DE102018216649A1

DE102018216649A1 - Elektronische Baugruppe

Info

Publication number: DE102018216649A1
Application number: DE102018216649.8A
Authority: DE
Inventors: Daniel Feil; Timo Herberholz; Alexander Klemm
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-09-27
Filing date: 2018-09-27
Publication date: 2020-04-02

Abstract

Ausgegangen wird von einer elektronischen Baugruppe umfassend einen Schaltungsträger mit einer bestückbaren metallisierten Ober- und/oder Unterseite und einen Kühlkörper. Zwischen zumindest einem Abschnittsbereich zumindest einer der metallisierten Seiten des Schaltungsträgers und einer Anbindungsfläche des Kühlkörpers ist eine stoffschlüssige, insbesondere wärmeleitende Verbindung ausgebildet. Dabei ist der Kühlkörper aus einem Verbundmaterial ausgebildet, welches zumindest thermisch leitfähige Materialpartikel, bevorzugt Metallpartikel, und ein Grundmaterial als Matrix des Verbundmateriales aufweist, in welchem die Materialpartikel eingebettet sind. Ferner ist die stoffschlüssige Verbindung mit dem Schaltungsträger durch das Verbundmaterial des Kühlkörpers ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Baugruppe sowie ein Verfahren zur Ausbildung der elektronischen Baugruppe gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
Stand der Technik
In vielen Elektronikschaltungen kommen elektrische und/oder elektronische Bauelemente zum Einsatz, die im Betrieb aufgrund von Verlustleistung eine messbare Temperaturerhöhung aufweisen. Insbesondere können durch große innere Leitungswiderstände und/oder hohe Betriebsströme nachteilige oder unzulässige Temperaturwerte erreicht werden, durch die der Betrieb der Elektronikschaltung ineffizient oder dessen Funktionssicherheit, insbesondere über die vorgesehene Lebensdauer, gefährdet ist. Aus diesen Gründen ist oft ein Entwärmungskonzept für temperaturgefährdete Bereiche der Elektronikschaltung vorzusehen.
Bei Leistungselektronik ist es beispielsweise bekannt, Leistungsbauelemente auf metallisierten strukturierten Keramiksubstraten elektrisch zu kontaktieren. Zur Entwärmung ist im Bereich des Leistungsbauelementes das Keramiksubstrat flächig mit einer Grundplatte verlötet. Die Grundplatte wiederrum wird dann auf einen Kühlkörper aufgesetzt. Dieser weist beispielsweise Kühlrippen auf und bewirkt mittels einer Konvektionsströmung oder unterstützt durch eine zusätzliche Kühlflüssigkeit eine Entwärmung des Leistungsbauelementes. Die thermische Ankopplung der Grundplatte an den Kühlkörper erfolgt dabei beispielsweise durch eine Wärmeleitpaste oder alternativ ebenso durch eine großflächige Lötverbindung. Sowohl die Lötverbindung, als auch die Grundplatte und die Wärmeleitpaste weisen dabei nachteilig jeweils einen thermischen Widerstand auf. Dadurch ist ein Wärmeabfluss zeitlich und mengenmäßig begrenzt. Allgemein ist bekannt, dass beispielsweise beim Einsatz einer Wärmeleitpaste zwischen dem zu entwärmenden Leistungsbauelement und dem Kühlmedium mindestens 50 % des thermischen Widerstandes auf die Schicht der Wärmeleitpaste zurückzuführen ist. Der restliche Anteil des thermischen Widerstandes verteilt sich unterschiedlich auf beispielsweise die Keramik und die Metallisierung des Trägersubstrates, auf verwendete Verbindungsschichten innerhalb des Entwärmungspfades und auf die innere Struktur des Leistu ngsbauelementes.
Aus der Gebrauchsmusteroffenlegungsschrift DE20016316 U1 ist ein Kühlkörper bestehend aus einer Bodenplatte und einzelnen aufgelöteten Kühlrippen bekannt. Die Kühlrippen sind beispielsweise jeweils aus einem Kupferblech gebildet. Die verbindende Lotschicht ist ein Gemisch aus einem Pulver gut Wärme leitenden Materials. Das Lot und das Pulver bilden keine Legierung aus. Die Lotschicht erwirkt in gezeigter Weise eine mechanische Befestigung der Kühlrippen sowie eine günstige Wärmeübergangsschicht zwischen der Bodenplatte und den Kühlrippen. Die Wärmeleitfähigkeit ist allerdings durch die große Anzahl von vorliegenden Grenzschichten begrenzt, die allesamt einen thermischen Widerstand darstellen.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, das Entwärmungsvermögen innerhalb einer elektronischen Baugruppe zu verbessern, insbesondere mittels eines reduzierten thermischen Widerstandes innerhalb eines Entwärmungspfades der elektronischen Baugruppe.
Diese Aufgabe wird durch eine elektronische Baugruppe sowie ein Verfahren zur Ausbildung der elektronischen Baugruppe gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst.
Ausgegangen wird von einer elektronischen Baugruppe umfassend einen Schaltungsträger mit einer bestückbaren metallisierten Ober- und/oder Unterseite und einen Kühlkörper. Zwischen zumindest einem Abschnittsbereich zumindest einer der metallisierten Seiten des Schaltungsträgers und einer Anbindungsfläche des Kühlkörpers ist eine stoffschlüssige, insbesondere wärmeleitende Verbindung ausgebildet. Dabei ist der Kühlkörper aus einem Verbundmaterial ausgebildet, welches zumindest thermisch leitfähige Materialpartikel, bevorzugt Metallpartikel, und ein Grundmaterial als Matrix des Verbundmateriales aufweist, in welchem die Materialpartikel eingebettet sind. Ferner ist die stoffschlüssige Verbindung mit dem Schaltungsträger durch das Verbundmaterial des Kühlkörpers ausgebildet. Durch einen solchen Aufbau der elektronischen Baugruppe kommt diese für eine Entwärmung ohne eine sonst übliche Grundplatte zwischen dem Schaltungsträger und dem Kühlkörper aus. Neben der Grundplatte als eine Grenzschicht entfällt zusätzlich deren Verbindung an den Kühlkörper als eine weitere bisher nachteilige Grenzschicht. Vorteilhaft sind mittels des Verbundmaterials die Grundplatte und die Verbindungsschicht integraler Bestandteil des nun als Verbundkörper ausgebildeten Kühlkörpers. Untersuchungen zeigen, dass durch Wegfall der oben genannten Grenzschichten der thermische Widerstand des Entwärmungspfades zum Kühlmedium bis auf die Hälfte reduziert werden kann. Auf diese Weise ist erreicht, dass ein deutlich erhöhter Wärmeabfluss und damit eine effektivere Kühlung der elektronischen Baugruppe ermöglicht ist. Dies kann vorteilhaft dahingehend genutzt werden, dass unter Beibehaltung der Betriebssicherheit die Leistungsdichte bisheriger elektronischer Baugruppen erhöht werden kann und/oder diese elektronischen Baugruppen nun kompakter ausgeführt werden können.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der erfindungsgemäßen elektronischen Baugruppe möglich.
Die Vorteile ergeben sich insbesondere bei einem unmittelbaren physischen Anlagenkontakt zwischen dem Verbundmaterial und dem Metallisierungsmaterial des Schaltungsträgers. Dies kann unter Beteiligung zumindest der unmittelbar in Anlagenkontakt stehenden thermisch leitfähigen Materialpartikel und/oder dem Grundmaterial und/oder einem Reaktionsprodukt zwischen den Materialpartikeln und dem Grundmaterial erfolgen. Die stoffschlüssige Verbindung ist dabei vorteilhaft in einem unbestückten Abschnittsbereich zumindest einer der metallisierten Seiten des Schaltungsträgers ausgebildet. Hierbei ist dann bevorzugt auf der der Verbindungsfläche des Kühlkörpers abgewandten metallisierten Seite des Schaltungsträgers zumindest ein wärmeabgebendes elektrisches und/oder elektronisches Bauelement, insbesondere ein Leistungshalbleiter, beispielsweise ein Leistungstransistor oder ein Leistungs-IC, angeordnet. Der Entwärmungspfad erstreckt sich dann ausgehend vom dem zu entwärmenden elektrischen und/oder elektronischen Bauelement durch den Schaltungsträger hindurch bis in den stoffschlüssig angebundenen Kühlkörper hinein.
In vorteilhafter Weiterbildung der elektronischen Baugruppe umfasst das Verbundmaterial gleiche thermisch leitfähige Materialpartikel. Alternativ können auch zwei, drei oder weitere unterschiedliche thermisch leitfähige Materialpartikel enthalten sein. Insgesamt können dadurch definierte Wärmleitwerte sehr gezielt auf eine vorliegende Anwendung eingestellt werden. Zur Erreichung hoher Wärmeleitwerte enthalten die Materialpartikel dabei insbesondere zumindest ein Material aus der Gruppe umfassend Kupfer, Bronze, Nickel, Zink, Messing, Blei oder einer ihrer Legierungen, bevorzugt ist/sind diese überwiegend in dem Materialpartikel enthalten. Alternativ bestehen sie ausschließlich aus einem dieser Materialien. Als vorteilhafte Partikelmischung für das Verbundmaterial kommen daher ausschließlich gleiche oder unterschiedliche Metallpartikel aus reinen Metallen, Metallgemischen oder aus Metalllegierungen oben genannter Metallmaterialien in Frage. Grundsätzlich günstig sind kugelförmige Materialpartikel bzw. oben genannte Metallpartikel. Alternativ können die Materialpartikel bzw. die genannten Metallpartikel auch als Flakes vorliegen.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der elektronischen Baugruppe ergibt sich, wenn eine gleiche Art von Materialpartikeln, bevorzugt alle Materialpartikel, eine Partikelgröße zwischen 10 µm und 1000 µm aufweisen, bevorzugt zwischen 10 µm und 100 µm. Durch die Auswahl der Partikelgröße ist eine feingradige Einstellung eines Wärmeleitwertes und/oder einer Duktilität des Verbundmateriales ermöglicht. Bei der Verwendung von kupferhaltigen Materialpartikel ist mit zunehmender Partikelgrößer ein duktileres Gefügebild des Verbundmaterials ausbildbar. Zusätzlich steigt dabei ein erreichbarer Wärmeleitwert. Mit zunehmender Partikelgröße können größere Infiltrationslängen für ein die kupferhaltigen Materialpartikel einbettendes Grundmaterial sichergestellt werden, wobei dadurch auch insbesondere große Kühlkörper ausbildbar sind. Ebenso lässt sich dadurch eine mögliche Reaktionsfähigkeit der Materialpartikel mit dem Grundmaterial beeinflussen. Um eine möglichst gezielte Einstellung für eine definierte Anwendung zu erreichen, weicht der überwiegende Teil der gleichen und/oder der unterschiedlichen Materialpartikel in Ihrer Partikelgröße bevorzugt lediglich um 10% vom Mittelwert der Partikelgröße der gleichen oder aller Materialpartikel ab. Dadurch lassen sich im Vorfeld erstellte Rechensimulationen verlässlich auf die konkret umzusetzende Anwendung übertragen.
Bei einer günstigen Ausführungsform der elektronischen Baugruppe weisen die Materialpartikel als lose Partikelmischung vor der Ausbildung des Verbundmateriales jeweils eine äußere Beschichtung aus dem Grundmaterial des Verbundmateriales auf, wobei das Grundmaterial als Matrix des Verbundmateriales dann zumindest teilweise aus dem Material der äußeren Beschichtung nach einem Schmelz- und Erstarrungsvorgang ausgebildet ist. Auf diese Weise lässt sich die Ausbildung des Kühlkörpers als Verbundkörper innerhalb einer Fertigung schneller ausbilden, da nicht mehr die gesamte Menge an Grundmaterial zum Ausfüllen von zwischen den Materialpartikeln vorliegenden Hohlräumen einzubringen ist.
Besondere Vorteile ergeben sich, wenn das Grundmaterial aus einem bleifreien, zinnhaltigen Lotmaterial gebildet ist, insbesondere aus einem Weichlot aus der Gruppe SnCu, SnAgCu, SnBi, SnSb, Snln, SnZn oder aus einer Mischung dieser Weichlote. Da die Ausbildung des Kühlkörpers zum Verbundkörper ein Aufschmelzen des Grundmateriales bedingt, kann dies vorteilhaft bei niedrigen Temperaturen erfolgen, insbesondere bei Temperaturen zwischen 200°C bis 250°C, beispielsweise bei 215°C bis 235°C. Dadurch reduzieren sich sowohl Fertigungskosten als auch Fertigungszeiten in Hinblick auf den Kühlkörper bzw. die elektronische Baugruppe.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der elektronischen Baugruppe ergibt sich ferner dadurch, dass das Materialgefüge des Verbundmaterials zumindest im Bereich der stoffschlüssigen Verbindung, bevorzugt im gesamten Volumenbereich des Kühlkörpers, Gefügebereiche aus Reaktionsprodukten aus den Materialpartikeln und dem Grundmaterial des Verbundmateriales aufweist.
Diese sind insbesondere als intermetallische Phasen ausgebildet. Derartige intermetallische Phasen zeigen sich insbesondere im Randbereich der Materialpartikel und/oder an der Grenzfläche der stoffschlüssigen Verbindung. Insofern weisen die Materialpartikel demnach weiterhin einen Partikelkern aus dem Partikelmaterial auf, welcher dann in einen Partikelrandbereich, enthaltend die intermetallische Phase, übergeht. Darüber hinaus bilden sich die intermetallischen Phasen in Form von überbrückende Gefügenestern und/oderverästelungen zwischen benachbarten Materialpartikeln und/oder zwischen Materialpartikeln und der metallisierten Seite des Schaltungsträgers im Bereich der stofflichen Verbindung aus.
Bevorzugt weist das Verbundmaterial im Gefüge einen Anteil von kupferhaltigen Materialpartikeln in einem Bereich von 10% bis 60% auf. Daneben ist der Anteil vom Grundmaterial als der Matrix bevorzugt im Bereich von 15% bis 35%. Sind im Verbundmaterial zusätzlich intermetallische Phasen ausgebildet, ist deren Anteil bevorzugt im Bereich von 20% bis 70% ausgebildet. Mit den Anteilen lassen sich verschiedene Eigenschaften des auszubildenden Kühlkörpers aus dem Verbundmaterial ausbilden. Zur Ausbildung von großen Kühlkörpern ist es erforderlich eine große Infiltrationslänge des Grundmateriales innerhalb der kupferhaltigen Materialpartikel sicherzustellen. Versuche haben gezeigt, dass die Sicherstellung einer Infiltrationslänge von bis 100 mm durch die Verwendung von kupferhaltigen Materialpartikeln mit einer Partikelgröße von > 25 µm, beispielsweise zwischen 25 µm und 45 µm, ermöglicht ist. Der Anteil von kupferhaltigen Materialpartikeln im Gefüge ist dann eher groß, insbesondere zwischen 40% und 60%. Der Anteil der intermetallischen Phasen fällt dagegen geringer aus, nämlich insbesondere zwischen 15% und 25%. Der Anteil des Grundmateriales bewegt sich in einem Bereich von 25% bis 35%. Aufgrund der anteiligen Gefügeausbildung weist der ausbildbare Kühlkörper eine hohe Wärmleitfähigkeit auf mit einer ebenso hohen Duktilität. Um eine Kühlkörper mit hoher Festigkeit zu erhalten, werden kupferhaltige Materialpartikel mit kleinerer Partikelgröße eingesetzt, insbesondere mit einer Partikelgröße von 5 µm bis 15 µm. Dabei bilden sich vermehrt intermetallische Phasen aus, insbesondere zwischen 40% - 70%, wodurch das Verbundmaterial fester wird. Der Anteil der kupferhaltigen Materialpartikel sinkt dabei auf 10% bis 20%, wobei der Anteil des Grundmateriales bei 20% - 30% ausfällt. Die Infiltrationslänge ist deutlich kleiner, wodurch die Baugröße eines Kühlkörpers begrenzt ist. Neben der erreichten höheren mechanischen Festigkeit verringert sich die Wärmeleitfähigkeit aufgrund des höheren Anteils an intermetallischen Phasen.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der elektronischen Baugruppe liegt vor, bei welcher der Schaltungsträger ein IMS- (Insulated Metal Substrat), ein DBC- (Direct Bonded Copper), ein AMB- (Active Metal Brazing), ein Leiterplatten- oder ein Dickschichtkeramiksubstrat ist. Insbesondere weisen diese Schaltungsträger im Bereich der stoffschlüssigen Verbindung eine äußerste Metallisierungsschicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung auf. Vorteilhaft sind derartige Schaltungsträger dann kombiniert mit oben genannten kupferhaltigen Metallpartikeln und kupferhaltigen Zinnloten. Insgesamt weisen die intermetallischen Phasen einen höheren Schmelzpunkt auf, als die als Grundmaterial verwendeten Zinnlote, wodurch der ausgebildete Kühlkörper aus dem Verbundmaterial neben einer sehr guten Wärmeleitfähigkeit auch eine temperaturstabile Formfestigkeit aufweist. Zusätzlich zeigt sich, dass sich ein solches Materialgefüge in großem Ausmaß porenfrei ausbilden lässt, wodurch ein ungestörter Wärmefluss bei insgesamt sehr niedrigem thermischem Widerstand ermöglicht ist.
Bei einer besonderen Ausführungsform der elektronischen Baugruppe ist der Kühlkörper einstückig aus dem Verbundmaterial ausgebildet. Dadurch ist ein Minimum an Grenzschichten erreicht, wodurch der Wärmfluss weiter optimiert ist.
Bei einer alternativen Ausführungsform der elektronischen Baugruppe ist der Kühlkörper mehrteilig ausgebildet, wobei zumindest ein erstes Kühlkörperteilelement aus dem Verbundmaterial ausgebildet ist und ein zweites Kühlkörperteilelement mit dem ersten Kühlkörperteilelement kraft-, form- und/oder stoffschlüssig verbunden ist. Dabei kann das zweite Kühlkörperteilelement vorteilhaft aus dem gleichen Verbundmaterial ausgebildet sein wie das erste Kühlkörperteilelement. Alternativ ist das zweite Kühlkörperteilelement aus einem anderen Material gebildet, insbesondere beispielsweise aus Kupfer, aus Aluminium oder aus einer ihrer jeweiligen Legierungen. Sind das Verbundmaterial des ersten Kühlkörperteilelementes und das vorgesehene Material des zweiten Kühlkörperteilelementes aufgrund ihrer metallurgischen Eigenschaften stoffschlüssig verbindbar, bietet sich an, dass das zweite Kühlkörperteilelement als Einlegeteil des Kühlkörpers ausgebildet ist. Alternativ ist der Stoffschluss über eine zusätzliche Verbindungsschicht zwischen beiden Kühlkörperteilelementen ermöglicht, insbesondere wenn diese aus dem gleichen Materialsystem stammt, wie die Materialpartikel und/oder das Grundmaterial des Verbundmateriales. Alternativ bietet sich an, einen geeigneten Klebstoff auszuwählen.
In vorteilhafter Weiterbildung der elektronischen Baugruppe ist der Kühlkörper als ein von einem Kühlmedium durchströmbarer Kühlkörper ausgebildet, wobei zumindest durch das erste Kühlkörperteilelement und das zweite Kühlkörperteilelement ein von dem Kühlmedium durchströmbarer Hohlraum umschlossen ist. Zwischen dem ersten Kühlkörperteilelement und dem zweiten Kühlkörperteilelement ist ferner ein Dichtungselement angeordnet. Ein solcher Kühlkörper weist eine sehr hohe Entwärmungsleistung auf.
Die Erfindung führt auch zu einem Verfahren zur Ausbildung einer elektronischen Baugruppe, insbesondere in zumindest einer Ausführungsform der zuvor beschriebenen elektronischen Baugruppe. Die elektronische Baugruppe umfasst dabei einen Schaltungsträger und einem mit dem Schaltungsträger stoffschlüssig verbundenen Kühlkörper. Das Verfahren weist nachfolgende Verfahrensschritte auf:

a) Bereitstellung einer Partikelmischung aus thermisch leitfähigen Materialpartikeln, insbesondere metallische Metallpartikel, und eines Schaltungsträgers mit zumindest einer bestückbaren metallisierten Ober- und/oder Unterseite,
b) Anordnen der Partikelmischung in physischem Anlagenkontakt mit zumindest einem Abschnittsbereich der zumindest einen metallisierten Seite des Schaltungsträgers, wobei zuvor oder danach die Partikelmischung innerhalb einer den Kühlkörper zumindest teilweise abformenden Werkzeugform eingebracht wird,
c) Infiltrieren der Hohlräume benachbarter Materialpartikel innerhalb der Partikelmischung mit einem fließfähigen geschmolzenen Grundmaterial, insbesondere einem bleifreien, zinnhaltigen Lotmaterial, wobei das geschmolzene Grundmaterial dabei auch zumindest einen Abschnittsbereich der zumindest einen metallisierten Seite des Schaltungsträgers benetzt,
d) Abkühlung des Grundmaterials bis in den erstarrten Zustand unter Ausbildung eines Verbundmaterials, umfassend das Grundmaterial als Matrix und die darin eingebetteten thermisch leitfähigen Materialpartikel, wobei dabei ein fester Volumenkörper des Kühlkörpers innerhalb der Werkzeugform ausgebildet wird sowie eine stoffliche Verbindung zwischen dem ausgebildeten Kühlkörper und der zumindest einen metallisierten Seite des Schaltungsträgers mittels des Verbundmateriales,
e) Entformen des ausgebildeten Kühlkörpers aus der Werkzeugform.

Vorteilhaft ist auf diese Weise die Ausbildung einer elektronischen Baugruppe mit einem deutlich gesteigerten Entwärmungsvermögen ermöglicht. Eine besondere Anwendung richtet sich damit insbesondere auf die Ausbildung von Verstärker-, Wechselrichter-, Gleichrichter-, Frequenzumrichter-, Treiber- oder Spannungswandlerschaltungen. Die Verbindungsfestigkeit zwischen dem Schaltungsträger und dem Kühlkörper aus dem Verbundmaterial ist besondere dann sehr hoch, wenn der physikalische Anlagenkontakt zwischen der Partikelmischung und der zumindest einen metallisierten Seite des Schaltungsträger kraftbeaufschlagt erfolgt.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird für das Infiltrieren das geschmolzene Grundmaterial drucklos in die Werkzeugform eingegossen und/oder die äußerste Pulverlage der Pulvermischung mit dem geschmolzenen Grundmaterial benetzt unter Bereitstellung eines nachfließenden Grundmaterialvorrats und/oder auf die äußerste Pulverlage ein festes Lotformteil aufgebracht, welches durch eine Temperaturbehandlung aufgeschmolzen wird. Allgemein bevorzugt ist dabei, dass das insbesondere vollständige Infiltrieren aller Hohlräume innerhalb der Partikelmischung mit dem geschmolzenen Grundmaterial durch eine kapillare Wirkkraft innerhalb der Partikelmischung unterstützt wird. Dies liegt insbesondere dann vor, wenn die zwischen den Materialpartikeln vorliegenden Hohlräume ineinander übergehen. Dadurch kann ein porenfreies Verbundmaterialgefüge ausgebildet werden. Zusätzlich unterstützend können Materialpartikel verwendet werden, die vor dem Infiltrieren bereits eine äußerste Beschichtung aus dem Grundmaterial aufweisen, welche dann für das Infiltrieren durch eine Temperaturbehandlung bis oberhalb der Schmelztemperatur des Grundmateriales aufgeschmolzen werden. Auf diese Weise kann die Infiltrierung sowohl beschleunigt als auch verbessert werden.
Allgemein sind auch anderer bekannte Verfahren zur Ausbildung eines Verbundkörpers möglich, insbesondere die gängigen Gussverfahren.
Ein besonderer Vorteil des Verfahrens zeigt sich, wenn kupferhaltige Materialpartikel und ein kupferhaltiges Zinnlot als Grundmaterial verwendet werden, wobei während dem Infiltrieren die Partikelmischung aus kupferhaltigen Materialpartikel mit dem geschmolzenen kupferhaltigen Zinnlot und/oder während dem Abkühlen des Zinnlotes aufgrund von Diffusionsvorgängen und/oder chemisch-physikalischen Reaktionsprozessen Gefügebereiche mit intermetallischen Phasen innerhalb des Verbundmateriales, insbesondere innerhalb der dann gebildeten stoffschlüssigen Verbindung, ausgebildet werden.
Weiterhin zeigt sich eine günstige Verfahrensausführung darin, dass durch die Werkzeugform ein erstes Kühlkörperteilelement aus dem Verbundmaterial ausgebildet wird und ein zweites Kühlkörperteilelement kraft-, form- und oder stoffschlüssig mit dem ersten Kühlkörperteilelement verbunden wird, insbesondere unter Ausbildung eines umschlossenen, von einem Kühlmedium durchströmbaren Hohlraumes.
Insgesamt zeigen sich bei dem Verfahren die bereits bei der elektronischen Baugruppe aufgeführten Vorteile.
Um eine Entformung des ausgebildeten Kühlkörpers aus dem Verbundmaterial sicherzustellen, wird eine Werkzeugform aus einem Material verwendet, welches durch das Grundmaterial nicht benetzbar ist und/oder keine chemische Reaktion mit den Metallpartikeln bzw. dem Verbundmaterial eingeht. Umfasst das Verbundmaterial beispielsweise ein zinnhaltiges Weichlot und Metallpartikel, beispielsweise aus Kupfer oder zumindest kupferhaltig, kann eine Werkzeugform aus Stahl oder aus Aluminium eingesetzt werden. Allgemein alternativ können auch Materialien wie Glas, Keramik oder ein Hochtemperaturkunststoff, beispielsweise Teflon, hierfür zur Anwendung kommen.
Darüber hinaus kann vor oder während dem Infiltrieren eine Temperaturbehandlung erfolgen, welche das Partikelgemisch und/oder die Werkzeugform bis auf eine Schmelztemperatur des Grundmateriales erwärmt. Dabei können auch Metallpartikel, beispielsweise kupferhaltige oder aus Kupfer bestehende Metallpartikel miteinander versintern unter Ausbildung eines zusammenhängenden Hohlraum aufweisenden, insbesondere offenen Porensystems.
Ferner kann unterstützend nach dem Einbringen der Partikelmischung innerhalb der Werkzeugform und vor einem Infiltrieren mit dem Grundmaterial die Metallpartikel mittels eines Reinigungsmediums, insbesondere mittels gasförmiger Ameisensäure oder mittels Wasserstoff oder mittels Formiergas, von Oberflächenoxiden gereinigt bzw. befreit werden.
Figurenliste
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in:

1a: die Ausbildung einer elektronischen Baugruppe gemäß einem ersten Verfahrensbeispiel zu Beginn der Fertigung,
1b: die Ausbildung der elektronischen Baugruppe aus 1a zu einem späteren Fertigungszeitpunkt,
1c: die Ausbildung der elektronischen Baugruppe aus den 1a und 1b zum Ende der Fertigstellung,
2a: die Ausbildung einer elektronischen Baugruppe gemäß einem weiteren Verfahrensbeispiel zu Beginn der Fertigung,
2b: die Ausbildung der elektronischen Baugruppe aus der 2a zum Ende der Fertigstellung,
3a: ein erstes Ausführungsbeispiel einer elektronischen Baugruppe,
3b: ein weiteres Ausführungsbeispiel einer elektronischen Baugruppe,
3c: ein anderes Ausführungsbeispiel einer elektronischen Baugruppe.

Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren sind funktional gleiche Bauelemente jeweils mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
In den 1a bis 1c wird eine vorteilhafte Verfahrensausführung zur Ausbildung einer elektronischen Baugruppe 100 dargestellt, beispielsweise für eine Serienfertigung in größeren Stückzahlen. Die 1a zeigt einen Verfahrensstand zu Beginn der Fertigung. Hierbei wird eine Partikelmischung 20 aus thermisch leitfähigen Materialpartikel 21 bereitgestellt, ebenso eine Werkzeugform 10, welche eine einen Kühlkörper 50 zumindest teilweise abformende Formkontur aufweist. Die Partikelmischung 20 kann hierbei Materialpartikel 21 aufweisen, die ausschließlich alle das gleiche Material enthalten und/oder alle die gleiche Partikelgröße haben. Alternative Partikelmischungen 20 enthalten auch zwei, drei oder weitere Arten von Materialpartikel 21, die sich in ihrer Materialzusammensetzung und/oder in ihrer Partikelgröße unterscheiden können. Bevorzugt weist die Partikelmischung 20 Metallpartikel 21 auf. Von den bereits im allgemeinen Beschreibungsteil genannten möglichen Materialien und Partikelgrößen für innerhalb der Partikelmischung 20 verwendbaren Materialpartikeln 21 wird zur weiteren Beschreibung aller Figuren beispielhaft, und damit nicht einschränkend, von Materialpartikel aus Kupfer oder einer Kupferlegierung ausgegangen, beispielsweise mit einer Partikelgröße von 10 µm bis 500 µm. Die Partikelmischung 20 ist als Partikelaufschüttung innerhalb der Werkzeugform 10 eingebracht, beispielsweise automatisch innerhalb einer Partikelbefüllstation (nicht dargestellt). Die Werkzeugform 10 weist zumindest eine Befüllöffnung A auf, durch welche die lose Partikelmischung 20 in einen umgrenzten Aufnahmeraum 11 der Werkzeugform 10 bis auf eine Auffüllhöhe h einbringbar ist. Die Partikelaufschüttung bzw. die Partikelmischung 20 ist ferner bevorzugt innerhalb der Werkzeugform 10 verdichtet (nur schematisch dargestellt) und/oder in der Auffüllhöhe h eben angeordnet, beispielsweise durch einen Rüttelvorgang.
Neben der Partikelmischung 20 wird auch ein Schaltungsträger 30 mit zumindest einer bestückbaren metallisierten Ober- und/oder Unterseite 31, 32 für das Fertigungsverfahren bereitgestellt. Die 2b zeigt einen späteren Fertigungszeitpunkt, bei welchem beispielsweise die Unterseite 32 des Schaltungsträgers 30 auf die oberste verdichtete und/oder ebene Lage der Partikelmischung 20 angeordnet ist, beispielsweise durch ein senkrecht zur äußersten Partikellage orientiertes langsames Auflegen. Die Oberseite 31 und/oder die Unterseite 32 schließen in vorliegendem Ausführungsbeispiel mit einer Schicht aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung ab. Der Schaltungsträger 30 ist dabei beispielsweise als ein DBC-Substrat mit einem zwischen der Ober- und Unterseite 31, 32 angeordneten Keramikkern 33 ausgebildet. Alternativ sind auch ein IMS- (Insulated Metall Substrat), ein AMB-(Active Metall Brazing), ein Leiterplatten- oder ein Dickschichtkeramiksubstrat mit einer zumindest kupferhaltigen Ober- und/oder Unterseite 31, 32 denkbar. Durch die Anordnung des Schaltungsträgers 30 auf der Partikelmischung 20 gelangt diese bzw. gelangen die kupferhaltigen Materialpartikel 21 in unmittelbaren physischen Anlagenkontakt mit zumindest einem Abschnittsbereich der Unterseite 31 des Schaltungsträgers 30.
Anschließend wird in einem weiteren Fertigungsschritt ein geschmolzenes, fließfähiges Grundmaterial 40 in die bereits mit der Partikelmischung 20 befüllte Werkzeugform 10 eingebracht, beispielsweise durch langsames Eingießen von Seiten der Befüllöffnung A. Alternativ kann auch ein Schmelzvolumen des Grundmateriales 40 die äußersten Lagen der Partikelmischung 20 benetzen, wobei ein Nachfließen weiteren Schmelzvolumens ermöglicht wird, beispielsweise durch eine Förder- und Spendervorrichtung für das Grundmaterial 40. Als Grundmaterial 40 wird bevorzugt ein zinnhaltiges Lotmaterial verwendet, beispielsweise ein SnCu-, SnAgCu-, SnBi-, SnSb-, Snln-, SnZn-Lotmaterial oder eine Mischung dieser Weichlote. In Kombination mit kupferhaltigen Materialpartikeln 21 kommen bevorzugt kupferhaltige Zinnlote zum Einsatz, beispielsweise Sn96,5Ag3Cu0,5 oder Sn99,3Cu0,7 oder Sn99,Ag0.3,Cu0.7 oder Sn89Sb10,5Cu0,5. Darüber hinaus sind auch andere kupferhaltige Zinnlote geeignet. Mittels des flüssigen Zinnlotes 40 werden Hohlräume 25 benachbarter Materialpartikel 21 innerhalb der Partikelmischung 20 von dem flüssigen Zinnlot 40 infiltriert. Unterstützend wird das Infiltrieren dabei durch eine Kapillarwirkkraft, welche durch die ineinander übergehenden Hohlräume 25 hervorgerufen wird.
In der 1c ist ein Fertigungszeitpunkt am Ende der Fertigung gezeigt, bei welcher der sich einstellende Flüssigkeitsspiegel des Zinnlotes 40 bereits die Füllhöhe h der Partikelmischung 20 erreicht hat. Dabei wird auch der bereits mit den Materialpartikeln 21 in Anlagenkontakt befindliche zumindest eine Abschnittsbereich der Unterseite 32 mit dem flüssigen Zinnlot 40 benetzt. Der Anlagenkontakt kann vor oder während des Infiltrierens durch das Zinnlot 40 noch verstärkt bzw. verbessert werden, indem der Schaltungsträger 30 mit einer Auflagekraft F gegen die Partikelmischung 20 gedrückt wird. Durch einen Abkühlvorgang des Zinnlotes 40 bis in den erstarrten Zustand wird ein Verbundmaterial 55 ausgebildet, umfassend das Zinnlot 40 als Matrix und die darin eingebetteten thermisch leitfähigen Materialpartikel 21. Zusätzlich ist dadurch innerhalb der Werkzeugform 10 auch ein fester Volumenkörper als ein Kühlkörper 50 ausgebildet sowie eine stoffliche Verbindung 57 zwischen dem ausgebildeten Kühlkörper 50 und der metallisierten Unterseite 32 des Schaltungsträgers 30. Die stoffliche Verbindung 57 ist dabei durch das Verbundmaterial 55 selbst ausgebildet. Bei kupferhaltigen Materialpartikeln 21 und einem kupferhaltigen Zinnlot 40 als Ausgangsstoff für das Verbundmaterial 55, weist dieses im festen Gefügezustand zusätzlich intermetallische Phasen 56 auf. Diese werden aufgrund von chemisch-physikalischen Vorgängen, insbesondere durch Diffusionsvorgänge beim Vorgang des Infiltrierens und/oder des Erstarrens des Zinnlotes 40, ausgebildet. Sie liegen insbesondere als überbrückende Gefügenester und/oder -verästerlung zwischen benachbarten Materialpartikeln 21 und/oder zwischen Materialpartikeln 21 und der metallisierten Unterseite 32 des Schaltungsträgers 30 im Bereich der stofflichen Verbindung 57 vor. Nach abschließender Entformung des Kühlkörpers 50 aus der Werkzeugform 10 liegt eine fertiggestellte elektronische Baugruppe 100 vor. Die Entformung gelingt dadurch, dass die Werkzeugform 10 aus einem Material vorgesehen ist, welches weder durch das Grundmaterial 40, also beispielsweise das Zinnlot, benetzbar ist, noch chemisch-physikalisch mit den Materialpartikeln 21 und/oder den im Ausführungsbeispiel gebildeten intermetallischen Phasen 56 reagiert.
In den 2a und 2b ist eine weitere Verfahrensausführung zur Ausbildung der elektronischen Baugruppe 100 gezeigt. Diese entspricht in den wesentlichen Punkten der Verfahrensausführung gemäß den 1a bis 1c. Der Unterschied zeigt sich darin, dass der Schaltungsträger 30 nun bodenseitig an der Werkzeugform 10 angeordnet ist und dort eine bodenseitige Werkzeugöffnung 12 dichtend verschließt. Hierfür ist der Schaltungsträger 30 beispielsweise über eine werkzeugseitige Spannvorrichtung 15 kraftbeaufschlagt von außen gegen die Werkzeugform 10 gedrückt. Hierbei steht dann eine der metallisierten Seiten 31, 32 des Schaltungsträger 30, beispielsweise die Unterseite 32, frei zum begrenzten Aufnahmebereich 11. Auf diese Weise erfolgt der unmittelbare physikalische Anlagekontakt der Unterseite 32 des Schaltungsträgers 30 bereits durch das Einbringen der Partikelmischung 20 in die Werkzeugform 10. Die 2b zeigt wieder den ausgebildeten Kühlkörper 50 aus dem Verbundmaterial 55. Gegebenenfalls ist die Werkzeugform 10 mehrteilig ausgeführt, so dass eine abschließende Entformung zum Erhalt der elektronischen Baugruppe 100 durch ein Entfernen der jeweiligen Werkzeugformen in jeweils unterschiedliche Entformungsrichtungen E, E2, E3 erfolgen kann.
Grundsätzlich kann der Kühlkörper 50 in Abhängigkeit der Werkzeugform 10 unterschiedliche Formausprägungen aufweisen, beispielsweise Kühlrippen 51. Des Weiteren ist der Kühlkörper 50 beispielsweise einstückig aus dem Verbundmaterial 55 ausgebildet. Zur Erreichung einer schnellen Infiltration können die Materialpartikel 21 vorab eine Beschichtung aus dem Zinnlot aufweisen, welche nach der Einbringung in die Werkzeugform 10 durch eine Temperaturbehandlung bis zumindest der Schmelztemperatur des Zinnlotes aufgeschmolzen werden. Die so aufgeschmolzene Beschichtung aus Zinnlot 40 stellt zumindest einen Teil der für die vollständige Infiltration aller Hohlräume 25 erforderlichen Menge an Zinnlot 40.
Die 3a bis 3c zeigen jeweils die elektronische Baugruppe 100, jedoch mit alternativen mehrteiligen Ausführungen des Kühlkörpers 50. Der Kühlkörper 50 umfasst hierbei zumindest ein erstes Kühlkörperteilelement 50a aus dem Verbundmaterial 55, beispielsweise ausgebildet während eines der zuvor beschriebenen Verfahrensausführungen. Zusätzlich weist der Kühlkörper 50 zumindest noch ein zweites Kühlkörperteilelement 50a, welches mit dem ersten Kühlkörperteilelement kraft-, form- und/oder stoffschlüssig verbunden ist. Die Kühlkörperteilelemente 50a, 50b umschließen dabei bevorzugt einen Hohlraum 52, welche während eines Betriebes der elektronischen Baugruppe 100 von einem Kühlmedium 60 durchströmbar ist, beispielsweise eine Kühlflüssigkeit. Hierfür weist der Kühlkörper in Flussrichtung R einen Zulauf 52 und einen Ablauf 53 des Kühlmediums 60 auf. Zusätzlich ist in einer Montageschnittstelle zwischen den Kühlkörperteilelementen 50a, 50b eine Dichtung angeordnet (nicht dargestellt).
In der Ausführung gemäß 3a ist das erste Kühlkörperteilelement 50a einstückig aus dem Verbundmaterial 55 gebildet. Mit dem ersten Kühlkörperteilelement 50a ist dann ein zweites Kühlkörperteilelement 50b aus einem anderen Material, beispielsweise aus Kupfer, Aluminium oder einer ihrer jeweiligen Legierungen, kraft- und/oder formschlüssig dichtend verbunden.
Im Gegensatz zum Kühlkörper 50 aus der 3a ist in der Ausführung des Kühlkörpers gemäß der 3b das zweite Kühlkörperteilelement 50b ebenfalls aus dem Verbundmaterial 55. Das zweite Kühlkörperteilelement 50b ist hierbei über einen separaten Herstellprozess, beispielsweise einem Gussprozess, gefertigt.
Der Kühlkörper 50 gemäß der 3c weist ein erstes Kühlkörperteilelement 50a auf, welches zumindest im Bereich der stofflichen Verbindung 57 aus dem Verbundmaterial 55 und außerhalb dieser aus einem anderen Material gebildet ist, beispielsweise aus Kupfer, aus Aluminium oder aus deren jeweiligen Legierungen. Das Verbundmaterial 55 und das andere Material können hierbei stofflich verbunden sein, wenn dies bei der Materialkombination metallurgisch möglich ist. In diesem Fall kann der Teilbereich aus dem anderen Material beispielsweise als Einlegeteil in die Werkzeugform 10 eingelegt werden, wobei in der Ausbildung des Teils des Kühlkörpers aus dem Verbundmaterial 55 der Stoffschluss beider Materialien erfolgt. Alternativ können diese materialverschiedenen Bereiche auch über einen Form- und/oder Kraftschluss miteinander verbunden werden, ebenso wie das zweite Kühlkörperteilelement 50b, beispielsweise aus dem anderen Material.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 20016316 U1 [0004]

Claims

Elektronische Baugruppe (100) umfassend einen Schaltungsträger (30) mit einer bestückbaren metallisierten Ober- und/oder Unterseite (31, 32) und einen Kühlkörper (50), wobei zwischen zumindest einem Abschnittsbereich zumindest einer der metallisierten Seiten (31, 32) des Schaltungsträgers (30) und einer Anbindungsfläche des Kühlkörpers (50) eine stoffschlüssige, insbesondere wärmeleitende Verbindung (57) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (50) aus einem Verbundmaterial (55) ausgebildet ist und das Verbundmaterial (55) zumindest thermisch leitfähige Materialpartikel (21), bevorzugt Metallpartikel, und ein Grundmaterial (40) als Matrix des Verbundmateriales aufweist, in welchem die Materialpartikel (21) eingebettet sind, wobei die stoffschlüssige Verbindung (57) mit dem Schaltungsträger (30) durch das Verbundmaterial (55) des Kühlkörpers (50) ausgebildet ist.
Elektronische Baugruppe (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundmaterial (55) gleiche oder zumindest zwei unterschiedliche thermisch leitfähige Materialpartikel (21) umfasst, wobei ein Materialpartikel (21) zumindest ein Material aus der Gruppe umfassend Kupfer, Bronze, Nickel, Zink, Messing, Blei oder einer ihrer Legierungen enthält, bevorzugt überwiegend, oder ausschließlich aus einem dieser Materialien besteht.
Elektronische Baugruppe (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine gleiche Art von Materialpartikeln (21), bevorzugt alle Materialpartikel, eine Partikelgröße zwischen 10 µm und 1000 µm aufweisen, insbesondere zwischen 10 µm und 100 µm.
Elektronische Baugruppe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialpartikel (21) als lose Partikelmischung (20) vor der Ausbildung des Verbundmateriales (55) jeweils eine äußere Beschichtung aus dem Grundmaterial (40) des Verbundmateriales (55) aufweisen, wobei das Grundmaterial (40) als Matrix des Verbundmateriales (55) zumindest teilweise aus dem Material der äußeren Beschichtung nach einem Schmelz- und Erstarrungsvorgang ausgebildet ist.
Elektronische Baugruppe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundmaterial (40) aus einem bleifreien, zinnhaltigen Lotmaterial gebildet ist, insbesondere aus einem Weichlot aus der Gruppe SnCu, SnAgCu, SnBi, SnSb, Snln, SnZn oder aus einer Mischung dieser Weichlote.
Elektronische Baugruppe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Materialgefüge des Verbundmaterials (55) zumindest im Bereich der stoffschlüssigen Verbindung (57), bevorzugt im gesamten Volumenbereich des Kühlkörpers (50), Gefügebereiche aus Reaktionsprodukten aus den Materialpartikeln (21) und dem Grundmaterial (40) des Verbundmateriales (55) aufweist, insbesondere als intermetallische Phasen (56).
Elektronische Baugruppe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsträger (30) ein IMS-, ein DBC-, ein AMB-, ein Leiterplatten- oder ein Dickschichtkeramiksubstrat ist, insbesondere mit einer äußersten Metallisierungsschicht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung im Bereich der stoffschlüssigen Verbindung (57).
Elektronische Baugruppe (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (50) einstückig aus dem Verbundmaterial (55) ausgebildet ist.
Elektronische Baugruppe (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (50) mehrteilig ausgebildet ist, wobei zumindest ein erstes Kühlkörperteilelement (50a) aus dem Verbundmaterial (55) ausgebildet ist, und ein zweites Kühlkörperteilelement (50b) mit dem ersten Kühlkörperteilelement kraft-, form- und/oder stoffschlüssig verbunden ist.
Elektronische Baugruppe (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkörper (50) als ein von einem Kühlmedium (60) durchströmbarer Kühlkörper (50) ausgebildet ist, wobei zumindest durch das erste Kühlkörperteilelement (50a) und das zweite Kühlkörperteilelement (50b) ein von dem Kühlmedium (60) durchströmbarer Hohlraum (52) umschlossen ist, und wobei zwischen dem ersten Kühlkörperteilelement (50a) und dem zweiten Kühlkörperteilelement (50b) ein Dichtungselement angeordnet ist.
Verfahren zur Ausbildung einer elektronischen Baugruppe (100), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen Schaltungsträger (30) und einem mit dem Schaltungsträger (30) stoffschlüssig verbundenen Kühlkörper (50), mit nachfolgenden Verfahrensschritten: f) Bereitstellung einer Partikelmischung (20) aus thermisch leitfähigen Materialpartikeln (21), insbesondere metallische Metallpartikel, und eines Schaltungsträgers (30) mit zumindest einer bestückbaren metallisierten Ober- und/oder Unterseite (31, 32), g) Anordnen der Partikelmischung (20) in physischem Anlagenkontakt mit zumindest einem Abschnittsbereich der zumindest einen metallisierten Seite (31, 32) des Schaltungsträgers (30), wobei zuvor oder danach die Partikelmischung (20) innerhalb einer den Kühlkörper (50) zumindest teilweise abformenden Werkzeugform (10) eingebracht wird, h) Infiltrieren der Hohlräume (52) benachbarter Materialpartikel (21) innerhalb der Partikelmischung (20) mit einem fließfähigen geschmolzenen Grundmaterial (40), insbesondere einem bleifreien, zinnhaltigen Lotmaterial, wobei das geschmolzene Grundmaterial (40) dabei auch zumindest einen Abschnittsbereich der zumindest einen metallisierten Seite (31, 32) des Schaltungsträgers (30) benetzt, i) Abkühlung des Grundmaterials (40) bis in den erstarrten Zustand unter Ausbildung eines Verbundmaterials (55), umfassend das Grundmaterial (40) als Matrix und die darin eingebetteten thermisch leitfähigen Materialpartikel (21), wobei dabei ein fester Volumenkörper des Kühlkörpers (50) innerhalb der Werkzeugform (10) ausgebildet wird sowie eine stoffliche Verbindung (57) zwischen dem ausgebildeten Kühlkörper (50) und der zumindest einen metallisierten Seite (31, 32) des Schaltungsträgers (30) mittels des Verbundmateriales (55), j) Entformen des ausgebildeten Kühlkörpers (50) aus der Werkzeugform (10).
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass für das Infiltrieren das geschmolzene Grundmaterial (40) drucklos in die Werkzeugform (10) eingegossen wird und/oder die äußerste Partikellage der Partikelmischung (20) mit dem geschmolzenen Grundmaterial (40) benetzt wird unter Bereitstellung eines nachfließenden Grundmaterialvorrats und/oder auf die äußerste Partikellage ein festes Lotformteil aufgebracht wird, welches durch eine Temperaturbehandlung aufgeschmolzen wird, wobei das bevorzugt vollständige Infiltrieren aller Hohlräume (52) mit dem Grundmaterial (40) durch eine Kapillarkraft innerhalb der Partikelmischung (20) unterstützt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass kupferhaltige Materialpartikel (21) und ein kupferhaltiges Zinnlot als Grundmaterial (40) verwendet werden, wobei während dem Infiltrieren die Partikelmischung (20) aus kupferhaltigen Materialpartikel (21) mit dem geschmolzenen kupferhaltigen Zinnlot (40) und/oder während dem Abkühlen des Zinnlotes (40) aufgrund von Diffusionsvorgängen und/oder chemisch-physikalischen Reaktionsprozessen Gefügebereiche mit intermetallischen Phasen (56) innerhalb des Verbundmateriales (55), insbesondere innerhalb der dann gebildeten stoffschlüssigen Verbindung (57), ausgebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Werkzeugform (10) ein erstes Kühlkörperteilelement (50a) aus dem Verbundmaterial (55) ausgebildet wird und ein zweites Kühlkörperteilelement (50b) kraft-, form- und oder stoffschlüssig mit dem ersten Kühlkörperteilelement (50a) verbunden wird, insbesondere unter Ausbildung eines umschlossenen, von einem Kühlmedium (60) durchströmbaren Hohlraumes (52).