DE102015219565A1 - Kühlkörper, Verfahren zur Herstellung eines Kühlkörpers und Elektronikmodul mit einem Kühlkörper - Google Patents

Kühlkörper, Verfahren zur Herstellung eines Kühlkörpers und Elektronikmodul mit einem Kühlkörper Download PDF

Info

Publication number
DE102015219565A1
DE102015219565A1 DE102015219565.1A DE102015219565A DE102015219565A1 DE 102015219565 A1 DE102015219565 A1 DE 102015219565A1 DE 102015219565 A DE102015219565 A DE 102015219565A DE 102015219565 A1 DE102015219565 A1 DE 102015219565A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
layer
heat sink
ceramic
shielding layer
ceramic body
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
DE102015219565.1A
Other languages
English (en)
Inventor
Erich Mattmann
Michael Nitzschke
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.)
Continental Automotive GmbH
Original Assignee
Continental Automotive GmbH
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 Continental Automotive GmbH filed Critical Continental Automotive GmbH
Priority to DE102015219565.1A priority Critical patent/DE102015219565A1/de
Publication of DE102015219565A1 publication Critical patent/DE102015219565A1/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
    • H01L23/3731Ceramic materials or glass
    • 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
    • H01L23/3735Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001Core members of the layer connector
    • H01L2224/29099Material
    • H01L2224/291Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321Disposition
    • H01L2224/32151Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • 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
    • H01L23/3736Metallic materials
    • 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
    • H01L23/46Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/552Protection against radiation, e.g. light or electromagnetic waves
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/28Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L24/29Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/31Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L24/32Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1305Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1306Field-effect transistor [FET]
    • H01L2924/13091Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/19Details of hybrid assemblies other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/191Disposition
    • H01L2924/19101Disposition of discrete passive components
    • H01L2924/19107Disposition of discrete passive components off-chip wires
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/30Technical effects
    • H01L2924/301Electrical effects
    • H01L2924/3025Electromagnetic shielding

Abstract

Es wird ein Kühlkörper (K) beschrieben, der mindestens einen Keramikkörper (12) umfasst. Ferner ist mindestens eine Leiterbahnschicht (70) vorgesehen, die sich auf dem Keramikkörper (12) befindet. Mindestens eine Abschirmungsschicht (50) erstreckt sich innerhalb des Keramikkörpers (12) entlang der Leiterbahnschicht (70) und beabstandet zur Leiterbahnschicht (70). Ferner werden ein Verfahren zur Herstellung eines Kühlkörpers (K) und ein Elektronikmodul (10) mit einem Kühlkörper (K) beschrieben.

Description

  • Es ist bekannt, Verlustwärme von elektrischen Bauelementen mittels eines Kühlkörpers abzuführen. Es werden häufig Aluminiumkühlkörper verwendet, da diese gute Wärmeleitungseigenschaften bei gleichzeitig akzeptablen Materialkosten aufweisen.
  • Weiterhin sind etwa im Bereich der Fahrzeugtechnik Wechselrichter bekannt, die verwendet werden, um etwa eine elektrische Maschine anzutreiben. Wechselrichter weisen elektrische Bauelemente auf, die zu kühlen sind. Da Wechselrichter hohe Schaltfrequenzen aufweisen und bei den steigenden Integrationsdichten in der Fahrzeugtechnik Probleme hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit auftreten, werden neben elektrischen Filtern vorzugsweise metallische Gehäusekomponenten verwendet, um einen Abschirmungseffekt zu erreichen. Hierbei wird der Kühlkörper üblicherweise so angeordnet, dass der metallische Kühlkörper einen möglichst großen Abschirmungseffekt aufweist.
  • Jedoch haben metallische Kühlkörper den Nachteil, dass besondere Maßnahmen zur elektrischen Isolation erforderlich sind, insbesondere wenn ein flüssiges Wärmemedium verwendet wird.
  • Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, die diesen Nachteil zumindest teilweise verringert.
  • Darstellung der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Ausgestaltungen und Eigenschaften ergeben sich mit den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
  • Es wird ein Kühlkörper mit mindestens einen Keramikkörper beschrieben. Auf dem Keramikkörper befindet sich mindestens eine Leiterbahnschicht. Dadurch kann der Keramikkörper der Wärmeableitung, der elektrischen Isolation und als Träger der Leiterbahnschicht dienen. Innerhalb des Keramikkörpers befindet sich eine Abschirmungsschicht. Die Abschirmungsschicht ist eine elektrische leitende Schicht, insbesondere eine metallische Schicht. Die Abschirmungsschicht erstreckt sich innerhalb des Keramikkörpers. Die Abschirmungsschicht erstreckt sich ferner entlang der Leiterbahnschicht. Die Abschirmungsschicht ist zur Leiterbahnschicht beabstandet. Zwischen der Abschirmungsschicht und der Leiterbahnschicht befindet sich ein Abschnitt des Keramikkörpers. Dieser Abschnitt trennt die Abschirmungsschicht von der Leiterbahnschicht. Die Leiterbahnschicht wird daher von der Abschirmungsschicht nicht kurzgeschlossen.
  • Die Abschirmungsschicht weist einen elektrischen Anschluss auf. Dieser ist vorzugsweise eingerichtet, mit einem Masse- oder Versorgungspotential verbunden zu werden. Der elektrische Anschluss kann eine Kontaktfläche an einer Seitenfläche des Kühlkörpers umfassen oder kann einen Fortsatz aufweisen, der aus dem Keramikkörper heraus ragt. Die Kontaktfläche kann beispielsweise eine Lötschicht aufweisen. Es kann ein Kontaktierungselement vorgesehen sein, dass die Abschirmungsschicht mit einem elektrischen Anschluss versieht.
  • Die Abschirmungsschicht kann als gesinterte Metallschicht ausgebildet sein. Ferner kann die Abschirmungsschicht als Metallblech oder als Metallkaschierung ausgebildet sein. Die Abschirmungsschicht kann auf einem Abschnitt des Keramikkörpers aufgebracht sein, wobei der Abschnitt als Träger dient.
  • Der Keramikkörper ist vorzugsweise ein gesinterter Keramikkörper. Ferner ist der Kühlkörper aus gesintertem Material geschaffen, wobei die Leiterbahnschicht auch aus nicht gesintertem Material beschaffen sein kann. Insbesondere ist der Keramikkörper und gegebenenfalls die Abschirmungsschicht eine Niedertemperatur-Einbrand-Keramik (Low Temperature Cofired Ceramics, LTCC). Dies kann auch für die Leiterbahnschicht gelten.
  • Der gesinterte Keramikkörper kann mehrere gesinterte Keramikschichten aufweisen. Die mindestens eine Abschirmungsschicht kann zwischen mindestens zwei der gesinterten Keramikschichten vorgesehen sein. Der gesinterte Keramikkörper kann zwei Keramikschichten aufweisen, zwischen denen sich die Abschirmungsschicht erstreckt. Auf einer dieser Keramikschichten kann sich die Leiterbahnschicht befinden. Die Keramikschicht zwischen der Leiterbahnschicht und der Abschirmungsschicht kann dünner sein als die andere Leiterbahnschicht.
  • Beispielsweise kann die Keramikschicht zwischen der Leiterbahnschicht und der Abschirmungsschicht eine Dicke von nicht mehr als 50, 80, 100, 150, 200, 300 oder 400 µm aufweisen. Die andere Keramikschicht, d.h. die Keramikschicht, welche sich auf der Seite der Abschirmungsschicht befindet, die der Leiterbahnschicht abgewandt ist, kann eine Dicke von mehr als 400, 500, 600, 700, 800, 1200 oder 1500 µm aufweisen. In einem Beispiel ist die erstgenannte Keramikschicht 200 µm dick und die zweitgenannte Keramikschicht ist 800 µm dick.
  • Die Leiterbahnschicht kann eine als Dickschicht ausgebildete Metallschicht oder eine kaltgasgespritzte Metallschicht sein. Die Leiterbahnschicht kann insbesondere aus Kupfer oder aus Aluminium oder aus einer Kupferlegierung oder aus einer Aluminiumlegierung sein. Die Leiterbahnschicht kann eine gesinterte Schicht sein.
  • In dem Keramikkörper kann ein Kühlkanal ausgebildet sein. Der Kühlkanal kann zwischen einer ersten Keramikschicht und einer Boden-Keramikschicht ausgebildet sein. Sowohl die ersten Keramikschicht als auch die Boden-Keramikschicht sind auf einer Seite der Abschirmungsschicht angeordnet, die der Leiterbahnschicht abgewandt ist. Es kann eine Zwischenschicht mit Ausnehmungen zwischen der Boden-Keramikschicht und der ersten Keramikschicht vorgesehen sein. Die Ausnehmungen definieren den Kühlkanal. Die erste Keramikschicht und die Boden-Keramikschicht sowie Seitenwände (der Ausnehmungen) in der Zwischenschicht bilden den Kühlkanal.
  • Die Keramikschichten sind aufeinander gestapelt; insbesondere die erste Keramikschicht, die Zwischenschicht und die Boden-Keramikschicht bilden (in dieser Reihenfolge) einen Stapel. Zudem bilden die Abschirmungsschicht, die ersten Keramikschicht, die Zwischenschicht und die Boden-Keramikschicht (in dieser Reihenfolge) einen Stapel. Ebenso bilden die Keramikschicht zwischen Abschirmungsschicht und Leiterbahnschicht, die Abschirmungsschicht selbst, die ersten Keramikschicht, die Zwischenschicht und die Boden-Keramikschicht einen Stapel.
  • Schließlich bilden Leiterbahnschicht, die Keramikschicht zwischen Abschirmungsschicht und Leiterbahnschicht, die Abschirmungsschicht selbst, die ersten Keramikschicht, die Zwischenschicht und die Boden-Keramikschicht einen Stapel. Die Keramikschichten können hierbei ineinander übergehen und als Abschnitte betrachtet werden, die keine materialtechnische Schnittstelle bilden. In dem Kühlkanal können Turbulatoren vorgesehen sein. Diese können von einer der Keramikschichten ausgebildet sein. Anstatt eines Kühlkanals kann der Kühlkörper auch mindestens einen Keramikkörper aufweisen, der Kühlpins oder Kühlfinnen aufweist, welche von einer Unterseite des Kühlkörpers weg stehen, wobei die Unterseite der Leiterbahnschicht entgegengesetzt ist.
  • Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung eines Kühlkörpers beschrieben. Es werden mehrere Keramikschichten als Grünling sowie eine Abschirmungsschicht gestapelt. Die Abschirmungsschicht befindet sich zwischen zwei der Keramikschichten. Entweder werden diese Keramikschichten und die Abschirmungsschicht zusammen so hergestellt, oder die Abschirmungsschicht wird auf eine der Keramikschichten aufgebracht, wobei auf die aufgebrachte Abschirmungsschicht die andere Keramikschicht aufgelegt wird. Die Abschirmungsschicht ist wie erwähnt mit einem elektrischen Anschlussbereich ausgestattet, etwa indem diese so geformt wird.
  • Es wird mindestens eine Metallschicht auf eine freie Oberseite einer der Keramikschichten als Grünling aufgebracht. Diese Metallschicht bildet die Leiterbahnschicht. Als freie Oberseite wird eine Oberseite bezeichnet, die nicht durch den genannten Schritt des Stapelns bereits mit einer Schicht belegt ist. Die Schichten werden dann gesintert.
  • Zumindest eine der Keramikschichten, die keine freie Oberfläche aufweist, wird mit Ausnehmungen versehen. Als Keramikschicht, die keine freie Oberfläche aufweist, werden zwischengelegte Keramikschichten bezeichnet, die weder die genannte Metallschicht bzw. Leiterbahnschicht tragen, noch die hierzu entgegengesetzte Oberfläche (entsprechend der Unterseite) aufweisen. Die Ausnehmungen bilden nach dem Sintern einen Kühlkanal. Die Ausnehmungen erstrecken sind vorzugsweise entlang einer Linie, wobei die Linie an einer Kante der betreffenden Keramikschicht beginnt und an einer Kante der betreffenden Keramikschicht endet, um so einen Zu- und einen Ablauf zu bilden.
  • Nach dem Sintern, insbesondere nach dem Ausbilden des gesinterten Keramikkörpers und der Leiterbahnschicht, wird der Kühlkörper bestückt, beispielsweise durch Aufbringen von Lotmaterial und durch Montieren von elektrischen oder elektronischen Bauelementen mittels des Lotmaterials. Insbesondere kann als Bauelement zumindest ein ungehäustes Halbleiterbauelement montiert werden, insbesondere IGBTs oder MOSFETs, die beispielsweise die Schalter eines Wechselrichters bilden können, etwa eine B6C-Brücke oder eine andere steuerbare Brücke mit mehr als drei Phasen.
  • Es wird zudem ein Elektronikmodul mit einem Kühlkörper beschrieben, wobei der Kühlkörper wie hier erwähnt ausgebildet ist. Das Elektronikmodul weist mindestens ein elektrisches Leistungsbauelement auf. Das Leistungsbauelement kann ein Halbleiterbauelement sein, insbesondere ein ungehäustes Halbleiterbauelement. Es können beispielsweise. IGBTs oder MOSFETs montiert sein. Das Elektronikmodul kann ein Wechselrichter einer elektrischen Maschine sein, vorzugsweise einer elektrischen Maschine eines Kraftfahrzeugs. Das Elektronikmodul kann eine B6C-Brücke (aus Leistungsschaltern) oder eine andere steuerbare Brücke mit mehr als drei Phasen umfassen, wobei auch eine Treiberschaltung und eine Steuerschaltung in dem Elektronikmodul sein kann. Die Leistungsschalter sind der Treiberschaltung nachgeschaltet und die Steuerschaltung ist der Treiberschaltung vorgeschaltet. Die Leistungsschalter sind auf der Leiterbahnschicht montiert. Die Leiterbahnschicht ist in Leiterbahnen strukturiert. Ferner kann Steuerschaltung und/oder die Treiberschaltung auf der Leiterbahnschicht montiert sein.
  • Das Elektronikmodul kann eine elektrische Schaltung aufweisen, die das mindestens eine elektrische Leistungsbauelement umfasst, etwa der mindestens eine genannte Leistungsschalter.
  • Die elektrische Schaltung kann ein Masse- oder Versorgungspotential aufweisen, das mit der Abschirmungsschicht elektrisch verbunden ist. Eine Keramikschicht zwischen der Leiterbahnschicht und der Abschirmungsschicht kann einen Durchgang aufweisen, durch den hindurch sich ein Teil der Abschirmungsschicht oder ein damit verbundenes (gesintertes) Verbindungselement hindurch erstreckt. Über diesen Teil bzw. über dieses Verbindungselement ist die Abschirmungsschicht mit dem mindestens einen Leistungsbauelement bzw. mit einer Masse- oder Versorgungsschiene der elektrischen Schaltung des Elektronikmoduls verbunden.
  • Die 1 zeigt ein beispielhaftes Elektronikmodul 10, insbesondere einen Wechselrichter oder einen DC/DC-Wandler. Das Elektronikmodul 10 verfügt über einen Kühlkörper 12, auf dem eine Leiterbahnschicht 70 mit Leiterbahnen angeordnet ist. Der Kühlkörper 12 umfasst einen Keramikkörper (K). Eine Abschirmungsschicht 50 befindet sich innerhalb des Keramikkörpers 12.
  • Die Abschirmungsschicht 50 erstreckt sich entlang der Leiterbahnschicht 70 und ist zu dieser beabstandet. Zwischen der Abschirmungsschicht 50 und der der Leiterbahnschicht 70 befindet sich die Keramikschicht 60 des Keramikkörpers K. Der Keramikkörper K umfasst ferner eine Keramikschicht 20, auf der eine Keramikschicht 30 angeordnet ist, die Ausnehmungen aufweist, welche einen Kühlkanal 32 bilden. Die Schicht 30 kann als Zwischenschicht bezeichnet werden. Die Schicht 20 kann als Bodenschicht bezeichnet werden, da sie die unterste Schicht darstellt. Die Schicht 40 kann als erste Schicht bezeichnet werden und bildet den Träger für die Abschirmungsschicht 50, die auf die Schicht 40 folgt. Auf der Abschirmungsschicht 50 befindet sich die Keramikschicht 60, welche zwischen der Abschirmungsschicht 50 und Leiterbahnschicht 70 ausgebildet ist. Die dargestellten Schichten bilden einen Stapel. Die Leiterbahnschicht 70 ist auf einer freien Oberfläche 62 der Keramikschicht 60 gebildet. Die Keramikschicht 60 kann als Trennschicht bezeichnet werden, da sie die Leiterbahnschicht 70 von der Abschirmungsschicht 50 elektrisch isoliert bzw. trennt. Die Trennschicht, d.h. die Keramikschicht 60 ist dünner als die erste Schicht, d.h. als die Keramikschicht 40.
  • Die Abschirmungsschicht 40 weist einen elektrischen Anschluss 42 seitlich an dem Keramikkörper auf. Der elektrischen Anschluss 42 kann auch an einer anderen Stelle als dargestellt angeordnet sein. Der elektrischen Anschluss 42 ist direkt elektromechanisch mit der Keramikschicht 40 verbunden. An der Keramikschicht 440 ist seitlich ein elektrischer Anschlussbereich 42' vorgesehen, an dem der elektrischen Anschluss 42 an der Keramikschicht 40 befestigt ist, entweder direkt, etwa durch einstückige Ausbildung des elektrischen Anschlusses 42 mit der Keramikschicht 40 oder durch eine Lötverbindung auf dem Anschlussbereich 42'.
  • Die Keramikschichten 20, 30, 40, 60 sind insbesondere aus einer Keramik der Dickschicht-Hybridtechnik ausgebildet, beispielsweise aus Aluminiumoxid-Keramiksubstrat. Die Leiterbahnschicht 70 ist insbesondere aus Kupfer oder einer Kupferlegierung. Die Keramikschichten und gegebenenfalls auch die Leiterbahnschicht sind gesinterte Schichten. Die Leiterbahnschicht 70 kann auch aus Vollmaterial geschaffen sein, etwa in Form eines Kupferblechs oder einer Kaschierung, oder kann eine kaltgasgespritzte Schicht sein. Die Abschirmungsschicht 50 ist insbesondere aus Kupfer oder einer Kupferlegierung. Die Abschirmungsschicht 50 ist vorzugsweise ebenso eine gesinterte Schicht. Der Kühlkanal 32 ist mit Zugängen 34, 36 versehen, um einen Ablauf für den Kühlkanal 32 ausgebildet ist. Der Kühlkanal ist optional; der Keramikkörper kann auch nur die Komponenten mit den Bezugszeichen 40, 50, 60 und 42 bzw. 42' ausgebildet sein. Die Schichten 30 sowie 20 können daher weggelassen werden, etwa wenn kein Kühlkanal erwünscht ist.
  • Das dargestellte Elektronikmodul 10 umfasst neben dem Kühlkörper K auch mindestens ein elektrisches Leistungsbauelement 90, das etwa mittels einer Lötschicht 80 auf der Leiterbahnschicht montiert sein kann. Es ergibt sich eine elektrische und thermische Kopplung. Das Elektronikmodul 10 weist ferner eine elektrische Schaltung auf, die das elektrische Leistungsbauelement 90 umfasst, und die ein Masse- oder Versorgungspotential 72 aufweist, das über eine Verbindung 74 mit der Abschirmungsschicht 42 elektrisch verbunden ist. Dies ist lediglich symbolhaft dargestellt; die Verbindung 74 kann durch einen Leiter extern zum Keramikkörper 12 bzw. extern zum Kühlkörper K verlaufen oder kann sich durch die Keramikschicht 50 zu einer Leiterbahn der Leiterbahnschicht 60 oder zu einem darauf montierten oder einem Anschlusspunkt erstrecken. Die in 1 dargestellten Größenverhältnisse sind nicht massstabsgestreu. Die 1 dient lediglich zur symbolhaften Darstellung des hier beschriebenen Aufbaus.
  • Die 2 stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Kühlkörpers (K) dar. In Schritt S1 werden mehrerer Keramikschichten 20, 30, 40, 60 als Grünling hergestellt. Hierbei werden die Schichten auf eine Unterlage aufgebracht und vorzugsweise kompaktiert, beispielsweise mittels einer Walze. Die Keramikschicht 30 wird mit Ausnehmungen versehen, etwa mittels Laserschneiden. Die Keramikschichten und ggf. die Abschirmungsschicht 50 können ferner zugeschnitten werden. Die Abschirmungsschicht 50 wird ebenso wie die Keramikschichten erzeugt, wobei jedoch ein leitendes Material verwendet wird.
  • Im nachfolgenden Schritt S2 werden die Schichten (als Grünlinge) übereinander gestapelt (bzw. laminiert). Die Schichten werden in der Reihenfolge 40, 50, 60 und insbesondere in der Reihenfolge 20, 30, 40, 50, 60 übereinander gestapelt. Ferner können die Schichten 40, 50 und 60 einzeln hergestellt und gestapelt werden, ggf. mit folgender Komprimierung und insbesondere mit darauf folgendem Zuschneiden, bevor diese auf die Schichten 20 und 30 (die ebenfalls ein einem eigenen Schritt gestapelt und ggf. komprimiert bzw. zugeschnitten werden) gestapelt werden. Das Aufbringen der mindestens einen Metallschicht 60, die nach dem Sintern S2 die Abschirmungsschicht bildet, kann als Teilschritt S2' des Schritts S2 betrachtet werden.
  • Nach dem Schritt S2 des Stapelns werden die gestapelten Schichten im Schritt S3 gesintert. Nach dem Schritt S3 des Sinterns werden wird der gesinterte Keramikkörper in Schritt S4 in einem Zerspanungsprozess in eine erwünschte Form gebracht, etwa durch entfernen von Sinterresten an den Kanten und Seiten. Hierbei kann der Keramikkörper auch zugeschnitten werden.
  • Ferner wird die Leiterbahnschicht in Schritt S5 aufgebracht. Dieser Schritt kann auf das Stapeln des Schritts S2 folgen, siehe Schritt S5'. Der Schritt kann ferner als Schritt S5'' während des Herstellens der Grünlinge in Schritt S1 durchgeführt werden, wobei nach der Herstellung der Keramikschicht 60 als Grünling die Leiterbahnschicht als Grünling aufgebracht wird, und kann insbesondere vor dem Sintern in Schritt S3 geschehen. Dabei kann die Leiterbahnschicht als Grünling vorzugsweise bereits in Leiterbahnen bzw. Kontaktflächen strukturiert aufgebracht werden. Alternativ wird die Leiterbahnschicht durch Befestigen der Leiterbahnschicht als Blech oder Kaschierung in einem Schritt S5''' nach dem Sintern ausgeführt, wobei die Leiterbahnschicht auf den gesinterten Keramikkörper aufgebracht wird und beispielsweise nach dem Aufbringen strukturiert werden kann.
  • Nach der Fertigstellung des Kühlkörpers kann der Kühlkörper bestückt werden, etwa durch Montage des mindestens einen Halbleiters bzw. der Bauelemente der elektrischen Schaltung, etwa durch Löten. Ferner wird nach oder durch die Fertigstellung des Kühlkörpers die Verbindung 74 hergestellt, d.h. die Abschirmungsschicht 50 wird mit dem Potential 72 verbunden, etwa durch Sintern der Grünlinge, wenn sich die Abschirmungsschicht 50 elektrisch durch die Schicht 60 hindurch mit der Leiterbahnschicht 70 verbindet, oder durch Anbringen eines entsprechenden Leiters, der sich von dem elektrischen Anschluss 42 zur Leiterbahnschicht erstreckt, wie in 1 dargestellt ist.
  • Die dargestellten Vorrichtungen und Verfahren eignen sich insbesondere für den Fahrzeugbau, beispielsweise für Schaltungen zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine und/oder zum Verarbeitung von elektrischer Energie, die von der elektrischen Maschine geliefert wird.

Claims (11)

  1. Kühlkörper (K), aufweisend: mindestens einen Keramikkörper (12); mindestens eine Leiterbahnschicht (70), die sich auf dem Keramikkörper (12) befindet; und mindestens eine Abschirmungsschicht (50), die sich innerhalb des Keramikkörpers (12) entlang der Leiterbahnschicht (70) und beabstandet zur Leiterbahnschicht (70) erstreckt.
  2. Kühlkörper (K) nach Anspruch 1, wobei die Abschirmungsschicht (40) einen elektrischen Anschluss (42) aufweist, der eingerichtet ist, mit einem Masse- oder Versorgungspotential (72) verbunden zu werden.
  3. Kühlkörper nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Abschirmungsschicht (50) als gesinterte Metallschicht, als Metallblech oder als Metallkaschierung ausgebildet ist.
  4. Kühlkörper nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Keramikkörper (12) ein gesinterter Keramikkörper ist.
  5. Kühlkörper nach Anspruch 4, wobei der gesinterte Keramikkörper (12) mehrere gesinterte Keramikschichten (20, 30, 40, 60) aufweist, wobei sich die mindestens eine Abschirmungsschicht (50) zwischen mindestens zwei der gesinterten Keramikschichten (40, 60) vorgesehen ist.
  6. Kühlkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Leiterbahnschicht (70) eine als Dickschicht ausgebildete Metallschicht oder eine kaltgasgespritzte Schicht ist.
  7. Kühlkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in dem Keramikkörper (30) ein Kühlkanal (32) ausgebildet ist.
  8. Verfahren zur Herstellung eines Kühlkörpers (K) mit den Schritten: – Stapeln (S2) mehrerer Keramikschichten (20, 30, 40, 60) als Grünling sowie einer Abschirmungsschicht (50), wobei die Abschirmungsschicht (50) zwischen zwei der Keramikschichten (40, 60) vorgesehen wird und die Abschirmungsschicht (50) mit einem elektrischen Anschlussbereich (42') ausgestattet ist; – Aufbringen mindestens einer Metallschicht (60) auf eine freie Oberseite (62) einer der Keramikschichten (60) als Grünling; und – Sintern der Schichten (S3).
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei zumindest eine der Keramikschichten (30), die keine freie Oberfläche aufweist, mit Ausnehmungen versehen wird, die nach dem Sintern einen Kühlkanal (32) bilden.
  10. Elektronikmodul (10) mit einem Kühlkörper (K) nach einem der Ansprüche 1–7, mit mindestens einem elektrischen Leistungsbauelement (90), das mit der Leiterbahnschicht (70) elektrisch verbunden ist und mit dem Keramikkörper (12) thermisch gekoppelt ist.
  11. Elektronikmodul (10) nach Anspruch 10 mit einer elektrischen Schaltung, die das elektrische Leistungsbauelement (90) umfasst, wobei die elektrische Schaltung ein Masse- oder Versorgungspotential (72) aufweist, das mit der Abschirmungsschicht (42) elektrisch verbunden ist.
DE102015219565.1A 2015-10-09 2015-10-09 Kühlkörper, Verfahren zur Herstellung eines Kühlkörpers und Elektronikmodul mit einem Kühlkörper Ceased DE102015219565A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015219565.1A DE102015219565A1 (de) 2015-10-09 2015-10-09 Kühlkörper, Verfahren zur Herstellung eines Kühlkörpers und Elektronikmodul mit einem Kühlkörper

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015219565.1A DE102015219565A1 (de) 2015-10-09 2015-10-09 Kühlkörper, Verfahren zur Herstellung eines Kühlkörpers und Elektronikmodul mit einem Kühlkörper

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102015219565A1 true DE102015219565A1 (de) 2017-04-13

Family

ID=58405950

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102015219565.1A Ceased DE102015219565A1 (de) 2015-10-09 2015-10-09 Kühlkörper, Verfahren zur Herstellung eines Kühlkörpers und Elektronikmodul mit einem Kühlkörper

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102015219565A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020205979A1 (de) 2020-05-12 2021-11-18 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Leistungsmodul mit einer Wärmesenke

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005037040A1 (de) * 2005-08-05 2007-02-08 Epcos Ag Elektrisches Bauelement
US20090002950A1 (en) * 2007-06-29 2009-01-01 Gertiser Kevin M Multi-layer electrically isolated thermal conduction structure for a circuit board assembly
DE102012106244A1 (de) * 2012-07-11 2014-05-28 Curamik Electronics Gmbh Metall-Keramik-Substrat

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005037040A1 (de) * 2005-08-05 2007-02-08 Epcos Ag Elektrisches Bauelement
US20090002950A1 (en) * 2007-06-29 2009-01-01 Gertiser Kevin M Multi-layer electrically isolated thermal conduction structure for a circuit board assembly
DE102012106244A1 (de) * 2012-07-11 2014-05-28 Curamik Electronics Gmbh Metall-Keramik-Substrat

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020205979A1 (de) 2020-05-12 2021-11-18 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Leistungsmodul mit einer Wärmesenke

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102006009021B4 (de) Halbleiterbauelement mit Elektrodenteil
EP3008753B1 (de) Leistungsmodul
EP2724597B1 (de) Elektronische baugruppe und verfahren zu deren herstellung
EP3386934B1 (de) Kupfer-keramik-substrat, kupferhalbzeug zur herstellung eines kupfer-keramik-substrats und verfahren zur herstellung eines kupfer-keramik-substrats
DE102005047567B3 (de) Leistungshalbleitermodul mit Isolationszwischenlage und Verfahren zu seiner Herstellung
DE102011104928A1 (de) Kühlungsaufbau eines Kondensators und Umrichtereinrichtung
DE102014101238A1 (de) In Leiterplatten eingebettetes Leistungsmodul
DE102018104972B4 (de) Leiterplattenelement mit integriertem elektronischen Schaltelement, Stromrichter und Verfahren zum Herstellen eines Leiterplattenelements
DE112018006370T5 (de) Halbleitereinrichtung
DE102009000514A1 (de) Verbundbauteil sowie Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteil
DE102014010373A1 (de) Elektronisches Modul für ein Kraftfahrzeug
EP2108190B1 (de) Elektronisches bauelementmodul und verfahren zu dessen herstellung
DE102016214607B4 (de) Elektronisches Modul und Verfahren zu seiner Herstellung
DE102004058806A1 (de) Schaltungsstruktur auf einem Kühlkörper und Verfahren zur Herstellung derartiger Schaltungsstrukturen
EP3146563A1 (de) Kommutierungszelle
DE102011078806B4 (de) Herstellungsverfahren für ein leistungselektronisches System mit einer Kühleinrichtung
DE102015219565A1 (de) Kühlkörper, Verfahren zur Herstellung eines Kühlkörpers und Elektronikmodul mit einem Kühlkörper
DE102013200652A1 (de) Vorrichtung zum Schalten hoher Ströme
EP3384527B1 (de) Elektronisches leistungsmodul
DE102017109515A1 (de) Halbleiteranordnung und Verfahren zu deren Herstellung
DE10217214B4 (de) Kühlanordnung für eine Schaltungsanordnung
DE102014109385A1 (de) Elektronische Bauteilanordnung
DE102018217607A1 (de) Halbleiterbauelement-Anordnung, Verfahren zu deren Herstellung sowie Entwärmungseinrichtung
DE102011005933A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines von einer Moldmasse umgebenen Schaltungsträgers
DE102012215656A1 (de) Leistungshalbleitermodul und Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls

Legal Events

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