schicht mit dem Gefüge des Kühlkörpers after the cold welding is no longer, since the structure of the layer with the structure of the heat sink 13 13 aus Aluminium verschmilzt. blends of aluminum. Der Übergang The transition 15 15 ist daher durch eine strichpunktierte Linie in is therefore by a phantom line in 6 6 angedeutet. indicated.
  • In In 7 7 ist dargestellt, wie das Anschieben alternativ auch durch Erzeugen einer Anpresskraft g aufgrund der Gewichtskraft einer Masse it is illustrated how the pushing alternatively by generating a pressing force due to the force of gravity g of a mass 30 30 unterstützt werden kann. can be supported. Auch hier ist zu erkennen, dass nach einem Kaltverschweißen der Übergang Here, too, it can be seen that after a cold welding of the transition 15 15 nur noch durch eine strichpunktierte Linie angedeutet werden kann. can be indicated only by a chain line. Die Fertigungsschritte der The manufacturing steps of 6 6 und and 7 7 lassen sich auch kombinieren, indem die Masse can also be combined by the mass 30 30 in einer Vakuumkammer in a vacuum chamber 28 28 Verwendung findet. is used.

Claims (11)

  1. Verfahren zum Erzeugen einer kühlbaren elektronischen Komponente ( A method of producing a coolable electronic component ( 12 12 , . 16 16 ), wobei die elektronische Komponente ( ), Wherein the electronic component ( 12 12 , . 16 16 ) eine Grenzfläche ( ) An interface ( 21 21 ) zur Verfügung stellt, auf der ein Kühlelement ( ) Makes available, on a cooling element ( 13 13 ) mit einer Montagefläche ( ) (Having a mounting surface 22 22 ) montiert werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass • die Grenzfläche ( ) Can be mounted, characterized in that • the interface ( 21 21 ) und die Montagefläche ( ) And the mounting surface ( 22 22 ) hinreichend glatt ausgeführt werden, damit diese auf Grund von Adhäsionskräften aneinander haften, • das Kühlelement ( ) Are designed to be sufficiently smooth so that they adhere to each other due to adhesion forces, • the cooling element ( 13 13 ) und die elektronische Komponente ( ) And the electronic component ( 12 12 , . 16 16 ) über die Grenzfläche ( ) (Across the interface 21 21 ) und die Montagefläche ( ) And the mounting surface ( 22 22 ) durch Anschieben miteinander verbunden werden. ) Are connected together by pushing.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Komponente durch ein elektronisches Bauelement ( A method according to claim 1, characterized in that the electronic component (an electronic component by 12 12 ) oder die elektronische Baugruppe ( ) Or the electronic assembly ( 16 16 ) ausgebildet ist. ) is trained.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Komponente ( A method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the electronic component ( 12 12 , . 16 16 ) und das Kühlelement ( ) And the cooling element ( 13 13 ) durch Kaltverschweißen bleibend miteinander verbunden werden. ) Are connected to each other by cold welding to change.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kaltverschweißen der elektronische Komponente ( A method according to claim 3, characterized in that the cold welding of the electronic component ( 12 12 , . 16 16 ) mit dem Kühlelement ( ) (With the cooling element 13 13 ) nach dem Anschieben unterstützt wird, indem die elektronische Komponente ( ) Is supported by the pushing by the electronic component ( 12 12 , . 16 16 ) und das Kühlelement ( ) And the cooling element ( 13 13 ) zusammengepresst werden. are pressed together).
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusammenpressen durch Einbringen der mit dem Kühlelement ( A method according to claim 4, characterized in that the pressing together by introducing the (to the cooling element 13 13 ) versehenen elektronischen Komponente ( ) Provided with the electronic component ( 12 12 , . 16 16 ) in ein Vakuum unterstützt wird. ) Is supported in a vacuum.
  6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzfläche ( Method according to one of the preceding claims, characterized in that the interface ( 21 21 ) und die Montagefläche ( ) And the mounting surface ( 22 22 ) vor dem Anschieben von Verschmutzungen gereinigt werden. ) Be cleaned before pushing of dirt.
  7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzfläche ( Method according to one of the preceding claims, characterized in that the interface ( 21 21 ) und die Montagefläche ( ) And the mounting surface ( 22 22 ) vor dem Anschieben poliert werden. ) Are polished before pushing.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Komponente ( A method according to claim 7, characterized in that the electronic component ( 12 12 , . 16 16 ) vor dem Anschieben mit demjenigen Material beschichtet wird, aus dem das Kühlelement ( ) Is coated with that material prior to pushing, from which the cooling element ( 13 13 ) besteht. ) consists.
  9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzfläche ( Method according to one of the preceding claims, characterized in that the interface ( 21 21 ) und/oder die Montagefläche ( () And / or the mounting surface 22 22 ) mit einer Schutzschicht ( ) (With a protective layer 27 27 ) versehen werden, die unmittelbar vor dem Anschieben entfernt wird. which is removed immediately before the pushing be provided).
  10. Baugruppe mit einer elektronischen Komponente ( (Module with an electronic component 12 12 , . 16 16 ) und einem Kühlelement ( ) And a cooling element ( 13 13 ), welches mit der elektronischen Komponente ( ), Which (with the electronic component 12 12 , . 16 16 ) in Kontakt steht, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontakt an einem Übergang ( ) Is in contact, characterized in that the contact at a junction ( 15 15 ) zwischen der elektronischen Komponente ( ) (Between the electronic component 12 12 , . 16 16 ) und dem Kühlelement ( ) And the cooling element ( 13 13 ) aus einer unmittelbaren stoffschlüssigen Verbindung ohne Fügehilfsstoffe besteht. ) Consists of a direct material connection joining without excipients.
  11. Baugruppe nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang ( Assembly according to claim 10 characterized in that the transition ( 15 15 ) plan ausgebildet ist. ) Is planar.
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