DE102020205686A1 - Electronic device - Google Patents

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Anton Ringel
Andreas Ringk
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Ausgegangen wird von einer Elektronikvorrichtung, umfassend zumindest ein zu entwärmendes elektrisches und/oder elektronisches Bauelement und einen Kühlkörper. Zur thermischen Entwärmung ist zwischen dem elektrischen und/oder elektronischen Bauelement und dem Kühlkörper eine thermisch leitende Isolationsfolie - bevorzugt angrenzend - angeordnet, welche zusammen mit dem zumindest einen elektrischen und/oder elektronischen Bauelement und dem Kühlkörper ein Laminat bildet. Dabei umfasst das Laminat eine Laminatgruppe mit zumindest zwei oder mehr thermisch leitenden und mindestens in einer oder mehreren übereinanderliegenden Lagenebenen angeordneten Isolationsfolien, wobei sich zumindest zwei Isolationsfolien in ihrem jeweiligen Wärmeausdehnungskoeffizienten zueinander unterscheiden.

Figure DE102020205686A1_0000
The starting point is an electronic device comprising at least one electrical and / or electronic component to be cooled and a heat sink. For thermal cooling, a thermally conductive insulation film - preferably adjacent - is arranged between the electrical and / or electronic component and the heat sink, which film forms a laminate together with the at least one electrical and / or electronic component and the heat sink. The laminate comprises a laminate group with at least two or more thermally conductive insulation foils arranged in at least one or more superimposed layer planes, at least two insulation foils differing from one another in their respective coefficients of thermal expansion.
Figure DE102020205686A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektronikvorrichtung und ein Verfahren zu deren Herstellung gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.The invention relates to an electronic device and a method for its production according to the preamble of the independent claims.

Stand der TechnikState of the art

Elektronikvorrichtungen weisen in vielen Fällen einen Aufbau über mehrere Lagen hinweg, über welche unterschiedliche Komponenten der Elektronikvorrichtung miteinander verbunden sind. So sind beispielsweise ein Schaltungsträger, ein auf dem Schaltungsträger angeordnetes elektrisches und/oder elektronisches Bauelement sowie eine Verbindungsschicht zwischen dem Schaltungsträger und dem elektrischen und/oder elektronischen Bauelement auf unterschiedlichen Lagenebenen angeordnet. Ferner sind bei Leistungsmodulen wärmeerzeugende Leistungsbauelemente zu deren Entwärmung zumindest mittelbar an eine Wärmesenke angebunden, beispielsweise einem Kühlkörper. Dabei ist auch der Kühlkörper beispielweise auf einer weiteren Lagenebene angeordnet. Die zumindest mittelbare Anbindung des Kühlkörpers kann auch durch eine Laminierungsfolie erfolgen. Aufgrund von unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der Elektronikkomponenten bilden sich jedoch bei Temperaturwechsel in oder zwischen den Lagen unter Umständen hohe thermomechanische Spannungszuständen aus. Zu hohe Spannungen führen in der Regel zur Ausbildung von Rissen in Elektronikkomponenten einer Lage oder über mehrere Lagenebenen hinweg. Ebenso sind auch Delaminationsvorgänge in Verbindungsbereichen zu beobachten. Insbesondere können derartige thermomechanische Spannungen bei Laminierungsfolien deren Ablösung insbesondere im Randbereich oder die Ausbildung von grenzflächennahen Rissen hervorrufen. Derartige Schädigungen führen dann zu einem deutlich schlechterem Entwärmungsvermögen aufgrund der fehlenden mechanischen bzw. thermischen Anbindung. Die Betriebsfunktion der Elektronikvorrichtung ist dann nachteilig beeinflusst, was ggf. auch deren vollständigen Ausfall bedeutet.In many cases, electronic devices have a structure over several layers, via which different components of the electronic device are connected to one another. For example, a circuit carrier, an electrical and / or electronic component arranged on the circuit carrier and a connecting layer between the circuit carrier and the electrical and / or electronic component are arranged on different layer levels. Furthermore, in the case of power modules, heat-generating power components are connected at least indirectly to a heat sink, for example a heat sink, for their cooling. The heat sink is also arranged, for example, on a further layer level. The at least indirect connection of the heat sink can also take place by means of a lamination film. Due to the different expansion coefficients of the electronic components, however, high thermomechanical stress states may develop in or between the layers when the temperature changes. Excessive voltages usually lead to the formation of cracks in electronic components in one layer or across several layers. Delamination processes can also be observed in connection areas. In particular, such thermomechanical stresses in the case of lamination films can cause their detachment, particularly in the edge area, or the formation of cracks near the interface. Such damage then leads to a significantly poorer heat dissipation capacity due to the lack of a mechanical or thermal connection. The operating function of the electronic device is then adversely affected, which may also mean its complete failure.

Die Patentschrift DE 11 2017 002 842 T5 offenbart einen Kühlkörper zum Kühlen eines Elements, welches insbesondere als Halbleiterelement ausgebildet ist. Zwischen dem Kühlkörper und dem Halbleiterelement ist ein isolierendes Substrat angeordnet, durch welches Wärme von dem Halbleiterelement zu dem Kühlkörper übertragbar ist. Das Substrat umfasst mehrere Schichten, nämlich eine Verkabelungsschicht, eine isolierende Schicht aus Keramik sowie eine aus Metall hergestellte Pufferschicht.The patent specification DE 11 2017 002 842 T5 discloses a heat sink for cooling an element which is designed in particular as a semiconductor element. An insulating substrate, through which heat can be transferred from the semiconductor element to the heat sink, is arranged between the heat sink and the semiconductor element. The substrate comprises several layers, namely a cabling layer, an insulating layer made of ceramic and a buffer layer made of metal.

Die Offenlegungsschrift DE 10 2016 220 553 A1 offenbart ein Leistungsmodul, welches einen Kühlkörper und mehrere elektronische Leistungsbauelemente umfasst. Zwischen dem Kühlkörper und den elektronischen Leistungsbauelementen sind eine Zwischenschicht sowie eine metallische Schicht vorgesehen. Wärme wird von den Leistungsbauelementen durch die metallische Schicht und die Zwischenschicht hindurch zu dem Kühlkörper übertragen. Die Zwischenschicht ist beispielsweise eine Laminierfolie aus Kunststoff.The disclosure document DE 10 2016 220 553 A1 discloses a power module comprising a heat sink and a plurality of electronic power components. An intermediate layer and a metallic layer are provided between the heat sink and the electronic power components. Heat is transferred from the power components through the metallic layer and the intermediate layer to the heat sink. The intermediate layer is, for example, a plastic laminating film.

Die Patentschrift DE 10 2016 104 283 B4 offenbart eine Leistungshalbleitereinrichtung mit zwei Leistungshalbleiterbauelementen. Die Leistungshalbleiterbauelemente sind mit einem Folienverbund elektrisch leitend verbunden. Der Folienverbund ist mehrschichtig aufgebaut und umfasst eine elektrisch leitende erste Folie, eine elektrisch leitende zweite Folie und eine zwischen der ersten Folie und der zweiten Folie angeordnete elektrisch nichtleitende dritte Folie.The patent specification DE 10 2016 104 283 B4 discloses a power semiconductor device with two power semiconductor components. The power semiconductor components are connected in an electrically conductive manner with a film composite. The film composite has a multilayer structure and comprises an electrically conductive first film, an electrically conductive second film and an electrically non-conductive third film arranged between the first film and the second film.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteileadvantages

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die thermomechanischen Spannungen innerhalb einer Elektronikvorrichtung zu reduzieren.The invention is based on the object of reducing the thermomechanical stresses within an electronic device.

Diese Aufgabe wird durch eine Elektronikvorrichtung sowie ein Verfahren zu deren Herstellung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.This object is achieved by an electronic device and a method for its production according to the independent claims.

Ausgegangen wird von einer Elektronikvorrichtung, umfassend zumindest ein zu entwärmendes elektrisches und/oder elektronisches Bauelement und einen Kühlkörper. Zur thermischen Entwärmung ist zwischen dem elektrischen und/oder elektronischen Bauelement und dem Kühlkörper eine thermisch leitende Isolationsfolie - bevorzugt angrenzend - angeordnet, welche zusammen mit dem zumindest einen elektrischen und/oder elektronischen Bauelement und dem Kühlkörper ein Laminat bildet. Dabei umfasst das Laminat eine Laminatgruppe mit zumindest zwei oder mehr thermisch leitenden und mindestens in einer oder mehreren übereinanderliegenden Lagenebenen angeordneten Isolationsfolien, wobei sich zumindest zwei Isolationsfolien in ihrem jeweiligen Wärmeausdehnungskoeffizienten zueinander unterscheiden. Auf diese Weise ist vorteilhaft erreicht, dass innerhalb des Laminats dessen lokalspezifisches Wärmeausdehnungsverhalten günstig beeinflusst werden kann. So können mittels den Isolationsfolien lokale Bereiche im Laminat gezielt derartige Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, durch die insgesamt ein möglichst reduzierter Spannungszustand des Laminats bei Temperaturwechsel erreicht ist. Eine Reduzierung erfolgt insbesondere dadurch, wenn über Lagenebenen des Laminats hinweg Wärmeausdehnungskoeffizienten der dabei zu durchlaufenden lokalen Bereiche des Laminats in ihrem Wertunterschied verkleinert sind. Insofern weisen die unterschiedlichen Isolationsfolien in lokalen Bereichen des Laminats derartige Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, durch die der genannte Werteunterschied verkleinert ist, bevorzugt minimiert ist. Je nach Aufbau eines Laminats einer Elektronikvorrichtung sind dann lokale Laminatbereiche in einer Lagenebene und/oder in mehreren Lagenebenen mittels zwei oder mehr Isolationsfolien mit entsprechend lokalspezifisch gewählten Wärmeausdehnungskoeffizienten für Temperaturwechsel thermomechanisch spannungsreduziert ausgebildet. Dadurch ergibt sich der Vorteil einer Erhöhung der Belastbarkeit hinsichtlich der Adhäsionsfunktion der Isolationsfolie. Hierdurch können zukünftig höhere Leistungsdichten in Elektronikvorrichtungen, insbesondere Leistungsmodulen, realisiert werden ohne Gefahr einer Delamination oder von Rissen in der Folie. Neben der Funktion einer mechanischen Anbindung innerhalb des Laminats kann dadurch dann auch die elektrische Isolation und/oder Wärmeleitung der Isolationsfolien über Lebensdauer aufrechterhalten werden. Die Isolationsfolie ist aus einem elektrisch nichtleitenden Material gebildet. Die Isolationsfolie ist bevorzugt eine Polymerfolie, insbesondere auf Epoxybasis. Die Polymerfolie weist hierbei noch vor einer Laminatausbildung bevorzugt unvernetzte Polymere auf. In diesem Zustand hat die Isolationsfolie klebende Eigenschaften, beispielsweise aufgrund von unvernetzen Epoxykomponenten. Bei einer Laminatausbildung können durch einen Aktivierungsvorgang die Polymere vernetzen, wodurch innerhalb des Laminats dann eine dauerhafte Adhäsion in den Grenzschichten der Isolationsfolie unter Ausbildung einer wirksamen Klebeschicht hergestellt wird. Es sind auch Polymerfolien als Isolationsfolien denkbar, die beidseitig jeweils eine separate Klebeschicht aufgetragen haben, welche beim Laminieren, insbesondere durch einen Aktivierungsvorgang, gleichsam die Adhäsion der Isolationsfolie bewirken. Der Aktivierungsvorgang allgemein ist beispielweise ein Laminierungsdruck und/oder eine Laminierungstemperatur. Denkbar ist auch ein Aushärteprozess aufgrund einer chemischen Reaktion von Klebekomponenten oder andere Möglichkeiten. Die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten ergeben sich beispielsweise durch unterschiedliche insbesondere anorganische Füllstoffarten in den Isolationsfolien bei gleichem oder unterschiedlichem Polymersystem. Dabei sind beispielsweise AIO2, SiO2 oder andere Materialien als Füllstoffe im Polymersystem geeignet. Ebenso können sich die Isolationsfolien in ihren Füllstoffgraden zueinander unterscheiden.The starting point is an electronic device comprising at least one electrical and / or electronic component to be cooled and a heat sink. For thermal cooling, a thermally conductive insulation film - preferably adjacent - is arranged between the electrical and / or electronic component and the heat sink, which film forms a laminate together with the at least one electrical and / or electronic component and the heat sink. The laminate comprises a laminate group with at least two or more thermally conductive insulation foils arranged in at least one or more superimposed layer planes, at least two insulation foils differing from one another in their respective coefficients of thermal expansion. In this way it is advantageously achieved that its locally specific thermal expansion behavior can be favorably influenced within the laminate. Thus, by means of the insulation foils, local areas in the laminate can specifically have such coefficients of thermal expansion through which, overall, a stress state of the laminate that is as reduced as possible is achieved in the event of temperature changes. A reduction takes place in particular when thermal expansion coefficients of the local areas of the to be passed through over layer planes of the laminate Laminate are reduced in their difference in value. In this respect, the different insulation foils in local areas of the laminate have such coefficients of thermal expansion by which the mentioned value difference is reduced, preferably minimized. Depending on the structure of a laminate of an electronic device, local laminate areas in a layer plane and / or in several layer planes by means of two or more insulation foils with correspondingly locally selected coefficients of thermal expansion for temperature changes are then designed to be thermomechanically stress-reduced. This has the advantage of increasing the load-bearing capacity with regard to the adhesive function of the insulation film. In this way, higher power densities in electronic devices, in particular power modules, can be achieved in the future without the risk of delamination or cracks in the film. In addition to the function of a mechanical connection within the laminate, the electrical insulation and / or heat conduction of the insulation films can then also be maintained over the service life. The insulation film is made of an electrically non-conductive material. The insulation film is preferably a polymer film, in particular based on epoxy. The polymer film here preferably has uncrosslinked polymers before a laminate is formed. In this state, the insulation film has adhesive properties, for example due to uncrosslinked epoxy components. In the case of a laminate formation, the polymers can crosslink through an activation process, as a result of which a permanent adhesion in the boundary layers of the insulation film is then produced within the laminate with the formation of an effective adhesive layer. Polymer films are also conceivable as insulation films, which have a separate adhesive layer applied to both sides, which, during lamination, in particular by means of an activation process, effect the adhesion of the insulation film, as it were. The activation process in general is, for example, a lamination pressure and / or a lamination temperature. A curing process based on a chemical reaction of adhesive components or other possibilities is also conceivable. The different coefficients of thermal expansion result, for example, from different, in particular inorganic, types of fillers in the insulation films with the same or different polymer systems. For example, AlO2, SiO2 or other materials are suitable as fillers in the polymer system. The insulation films can also differ from one another in terms of their filler grades.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Ausgleichsvorrichtung möglich.The measures listed in the dependent claims enable advantageous developments and improvements of the compensation device specified in the independent claim.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Elektronikvorrichtung ist das zumindest eine zu entwärmende elektrische und/oder elektronische Bauelement von einer Umhüllungsmasse umschlossen, insbesondere von einer Moldmasse, beispielsweise auf Epoxybasis, wobei die Umhüllungsmasse mit einer Unterseite des elektrischen und/oder elektronischen Bauelements ebenflächig abschließt. Ferner ist dann eine abschließende Lagenebene der Laminatgruppe sowohl mit der Unterseite des elektrischen und/oder elektronischen Bauelementes als auch mit der an die Unterseite ebenflächig angrenzenden Umhüllungsmasse verbunden. Vorteilhaft können an die Laminatgruppe insbesondere mittels einer unter Laminierungsdruck und Laminierungstemperatur wirksam werdenden Klebstoffschicht einer oder mehrerer Isolationsfolien unterschiedliche Komponenten der Elektronikvorrichtung stoffschlüssig in einer gemeinsamen Lagenebene verbunden sein. Die Komponenten können sich dabei insbesondere in ihren mechanischen und/oder elektrischen Funktionen, in ihren mit der abschließenden Lagenebene verbundenen Materialien und/oder in ihren jeweiligen Wärmeausdehnungskoeffizienten unterscheiden. Die von unterschiedlichen Komponenten des Laminats lokal bedingten unterschiedlichen Ausdehnungsverhalten können dann vorteilhaft durch Vorsehen von Isolationsfolien mit gezielt gewählten sich unterscheidenden Wärmeausdehnungskoeffizienten berücksichtigt werden. Insbesondere liegt dann in einer bevorzugten Ausführungsform der Elektronikvorrichtung der Wertebereich des Wärmeausdehnungskoeffizienten der Laminatgruppe lokal über deren Dickenbereich im Bereich des elektrischen und/oder elektronischen Bauelementes zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des elektrischen und/oder elektronischen Bauelementes und dem Kühlkörper und/oder im Bereich der Umhüllungsmasse zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Umhüllungsmasse und dem Kühlkörper. Auf diese Weise werden die thermomechanischen Spannungen innerhalb des Laminates insgesamt niedrig gehalten.In an advantageous embodiment of the electronic device, the at least one electrical and / or electronic component to be cooled is enclosed by a coating compound, in particular by a molding compound, for example based on epoxy, the coating compound being flush with an underside of the electrical and / or electronic component. Furthermore, a final layer of the laminate group is then connected both to the underside of the electrical and / or electronic component and to the encasing compound which is flush with the underside. Advantageously, different components of the electronic device can be materially connected to the laminate group in a common layer plane, in particular by means of an adhesive layer of one or more insulation foils that becomes effective under lamination pressure and lamination temperature. The components can differ in particular in their mechanical and / or electrical functions, in their materials connected to the final layer plane and / or in their respective coefficients of thermal expansion. The different expansion behavior locally caused by different components of the laminate can then advantageously be taken into account by providing insulation foils with specifically selected different thermal expansion coefficients. In particular, in a preferred embodiment of the electronic device, the value range of the thermal expansion coefficient of the laminate group lies locally over its thickness range in the area of the electrical and / or electronic component between the thermal expansion coefficient of the electrical and / or electronic component and the heat sink and / or in the area of the encasing compound between the Thermal expansion coefficient of the encapsulation compound and the heat sink. In this way, the thermomechanical stresses within the laminate are kept low overall.

Besondere Vorteile ergeben bei einer Ausführungsform der Elektronikvorrichtung, bei welcher zumindest zwei oder mehr der sich unterscheidenden Isolationsfolien in einer einzigen oder zumindest in einer gleichen Lagenebene angeordnet sind. Hierbei sind die sich unterscheidenden Isolationsfolien dann jeweils im Bereich der mit der Laminatgruppe verbundenen unterschiedlichen Komponenten angeordnet, beispielsweise im Bereich des elektrischen und/oder elektronischen Bauelements und im Bereich der Umhüllungsmasse. Bevorzugt ist die gleiche Lagenebene gleichzeitig auch eine abschließende Lagenebene der Laminatgruppe, so dass die sich unterscheidenden Isolationsfolien nächstbenachbart zu den jeweiligen unterschiedlichen Komponenten der Elektronikvorrichtung angeordnet sind, insbesondere mit diesen unmittelbar stoffschlüssig verbunden sind. In einer senkrechten Draufsicht auf die Lagenebene weisen die sich unterscheidenden Isolationsfolien bevorzugt eine laterale Erstreckung derart auf, dass sie flächig im Wesentlichen deckungsgleich mit den jeweils unterschiedlichen Komponenten der Elektronikvorrichtung ausgebildet und angeordnet sind, insbesondere deckungsgleich mit deren an die Laminatgruppe angebundenen Außenkontur. Bei einer Ausführung der Laminatgruppe, bei welcher die sich unterscheidenden Isolationsfolien in nur einer einzigen Lagenebene angeordnet sind, ist abgewandt zu den unterschiedlichen Komponenten der Elektronikvorrichtung auf der gegenüberliegenden Seite der einzigen Lagenebene die Laminatgruppe mit einer Oberseite des Kühlkörpers verbunden. Bei mehr als einer Lagenebene der Laminatgruppe ist die Oberseite des Kühlkörpers mit der abschließenden Lagenebene verbunden, welche den unterschiedlichen Komponenten der Elektronikvorrichtung abgewandt ist. Allgemein ist die Oberseite des Kühlkörpers bevorzugt mittels einer unter Laminierungsdruck und Laminierungstemperatur wirksam werdenden Klebstoffschicht der Laminatgruppe verbunden.Particular advantages result in an embodiment of the electronic device in which at least two or more of the differing insulation films are arranged in a single or at least in the same layer plane. Here, the differing insulation films are then each arranged in the area of the different components connected to the laminate group, for example in the area of the electrical and / or electronic component and in the area of the encasing compound. Preferably, the same layer plane is also a final layer plane of the laminate group, so that the differing insulation foils are arranged next to the respective different components of the electronic device, in particular are directly connected to them in a materially bonded manner. In In a vertical top view of the layer plane, the differing insulation foils preferably have a lateral extent such that they are designed and arranged in a planar manner that is essentially congruent with the respective different components of the electronic device, in particular congruent with their outer contour connected to the group of laminates. In an embodiment of the laminate group in which the differing insulation films are arranged in only a single layer plane, the laminate group is connected to an upper side of the heat sink facing away from the different components of the electronic device on the opposite side of the single layer plane. In the case of more than one layer level of the laminate group, the top of the heat sink is connected to the final layer level, which faces away from the different components of the electronic device. In general, the upper side of the heat sink is preferably connected by means of an adhesive layer of the laminate group which becomes effective under lamination pressure and lamination temperature.

In einer Weiterbildung oder alternativen Ausführungsform der Elektronikvorrichtung umfasst die Laminatgruppe eine Stapelanordnung von in mehreren Lagenebenen übereinander angeordneten und miteinander laminierten Isolationsfolien, wobei zumindest zwei oder mehr dieser sich unterscheidenden Isolationsfolien in unterschiedlichen Lagenebenen angeordnet sind. Vorteilhaft können in einer Übereinanderanordnung der sich unterscheidenden Isolationsfolien lokale Werteunterschiede von Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen mehreren Lagenebenen hinweg weiter verkleinert werden.In a further development or alternative embodiment of the electronic device, the laminate group comprises a stacked arrangement of insulation foils arranged one above the other and laminated to one another in several layer planes, with at least two or more of these differing insulation foils being arranged in different layer planes. Advantageously, by arranging the differing insulation foils one above the other, local differences in values of thermal expansion coefficients between several layer planes can be further reduced.

Allgemein bevorzugt ist bei allen Ausführungsformen der Elektronikvorrichtung, dass die Laminatgruppe lokal über ihre Dickenerstreckung hinweg jeweils einen Gradienten in ihrem Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, wobei sich der Gradient mittels der sich unterscheidenden Isolationsfolien über nachfolgende Lagenebenen hinweg in Stufenwerten verändert und dadurch eine Wärmeausdehnung zwischen dem elektrischen und/oder elektronischen Bauelement und dem Kühlkörper und/oder zwischen der Umhüllungsmasse und dem Kühlkörper durch den Gradienten angeglichen ist. Durch die Anzahl von Lagenebenen einer Laminatgruppe können die Stufenwerte auch vorteilhaft klein gehalten werden, so dass ein sehr geringer thermomechanisch bedingter Spannungszustand im Laminat zu erwarten ist.It is generally preferred in all embodiments of the electronic device that the laminate group has a gradient in its coefficient of thermal expansion locally over its thickness extension, the gradient changing in step values over subsequent layer levels through the different insulation foils and thereby a thermal expansion between the electrical and / or electronic component and the heat sink and / or between the encapsulation compound and the heat sink is matched by the gradient. Due to the number of layer levels of a laminate group, the step values can also advantageously be kept small, so that a very low thermo-mechanical stress state can be expected in the laminate.

Weiter bevorzugt sind Ausführungsformen der Elektronikvorrichtung, bei welchen die Unterseite des elektrischen und/oder elektronischen Bauelements und/oder die Oberseite des Kühlkörpers und/oder alle Lagenebenen der Laminatgruppe parallel zueinander angeordnet sind. Auf diese Weise ist ein sehr einfacher Aufbau der Elektronikvorrichtung realisiert, welcher mit kostengünstigen Fertigungsverfahren hergestellt werden kann.Embodiments of the electronic device are further preferred in which the underside of the electrical and / or electronic component and / or the upper side of the cooling body and / or all layer planes of the laminate group are arranged parallel to one another. In this way, a very simple structure of the electronic device is implemented, which can be manufactured using cost-effective manufacturing processes.

Die Erfindung führt auch zu einem Verfahren zur Herstellung einer Elektronikvorrichtung, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit nachfolgenden Verfahrensschritten:

  • • Bereitstellen einer Laminatgruppe, umfassend zumindest zwei oder mehr thermisch leitende und mindestens in einer oder mehreren Lagenebenen angeordneten Isolationsfolien, wobei sich zumindest zwei Isolationsfolien in ihrem jeweiligen Wärmeausdehnungskoeffizienten zueinander unterscheiden,
  • • Verbinden einer abschließenden Lagenebene der Laminatgruppe mit einer Oberseite eines Kühlkörpers insbesondere mittels einer unter Laminierungsdruck und Laminierungstemperatur wirksam werdenden Klebstoffschicht,
  • • Verbinden einer abschließenden Lagenebene der Laminatgruppe mit einer Unterseite eines zu entwärmenden elektrischen und/oder elektronischen Bauelementes insbesondere mittels einer unter Laminierungsdruck und Laminierungstemperatur wirksam werdenden Klebstoffschicht,
  • • Ausbildung eines Laminats zwischen dem elektrischen und/oder elektronischen Bauelement, der Laminatgruppe und dem Kühlkörper.
The invention also leads to a method for producing an electronic device, in particular according to one of the preceding claims, with the following method steps:
  • • Provision of a laminate group comprising at least two or more thermally conductive insulation foils arranged in at least one or more layer planes, with at least two insulation foils differing from one another in their respective thermal expansion coefficients,
  • • Connection of a final layer of the laminate group to an upper side of a heat sink, in particular by means of an adhesive layer that becomes effective under lamination pressure and lamination temperature,
  • • Connecting a final layer of the laminate group to an underside of an electrical and / or electronic component to be cooled, in particular by means of an adhesive layer that becomes effective under lamination pressure and lamination temperature,
  • • Formation of a laminate between the electrical and / or electronic component, the laminate group and the heat sink.

Vorteilhaft kann die Laminatgruppe als ein Folienverbund vorab vor der Laminatausbildung hergestellt und dann bereitgestellt werden. Insbesondere bei gleichem Polymersystem aller Isolationsfolien, beispielsweise auf Epoxybasis, wird beim Verpressen und/oder Temperieren der enthaltenen Isolationsfolien eine stoffschlüssige (kovalente) Bindung zwischen den Isolationsfolien innerhalb der Laminatgruppe bzw. dem dann ausgebildeten Folienverbund hergestellt. Der Folienverbund berücksichtigt dabei eine Anordnung von Isolationsfolien in und/oder über mehrere Lagenebenen hinweg, so dass dann im auszubildenden Laminat dessen lokaler Gradientenverlauf des Wärmeausdehnungskoeffizienten in bereits beschriebener Weise vorteilhaft angeglichen wird. Das Temperieren - und damit das Aktivieren der Klebekomponenten - erfolgt bevorzugt bei Temperaturen von 150 - 200°C. Die Isolationsfolien für die Laminatgruppe weisen bevorzugt eine Foliendicke von 50 - 300 µm auf, insbesondere von 150 - 200 µm. Bevorzugt sind alle Isolationsfolien innerhalb einer Laminatgruppe mit gleiche Foliendicke ausgeführt, zumindest jedoch innerhalb einer gleichen Lagenebene. Grundsätzlich können Isolationsfolien über Lagenebenen hinweg auch unterschiedliche Foliendicken aufweisen.The laminate group can advantageously be produced as a film composite in advance before the laminate is formed and then provided. In particular with the same polymer system of all insulation foils, for example epoxy-based, a cohesive (covalent) bond is produced between the insulation foils within the laminate group or the foil composite then formed when the insulation foils contained are pressed and / or tempered. The film composite takes into account an arrangement of insulation films in and / or over several layer planes, so that the local gradient of the coefficient of thermal expansion in the laminate to be formed is then advantageously matched in the manner already described. The temperature control - and thus the activation of the adhesive components - is preferably carried out at temperatures of 150-200 ° C. The insulation films for the laminate group preferably have a film thickness of 50-300 μm, in particular 150-200 μm. Preferably, all insulation foils within a group of laminates are designed with the same foil thickness, but at least within the same layer plane. In principle, insulation films can also have different film thicknesses across layer planes.

In einer vorteilhafter Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die Verbindung der Laminatgruppe mit der Unterseite des elektrischen und/oder elektronischen Bauelementes und mit der Oberseite des Kühlkörpers unter einer Krafteinwirkung und einer Temperatureinwirkung zeitgleich. Dabei wird das Laminat mit kurzen Fertigungszeiten ausgebildet. Alternativ erfolgt die Anbindung der jeweiligen abschließenden Lagenebene der Laminatgruppe sequenziell nacheinander.In an advantageous embodiment of the method, the laminate group is connected to the underside of the electrical and / or electronic component and to the upper side of the heat sink under the action of force and temperature at the same time. The laminate is formed with short production times. Alternatively, the connection of the respective final layer level of the laminate group takes place sequentially one after the other.

In Weiterbildung des Verfahrens wird beim Verbinden der Laminatgruppe mit der Unterseite des elektrischen und/oder elektronischen Bauelementes, die Laminatgruppe auch mit einer Abschlussfläche einer Umhüllungsmasse verbunden, welche das zu entwärmende elektrische und/oder elektronische Bauelement umschließt und mit dessen Unterseite ebenflächig abschließt. Auf diese Weise wird die Elektronikvorrichtung als kompakter Verbund ausgebildet.In a further development of the method, when the laminate group is connected to the underside of the electrical and / or electronic component, the laminate group is also connected to an end surface of an encapsulation compound which encloses the electrical and / or electronic component to be cooled and is flush with its underside. In this way, the electronic device is designed as a compact composite.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahren sieht vor, dass die Laminatgruppe lokal über ihren Dickenbereich mit einem Gradienten im Wärmeausdehnungskoeffizienten ausgebildet wird, indem über mehrere Lagenebenen hinweg sich in ihrem jeweiligen Wärmeausdehnungskoeffizienten unterscheidende Isolationsfolien übereinander angeordnet und miteinander laminiert werden und dadurch eine Wärmeausdehnung zwischen dem elektrischen und/oder elektronischen Bauelement und dem Kühlkörper und/oder zwischen der Umhüllungsmasse und dem Kühlkörper nach deren Verbinden mit der Laminatgruppe durch den Gradienten im Wärmeausdehnungskoeffizienten angeglichen wird.A preferred embodiment of the method provides that the laminate group is formed locally over its thickness range with a gradient in the coefficient of thermal expansion by arranging and laminating insulation foils with differing thermal expansion coefficients over several layer levels and thereby causing thermal expansion between the electrical and / or or the electronic component and the heat sink and / or between the enveloping compound and the heat sink after they have been connected to the laminate group by the gradient in the coefficient of thermal expansion.

FigurenlisteFigure list

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

  • 1: eine Schnittdarstellung einer beispielhaften ersten Ausführung einer Elektronikvorrichtung mit unterschiedlichen Isolationsfolien innerhalb einer einzigen Lagenebene,
  • 2: eine Schnittdarstellung einer beispielhaften zweiten Ausführung einer Elektronikvorrichtung mit unterschiedlichen Isolationsfolien über zwei oder mehrere Lagenebenen hinweg,
  • 3: eine Schnittdarstellung einer beispielhaften dritten Ausführung einer Elektronikvorrichtung mit unterschiedlichen Isolationsfolien sowohl über zwei oder mehrere Lagenebenen hinweg als auch zumindest innerhalb einer der Lagenebenen.
Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description of preferred exemplary embodiments and on the basis of the drawing. This shows in:
  • 1 : a sectional view of an exemplary first embodiment of an electronic device with different insulation foils within a single layer plane,
  • 2 : a sectional view of an exemplary second embodiment of an electronic device with different insulation foils over two or more layer levels,
  • 3 : a sectional view of an exemplary third embodiment of an electronic device with different insulation foils both over two or more layer planes and at least within one of the layer planes.

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 each identified with the same reference symbols.

Die 1, 2 und 3 zeigen jeweils unterschiedliche beispielhafte Ausführungen eine Elektronikvorrichtung 100. Allen Ausführungen ist gemein, dass zwischen mehreren Komponenten der Elektronikvorrichtung 100 ein Laminat 200 ausgebildet ist. Das Laminat 200 ist dabei gebildet aus zumindest einer ersten Komponente 10 und einer zweiten Komponente 20 der Elektronikvorrichtung 100 und einer zwischen beiden Komponenten 10, 20 angeordneten Laminatgruppe 30. Die erste Komponente 10 ist beispielsweise ein elektrisches und/oder elektronisches wärmeabgebendes Bauelement 10, insbesondere ein Leistungshalbleiter. Die zweite Komponente 20 ist beispielsweise eine Wärmesenke, insbesondere ein Kühlkörper, beispielsweise aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung. Optional ist das eine oder weitere elektrische und/oder elektronische Bauelement 10 von einer Umhüllungsmasse 40 umschlossen. Dabei schließt die Umhüllungsmasse 40 ebenflächig mit der Unterseite des jeweiligen elektrischen Bauelementes 10 ab. Die Unterseite des elektrischen und/oder elektronischen Bauelementes 10 ist beispielsweise eine Anschlussfläche, beispielsweise eine Elektrode aus Kupfer. Über die Laminatgruppe 30 ist das elektrische und/oder elektronische Bauelement 10 thermisch an den Kühlkörper 20 angebunden. Auf diese Weise erfolgt eine wirksame Entwärmung des elektrischen und/oder elektronischen Bauelementes 10 im Betrieb der Elektronikvorrichtung 100. Der Kühlkörper 20 kann beispielsweise auch von einem Kühlmedium durchströmt oder umströmt sein, um ein Entwärmungsvermögen zu erhöhen. Die Laminatgruppe 30 weist mindestens zwei oder mehr thermisch leitende und mindestens in einer Lagenebene I, II angeordnete Isolationsfolien 30.1, 30.2, 30.3, 30.x auf. Mindestens zwei der Isolationsfolien 30.1, 30.2, 30.3, 30.x unterscheiden sich hierbei in ihrem jeweiligen Wärmeausdehnungskoeffizienten zueinander. Die Isolationsfolien 30.1, 30.2, 30.3, 30.x sind hierbei bevorzugt als Polymerfolien ausgebildet, insbesondere auf Epoxybasis. Des Weiteren weisen alle Isolationsfolien 30.1, 30.2, 30.3, 30.x bevorzugt das gleiche Polymersystem auf. Dabei ergeben sich die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der unterschiedlichen Isolationsfolien 30.1, 30.2, 30.3, 30.x vorrangig aufgrund unterschiedlicher insbesondere anorganischer Füllstoffe und/oder unterschiedlicher Füllgrade dieser Füllstoffe. Als Füllstoffe kommen beispielsweise AIO2 oder SiO2 in Frage, insbesondere innerhalb eines Polymersystems auf Epoxybasis. Alternativ können aber auch Isolationsfolien 30.1, 30.2, 30.3, 30.x mit unterschiedlichen Polymersystemen vorgesehen werden. Das Laminat 200 ergibt sich aufgrund von Klebekomponenten innerhalb der Laminatgruppe 30. Insbesondere sind dies unvernetzte Polymerkomponenten der Laminatgruppe 30 bzw. der Isolationsfolien 30.1, 30.2, 30.3, 30.x, welche insbesondere unter einem Laminierungsdruck und/oder einer Laminierungstemperatur aktiviert werden. Durch die Aktivierung kommt es beispielsweise zu einer Vernetzung der Polymerkomponenten, wodurch eine Adhäsion der Laminatgruppe 30 als stoffliche Anbindung mittels einer Klebeschicht an die erste und die zweite Komponente 10, 20 der Elektronikvorrichtung 100 erwirkt wird. Alternativ können auch Polymerfolien zur Anwendung kommen, welche beidseitig aufgetragene und aktivierbare Klebeschichten aufweisen. Grundsätzlich kann auch eine Aktivierung der Klebekomponenten auch durch andere physikalische und/oder chemische Prozesse erfolgen, beispielsweise durch eine chemische Reaktion von enthaltenen Klebekomponenten. Die Besonderheit des Laminats 200 ergibt sich darin, dass mittels der Laminatgruppe 30 ein ansonsten vorliegender Gradient von Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen Komponenten 10, 40 der Elektronikvorrichtung 100 auf der einen Seite A der Laminatgruppe 30 und den jeweils gegenüberliegenden Komponenten 20 auf der anderen Seite B der Laminatgruppe durch die unterschiedlichen Isolationsfolien 30.1, 30.2, 30.3, 30.x angeglichen wird.the 1 , 2 and 3 each show different exemplary embodiments of an electronic device 100 . All versions have in common that between several components of the electronic device 100 a laminate 200 is trained. The laminate 200 is formed from at least one first component 10 and a second component 20th the electronic device 100 and one between the two components 10 , 20th arranged laminate group 30th . The first component 10 is, for example, an electrical and / or electronic heat-emitting component 10 , especially a power semiconductor. The second component 20th is for example a heat sink, in particular a heat sink, for example made of aluminum or an aluminum alloy. One or more electrical and / or electronic components are optional 10 of a coating compound 40 enclosed. This closes the coating compound 40 level with the underside of the respective electrical component 10 away. The underside of the electrical and / or electronic component 10 is for example a connection surface, for example an electrode made of copper. About the laminate group 30th is the electrical and / or electronic component 10 thermally to the heat sink 20th tied up. In this way, the electrical and / or electronic component is effectively cooled 10 during operation of the electronic device 100 . The heat sink 20th can, for example, also have a cooling medium flowing through or around it in order to increase a cooling capacity. The laminate group 30th has at least two or more thermally conductive insulation films arranged at least in one layer level I, II 30.1 , 30.2 , 30.3 , 30.x on. At least two of the insulation foils 30.1 , 30.2 , 30.3 , 30.x differ from one another in their respective coefficients of thermal expansion. The insulation foils 30.1 , 30.2 , 30.3 , 30.x are preferably designed as polymer films, in particular based on epoxy. Furthermore, all have insulation foils 30.1 , 30.2 , 30.3 , 30.x preferably the same polymer system. This results in the different coefficients of thermal expansion of the different insulation films 30.1 , 30.2 , 30.3 , 30.x primarily due to different, in particular inorganic, fillers and / or different degrees of filling of these fillers. For example, AlO2 or SiO2 come into consideration as fillers, in particular within an epoxy-based polymer system. Alternatively, however, insulation foils can also be used 30.1 , 30.2 , 30.3 , 30.x can be provided with different polymer systems. The laminate 200 arises due to of adhesive components within the laminate group 30th . In particular, these are uncrosslinked polymer components of the laminate group 30th or the insulation foils 30.1 , 30.2 , 30.3 , 30.x which are activated in particular under a lamination pressure and / or a lamination temperature. As a result of the activation, for example, the polymer components are crosslinked, causing the laminate group to adhere 30th as a material connection to the first and second components by means of an adhesive layer 10 , 20th the electronic device 100 is obtained. Alternatively, polymer films can also be used which have adhesive layers which can be activated and applied on both sides. In principle, the adhesive components can also be activated by other physical and / or chemical processes, for example by a chemical reaction of the adhesive components contained therein. The specialty of the laminate 200 results from the fact that by means of the laminate group 30th an otherwise existing gradient of coefficients of thermal expansion between components 10 , 40 the electronic device 100 on one side A of the laminate group 30th and the opposing components 20th on the other side B of the laminate group through the different insulation foils 30.1 , 30.2 , 30.3 , 30.x is adjusted.

Die 1 zeigt hierbei beispielhaft eine erste Ausführungsform der Elektronikvorrichtung 100, bei welcher die Laminatgruppe 30 aus mindestens zwei sich in ihrem jeweiligen Wärmeausdehnungskoeffizienten unterscheidenden Isolationsfolien 30.1, 30.2, 30.x gebildet ist, die in einer einzigen Lagenebene I insbesondere angrenzend aneinander angeordnet sind. Dabei sind auf der Seite A der Laminatgruppe 30 jeweils unterhalb des elektrischen und/oder elektronischen Bauelementes 10 eine Isolationsfolie 30.1 und im Bereich der ebenflächig mit diesem abschließenden Umhüllungsmasse 40 eine Isolationsfolie 30.2 angeordnet. Insbesondere weisen die Isolationsfolien 30.1, 30.2 dabei eine Flächenerstreckung auf, welche jeweils deckungsgleich ist mit den jeweiligen Flächen der mit der Laminatgruppe 30 verbundenen elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente 10 bzw. der Umhüllungsmasse 40. Beide Isolationsfolien 30.1, 30.2 bilden bevorzugt einen Folienverbund aus. Dabei kann die Folie 30.1 beispielsweise einstückig ausgebildet sein mit Aussparungen im Bereich der elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente 10, in welche jeweils - insbesondere passgenau - Isolationsfolien 30.2 angeordnet sind. Auf der Seite B der Laminatgruppe 30 sind die Isolationsfolien 30.1, 30.2 mit der Oberseite des Kühlkörpers 20 verbunden. Dabei liegt der Wertebereich des Wärmeausdehnungskoeffizienten der Isolationsfolie 30.1 zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des elektrischen und/oder elektronischen Bauelementes 10 und dem Kühlkörper 20. Ferner liegt der Wertebereich des Wärmeausdehnungskoeffizienten der Isolationsfolie 30.2 im Bereich der Umhüllungsmasse 40 zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Umhüllungsmasse 40 und dem Kühlkörper 20. Auf diese Weise ergibt sich über die Dickenerstreckung des Laminats 200 lokal ein angeglichener Gradientenverlauf des Wärmeausdehnungskoeffizienten, In der Lagenebene I können bei Bedarf noch weitere Isolationsfolien 30.x mit gleichem oder noch anderem Wärmeausdehnungskoeffizienten als die Isolationsfolien 30.1, 30.2 angeordnet sein, zum Beispiel zum Angleich an weitere Komponenten der Elektronikvorrichtung.the 1 shows here an example of a first embodiment of the electronic device 100 in which the laminate group 30th made of at least two insulation foils that differ in their respective coefficients of thermal expansion 30.1 , 30.2 , 30.x is formed, which are arranged in a single layer plane I in particular adjacent to one another. Here are on side A of the laminate group 30th each below the electrical and / or electronic component 10 an insulation film 30.1 and in the area of the encasing compound that is flush with this 40 an insulation film 30.2 arranged. In particular, the insulation films 30.1 , 30.2 thereby an area extension which is congruent with the respective areas of the laminate group 30th connected electrical and / or electronic components 10 or the coating compound 40 . Both insulation foils 30.1 , 30.2 preferably form a film composite. The foil can 30.1 For example, be designed in one piece with cutouts in the area of the electrical and / or electronic components 10 , in each of which - especially precisely fitting - insulation foils 30.2 are arranged. On side B of the laminate group 30th are the insulation foils 30.1 , 30.2 with the top of the heat sink 20th tied together. The range of values for the coefficient of thermal expansion of the insulation film is here 30.1 between the coefficient of thermal expansion of the electrical and / or electronic component 10 and the heat sink 20th . Furthermore, there is the range of values for the coefficient of thermal expansion of the insulation film 30.2 in the area of the coating compound 40 between the coefficient of thermal expansion of the coating compound 40 and the heat sink 20th . This results in the thickness extension of the laminate 200 locally an adjusted gradient of the coefficient of thermal expansion. In layer level I, further insulation foils can be used if required 30.x with the same or a different coefficient of thermal expansion than the insulation foils 30.1 , 30.2 be arranged, for example to match other components of the electronic device.

Die 2 zeigt beispielhaft eine zweite Ausführungsform der Elektronikvorrichtung 100. Im Gegensatz zur Ausführung gemäß der 1 umfasst die Laminatgruppe 30 eine Stapelanordnung von mindestens zwei sich in ihren Wärmeausdehnungskoeffizienten unterscheidenden Isolationsfolien 30.1, 30.3. Dabei sind die sich unterscheidenden Isolationsfolien 30.1, 30.3 in unterschiedlichen Lagenebenen I, II angeordnet. Die in der Lagenebene I angeordnete Isolationsfolie 30.1 ist ganzflächig sowohl mit der Unterseite der elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente 10 verbunden als auch mit der ebenflächig mit diesen abschließenden Umhüllungsmasse 40. Die in der letzten Lagenebene II angeordnete Isolationsfolie 30.3 ist wiederrum ganzflächig mit der Oberseite des Kühlkörpers 20 verbunden. Die Isolationsfolien 30.1, 30.3 weisen von der ersten Lagenebene I bis zur letzten Lagenebene II in Stufensprüngen sich erhöhende bzw. sich erniedrigende Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, je nachdem in welche Richtung der Gradientenverlauf des Laminats 200 zeigt. Der Wertebereich der Wärmeausdehnungskoeffizienten der Isolationsfolien 30.1, 30.3 liegt dabei bevorzugt im Bereich des Wärmausdehnungskoeffizienten des elektrischen und/oder elektronischen Bauelementes 10 und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Kühlkörpers 20. Da auf der Seite A der Laminatgruppe 30 sowohl die Unterseite der elektrischen und/oder elektronischen Bauelemente 10 als auch die ebenflächig mit diesen abschließende Umhüllungsmasse 40 verbunden sind, kann sich der Wertebereich des Ausdehnungskoeffizienten der Isolationsfolien 30.1, 30.3 auch zwischen einem gewählten Mittelwert der Wärmeausdehnungskoeffizienten des elektrischen und/oder elektronischen Bauelementes 10 und der Umhüllungsmasse 40 auf der Seite A und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Kühlkörpers 20 auf der Seite B der Laminatgruppe 30 bewegen. Grundsätzlich können auch neben den Lagenebenen I, II Isolationsfolien 30.x in weiteren Lagenebenen angeordnet sein. Insbesondere können mit weiteren Lagenebenen feinstufigere Änderungen des Wärmeausdehnungskoeffizienten über entsprechende Isolationsfolien 30.1, 30.2, 30.3, 30.x berücksichtigt werden.the 2 shows an example of a second embodiment of the electronic device 100 . In contrast to the execution according to the 1 includes the laminate group 30th a stacked arrangement of at least two insulation foils which differ in their thermal expansion coefficients 30.1 , 30.3 . Here are the differing insulation foils 30.1 , 30.3 arranged in different layers I, II. The insulation film arranged in layer level I. 30.1 is over the entire surface with both the underside of the electrical and / or electronic components 10 connected as well as with the planar with these final encasing compound 40 . The insulation film arranged in the last layer level II 30.3 is in turn over the entire surface with the top of the heat sink 20th tied together. The insulation foils 30.1 , 30.3 have increasing or decreasing coefficients of thermal expansion in increments from the first layer level I to the last layer level II, depending on the direction in which the gradient of the laminate is carried out 200 shows. The range of values of the thermal expansion coefficients of the insulation foils 30.1 , 30.3 is preferably in the range of the coefficient of thermal expansion of the electrical and / or electronic component 10 and the coefficient of thermal expansion of the heat sink 20th . Because on side A of the laminate group 30th both the underside of the electrical and / or electronic components 10 as well as the covering compound flush with these 40 are connected, the range of values of the expansion coefficient of the insulation foils 30.1 , 30.3 also between a selected mean value of the coefficient of thermal expansion of the electrical and / or electronic component 10 and the coating compound 40 on side A and the coefficient of thermal expansion of the heat sink 20th on side B of the laminate group 30th move. In principle, insulation foils can also be used in addition to layer levels I, II 30.x be arranged in further layers. In particular, with further layers, more finely graded changes in the coefficient of thermal expansion can be made via corresponding insulation foils 30.1 , 30.2 , 30.3 , 30.x must be taken into account.

Die 3 zeigt beispielhaft eine dritte Ausführungsform der Elektronikvorrichtung 100. Diese umfasst sowohl Teilaspekte der Ausführung wie in der 1 als auch wie in der 2 gezeigt. So unterscheiden sich innerhalb der Laminatgruppe 30 zumindest zwei Isolationsfolien 30.1, 30.2 sowohl in einer gemeinsamen Lagenebene I in ihren jeweiligen Wärmeausdehnungskoeffizienten, als auch weitere Isolationsfolien 30.3, 30.x über mehrere Lagenebenen I, II hinweg. Dabei ändert sich der Wärmeausdehnungskoeffizient in gleicher Weise wie bei der Ausführung nach 2 stufenweise über die Lagenebenen hinweg. Allerdings sind die Stufenänderungen lokal unterschiedlich. So orientiert sich die Stufenänderung im Bereich des elektrischen und/oder elektronischen Bauelementes 10 an einem graduellen Verlauf zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des elektrischen und/oder elektronischen Bauelements 10 und dem Kühlkörper 20. Dagegen orientiert sich die Stufenänderung im Bereich der ebenflächig abschließenden Umhüllungsmasse 40 an einem graduellen Verlauf zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Umhüllungsmasse 40 und dem Kühlkörper 20. Grundsätzlich können in mehreren oder in allen Lagenebenen I, II jeweils zwei oder mehr unterschiedliche Isolationsfolien 30.1, 30.2, 30.3, 30.x angeordnet sein.the 3 shows an example of a third embodiment of the electronic device 100 . This includes both partial aspects of the execution as in the 1 as well as in the 2 shown. So differ within the laminate group 30th at least two insulation foils 30.1 , 30.2 both in a common layer plane I in their respective coefficients of thermal expansion, as well as further insulation foils 30.3 , 30.x across several layers I, II. The coefficient of thermal expansion changes in the same way as in the execution according to 2 gradually across the layers. However, the level changes are locally different. The step change is based on the area of the electrical and / or electronic component 10 on a gradual curve between the coefficient of thermal expansion of the electrical and / or electronic component 10 and the heat sink 20th . In contrast, the step change is oriented in the area of the flush covering compound 40 on a gradual course between the coefficient of thermal expansion of the coating compound 40 and the heat sink 20th . In principle, two or more different insulation foils can be used in several or in all layer levels I, II 30.1 , 30.2 , 30.3 , 30.x be arranged.

Allgemein kann für die Herstellung der Elektronikvorrichtung 100 die Laminatgruppe 30 vorab als ausgebildeter Folienverbund bereitgestellt werden. Daraufhin können nacheinander die Seiten A, B des Laminats 200 mit den entsprechenden zu verbindenden Komponenten 10, 20, 40 der Elektronikvorrichtung 100 durch einen Laminierungsprozess verbunden werden, bei welchem insbesondere unter einem Laminierungsdruck und/oder einer Laminierungstemperatur eine jeweils stoffliche Verbindung der Seiten A, B mittels einer wirksam werdenden Klebeschicht erfolgt. Die stoffliche Verbindung auf den Seiten A, B kann bevorzugt auch zeitgleich erfolgen. Mit der stofflichen Verbindung von beiden Seiten A, B ist das Laminat 200 ausgebildet.Generally, for the manufacture of the electronic device 100 the laminate group 30th are provided in advance as a formed film composite. Thereupon the sides A, B of the laminate 200 with the corresponding components to be connected 10 , 20th , 40 the electronic device 100 be connected by a lamination process in which, in particular under a lamination pressure and / or a lamination temperature, a material connection of the sides A, B takes place by means of an effective adhesive layer. The material connection on sides A, B can preferably also take place at the same time. With the material connection of both sides A, B is the laminate 200 educated.

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Claims (12)

Elektronikvorrichtung (100), umfassend zumindest ein zu entwärmendes elektrisches und/oder elektronisches Bauelement (10) und einen Kühlkörper (20), wobei zur thermischen Entwärmung des elektrischen und/oder elektronischen Bauelements (10) zwischen diesem und dem Kühlkörper (20) eine thermisch leitende Isolationsfolie (30.1, 30.2, 30.3, 30.x) angeordnet ist, welche zusammen mit dem zumindest einen elektrischen und/oder elektronischen Bauelement (10) und dem Kühlkörper (20) ein Laminat (200) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass das Laminat (200) eine Laminatgruppe (30) umfasst mit zumindest zwei oder mehr thermisch leitenden und mindestens in einer Lagenebene (I, II) angeordneten Isolationsfolien (30.1, 30.2, 30.3, 30.x), wobei sich zumindest zwei Isolationsfolien (30.1, 30.2, 30.3, 30.x) in ihrem jeweiligen Wärmeausdehnungskoeffizienten zueinander unterscheiden.Electronic device (100), comprising at least one electrical and / or electronic component (10) to be cooled and a heat sink (20), wherein for thermal cooling of the electrical and / or electronic component (10) between this and the heat sink (20) a thermal conductive insulation film (30.1, 30.2, 30.3, 30.x) is arranged, which together with the at least one electrical and / or electronic component (10) and the heat sink (20) forms a laminate (200), characterized in that the laminate (200) comprises a laminate group (30) with at least two or more thermally conductive insulation foils (30.1, 30.2, 30.3, 30.x) arranged at least in one layer plane (I, II), with at least two insulation foils (30.1, 30.2, 30.3, 30.x) differ from one another in their respective coefficients of thermal expansion. Elektronikvorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine zu entwärmende elektrische und/oder elektronische Bauelement (10) von einer Umhüllungsmasse (40) umschlossen ist, wobei die Umhüllungsmasse (40) mit einer Unterseite des elektrischen und/oder elektronischen Bauelements (10) ebenflächig abschließt, und wobei eine abschließende Lagenebene (I, II) der Laminatgruppe (30) mit der Unterseite des elektrischen und/oder elektronischen Bauelementes (10) und mit der an die Unterseite ebenflächig angrenzenden Umhüllungsmasse (10) verbunden ist.Electronic device (100) according to Claim 1 , characterized in that the at least one electrical and / or electronic component (10) to be cooled is enclosed by a coating compound (40), the coating compound (40) flush with an underside of the electrical and / or electronic component (10), and wherein a final layer level (I, II) of the laminate group (30) is connected to the underside of the electrical and / or electronic component (10) and to the encasing compound (10) which is flush with the underside. Elektronikvorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine abschließende Lagenebene (I, II) der Laminatgruppe (30) mit einer Oberseite des Kühlkörpers (20) verbunden ist.Electronic device (100) according to Claim 1 or 2 , characterized in that a final layer level (I, II) of the laminate group (30) is connected to an upper side of the heat sink (20). Elektronikvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wertebereich des Wärmeausdehnungskoeffizienten der Laminatgruppe (30) lokal über deren Dickenbereich im Bereich des elektrischen und/oder elektronischen Bauelementes (10) zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des elektrischen und/oder elektronischen Bauelementes (10) und dem Kühlkörper (20) und/oder im Bereich der Umhüllungsmasse (40) zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Umhüllungsmasse (40) und dem Kühlkörper (20) liegt.Electronic device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the value range of the coefficient of thermal expansion of the laminate group (30) locally over its thickness range in the area of the electrical and / or electronic component (10) between the coefficient of thermal expansion of the electrical and / or electronic component ( 10) and the cooling body (20) and / or in the area of the encasing compound (40) between the coefficient of thermal expansion of the encasing compound (40) and the cooling body (20). Elektronikvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei der sich unterscheidenden Isolationsfolien (30.1, 30.2, 30.3, 30.x) in einer einzigen oder zumindest in einer gleichen Lagenebene (I, II) angeordnet sind.Electronic device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that at least two of the differing insulation films (30.1, 30.2, 30.3, 30.x) are arranged in a single or at least in the same layer plane (I, II). Elektronikvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laminatgruppe (30) eine Stapelanordnung von in mehreren Lagenebenen (I, II) übereinandere angeordneten und miteinander laminierten Isolationsfolien (30.1, 30.2, 30.3, 30.x) umfasst, wobei zumindest zwei dieser sich unterscheidenden Isolationsfolien (30.1, 30.2, 30.3, 30.x) in unterschiedlichen Lagenebenen (I, II) angeordnet sind.Electronic device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the laminate group (30) comprises a stack arrangement of insulating foils (30.1, 30.2, 30.3, 30.x) arranged one above the other and laminated to one another in several layers (I, II), wherein at least two of these differing insulation films (30.1, 30.2, 30.3, 30.x) are arranged in different layer planes (I, II). Elektronikvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laminatgruppe (30) lokal über ihre Dickenerstreckung hinweg jeweils einen Gradienten in ihrem Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, wobei sich der Gradient mittels sich unterscheidenden Isolationsfolien (30.1, 30.2, 30.3, 30.x) über nachfolgende Lagenebenen (I, II) hinweg in Stufenwerten verändert und dadurch eine Wärmeausdehnung zwischen dem elektrischen und/oder elektronischen Bauelement (10) und dem Kühlkörper (20) und/oder zwischen der Umhüllungsmasse (40) und dem Kühlkörper (20) durch den Gradienten angeglichen ist.Electronic device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the laminate group (30) has a gradient in its coefficient of thermal expansion locally over its thickness extension, the gradient being differentiated by means of differing insulation foils (30.1, 30.2, 30.3, 30.x ) changed in step values across subsequent layer levels (I, II) and thereby caused thermal expansion between the electrical and / or electronic component (10) and the heat sink (20) and / or between the encasing compound (40) and the heat sink (20) is adjusted to the gradient. Elektronikvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseite des elektrischen und/oder elektronischen Bauelements (10) und/oder die Oberseite des Kühlkörpers (20) und/oder alle Lagenebenen (I, II) der Laminatgruppe (30) parallel zueinander angeordnet sind.Electronic device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the bottom of the electrical and / or electronic component (10) and / or the top of the heat sink (20) and / or all layer levels (I, II) of the laminate group (30 ) are arranged parallel to each other. Verfahren zur Herstellung einer Elektronikvorrichtung (100), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit nachfolgenden Verfahrensschritten: • Bereitstellen einer Laminatgruppe (30), umfassend zumindest zwei oder mehr thermisch leitende und mindestens in einer Lagenebene (I, II) angeordnete Isolationsfolien (30.1, 30.2, 30.3, 30.x), wobei sich zumindest zwei Isolationsfolien (30.1, 30.2, 30.3, 30.x) in ihrem jeweiligen Wärmeausdehnungskoeffizienten zueinander unterscheiden, · Verbinden einer abschließenden Lagenebene (I, II) der Laminatgruppe (30) mit einer Oberseite eines Kühlkörpers (20) mittels einer unter Laminierungsdruck und Laminierungstemperatur wirksam werdenden Klebstoffschicht, • Verbinden einer abschließenden Lagenebene (I, II) der Laminatgruppe (30) mit einer Unterseite eines zu entwärmenden elektrischen und/oder elektronischen Bauelementes (10) mittels einer unter Laminierungsdruck und Laminierungstemperatur wirksam werdenden Klebstoffschicht. • Ausbildung eines Laminats (200) zwischen dem elektrischen und/oder elektronischen Bauelement (10), der Laminatgruppe (30) und dem Kühlkörper (20).Method for producing an electronic device (100), in particular according to one of the preceding claims, with the following method steps: • Provision of a laminate group (30) comprising at least two or more thermally conductive insulation films (30.1, 30.2, 30.3, 30.x) arranged at least in one layer plane (I, II), with at least two insulation films (30.1, 30.2, 30.3 , 30.x) differ from one another in their respective coefficients of thermal expansion, Connecting a final layer (I, II) of the laminate group (30) to an upper side of a heat sink (20) by means of an adhesive layer that becomes effective under lamination pressure and lamination temperature, • Connecting a final layer (I, II) of the laminate group (30) to an underside of an electrical and / or electronic component (10) to be cooled by means of an adhesive layer that becomes effective under lamination pressure and lamination temperature. • Formation of a laminate (200) between the electrical and / or electronic component (10), the laminate group (30) and the heat sink (20). Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der Laminatgruppe (30) mit der Unterseite des elektrischen und/oder elektronischen Bauelementes (10) und mit der Oberseite des Kühlkörpers (20) zeitgleich unter einer Krafteinwirkung und einer Temperatureinwirkung erfolgt unter Ausbildung eines Laminats (200).Procedure according to Claim 9 , characterized in that the connection of the laminate group (30) with the underside of the electrical and / or electronic component (10) and with the upper side of the heat sink (20) takes place simultaneously under the action of force and temperature, forming a laminate (200). Elektronikvorrichtung (100) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass beim Verbinden der Laminatgruppe (30) mit der Unterseite des elektrischen und/oder elektronischen Bauelementes (10), die Laminatgruppe (30) auch mit einer Abschlussfläche einer Umhüllungsmasse (40) verbunden wird, welche das zu entwärmende elektrische und/oder elektronische Bauelement (10) umschließt und mit dessen Unterseite ebenflächig abschließt.Electronic device (100) according to Claim 9 or 10 , characterized in that when the laminate group (30) is connected to the underside of the electrical and / or electronic component (10), the laminate group (30) is also connected to an end surface of an encapsulation compound (40) which contains the electrical and / or electrical components to be cooled. or encloses an electronic component (10) and flushes with its underside. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass , die Laminatgruppe (30) lokal über ihren Dickenbereich mit einem Gradienten im Wärmeausdehnungskoeffizienten ausgebildet wird, indem über mehrere Lagenebenen (I, II) hinweg sich in ihrem jeweiligen Wärmeausdehnungskoeffizienten unterscheidende Isolationsfolien (30.1, 30.2, 30.3, 30.x) übereinander angeordnet und miteinander laminiert werden und dadurch eine Wärmeausdehnung zwischen dem elektrischen und/oder elektronischen Bauelement (10)und dem Kühlkörper (20) und/oder zwischen der Umhüllungsmasse (40) und dem Kühlkörper (20) nach deren Verbinden mit der Laminatgruppe (30) durch den Gradienten im Wärmeausdehnungskoeffizienten angeglichen wird.Method according to one of the Claims 9 until 11 , characterized in that the laminate group (30) is formed locally over its thickness range with a gradient in the coefficient of thermal expansion by insulating foils (30.1, 30.2, 30.3, 30.x ) are arranged on top of one another and laminated to one another, thereby causing thermal expansion between the electrical and / or electronic component (10) and the heat sink (20) and / or between the encapsulation compound (40) and the heat sink (20) after they have been connected to the laminate group ( 30) is adjusted by the gradient in the coefficient of thermal expansion.
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