DE102017214267A1 - Kühlvorrichtung und Verfahren zum Herstellen der Kühlvorrichtung - Google Patents

Kühlvorrichtung und Verfahren zum Herstellen der Kühlvorrichtung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung (1) zum Kühlen einer Leistungselektronik (7). Die Kühlvorrichtung (1) weist eine wärmeableitende Kühlplatte (2) auf, auf der wärmeableitenden Kühlplatte (2) eine Kontaktierungsfläche (5) mit mehreren Leitungen (6) zum Festlegen und zum Kontaktieren der Leistungselektronik (7) festgelegt ist. Dabei ist die Kontaktierungsfläche (5) von der wärmeableitenden Kühlplatte (2) elektrisch isoliert.Erfindungsgemäß ist zwischen der wärmeableitenden Kühlplatte (2) und der Kontaktierungsfläche (5) wenigstens eine organische Zwischenschicht (3) angeordnet, die auf der wärmeableitenden Kühlplatte (2) stoffschlüssig festgelegt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung zum Kühlen einer Leistungselektronik gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen der Kühlvorrichtung.
  • Eine Leistungselektronik wird üblicherweise auf einer beidseitig kupferbeschichteten Al2O3-Keramikplatte - einer sogenannten DCB-Platte (DCB - Direct-Copper-Bonded) - angeordnet und auf einer Oberseite mit dieser verlötet. Nach einer Funktionsprüfung der Leistungselektronik wird die DCB-Platte auf einer Unterseite mit einer Kupferplatte beispielsweise in einem Weichlötverfahren unter 450°C verbunden. Die in der DCB-Platte durch die Leistungselektronik erzeugte Wärme kann dann durch die Kupferplatte abgeleitet und die Leistungselektronik auf diese Weise gekühlt werden. Aus Kosten- und Gewichtsgründen wird die Kupferplatte zunehmend durch eine Aluminiumplatte - oder auch Aluminiumlegierungsplatte - ersetzt. Ein Weichlötverfahren zwischen der kupferbeschichteten DCB-Platte und der Aluminiumplatte ist jedoch aufgrund einer Oxidschicht auf der Aluminiumplatte nicht ohne weiteres möglich.
  • Aus dem Stand der Technik sind einige Ansätze zur Lösung des genannten Problems bekannt. So wird beispielsweise auf die Aluminiumplatte eine Nickelplatte in einer kontrollierten Atmosphäre und anschließend die DCB-Platte beispielsweise in einem bekannten Weichlötverfahren aufgelötet. Nachteilig weist die Nickelplatte eine geringere Wärmeleitfähigkeit als die Aluminiumplatte auf und das Auflöten der Nickelplatte erfordert zudem einen zusätzlichen Aufwand. Ferner wird versucht, die DCB-Platte beispielsweise in einem Hartlötverfahren bei etwa 600°C mit einem Al-Si-Lot auf die Aluminiumplatte aufzulöten. Die hohe Prozesstemperatur führt jedoch beim Abkühlen zu Eigenspannungen und zu Schäden in der DCB-Platte. Ein direktes Auflöten der DCB-Platte auf die Aluminiumplatte ist auch nur bei einer hohen Prozesstemperatur und für kleine Geometrien - beispielsweise Kontaktierungen - möglich. Keiner dieser Ansätze führt also zu einer zufriedenstellenden Lösung des beschriebenen Problems.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Kühlvorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen der Kühlvorrichtung bereitzustellen, mit denen die genannten Nachteile überwunden werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein Weichlötsowie ein Hartlötverfahren beim Herstellen einer Kühlvorrichtung zum Kühlen einer Leistungselektronik durch ein alternatives Fügeverfahren zu ersetzen. Die gattungsgemäße Kühlvorrichtung weist dabei eine wärmeableitende Kühlplatte auf, auf der eine Kontaktierungsfläche mit mehreren Leitungen zum Festlegen und zum Kontaktieren der Leistungselektronik festgelegt ist. Dabei ist die Kontaktierungsfläche von der wärmeableitenden Kühlplatte elektrisch isoliert. Erfindungsgemäß ist zwischen der wärmeableitenden Kühlplatte und der Kontaktierungsfläche wenigstens eine organische Zwischenschicht angeordnet, die auf der wärmeableitenden Kühlplatte stoffschlüssig festgelegt ist.
  • Die wärmeableitende Kühlplatte kann dabei aus Kupfer oder aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung oder aus einem Aluminium-Kunststoff-Verbund bestehen. Die wärmeableitende Kühlplatte weist eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf, so dass die in der Leistungselektronik erzeugte Wärme durch die wärmeableitende Kühlplatte abgeleitet werden kann. Die Kontaktierungsfläche kann aus Kupfer bestehen und weist mehrere Leitungen auf, auf denen die Leistungselektronik beispielsweise in einem Weichlötverfahren unter 450°C elektrisch leitend festgelegt ist. Die Leistungselektronik kann dabei mehrere Elektronikeinheiten - wie beispielsweise Transistoren, Wandler oder Kondensatoren - aufweisen, die auf diese Weise miteinander elektrisch verschaltet sind.
  • Zweckgemäß ist die Kühlplatte von der Kontaktierungsfläche elektrisch isoliert, so dass Leckageströme zwischen der Leistungselektronik und der üblicherweise elektrisch leitenden Kühlplatte vermieden werden.
  • Erfindungsgemäß ist auf der Kühlplatte die wenigstens eine organische Zwischenschicht stoffschlüssig festgelegt. Eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der Kühlplatte und der organischen Zwischenschicht entsteht dabei durch atomare oder molekulare Kräfte und ist ohne ein Zerstören der organischen Zwischenschicht nicht lösbar. Die organische Zwischenschicht kann dabei beispielsweise in einem Beschichtungsverfahren auf die Kühlplatte aufgetragen oder in Form einer Dünnfolie bei einer Wärmezufuhr auf der Kühlplatte stoffschlüssig festgelegt sein. Auf der organischen Zwischenschicht können weitere Komponenten der Kühlvorrichtung festgelegt sein, wobei die organische Zwischenschicht eine geringe Prozesstemperatur aufweist und folglich die Kühlvorrichtung bei einer geringeren Prozesstemperatur hergestellt werden kann. Dadurch werden insbesondere Eigenspannungen in den weiteren Komponenten der Kühlvorrichtung vorteilhaft vermieden. Zudem ist durch die organische Zwischenschicht die Anzahl der Fertigungsschritte beim Herstellen der Kühlvorrichtung reduziert, wodurch sich Kosten- und Zeitvorteile ergeben.
  • Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung ist vorgesehen, dass die organische Zwischenschicht eine adhäsive Klebeschicht ist und dass die Kühlvorrichtung eine auf der Klebeschicht festgelegte Keramikplatte aufweist. Dabei ist die Kontaktierungsfläche auf der Keramikplatte stoffschlüssig festgelegt und von der wärmeableitenden Kühlplatte durch die Keramikplatte elektrisch isoliert. Vorteilhafterweise ist das Festlegen der Keramikplatte auf der adhäsiven Klebeschicht bei einer Prozesstemperatur unter 250°C durchführbar, wodurch Eigenspannungen in der Keramikplatte und in der Kontaktierungsfläche vorteilhafterweise vermieden werden. Zudem entfallen herkömmlich notwendige Fertigungsschritte, wodurch der Herstellungsaufwand und die Herstellungskosten reduziert werden.
  • Die Keramikplatte kann beispielsweise eine Al2O3-Keramikplatte sein, auf der die Kontaktierungsfläche stoffschlüssig festgelegt ist. Die Kontaktierungsfläche kann beispielsweise ein aus einer Dickkupferfolie in einem Stanzverfahren hergestellter Leitungsträger - ein sogenanntes Leadframe - mit mehreren Leitungen sein, der auf der Keramikplatte in einem Klebeverfahren oder in einem Fügeverfahren festgelegt ist. Alternativ kann die Keramikplatte mit der kupfernen Kontaktierungsfläche in einem bereits bekannten Herstellungsverfahren einer sogenannten DCB-Platte aufwandreduziert und kostengünstig hergestellt sein. Im Vergleich zu einer herkömmlichen beidseitig verkupferten Keramikplatte - einer DCB-Platte - können hierbei das Material und folglich auch die Herstellungskosten reduziert werden. Alternativ kann die Keramikplatte eine der Kontaktierungsfläche abgewandte Kupferschicht aufweisen. Eine derartige Keramikplatte mit der Kupferschicht und mit der Kontaktierungsfläche entspricht einer herkömmlichen beidseitig verkupferten Keramikplatte - einer DCB-Platte - und ist am Markt kostengünstig erhältlich. Die Keramikplatte ist zweckgemäß mit der Kupferschicht auf der Klebeschicht festgelegt, so dass die Kontaktierungsfläche von der Kupferschicht und von der wärmeableitenden Kühlplatte durch die Keramikplatte elektrisch isoliert ist.
  • Bei einer alternativen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die organische Zwischenschicht eine Isolierungsschicht ist und dass die Kontaktierungsfläche von der wärmeableitenden Kühlplatte durch die Isolierungsschicht elektrisch isoliert ist. Die Kontaktierungsfläche kann dann direkt auf der Isolierungsschicht festgelegt sein, wodurch zusätzliche Schichten - und insbesondere die Keramikplatte - entfallen und die Kühlvorrichtung kompakter aufgebaut ist. Ferner können bei dem Herstellen der Kühlvorrichtung die Anzahl der Fertigungsschritte reduziert werden, wodurch sich erhebliche Kosten- und Zeitvorteile ergeben. Um ein schnelleres Ableiten der in der Leistungselektronik erzeugten Wärme zu ermöglichen, ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die wärmeableitende Kühlplatte und/oder die Isolierungsschicht eine dreidimensionale Struktur aufweisen.
  • Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist bevorzugt vorgesehen, dass die Isolierungsschicht Parylene aufweist oder daraus besteht. Parylene weisen eine Durchschlagfestigkeit bis 5.000 Volt und einen Oberflächenwiderstand von circa 1015 Ohm bei einer Schichtdicke von 50 µm auf. Durch die Isolierungsschicht aus Parylene kann die Kontaktierungsfläche von der wärmeableitenden und üblicherweise elektrisch leitenden Kühlplatte elektrisch isoliert werden und dadurch die Leckageströme vermieden werden. Parylene sind zudem bis 350°C stabil und weisen eine vergleichsweise hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Die in der Leitungselektronik erzeugte Wärme kann folglich durch die Isolierungsschicht aus Parylene zu der Kühlplatte abgeleitet werden und auch bei einer hohen Wärmeerzeugung in der Leistungselektronik bleibt die Isolierungsschicht aus Parylene stabil. Ferner weisen Parylene eine geringe Wärmeausdehnung auf, so dass Eigenspannungen in der Isolierungsschicht und in der Kontaktierungsfläche vermieden werden können.
  • Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die Kontaktierungsfläche auf der Isolierungsschicht, bevorzugt durch ein Nassbeschichtungsverfahren oder durch ein physikalisches Gasphasenabscheiden, festgelegt ist. So kann die Kontaktierungsfläche auf die Isolierungsschicht beispielsweise in einem Druckverfahren aufgetragen sein. Vorteilhafterweise ist auf diese Weise die Kontaktierungsfläche in dem einzigen Fertigungsschritt hergestellt und auf der Isolierungsschicht festgelegt, wodurch die Herstellungskosten und der Herstellungsaufwand reduziert werden. Alternativ kann die Kontaktierungsfläche ein Leitungsträger sein, der mittels einer organischen Klebebeschichtung auf der Isolierungsschicht festgelegt ist. Der Leitungsträger - ein sogenanntes Leadframe - kann beispielsweise aus einer Dickkupferfolie in einem Stanzverfahren hergestellt sein. Vorteilhafterweise können durch den Leitungsträger größere Ströme fließen, so dass insgesamt die Wärmeerzeugung in der Leitungselektronik reduziert wird.
  • Ferner ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass auf der Kontaktierungsfläche wenigstens eine Elektronikeinheit, bevorzugt in einem Weichlötverfahren, festgelegt ist. Die Elektronikeinheit - beispielsweise ein Transistor, ein Wandler oder ein Kondensator - kann durch die Leitungen der Kontaktierungsfläche mit anderen Elektronikeinheiten elektrisch verschaltet sein. Im Wesentlich wird auf diese Weise ein sogenanntes SMD-Bauteil (SMD - Surface-Mounted-Device) hergestellt. Zum Schutz der wenigstens einen Elektronikeinheit kann die Kühlvorrichtung eine Schutzbeschichtung aufweisen, die die wenigstens eine Elektronikeinheit von mechanischen Schäden und äußeren Einflüssen schützt. Bevorzugt besteht die Schutzbeschichtung aus Parylene, die chemisch beständig und elektrisch isolierend sind. Die Schutzbeschichtung kann alternativ oder zusätzlich auch auf der Zwischenschicht, oder auf der Kontaktierungsfläche angeordnet sein und diese von mechanischen Schäden und äußeren Einflüssen schützen.
  • In der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung ist die Kontaktierungsfläche auf der Kühlplatte aufwandreduziert großflächig festgelegt. Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung ermöglicht ein effizientes Ableiten der in der Leistungselektronik erzeugten Wärme und kann ferner kompakter, kostengünstiger und schneller hergestellt werden.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen der oben beschriebenen Kühlvorrichtung. In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine organische Zwischenschicht auf eine wärmeableitende Kühlplatte aufgetragen und anschließend eine Kontaktierungsfläche mit mehreren Leitungen zum Festlegen und zum Kontaktieren von Leistungselektronik auf der wärmeableitenden Kühlplatte festgelegt. Die organische Zwischenschicht kann dabei beispielsweise in einem Beschichtungsverfahren auf die Kühlplatte aufgetragen oder in Form einer Dünnfolie bei einer Wärmezufuhr auf der Kühlplatte stoffschlüssig festgelegt werden. Auf der organischen Zwischenschicht können anschließend weitere Komponente der Kühlvorrichtung - unter anderem auch die Kontaktierungsfläche - festgelegt werden. Die organische Zwischenschicht kann bei einer geringen Prozesstemperatur auf der Kühlplatte festgelegt werden und folglich die Kühlvorrichtung bei einer geringeren Prozesstemperatur hergestellt werden. Auf diese Weise können Eigenspannungen in den weiteren Komponenten der Kühlvorrichtung vorteilhaft vermieden werden.
  • Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die organische Zwischenschicht in Form einer adhäsiven Klebeschicht auf die wärmeableitende Kühlplatte aufgetragen wird und dass mittels der Klebeschicht eine Keramikplatte mit der Kontaktierungsfläche bei einer Wärmezufuhr auf der wärmeableitenden Kühlplatte festgelegt wird. Vorteilhafterweise kann die Keramikplatte auf der adhäsive Klebeschicht bereits bei einer Prozesstemperatur unter 250°C festgelegt werden, wodurch Eigenspannungen in der Keramikplatte und in der Kontaktierungsfläche vorteilhafterweise vermieden werden. Die Keramikplatte kann beispielsweise aus Al2O3 hergestellt und die Kontaktierungsfläche aus Kupfer auf der Keramikplatte in einem bereits bekannten Herstellungsverfahren einer sogenannten DCB-Platte aufwandreduziert und kostengünstig festgelegt werden. Auf die Keramikplatte kann auch eine der Kontaktierungsfläche abgewandte Kupferschicht aufgetragen und die Keramikplatte als eine herkömmliche DCB-Platte hergestellt werden. Durch die Keramikplatte wird die Kontaktierungsfläche von der üblicherweise elektrisch leitenden Kühlplatte elektrisch isoliert, so dass Leckageströme zwischen der Leistungselektronik und der Kühlplatte vorteilhaft vermieden werden.
  • Alternativ ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die organische Zwischenschicht in Form einer Isolierungsschicht, bevorzugt aus Parylene, auf die wärmeableitende Kühlplatte aufgetragen wird und dass die Kontaktierungsfläche von der wärmeableitenden Kühlplatte durch die Isolierungsschicht elektrisch isoliert wird. Auf diese Weise kann die Kontaktierungsfläche direkt auf die Isolierungsschicht aufgetragen werden und zusätzliche Schichten - und insbesondere die Keramikplatte - können entfallen. Die Kühlvorrichtung kann demnach kompakter aufgebaut und die Anzahl der Fertigungsschritte kann vorteilhaft reduziert werden. Bevorzugt wird auf die Kühlplatte die Isolierungsschicht aus Parylene aufgetragen, die eine hohe Durchschlagfestigkeit und einen hohen Oberflächenwiderstand aufweisen. Durch die Isolierungsschicht aus Parylene wird die Kontaktierungsfläche von der wärmeableitenden und üblicherweise elektrisch leitenden Kühlplatte elektrisch isoliert und die Leckageströme werden vorteilhaft vermieden. Parylene bleiben ferner bis 350°C stabil und weisen eine vergleichsweise hohe Wärmeleitfähigkeit auf, so dass die in der Leitungselektronik erzeugte Wärme zu der Kühlplatte schnell abgeleitet wird. Ferner weisen Parylene eine geringe Wärmeausdehnung auf und Eigenspannungen in der Isolierungsschicht und in der Kontaktierungsfläche werden dadurch auch bei höheren Wärmeschwankungen vorteilhaft vermieden.
  • Die Isolierungsschicht kann vorteilhafterweise durch ein chemisches Vakuumgasphasenabscheiden auf die wärmeableitende Kühlplatte aufgetragen werden. Dabei werden in einer kontrollierten Atmosphäre Polymere, bevorzugt Parylene, aus einer Gasphase auf die Kühlplatte abgeschieden. Vorteilhafterweise kann vor dem chemischen Vakuumgasphasenabscheiden auf der wärmeableitenden Kühlplatte eine Strukturmaske angeordnet werden. Durch die Strukturmaske werden die Polymere auf die Kühlplatte strukturiert aufgetragen. Nach dem chemischen Vakuumgasphasenabscheiden kann die Strukturmaske von der wärmeableitenden Kühlplatte - automatisch oder manuell - entfernt werden. Alternativ dazu kann die Isolierungsschicht nach dem chemischen Vakuumgasphasenabscheiden strukturiert werden. Bevorzugt wird die Isolierungsschicht mittels eines Lasers durch ein bereichsweises Abtragen der Isolierungsschicht von der Kühlplatte strukturiert.
  • Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Kontaktierungsfläche auf die Isolierungsschicht in einem Nassbeschichtungsverfahren oder in einem physikalischen Gasphasenabscheiden aufgetragen wird. So kann die Kontaktierungsfläche beispielsweise in einem Druckverfahren auf die Isolierungsschicht aufgetragen werden. Auf diese Weise wird die Kontaktierungsfläche in einem einzigen Fertigungsschritt hergestellt und auf der Isolierungsschicht festgelegt. Sowohl die Herstellungskosten als auch der Herstellungsaufwand werden dadurch erheblich reduziert.
  • Alternativ dazu ist vorgesehen, dass die Kontaktierungsfläche in Form eines Leitungsträgers mittels einer organischen Klebebeschichtung auf der Isolierungsschicht festgelegt wird. Der Leitungsträger - ein sogenanntes Leadframe - kann beispielsweise aus einer Dickkupferfolie in einem Stanzverfahren hergestellt werden. Der Leitungsträger leitet vorteilhafterweise größere Ströme und die Wärmeerzeugung in der Leitungselektronik wird dadurch erheblich reduziert. Um den Leitungsträger fehlerfrei auf der Isolierungsschicht festlegen zu können, kann vor dem Festlegen der Klebebeschichtung auf der Isolierungsschicht die Isolierungsschicht vorbehandelt werden. Bevorzugt wird die Isolierungsschicht in einem Plasmavorbehandlungsverfahren oder in einem Haftmittelauftragverfahren vorbehandelt, um die Hafteigenschaften der Isolierungsschicht zu verbessern.
  • Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass vor dem Festlegen der Kontaktierungsfläche auf der Kühlplatte auf der Kontaktierungsfläche wenigstens eine Elektronikeinheit, bevorzugt in einem Weichlötverfahren, festgelegt wird. Das Weichlötverfahren wird dabei bei einer Prozesstemperatur unter 450°C durchgeführt und die wenigstens eine Elektronikeinheit mit wenigstens einer Leitung der Kontaktierungsfläche elektrisch leitend verbunden. Auf der Kontaktierungsfläche können auch mehrere Elektronikeinheiten - beispielsweise Transistoren, Wandler oder Kondensatoren - festgelegt werden, die durch die Kontaktierungsfläche miteinander verschaltet werden. Im Wesentlich wird auf diese Weise ein sogenanntes SMD-Bauteil hergestellt.
  • Zum Schutz der wenigstens einen Elektronikeinheit kann vorteilhafterweise nach dem Festlegen der Kontaktierungsfläche auf der Kühlplatte eine Schutzbeschichtung aufgetragen wird. Die Schutzbeschichtung kann die wenigstens eine Elektronikeinheit vor der Korrosion schützen und elektrisch nach außen isolieren. Die Schutzbeschichtung besteht bevorzugt aus Parylene, die chemisch beständig und elektrisch isolierend sind.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Kontaktierungsfläche auf der Kühlplatte aufwandreduziert großflächig festgelegt. Die Prozesstemperatur liegt dabei unter 250°C, so dass vorteilhaft Eigenspannungen und dadurch entstehende Schäden in der Kühlvorrichtung vermieden werden. In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Kühlvorrichtung ferner kostengünstig, schnell und aufwandreduziert hergestellt werden.
  • Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
  • Es zeigen, jeweils schematisch
    • 1 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung mit einer beidseitig beschichteten Keramikplatte;
    • 2 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung mit einer einseitig beschichteten Keramikplatte;
    • 3 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung mit einer Kontaktierungsfläche in Form eines Leitungsträgers;
    • 4 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung mit einer direkt aufgetragenen Kontaktierungsfläche.
  • 1 zeigt eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 1 mit einer wärmeableitenden Kühlplatte 2. Auf der Kühlplatte 2 ist eine organische Zwischenschicht 3 stoffschlüssig festgelegt, die in diesem Ausführungsbeispiel eine adhäsive Klebeschicht 3a ist. Auf der Klebeschicht 3a ist eine Keramikplatte 4 festgelegt. Eine Kontaktierungsfläche 5 weist mehrere Leitungen 6 zum Festlegen und zum Kontaktieren einer Leistungselektronik 7 auf und ist auf der Keramikplatte 4 stoffschlüssig festgelegt. Die Keramikplatte 4 weist eine der Kontaktierungsfläche 5 abgewandte Kupferschicht 8 auf und entspricht zusammen mit der Kontaktierungsfläche 5 einer herkömmlichen DCB-Platte. Die Keramikplatte 4 ist auf der Kühlplatte 2 mittels der adhäsiven Klebeschicht 3a bei einer Prozesstemperatur unter 250°C festlegbar, wodurch Eigenspannungen in der Keramikplatte 4, in der Kupferschicht 8 und in der Kontaktierungsfläche 5 vorteilhafterweise vermieden werden.
  • Auf der Kontaktierungsfläche 5 mit den Leitungen 6 sind mehrere Elektronikeinheiten 9 der Leistungselektronik 7 festgelegt. Die Elektronikeinheiten 9 und die Kontaktierungsfläche 5 sind von der Kühlplatte 2 durch die Keramikplatte 4 elektrisch isoliert, so dass in der Kühlvorrichtung 1 keine Leckageströme entstehen.
  • Zum Schutz der Elektronikeinheiten 9 weist die Kühlvorrichtung 1 in diesem Ausführungsbeispiel eine Schutzbeschichtung 10 - bevorzugt aus Parylene - auf, die die Elektronikeinheiten 9 von mechanischen Schäden und äußeren Einflüssen schützt. Alternativ kann die Kühlvorrichtung 1 auch ohne die Schutzbeschichtung 10 hergestellt sein.
  • In 2 ist eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 1 mit einem abweichenden Aufbau gezeigt. Die Keramikplatte 4 weist in diesem Ausführungsbeispiel keine Kupferschicht 8 auf und ist direkt auf der Klebeschicht 3a festgelegt. Im Vergleich zu der in 1 gezeigten Keramikplatte 4 mit der Kupferschicht 8 können hier das Material und folglich auch die Herstellungskosten reduziert werden. Zur weiteren Reduktion der Herstellungskosten kann die Kühlvorrichtung 1 beispielsweise auch ohne die Schutzbeschichtung 10 hergestellt sein.
  • 3 zeigt eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 1, wobei die organische Zwischenschicht 3 in diesem Ausführungsbeispiel eine bevorzugt aus Parylene bestehende Isolierungsschicht 3b ist. Durch die Isolierungsschicht 3b ist die Kontaktierungsfläche 5 von der Kühlplatte 2 elektrisch isoliert. Die Kontaktierungsfläche 5 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Leitungsträger 11, der beispielsweise aus einer Dickkupferfolie in einem Stanzverfahren hergestellt ist. Der Leitungsträger 11 ist durch eine Klebebeschichtung 12 auf der Isolierungsschicht 3b festgelegt. Durch die Isolierungsschicht 3b entfallen zusätzliche Schichten - und insbesondere die Keramikplatte 4 - und die Kühlvorrichtung 1 ist kompakter aufgebaut. Die Elektronikeinheiten 9 der Leistungselektronik 7 sind auf der Kontaktierungsfläche 5 beispielsweise in einem Weichlötverfahren unter 450°C festgelegt und sind in diesem Ausführungsbeispiel durch die Schutzbeschichtung 10 von mechanischen Schäden und äußeren Einflüssen geschützt.
  • 4 zeigt die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung 1 mit der Isolierungsschicht 3b, wobei die Kontaktierungsfläche 5 durch ein Nassbeschichtungsverfahren oder durch ein physikalisches Gasphasenabscheiden auf der Isolierungsschicht 3b festgelegt ist. Hier entfällt im Vergleich zu der in 3 gezeigten Kühlvorrichtung 1 die Klebebeschichtung 12 und die Kühlvorrichtung 1 ist noch kompakter aufgebaut. Um die Kühlvorrichtung 1 noch kompakter auszugestalten, kann Kühlvorrichtung 1 beispielsweise ohne die Schutzbeschichtung 10 ausgeführt werden.
  • In der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 1 ist die Kontaktierungsfläche 5 mit der Leistungselektronik 7 auf der Kühlplatte 2 aufwandreduziert großflächig festgelegt. Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung 1 ermöglicht ein effizientes Ableiten der in der Leistungselektronik 7 erzeugten Wärme und kann ferner kompakter, kostengünstiger und schneller hergestellt werden.

Claims (20)

  1. Kühlvorrichtung (1) zum Kühlen einer Leistungselektronik (7), - wobei die Kühlvorrichtung (1) eine wärmeableitende Kühlplatte (2) aufweist, - wobei auf der wärmeableitenden Kühlplatte (2) eine Kontaktierungsfläche (5) mit mehreren Leitungen (6) zum Festlegen und zum Kontaktieren der Leistungselektronik (7) festgelegt ist, und - wobei die Kontaktierungsfläche (5) von der wärmeableitenden Kühlplatte (2) elektrisch isoliert ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der wärmeableitenden Kühlplatte (2) und der Kontaktierungsfläche (5) wenigstens eine organische Zwischenschicht (3) angeordnet ist, die auf der wärmeableitenden Kühlplatte (2) stoffschlüssig festgelegt ist.
  2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - dass die organische Zwischenschicht (3) eine adhäsive Klebeschicht (3a) ist, - dass die Kühlvorrichtung (1) eine auf der Klebeschicht (3a) festgelegte Keramikplatte (4) aufweist, wobei die Kontaktierungsfläche (5) auf der Keramikplatte (4) stoffschlüssig festgelegt ist und von der wärmeableitenden Kühlplatte (2) durch die Keramikplatte (4) elektrisch isoliert ist.
  3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikplatte (4) eine der Kontaktierungsfläche (5) abgewandte Kupferschicht (8) aufweist, wobei die Keramikplatte (4) mit der Kupferschicht (8) auf der Klebeschicht (3a) festgelegt ist.
  4. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - dass die organische Zwischenschicht (3) eine Isolierungsschicht (3b) ist und - dass die Kontaktierungsfläche (5) von der wärmeableitenden Kühlplatte (2) durch die Isolierungsschicht (3b) elektrisch isoliert ist.
  5. Kühlvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierungsschicht (3b) Parylene aufweist.
  6. Kühlvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, - dass die Kontaktierungsfläche (5) auf der Isolierungsschicht (3b), bevorzugt durch ein Nassbeschichtungsverfahren oder durch ein physikalisches Gasphasenabscheiden, festgelegt ist oder - dass die Kontaktierungsfläche (5) ein Leitungsträger (11) ist, der mittels einer organischen Klebebeschichtung (12) auf der Isolierungsschicht (3b) festgelegt ist.
  7. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeableitende Kühlplatte (2) und/oder die Isolierungsschicht (3b) eine dreidimensionale Struktur aufweisen.
  8. Kühlvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Kontaktierungsfläche (5) wenigstens eine Elektronikeinheit (9), bevorzugt in einem Weichlötverfahren, festgelegt ist.
  9. Kühlvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (1) eine Schutzbeschichtung (10) aufweist.
  10. Verfahren zum Herstellen der Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem - eine organische Zwischenschicht (3) auf eine wärmeableitende Kühlplatte (2) aufgetragen wird, - anschließend eine Kontaktierungsfläche (5) mit mehreren Leitungen (6) zum Festlegen und zum Kontaktieren von Leistungselektronik (7) auf der wärmeableitenden Kühlplatte (2) festgelegt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, - dass die organische Zwischenschicht (3) in Form einer adhäsiven Klebeschicht (3a) auf die wärmeableitende Kühlplatte (2) aufgetragen wird, - dass mittels der Klebeschicht (3a) eine Keramikplatte (4) mit der Kontaktierungsfläche (5) bei einer Wärmezufuhr auf der Kühlplatte festgelegt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, - dass die organische Zwischenschicht (3) in Form einer Isolierungsschicht (3b), bevorzugt aus Parylene, auf die wärmeableitende Kühlplatte (2) aufgetragen wird und - dass die Kontaktierungsfläche (5) von der wärmeableitenden Kühlplatte (2) durch die Isolierungsschicht (3b) elektrisch isoliert wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierungsschicht (3b) durch ein chemisches Vakuumgasphasenabscheiden auf die wärmeableitende Kühlplatte (2) aufgetragen wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, - dass vor dem chemischen Vakuumgasphasenabscheiden auf der wärmeableitenden Kühlplatte (2) eine Strukturmaske angeordnet wird, - dass nach dem chemischen Vakuumgasphasenabscheiden die Strukturmaske von der wärmeableitenden Kühlplatte entfernt wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem chemischen Vakuumgasphasenabscheiden die Isolierungsschicht (3b), bevorzugt mittels eines Lasers, strukturiert wird.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungsfläche (5) auf die Isolierungsschicht (3b) in einem Nassbeschichtungsverfahren oder in einem physikalischen Gasphasenabscheiden aufgetragen wird.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungsfläche (5) in Form eines Leitungsträgers (11) mittels einer organischen Klebebeschichtung (12) auf der Isolierungsschicht (3b) festgelegt wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Festlegen der Klebebeschichtung (12) auf der Isolierungsschicht (3b) die Isolierungsschicht (3b), bevorzugt in einem Plasmavorbehandlungsverfahren oder in einem Haftmittelauftragverfahren, vorbehandelt wird.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Festlegen der Kontaktierungsfläche (5) auf der Kühlplatte (2) auf der Kontaktierungsfläche (5) wenigstens eine Elektronikeinheit (9), bevorzugt in einem Weichlötverfahren, festgelegt wird.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Festlegen der Kontaktierungsfläche (5) auf der Kühlplatte (2) eine Schutzbeschichtung (10), bevorzugt aus Parylene, aufgetragen wird.
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