DE102018216649A1 - Electronic assembly - Google Patents

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Abstract

Ausgegangen wird von einer elektronischen Baugruppe umfassend einen Schaltungsträger mit einer bestückbaren metallisierten Ober- und/oder Unterseite und einen Kühlkörper. Zwischen zumindest einem Abschnittsbereich zumindest einer der metallisierten Seiten des Schaltungsträgers und einer Anbindungsfläche des Kühlkörpers ist eine stoffschlüssige, insbesondere wärmeleitende Verbindung ausgebildet. Dabei ist der Kühlkörper aus einem Verbundmaterial ausgebildet, welches zumindest thermisch leitfähige Materialpartikel, bevorzugt Metallpartikel, und ein Grundmaterial als Matrix des Verbundmateriales aufweist, in welchem die Materialpartikel eingebettet sind. Ferner ist die stoffschlüssige Verbindung mit dem Schaltungsträger durch das Verbundmaterial des Kühlkörpers ausgebildet.The starting point is an electronic assembly comprising a circuit carrier with a metallizable top and / or bottom and a heat sink. A cohesive, in particular heat-conducting connection is formed between at least one section area of at least one of the metallized sides of the circuit carrier and a connection surface of the heat sink. The heat sink is formed from a composite material which has at least thermally conductive material particles, preferably metal particles, and a base material as a matrix of the composite material, in which the material particles are embedded. Furthermore, the integral connection with the circuit carrier is formed by the composite material of the heat sink.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Baugruppe sowie ein Verfahren zur Ausbildung der elektronischen Baugruppe gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.The invention relates to an electronic assembly and a method for forming the electronic assembly according to the preamble of the independent claims.

Stand der TechnikState of the art

In vielen Elektronikschaltungen kommen elektrische und/oder elektronische Bauelemente zum Einsatz, die im Betrieb aufgrund von Verlustleistung eine messbare Temperaturerhöhung aufweisen. Insbesondere können durch große innere Leitungswiderstände und/oder hohe Betriebsströme nachteilige oder unzulässige Temperaturwerte erreicht werden, durch die der Betrieb der Elektronikschaltung ineffizient oder dessen Funktionssicherheit, insbesondere über die vorgesehene Lebensdauer, gefährdet ist. Aus diesen Gründen ist oft ein Entwärmungskonzept für temperaturgefährdete Bereiche der Elektronikschaltung vorzusehen.In many electronic circuits, electrical and / or electronic components are used which have a measurable temperature increase during operation due to power loss. In particular, disadvantageous or impermissible temperature values can be achieved by large internal line resistances and / or high operating currents, by means of which the operation of the electronic circuit is inefficient or its functional reliability, in particular over the intended service life, is endangered. For these reasons, a cooling concept for temperature-sensitive areas of the electronic circuit must often be provided.

Bei Leistungselektronik ist es beispielsweise bekannt, Leistungsbauelemente auf metallisierten strukturierten Keramiksubstraten elektrisch zu kontaktieren. Zur Entwärmung ist im Bereich des Leistungsbauelementes das Keramiksubstrat flächig mit einer Grundplatte verlötet. Die Grundplatte wiederrum wird dann auf einen Kühlkörper aufgesetzt. Dieser weist beispielsweise Kühlrippen auf und bewirkt mittels einer Konvektionsströmung oder unterstützt durch eine zusätzliche Kühlflüssigkeit eine Entwärmung des Leistungsbauelementes. Die thermische Ankopplung der Grundplatte an den Kühlkörper erfolgt dabei beispielsweise durch eine Wärmeleitpaste oder alternativ ebenso durch eine großflächige Lötverbindung. Sowohl die Lötverbindung, als auch die Grundplatte und die Wärmeleitpaste weisen dabei nachteilig jeweils einen thermischen Widerstand auf. Dadurch ist ein Wärmeabfluss zeitlich und mengenmäßig begrenzt. Allgemein ist bekannt, dass beispielsweise beim Einsatz einer Wärmeleitpaste zwischen dem zu entwärmenden Leistungsbauelement und dem Kühlmedium mindestens 50 % des thermischen Widerstandes auf die Schicht der Wärmeleitpaste zurückzuführen ist. Der restliche Anteil des thermischen Widerstandes verteilt sich unterschiedlich auf beispielsweise die Keramik und die Metallisierung des Trägersubstrates, auf verwendete Verbindungsschichten innerhalb des Entwärmungspfades und auf die innere Struktur des Leistu ngsbauelementes.In power electronics, it is known, for example, to make electrical contact with power components on metallized structured ceramic substrates. To cool the area of the power component, the ceramic substrate is soldered flat to a base plate. The base plate is then placed on a heat sink. This has cooling fins, for example, and effects a cooling of the power component by means of a convection flow or aids with an additional cooling liquid. The base plate is thermally coupled to the heat sink, for example, by means of a thermal paste or, alternatively, also by a large-area soldered connection. Both the soldered connection, as well as the base plate and the thermal paste, each have a disadvantageous thermal resistance. As a result, heat flow is limited in time and quantity. It is generally known that, for example, when using a thermal paste between the power component to be cooled and the cooling medium, at least 50% of the thermal resistance is due to the layer of thermal paste. The remaining portion of the thermal resistance is distributed differently, for example on the ceramic and the metallization of the carrier substrate, on the connecting layers used within the heat dissipation path and on the internal structure of the power component.

Aus der Gebrauchsmusteroffenlegungsschrift DE20016316 U1 ist ein Kühlkörper bestehend aus einer Bodenplatte und einzelnen aufgelöteten Kühlrippen bekannt. Die Kühlrippen sind beispielsweise jeweils aus einem Kupferblech gebildet. Die verbindende Lotschicht ist ein Gemisch aus einem Pulver gut Wärme leitenden Materials. Das Lot und das Pulver bilden keine Legierung aus. Die Lotschicht erwirkt in gezeigter Weise eine mechanische Befestigung der Kühlrippen sowie eine günstige Wärmeübergangsschicht zwischen der Bodenplatte und den Kühlrippen. Die Wärmeleitfähigkeit ist allerdings durch die große Anzahl von vorliegenden Grenzschichten begrenzt, die allesamt einen thermischen Widerstand darstellen.From the utility model published specification DE20016316 U1 a heat sink consisting of a base plate and individual soldered cooling fins is known. The cooling fins are each formed, for example, from a copper sheet. The connecting solder layer is a mixture of a powder with good heat-conducting material. The solder and powder do not form an alloy. The solder layer effects a mechanical fastening of the cooling fins as well as a favorable heat transfer layer between the base plate and the cooling fins as shown. However, the thermal conductivity is limited by the large number of boundary layers present, all of which represent a thermal resistance.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteileadvantages

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, das Entwärmungsvermögen innerhalb einer elektronischen Baugruppe zu verbessern, insbesondere mittels eines reduzierten thermischen Widerstandes innerhalb eines Entwärmungspfades der elektronischen Baugruppe.The invention is based on the object of improving the cooling capacity within an electronic assembly, in particular by means of a reduced thermal resistance within a cooling path of the electronic assembly.

Diese Aufgabe wird durch eine elektronische Baugruppe sowie ein Verfahren zur Ausbildung der elektronischen Baugruppe gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.This object is achieved by an electronic assembly and a method for forming the electronic assembly according to the independent claims.

Ausgegangen wird von einer elektronischen Baugruppe umfassend einen Schaltungsträger mit einer bestückbaren metallisierten Ober- und/oder Unterseite und einen Kühlkörper. Zwischen zumindest einem Abschnittsbereich zumindest einer der metallisierten Seiten des Schaltungsträgers und einer Anbindungsfläche des Kühlkörpers ist eine stoffschlüssige, insbesondere wärmeleitende Verbindung ausgebildet. Dabei ist der Kühlkörper aus einem Verbundmaterial ausgebildet, welches zumindest thermisch leitfähige Materialpartikel, bevorzugt Metallpartikel, und ein Grundmaterial als Matrix des Verbundmateriales aufweist, in welchem die Materialpartikel eingebettet sind. Ferner ist die stoffschlüssige Verbindung mit dem Schaltungsträger durch das Verbundmaterial des Kühlkörpers ausgebildet. Durch einen solchen Aufbau der elektronischen Baugruppe kommt diese für eine Entwärmung ohne eine sonst übliche Grundplatte zwischen dem Schaltungsträger und dem Kühlkörper aus. Neben der Grundplatte als eine Grenzschicht entfällt zusätzlich deren Verbindung an den Kühlkörper als eine weitere bisher nachteilige Grenzschicht. Vorteilhaft sind mittels des Verbundmaterials die Grundplatte und die Verbindungsschicht integraler Bestandteil des nun als Verbundkörper ausgebildeten Kühlkörpers. Untersuchungen zeigen, dass durch Wegfall der oben genannten Grenzschichten der thermische Widerstand des Entwärmungspfades zum Kühlmedium bis auf die Hälfte reduziert werden kann. Auf diese Weise ist erreicht, dass ein deutlich erhöhter Wärmeabfluss und damit eine effektivere Kühlung der elektronischen Baugruppe ermöglicht ist. Dies kann vorteilhaft dahingehend genutzt werden, dass unter Beibehaltung der Betriebssicherheit die Leistungsdichte bisheriger elektronischer Baugruppen erhöht werden kann und/oder diese elektronischen Baugruppen nun kompakter ausgeführt werden können.The starting point is an electronic assembly comprising a circuit carrier with a metallizable top and / or bottom and a heat sink. A cohesive, in particular heat-conducting connection is formed between at least one section area of at least one of the metallized sides of the circuit carrier and a connection surface of the heat sink. The heat sink is formed from a composite material which has at least thermally conductive material particles, preferably metal particles, and a base material as a matrix of the composite material, in which the material particles are embedded. Furthermore, the integral connection with the circuit carrier is formed by the composite material of the heat sink. Such a construction of the electronic assembly makes it possible to cool down without an otherwise customary base plate between the circuit carrier and the heat sink. In addition to the base plate as a boundary layer, there is also no connection to the heat sink as another previously disadvantageous boundary layer. By means of the composite material, the base plate and the connecting layer are advantageously an integral part of the heat sink, which is now designed as a composite body. Studies show that the thermal resistance of the heat dissipation path to the cooling medium can be reduced by half by eliminating the above-mentioned boundary layers. In this way it is achieved that a significantly increased heat flow and thus a more effective cooling of the electronic assembly is made possible. This can be used to advantage under Maintaining operational reliability, the power density of previous electronic assemblies can be increased and / or these electronic assemblies can now be made more compact.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der erfindungsgemäßen elektronischen Baugruppe möglich.Advantageous further developments and improvements of the electronic assembly according to the invention are possible through the measures listed in the dependent claims.

Die Vorteile ergeben sich insbesondere bei einem unmittelbaren physischen Anlagenkontakt zwischen dem Verbundmaterial und dem Metallisierungsmaterial des Schaltungsträgers. Dies kann unter Beteiligung zumindest der unmittelbar in Anlagenkontakt stehenden thermisch leitfähigen Materialpartikel und/oder dem Grundmaterial und/oder einem Reaktionsprodukt zwischen den Materialpartikeln und dem Grundmaterial erfolgen. Die stoffschlüssige Verbindung ist dabei vorteilhaft in einem unbestückten Abschnittsbereich zumindest einer der metallisierten Seiten des Schaltungsträgers ausgebildet. Hierbei ist dann bevorzugt auf der der Verbindungsfläche des Kühlkörpers abgewandten metallisierten Seite des Schaltungsträgers zumindest ein wärmeabgebendes elektrisches und/oder elektronisches Bauelement, insbesondere ein Leistungshalbleiter, beispielsweise ein Leistungstransistor oder ein Leistungs-IC, angeordnet. Der Entwärmungspfad erstreckt sich dann ausgehend vom dem zu entwärmenden elektrischen und/oder elektronischen Bauelement durch den Schaltungsträger hindurch bis in den stoffschlüssig angebundenen Kühlkörper hinein.The advantages result in particular when there is direct physical contact between the composite material and the metallization material of the circuit carrier. This can be done with the participation of at least the thermally conductive material particles that are in direct contact with the system and / or the base material and / or a reaction product between the material particles and the base material. The cohesive connection is advantageously formed in a bare section area of at least one of the metallized sides of the circuit carrier. In this case, at least one heat-emitting electrical and / or electronic component, in particular a power semiconductor, for example a power transistor or a power IC, is then preferably arranged on the metallized side of the circuit carrier facing away from the connecting surface of the heat sink. The heat dissipation path then extends from the electrical and / or electronic component to be heat-dissipated through the circuit carrier into the heat sink which is integrally connected.

In vorteilhafter Weiterbildung der elektronischen Baugruppe umfasst das Verbundmaterial gleiche thermisch leitfähige Materialpartikel. Alternativ können auch zwei, drei oder weitere unterschiedliche thermisch leitfähige Materialpartikel enthalten sein. Insgesamt können dadurch definierte Wärmleitwerte sehr gezielt auf eine vorliegende Anwendung eingestellt werden. Zur Erreichung hoher Wärmeleitwerte enthalten die Materialpartikel dabei insbesondere zumindest ein Material aus der Gruppe umfassend Kupfer, Bronze, Nickel, Zink, Messing, Blei oder einer ihrer Legierungen, bevorzugt ist/sind diese überwiegend in dem Materialpartikel enthalten. Alternativ bestehen sie ausschließlich aus einem dieser Materialien. Als vorteilhafte Partikelmischung für das Verbundmaterial kommen daher ausschließlich gleiche oder unterschiedliche Metallpartikel aus reinen Metallen, Metallgemischen oder aus Metalllegierungen oben genannter Metallmaterialien in Frage. Grundsätzlich günstig sind kugelförmige Materialpartikel bzw. oben genannte Metallpartikel. Alternativ können die Materialpartikel bzw. die genannten Metallpartikel auch als Flakes vorliegen.In an advantageous development of the electronic assembly, the composite material comprises the same thermally conductive material particles. Alternatively, two, three or further different thermally conductive material particles can also be contained. All in all, defined heat conductance values can be set very specifically for an existing application. In order to achieve high thermal conductivity values, the material particles in particular contain at least one material from the group comprising copper, bronze, nickel, zinc, brass, lead or one of their alloys; these are / are predominantly contained in the material particle. Alternatively, they consist exclusively of one of these materials. The advantageous particle mixture for the composite material is therefore exclusively the same or different metal particles made from pure metals, metal mixtures or from metal alloys of the above-mentioned metal materials. Spherical material particles or metal particles mentioned above are generally favorable. Alternatively, the material particles or the metal particles mentioned can also be present as flakes.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der elektronischen Baugruppe ergibt sich, wenn eine gleiche Art von Materialpartikeln, bevorzugt alle Materialpartikel, eine Partikelgröße zwischen 10 µm und 1000 µm aufweisen, bevorzugt zwischen 10 µm und 100 µm. Durch die Auswahl der Partikelgröße ist eine feingradige Einstellung eines Wärmeleitwertes und/oder einer Duktilität des Verbundmateriales ermöglicht. Bei der Verwendung von kupferhaltigen Materialpartikel ist mit zunehmender Partikelgrößer ein duktileres Gefügebild des Verbundmaterials ausbildbar. Zusätzlich steigt dabei ein erreichbarer Wärmeleitwert. Mit zunehmender Partikelgröße können größere Infiltrationslängen für ein die kupferhaltigen Materialpartikel einbettendes Grundmaterial sichergestellt werden, wobei dadurch auch insbesondere große Kühlkörper ausbildbar sind. Ebenso lässt sich dadurch eine mögliche Reaktionsfähigkeit der Materialpartikel mit dem Grundmaterial beeinflussen. Um eine möglichst gezielte Einstellung für eine definierte Anwendung zu erreichen, weicht der überwiegende Teil der gleichen und/oder der unterschiedlichen Materialpartikel in Ihrer Partikelgröße bevorzugt lediglich um 10% vom Mittelwert der Partikelgröße der gleichen oder aller Materialpartikel ab. Dadurch lassen sich im Vorfeld erstellte Rechensimulationen verlässlich auf die konkret umzusetzende Anwendung übertragen.A particularly advantageous embodiment of the electronic assembly results if the same type of material particles, preferably all material particles, have a particle size between 10 μm and 1000 μm, preferably between 10 μm and 100 μm. The selection of the particle size enables a fine adjustment of a thermal conductivity and / or a ductility of the composite material. When using copper-containing material particles, the ductile structure of the composite material can be formed with increasing particle size. In addition, an achievable thermal conductivity increases. With increasing particle size, longer infiltration lengths can be ensured for a base material embedding the copper-containing material particles, whereby large heat sinks can also be formed in this way. This can also influence a possible reactivity of the material particles with the base material. In order to achieve the most targeted setting possible for a defined application, the majority of the same and / or different material particles preferably differ in their particle size by only 10% from the mean value of the particle size of the same or all material particles. This enables computer simulations created in advance to be reliably transferred to the application to be implemented.

Bei einer günstigen Ausführungsform der elektronischen Baugruppe weisen die Materialpartikel als lose Partikelmischung vor der Ausbildung des Verbundmateriales jeweils eine äußere Beschichtung aus dem Grundmaterial des Verbundmateriales auf, wobei das Grundmaterial als Matrix des Verbundmateriales dann zumindest teilweise aus dem Material der äußeren Beschichtung nach einem Schmelz- und Erstarrungsvorgang ausgebildet ist. Auf diese Weise lässt sich die Ausbildung des Kühlkörpers als Verbundkörper innerhalb einer Fertigung schneller ausbilden, da nicht mehr die gesamte Menge an Grundmaterial zum Ausfüllen von zwischen den Materialpartikeln vorliegenden Hohlräumen einzubringen ist.In a favorable embodiment of the electronic assembly, the material particles, as a loose particle mixture, each have an outer coating made of the base material of the composite material before the composite material is formed, the base material as a matrix of the composite material then at least partially consisting of the material of the outer coating after a melting and Solidification process is formed. In this way, the design of the heat sink as a composite body can be formed more quickly within a production, since it is no longer necessary to introduce the entire amount of base material for filling cavities present between the material particles.

Besondere Vorteile ergeben sich, wenn das Grundmaterial aus einem bleifreien, zinnhaltigen Lotmaterial gebildet ist, insbesondere aus einem Weichlot aus der Gruppe SnCu, SnAgCu, SnBi, SnSb, Snln, SnZn oder aus einer Mischung dieser Weichlote. Da die Ausbildung des Kühlkörpers zum Verbundkörper ein Aufschmelzen des Grundmateriales bedingt, kann dies vorteilhaft bei niedrigen Temperaturen erfolgen, insbesondere bei Temperaturen zwischen 200°C bis 250°C, beispielsweise bei 215°C bis 235°C. Dadurch reduzieren sich sowohl Fertigungskosten als auch Fertigungszeiten in Hinblick auf den Kühlkörper bzw. die elektronische Baugruppe.Particular advantages result if the base material is formed from a lead-free, tin-containing solder material, in particular from a soft solder from the group SnCu, SnAgCu, SnBi, SnSb, Snln, SnZn or from a mixture of these soft solders. Since the formation of the heat sink into a composite body requires the base material to melt, this can advantageously take place at low temperatures, in particular at temperatures between 200 ° C. to 250 ° C., for example at 215 ° C. to 235 ° C. This reduces both manufacturing costs and manufacturing times with regard to the heat sink or the electronic assembly.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der elektronischen Baugruppe ergibt sich ferner dadurch, dass das Materialgefüge des Verbundmaterials zumindest im Bereich der stoffschlüssigen Verbindung, bevorzugt im gesamten Volumenbereich des Kühlkörpers, Gefügebereiche aus Reaktionsprodukten aus den Materialpartikeln und dem Grundmaterial des Verbundmateriales aufweist. An advantageous embodiment of the electronic assembly also results from the fact that the material structure of the composite material, at least in the area of the integral connection, preferably in the entire volume area of the heat sink, has structural areas of reaction products from the material particles and the base material of the composite material.

Diese sind insbesondere als intermetallische Phasen ausgebildet. Derartige intermetallische Phasen zeigen sich insbesondere im Randbereich der Materialpartikel und/oder an der Grenzfläche der stoffschlüssigen Verbindung. Insofern weisen die Materialpartikel demnach weiterhin einen Partikelkern aus dem Partikelmaterial auf, welcher dann in einen Partikelrandbereich, enthaltend die intermetallische Phase, übergeht. Darüber hinaus bilden sich die intermetallischen Phasen in Form von überbrückende Gefügenestern und/oderverästelungen zwischen benachbarten Materialpartikeln und/oder zwischen Materialpartikeln und der metallisierten Seite des Schaltungsträgers im Bereich der stofflichen Verbindung aus.These are designed in particular as intermetallic phases. Such intermetallic phases are particularly evident in the edge area of the material particles and / or at the interface of the integral connection. In this respect, the material particles furthermore have a particle core made of the particle material, which then merges into a particle edge region containing the intermetallic phase. In addition, the intermetallic phases form in the form of bridging structural nests and / or ramifications between adjacent material particles and / or between material particles and the metallized side of the circuit carrier in the area of the material connection.

Bevorzugt weist das Verbundmaterial im Gefüge einen Anteil von kupferhaltigen Materialpartikeln in einem Bereich von 10% bis 60% auf. Daneben ist der Anteil vom Grundmaterial als der Matrix bevorzugt im Bereich von 15% bis 35%. Sind im Verbundmaterial zusätzlich intermetallische Phasen ausgebildet, ist deren Anteil bevorzugt im Bereich von 20% bis 70% ausgebildet. Mit den Anteilen lassen sich verschiedene Eigenschaften des auszubildenden Kühlkörpers aus dem Verbundmaterial ausbilden. Zur Ausbildung von großen Kühlkörpern ist es erforderlich eine große Infiltrationslänge des Grundmateriales innerhalb der kupferhaltigen Materialpartikel sicherzustellen. Versuche haben gezeigt, dass die Sicherstellung einer Infiltrationslänge von bis 100 mm durch die Verwendung von kupferhaltigen Materialpartikeln mit einer Partikelgröße von > 25 µm, beispielsweise zwischen 25 µm und 45 µm, ermöglicht ist. Der Anteil von kupferhaltigen Materialpartikeln im Gefüge ist dann eher groß, insbesondere zwischen 40% und 60%. Der Anteil der intermetallischen Phasen fällt dagegen geringer aus, nämlich insbesondere zwischen 15% und 25%. Der Anteil des Grundmateriales bewegt sich in einem Bereich von 25% bis 35%. Aufgrund der anteiligen Gefügeausbildung weist der ausbildbare Kühlkörper eine hohe Wärmleitfähigkeit auf mit einer ebenso hohen Duktilität. Um eine Kühlkörper mit hoher Festigkeit zu erhalten, werden kupferhaltige Materialpartikel mit kleinerer Partikelgröße eingesetzt, insbesondere mit einer Partikelgröße von 5 µm bis 15 µm. Dabei bilden sich vermehrt intermetallische Phasen aus, insbesondere zwischen 40% - 70%, wodurch das Verbundmaterial fester wird. Der Anteil der kupferhaltigen Materialpartikel sinkt dabei auf 10% bis 20%, wobei der Anteil des Grundmateriales bei 20% - 30% ausfällt. Die Infiltrationslänge ist deutlich kleiner, wodurch die Baugröße eines Kühlkörpers begrenzt ist. Neben der erreichten höheren mechanischen Festigkeit verringert sich die Wärmeleitfähigkeit aufgrund des höheren Anteils an intermetallischen Phasen.The composite material preferably has a proportion of copper-containing material particles in a range from 10% to 60%. In addition, the proportion of the base material as the matrix is preferably in the range from 15% to 35%. If intermetallic phases are additionally formed in the composite material, their proportion is preferably in the range from 20% to 70%. With the proportions, various properties of the heat sink to be formed can be formed from the composite material. To form large heat sinks, it is necessary to ensure a long infiltration length of the base material within the copper-containing material particles. Tests have shown that it is possible to ensure an infiltration length of up to 100 mm by using copper-containing material particles with a particle size of> 25 µm, for example between 25 µm and 45 µm. The proportion of copper-containing material particles in the structure is then rather large, in particular between 40% and 60%. The proportion of intermetallic phases, on the other hand, is lower, namely in particular between 15% and 25%. The proportion of the base material is in a range from 25% to 35%. Due to the proportionate structure, the heat sink that can be formed has a high thermal conductivity with an equally high ductility. In order to obtain a heat sink with high strength, copper-containing material particles with a smaller particle size are used, in particular with a particle size of 5 μm to 15 μm. Intermetallic phases are increasingly formed, in particular between 40% - 70%, which makes the composite material stronger. The proportion of copper-containing material particles drops to 10% to 20%, the proportion of the base material being 20% - 30%. The infiltration length is significantly smaller, which limits the size of a heat sink. In addition to the higher mechanical strength achieved, the thermal conductivity is reduced due to the higher proportion of intermetallic phases.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der elektronischen Baugruppe liegt vor, bei welcher der Schaltungsträger ein IMS- (Insulated Metal Substrat), ein DBC- (Direct Bonded Copper), ein AMB- (Active Metal Brazing), ein Leiterplatten- oder ein Dickschichtkeramiksubstrat ist. Insbesondere weisen diese Schaltungsträger im Bereich der stoffschlüssigen Verbindung eine äußerste Metallisierungsschicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung auf. Vorteilhaft sind derartige Schaltungsträger dann kombiniert mit oben genannten kupferhaltigen Metallpartikeln und kupferhaltigen Zinnloten. Insgesamt weisen die intermetallischen Phasen einen höheren Schmelzpunkt auf, als die als Grundmaterial verwendeten Zinnlote, wodurch der ausgebildete Kühlkörper aus dem Verbundmaterial neben einer sehr guten Wärmeleitfähigkeit auch eine temperaturstabile Formfestigkeit aufweist. Zusätzlich zeigt sich, dass sich ein solches Materialgefüge in großem Ausmaß porenfrei ausbilden lässt, wodurch ein ungestörter Wärmefluss bei insgesamt sehr niedrigem thermischem Widerstand ermöglicht ist.A further advantageous embodiment of the electronic assembly is present, in which the circuit carrier is an IMS (Insulated Metal Substrate), a DBC (Direct Bonded Copper), an AMB (Active Metal Brazing), a printed circuit board or a thick-layer ceramic substrate. In particular, these circuit carriers have an outermost metallization layer made of copper or a copper alloy in the area of the integral connection. Such circuit carriers are then advantageously combined with the above-mentioned copper-containing metal particles and copper-containing tin solders. Overall, the intermetallic phases have a higher melting point than the tin solders used as the base material, as a result of which the heat sink formed from the composite material, in addition to very good thermal conductivity, also has a temperature-stable dimensional stability. In addition, it can be seen that such a material structure can be formed to a large extent without pores, which enables undisturbed heat flow with very low thermal resistance overall.

Bei einer besonderen Ausführungsform der elektronischen Baugruppe ist der Kühlkörper einstückig aus dem Verbundmaterial ausgebildet. Dadurch ist ein Minimum an Grenzschichten erreicht, wodurch der Wärmfluss weiter optimiert ist.In a special embodiment of the electronic assembly, the heat sink is formed in one piece from the composite material. As a result, a minimum of boundary layers is reached, which further optimizes the heat flow.

Bei einer alternativen Ausführungsform der elektronischen Baugruppe ist der Kühlkörper mehrteilig ausgebildet, wobei zumindest ein erstes Kühlkörperteilelement aus dem Verbundmaterial ausgebildet ist und ein zweites Kühlkörperteilelement mit dem ersten Kühlkörperteilelement kraft-, form- und/oder stoffschlüssig verbunden ist. Dabei kann das zweite Kühlkörperteilelement vorteilhaft aus dem gleichen Verbundmaterial ausgebildet sein wie das erste Kühlkörperteilelement. Alternativ ist das zweite Kühlkörperteilelement aus einem anderen Material gebildet, insbesondere beispielsweise aus Kupfer, aus Aluminium oder aus einer ihrer jeweiligen Legierungen. Sind das Verbundmaterial des ersten Kühlkörperteilelementes und das vorgesehene Material des zweiten Kühlkörperteilelementes aufgrund ihrer metallurgischen Eigenschaften stoffschlüssig verbindbar, bietet sich an, dass das zweite Kühlkörperteilelement als Einlegeteil des Kühlkörpers ausgebildet ist. Alternativ ist der Stoffschluss über eine zusätzliche Verbindungsschicht zwischen beiden Kühlkörperteilelementen ermöglicht, insbesondere wenn diese aus dem gleichen Materialsystem stammt, wie die Materialpartikel und/oder das Grundmaterial des Verbundmateriales. Alternativ bietet sich an, einen geeigneten Klebstoff auszuwählen.In an alternative embodiment of the electronic assembly, the heat sink is constructed in several parts, at least one first heat sink part element being formed from the composite material and a second heat sink part element being connected to the first heat sink part element in a force-fitting, form-fitting and / or material-locking manner. The second heat sink part element can advantageously be formed from the same composite material as the first heat sink part element. Alternatively, the second heat sink part element is formed from another material, in particular, for example, from copper, from aluminum or from one of their respective alloys. If the composite material of the first heat sink part element and the intended material of the second heat sink part element can be cohesively connected due to their metallurgical properties, it makes sense that the second heat sink part element is designed as an insert part of the heat sink. Alternatively, the material connection is made possible via an additional connecting layer between the two heat sink sub-elements, in particular if this comes from the same material system as the material particles and / or the base material of the composite material. Alternatively, you can choose a suitable adhesive.

In vorteilhafter Weiterbildung der elektronischen Baugruppe ist der Kühlkörper als ein von einem Kühlmedium durchströmbarer Kühlkörper ausgebildet, wobei zumindest durch das erste Kühlkörperteilelement und das zweite Kühlkörperteilelement ein von dem Kühlmedium durchströmbarer Hohlraum umschlossen ist. Zwischen dem ersten Kühlkörperteilelement und dem zweiten Kühlkörperteilelement ist ferner ein Dichtungselement angeordnet. Ein solcher Kühlkörper weist eine sehr hohe Entwärmungsleistung auf. In an advantageous further development of the electronic assembly, the cooling body is designed as a cooling body through which a cooling medium can flow, wherein a cavity through which the cooling medium can flow is enclosed at least by the first cooling body part element and the second cooling body part element. A sealing element is also arranged between the first heat sink part element and the second heat sink part element. Such a heat sink has a very high cooling performance.

Die Erfindung führt auch zu einem Verfahren zur Ausbildung einer elektronischen Baugruppe, insbesondere in zumindest einer Ausführungsform der zuvor beschriebenen elektronischen Baugruppe. Die elektronische Baugruppe umfasst dabei einen Schaltungsträger und einem mit dem Schaltungsträger stoffschlüssig verbundenen Kühlkörper. Das Verfahren weist nachfolgende Verfahrensschritte auf:

  1. a) Bereitstellung einer Partikelmischung aus thermisch leitfähigen Materialpartikeln, insbesondere metallische Metallpartikel, und eines Schaltungsträgers mit zumindest einer bestückbaren metallisierten Ober- und/oder Unterseite,
  2. b) Anordnen der Partikelmischung in physischem Anlagenkontakt mit zumindest einem Abschnittsbereich der zumindest einen metallisierten Seite des Schaltungsträgers, wobei zuvor oder danach die Partikelmischung innerhalb einer den Kühlkörper zumindest teilweise abformenden Werkzeugform eingebracht wird,
  3. c) Infiltrieren der Hohlräume benachbarter Materialpartikel innerhalb der Partikelmischung mit einem fließfähigen geschmolzenen Grundmaterial, insbesondere einem bleifreien, zinnhaltigen Lotmaterial, wobei das geschmolzene Grundmaterial dabei auch zumindest einen Abschnittsbereich der zumindest einen metallisierten Seite des Schaltungsträgers benetzt,
  4. d) Abkühlung des Grundmaterials bis in den erstarrten Zustand unter Ausbildung eines Verbundmaterials, umfassend das Grundmaterial als Matrix und die darin eingebetteten thermisch leitfähigen Materialpartikel, wobei dabei ein fester Volumenkörper des Kühlkörpers innerhalb der Werkzeugform ausgebildet wird sowie eine stoffliche Verbindung zwischen dem ausgebildeten Kühlkörper und der zumindest einen metallisierten Seite des Schaltungsträgers mittels des Verbundmateriales,
  5. e) Entformen des ausgebildeten Kühlkörpers aus der Werkzeugform.
The invention also leads to a method for forming an electronic assembly, in particular in at least one embodiment of the electronic assembly described above. The electronic assembly includes a circuit carrier and a heat sink that is integrally connected to the circuit carrier. The process has the following process steps:
  1. a) providing a particle mixture of thermally conductive material particles, in particular metallic metal particles, and a circuit carrier with at least one metallizable top and / or bottom,
  2. b) arranging the particle mixture in physical system contact with at least a section area of the at least one metallized side of the circuit carrier, the particle mixture being introduced beforehand or afterwards in a mold which at least partially molds the heat sink,
  3. c) infiltrating the cavities of adjacent material particles within the particle mixture with a flowable molten base material, in particular a lead-free, tin-containing solder material, the molten base material also wetting at least a portion of the at least one metallized side of the circuit carrier,
  4. d) cooling of the base material to the solidified state with the formation of a composite material, comprising the base material as a matrix and the thermally conductive material particles embedded therein, with a solid solid body of the heat sink being formed within the mold and a material connection between the heat sink being formed and the at least one metallized side of the circuit carrier by means of the composite material,
  5. e) demoulding the formed heat sink from the mold.

Vorteilhaft ist auf diese Weise die Ausbildung einer elektronischen Baugruppe mit einem deutlich gesteigerten Entwärmungsvermögen ermöglicht. Eine besondere Anwendung richtet sich damit insbesondere auf die Ausbildung von Verstärker-, Wechselrichter-, Gleichrichter-, Frequenzumrichter-, Treiber- oder Spannungswandlerschaltungen. Die Verbindungsfestigkeit zwischen dem Schaltungsträger und dem Kühlkörper aus dem Verbundmaterial ist besondere dann sehr hoch, wenn der physikalische Anlagenkontakt zwischen der Partikelmischung und der zumindest einen metallisierten Seite des Schaltungsträger kraftbeaufschlagt erfolgt.In this way, the formation of an electronic assembly with a significantly increased heat dissipation is advantageously made possible. A particular application is thus directed in particular to the design of amplifier, inverter, rectifier, frequency converter, driver or voltage converter circuits. The connection strength between the circuit carrier and the heat sink made of the composite material is particularly high when the physical system contact between the particle mixture and the at least one metallized side of the circuit carrier takes place under force.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird für das Infiltrieren das geschmolzene Grundmaterial drucklos in die Werkzeugform eingegossen und/oder die äußerste Pulverlage der Pulvermischung mit dem geschmolzenen Grundmaterial benetzt unter Bereitstellung eines nachfließenden Grundmaterialvorrats und/oder auf die äußerste Pulverlage ein festes Lotformteil aufgebracht, welches durch eine Temperaturbehandlung aufgeschmolzen wird. Allgemein bevorzugt ist dabei, dass das insbesondere vollständige Infiltrieren aller Hohlräume innerhalb der Partikelmischung mit dem geschmolzenen Grundmaterial durch eine kapillare Wirkkraft innerhalb der Partikelmischung unterstützt wird. Dies liegt insbesondere dann vor, wenn die zwischen den Materialpartikeln vorliegenden Hohlräume ineinander übergehen. Dadurch kann ein porenfreies Verbundmaterialgefüge ausgebildet werden. Zusätzlich unterstützend können Materialpartikel verwendet werden, die vor dem Infiltrieren bereits eine äußerste Beschichtung aus dem Grundmaterial aufweisen, welche dann für das Infiltrieren durch eine Temperaturbehandlung bis oberhalb der Schmelztemperatur des Grundmateriales aufgeschmolzen werden. Auf diese Weise kann die Infiltrierung sowohl beschleunigt als auch verbessert werden. In an advantageous embodiment of the method, the molten base material is poured into the tool mold without pressure for infiltration and / or the outermost powder layer of the powder mixture is wetted with the molten base material to provide a supply of the base material flowing in and / or a solid solder molded part is applied to the outermost powder layer a temperature treatment is melted. It is generally preferred that the in particular complete infiltration of all cavities within the particle mixture with the molten base material is supported by a capillary action within the particle mixture. This is particularly the case when the voids present between the material particles merge into one another. A pore-free composite material structure can thereby be formed. In addition, material particles can be used that already have an outermost coating of the base material before the infiltration, which are then melted for the infiltration by a temperature treatment up to above the melting temperature of the base material. In this way, infiltration can be both accelerated and improved.

Allgemein sind auch anderer bekannte Verfahren zur Ausbildung eines Verbundkörpers möglich, insbesondere die gängigen Gussverfahren.In general, other known methods for forming a composite body are also possible, in particular the common casting methods.

Ein besonderer Vorteil des Verfahrens zeigt sich, wenn kupferhaltige Materialpartikel und ein kupferhaltiges Zinnlot als Grundmaterial verwendet werden, wobei während dem Infiltrieren die Partikelmischung aus kupferhaltigen Materialpartikel mit dem geschmolzenen kupferhaltigen Zinnlot und/oder während dem Abkühlen des Zinnlotes aufgrund von Diffusionsvorgängen und/oder chemisch-physikalischen Reaktionsprozessen Gefügebereiche mit intermetallischen Phasen innerhalb des Verbundmateriales, insbesondere innerhalb der dann gebildeten stoffschlüssigen Verbindung, ausgebildet werden.A particular advantage of the method can be seen if copper-containing material particles and a copper-containing tin solder are used as the base material, the particle mixture of copper-containing material particles with the molten copper-containing tin solder and / or during cooling of the tin solder due to diffusion processes and / or chemical physical reaction processes, structural areas with intermetallic phases are formed within the composite material, in particular within the cohesive connection then formed.

Weiterhin zeigt sich eine günstige Verfahrensausführung darin, dass durch die Werkzeugform ein erstes Kühlkörperteilelement aus dem Verbundmaterial ausgebildet wird und ein zweites Kühlkörperteilelement kraft-, form- und oder stoffschlüssig mit dem ersten Kühlkörperteilelement verbunden wird, insbesondere unter Ausbildung eines umschlossenen, von einem Kühlmedium durchströmbaren Hohlraumes.Furthermore, a favorable implementation of the method can be seen in that the tool shape forms a first heat sink part element from the composite material and a second heat sink part element is connected to the first heat sink part element in a non-positive, positive and / or material manner. in particular with the formation of an enclosed cavity through which a cooling medium can flow.

Insgesamt zeigen sich bei dem Verfahren die bereits bei der elektronischen Baugruppe aufgeführten Vorteile.Overall, the method shows the advantages already listed for the electronic assembly.

Um eine Entformung des ausgebildeten Kühlkörpers aus dem Verbundmaterial sicherzustellen, wird eine Werkzeugform aus einem Material verwendet, welches durch das Grundmaterial nicht benetzbar ist und/oder keine chemische Reaktion mit den Metallpartikeln bzw. dem Verbundmaterial eingeht. Umfasst das Verbundmaterial beispielsweise ein zinnhaltiges Weichlot und Metallpartikel, beispielsweise aus Kupfer oder zumindest kupferhaltig, kann eine Werkzeugform aus Stahl oder aus Aluminium eingesetzt werden. Allgemein alternativ können auch Materialien wie Glas, Keramik oder ein Hochtemperaturkunststoff, beispielsweise Teflon, hierfür zur Anwendung kommen.In order to ensure that the heat sink formed is removed from the composite material, a tool mold made of a material is used which is not wettable by the base material and / or does not undergo a chemical reaction with the metal particles or the composite material. If the composite material comprises, for example, a tin-containing soft solder and metal particles, for example made of copper or at least containing copper, a tool form made of steel or aluminum can be used. In general, alternatively, materials such as glass, ceramic or a high-temperature plastic, for example Teflon, can also be used for this.

Darüber hinaus kann vor oder während dem Infiltrieren eine Temperaturbehandlung erfolgen, welche das Partikelgemisch und/oder die Werkzeugform bis auf eine Schmelztemperatur des Grundmateriales erwärmt. Dabei können auch Metallpartikel, beispielsweise kupferhaltige oder aus Kupfer bestehende Metallpartikel miteinander versintern unter Ausbildung eines zusammenhängenden Hohlraum aufweisenden, insbesondere offenen Porensystems.In addition, a temperature treatment can be carried out before or during the infiltration, which heats the particle mixture and / or the mold to a melting temperature of the base material. Metal particles, for example metal particles containing copper or consisting of copper, can also sinter with one another to form a coherent, in particular open pore system.

Ferner kann unterstützend nach dem Einbringen der Partikelmischung innerhalb der Werkzeugform und vor einem Infiltrieren mit dem Grundmaterial die Metallpartikel mittels eines Reinigungsmediums, insbesondere mittels gasförmiger Ameisensäure oder mittels Wasserstoff oder mittels Formiergas, von Oberflächenoxiden gereinigt bzw. befreit werden.In addition, after the introduction of the particle mixture within the mold and before infiltration with the base material, the surface of the metal particles can be cleaned or freed of surface oxides by means of a cleaning medium, in particular by means of gaseous formic acid or by means of hydrogen or by means of forming gas.

FigurenlisteFigure list

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in:

  • 1a: die Ausbildung einer elektronischen Baugruppe gemäß einem ersten Verfahrensbeispiel zu Beginn der Fertigung,
  • 1b: die Ausbildung der elektronischen Baugruppe aus 1a zu einem späteren Fertigungszeitpunkt,
  • 1c: die Ausbildung der elektronischen Baugruppe aus den 1a und 1b zum Ende der Fertigstellung,
  • 2a: die Ausbildung einer elektronischen Baugruppe gemäß einem weiteren Verfahrensbeispiel zu Beginn der Fertigung,
  • 2b: die Ausbildung der elektronischen Baugruppe aus der 2a zum Ende der Fertigstellung,
  • 3a: ein erstes Ausführungsbeispiel einer elektronischen Baugruppe,
  • 3b: ein weiteres Ausführungsbeispiel einer elektronischen Baugruppe,
  • 3c: ein anderes Ausführungsbeispiel einer elektronischen Baugruppe.
Further advantages, features and details of the invention result from the following description of preferred exemplary embodiments and from the drawing. This shows in:
  • 1a : the formation of an electronic assembly according to a first method example at the start of production,
  • 1b : the training of the electronic assembly 1a at a later time of manufacture,
  • 1c : the training of the electronic assembly from the 1a and 1b at the end of completion,
  • 2a the formation of an electronic assembly according to a further process example at the start of production,
  • 2 B : the training of the electronic assembly from the 2a at the end of completion,
  • 3a a first embodiment of an electronic assembly,
  • 3b : Another embodiment of an electronic assembly,
  • 3c : another embodiment of an electronic assembly.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In den Figuren sind funktional gleiche Bauelemente jeweils mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.In the figures, functionally identical components are identified with the same reference numerals.

In den 1a bis 1c wird eine vorteilhafte Verfahrensausführung zur Ausbildung einer elektronischen Baugruppe 100 dargestellt, beispielsweise für eine Serienfertigung in größeren Stückzahlen. Die 1a zeigt einen Verfahrensstand zu Beginn der Fertigung. Hierbei wird eine Partikelmischung 20 aus thermisch leitfähigen Materialpartikel 21 bereitgestellt, ebenso eine Werkzeugform 10, welche eine einen Kühlkörper 50 zumindest teilweise abformende Formkontur aufweist. Die Partikelmischung 20 kann hierbei Materialpartikel 21 aufweisen, die ausschließlich alle das gleiche Material enthalten und/oder alle die gleiche Partikelgröße haben. Alternative Partikelmischungen 20 enthalten auch zwei, drei oder weitere Arten von Materialpartikel 21, die sich in ihrer Materialzusammensetzung und/oder in ihrer Partikelgröße unterscheiden können. Bevorzugt weist die Partikelmischung 20 Metallpartikel 21 auf. Von den bereits im allgemeinen Beschreibungsteil genannten möglichen Materialien und Partikelgrößen für innerhalb der Partikelmischung 20 verwendbaren Materialpartikeln 21 wird zur weiteren Beschreibung aller Figuren beispielhaft, und damit nicht einschränkend, von Materialpartikel aus Kupfer oder einer Kupferlegierung ausgegangen, beispielsweise mit einer Partikelgröße von 10 µm bis 500 µm. Die Partikelmischung 20 ist als Partikelaufschüttung innerhalb der Werkzeugform 10 eingebracht, beispielsweise automatisch innerhalb einer Partikelbefüllstation (nicht dargestellt). Die Werkzeugform 10 weist zumindest eine Befüllöffnung A auf, durch welche die lose Partikelmischung 20 in einen umgrenzten Aufnahmeraum 11 der Werkzeugform 10 bis auf eine Auffüllhöhe h einbringbar ist. Die Partikelaufschüttung bzw. die Partikelmischung 20 ist ferner bevorzugt innerhalb der Werkzeugform 10 verdichtet (nur schematisch dargestellt) und/oder in der Auffüllhöhe h eben angeordnet, beispielsweise durch einen Rüttelvorgang.In the 1a to 1c will be an advantageous method implementation for forming an electronic assembly 100 shown, for example for series production in large numbers. The 1a shows a process status at the start of production. This is a mixture of particles 20th made of thermally conductive material particles 21 provided, as well as a mold 10th which is a heat sink 50 has at least partially molding contour. The particle mixture 20th can be material particles 21 have that all contain the same material and / or all have the same particle size. Alternative particle mixtures 20th also contain two, three or more types of material particles 21 which can differ in their material composition and / or in their particle size. The particle mixture preferably has 20th Metal particles 21 on. Of the possible materials and particle sizes already mentioned in the general description section for within the particle mixture 20th usable material particles 21 For a further description of all the figures, material particles made of copper or a copper alloy, for example with a particle size of 10 μm to 500 μm, are used as an example, and thus not restrictively. The particle mixture 20th is as a particle bed within the mold 10th introduced, for example automatically within a particle filling station (not shown). The tool shape 10th has at least one filling opening A through which the loose particle mixture 20th in a confined recording room 11 the tool shape 10th can be brought up to a filling level h. The particle fill or the particle mixture 20th is also preferred within the mold 10th compacted (only shown schematically) and / or evenly arranged at the filling level h, for example by a shaking process.

Neben der Partikelmischung 20 wird auch ein Schaltungsträger 30 mit zumindest einer bestückbaren metallisierten Ober- und/oder Unterseite 31, 32 für das Fertigungsverfahren bereitgestellt. Die 2b zeigt einen späteren Fertigungszeitpunkt, bei welchem beispielsweise die Unterseite 32 des Schaltungsträgers 30 auf die oberste verdichtete und/oder ebene Lage der Partikelmischung 20 angeordnet ist, beispielsweise durch ein senkrecht zur äußersten Partikellage orientiertes langsames Auflegen. Die Oberseite 31 und/oder die Unterseite 32 schließen in vorliegendem Ausführungsbeispiel mit einer Schicht aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung ab. Der Schaltungsträger 30 ist dabei beispielsweise als ein DBC-Substrat mit einem zwischen der Ober- und Unterseite 31, 32 angeordneten Keramikkern 33 ausgebildet. Alternativ sind auch ein IMS- (Insulated Metall Substrat), ein AMB-(Active Metall Brazing), ein Leiterplatten- oder ein Dickschichtkeramiksubstrat mit einer zumindest kupferhaltigen Ober- und/oder Unterseite 31, 32 denkbar. Durch die Anordnung des Schaltungsträgers 30 auf der Partikelmischung 20 gelangt diese bzw. gelangen die kupferhaltigen Materialpartikel 21 in unmittelbaren physischen Anlagenkontakt mit zumindest einem Abschnittsbereich der Unterseite 31 des Schaltungsträgers 30. In addition to the particle mixture 20th also becomes a circuit carrier 30th with at least one metallizable top and / or bottom 31 , 32 provided for the manufacturing process. The 2 B shows a later manufacturing time, for example, the bottom 32 of the circuit carrier 30th to the uppermost compressed and / or flat layer of the particle mixture 20th is arranged, for example by a slow lay-up oriented perpendicular to the outermost particle layer. The top 31 and / or the bottom 32 terminate in the present embodiment with a layer of copper or a copper alloy. The circuit carrier 30th is for example as a DBC substrate with one between the top and bottom 31 , 32 arranged ceramic core 33 educated. Alternatively, there are also an IMS (Insulated Metal Substrate), an AMB (Active Metal Brazing), a printed circuit board or a thick-layer ceramic substrate with an upper and / or lower side that contains at least copper 31 , 32 conceivable. By arranging the circuit carrier 30th on the particle mixture 20th does this or the copper-containing material particles arrive 21 in direct physical contact with at least a portion of the bottom 31 of the circuit carrier 30th .

Anschließend wird in einem weiteren Fertigungsschritt ein geschmolzenes, fließfähiges Grundmaterial 40 in die bereits mit der Partikelmischung 20 befüllte Werkzeugform 10 eingebracht, beispielsweise durch langsames Eingießen von Seiten der Befüllöffnung A. Alternativ kann auch ein Schmelzvolumen des Grundmateriales 40 die äußersten Lagen der Partikelmischung 20 benetzen, wobei ein Nachfließen weiteren Schmelzvolumens ermöglicht wird, beispielsweise durch eine Förder- und Spendervorrichtung für das Grundmaterial 40. Als Grundmaterial 40 wird bevorzugt ein zinnhaltiges Lotmaterial verwendet, beispielsweise ein SnCu-, SnAgCu-, SnBi-, SnSb-, Snln-, SnZn-Lotmaterial oder eine Mischung dieser Weichlote. In Kombination mit kupferhaltigen Materialpartikeln 21 kommen bevorzugt kupferhaltige Zinnlote zum Einsatz, beispielsweise Sn96,5Ag3Cu0,5 oder Sn99,3Cu0,7 oder Sn99,Ag0.3,Cu0.7 oder Sn89Sb10,5Cu0,5. Darüber hinaus sind auch andere kupferhaltige Zinnlote geeignet. Mittels des flüssigen Zinnlotes 40 werden Hohlräume 25 benachbarter Materialpartikel 21 innerhalb der Partikelmischung 20 von dem flüssigen Zinnlot 40 infiltriert. Unterstützend wird das Infiltrieren dabei durch eine Kapillarwirkkraft, welche durch die ineinander übergehenden Hohlräume 25 hervorgerufen wird.Then, in a further manufacturing step, a molten, flowable base material is produced 40 into that already with the particle mixture 20th filled mold 10th introduced, for example by slowly pouring in from the filling opening A . Alternatively, a melting volume of the base material can also be used 40 the outermost layers of the particle mixture 20th wetting, whereby a flow of further melting volume is made possible, for example by a conveying and dispensing device for the base material 40 . As basic material 40 a tin-containing solder material is preferably used, for example a SnCu, SnAgCu, SnBi, SnSb, Snln, SnZn solder material or a mixture of these soft solders. In combination with copper-containing material particles 21 tin solders containing copper are preferably used, for example Sn96.5Ag3Cu0.5 or Sn99.3Cu0.7 or Sn99, Ag0.3, Cu0.7 or Sn89Sb10.5Cu0.5. Other copper-containing tin solders are also suitable. Using the liquid tin solder 40 become voids 25th neighboring material particles 21 within the particle mixture 20th of the liquid tin solder 40 infiltrates. The infiltration is supported by a capillary action, which through the merging cavities 25th is caused.

In der 1c ist ein Fertigungszeitpunkt am Ende der Fertigung gezeigt, bei welcher der sich einstellende Flüssigkeitsspiegel des Zinnlotes 40 bereits die Füllhöhe h der Partikelmischung 20 erreicht hat. Dabei wird auch der bereits mit den Materialpartikeln 21 in Anlagenkontakt befindliche zumindest eine Abschnittsbereich der Unterseite 32 mit dem flüssigen Zinnlot 40 benetzt. Der Anlagenkontakt kann vor oder während des Infiltrierens durch das Zinnlot 40 noch verstärkt bzw. verbessert werden, indem der Schaltungsträger 30 mit einer Auflagekraft F gegen die Partikelmischung 20 gedrückt wird. Durch einen Abkühlvorgang des Zinnlotes 40 bis in den erstarrten Zustand wird ein Verbundmaterial 55 ausgebildet, umfassend das Zinnlot 40 als Matrix und die darin eingebetteten thermisch leitfähigen Materialpartikel 21. Zusätzlich ist dadurch innerhalb der Werkzeugform 10 auch ein fester Volumenkörper als ein Kühlkörper 50 ausgebildet sowie eine stoffliche Verbindung 57 zwischen dem ausgebildeten Kühlkörper 50 und der metallisierten Unterseite 32 des Schaltungsträgers 30. Die stoffliche Verbindung 57 ist dabei durch das Verbundmaterial 55 selbst ausgebildet. Bei kupferhaltigen Materialpartikeln 21 und einem kupferhaltigen Zinnlot 40 als Ausgangsstoff für das Verbundmaterial 55, weist dieses im festen Gefügezustand zusätzlich intermetallische Phasen 56 auf. Diese werden aufgrund von chemisch-physikalischen Vorgängen, insbesondere durch Diffusionsvorgänge beim Vorgang des Infiltrierens und/oder des Erstarrens des Zinnlotes 40, ausgebildet. Sie liegen insbesondere als überbrückende Gefügenester und/oder -verästerlung zwischen benachbarten Materialpartikeln 21 und/oder zwischen Materialpartikeln 21 und der metallisierten Unterseite 32 des Schaltungsträgers 30 im Bereich der stofflichen Verbindung 57 vor. Nach abschließender Entformung des Kühlkörpers 50 aus der Werkzeugform 10 liegt eine fertiggestellte elektronische Baugruppe 100 vor. Die Entformung gelingt dadurch, dass die Werkzeugform 10 aus einem Material vorgesehen ist, welches weder durch das Grundmaterial 40, also beispielsweise das Zinnlot, benetzbar ist, noch chemisch-physikalisch mit den Materialpartikeln 21 und/oder den im Ausführungsbeispiel gebildeten intermetallischen Phasen 56 reagiert.In the 1c a time of manufacture is shown at the end of manufacture, at which the liquid level of the tin solder 40 already the filling height h of the particle mixture 20th has reached. This also includes the material particles 21 at least one section area of the underside in contact with the system 32 with the liquid tin solder 40 wetted. The system contact can be made through the tin solder before or during infiltration 40 can be reinforced or improved by the circuit carrier 30th with a contact force F against the particle mixture 20th is pressed. By cooling the tin solder 40 until the solidified state becomes a composite material 55 trained, comprising the tin solder 40 as a matrix and the thermally conductive material particles embedded therein 21 . Additionally, this is within the tool shape 10th also a solid solid as a heat sink 50 trained as well as a material connection 57 between the trained heat sink 50 and the metallized bottom 32 of the circuit carrier 30th . The material connection 57 is due to the composite material 55 self-trained. With copper-containing material particles 21 and a copper-containing tin solder 40 as a raw material for the composite material 55 , this additionally shows intermetallic phases in the solid structural state 56 on. These are due to chemical-physical processes, in particular through diffusion processes during the process of infiltrating and / or solidifying the tin solder 40 , educated. They lie in particular as bridging structural nests and / or branching between adjacent material particles 21 and / or between material particles 21 and the metallized bottom 32 of the circuit carrier 30th in the area of material connection 57 in front. After final demoulding of the heat sink 50 from the mold 10th is a completed electronic assembly 100 in front. De-molding is achieved by the tool shape 10th is provided from a material that is neither through the base material 40 , for example the tin solder, is still wettable, chemically and physically with the material particles 21 and / or the intermetallic phases formed in the exemplary embodiment 56 responds.

In den 2a und 2b ist eine weitere Verfahrensausführung zur Ausbildung der elektronischen Baugruppe 100 gezeigt. Diese entspricht in den wesentlichen Punkten der Verfahrensausführung gemäß den 1a bis 1c. Der Unterschied zeigt sich darin, dass der Schaltungsträger 30 nun bodenseitig an der Werkzeugform 10 angeordnet ist und dort eine bodenseitige Werkzeugöffnung 12 dichtend verschließt. Hierfür ist der Schaltungsträger 30 beispielsweise über eine werkzeugseitige Spannvorrichtung 15 kraftbeaufschlagt von außen gegen die Werkzeugform 10 gedrückt. Hierbei steht dann eine der metallisierten Seiten 31, 32 des Schaltungsträger 30, beispielsweise die Unterseite 32, frei zum begrenzten Aufnahmebereich 11. Auf diese Weise erfolgt der unmittelbare physikalische Anlagekontakt der Unterseite 32 des Schaltungsträgers 30 bereits durch das Einbringen der Partikelmischung 20 in die Werkzeugform 10. Die 2b zeigt wieder den ausgebildeten Kühlkörper 50 aus dem Verbundmaterial 55. Gegebenenfalls ist die Werkzeugform 10 mehrteilig ausgeführt, so dass eine abschließende Entformung zum Erhalt der elektronischen Baugruppe 100 durch ein Entfernen der jeweiligen Werkzeugformen in jeweils unterschiedliche Entformungsrichtungen E, E2, E3 erfolgen kann.In the 2a and 2 B is a further process execution for the formation of the electronic assembly 100 shown. The essential points correspond to the execution of the procedure according to the 1a to 1c . The difference can be seen in the fact that the circuit carrier 30th now on the bottom of the mold 10th is arranged and there a bottom tool opening 12th seals tightly. This is the circuit carrier 30th for example via a clamping device on the tool side 15 external force against the mold 10th pressed. Here is one of the metallized sides 31 , 32 of the circuit carrier 30th , for example the bottom 32 , free to the limited recording area 11 . In this way, there is direct physical contact with the bottom 32 of the circuit carrier 30th already by introducing the particle mixture 20th into the mold 10th . The 2 B shows the trained heat sink again 50 from the composite material 55 . If necessary, the tool shape 10th Made in several parts, so that a final demolding to maintain the electronic assembly 100 by removing the respective tool shapes in different demolding directions E , E2 , E3 can be done.

Grundsätzlich kann der Kühlkörper 50 in Abhängigkeit der Werkzeugform 10 unterschiedliche Formausprägungen aufweisen, beispielsweise Kühlrippen 51. Des Weiteren ist der Kühlkörper 50 beispielsweise einstückig aus dem Verbundmaterial 55 ausgebildet. Zur Erreichung einer schnellen Infiltration können die Materialpartikel 21 vorab eine Beschichtung aus dem Zinnlot aufweisen, welche nach der Einbringung in die Werkzeugform 10 durch eine Temperaturbehandlung bis zumindest der Schmelztemperatur des Zinnlotes aufgeschmolzen werden. Die so aufgeschmolzene Beschichtung aus Zinnlot 40 stellt zumindest einen Teil der für die vollständige Infiltration aller Hohlräume 25 erforderlichen Menge an Zinnlot 40.Basically, the heat sink 50 depending on the tool shape 10th have different shapes, for example cooling fins 51 . Furthermore, the heat sink 50 for example in one piece from the composite material 55 educated. The material particles can be used to achieve rapid infiltration 21 have a coating of the tin solder beforehand, which after being introduced into the mold 10th be melted by heat treatment to at least the melting temperature of the tin solder. The melted tin solder coating 40 represents at least part of the complete infiltration of all cavities 25th required amount of tin solder 40 .

Die 3a bis 3c zeigen jeweils die elektronische Baugruppe 100, jedoch mit alternativen mehrteiligen Ausführungen des Kühlkörpers 50. Der Kühlkörper 50 umfasst hierbei zumindest ein erstes Kühlkörperteilelement 50a aus dem Verbundmaterial 55, beispielsweise ausgebildet während eines der zuvor beschriebenen Verfahrensausführungen. Zusätzlich weist der Kühlkörper 50 zumindest noch ein zweites Kühlkörperteilelement 50a, welches mit dem ersten Kühlkörperteilelement kraft-, form- und/oder stoffschlüssig verbunden ist. Die Kühlkörperteilelemente 50a, 50b umschließen dabei bevorzugt einen Hohlraum 52, welche während eines Betriebes der elektronischen Baugruppe 100 von einem Kühlmedium 60 durchströmbar ist, beispielsweise eine Kühlflüssigkeit. Hierfür weist der Kühlkörper in Flussrichtung R einen Zulauf 52 und einen Ablauf 53 des Kühlmediums 60 auf. Zusätzlich ist in einer Montageschnittstelle zwischen den Kühlkörperteilelementen 50a, 50b eine Dichtung angeordnet (nicht dargestellt).The 3a to 3c each show the electronic assembly 100 , but with alternative multi-part designs of the heat sink 50 . The heat sink 50 in this case comprises at least one first heat sink part element 50a from the composite material 55 , for example, formed during one of the previously described method executions. In addition, the heat sink 50 at least a second heat sink part element 50a , which is non-positively, positively and / or cohesively connected to the first heat sink part element. The heat sink sub-elements 50a , 50b preferably enclose a cavity 52 which during operation of the electronic assembly 100 from a cooling medium 60 can be flowed through, for example a cooling liquid. For this purpose, the heat sink points in the direction of flow R an inflow 52 and an expiry 53 of the cooling medium 60 on. In addition, there is an assembly interface between the heat sink sub-elements 50a , 50b a seal arranged (not shown).

In der Ausführung gemäß 3a ist das erste Kühlkörperteilelement 50a einstückig aus dem Verbundmaterial 55 gebildet. Mit dem ersten Kühlkörperteilelement 50a ist dann ein zweites Kühlkörperteilelement 50b aus einem anderen Material, beispielsweise aus Kupfer, Aluminium oder einer ihrer jeweiligen Legierungen, kraft- und/oder formschlüssig dichtend verbunden.In the execution according to 3a is the first heat sink element 50a in one piece from the composite material 55 educated. With the first heat sink part element 50a is then a second heat sink part element 50b made of another material, for example of copper, aluminum or one of their respective alloys, non-positively and / or positively connected.

Im Gegensatz zum Kühlkörper 50 aus der 3a ist in der Ausführung des Kühlkörpers gemäß der 3b das zweite Kühlkörperteilelement 50b ebenfalls aus dem Verbundmaterial 55. Das zweite Kühlkörperteilelement 50b ist hierbei über einen separaten Herstellprozess, beispielsweise einem Gussprozess, gefertigt.In contrast to the heat sink 50 from the 3a is in the design of the heat sink according to the 3b the second heat sink part element 50b also from the composite material 55 . The second heat sink part element 50b is manufactured using a separate manufacturing process, for example a casting process.

Der Kühlkörper 50 gemäß der 3c weist ein erstes Kühlkörperteilelement 50a auf, welches zumindest im Bereich der stofflichen Verbindung 57 aus dem Verbundmaterial 55 und außerhalb dieser aus einem anderen Material gebildet ist, beispielsweise aus Kupfer, aus Aluminium oder aus deren jeweiligen Legierungen. Das Verbundmaterial 55 und das andere Material können hierbei stofflich verbunden sein, wenn dies bei der Materialkombination metallurgisch möglich ist. In diesem Fall kann der Teilbereich aus dem anderen Material beispielsweise als Einlegeteil in die Werkzeugform 10 eingelegt werden, wobei in der Ausbildung des Teils des Kühlkörpers aus dem Verbundmaterial 55 der Stoffschluss beider Materialien erfolgt. Alternativ können diese materialverschiedenen Bereiche auch über einen Form- und/oder Kraftschluss miteinander verbunden werden, ebenso wie das zweite Kühlkörperteilelement 50b, beispielsweise aus dem anderen Material.The heat sink 50 according to the 3c has a first heat sink part element 50a which, at least in the area of the material connection 57 from the composite material 55 and is formed outside of another material, for example copper, aluminum or their respective alloys. The composite material 55 and the other material can be materially connected if this is metallurgically possible with the material combination. In this case, the partial area made of the other material can, for example, be inserted into the mold 10th be inserted, in the formation of the part of the heat sink from the composite material 55 the material connection of both materials takes place. Alternatively, these different material areas can also be connected to one another via a positive and / or non-positive connection, just like the second heat sink part element 50b , for example from the other material.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 20016316 U1 [0004]DE 20016316 U1 [0004]

Claims (14)

Elektronische Baugruppe (100) umfassend einen Schaltungsträger (30) mit einer bestückbaren metallisierten Ober- und/oder Unterseite (31, 32) und einen Kühlkörper (50), wobei zwischen zumindest einem Abschnittsbereich zumindest einer der metallisierten Seiten (31, 32) des Schaltungsträgers (30) und einer Anbindungsfläche des Kühlkörpers (50) eine stoffschlüssige, insbesondere wärmeleitende Verbindung (57) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (50) aus einem Verbundmaterial (55) ausgebildet ist und das Verbundmaterial (55) zumindest thermisch leitfähige Materialpartikel (21), bevorzugt Metallpartikel, und ein Grundmaterial (40) als Matrix des Verbundmateriales aufweist, in welchem die Materialpartikel (21) eingebettet sind, wobei die stoffschlüssige Verbindung (57) mit dem Schaltungsträger (30) durch das Verbundmaterial (55) des Kühlkörpers (50) ausgebildet ist.Electronic assembly (100) comprising a circuit carrier (30) with a metallizable top and / or bottom (31, 32) and a heat sink (50), at least one of the metallized sides (31, 32) of the circuit carrier between at least one section area (30) and a connection surface of the heat sink (50) is a material, in particular heat-conducting connection (57), characterized in that the heat sink (50) is made of a composite material (55) and the composite material (55) at least thermally conductive material particles (21), preferably metal particles, and has a base material (40) as a matrix of the composite material, in which the material particles (21) are embedded, the cohesive connection (57) with the circuit carrier (30) through the composite material (55) of the heat sink (50) is formed. Elektronische Baugruppe (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundmaterial (55) gleiche oder zumindest zwei unterschiedliche thermisch leitfähige Materialpartikel (21) umfasst, wobei ein Materialpartikel (21) zumindest ein Material aus der Gruppe umfassend Kupfer, Bronze, Nickel, Zink, Messing, Blei oder einer ihrer Legierungen enthält, bevorzugt überwiegend, oder ausschließlich aus einem dieser Materialien besteht.Electronic assembly (100) according to Claim 1 , characterized in that the composite material (55) comprises the same or at least two different thermally conductive material particles (21), a material particle (21) comprising at least one material from the group comprising copper, bronze, nickel, zinc, brass, lead or one of them Contains alloys, preferably predominantly, or consists exclusively of one of these materials. Elektronische Baugruppe (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine gleiche Art von Materialpartikeln (21), bevorzugt alle Materialpartikel, eine Partikelgröße zwischen 10 µm und 1000 µm aufweisen, insbesondere zwischen 10 µm und 100 µm.Electronic assembly (100) according to Claim 2 , characterized in that the same type of material particles (21), preferably all material particles, have a particle size between 10 µm and 1000 µm, in particular between 10 µm and 100 µm. Elektronische Baugruppe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialpartikel (21) als lose Partikelmischung (20) vor der Ausbildung des Verbundmateriales (55) jeweils eine äußere Beschichtung aus dem Grundmaterial (40) des Verbundmateriales (55) aufweisen, wobei das Grundmaterial (40) als Matrix des Verbundmateriales (55) zumindest teilweise aus dem Material der äußeren Beschichtung nach einem Schmelz- und Erstarrungsvorgang ausgebildet ist.Electronic assembly (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the material particles (21) as a loose particle mixture (20) each have an outer coating of the base material (40) of the composite material (55) before the composite material (55) is formed , wherein the base material (40) as a matrix of the composite material (55) is at least partially formed from the material of the outer coating after a melting and solidification process. Elektronische Baugruppe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundmaterial (40) aus einem bleifreien, zinnhaltigen Lotmaterial gebildet ist, insbesondere aus einem Weichlot aus der Gruppe SnCu, SnAgCu, SnBi, SnSb, Snln, SnZn oder aus einer Mischung dieser Weichlote.Electronic assembly (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the base material (40) is formed from a lead-free, tin-containing solder material, in particular from a soft solder from the group SnCu, SnAgCu, SnBi, SnSb, Snln, SnZn or from one Mixture of these soft solders. Elektronische Baugruppe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Materialgefüge des Verbundmaterials (55) zumindest im Bereich der stoffschlüssigen Verbindung (57), bevorzugt im gesamten Volumenbereich des Kühlkörpers (50), Gefügebereiche aus Reaktionsprodukten aus den Materialpartikeln (21) und dem Grundmaterial (40) des Verbundmateriales (55) aufweist, insbesondere als intermetallische Phasen (56).Electronic assembly (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the material structure of the composite material (55) at least in the area of the integral connection (57), preferably in the entire volume area of the heat sink (50), structural areas of reaction products from the material particles (21 ) and the base material (40) of the composite material (55), in particular as intermetallic phases (56). Elektronische Baugruppe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsträger (30) ein IMS-, ein DBC-, ein AMB-, ein Leiterplatten- oder ein Dickschichtkeramiksubstrat ist, insbesondere mit einer äußersten Metallisierungsschicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung im Bereich der stoffschlüssigen Verbindung (57).Electronic assembly (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the circuit carrier (30) is an IMS, a DBC, an AMB, a circuit board or a thick-layer ceramic substrate, in particular with an outermost metallization layer made of copper or a copper alloy in the area of the integral connection (57). Elektronische Baugruppe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (50) einstückig aus dem Verbundmaterial (55) ausgebildet ist.Electronic assembly (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling body (50) is formed in one piece from the composite material (55). Elektronische Baugruppe (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (50) mehrteilig ausgebildet ist, wobei zumindest ein erstes Kühlkörperteilelement (50a) aus dem Verbundmaterial (55) ausgebildet ist, und ein zweites Kühlkörperteilelement (50b) mit dem ersten Kühlkörperteilelement kraft-, form- und/oder stoffschlüssig verbunden ist.Electronic assembly (100) according to one of the Claims 1 to 7 , characterized in that the heat sink (50) is constructed in several parts, at least one first heat sink part element (50a) being formed from the composite material (55), and a second heat sink part element (50b) with the first heat sink part element being force, shape and / or is cohesively connected. Elektronische Baugruppe (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (50) als ein von einem Kühlmedium (60) durchströmbarer Kühlkörper (50) ausgebildet ist, wobei zumindest durch das erste Kühlkörperteilelement (50a) und das zweite Kühlkörperteilelement (50b) ein von dem Kühlmedium (60) durchströmbarer Hohlraum (52) umschlossen ist, und wobei zwischen dem ersten Kühlkörperteilelement (50a) und dem zweiten Kühlkörperteilelement (50b) ein Dichtungselement angeordnet ist.Electronic assembly (100) according to Claim 9 , characterized in that the cooling body (50) is designed as a cooling body (50) through which a cooling medium (60) can flow, at least through the first cooling body part element (50a) and the second cooling body part element (50b) through which the cooling medium (60) can flow Cavity (52) is enclosed, and wherein a sealing element is arranged between the first heat sink part element (50a) and the second heat sink part element (50b). Verfahren zur Ausbildung einer elektronischen Baugruppe (100), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen Schaltungsträger (30) und einem mit dem Schaltungsträger (30) stoffschlüssig verbundenen Kühlkörper (50), mit nachfolgenden Verfahrensschritten: f) Bereitstellung einer Partikelmischung (20) aus thermisch leitfähigen Materialpartikeln (21), insbesondere metallische Metallpartikel, und eines Schaltungsträgers (30) mit zumindest einer bestückbaren metallisierten Ober- und/oder Unterseite (31, 32), g) Anordnen der Partikelmischung (20) in physischem Anlagenkontakt mit zumindest einem Abschnittsbereich der zumindest einen metallisierten Seite (31, 32) des Schaltungsträgers (30), wobei zuvor oder danach die Partikelmischung (20) innerhalb einer den Kühlkörper (50) zumindest teilweise abformenden Werkzeugform (10) eingebracht wird, h) Infiltrieren der Hohlräume (52) benachbarter Materialpartikel (21) innerhalb der Partikelmischung (20) mit einem fließfähigen geschmolzenen Grundmaterial (40), insbesondere einem bleifreien, zinnhaltigen Lotmaterial, wobei das geschmolzene Grundmaterial (40) dabei auch zumindest einen Abschnittsbereich der zumindest einen metallisierten Seite (31, 32) des Schaltungsträgers (30) benetzt, i) Abkühlung des Grundmaterials (40) bis in den erstarrten Zustand unter Ausbildung eines Verbundmaterials (55), umfassend das Grundmaterial (40) als Matrix und die darin eingebetteten thermisch leitfähigen Materialpartikel (21), wobei dabei ein fester Volumenkörper des Kühlkörpers (50) innerhalb der Werkzeugform (10) ausgebildet wird sowie eine stoffliche Verbindung (57) zwischen dem ausgebildeten Kühlkörper (50) und der zumindest einen metallisierten Seite (31, 32) des Schaltungsträgers (30) mittels des Verbundmateriales (55), j) Entformen des ausgebildeten Kühlkörpers (50) aus der Werkzeugform (10).Method for forming an electronic assembly (100), in particular according to one of the preceding claims, comprising a circuit carrier (30) and a heat sink (50) integrally connected to the circuit carrier (30), with the following method steps: f) provision of a particle mixture (20) made of thermally conductive material particles (21), in particular metallic metal particles, and a circuit carrier (30) with at least one metallizable upper and / or lower side (31, 32), g) arranging the particle mixture (20) in physical system contact with at least one section area of the at least one metallized side (31, 32) of the circuit carrier (30), the particle mixture (20) being inside before or after a mold (10) which at least partially molds the heat sink (h) is introduced, h) infiltrating the cavities (52) of adjacent material particles (21) within the particle mixture (20) with a flowable molten base material (40), in particular a lead-free, tin-containing solder material , wherein the molten base material (40) also wets at least a portion of the at least one metallized side (31, 32) of the circuit carrier (30), i) cooling the base material (40) down to the solidified state with the formation of a composite material (55) comprising the base material (40) as a matrix and the thermally conductive material particles (21) embedded therein, wherein a solid solid of the heat sink (50) is formed within the mold (10) and a material connection (57) between the heat sink ( 50) and the at least one metallized side (31, 32) of the circuit carrier (30) by means of the composite material (55), j) demoulding the heat sink (50) from the mold (10). Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass für das Infiltrieren das geschmolzene Grundmaterial (40) drucklos in die Werkzeugform (10) eingegossen wird und/oder die äußerste Partikellage der Partikelmischung (20) mit dem geschmolzenen Grundmaterial (40) benetzt wird unter Bereitstellung eines nachfließenden Grundmaterialvorrats und/oder auf die äußerste Partikellage ein festes Lotformteil aufgebracht wird, welches durch eine Temperaturbehandlung aufgeschmolzen wird, wobei das bevorzugt vollständige Infiltrieren aller Hohlräume (52) mit dem Grundmaterial (40) durch eine Kapillarkraft innerhalb der Partikelmischung (20) unterstützt wird.Procedure according to Claim 11 , characterized in that for the infiltration the molten base material (40) is poured into the tool mold (10) without pressure and / or the outermost particle layer of the particle mixture (20) is wetted with the molten base material (40) to provide a subsequent supply of base material and / or a solid solder molded part is applied to the outermost particle layer, which is melted by a thermal treatment, the preferably complete infiltration of all cavities (52) with the base material (40) being supported by a capillary force within the particle mixture (20). Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass kupferhaltige Materialpartikel (21) und ein kupferhaltiges Zinnlot als Grundmaterial (40) verwendet werden, wobei während dem Infiltrieren die Partikelmischung (20) aus kupferhaltigen Materialpartikel (21) mit dem geschmolzenen kupferhaltigen Zinnlot (40) und/oder während dem Abkühlen des Zinnlotes (40) aufgrund von Diffusionsvorgängen und/oder chemisch-physikalischen Reaktionsprozessen Gefügebereiche mit intermetallischen Phasen (56) innerhalb des Verbundmateriales (55), insbesondere innerhalb der dann gebildeten stoffschlüssigen Verbindung (57), ausgebildet werden.Procedure according to one of the Claims 11 or 12th , characterized in that copper-containing material particles (21) and a copper-containing tin solder are used as the base material (40), the particle mixture (20) comprising copper-containing material particles (21) with the molten copper-containing tin solder (40) and / or during the infiltration Cooling of the tin solder (40) due to diffusion processes and / or chemical-physical reaction processes, microstructure areas with intermetallic phases (56) are formed within the composite material (55), in particular within the cohesive connection (57) then formed. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Werkzeugform (10) ein erstes Kühlkörperteilelement (50a) aus dem Verbundmaterial (55) ausgebildet wird und ein zweites Kühlkörperteilelement (50b) kraft-, form- und oder stoffschlüssig mit dem ersten Kühlkörperteilelement (50a) verbunden wird, insbesondere unter Ausbildung eines umschlossenen, von einem Kühlmedium (60) durchströmbaren Hohlraumes (52).Procedure according to one of the Claims 11 to 13 , characterized in that a first heat sink part element (50a) is formed from the composite material (55) by the tool mold (10) and a second heat sink part element (50b) is connected to the first heat sink part element (50a) in a non-positive, positive and / or material manner, in particular with the formation of an enclosed cavity (52) through which a cooling medium (60) can flow.
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