DE102016220755A1 - Wärme ableitende Anordnung und Verfahren zur Herstellung der Anordnung - Google Patents

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Abstract

Bereitgestellt wird eine Wärme ableitende Anordnung, umfassend eine Leiterplatte (2) mit darauf angeordneten elektrisch leitfähigen und/oder elektronischen Komponenten (3), und ein auf der Leiterplatte (2) und über den Komponenten (3) angeordnetes Wärmeableitelement (1), wobei das Wärmeableitelement (1) an einer oder mehreren vorgegebenen Oberflächenbereichen, an denen es mit einem oder mehreren Komponenten (3) in Kontakt steht, eine poröse Oberfläche (100) aufweist, und wobei die poröse Oberfläche (100) mit einem wärmeleitenden Medium versehen ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärme ableitende Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung der Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9.
  • Wärmeableitelemente wie Kühlkörper in der Leistungselektronik und in Steuergeräten dienen zur Kühlung unterschiedlichster Komponenten, z.B. von Bauteilen oder Strukturen auf der Leiterplatte. Durch Toleranzen und vorhandene Oberflächenbeschaffenheit ist ein direkter Kontakt des Kühlkörpers zu den Komponenten für die Wärmeleitung nicht optimal. Deshalb war es bei bisher bekannten Entwärmungsstrategien zur besseren Wärmeanbindung notwendig, eine spaltüberbrückende und wärmeleitende Schicht einzubringen, wie in 1 gezeigt und mit Bezugszeichen 5 versehen. Eine solche spaltüberbrückende und wärmeleitende Schicht 5 kann eine Wärmeleitpaste oder ein sogenannter Gapfiller sein, der auf entsprechenden Komponenten 3 oder 4, also z.B. Bauteilen, Strukturen oder Vias auf der Leiterplatte 2 angeordnet ist. Sowohl eine Wärmeleitpaste als auch ein Gapfiller benötigen eine gewisse Schichtdicke, wobei die Wärmeleitfähigkeit solcher Medien in der Regel schlechter als die von Metall ist, wodurch die Entwärmung über den Kühlkörper 1 beeinflusst und die maximale Verlustleitung herabgesetzt wird.
  • Weitere Nachteile von bekannten Wärme ableitenden Anordnungen sind auch, dass bei einer Trennung der Bauteile die wärmeleitende Schicht 5 zerstört wird und damit nicht wieder verwendet werden kann. Außerdem ist bei der Herstellung ein separater Prozess-Schritt nötig, um die wärmeleitende Schicht 5 herzustellen.
  • Deshalb ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, eine Wärme ableitende Anordnung sowie ein Verfahren zur Herstellung der Anordnung bereitzustellen, durch welche die genannten Nachteile überwunden werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß eine Wärme ableitende Anordnung, umfassend eine Leiterplatte mit darauf angeordneten elektrisch leitfähigen und/oder elektronischen Komponenten, und ein auf der Leiterplatte und über den Komponenten angeordnetes Wärmeableitelement, wobei das Wärmeableitelement an einem oder mehreren vorgegebenen Oberflächenbereichen, an denen es mit einer oder mehreren Komponenten in Kontakt steht, eine poröse Oberfläche aufweist, und wobei die poröse Oberfläche mit einem wärmeleitenden Medium versehen ist.
  • In einer Ausgestaltung sind die Komponenten Bauteile, thermische Vias und/oder Leiterbahnen.
  • In einer Ausgestaltung ist das Wärmeableitelement ein Kühlkörper.
  • In einer Ausgestaltung ist die poröse Oberfläche mittels 3D-Druck oder einem Sinterprozess hergestellt.
  • In einer Ausgestaltung sind Zwischenräume zwischen dem Wärmeableitelement und der Leiterplatte mit dem Medium bedeckt.
  • In einer Ausgestaltung ist zumindest eine der porösen Oberflächen mit einem zweiten Medium versehen, das sich von dem Medium unterscheidet, mit dem eine oder mehrere andere der porösen Oberflächen versehen sind.
  • In einer Ausgestaltung ist das erste und/oder das zweite Medium ein Fluid und/oder wobei zumindest eine der porösen Oberflächen mit einem Wärme ableitenden Medium versehen wird.
  • In einer Ausgestaltung enthalten das erste und/oder das zweite Medium zwei oder mehr Fluide, die eine unterschiedliche Viskosität aufweisen.
  • In einer Ausgestaltung ist das erste und/oder das zweite Medium ein elektrisch isolierendes Medium.
  • Durch die Bereitstellung eines in direktem Kontakt mit der Wärmequelle, z.B. einem Bauteil, stehenden Wärmeableitelements, dessen Oberfläche eine poröse Schicht aufweist, welche mit einem Medium versehen wird, z.B. in ein Fluid getaucht bzw. damit getränkt wird, und somit aufgefüllt ist, wird die Wärmeableitfähigkeit der gesamten Anordnung verbessert. Zudem können die einzelnen Teile der Anordnung wieder verwendet werden, d.h. das Wärmeableitelement kann von der Leiterplatte getrennt werden und wieder auf diese oder eine andere aufgesetzt werden, ohne dass dabei Strukturen zerstört werden. Ferner können unterschiedliche Medien, z.B. unterschiedliche Fluide für jede Komponente verwendet werden, je nach Anwendung, da die poröse Oberfläche bzw. die entsprechenden dort vorhandenen porösen Strukturen für jede Komponente separat getränkt bzw. gefüllt werden kann. Durch die Herstellung des Wärmeableitelements mit der porösen Oberfläche aus einem Stück wird ein Prozess-Schritt eingespart. Die in gewissen Bereichen flexible poröse Schicht kann sich der Kühlkörper an mögliche Toleranzen der Bauteile anpassen. Ferner wird durch das Tränken der porösen Schicht mit einem Fluid ein Füllen von Zwischenräumen zwischen Kühlkörper und Leiterplatte, die bei der Montage auftreten können, ermöglicht. Somit wird die Wärmeableitung weiter verbessert.
  • Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung einer Wärme ableitenden Anordnung bereitgestellt, umfassend eine Leiterplatte mit darauf angeordneten elektrisch leitfähigen und/oder elektronischen Komponenten, und ein auf der Leiterplatte und über den Komponenten anzuordnendes Wärmeableitelement, wobei in einem ersten Schritt das Wärmeableitelement derart hergestellt wird, dass an vorgegebenen Oberflächenbereichen davon jeweils eine poröse Struktur entsteht, in einem zweiten Schritt jede der porösen Strukturen mit einem Wärme ableitenden Medium versehen wird, und in einem dritten Schritt das Wärmeableitelement derart auf die mit elektrisch leitfähigen oder elektronischen Komponenten bestückte Leiterplatte angeordnet wird, dass jede der mit dem Medium versehenen porösen Strukturen in Kontakt mit einer zugehörigen Komponente steht.
  • In einer Ausgestaltung wird Wärmeableitelement mit den porösen Oberflächenbereichen in einem einzigen Prozess-Schritt mittels eines 3D-Druckverfahrens oder mittels eines Sinterprozesses hergestellt.
  • In einer weiteren Ausgestaltung ist jedes Medium ein elektrisch isolierendes Medium und/oder ein Fluid, und/oder enthält zwei oder mehr Fluide, die eine unterschiedliche Viskosität aufweisen, und/oder wobei zumindest eine der porösen Strukturen mit einem Wärme ableitenden Medium getränkt wird.
  • Für das Verfahren ergeben sich dieselben Vorteile wie für die Anordnung. Vorteilhaft ist besonders, dass im Vergleich zu bekannten Verfahren ein Prozess-Schritt eingespart werden kann, um eine Wärmeleitpaste oder einen Gapfiller zwischen das Wärmeableitelement und die Leiterplatte einzubringen.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
    • 1 zeigt eine Ansicht einer Wärme ableitende Anordnung gemäß dem Stand der Technik.
    • 2 zeigt eine Ansicht einer Wärme ableitenden Anordnung gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
    • 3 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
  • In den nachfolgenden Figurenbeschreibungen sind gleiche Elemente bzw. Funktionen mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Für eine bessere Wärmeanbindung zwischen Wärmeableitelement und den auf einer Leiterplatte angeordneten Bauteilen bzw. Strukturen und/oder Vias, insbesondere thermischen Vias, wird erfindungsgemäß auf eine Zwischenschicht verzichtet, es werden also keine Wärmeleitpasten oder Gapfiller verwendet. Um das Wärmeableitelement dennoch wärmeleitend anzubinden wird die Oberfläche des Wärmeableitelements entsprechend wie nachfolgend beschrieben ausgeführt.
  • 2 zeigt eine Ansicht einer Wärme ableitenden Anordnung gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. Die Wärme ableitende Anordnung kann als Bestandteil eines Leistungsmoduls ausgeführt sein. Gezeigt ist ein Wärmeableitelement 1, das auf einer mit Bauteilen 3 bestückten oder mit Strukturen oder Vias, insbesondere thermischen Vias 4, versehenen Leiterplatte 2 montiert ist. Das Wärmeableitelement 1 kann als Kühlkörper oder in einer anderen geeigneten Form ausgebildet sein. Die Leiterplatte 2 kann für ein Steuergerät oder für Anwendungen der Leistungselektronik ausgebildet sein und umfasst für die jeweilige Anwendung geeignete Bauteile 3 oder in die Leiterplatte 2 eingebrachte Strukturen 3, z.B. thermische Vias 4 oder Leiterbahnen 3, z.B. insbesondere Hochstromabschnitte davon. Allgemein werden nachfolgend die auf der Leiterplatte 2 angeordneten Bauteile 3, Vias 4 oder Strukturen 3 als Komponenten bezeichnet. Diese Komponenten sind also zu kühlende Komponenten, vorzugsweise entweder elektronische Komponenten 3 oder elektrisch leitfähige Komponenten 3 bzw. 4 oder eine Mischung daraus, je nach Anwendung.
  • Das Wärmeableitelement 1 ist derart geformt oder wird derart gebildet, z.B. mittels 3D-Druck, dass es auf der Seite, mit der es auf der Leiterplatte 2 angeordnet, also befestigt, ist bzw. wird, Aussparungen für nicht in die Leiterplatte 2 integrierte Komponenten 3, also z.B. elektronische Bauteile, die aus der Leiterplatte 2 herausragen, aufweist. Somit kann das Wärmeableitelement 1 passgenau auf bzw. über allen Komponenten 3, 4 der Leiterplatte 2 angeordnet werden, ohne dass aufgrund von auf der Leiterplatte 2 angeordneten Bauteilen 3 (also aus der Leiterplatte 2 herausragenden) bei anderen Strukturen 3, 4 ein größerer Abstand zum Wärmeableitelement 1 in Kauf genommen werden muss. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Wärmeableitelement 1 mittels eines Druckverfahrens über der Leiterplatte und den Komponenten 3 aufgebaut bzw. aufgedruckt wird, da hier um jede Komponente 3 individuell herum gedruckt werden kann.
  • Ferner zeigt 2, dass die jeweiligen Oberflächenbereiche des Wärmeableitelements 1, die in Kontakt mit den Bauteilen, Strukturen 3 und/oder den Vias 4 sind, eine poröse Struktur 100 aufweisen. Diese poröse Struktur 100 ist bevorzugt mit einem Fluid versehen. Bevorzugt wurde sie damit getränkt, so dass der Begriff „in Kontakt“ sich darauf bezieht, dass eine feuchte Anbindung zwischen Bauteilen bzw. Strukturen 3 oder/und Vias 4 mit dem Wärmeableitelement 1 erreicht wird. Genauer weist die Oberfläche des Wärmeableitelements 1 vor allem bei zu entwärmenden Bauteilen 3, Strukturen 3 oder Vias 4 offenporige Abschnitte mit poröser Struktur auf. Diese Abschnitte werden ähnlich wie bei Bronze-Sinterlagern mit einem wärmeleitenden Medium, insbesondere einem Fluid, gefüllt bzw. getränkt. Dieses Fluid kann jedes wärmeleitende Fluid sein, wobei auch unterschiedliche Fluide verwendet werden können. Beispielsweise kann bei heißen Bauteilen 3 ein spezielles Fluid verwendet werden, das sich von dem für andere Bauteile 3, z.B. warme Bauteile, oder Strukturen 3 oder Vias 4 verwendeten Fluid unterscheidet. Zudem kann die Viskosität variiert werden bzw. das Medium, mit dem die poröse Oberfläche gefüllt wird, kann aus unterschiedlich viskosen Fluiden bestehen, z.B. Gelen oder Ölen etc. Hier sind Transformatorenöl oder andere Öle bevorzugt, wobei das Fluid insbesondere elektrisch isolierend ist.
  • Das Medium kann bei der Montage in geringen Mengen austreten und vorhandene, aufgrund von Toleranzen bei der Herstellung auftretende Zwischenräume zwischen dem Wärmeableitelement 1 und der Leiterplatte 2 werden mit einer aus dem Medium bestehenden dünnen, wärmeableitenden Schicht gefüllt. Somit wird die Wärmeableitung zusätzlich verbessert. Ein weiterer Vorteil der offenporigen Oberfläche ist, dass diese in einem gewissen Maße flexibel ist und somit Toleranzunterschiede zwischen den Bauteilen 3 und dem Wärmeableitelement bei der Montage ausgeglichen werden können, d.h. das Wärmeableitelement 1 passt sich in gewissem Maße den Bauteilen 3, vor allem den aus der Leiterplatte 2 herausragenden Bauteilen 3, an.
  • Die Größe und Art der Poren wird durch den Herstellungsprozess bestimmt und ist bzw. wird auf die jeweilige Anwendung angepasst bzw. durch den Fachmann bestimmt. Beim 3D-Druck wird beispielsweise die Lasertemperatur verringert oder erhöht, um den Grad der Verschmelzung zu regulieren und die gewünschte Struktur zu erhalten. Diese Verfahren sind bekannt und werden hier nicht näher beschrieben. Die offenporige Struktur muss lediglich angepasst sein, um die entsprechenden abzudeckenden Bauteile, Strukturen oder Vias an den Kühlkörper zur Entwärmung anzubinden. Das heißt, dass je nach abzudeckendem Bauteil Poren mit einer gröberen Struktur oder tiefer in das Wärmeableitelement eindringenden Poren, die mehr von dem Medium aufnehmen können oder dadurch eine etwas flexiblere Oberfläche bereitstellen, verwendet werden können, um den gewünschten Effekt zu erzielen.
  • Als Medium ist nicht notwendigerweise ein Fluid zu verwenden. Es kann auch ein anderes geeignetes Medium verwendet werden, das die entsprechenden Eigenschaften aufweist.
  • In 3 ist ein Ablaufdiagramm zur Herstellung der erfindungsgemäßen Anordnung gezeigt. In einem ersten Schritt S1 wird das Wärmeableitelement 1 mit der oben beschriebenen Struktur hergestellt. Diese Herstellung kann mittels 3D-Druck erfolgen, da durch die selektive Sinterung eine besonders filigrane Struktur bzw. Körnung erstellt werden kann. Somit entstehen offene Poren, die durch mechanische Verfahren, z.B. Fräsen, in dieser Art und Qualität nicht herstellbar sind. Mittels des Druckverfahrens kann gezielt die Laserleistung bei dem Verschmelzen der Oberflächenschicht verringert werden, um so nur ein leichtes Verschmelzen zu erreichen. Die verbleibenden nicht geschmolzenen Partikel bilden dann die das Medium aufnehmenden Poren. Alternativ zum 3D-Druck kann das Wärmeableit-element 1 auch durch ein traditionelles Sinterverfahren hergestellt werden. In einem zweiten Schritt S2 wird jede der porösen Strukturen mit einem Medium gefüllt. Das Füllen geschieht durch Tränken oder mittels Injektion. Andere Methoden zur Füllung der Struktur sind ebenfalls verwendbar. In einem dritten Schritt S3 wird das Wärmeableitelement 1 derart auf der mit elektrisch leitfähigen oder elektronischen Komponenten 3, 4 bestückte Leiterplatte 2 angeordnet, dass jede der porösen Strukturen in Kontakt mit einer zugehörigen Komponente 3, 4 steht, d.h. dass eine feuchte Anbindung zwischen Wärmeableitelement 1 und Bauteilen 3 bzw. Strukturen 3 bzw. Vias 4 über das Medium, mit dem die Poren getränkt bzw. gefüllt sind, entsteht.
  • Durch die erfindungsgemäße Wärme ableitende Anordnung und das Verfahren ist es nicht mehr nötig, eine Zwischenschicht zwischen Wärmeableitelement und Komponenten einzubringen. Somit wird ein Prozess-Schritt eingespart. Außerdem können durch das eingebrachte Medium vorhandene Zwischenräume, auch sehr kleine Zwischenräume, aufgefüllt bzw. überbrückt werden und gleichzeitig wird dadurch die Wärmeableitung verbessert. Durch das Füllen der Poren mit einem Medium, z.B. einem Fluid, kann eine dauerhafte feuchte Anbindung zwischen Komponenten und Wärmeableitelement hergestellt werden. Ferner wird es durch die feuchte Anbindung ermöglicht, dass die Teile mehrfach montiert werden können, das heißt, dass die wärmeableitende Wirkung durch erneutes Tränken in dem Medium wieder hergestellt werden kann.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Wärmeableitelement, z.B. Kühlkörper
    2
    Leiterplatte
    3
    Bauteile und/oder Strukturen
    4
    thermische Vias
    5
    Gapfiller
    100
    poröse Oberfläche des Wärmeableitelements, getränkt in Fluid

Claims (10)

  1. Wärme ableitende Anordnung, umfassend eine Leiterplatte (2) mit darauf angeordneten elektrisch leitfähigen und/oder elektronischen Komponenten (3), und ein auf der Leiterplatte (2) und über den Komponenten (3) angeordnetes Wärmeableitelement (1), wobei das Wärmeableitelement (1) an einer oder mehreren vorgegebenen Oberflächenbereichen, an denen es mit einem oder mehreren Komponenten (3) in Kontakt steht, eine poröse Oberfläche (100) aufweist, und wobei die poröse Oberfläche (100) mit einem wärmeleitenden Medium versehen ist.
  2. Wärme ableitende Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Komponenten (3) Bauteile, thermische Vias und/oder Leiterbahnen sind, und/oder wobei das Wärmeableitelement (1) ein Kühlkörper ist.
  3. Wärme ableitende Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die poröse Oberfläche (100) mittels 3D-Druck oder einem Sinterprozess hergestellt ist.
  4. Wärme ableitende Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Zwischenräume zwischen dem Wärmeableitelement (1) und der Leiterplatte (2) mit dem Medium bedeckt sind.
  5. Wärme ableitende Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eine der porösen Oberflächen (100) mit einem zweiten Medium versehen ist, das sich von dem Medium unterscheidet, mit dem eine oder mehrere andere der porösen Oberflächen (100) versehen sind.
  6. Wärme ableitende Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste und/oder das zweite Medium ein Fluid ist und/oder wobei zumindest eine der porösen Oberflächen (100) mit einem Wärme ableitenden Medium getränkt wird.
  7. Wärme ableitende Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste und/oder das zweite Medium zwei oder mehr Fluide enthalten, die eine unterschiedliche Viskosität aufweisen.
  8. Wärme ableitende Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste und/oder das zweite Medium ein elektrisch isolierendes Medium ist.
  9. Verfahren zur Herstellung der Wärme ableitenden Anordnung, umfassend eine Leiterplatte (2) mit darauf angeordneten elektrisch leitfähigen und/oder elektronischen Komponenten (3), und ein auf der Leiterplatte (2) und über den Komponenten (3) anzuordnendes Wärmeableitelement (1), wobei in einem ersten Schritt (S1) das Wärmeableitelement (1) derart hergestellt wird, dass an vorgegebenen Oberflächenbereichen davon jeweils eine poröse Struktur (100) entsteht, in einem zweiten Schritt (S2) jede der porösen Strukturen (100) mit einem Wärme ableitenden Medium versehen wird, und in einem dritten Schritt (S3) das Wärmeableitelement (1) derart auf die mit elektrisch leitfähigen oder elektronischen Komponenten (3) bestückte Leiterplatte (2) angeordnet wird, dass jede der mit dem Medium versehenen porösen Strukturen (100) in Kontakt mit einer zugehörigen Komponente (3) steht.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei jedes Medium ein elektrisch isolierendes Medium und/oder ein Fluid ist, und/oder zwei oder mehr Fluide enthält, die eine unterschiedliche Viskosität aufweisen und/oder wobei zumindest eine der porösen Strukturen (100) mit einem Wärme ableitenden Medium getränkt wird.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019200768A1 (de) 2019-01-23 2020-07-23 Zf Friedrichshafen Ag Verfahren und Werkzeug zum Umspritzen eines Elektronikmoduls und umspritztes Elektronikmodul
DE102021202630A1 (de) 2021-03-18 2022-09-22 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein Vorrichtung mit einem porösen Körper zum Aufnehmen einer Wärmemenge und Verfahren zum Bereitstellen einer Vorrichtung

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10667428B1 (en) 2018-11-22 2020-05-26 Htc Corporation Heat dissipation module manufacturing method, heat dissipation module and electronic device
CN110920064A (zh) * 2019-12-13 2020-03-27 芜湖市爱三迪电子科技有限公司 一种3d打印机用快速冷却装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4233645A (en) * 1978-10-02 1980-11-11 International Business Machines Corporation Semiconductor package with improved conduction cooling structure
DE102004021810A1 (de) * 2004-05-03 2005-12-01 Conti Temic Microelectronic Gmbh Elektronisches Bauelement sowie Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelementes
US20090321045A1 (en) * 2008-06-30 2009-12-31 Alcatel-Lucent Technologies Inc. Monolithic structurally complex heat sink designs
DE102011086786B3 (de) * 2011-11-22 2013-03-28 Mtu Aero Engines Gmbh Kühlgehäuse und Herstellungsverfahren

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4233645A (en) * 1978-10-02 1980-11-11 International Business Machines Corporation Semiconductor package with improved conduction cooling structure
DE102004021810A1 (de) * 2004-05-03 2005-12-01 Conti Temic Microelectronic Gmbh Elektronisches Bauelement sowie Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelementes
US20090321045A1 (en) * 2008-06-30 2009-12-31 Alcatel-Lucent Technologies Inc. Monolithic structurally complex heat sink designs
DE102011086786B3 (de) * 2011-11-22 2013-03-28 Mtu Aero Engines Gmbh Kühlgehäuse und Herstellungsverfahren

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019200768A1 (de) 2019-01-23 2020-07-23 Zf Friedrichshafen Ag Verfahren und Werkzeug zum Umspritzen eines Elektronikmoduls und umspritztes Elektronikmodul
US11697230B2 (en) 2019-01-23 2023-07-11 Zf Friedrichshafen Ag Method and tool for molding an electronic module, and molded electronic module
DE102021202630A1 (de) 2021-03-18 2022-09-22 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein Vorrichtung mit einem porösen Körper zum Aufnehmen einer Wärmemenge und Verfahren zum Bereitstellen einer Vorrichtung

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