-
Die Erfindung betrifft eine Elektronikvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruches.
-
Stand der Technik
-
Elektronikvorrichtungen umfassen elektrische und/oder elektronische Bauelemente, welche im Betrieb Verlustwärme erzeugen, beispielsweise Leistungshalbleiter. Für den sichereren Betrieb der Elektronikvorrichtung ist sicherzustellen, dass eine maximale Betriebstemperatur nicht überschritten wird. Ansonsten kommt es zu Betriebsstörungen oder gar zu einer Schädigung der Elektronikvorrichtung. Aus diesem Grund weisen viele Elektronikvorrichtungen einen Kühlkörper auf, über welchen Verlustwärme zur Einhaltung der maximal zulässigen Betriebstemperatur abgeführt wird. Eine Anbindung an den Kühlkörper kann hierbei mittels einer elektrisch isolierenden Laminierungsfolie erfolgen.
-
So zeigt die Offenlegungsschrift
DE 10 2011 088 218 A1 ein Leistungsmodul umfassend einen Halbleiterchip, welcher unterseitig mit einer Wärmsenke, auch als Heatsink bekannt, abschließt. Die Wärmesenke wird dabei mittels einer isolierenden Laminierungsfolie mit einem Kühlkörper unter Ausbildung eines Laminatverbundes laminiert. Über die Wärmesenke und die Laminierungsfolie ist dann ein Entwärmungspfad bis zum Kühlkörper ausgebildet.
-
Zur Ausbildung des Laminatverbundes ist es allerdings wichtig, dass beim Laminieren eine gleichmäßig verteilte Kraft in der gesamten Laminierungsfläche wirksam wird. Nur auf diese Weise ist eine sehr gute Haftung zwischen dem Halbleiterchip und dem Kühlkörper mittels der Laminierungsfolie sichergestellt. Die Zuverlässigkeit der Laminathaftung ist dabei auch entscheidend von der Form und der Größe der mittelbar verbundenen Wärmesenke des Halbleiterchips beeinflusst. Mit zunehmender Größe treten während des Betriebes Delaminationsvorgänge auf, welche das Leistungsmodul im schlimmsten Falle unbrauchbar machen. Die Delaminationsvorgänge sind dabei insbesondere getrieben durch während des Betriebs entstehende thermomechanische Kräfte. Die Delamination kann hierbei sowohl zwischen der Wärmesenke und der Laminierungsfolie auftreten, als auch zwischen der Laminierungsfolie und dem Kühlkörper.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Vorteile
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die thermomechanischen Spannungen innerhalb einer Elektronikvorrichtung als Laminatverbund zu reduzieren und Delaminationsvorgänge an den Haftflächen der enthaltenen Laminierungsfolie zu verhindern.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Elektronikvorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch gelöst.
-
Ausgegangen wird dabei von einer Elektronikvorrichtung, umfassend zumindest ein zu entwärmendes Elektronikmodul und einen Kühlkörper. Zur thermischen Entwärmung des Elektronikmodules ist zwischen diesem und dem Kühlkörper eine thermisch leitende Laminierungsfolie angeordnet, welche zusammen mit dem zumindest ein Elektronikmodul und dem Kühlkörper die Elektronikvorrichtung in Form eines Laminatverbunds ausbildet. Das Elektronikmodul weist eine Wärmesenke auf, welche zumindest bereichsweise eine Außenfläche des Elektronikmodules ausbildet. Ferner ist die Wärmesenke über diese gebildete Außenfläche unmittelbar mit der Laminierungsfolie laminiert. Die Wärmesenke weist auch gegenüberliegend zur Außenfläche eine Innenfläche auf, die zumindest mittelbar mit einer Elektronikschaltung des Elektronikmodules zumindest thermisch kontaktiert ist. Die Laminierungsfolie ist beispielsweise elektrisch isolierend, so dass ein elektrisches Potential der Elektronikschaltung nicht auf den Kühlkörper übertragen wird. Die Wärmesenke weist auf Seiten der Außenfläche und/oder der Innenfläche zumindest eine nutartige Vertiefung auf, welche die Außenfläche und/oder die Innenfläche in zumindest zwei voneinander getrennte Segmentflächen unterteilt. Die nutartige Vertiefung ist dabei zur Außenfläche bzw. zur Innenfläche offen und ragt mit einem Tiefen- und Breitenmaß in die Dickenerstreckung der Wärmesenke rein. Damit verbleiben die jeweiligen Segmentflächen über eine Restdicke im Nutgrund als dann wirksame Verbindungsbrücke miteinander verbunden. Die zumindest eine Vertiefung erstreckt sich dabei längs der Außen- bzw. der Innenflächen gemäß einem vorgegebenen Verlauf. Das Längserstreckungsmaß ist um ein Vielfaches größer als das Breitenmaß, ebenso um ein Vielfaches größer als das Tiefenmaß. Das Längserstreckungsmaß kann dabei um mehr als das 2-fache, beispielsweise mehr als das 5-fache, insbesondere mehr als das 10-fache größer sein. Allgemein ist daher ein Dickenmaß der Wärmesenke im Bereich der Vertiefungen geringer als im Bereich der Segmentflächen. Vorteilhaft gewinnt die Wärmesenke mittels der zumindest einen Vertiefungen deutlich an Nachgiebigkeit. Insbesondere stellt die Vertiefung eine Art vorgegebene Knicklinie dar, an welcher sich die getrennten Segmentflächen in zumindest einer Lagenebene zueinander verändern können, insbesondere mittels einer Verkippbewegung entlang der zumindest einer Vertiefung. Bei einem unter Kraft und Temperatur durchzuführenden Laminierungsvorgang ermöglicht die hierbei gewonnene Nachgiebigkeit eine lokale Ausgleichsbewegung der Wärmesenke, mittels welcher die Außenfläche trotz toleranzbedingten Abweichungen in den Laminierungsflächen ganzflächig und kraftausgeglichen laminierbar ist. Dadurch können mechanische Spannungen bereits bei der Ausbildung des Laminatverbundes stark verringert werden und Laminierungsflächen zueinander aufliegend ausgerichtet werden. In ähnlicher Weise wirkt die Nachgiebigkeit im Betrieb thermomechanischen Spannungen aufgrund von Temperaturwechsel mindernd entgegen. Insbesondere an Stellen, an welchen ansonsten große thermomechanische Spannungen zu erwarten sind, kann vorteilhaft ein Spannungsabbau mittels einer dort angeordneten nutartigen Vertiefung erfolgen. Im Ergebnis ist ein Risiko für eine Delamination stark reduziert. Dieser Vorteil ergibt sich dabei auch im Falle von größeren Außenflächen der Wärmesenke, so dass Anwendungen leicht skalierbar bleiben. Ein Vorteil ergibt sich weiterhin, dass trotz nutartiger Vertiefung die gebildeten Segmentflächen über die genannten verbleibenden Verbindungsbrücken verbunden bleiben. Auf diese Weise ist ein Wärmefluss und eine Wärmespreizung zu jeweils benachbarten Segmentflächenbereiche weiterhin ermöglicht. Damit bleibt ein Entwärmungsvermögen auf hohem Niveau erhalten.
-
Insgesamt kann es für bestimmte Anwendungsausführungen vorteilhaft sein, dass die zumindest eine nutartige Vertiefung ausschließlich auf der Innenfläche der Wärmesenke angeordnet ist. Somit steht die gesamte Außenfläche der Wärmesenke als Laminierungsfläche zur Verfügung, wodurch die Haftkraft hoch gehalten werden kann. Es ist aber auch denkbar, dass die zumindest eine nutartige Vertiefung ausschließlich auf der Außenfläche der Wärmesenke angeordnet ist. Die potentielle Laminierungsfläche, die durch die offene Vertiefung auf dieser Flächenseite dann fehlt, kann durch kleine Breitenmaße der Vertiefung fast vernachlässigbar geringgehalten werden. Insbesondere eignen sich daher Breitenmaße <= 1 mm, insbesondere <=0,5 mm, bevorzugt <=0,25 mm. Insgesamt können auf der Außenfläche und/oder der Innenfläche der Wärmesenke auch jeweils zwei, drei oder mehr nutartige Vertiefungen zum gleichen Zweck angeordnet sein.
-
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Elektronikvorrichtung möglich.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Elektronikvorrichtung ist die zumindest eine nutartige Vertiefung geradlinig ausgeführt. Dies führt zu einer eindeutigen Sollknicklinie, an welcher sich die gebildeten Segmentflächen bei Bedarf in Ihrer Lage zueinander, insbesondere durch eine Kippbewegung, verändern können. Zusätzlich ist auf diese Weise eine größere Nachgiebigkeit erreichbar.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform der Elektronikvorrichtung zeigt sich darin, dass die zumindest eine nutartige Vertiefung von einer Berandung der Außenfläche und/oder der Innenfläche bis zu einer dieser gegenüberliegenden, insbesondere parallelen, Berandung reicht. Somit ist vorteilhaft erreicht, dass sich die Nachgiebigkeit über den gesamten Querschnitt der Wärmesenke im Bereich der Vertiefung maximal ergibt. Des Weiteren ist sichergestellt, dass es nicht zu unerwünschten Flächenverwindungen kommt, die ansonsten manchmal zu beobachten sind, da ggf. noch Kräfte über ansonsten zur Vertiefung unmittelbar anschließende Bereiche mit größerem Dickenmaß undefiniert weitergeleitet werden können.
-
Eine günstige Ausführungsform der Elektronikvorrichtung ergibt sich, indem zumindest zwei nutartige Vertiefungen sich in einem Schnittpunkt kreuzen - auch darüber hinaus zumindest eine der Vertiefungen oder beide über den Schnittpunkt fortgeführt sind. Die Vorteile zeigen sich besonders bei der Ausführung in Form eines mehrzeiligen und/oder mehrspaltigen Gitternetzes. Auf diese Weise ist bei der Wärmesenke ermöglicht, dass sich die gebildeten Segmentflächen in mehr als einer Lageneben zueinander verändern, insbesondere durch eine kombinierte Kippbewegung entlang mehrerer nutartiger Vertiefungen. Damit kann auch über große Laminierungsflächen hinweg sichergestellt werden, dass die Wärmesenke durchgehend lokal innerhalb des Laminatverbundes gut durch entsprechende Ausgleichsbewegungen bei nicht idealen Laminierungsflächen anhaften kann.
-
Alternativ ergibt sich eine vorteilhafte Ausführungsform der Elektronikvorrichtung, wenn mindestens zwei nutartige Vertiefungen kreuzungsfrei jeweils auf der Au-ßenfläche und/oder Innenfläche angeordnet sind. Dies kann für Anwendungen sinnvoll sein, bei welcher eine Nachgiebigkeit nur in einer bestimmten Lagenebene erwünscht ist, wogegen in einer anderen Lagenebene eine gewisse Steifigkeit verbleiben soll. Zum Beispiel können rechteckige Außen- und/oder Innenflächen einer Wärmesenke mit einem Vielfachen Längen-zu-Breiten-Verhältnis mit ein, zwei, drei oder mehr nutartigen Vertiefungen in einem Winkel, insbesondere unter 90°, zu einer Längserstreckungsachse in kleinere Segmentflächen unterteilt werden. Diese weisen dann jeweils ein kleineres Längen-Breiten-Verhältnis auf. Die Segmentflächen liegen dann beispielsweise in einer Reihenanordnung vor. In dieser Reihenanordnung können die Segmentflächen vergleichbar mit Kettengliedern um eine jeweilige Vertiefung als Drehachse wegkippen.
-
Diese Ausführung kann auch bei bestimmten Anwendungsausführungen auch mit in anderen Flächenbereichen der Außen- und/oder Innenfläche angeordneten gekreuzten nutartigen Vertiefungen kombiniert werden. Damit ergeben sich lokal nach Bedarf definierte Nachgiebigkeiten.
-
Ebenfalls als alternative oder zusätzliche Option bietet sich eine Ausführungsform der Elektronikvorrichtung an, bei welcher zumindest eine geschlossen umlaufende nutartige Vertiefung zumindest eine andere geschlossen umlaufende nutartige Vertiefung umrahmt. Damit kann sich die Außen- und/oder Innenfläche der Wärmesenke im Bereich der Vertiefung ein- oder ausstülpend hervortun. Gerade bei Laminierungsflächen, die ggf. fertigungsbedingt eine nach innen oder nach außen gerichtete Verwölbung aufweisen können, beispielsweise die zur Laminierungsfolie zugewandte Kühlfläche des Kühlkörpers, kann dies Vorteile im Ergebnis der erreichbaren Haftfestigkeit des Laminatverbundes bringen.
-
Besonders vorteilhaft zeigt sich auch eine Ausführungsform der Elektronikvorrichtung, bei welcher jeweils zumindest eine nutartige Vertiefung auf der Außenfläche und zumindest eine nutartige Vertiefung auf der Innenfläche angeordnet sind, wobei deren Anordnung in einer Draufsicht auf die Außenfläche bzw. Innenfläche nicht deckungsgleich sind. Im Ergebnis kann noch eine weiter gesteigerte Nachgiebigkeit der Wärmesenke insgesamt erreicht werden, ohne dass nachteilig viel potentielle Laminierungsfläche verloren geht. Die Verteilung von nutartigen Vertiefungen sowohl auf der Außen- als auch auf der Innenfläche der Wärmesenke bewirkt, dass die auf der Außenfläche bzw. Innenfläche sichtbaren Segmentflächen durch die jeweils auf der anderen Flächenseite angeordnete Vertiefung im Endeffekt durch diese verkleinert werden. Damit wird die lokale Nachgiebigkeit höher aufgelöst und kann zu einer verbesserten Haftung beitragen.
-
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Elektronikvorrichtung zeigt sich allgemein darin, dass die gebildeten Segmentflächen jeweils von einem Umkreis einfassbar sind, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser eines die Außenfläche bzw. Innenfläche der Wärmesenke jeweils einfassbaren Umkreiseses. Im Prinzip erfolgt damit die Segmentierung in kleinere Flächeneinheiten, wodurch die Nachgiebigkeit lokal verbessert aufgelöst wird.
-
Unter Berücksichtigung von Ermüdungsmechanismen sind Ausführungsformen mit möglichst geringer Kerbwirkung im Bereich der nutartigen Vertiefungen vorteilhaft. So ist die zumindest eine nutartige Vertiefung im Querschnitt bevorzugt frei von zu Eckpunkten zusammenlaufenden Querschnittsberandungen auszuführen. Insbesondere weisen potentielle Eckpunkte Rundungen auf, insbesondere bis zum halben Betragswert des Breitenmaßes. Die nutartige Vertiefung ist insbesondere U- oder V-förmig ausgeführt. Die zumindest eine nutartige Vertiefung oder zwei, drei oder mehr Vertiefungen können auf der Außenfläche und/oder der Innenfläche jeweils als Prägestruktur ausgebildet sein. Die Prägestruktur kann dabei über einen Prägevorgang oder mehrere Prägevorgänge erfolgen. Insbesondere kann ein Prägevorgang auch Teile oder die gesamte Prägestruktur zeitgleich auf beiden Flächen der Wärmesenke ausbilden.
-
In einer besonderen Ausführungsform der Elektronikvorrichtung umfasst die Elektronikschaltung zumindest einen Leistungshalbleiter. In diesem Fall ist der Leistungshalbleiter bevorzugt oberhalb einer der Segmentflächen angeordnet. Damit ist verhindert, dass keine nachteilig großen Kräfte auf den Leistungshalbleiter wirken, wenn beim Laminiervorgang oder bei Temperaturwechsel ein Bewegungsausgleich über die Segmentflächen erfolgt.
-
Allgemein kann das Elektronikmodul vorteilhaft eine B2-Brücke als Elektronikschaltung oder als Teil der Elektronikschaltung umfassen. Insbesondere kann die Elektronikschaltung oder ein Teil der Elektronikschaltung als B6-Brücke ausgebildet sein. Auf diese Weise kann eine elektrische Vorrichtung als Leistungsmodul in Form eines Laminatverbundes umgesetzt werden. Dabei kann trotz gemeinsamer Anordnung der B2-Brücke oder der B6-Brücke auf einer gemeinsamen dann flächengrößeren Wärmesenke eine Delamination wirkungsvoll verhindert werden.
-
Ferner ist das Elektronikmodul vorteilhaft von einer Umhüllungsmasse unter Ausbildung eines Modulgehäuses zumindest bereichsweise umschlossen. Bevorzug ist die Umhüllungsmasse eine Moldmasse. Dabei ist zumindest die Wärmesenke frei von jeglicher Umhüllungsmasse. Bevorzugt schließt die Wärmesenke eben mit einer Modulgehäuseaußenfläche ab.
-
Allgemein vorteilhaft ist die Wärmesenke plattenartig ausgeführt, insbesondere als ein Blechelement, bevorzugt als ein Stanzblechteil bzw. Stanzprägeteil. Weiter bevorzugt ist die Wärmesenke aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildet.
-
Grundsätzlich kann ein Elektronikmodul auch mehr als eine Wärmesenke aufweisen. Zumindest eine weitere Wärmesenke oder alle enthaltenen Wärmesenken eines Elektronikmodules können zumindest nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungen der Wärmsenke ausgebildet sein. Ferner kann die elektrische Vorrichtung innerhalb des Laminatverbundes zumindest noch ein weiteres vergleichbares gleiches oder abweichendes Elektronikmodul und/oder weitere elektrische und/oder elektronische Bauelemente aufweisen. Dabei sind die Wärmesenken innerhalb eines der Elektronikmodule und/oder zwischen zwei, drei oder mehr Elektronikmodulen lediglich über die Laminierungsfolie mittelbar miteinander verbunden. Alle Wärmesenken innerhalb eines und/oder aller Elektronikmodule sind - im Gegensatz zu den ausgebildeten Segmentflächen - damit über einen trennenden Spalt physisch zueinander beabstandet.
-
Figurenliste
-
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 Ausführung einer Elektronikvorrichtung in Form eines Laminatverbundes,
- 2: die Elektronikvorrichtung aus 1 mit einer Draufsicht auf enthaltene Wärmesenken unter Ausblendung eines ansonsten mit der Wärmesenke mittelbar verbundenen Kühlkörpers,
- 3: eine perspektivische Sicht auf einer der in der Elektronikvorrichtung aus 1 enthaltenen Wärmesenke umfassend mehrere nutartige Vertiefungen,
- 4: eine Draufsicht auf eine weitere beispielhafte Ausführung einer Wärmesenke für eine Elektronikvorrichtung,
- 5: eine Draufsicht auf eine weitere beispielhafte Ausführung einer Wärmesenke für eine Elektronikvorrichtung.
-
Ausführungsformen der Erfindung
-
In den Figuren sind funktional gleiche Bauelemente jeweils mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
-
In der 1 ist eine Schnittdarstellung einer beispielhaften Ausführung einer Elektronikvorrichtung 100 gezeigt. Die Elektronikvorrichtung 100 umfasst zumindest ein Elektronikmodul 10, welches mittelbar mit einem Kühlkörper 50 verbunden ist. Das Elektronikmodul 10 weist eine Elektronikschaltung 20' mit zumindest einem Wärme abgebenden elektrischen und/oder elektronischen Bauelement 30 auf, beispielsweise einem Leistungshalbleiter 30.1 und/oder einer Leistungsdiode 30.2. Die Elektronikschaltung 20' ist insbesondere im Bereich des Wärme abgebenden Bauelementes 30, 30.1, 30.2 mit einer Wärmesenke 25, auch Heatsink genannt, verbunden, beispielsweise mittels einer Lot- oder Sinterschicht. Die Wärmesenke 25 bewirkt eine Wärme- und Wärmeweiterleitung der in der Elektronikschaltung 20' durch insbesondere Verlustleistung von elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen 30, 30.1, 30.2 entstandenen Wärme. Das Elektronikmodul 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel in Form eines Leistungsmoduls ausgeführt. Dabei sind in der Schnittebene die Leistungshalbleiter 30.1 und die Leistungsdiode 30.2 als B2-Brücke 20`.1 elektrisch verschaltet. Das Leistungsmodul 10 kann dabei beispielsweise außerhalb der Schnittebene auch noch weitere B2-Brücken 20`.1 als Teil der Elektronikschaltung 20' aufweisen unter Ausbildung einer B6-Brücke 20'.2. Die B2-Brücken 20`.1 bzw. B6-Brücke 20'.2 umfasst Verbindungselemente 21, wie beispielsweise Kupferklips, welche die Leistungshalbleiter 30.1 und die Leistungsdiode 30.2 miteinander elektrisch kontaktieren. Das Elektronikmodul 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel zusätzlich als Moldmodul ausgeführt. Mittels einer ausgehärteten Moldmasse 11 ist die Elektronikschaltung 20' vollständig umhüllt unter Ausbildung eines Modulgehäuses 12. Entsprechende Anschlusskontakte 22 sind seitlich aus dem Modulgehäuse 12 geführt als externe elektrische Anschlussmöglichkeit des Elektronikmodules 10. Insofern können als Teil der Elektronikvorrichtung 100 weitere Schaltungsbestandteile außerhalb des Elektronikmodules 10 mit dessen Anschlusskontakten 22 elektrisch verbunden sein. Die Wärmesenke 25 ist als plattenartiges Element ausgeführt, insbesondere als ein Blechelement, beispielsweise aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung. Eine der Elektronikschaltung 20' zugewandte Hauptseite der Wärmesenke 25 - nachfolgend als Innenfläche 25.1 bezeichnet - ist mittelbar thermisch und elektrisch mit der Elektronikschaltung 20' verbunden. Die davon abgewandte Hauptseite - nachfolgend als Außenfläche 25.2 bezeichnet - bildet bereichsweise eine von Moldmasse 11 freie Außenfläche des Elektronikmodules 10 aus. Insbesondere ist die Außenfläche 25.2 der Wärmesenke 25 ebenflächig mit einer angrenzenden von Moldmasse 11 ausgebildeten Außenfläche des Elektronikmodules 10 ausgerichtet. Die Verbindung des Elektronikmodules 10 mit dem Kühlkörper 50 erfolgt mittels einer elektrisch isolierenden Laminierungsfolie 41. Diese ist zwischen einer dem Elektronikmodul 10 zugewandten Außenfläche 50.2 des Kühlkörpers 50 und der Außenfläche 25.2 der Wärmesenke 25 angeordnet. Zumindest die Außenfläche 50.2 des Kühlkörpers 50 und die Außenfläche 25.2 der Wärmesenke 25 stellen dabei Laminierungsflächen 42 bereit, mittels welcher der Kühlkörper 50, die Laminierungsfolie 41 und das Elektronikmodul 10 in Form eines Laminatverbundes 100' miteinander haftend verbunden sind. Der Laminatverbund 100' lässt sich ausbilden, indem der Kühlkörper 50 und das Elektronikmodul 10 entgegengesetzt zueinander Kraft beaufschlagt werden unter Verpressen der Laminierungsfolie 41, beispielsweise innerhalb einer Pressvorrichtung. Die Laminierungsfolie 41 umfasst dabei beidseitig unter Laminierungsdruck und Laminierungstemperatur wirksam werdende Klebstoffschichten. Denkbar ist auch ein Aushärteprozess aufgrund einer chemischen Reaktion von Klebekomponenten oder andere Möglichkeiten. Die Laminierungsfolie 41 weist beispielsweise noch vor einer Laminatausbildung bevorzugt unvernetzte Polymere auf. In diesem Zustand hat die Laminierungsfolie 41 klebende Eigenschaften, beispielsweise aufgrund von unvernetzten Epoxykomponenten. Bei einer Laminatverbundausbildung können durch einen Aktivierungsvorgang die Polymere vernetzen, wodurch innerhalb des Laminatverbundes 100' dann eine dauerhafte Adhäsion in den Grenzschichten der Laminierungsfolie 41 zu den Laminierungsflächen 42 unter Ausbildung einer wirksamen Klebeschicht hergestellt wird. Es sind auch Laminierungsfolien 41 als Isolationsfolien denkbar, die beidseitig jeweils eine separate Klebeschicht aufgetragen haben, welche beim Laminieren, insbesondere durch einen Aktivierungsvorgang, gleichsam die Adhäsion der Laminierungsfolie 41 bewirken.
-
Zum Ausgleich von beispielsweise toleranz- bzw. fertigungsbedingten Abweichungen der Laminierungsflächen 42 von einer Idealform vor einem Laminierungsvorgang, beispielsweise einer Flächenebene, weist die Innenfläche 25.1 der Wärmesenke 25 zumindest eine nutartige Vertiefung 26 auf, beispielsweise zwei. Die beispielhaft gezeigten zwei nutartigen Vertiefungen 26 verlaufen in diesem Ausführungsbeispiel senkrecht zur dargestellten Schnittebene und reichen dabei bis zur jeweils gegenrichteten Berandung L' der Wärmesenke 25. Die Wärmesenke 25 der Elektronikvorrichtung 100 aus 1 ist in 3 nochmals separat in einer perspektivischen Darstellung gezeigt. Mittels der nutartigen Vertiefungen 26 ist die Innenfläche 25.1 der Wärmesenke 25 in drei voneinander getrennte Segmentflächen 25.3 unterteilt. Die ausgebildeten Segmentflächen 25.3 weisen dabei insgesamt ein kleineres Verhältnis Ihrer Längen- zu Breitenmaße I/b auf, als ursprünglich das Verhältnis des Längen- zu Breitenmaßes L/B der Innenfläche 25.1 der Wärmesenke 25. Eine nutartige Vertiefung 26 ist dabei mit einem definierten Tiefenmaß t und Breitenmaß n einseitig geöffnet in der Innenfläche 25.1 ausgebildet, insbesondere geradlinig verlaufend. Damit ergibt sich über den Verlauf der nutartigen Vertiefung 26 jeweils ein geringeres Dickenmaß d der Wärmesenke 25 als ein Dickenmaß D im Bereich der Segmentflächen 25.3. Im Bereich der nutartigen Vertiefungen 26 weist die Wärmesenke 25 damit eine größere Nachgiebigkeit auf. Dabei wirkt eine nutartige Vertiefung 26 als Drehachse A, über welche benachbarte Segmentflächen 25.3 ihre Lagenebene zueinander durch eine Verkippbewegung aufgrund einer Krafteinwirkung verändern können. Auf diese Weise können sich die Laminierungsflächen 42 bei einem Laminierungsvorgang mittels der damit geschaffenen lokalen Nachgiebigkeit ohne Aufbau von mechanischen Spannungen zueinander ausrichten und kräfteausgeglichen satt auf der Laminierungsfolie 41 aufliegen. Damit kann der Laminatverbund 100' mit verbesserter Haftung zur Absicherung gegen Delaminationsvorgänge ausgebildet werden. Die verbesserte Haftung bleibt dabei auch bei thermomechanischen Spannungen aufgrund von Temperaturwechsel über die Betriebslaufzeit der Elektronikvorrichtung 100 erhalten. Die nutartigen Vertiefungen 26 sind dabei im Querschnitt U-förmig oder V-förmig ausgebildet. Zur Vermeidung von Kerbwirkungen ist die Querschnittsberandung an ansonsten spitzen Eckpunkten entsprechend verrundet. Wie aus 1 ersichtlich ist ein Leistungshalbleiter 30.1 bzw. eine Leistungsdiode 30.2 jeweils oberhalb einer Segmentfläche 25.3 angeordnet, beispielsweise zentriert darüber. Die nutartigen Vertiefungen 26 sind bevorzugt als Prägestruktur ausgebildet, welche beispielsweise mit einem Prägevorgang mittels einer Prägevorrichtung in die Innenfläche 25.2 eingebracht wird.
-
Alternativ zu der in 3 gezeigten Ausführungsform der Elektronikvorrichtung 100 kann zumindest eine nutartige Vertiefung 26 auch ausschließlich auf der Außenfläche 25.2 der Wärmesenke 25 ausgebildet sein. Die Ausführung der Wärmesenke 25 entspricht dabei der in 3 gezeigten Ausführung mit dem Unterschied, dass die mit den zwei parallelen nutartigen Vertiefungen 26 ausgebildete Fläche die Außenfläche 25.2 der Wärmesenke 25 darstellt.
-
Die 3 zeigt auch gestrichelt eine weitere mögliche Variante, bei welcher sowohl auf der Innenfläche 25.1 als auch auf der Außenfläche 25.2 der Wärmesenke 25 jeweils zumindest eine nutartige Vertiefung 26 ausgebildet sind. In einer Draufsicht auf die Innenfläche 25.1 bzw. die Außenfläche 25.2 ist der Verlauf der Vertiefungen 26 auf den Seitenflächen 25.1, 25.2 zueinander nicht deckungsgleich. Zwar sind zur Veranschaulichung in diesem Ausführungsbeispiel auf einer der Seitenflächen 25.1, 25.2 drei Segmentflächen 25.3 und auf der anderen Seitenfläche 25.1, 25.2 dann vier Segmentflächen ausgebildet. Durch die lokal unterschiedlichen Verringungen des Dickenmaßes D, d der Wärmesenke 25 mittels der nutartigen Vertiefungen 26, sind effektiv sechs verkleinerte Segmentflächen 25.3' über Kippbewegungen um die jeweiligen Vertiefungen 26 als Drehachse A in ihrer jeweiligen Lagenebene zueinander veränderbar.
-
Grundsätzlich lassen sich für anderen Anwendungsausführungen der Elektronikvorrichtung 100 auch andere Anordnungen von einer, zwei, drei oder mehr nutartigen Vertiefungen 26 auf der Innen- und/oder Außenfläche 25.1, 25.2 der Wärmesenke 25 ausbilden.
-
So zeigt die 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Wärmesenke 25 eine Elektronikvorrichtung 100, bei welcher nutartige Vertiefungen 26 auf der Innen- und/oder Außenfläche 25.1, 25.2 derart angeordnet sind, dass sich zumindest zwei der Vertiefungen 26 in einem Schnittpunkt 27 kreuzen. Damit ergibt sich eine Matrixanordnung von ausgebildeten Segmentflächen 25.3. Die nutartigen Vertiefungen 26 können dabei ein beliebiges mehrzeiliges und/oder mehrspaltiges Gitternetz 26' bilden. Bevorzugt sind die in Zeilen angeordneten Vertiefungen 26 senkrecht zu den in Spalten angeordneten Vertiefungen 26 angeordnet, wobei aber auch eine Ausrichtung abweichend von 90° denkbar ist. Durch einen Verlauf der Vertiefungen 26 mit beschriebenen Schnittpunkten 27 zueinander, ergeben sich unterschiedliche Drehachsen A für mögliche Verkippungen, so dass eine Lagenebenenveränderungen jeweils einer ausgebildeten Segmentfläche 25.3, 25'.3 in mehreren Ebenen erfolgen kann.
-
Die 5 zeigt ebenfalls ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Wärmesenke 25 einer Elektronikvorrichtung 100. Hierbei ist eine nutartige Vertiefung 26 geschlossenen umlaufend innerhalb der Innen- und/oder Außenfläche 25.1, 25.2 der Wärmesenke 25 ausgebildet. Ferner umrahmt eine geschlossenen umlaufende nutartige Vertiefung 26 eine, zwei oder weitere geschlossen umlaufende Vertiefungen 26. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Verlauf einer geschlossenen umlaufenden Vertiefung 26 kreisrund. Eine, mehrere oder alle dieser Vertiefungen 26 können auch von dem kreisrunden Verlauf abweichen. Der Verlauf kann dann beispielsweise oval, quadratisch, rechteckig, dreieckig oder als Polygonzug ausgeführt sein. Effektiv ergeben sich Veränderungen der Lagenebenen der Segmentflächen 25.3 in Form eines Ein- und/oder Ausstülpens.
-
Allgemein sind auch noch weitere Anordnungen von nutartigen Vertiefungen 26 auf der Innen- und/oder Außenfläche 25.1, 25.2 der Wärmesenke 25 denkbar. Insbesondere ist die Kombination von zumindest zwei in den 3, 4, 5 beschriebenen Ausführungsmöglichkeiten möglich.
-
Die 2 zeigt eine mögliche Elektronikvorrichtung 100 von Seiten des Kühlkörpers 50. Der Kühlkörper 50 und die Laminierungsfolie 41 sind dabei ausgeblendet, um eine direkte Sicht auf die Außenfläche 25.2 der Wärmesenke 25 des Elektronikmodules 10 zu ermöglichen. Neben nur einer Wärmesenke 25 kann das Elektronikmodul 10 - wie dargestellt - auch weitere Wärmesenken 25 aufweisen, beispielsweise vier. Die gezeigten Wärmesenken 25 sind dabei physisch getrennt über einen Spaltabstand voneinander beabstandet und von außen lediglich im Laminatverbund 100' mittelbar über die Laminierungsfolie 41 miteinander verbunden. Zumindest eine der Wärmesenken 25 ist gemäß zumindest einer der beschriebenen Ausführungsmöglichkeiten ausgebildet. Denkbar ist, dass zumindest eine weitere oder alle Wärmesenken 25 ebenso gemäß zumindest einer der beschriebenen Ausführungsmöglichkeiten ausgebildet ist/sind. Die Ausführungen zumindest zweier oder aller Wärmesenken 25 eines gleichen Elektronikmodules 10 können sich dabei unterscheiden und den lokalen Anforderungen entsprechend angepasst ausgeführt sein.
-
Ferner können vergleichbar weitere Elektronikmodule 10 und/oder elektrische und/oder elektronische Bauteile 30 jeweils einen Teil der Elektronikvorrichtung 100 bzw. des Laminatverbundes 100' bilden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102011088218 A1 [0003]
