DE10320838B4 - Fiber-reinforced metal-ceramic / glass composite material as a substrate for electrical applications, method for producing such a composite material and use of this composite material - Google Patents

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Abstract

Metall-Keramik/Glas-Verbundmaterial als Substrat für elektronische Anwendungen zum thermischen Management, bestehend aus einem faserverstärkten Trägersubstrat auf Basis von Keramik- und/oder Glasmaterialien und mindestens einer einseitig aufgebrachten faserverstärkten Metallschicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern in der Metallschicht aus Carbon-Nanotubes bestehen, die eine Dicke von 1,3 nm–300 nm sowie ein Längen-Dicken-Verhältnis von > 10 aufweisen, und dass 10–70 Volumen% Nanofasern in der Metallmatrix der Metallschicht enthalten sind.Metal-ceramic / glass composite material as a substrate for electronic applications for thermal management, consisting of a fiber-reinforced carrier substrate based on ceramic and / or glass materials and at least one fiber-reinforced metal layer applied on one side, characterized in that the fibers in the metal layer are made of carbon There are nanotubes that have a thickness of 1.3 nm-300 nm and a length-to-thickness ratio of> 10, and that 10-70 volume% nanofibers are contained in the metal matrix of the metal layer.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein faserverstärktes Keramik/Glas-Verbundmaterial gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Keramik/Glas-Verbundmaterials gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 11.The invention relates to a fiber-reinforced ceramic / glass composite material according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a method for producing a fiber-reinforced ceramic / glass composite material according to the preamble of claim 11.

Ein „Verbundmaterial” im Sinne der Erfindung ist generell ein Werkstoff, der mehrere Materialkomponenten aufweist, beispielsweise in einer gemeinsamen Matrix oder aber auch zumindest teilweise in wenigstens zwei aneinander angrenzenden und miteinander verbundenen Materialabschnitten.A "composite material" in the sense of the invention is generally a material which has a plurality of material components, for example in a common matrix or else at least partially in at least two adjoining and interconnected material sections.

„Bauteile zur Wärmeableitung” oder „Wärmesenken” im Sinne der Erfindung sind generell Bauteile, die insbesondere in der Elektronik und dabei speziell auch in der Leistungselektronik Verwendung finden und hier zur Ableitung von Verlustwärme bzw. zum Kühlen von elektrischen oder elektronischen Komponenten dienen, wie z. B. Boden- und/oder Wärmeableitplatten bei elektrischen Schaltkreisen oder Modulen, Träger für elektrische bzw. elektronische Bauelemente, Gehäuse oder Gehäuseelemente von elektrischen Bauelementen oder Modulen, aber auch beispielsweise von einem Kühlmedium z. B. Wasser durchströmte Kühler, Heatpipe (Wärmerohr) oder Elemente solcher aktiver Wärmesenken."Components for heat dissipation" or "heat sinks" in the context of the invention are generally components that are used especially in electronics and in particular also in power electronics and serve here for the dissipation of heat loss or for cooling of electrical or electronic components, such , As floor and / or Wärmeableitplatten in electrical circuits or modules, support for electrical or electronic components, housing or housing elements of electrical components or modules, but also, for example, a cooling medium z. As water-cooled radiator, heat pipe (heat pipe) or elements of such active heat sinks.

In vielen Bereichen der Technik werden Verbundmaterialien als Material für Konstruktionen, Bauteile usw. verwendet, und zwar insbesondere auch dann, wenn Materialeigenschaften gefordert werden, die sich mit einer einzigen Materialkomponente nicht verwirklichen lassen. Durch gezielte Auswahl der einzelnen Komponenten und der physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften dieser Komponenten, beispielsweise der thermischen Eigenschaften, können die für das Verbundmaterial gewünschten Eigenschaften optimal eingestellt werden.In many fields of technology composite materials are used as material for constructions, components, etc., especially when material properties are required that can not be realized with a single material component. By selective selection of the individual components and the physical and / or chemical properties of these components, for example the thermal properties, the properties desired for the composite material can be optimally adjusted.

„Materials for Thermal Conduction”, Chung et al., Appl. Therm. Eng., 21, (2001) 1593–1605, gibt einen generellen Überblick über Wärmeleitungs- bzw. Wäremeableitungsmaterialien. Der Artikel skizziert die Eigenschaften möglicher Einzelkomponenten und relevante Beispiele für Verbundmaterialien."Materials for Thermal Conduction", Chung et al., Appl. Therm. Eng., 21, (2001) 1593-1605, gives a general overview of heat conduction and heat dissipation materials. The article outlines the properties of possible single components and relevant examples of composite materials.

Ting et al. berichtet in J. Mater. Res., 10 (6), 1995, 1478–1484 über die Herstellung von Aluminium VGCF(Vapor Grown Carbon Fiber)-Verbundmaterialen und deren Wärmeleiteigenschaften. Die US 5,814,408 A Ting et al. ist die daraus folgende Patentschrift zum Al-VGCF MMC.Ting et al. reported in J. Mater. Res., 10 (6), 1995, 1478-1484 for the production of aluminum VGCF (vapor grown carbon fiber) composites and their thermal conduction properties. The US 5,814,408 A Ting et al. is the consequent patent to Al-VGCF MMC.

Verbundmaterialien mit Carbon FibrilsTM, einer definierten CVD-Kohlenstofffaser, in sowohl Metall- als auch Polymer-Matrix sind in der US 5,578,543 A Hoch et al. erwähnt.Composite materials with carbon fibrils ™ , a defined CVD carbon fiber, in both metal and polymer matrix are in the US 5,578,543 A Hoch et al. mentioned.

Ushijima et al. beschreibt in der US 6,406,790 B1 die Herstellung eines Verbundmaterials mit einer speziellen Ausführung von CVD gewachsenen Kohlenstofffasern als Füllstoff mittels Druckinfiltration des Matrix-Metalles.Ushijima et al. describes in the US Pat. No. 6,406,790 B1 the production of a composite material with a special version of CVD grown carbon fibers as a filler by means of pressure infiltration of the matrix metal.

Houle et al. berichtet in der US 6,469,381 B1 von einem Halbleiterelement, welches die im Betrieb entstehende Wärme durch den Einbau von Carbon Fasern in die Trägerplatte ableitet.Houle et al. reported in the US 6,469,381 B1 of a semiconductor element, which dissipates the heat generated during operation by the incorporation of carbon fibers in the carrier plate.

Die Verwendung von beschichteten Carbon-Fasern in Verbundmaterialen mit metallischer Matrix wird von Bieler et al. in der US 5,660,923 A dargelegt.The use of coated carbon fibers in metallic matrix composites is described by Bieler et al. in the US 5,660,923 A explained.

Al2O3 Fasern in einer Al Matrix und die Herstellung des entsprechenden faserverstärkten Verbundmaterials beschreibt die US 6,460,497 B1 , McCullough et al.Al 2 O 3 fibers in an Al matrix and the preparation of the corresponding fiber-reinforced composite material describes the US Pat. No. 6,460,497 B1 , McCullough et al.

Speziell für elektrische Leistungsmodule, die in zunehmenden Maß bei elektrischen Antrieben unter anderem auch in der Verkehrs- und Automatisierungstechnik eingesetzt werden, ist es bekannt, als Leiterplatten Metall-Keramik-Substrate zu verwenden, beispielsweise solche aus Aluminiumoxid (Al2O3) oder zunehmend auch solche aus Aluminiumnitrid (AlN) wegen der verbesserten elektrischen Eigenschaften. Als Träger- oder Übergangsschicht zu einer Wärmesenke, über die eine unter Umständen nicht unerhebliche Verlustleistung eines solchen Leistungsmoduls abgeführt werden muss, werden bisher Schichten oder Bodenplatten aus Kupfer verwendet, die eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweisen und daher zur Ableitung der Verlustleistung bzw. -wärme sowie zur Wärmespreizung gut geeignet sind.Especially for electrical power modules, which are increasingly used in electrical drives, inter alia, in traffic and automation technology, it is known to use as circuit boards metal-ceramic substrates, such as those of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) or increasingly also made of aluminum nitride (AlN) because of the improved electrical properties. As a carrier or transition layer to a heat sink over which a possibly considerable power loss of such a power module must be dissipated, so far layers or bottom plates made of copper are used, which have a high thermal conductivity and therefore to derive the power loss or heat and are well suited for heat spreading.

Nachteilig hierbei sind aber die sehr unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der verwendeten Materialien, nämlich der Keramik, des Kupfers sowie auch des Siliziums der aktiven elektrischen bzw. elektronischen Bauelemente eines solchen Moduls. Nicht nur bei der Herstellung, sondern insbesondere auch während des Betriebes unterliegen nämlich Leistungsmodule bzw. deren Komponenten einem nicht unerheblichen Temperaturwechsel, beispielsweise beim Übergang von der Betriebsphase in die Ruhephase und umgekehrt, aber auch während des Betriebes beim Schalten des Moduls. Aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten führen diese Temperaturwechsel zu mechanischen Spannungen im Modul, d. h. zu mechanischen Spannungen zwischen der Keramik und den angrenzenden Metallisierungen oder Metallschichten (wie Bodenplatte auf einer Seite der Keramikschicht und Leiterbahnen, Kontaktflächen usw. auf der anderen Seite der Keramikschicht) sowie auch zwischen Metallflächen und den auf diesen angeordneten elektrischen oder elektronischen Komponenten, insbesondere Halbleiterbauelementen. Häufige mechanische Spannungswechsel führen zu einer Materialermüdung und damit zu einem Versagen des Moduls oder der dortigen Komponenten.The disadvantage here, however, are the very different thermal expansion coefficients of the materials used, namely the ceramic, the copper and also the silicon of the active electrical or electronic components of such a module. Not only in the production, but especially during operation are subject namely power modules or their components a significant change in temperature, for example during the transition from the operating phase to the resting phase and vice versa, but also during operation when switching the module. Due to the different expansion coefficients these temperature changes lead to mechanical stresses in the module, ie to mechanical stresses between the ceramic and the adjacent metallizations or metal layers (such as bottom plate on one side of the ceramic layer and tracks, contact surfaces, etc. on the other side of the ceramic layer) as well as between Metal surfaces and the arranged on these electrical or electronic components, in particular semiconductor devices. Frequent mechanical voltage changes lead to material fatigue and thus failure of the module or its components.

Dieses Problem wird noch durch die zusätzliche Miniaturisierung und durch die damit einhergehende Erhöhung der Leistungsdichte von Leistungsmodulen verstärkt. Die thermischen Ausdehnungskoeffizienten α der Materialkomponenten eines Leistungsmoduls mit einem Kupfer-Keramik-Substrat liegen beispielsweise im Bereich zwischen α = 16,8 × 10–6K–1 für das Kupfer und α = 3 × 10–6K–1 für das Silizium.This problem is further compounded by the additional miniaturization and concomitant increase in power density of power modules. The thermal expansion coefficients α of the material components of a power module with a copper-ceramic substrate are for example in the range between α = 16.8 × 10 -6 K -1 for the copper and α = 3 × 10 -6 K -1 for the silicon.

Verwiesen wird hierzu auch auf die nachstehende Tabelle, in der die thermische Leitfähigkeit λ und der Wärmeausdehnungskoeffizient α für verschiedene Materialien angegeben ist. λth in W/mK α in 10–6/K Ag 428 19,7 Cu 395 16,8 CuCo0,2 385 17,7 CuSn0,12 364 17,7 Au 312 14,3 Al 239 23,8 BeO 218 8,5 AlN 140–170 2,6 Si 152 2,6 SiC 90 2,6 Ni 81 12,8 Sn 65 27 AuSn20 57 15,9 Fe 50 13,2 Si3N4 10–40 3,1 Al2O3 18,8 6,5 FeNi42 15,1 5,1 Silberleitkleber 0,8–2 53 Epoxid Preßmasse 0,63–0,76 18–30 SiO2 0,1 0,5 W 130 4,5 Mo 140 5,1 Cu/Mo/Cu 194 6,0 AlSiC 160–220 7–10 Reference is also made to the following table, in which the thermal conductivity λ and the thermal expansion coefficient α is given for different materials. λ th in W / mK α in 10 -6 / K Ag 428 19.7 Cu 395 16.8 CuCo0,2 385 17.7 CuSn0,12 364 17.7 Au 312 14.3 al 239 23.8 BeO 218 8.5 AlN 140-170 2.6 Si 152 2.6 SiC 90 2.6 Ni 81 12.8 sn 65 27 AuSn20 57 15.9 Fe 50 13.2 Si 3 N 4 10-40 3.1 Al 2 O 3 18.8 6.5 FeNi42 15.1 5.1 silver conductive 0.8-2 53 Epoxy molding compound 0.63 to 0.76 18-30 SiO 2 0.1 0.5 W 130 4.5 Not a word 140 5.1 Cu / Mo / Cu 194 6.0 AlSiC 160-220 7-10

Da zur Ableitung der Verlustleistung auf eine hohe thermische Leitfähigkeit nicht verzichtet werden kann, sind speziell bei Halbleiterleistungsmodulen bzw. deren Substrate für die Metallisierungen, die Bodenplatten usw. nur Metalle verwendbar, die auch eine ausreichend hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Speziell für Wärmesenken werden derzeit demnach bevorzugt Werkstoffe auf Kupfer- oder Aluminiumbasis verwendet, beispielsweise Cu-W, Cu-Mo oder Al-SiC.Since a high thermal conductivity can not be dispensed with in order to dissipate the power loss, only metals which also have a sufficiently high thermal conductivity can be used especially for semiconductor power modules or their substrates for the metallizations, the base plates, etc. specially For heat sinks, therefore, materials based on copper or aluminum are currently preferably used, for example Cu-W, Cu-Mo or Al-SiC.

Bekannt ist es, die zum Herstellen von Leiterbahnen, Anschlüssen usw. benötigte Metallisierung auf einer Keramik, z. B. auf einer Aluminium-Oxid-Keramik mit Hilfe des sogenannten „DCB-Verfahrens” (Direct-Copper-Bond-Technology) herzustellen, und zwar unter Verwendung von die Metallisierung bildenden Metall- bzw. Kupferfolien oder Metall- bzw. Kupferblechen, die an ihren Oberflächenseiten eine Schicht oder einen Überzug (Aufschmelzschicht) aus einer chemischen Verbindung aus dem Metall und einem reaktiven Gas, bevorzugt Sauerstoff aufweisen. Bei diesem beispielsweise in der US 37 44 120 A oder in der DE 23 19 854 C2 beschriebenen Verfahren bildet diese Schicht oder dieser Überzug (Aufschmelzschicht) ein Eutektikum mit einer Schmelztemperatur unter der Schmelztemperatur des Metalls (z. B. Kupfers), so daß durch Auflegen der Folie auf die Keramik und durch Erhitzen sämtlicher Schichten diese miteinander verbunden werden, und zwar durch Aufschmelzen des Metalls bzw. Kupfers im wesentlichen nur im Bereich der Aufschmelzschicht bzw. Oxidschicht.It is known that the production of printed conductors, terminals, etc. required metallization on a ceramic, for. B. on an aluminum-oxide ceramic using the so-called "DCB method" (Direct-Copper-Bond-Technology) to produce, using metallization forming metal or copper foils or metal or copper sheets, the have at their surface sides a layer or a coating (reflow layer) of a chemical compound of the metal and a reactive gas, preferably oxygen. In this example, in the US 37 44 120 A or in the DE 23 19 854 C2 As described, this layer or coating (fusing layer) forms a eutectic having a melting temperature below the melting temperature of the metal (eg copper), so that by laying the film on the ceramic and heating all the layers they are joined together by melting the metal or copper essentially only in the region of the melting layer or oxide layer.

Dieses DCB-Verfahren weist dann z. B. folgende Verfahrensschritte auf:

  • • Oxidieren einer Kupferfolie derart, daß sich eine gleichmäßige Kupferoxidschicht ergibt;
  • • Auflegen des Kupferfolie auf die Keramikschicht;
  • • Erhitzen des Verbundes auf eine Prozeßtemperatur zwischen etwa 1025 bis 1083°C, z. B. auf ca. 1071°C;
  • • Abkühlen auf Raumtemperatur.
This DCB method then has z. B. the following steps:
  • • Oxidizing a copper foil so that a uniform copper oxide layer results;
  • • placing the copper foil on the ceramic layer;
  • • Heating the composite to a process temperature between about 1025 to 1083 ° C, z. B. to about 1071 ° C;
  • • Cool to room temperature.

Bekannt sind weiterhin Metall-Keramik-Verbundmaterialien ( US 5,707,715 A ), die in einem Keramikträgermaterial Sekundärphasen oder -teilchen enthalten, und zwar u. a. in Form von kugelförmigen Partikeln mit Abmessungen im Nanometerbereich (z. B. 0,05 μm).Also known are metal-ceramic composite materials ( US 5,707,715 A ), which contain secondary phases or particles in a ceramic carrier material, in the form of spherical particles with dimensions in the nanometer range (eg 0.05 μm).

Bekannt sind weiterhin faserverstärkte Keramik-Materialien ( JP 011 48 542 A ), und zwar mit aufgebrachten Metall- oder Kupferfolien.Also known are fiber-reinforced ceramic materials ( JP 011 48 542 A ), with applied metal or copper foils.

Bekannt sind schließlich Metall-Keramik-Verbundmaterialien für die Anwendung in der Elektronik ( DE 26 49 704 C2 ), bei denen die Metallschichten aus einer Kupfermatrix mit eingearbeiteten Kohlenstofffasern bestehen, um hierdurch u. a. den thermischen Ausdehnungskoeffizienten und die Leitfähigkeit zu beeinflussen.Finally, metal-ceramic composite materials are known for use in electronics ( DE 26 49 704 C2 ), in which the metal layers consist of a copper matrix with incorporated carbon fibers, thereby influencing, inter alia, the thermal expansion coefficient and the conductivity.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verbundmaterial zu schaffen, das unter Beibehaltung einer hohen Wärmeleitfähigkeit, die größer oder zumindest gleich derjenigen von Kupfer oder Kupferlegierungen ist, einen gegenüber Kupfer deutlich reduzierten Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verbundmaterial entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Ein Verfahren zum Herstellen des Verbundmaterials ist Gegenstand des Patentanspruchs 11. Bevorzugte Verwendungsmöglichkeiten des Verbundmaterials sind Gegenstand der Patentansprüche 12 bis 14.The object of the invention is to provide a composite material which, while maintaining a high thermal conductivity which is greater than or at least equal to that of copper or copper alloys, has a significantly reduced thermal expansion coefficient compared to copper. To solve this problem, a composite material according to claim 1 is formed. A method for producing the composite material is the subject of claim 11. Preferred uses of the composite material are the subject of claims 12 to 14.

Das erfindungsgemäße Verbundmaterial, das u. a. auch für Anwendungen in der Elektrotechnik und dabei für Anwendungen als Substrat oder als Bauteil zur Wärmeableitung bei elektrischen Leistungsmodulen geeignet ist, besteht somit im Wesentlichen aus drei Hauptkomponenten, nämlich aus wenigstens einem Metall oder wenigstens einer Metalllegierung, aus wenigstens einer Keramik sowie aus Nanofasern, die eine Dicke im Bereich etwa 1,3 nm bis 300 nm aufweisen, wobei das Längen/Dicken-Verhältnis bei einem Großteil der in dem Verbundstoff enthaltenen Nanofasern größer als 10 ist. Der Anteil an Keramik kann ganz oder teilweise durch Glas, beispielsweise durch Siliziumoxid ersetzt sein.The composite material according to the invention, the u. a. Also suitable for applications in electrical engineering and thereby for applications as a substrate or as a component for heat dissipation in electrical power modules, thus consists essentially of three main components, namely at least one metal or at least one metal alloy, at least one ceramic and nanofibers, the have a thickness in the range of about 1.3 nm to 300 nm, wherein the length / thickness ratio is greater than 10 for a majority of the nanofibers contained in the composite. The proportion of ceramic may be wholly or partially replaced by glass, for example by silica.

Die verwendeten Nanofasern bewirken die gewünschte Reduzierung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Verbundmaterials in wenigstens zwei senkrecht zueinander verlaufenden Raumachsen, vorzugsweise in allen drei senkrecht zueinander verlaufenden Raumachsen.The nanofibers used bring about the desired reduction in the thermal expansion coefficient of the composite material in at least two mutually perpendicular spatial axes, preferably in all three mutually perpendicular spatial axes.

Bei der Ausbildung des erfindungsgemäßen Verbundmaterials sind in Weiterbildung der Erfindung folgende Maßnahmen möglich:
Die Nanofasern sind beispielsweise zumindest teilweise Nanotubes, die sich durch eine besonders hohe Festigkeit in axialer Richtung auszeichnen und hierdurch besonders wirksam zu der angestrebten Reduzierung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten beitragen.In the formation of the composite material according to the invention, the following measures are possible in development of the invention:
The nanofibers, for example, at least partially nanotubes, which are characterized by a particularly high strength in the axial direction and thereby contribute particularly effectively to the desired reduction of the thermal expansion coefficient.

Die Nanofasern sind hinsichtlich ihrer Orientierung zumindest in den wenigstens zwei Raumachsen isotrop verteilt.With regard to their orientation, the nanofibers are isotropically distributed at least in the at least two spatial axes.

Bei der Erfindung besteht weiterhin die Möglichkeit, die Nanofasern auch in der Keramik und/oder im Glas vorzusehen. Sofern im Trägersubstrat Nanofasern enthalten sind, sind dies z. B. solche aus Bornitrid und/oder aus Wolframkarbid. Auch andere, für die Herstellung von Nanofasern geeignete Materialien oder Materialverbindungen sind grundsätzlich denkbar, so insbesondere auch mit Bornitrid und/oder aus Wolframkarbid beschichtete Nanofasern aus Kohlenstoff. In the invention, it is also possible to provide the nanofibers in the ceramic and / or in the glass. If nanofibers are contained in the carrier substrate, these are z. B. those of boron nitride and / or tungsten carbide. Other materials or material compounds which are suitable for the production of nanofibers are also conceivable in principle, in particular with boron nitride and / or tungsten carbide-coated nanofibers made of carbon.

Als Keramik wird bei dem erfindungsgemäßen Verbundmaterial bevorzugt eine Aluminiumoxid- oder eine Aluminiumnitrid-Keramik verwendet, wobei die Aluminiumnitrid-Keramik sich durch eine besonders hohe elektrische Spannungsfestigkeit sowie durch eine erhöhte thermische Leitfähigkeit auszeichnet.The ceramic used in the composite material according to the invention is preferably an aluminum oxide or an aluminum nitride ceramic, the aluminum nitride ceramic being distinguished by a particularly high dielectric strength and by an increased thermal conductivity.

Als Metallkomponente eignet sich bei der Erfindung bevorzugt Kupfer oder eine Kupferlegierung. Dies gilt insbesondere auch für den Fall, dass das Verbundmaterial für Substrate oder Leiterplatten oder als Bauteil zur Wärmeableitung für elektrische Schaltkreise oder Module verwendet werden soll. Kupfer, aber auch Kupferlegierungen sind relativ einfach zu bearbeiten, und zwar insbesondere auch dann, wenn diese Materialkomponente des Verbundmaterials die Nanofasern enthält.As the metal component in the invention is preferably copper or a copper alloy. This is especially true in the case that the composite material for substrates or printed circuit boards or as a component for heat dissipation for electrical circuits or modules to be used. Copper, but also copper alloys are relatively easy to work, especially if this material component of the composite material contains the nanofibers.

Der Anteil an Nanofasern im Verbundmaterial liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 40 und 70 Volumen%, und zwar bezogen auf das Gesamtvolumen der diese Fasern enthaltenden Materialkomponente des Verbundmaterials.The proportion of nanofibers in the composite material is preferably in the range between 40 and 70% by volume, based on the total volume of the material component of the composite material containing these fibers.

Um die Nanofasern im Metall oder in der Metalllegierung des Verbundmaterials vorzusehen, stehen verschiedenste Verfahren zur Verfügung. So ist es z. B. möglich, zunächst aus den Nanofasern eine Vor- oder Preform zu bilden, beispielsweise in Form eines dreidimensionalen Gitterwerks, einer vliesartigen Struktur, einer hohlkörper- oder röhrchenartigen Struktur usw. aus den Nanofasern zu bilden, wobei in diese Preform dann das wenigstens eine Metall oder die wenigstens eine Metalllegierung eingebracht wird. Speziell hierfür sind wiederum unterschiedlichste Techniken denkbar, beispielsweise durch chemisches und/oder elektrolytisches Abscheiden, durch Schmelzinfiltration usw.To provide the nanofibers in the metal or in the metal alloy of the composite material, a variety of methods are available. So it is z. B. possible to form first of the nanofibers a preform or preform, for example in the form of a three-dimensional latticework, a non-woven structure, a hollow body or tube-like structure, etc. from the nanofibers to form, in this preform then the at least one metal or the at least one metal alloy is introduced. Especially for this purpose, again very different techniques are conceivable, for example by chemical and / or electrolytic deposition, by melt infiltration, etc.

Weiterhin ist es möglich, das Metall und die Nanofasern auf einer Preform oder einem Träger aus Metall und/oder Keramik aufzubringen, und zwar beispielsweise durch chemisches und/oder elektrolytisches Abscheiden.Furthermore, it is possible to apply the metal and the nanofibers on a preform or a support of metal and / or ceramic, for example by chemical and / or electrolytic deposition.

Auch andere Verfahren zur Herstellung der Matrix aus dem wenigstens einem Metall oder der wenigstens einen Metalllegierung mit den Nanofasern sind denkbar, beispielsweise die so genannte HIP-Technologie, bei der das wenigstens eine Metall oder die wenigstens eine Metalllegierung in Pulverform und mit den Nanofasern gemischt in eine Kapsel eingebracht und dies dann mit einem Deckel dicht verschlossen wird. Der Innenraum der Kapsel wird dann evakuiert und gasdicht verschlossen. Im Anschluss daran erfolgt ein allseitiger Druck (z. B. Gasdruck unter Verwendung von Inertgas, beispielsweise Argon oder hydrostatischer Druck) auf die Kapsel und damit auch auf das in der Kapsel vorhandene Material, und zwar bei gleichzeitiger Erhitzung auf eine Prozesstemperatur im Bereich zwischen 500 und 1000°C.Other methods for producing the matrix from the at least one metal or the at least one metal alloy with the nanofibers are conceivable, for example the so-called HIP technology, in which the at least one metal or the at least one metal alloy in powder form and mixed with the nanofibers a capsule introduced and this is then sealed with a lid. The interior of the capsule is then evacuated and sealed gas-tight. This is followed by an all-round pressure (eg gas pressure using inert gas, for example argon or hydrostatic pressure) on the capsule and thus also on the material present in the capsule, with simultaneous heating to a process temperature in the range between 500 and 1000 ° C.

In einem weiteren Verfahrensschritt werden nach einem Abkühlen die Kapsel und der hergestellte, die Nanofasern enthaltende Metallrohling getrennt, sodass dieser dann weiter verarbeitet werden kann, beispielsweise durch spanabhebende Verarbeitung oder durch Schneiden, Sägen und/oder Walzen zur Herstellung von Platten oder Folien, die dann beispielsweise zur Herstellung eines Metall-Keramik-Substrats oder einer Leiterplatte mit einer Keramikschicht verbunden ist.In a further method step, after cooling, the capsule and the produced, the nanofibers containing metal blank are separated, so that it can then be further processed, for example by machining or cutting, sawing and / or rolling to produce sheets or foils, which then For example, for producing a metal-ceramic substrate or a printed circuit board is connected to a ceramic layer.

Speziell für die Anwendung im elektrischen und elektronischen Bereich ist das erfindungsgemäße Verbundmaterial als Laminat ausgebildet, und zwar mit wenigstens zwei miteinander verbundenen Materialabschnitten oder -schichten, wobei dann ein Materialabschnitt oder eine Schicht aus dem wenigstens einen Metall oder der wenigstens einen Metalllegierung besteht und der andere Materialabschnitt bzw. die andere Schicht aus Keramik. Die Nanofasern sind dann in dem wenigstens einen Materialabschnitt aus dem Metall oder der Metalllegierung enthalten. Grundsätzlich besteht aber auch die Möglichkeit, dass die Nanofasern ebenfalls in der Keramik enthalten sind, um beispielsweise die mechanische Festigkeit der Keramik zu erhöhen und/oder die thermische Leitfähigkeit der Keramik zu verbessern.Specifically for use in the electrical and electronic field, the composite material according to the invention is formed as a laminate, with at least two interconnected material sections or layers, then a material portion or a layer of the at least one metal or the at least one metal alloy and the other Material section or the other layer of ceramic. The nanofibers are then contained in the at least one material portion of the metal or metal alloy. In principle, however, there is also the possibility that the nanofibers are likewise contained in the ceramic in order, for example, to increase the mechanical strength of the ceramic and / or to improve the thermal conductivity of the ceramic.

Der Materialabschnitt aus dem wenigstens einen Metall oder der wenigstens einen Metalllegierung und der Materialabschnitt aus Keramik sind z. B. durch Löten, bevorzugt auch durch Aktivlöten miteinander verbunden oder aber unter Verwendung der an sich bekannten Direkt-Bonding-Technik.The material portion of the at least one metal or the at least one metal alloy and the material portion of ceramic are z. B. by soldering, preferably also connected by active soldering together or using the known direct bonding technique.

Speziell bei der möglichen Ausbildung des Verbundmaterials als Metall-Keramik-Substrat oder Leiterplatte ist auf wenigstens einer Oberflächenseite einer Keramikschicht eine Metallisierung vorgesehen, die von dem wenigstens einen Metall oder der wenigstens einen Metalllegierung gebildet ist und die die Nanofasern enthält. Diese Metallschicht ist dann beispielsweise die Bodenplatte eines derartigen Substrates oder aber mit einer solchen Bodenplatte verbunden, mit der das Substrat mit einer passiven Wärmesenke, beispielsweise in Form eines Kühlkörpers oder aber mit einer aktiven Wärmesenke, beispielsweise in Form eines von einem Kühlmedium durchströmten Kühlers, auch Mikrokühlers verbunden ist. Specifically, in the possible formation of the composite material as a metal-ceramic substrate or printed circuit board metallization is provided on at least one surface side of a ceramic layer, which is formed by the at least one metal or at least one metal alloy and containing the nanofibers. This metal layer is then, for example, the bottom plate of such a substrate or connected to such a bottom plate, with which the substrate with a passive heat sink, for example in the form of a heat sink or with an active heat sink, for example in the form of a flowed through by a cooling medium cooler also Microcooler is connected.

Auf der anderen Oberflächenseite der Keramikschicht sind dann z. B. Leiterbahnen und/oder Kontaktflächen und/oder Fixier- bzw. Befestigungsflächen für Bauelemente eines elektrischen Schaltkreises oder eines Moduls vorgesehen. Auch das Metall oder die Metalllegierung, die diese Leiterbahnen, Kontaktflächen usw. bilden, kann die Nanofasern enthalten, wobei die Strukturierung Metallisierung in die Leiterbahnen usw. beispielsweise in der üblichen Weise erfolgt, und zwar dadurch, dass nach dem Aufbringen einer Metallschicht diese in die strukturierte Metallisierung gebracht wird, und zwar beispielsweise auch durch ein Maskierungs- und Ätzverfahren.On the other surface side of the ceramic layer z. B. conductor tracks and / or contact surfaces and / or fixing or mounting surfaces for components of an electrical circuit or a module provided. Also, the metal or metal alloy that form these tracks, contact surfaces, etc., may include the nanofibers, wherein the patterning metallization in the tracks, etc., for example, in the usual way, by the fact that after the application of a metal layer in the structured metallization is brought, for example, by a masking and etching process.

Mit der Erfindung wird also ein Verbundmaterial geschaffen, bei dem durch die Einlagerung der Nanofasern in die Metallmatrix, beispielsweise Kupfermatrix, eine wesentlich höhere Leitfähigkeit (z. B. > 380 W(mK)–1) erreicht wird, kombiniert mit einer reduzierten thermischen Ausdehnung. Weiterhin ist insbesondere bei Verwendung von Kupfer für die Metallmatrix eine leichte Bearbeitung des die Nanofasern enthaltenen Metalls gewährleistet, sodass alle üblichen Bearbeitungstechniken, wie Bohren, Fräsen, Stanzen, aber auch chemische Bearbeitungen möglich sind.The invention thus provides a composite material in which a significantly higher conductivity (eg> 380 W (mK) -1 ) is achieved by incorporation of the nanofibers into the metal matrix, for example copper matrix, combined with a reduced thermal expansion , Furthermore, especially when using copper for the metal matrix, an easy processing of the metal containing the nanofibers is ensured, so that all the usual processing techniques, such as drilling, milling, punching, but also chemical processing are possible.

Mit dem erfindungsgemäßen Verbundmaterial sind Lösungen im Thermal-Management-Bereich möglich, die bisher große Probleme bereitet haben, z. B. auch in der Lasertechnik, wo speziell die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Halbleitermaterial eines Laserbarrens und dem Metall einer Wärmesenke zu einer erheblichen Beeinträchtigung der Lebensdauer von Laserdioden oder Laserdiodenanordnungen führen. Durch die verbesserte thermische Leitfähigkeit lassen sich weiterhin höhere Leistungsdichten als bisher bei elektrischen und elektronischen Leistungsmodulen realisieren, und zwar mit der Möglichkeit einer Miniaturisierung elektrischer und elektronischer Module und Baugruppen sowie mit der Möglichkeit zusätzliche Anwendungen speziell auch in solchen technischen Bereichen, in denen einen Miniaturisierung und eine damit einhergehende Reduzierung von Masse und Gewicht bedeutsam sind, wie z. B. in der Luft- und Raumfahrttechnik.With the composite material according to the invention solutions in the thermal management area are possible, which have previously caused great problems, eg. As well as in laser technology, where especially the different thermal expansion coefficients between the semiconductor material of a laser bar and the metal of a heat sink lead to a significant impairment of the life of laser diodes or laser diode arrays. The improved thermal conductivity can continue to realize higher power densities than previously in electrical and electronic power modules, with the possibility of miniaturization of electrical and electronic modules and assemblies and the possibility of additional applications especially in those technical areas where miniaturization and a concomitant reduction in mass and weight are significant, such as. B. in aerospace engineering.

Mit dem erfindungsgemäßen Verbundmaterial ist es gelungen, bisher schwer zu vereinbarende Eigenschaften in einem Werkstoff zu kombinieren. Die Nanofasern in der Metallmatrix dienen dort als Verstärkungskomponente, die mit ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit (größer als 1000 W(mK)–1) und mit ihrem vernachlässigbaren thermischen Ausdehnungskoeffizienten den Ausdehnungskoeffizient des gesamten Verbundmaterials reduzieren und dessen Wärmeleitfähigkeit deutlich verbessern.With the composite material according to the invention, it has been possible to combine previously difficult-to-reconcile properties in a material. The nanofibers in the metal matrix serve there as a reinforcing component, which with its high thermal conductivity (greater than 1000 W (mK) -1 ) and with its negligible coefficient of thermal expansion reduce the coefficient of expansion of the entire composite material and significantly improve its thermal conductivity.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained below with reference to the figures of exemplary embodiments. Show it:

1 in vereinfachter Darstellung ein elektrisches Leistungsmodul mit einem Verbundmaterial gemäß der Erfindung; 1 in a simplified representation, an electrical power module with a composite material according to the invention;

2 in vereinfachter schematischer Darstellung die verschiedenen Verfahrensschritte (Positionen a–d) des HIP-Verfahrens zum Herstellen eines Metall-Nanofaser-Verbundmaterials; 2 in a simplified schematic representation of the various process steps (positions a-d) of the HIP process for producing a metal-nanofiber composite material;

3 in schematischer Darstellung ein Verfahren zum Weiterverarbeiten eines das wenigstens eine Metall bzw. die wenigstens eine Metalllegierung und die Nanofasern enthaltenden Ausgangsmaterials. 3 a schematic representation of a method for further processing a the at least one metal or the at least one metal alloy and the nanofibers containing starting material.

4 und 5 in schematischer Darstellung in Seitenansicht sowie in Draufsicht ein Bad zum elektrolytischen und/oder chemischen Co-Abscheiden von Metall und Nanofasern auf einer Metallfolie oder einer Preform; 4 and 5 in a schematic representation in side view and in plan view of a bath for electrolytic and / or chemical co-deposition of metal and nanofibers on a metal foil or a preform;

6 und 7 in schematischer Seitenansicht sowie in Draufsicht ein Bad zum elektrolytischen und/oder chemischen Abscheiden von Metall auf einer von Nanofasern gebildeten Preform. 6 and 7 in a schematic side view and in plan view of a bath for the electrolytic and / or chemical deposition of metal on a preform formed by nanofibers.

Die 1 zeigt in vereinfachter Darstellung und in Seitenansicht ein elektrisches Leistungsmodul 1, welches unter anderem aus einem Keramik-Kupfer-Substrat 2 mit verschiedenen elektronischen Halbleiterbauelementen 3, von denen der einfacherer Darstellung wegen nur ein Leistungsbauelement wieder gegeben ist, sowie aus einer Grundplatte 4 besteht. Das Kupfer-Keramik-Stubstrat 2 umfasst eine Keramikschicht 5 beispielsweise aus Aluminiumoxid- oder Aluminiumnitrid-Keramik, wobei auch bei einer mehrteiligen Ausbildung der Schicht 5 unterschiedliche Keramiken verwendet sein können, sowie eine obere Metallisierung 6 und eine untere Metallisierung 7. Die Metallisierungen 6 und 7 sind bei den dargestellten Ausführungsformen jeweils von einer Folie gebildet, die in einer Matrix aus Kupfer oder einer Kupferlegierung Nanofasern enthält, beispielsweise in dem Anteil von 10–70 Volumen%, bezogen auf das Gesamtvolumen der jeweiligen Folie bzw. Metallisierung, vorzugsweise in einem Anteil von 40–70 Volumen%. The 1 shows in simplified representation and in side view an electric power module 1 , which among other things made of a ceramic copper substrate 2 with various electronic semiconductor devices 3 of which, for the sake of simplicity, only one power device is given again, as well as a base plate 4 consists. The copper-ceramic substrate 2 includes a ceramic layer 5 For example, of alumina or aluminum nitride ceramic, wherein even in a multi-part design of the layer 5 different ceramics may be used, as well as an upper metallization 6 and a lower metallization 7 , The metallizations 6 and 7 are each formed in the illustrated embodiments of a film containing nanofibers in a matrix of copper or a copper alloy, for example in the proportion of 10-70% by volume, based on the total volume of the respective film or metallization, preferably in a proportion of 40-70% by volume.

Das Bauelement 3 ist dabei ein Leistungs-Halbleiterbauelement, z. B. ein Transistor zum Schalten hoher Ströme z. B. zum Ansteuern eines Elektromotors oder eines Fahrantriebs auch andere Leistungs-Halbleiterbauelemente sind denkbar, wie beispielsweise Laserdioden usw. Die Dicke, die die Grundplatte 4 in der Achsrichtung senkrecht zu den Ebenen der Metallisierungen 6 und 7 aufweist ist um ein Vielfaches größer als die Dicke der für die Metallisierungen 6 und 7 verwendeten Folien.The component 3 is a power semiconductor device, z. B. a transistor for switching high currents z. B. for driving an electric motor or a traction drive and other power semiconductor devices are conceivable, such as laser diodes, etc. The thickness of the base plate 4 in the axial direction perpendicular to the planes of the metallizations 6 and 7 is many times greater than the thickness of the metallizations 6 and 7 used foils.

Die beiden Metallisierungen 6 und 7 sind unter Verwendung einer geeigneten Technik, beispielsweise der DCB-Technik oder mittels des Aktivlötverfahrens jeweils flächig mit einer Oberflächenseite der Keramikschicht 5 verbunden. Die Metallisierung 6 ist weiterhin zur Bildung von Leiterbahnen, Kontaktflächen, Befestigungsflächen zum Befestigen oder zum Auflöten von Bauelementen 3, von Abschirmflächen oder Bahnen, von als Induktivitäten wirkende Bahnen usw. in der erforderlichen Weise strukturiert, und zwar vorzugsweise mit Hilfe der dem Fachmann bekannten Maskierungs- oder Ätztechnik. Auch andere Techniken sind denkbar, beispielsweise in der Form, dass die Strukturierung durch mechanische Bearbeitung der die Metallisierung 6 bildenden Folie erzeugt ist, und zwar beispielsweise nach dem oder aber vor Aufbringen der Metallisierung 6 auf die Keramikschicht 5. Die die Metallisierung 7 bildende Folie ist bei der dargestellten Ausführungsform nicht strukturiert. Diese Folie deckt bei der dargestellten Ausführungsform einen Großteil der Unterseite der Keramikschicht 5 ab, wobei allerdings unter anderem zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit der Randbereich der Keramikschicht 5 von der Metallisierung 7 freigehalten ist, d. h. der Rand der Metallisierung 7 mit Abstand vom Rand der Keramikschicht 5 endet. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die weiterhin Grundplatte 4 so ausgebildet, dass sie mit ihrem Umfang deutlich über den Umfang des Kupfer-Keramik-Substrates 2 vorsteht. Die Grundplatte 4 ist beispielsweise die Bodenplatte eines ansonsten nicht näher dargestellten Gehäuses des Leistungsmoduls 1.The two metallizations 6 and 7 are each surface with a surface side of the ceramic layer using a suitable technique, for example, the DCB technique or by the Aktivlötverfahrens 5 connected. The metallization 6 is also for the formation of traces, contact surfaces, mounting surfaces for mounting or for soldering of components 3 , shielding surfaces or webs, orbits acting as inductors, etc., as required, preferably with the aid of the masking or etching technique known to those skilled in the art. Other techniques are conceivable, for example in the form that the structuring by mechanical processing of the metallization 6 forming film, for example, after or before applying the metallization 6 on the ceramic layer 5 , The metallization 7 forming film is not structured in the illustrated embodiment. In the illustrated embodiment, this film covers a large part of the underside of the ceramic layer 5 However, inter alia, to increase the dielectric strength of the edge region of the ceramic layer 5 from the metallization 7 is kept free, ie the edge of the metallization 7 at a distance from the edge of the ceramic layer 5 ends. In the illustrated embodiment, the further is base plate 4 designed so that their circumference is well above the circumference of the copper-ceramic substrate 2 protrudes. The base plate 4 For example, is the bottom plate of an otherwise not shown housing of the power module 1 ,

Die Metallisierung 7 ist mit ihrer der Keramikschicht 5 abgewandten Oberflächenseite flächig mit der Grundplatte 4 verbunden, und zwar mit einer geeigneten Technik, wie z. B. Löten, auch Hartlöten oder Aktivlöten, oder ebenfalls unter Verwendung des DCB-Verfahrens. Die Grundplatte 4 besteht bei der dargestellten Ausführungsform ebenfalls aus einem Metall oder einer Metalllegierung, beispielsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, wobei das Metall oder die Metalllegierung der Grundplatte 4 wiederum die Nanofasern in dem Anteil von 10–70 Volumen% bezogen auf das gesamte Volumen der Grundplatte 4, vorzugsweise in dem Anteil von 40–70 Volumen% enthält. Die Nanofasern in den Metallisierungen 6 und 7 sowie in der Grundplatte 4 sind dabei zumindest in den beiden senkrecht zueinander verlaufenden Raumachsen, die die Ebenen der Metallisierungen 6 und 7 sowie die Ebene der mit der Metallisierung 7 verbundenen Oberseite der Grundplatte 4 definieren, hinsichtlich ihrer Orientierung oder annähernd isotrop verteilt.The metallization 7 is with her the ceramic layer 5 facing surface side surface with the base plate 4 connected, with a suitable technique such. As brazing, brazing or active brazing, or also using the DCB method. The base plate 4 In the illustrated embodiment, it is also made of a metal or a metal alloy, such as copper or a copper alloy, wherein the metal or metal alloy of the base plate 4 Again, the nanofibers in the proportion of 10-70% by volume based on the total volume of the base plate 4 , preferably in the proportion of 40-70% by volume. The nanofibers in the metallizations 6 and 7 as well as in the base plate 4 are at least in the two mutually perpendicular spatial axes, which are the levels of the metallizations 6 and 7 as well as the level of metallization 7 connected top side of the base plate 4 define, in terms of their orientation or approximately isotropically distributed.

Die Nanofasern besitzt eine Dicke im Bereich zwischen 1,3 nm bis 300 nm, wobei der größere Anteil der in der Metallmatrix jeweils enthaltenen Nanofasern ein Längen/Dicken-Verhältnis > 10 besitzt. Die Nanofasern sind bei dieser Ausführungsform solche auf Karbon-Basis bzw. aus Kohlenstoff und zwar beispielsweise in Form von Nanotubes. Grundsätzlich besteht aber auch die Möglichkeit, diese Nanofasern aus Kohlenstoff ganz oder teilweise durch solche aus einem anderen, geeigneten Material zu ersetzen, beispielsweise aus Bohrnitrid und/oder Wolframkarbid. Grundsätzlich können die Nanofasern hinsichtlich ihrer Orientierung auch in allen drei senkrecht zueinander verlaufenden Raumachsen, d. h. in den beiden, die Ebenen der Metallisierungen 6 und 7 und der Oberseite der Grundplatte 4 definierenden Raumachsen sowie in der hierzu senkrecht verlaufenden Raumachse isotrop verteilt sein.The nanofibers have a thickness in the range between 1.3 nm and 300 nm, with the larger proportion of the nanofibers contained in the metal matrix having a length / thickness ratio> 10. The nanofibers in this embodiment are those based on carbon or carbon, for example in the form of nanotubes. In principle, however, it is also possible to replace these carbon nanofibers in whole or in part by those of another, suitable material, for example of boron nitride and / or tungsten carbide. In principle, the nanofibers can also be oriented in all three mutually perpendicular spatial axes, ie in the two, the planes of the metallizations 6 and 7 and the top of the base plate 4 defining spatial axes and be distributed isotropically in the space axis extending perpendicular thereto.

Durch die Verwendung der Nanofasern in der Matrix des Metalls bzw. der Metalllegierung wird eine wesentliche Reduzierung des thermischen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Metallisierung 6 und 7 sowie insbesondere auch der Grundplatte 4 speziell in den Raumachsen erreicht, in denen die bevorzugte Orientierung der Nanofasern vorliegt, nämlich in den die Ebenen der Metallisierungen sowie die Ebenen der Oberseite der Grundplatte bestimmenden Raumachsen, und zwar auf einen Wert < 5 × 10–6K–1, speziell auch in dem für Substrate von Halbleiterleistungsmodulen interessierenden Temperaturbereiche zwischen Raumtemperatur (etwa 20°C) und 250°C. Die elektrische Leitfähigkeit insbesondere auch der von der Metallisierung 6 gebildeten Leiterbahnen entspricht der elektrischen Leitfähigkeit von Kupfer oder einer Kupferlegierung ohne die Nanofasern.By using the nanofibers in the matrix of the metal or the metal alloy, a substantial reduction of the thermal expansion coefficient of the metallization 6 and 7 and in particular also the base plate 4 reached specifically in the spatial axes, in which the preferred orientation of the nanofibers is present, namely in the planes of the metallizations and the planes of the top of the base plate determining spatial axes, namely to a value <5 × 10 -6 K -1 , especially in the temperature ranges of interest for substrates of semiconductor power modules between room temperature (about 20 ° C) and 250 ° C. The electrical conductivity in particular also of the metallization 6 formed interconnects corresponds to the electrical conductivity of copper or a copper alloy without the nanofibers.

Die thermische Leitfähigkeit λ der Metallisierungen 6 und 7 sowie der Grundplatte 4 ist größer als diejenige von Kupfer und liegt beispielsweise in der Größenordnung von λ = 600 W(mK)–1 oder größer. Durch die gegenüber reinem Kupfer oder einer Kupferlegierung ohne Nanofasern extrem reduzierten Wärmeausdehnungskoeffizienten α ist dieser deutlich dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Siliziums der Halbleiterbauelemente 3, aber auch deutlich dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Keramik der Keramikschicht 5 angepasst. Die hierdurch werden thermische Spannungen zwischen der Metallisierung 6 und dem Siliziumkörper der Bauelemente 3 und der Keramik der Keramikschicht 5, insbesondere aber auch thermische Spannungen zwischen der durch die Grundplatte 4 verstärkten Metallisierung 7 und der Keramikschicht 5 stark reduziert, die (thermische Spannungen) bei Temperaturänderungen im Leistungsmodul 1 auftreten. Derartige Temperaturänderungen sind bedingt durch den ausgeschalteten und eingeschalteten Zustand des Leistungsmoduls 1, aber auch durch Leistungsänderungen während des Betriebes des Leistungsmoduls, beispielsweise durch entsprechende Steuerung dieses Moduls.The thermal conductivity λ of the metallizations 6 and 7 as well as the base plate 4 is larger than that of copper and is, for example, of the order of λ = 600 W (mK) -1 or greater. By compared to pure copper or a copper alloy without nanofibers extremely reduced coefficient of thermal expansion α this is clearly the coefficient of thermal expansion of the silicon of the semiconductor devices 3 , but also clearly the thermal expansion coefficient of the ceramic of the ceramic layer 5 customized. This causes thermal stresses between the metallization 6 and the silicon body of the devices 3 and the ceramic of the ceramic layer 5 , but especially also thermal stresses between the through the base plate 4 reinforced metallization 7 and the ceramic layer 5 greatly reduced, the (thermal stresses) with temperature changes in the power module 1 occur. Such temperature changes are due to the off and on state of the power module 1 but also by power changes during operation of the power module, for example by appropriate control of this module.

Durch die gegenüber Kupfer verbesserte Wärmeleitfähigkeit werden eine wesentlich verbesserte Wärmeableitung der von dem Halbleiterbauelement 3 erzeugten Verlustwärme sowie auch eine wesentliche verbesserte Wärmespreizung durch die Metallisierung 7 und eine verbesserte Übertragung der Verlustleistung an die Grundplatte 4 erreicht. Diese ist dann ihrerseits z. B. mit einer passiven Wärmesenke, beispielsweise mit einem Kühlelement oder Radiator verbunden, welches bzw. welcher in einer Strömung eines die Verlustwärme abführenden Mediums, im einfachsten Fall einem Luftstrom angeordnet ist, oder aber die Grundplatte 4 ist mit einer aktiven Wärmesenke verbunden, d. h. beispielsweise mit einem Mikrokühler, der von einem Kühlmedium durchströmt wird, beispielsweise von einem gas- und/oder dampfförmigen und/oder flüssigem Kühlmedium, beispielsweise von Wasser. Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Grundplatte 4 auf einer sogenannten Heatpipe anzuordnen um die Verlustwärme von dieser Grundplatte 4 besonders wirksam über die Heatpipe an einen passiven oder aktiven Kühler abzuleiten.Due to the improved thermal conductivity compared to copper, a significantly improved heat dissipation of the semiconductor device 3 generated heat loss as well as a significant improved heat spread through the metallization 7 and an improved transmission of the power loss to the base plate 4 reached. This is in turn z. B. with a passive heat sink, for example, connected to a cooling element or radiator, which or which is arranged in a flow of the loss heat dissipating medium, in the simplest case an air flow, or the base plate 4 is connected to an active heat sink, ie, for example, with a microcooler, which is flowed through by a cooling medium, for example of a gas and / or vapor and / or liquid cooling medium, for example of water. Furthermore, there is the possibility of the base plate 4 to arrange on a so-called heat pipe to the heat loss from this base plate 4 particularly effective to divert via the heat pipe to a passive or active cooler.

Alternativ zu den vorgenannten Möglichkeiten besteht auch die Möglichkeit, die Grundplatte 4 direkt als Kühler und dabei insbesondere als aktiven Kühler, z. B. Mikrokühler, der von dem Kühlmedium durchströmt wird, oder aber als Wärmerohr oder Heatpipe auszuführen. Auch in diesen Fällen ist es dann sinnvoll, zumindest einen Teil des Kühlers oder der Heatpipe, der (Teil) mit der Metallisierung 7 verbunden ist, aus dem die Nanofasern enthaltene Metall oder der entsprechenden Metalllegierung zu fertigen.As an alternative to the aforementioned possibilities, there is also the possibility of the base plate 4 directly as a cooler and in particular as an active cooler, z. B. microcooler, which is flowed through by the cooling medium, or run as a heat pipe or heat pipe. Even in these cases, it makes sense, at least a part of the radiator or the heat pipe, the (part) with the metallization 7 is connected to manufacture from the nanofibers contained metal or the corresponding metal alloy.

Die 2 zeigt in verschiedenen Verfahrensschritten (Positionen a–d) eine Möglichkeit einer Herstellung eines Ausgangsmaterials bestehend aus der Metall-Matrix und den in dieser Matrix enthaltenen Nanofasern. Bei diesem Verfahren, welches auch als HIP-Verfahren oder Hippen bezeichnet wird, wird eine pulverförmige Mischung 8 aus Partikeln aus dem Metall oder der Metalllegierung beispielsweise aus Kupfer oder der Kupferlegierung und aus den Nanofasern in eine Kapsel 9 eingebracht, und zwar derart, dass diese Kapsel 9 etwa bis zu 60% ihres Fassungsvolumens mit der Mischung 8 gefüllt ist.The 2 shows in various process steps (positions a-d) a possibility of producing a starting material consisting of the metal matrix and the nanofibers contained in this matrix. In this process, which is also referred to as HIP process or Hippen, is a powdery mixture 8th from particles of the metal or the metal alloy, for example of copper or the copper alloy and of the nanofibers in a capsule 9 introduced, in such a way that this capsule 9 about up to 60% of its capacity with the mixture 8th is filled.

Der Mischung 8 können weiterhin auch Mischhilfsmittel beigegeben sein, insbesondere um einen möglichst hohen Anteil an Nanofasern zu ermöglichen und eine gleichmäßige Verteilung dieser Fasern zu erreichen und hierfür unter anderem auch die Adhäsion zwischen den Nanofasern zu reduzieren. Weiterhin kann es für eine Verbesserung der Verbindung zwischen dem Metall, beispielsweise Kupfer und dem Kohlenstoff der Nanofasern zweckmäßig sein, solche mit fischgrätartiger Oberflächenstruktur zu verwenden, die eine mechanische Anbindung verbessert. Auch Beschichtungen der Nanofasern mit Reaktivelementen, die eine chemische Anbindung bewirken, und/oder eine Beschichtung der Nanofasern mit dem Metall und/oder mit Keramik und/oder mit Bornitrid und/oder mit Wolframkarbid, beispielsweise durch Aufdampfen usw. kann zweckmäßig sein.The mixture 8th Furthermore, mixing aids can also be added, in particular in order to allow the highest possible proportion of nanofibers and to achieve a uniform distribution of these fibers and, inter alia, also to reduce the adhesion between the nanofibers. Furthermore, to improve the bond between the metal, for example copper and the carbon of the nanofibers, it may be expedient to use those with a herringbone surface structure which improves a mechanical connection. Coatings of the nanofibers with reactive elements which bring about chemical bonding, and / or coating of the nanofibers with the metal and / or with ceramic and / or with boron nitride and / or with tungsten carbide, for example by vapor deposition, etc., may also be expedient.

In einem weiteren Verfahrensschritt (Position b) wird dann auf die obere Öffnung der Kapsel 9 ein Deckel 10 aufgesetzt und dieser dicht mit der Kapsel verbunden, beispielsweise verschweisst.In a further method step (position b) is then on the upper opening of the capsule 9 a lid 10 put on and this tightly connected to the capsule, for example, welded.

In einem weiteren Verfahrensschritt wird der Innenraum der Kapsel 9 über einen am Deckel 10 vorgesehenen Anschluss 11 evakuiert und der Innenraum der Kapsel 9 dann gasdicht verschlossen.In a further method step, the interior of the capsule 9 over one on the lid 10 provided connection 11 evacuated and the interior of the capsule 9 then sealed gas-tight.

In einem weiteren Verfahrensschritt (Position d) erfolgt bei einer Prozesstemperatur im Bereich von beispielsweise etwa 500 bis 1000°C ein allseitiges Beaufschlagen der verformbaren, geschlossenen Kapsel 9 mit einem hohen Druck. Diese allseitige Druckbeaufschlagung der Kapsel 9 erfolgt in einer geschlossenen Kammer 12 durch einen hydrostatischen auf die Kapsel 9 einwirkenden Druck, wie dies in der Position d durch die dortigen Pfeile angedeutet ist. Durch diesen eigentlichen HIP-Vorgang tritt eine Volumenreduktion ein, die sich in einer Verformung der Kapsel 9 niederschlägt. In der Regel beträgt der bei dieser Verformung auftretende Volumenschwund etwa 5–10%, kann jedoch auch größer sein, beispielsweise bis zu 20%. Die Kapsel 9 und der zugehörige Deckel 10 sowie die Verbindung zwischen diesen beiden Elementen sind dabei so ausgeführt, dass die Kapsel nicht beschädigt wird. Um das Schwundverhalten berechnen zu können, weist die Kapsel 9 beispielsweise eine einfache Geometrie auf und ist dünnwandig ausgebildet.In a further method step (position d) takes place at a process temperature in the range of, for example, about 500 to 1000 ° C an all-sided loading of the deformable, closed capsule 9 with a high pressure. This all-round pressurization of the capsule 9 takes place in a closed chamber 12 through a hydrostatic on the capsule 9 acting pressure, as indicated in the position d by the arrows there. Through this actual HIP process occurs a volume reduction, resulting in a deformation of the capsule 9 reflected. As a rule, the volume shrinkage occurring during this deformation is about 5-10%, but may also be greater, for example up to 20%. The capsule 9 and the associated lid 10 and the connection between these two elements are designed so that the capsule is not damaged. To calculate the shrinkage behavior, the capsule shows 9 For example, a simple geometry and is thin-walled.

Nach dem HIP-Vorgang werden dann die Kapsel 9 und das im HIP-Verfahren beispielsweise als Block hergestellte Ausgangsmaterial voneinander getrennt, sodass dieses dann in geeigneter Weise weiter verarbeitet werden kann.After the HIP process then the capsule 9 and the starting material prepared in the HIP process, for example, as a block separated from each other, so that it can then be further processed in a suitable manner.

Die Kapsel 9 und deren Deckel 10 erfüllen bei dem HIP-Verfahren mehrere Funktionen, und zwar als geschlossener Raum bei der Evakuierung zur Reduzierung der offenen Porosität im pulverförmigen Ausgangsmaterial, zur Übertragung des hydrostatischen Druckes während des eigentlichen HIP-Vorgangs sowie auch der Formgebung des mit dem Verfahren erhaltenden Endproduktes.The capsule 9 and their lid 10 fulfill several functions in the HIP process, namely as a closed space during evacuation to reduce the open porosity in the powdery starting material, to transfer the hydrostatic pressure during the actual HIP process and also to shape the end product obtained by the process.

Die 3 zeigt in verschiedenen Positionen a–d eine Möglichkeit einer Weiterverarbeitung des mit dem HIP-Verfahrens erhaltenen Endproduktes 13. Dieses ist in der 3 als Block dargestellt (Position a). Mit einer geeigneten Walzvorrichtung 14 wird das Produkt 13 dann zu einer Folie 15 geformt (Position b), die dann anschließend für die weitere Verwendung aufgewickelt wird (Position c). In der Position d ist nochmals angedeutet, dass die Folie 15 bzw. entsprechende Zuschnitte dieser Folie mit Hilfe beispielsweise der DCB-Technik oder mit Hilfe eines anderen, geeigneten Verfahrens auf der Keramikschicht 5 zur Bildung der Metallisierungen 6 und 7 aufgebracht werden können, wobei die Metallisierung 6 in weiteren, in der 3 nicht angegebenen Verfahrensschritten strukturiert wird.The 3 shows in various positions a-d a possibility of further processing of the end product obtained by the HIP process 13 , This is in the 3 represented as a block (position a). With a suitable rolling device 14 becomes the product 13 then to a slide 15 shaped (position b), which is then wound up for further use (position c). In the position d is again indicated that the film 15 or corresponding blanks of this film by means of, for example, the DCB technique or by means of another suitable method on the ceramic layer 5 to form the metallizations 6 and 7 can be applied, the metallization 6 in further, in the 3 Unstructured procedural steps is structured.

Die 4 und 5 zeigen eine weitere Möglichkeit für die Herstellung des Ausgangsmaterials, welches in der Metallmatrix die Nanofasern enthält. Bei diesem Verfahren werden Metall- oder Kupferfolien in einem geeigneten, die Nanofasern sowie auch das Metall, beispielsweise Kupfer enthaltenden Bad angeordnet ist, aus welchem dann elektrolytisch und/oder chemisch auf den Folienzuschnitten 16 Kupfer und Nanofasern abgeschieden werden.The 4 and 5 show another possibility for the preparation of the starting material, which contains the nanofibers in the metal matrix. In this method, metal or copper foils are arranged in a suitable, the nanofibers, as well as the metal, such as copper-containing bath, from which then electrolytically and / or chemically cut on the film 16 Copper and nanofibers are deposited.

Das mit diesem Verfahren erhaltene Ausgangsmaterial wird dann beispielsweise unmittelbar als eine das Metall oder die Metalllegierung zusammen mit den Nanofasern enthaltene Schicht bei einer laminatartigen Ausbildung des erfindungsgemäßen Verbundmaterials verwendet, beispielsweise für die Metallisierungen 6 und 7 oder die Grundplatte 4 des Leistungsmoduls 1 der 1, oder aber das mit diesem Verfahren erhaltene, z. B. plattenförmige Ausgangsmaterial wird vor seiner Verwendung als Materialkomponente im Verbundmaterial einer weiteren Bearbeitung, beispielsweise einem Walzvorgang unterzogen.The starting material obtained by this method is then used, for example, directly as a layer containing the metal or the metal alloy together with the nanofibers in a laminate-like formation of the composite material according to the invention, for example for the metallizations 6 and 7 or the base plate 4 of the power module 1 of the 1 , or obtained by this method, z. B. plate-shaped starting material is subjected before use as a material component in the composite material further processing, for example, a rolling process.

Abweichend von dem vorstehend Beschriebenen besteht bei dem Verfahren der 4 und 5 auch die Möglichkeit, in dem Bad 17 ein oder mehrere Preformen anzuordnen, die von einer dreidimensionalen Struktur, beispielsweise einem Netzwerk oder einer vliesartigen Struktur aus Nanofasern gebildet ist, sodass dann das Abscheiden von Kupfer und weiteren Nanofasern aus dem Bad 17 auf der jeweiligen Preform zur Bildung eines die Nanofasern und das Metall bzw. Kupfer enthaltenden Materials erfolgt. Die Nanofasern der Preform sind für ein besseres Verbinden mit dem Metall auch bei dieser Ausführungsform beispielsweise chemisch mit Reaktivelementen vorbehandelt, die die mechanische Anbindung zwischen der Nanofaser und dem Metall, beispielsweise Kupfer verbessern. Auch eine Beschichtung der Nanofasern mit dem Metall, beispielsweise durch Aufdampfen ist bei diesem Verfahren ebenfalls denkbar.Notwithstanding the above, the method of the 4 and 5 also the possibility in the bathroom 17 To arrange one or more preforms, which is formed by a three-dimensional structure, such as a network or a non-woven structure of nanofibers, so then the deposition of copper and other nanofibers from the bath 17 on the respective preform to form a nanofibers and the metal or copper-containing material takes place. The nanofibers of the preform are pretreated, for example, chemically with reactive elements for better bonding with the metal, which improve the mechanical connection between the nanofiber and the metal, for example copper. A coating of the nanofibers with the metal, for example by vapor deposition is also conceivable in this method.

Als Prefrom kann bei dem Verfahren der 4 und 5 auch die Keramikschicht 5 selbst verwendet werden, auf der dann aus dem Bad 17 das Metall (Kupfer) und die Nanofasern elektrolytisch und/oder chemisch abgeschieden werden. Hierfür wird die Keramikschicht 5 vorher zumindest an ihren Oberflächenseiten, auf denen dieses Co-Abscheiden von Nanofasern und Metall erfolgen soll, vorbehandelt, beispielsweise elektrisch leitend ausgeführt, und zwar beispielsweise durch Aufbringen einer dünnen Metall- oder Kupferschicht.As Prefrom can in the process of 4 and 5 also the ceramic layer 5 even be used on the then from the bathroom 17 the metal (copper) and the nanofibers are deposited electrolytically and / or chemically. For this, the ceramic layer 5 previously, at least on their surface sides, on which this co-deposition of nanofibers and metal is to take place, pretreated, for example, carried out electrically conductive, for example by applying a thin metal or copper layer.

Die 6 und 7 zeigen als weitere mögliche Ausführungsform ein Verfahren, bei dem an Preformen 18, die aus miteinander verhakten Fasern gebildet sind, aus einem Bad 19, welches Kupfer, bzw. Kupfersalze enthält, Kupfer elektrolytisch und/oder chemisch abgeschieden wird. Das erhaltene Produkt kann dann als Ausgangsmaterial einer weiteren Verarbeitung zugeführt werden. Weiterhin besteht insbesondere bei dieser Ausführung auch die Möglichkeit Nanofasern oder mit Kupfer beschichtete Nanofasern aus dem erhaltenen Werkstoff herausstehen zu lassen, sodass sich ein Schmutz abweisender Lotuseffekt ergibt und/oder Benetzungseffekte des Materials steuerbar sind.The 6 and 7 show as another possible embodiment a method in which preforms 18 made of interlocked fibers, from a bath 19 , which contains copper or copper salts, copper is deposited electrolytically and / or chemically. The product obtained can then be supplied as starting material for further processing. Furthermore, in particular in this embodiment, it is also possible to leave nanofibers or copper-coated nanofibers protruding from the material obtained, so that a dirt-repellent lotus effect results and / or wetting effects of the material can be controlled.

So ist es beispielsweise bei dem Leistungsmodul 1 der 1 auch möglich, nur die Grundplatte 4 und/oder nur eine der Metallisierungen 6 bzw. 7 aus dem die Nanofasern enthaltenen Material zu fertigen. Weiterhin ist es auch möglich, Nanofasern in der Keramikschicht 5 vorzusehen um so z. B. die thermische Leitfähigkeit dieser Keramikschicht zu erhöhen.This is the case with the power module, for example 1 of the 1 also possible, only the base plate 4 and / or only one of the metallizations 6 respectively. 7 to manufacture from the material containing the nanofibers. Furthermore, it is also possible to use nanofibers in the ceramic layer 5 to provide such. B. to increase the thermal conductivity of this ceramic layer.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Leistungsmodulpower module
22
Kupfer-Keramik-SubstratCopper-ceramic substrate
33
Leistungsbauelementpower device
44
Grundplattebaseplate
55
Keramikschichtceramic layer
6, 76, 7
Metallisierungmetallization
88th
Mischungmixture
99
Kapselcapsule
1010
Deckelcover
1111
Deckelanschlusscover connection
1212
Kammerchamber
1313
Ausgangsprodukt aus Metall Matrix mit NanofasernStarting product of metal matrix with nanofibers
1414
Walzeinrichtungrolling device
1515
Foliefoil
1616
Starterfoliestarter film
1717
Bad zur Co-Abscheidung von Nanofasern und KupferBath for co-deposition of nanofibres and copper
1818
Preformpreform
1919
Bad zum Abscheiden von KupferBath for separating copper

Claims (14)

Metall-Keramik/Glas-Verbundmaterial als Substrat für elektronische Anwendungen zum thermischen Management, bestehend aus einem faserverstärkten Trägersubstrat auf Basis von Keramik- und/oder Glasmaterialien und mindestens einer einseitig aufgebrachten faserverstärkten Metallschicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern in der Metallschicht aus Carbon-Nanotubes bestehen, die eine Dicke von 1,3 nm–300 nm sowie ein Längen-Dicken-Verhältnis von > 10 aufweisen, und dass 10–70 Volumen% Nanofasern in der Metallmatrix der Metallschicht enthalten sind.Metal-ceramic / glass composite material as a substrate for electronic applications for thermal management, consisting of a fiber-reinforced carrier substrate based on ceramic and / or glass materials and at least one single-sided applied fiber-reinforced metal layer, characterized in that the fibers in the metal layer of carbon Nanotubes exist that have a thickness of 1.3 nm-300 nm and a length-thickness ratio of> 10, and that 10-70 volume% nanofibers are contained in the metal matrix of the metal layer. Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht durch die Carbon-Nanotubes einen Wärmeausdehnungskoeffizienten kleiner 5 × 10–6K–1 aufweist.Composite material according to claim 1, characterized in that the metal layer has a thermal expansion coefficient of less than 5 × 10 -6 K -1 due to the carbon nanotubes. Verbundmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat ein durch Nanofasern aus Carbon und/oder Bornitrid und/oder Wolfram-Karbid faserverstärktes Trägersubstrat ist.Composite material according to claim 1 or 2, characterized in that the carrier substrate is a nanofibers made of carbon and / or boron nitride and / or tungsten carbide fiber-reinforced carrier substrate. Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanofasern hinsichtlich ihrer Orientierung zumindest in zwei Raumachsen isotrop oder annähernd isotrop verteilt sind.Composite material according to one of the preceding claims, characterized in that the nanofibers are distributed isotropically or approximately isotropically with respect to their orientation at least in two spatial axes. Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramik eine solche aus Aluminiumnitrid und/oder Aluminiumoxid und/oder Siliziumnitrid ist.Composite material according to one of the preceding claims, characterized in that the ceramic is one of aluminum nitride and / or aluminum oxide and / or silicon nitride. Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall Kupfer oder eine Kupferlegierung ist.Composite material according to one of the preceding claims, characterized in that the metal is copper or a copper alloy. Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall Aluminium oder eine Aluminiumlegierung ist. Composite material according to one of the preceding claims, characterized in that the metal is aluminum or an aluminum alloy. Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanofasern mit einem Anteil von 40–70 Volumen% in der Metallmatrix aus dem wenigstens einen Metall oder der wenigstens einen Metalllegierung enthalten sind.Composite material according to one of the preceding claims, characterized in that the nanofibers are contained in a proportion of 40-70% by volume in the metal matrix of the at least one metal or the at least one metal alloy. Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Metallschicht (6) Leiterbahnen und/oder Kontaktflächen und/oder Befestigungsflächen bildet.Composite material according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one metal layer ( 6 ) Conductor tracks and / or contact surfaces and / or mounting surfaces forms. Verbundmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Metallschicht mit einem weiteren Element (4) aus Metall oder einer Metalllegierung verbunden ist, und dass das weitere Element ebenfalls die Nanofasern enthält.Composite material according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one metal layer with a further element ( 4 ) is made of metal or a metal alloy, and that the further element also contains the nanofibers. Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Keramik-Glas-Verbundmaterials nach einem der Ansprüche 1–10, dadurch gekennzeichnet, dass die die Carbon-Nanotubes enthaltende Metallschicht durch Schmelzinfiltration, Hippen, elektrolytische oder chemische Abscheidung hergestellt und durch Aktivlöten, DCB oder Kleben mit dem faserverstärkten Trägersubstrat verbunden wird.A method of making a fiber reinforced ceramic glass composite according to any of claims 1-10, characterized in that the metal layer containing the carbon nanotubes is prepared by melt infiltration, caking, electrolytic or chemical deposition and by active soldering, DCB or bonding to the fiber reinforced support substrate is connected. Verwendung der faserverstärkten Keramik/Glas-Verbundmaterialien nach einem der Ansprüche 1–10, als Teil eines Gehäuses oder einer Wärmesenke.Use of the fiber reinforced ceramic / glass composites of any of claims 1-10 as part of a housing or heat sink. Verwendung der faserverstärkten Keramik/Glas-Verbundmaterialien nach einem der Ansprüche 1–10 als Bestandteil von elektrischen Leiterplatten.Use of the fiber-reinforced ceramic / glass composite materials according to any one of claims 1-10 as a component of electrical printed circuit boards. Verwendung der faserverstärkten Keramik/Glas-Verbundmaterialien nach einem der Ansprüche 1–10, als Bauteil zur Wärmeableitung.Use of the fiber-reinforced ceramic / glass composite materials according to any one of claims 1-10, as a component for heat dissipation.
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Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE502004007887D1 (en) * 2004-05-18 2008-10-02 Soemtron Ag cooler
JP2006152338A (en) * 2004-11-26 2006-06-15 Sumitomo Electric Ind Ltd Diamond-coated electrode and production method therefor
WO2008063148A2 (en) * 2005-05-20 2008-05-29 University Of Central Florida Carbon nanotube reinforced metal composites
US8231703B1 (en) 2005-05-25 2012-07-31 Babcock & Wilcox Technical Services Y-12, Llc Nanostructured composite reinforced material
US7886813B2 (en) 2005-06-29 2011-02-15 Intel Corporation Thermal interface material with carbon nanotubes and particles
DE102006037185A1 (en) * 2005-09-27 2007-03-29 Electrovac Ag Treating nano-synthetic material, preferably in production of composite material comprising nano-fiber material and matrix, comprises adjusting physical and/or chemical properties of composite material
DE102005046404B4 (en) * 2005-09-28 2008-12-24 Infineon Technologies Ag A method for reducing variations in the deflection of rolled bottom plates and power semiconductor module with a bottom plate produced by this method
TW200726344A (en) * 2005-12-30 2007-07-01 Epistar Corp Hybrid composite material substrate
US7592688B2 (en) * 2006-01-13 2009-09-22 International Rectifier Corporation Semiconductor package
DE102007001743A1 (en) * 2006-09-29 2008-04-03 Osram Opto Semiconductors Gmbh Semiconductor laser has laser active semiconductor sequence layer with principal surface that is arranged on heat conducting layer
CN101542723A (en) * 2006-10-06 2009-09-23 美高森美公司 High temperature, high voltage SiC void-less electronic package
DE102007031490B4 (en) * 2007-07-06 2017-11-16 Infineon Technologies Ag Method for producing a semiconductor module
AT505491B1 (en) * 2007-07-10 2010-06-15 Electrovac Ag COMPOSITE
DE102007051613A1 (en) * 2007-10-24 2009-04-30 Siemens Ag Switching and protection device e.g. gate, for e.g. switching electric current, has current flow paths, where carbon nanotube material is aligned such that conductivity is higher in current flow direction than transverse to flow direction
DE102008044641A1 (en) * 2008-04-28 2009-10-29 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelectronic component
DE202009008337U1 (en) * 2009-06-12 2009-08-27 Picolas Gmbh Device for controlling a laser diode array
JP2012253125A (en) * 2011-06-01 2012-12-20 Sumitomo Electric Ind Ltd Semiconductor device and wiring board
DE102012102611B4 (en) * 2012-02-15 2017-07-27 Rogers Germany Gmbh Metal-ceramic substrate and method for producing a metal-ceramic substrate
JP2014047127A (en) * 2012-09-04 2014-03-17 Toyo Tanso Kk Metal-carbon composite material, manufacturing method of metal-carbon composite material, and sliding member

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3744120A (en) * 1972-04-20 1973-07-10 Gen Electric Direct bonding of metals with a metal-gas eutectic
DE2319854A1 (en) * 1972-04-20 1973-10-25 Gen Electric PROCESS FOR DIRECTLY JOINING METALS WITH NON-METALLIC SUBSTRATES
DE2649704C2 (en) * 1975-10-29 1982-12-09 Hitachi, Ltd., Tokyo Carbon fiber-copper matrix composite and process for its manufacture
JPH01148542A (en) * 1987-12-04 1989-06-09 Ok Trading Kk Fiber-reinforced metallized ceramic
US5578543A (en) * 1984-12-06 1996-11-26 Hyperion Catalysis Int'l, Inc. Carbon fibrils, method for producing same and adhesive compositions containing same
US5660923A (en) * 1994-10-31 1997-08-26 Board Of Trustees Operating Michigan State University Method for the preparation of metal matrix fiber composites
US5707715A (en) * 1996-08-29 1998-01-13 L. Pierre deRochemont Metal ceramic composites with improved interfacial properties and methods to make such composites
US5814408A (en) * 1996-01-31 1998-09-29 Applied Sciences, Inc. Aluminum matrix composite and method for making same
US6407922B1 (en) * 2000-09-29 2002-06-18 Intel Corporation Heat spreader, electronic package including the heat spreader, and methods of manufacturing the heat spreader
US6406790B1 (en) * 1999-09-30 2002-06-18 Yazaki Corporation Composite material and manufacturing method therefor
US6460497B1 (en) * 2000-10-16 2002-10-08 Donald Eugene Hodgson Hodgson piston type engine
US6469381B1 (en) * 2000-09-29 2002-10-22 Intel Corporation Carbon-carbon and/or metal-carbon fiber composite heat spreader

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6141538A (en) * 1984-08-06 1986-02-27 株式会社日立製作所 Ceramic substrate and manufacture thereof
IL92717A (en) * 1988-12-16 1994-02-27 Hyperion Catalysis Int Fibrils
NL9001662A (en) * 1990-07-20 1992-02-17 Velterop F M Bv METHOD FOR CONNECTING A CERAMIC MATERIAL WITH ANOTHER MATERIAL
JPH06196585A (en) * 1992-12-24 1994-07-15 Toshiba Corp Circuit board
JP2914076B2 (en) * 1993-03-18 1999-06-28 株式会社日立製作所 Ceramic particle-dispersed metal member, its manufacturing method and its use
US5424054A (en) * 1993-05-21 1995-06-13 International Business Machines Corporation Carbon fibers and method for their production
US5495979A (en) * 1994-06-01 1996-03-05 Surmet Corporation Metal-bonded, carbon fiber-reinforced composites
US5981085A (en) * 1996-03-21 1999-11-09 The Furukawa Electric Co., Inc. Composite substrate for heat-generating semiconductor device and semiconductor apparatus using the same
JPH1053405A (en) * 1996-08-06 1998-02-24 Otsuka Chem Co Ltd Hexagonal boron nitride polycrystalline substance consisting of microcrystal and its production
JP3607934B2 (en) * 1996-09-19 2005-01-05 国立大学法人 東京大学 Carbon nanotube reinforced aluminum composite
US6245442B1 (en) * 1997-05-28 2001-06-12 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Metal matrix composite casting and manufacturing method thereof
JP2001010874A (en) * 1999-03-27 2001-01-16 Nippon Hybrid Technologies Kk Production of composite material of inorganic material with metal containing aluminum and product related to the same
JP3953276B2 (en) * 2000-02-04 2007-08-08 株式会社アルバック Graphite nanofiber, electron emission source and manufacturing method thereof, display element having the electron emission source, and lithium ion secondary battery
JP2002080280A (en) * 2000-06-23 2002-03-19 Sumitomo Electric Ind Ltd High temperature conductive composite material and method of manufacturing the same
JP3893860B2 (en) * 2000-08-11 2007-03-14 株式会社豊田自動織機 Electronic component case and method of manufacturing the same
US6420293B1 (en) * 2000-08-25 2002-07-16 Rensselaer Polytechnic Institute Ceramic matrix nanocomposites containing carbon nanotubes for enhanced mechanical behavior
WO2002067324A1 (en) * 2001-02-22 2002-08-29 Ngk Insulators, Ltd. Member for electronic circuit, method for manufacturing the member, and electronic part
JP4714371B2 (en) * 2001-06-06 2011-06-29 ポリマテック株式会社 Thermally conductive molded body and method for producing the same
JP3632682B2 (en) * 2001-07-18 2005-03-23 ソニー株式会社 Method for manufacturing electron emitter, method for manufacturing cold cathode field emission device, and method for manufacturing cold cathode field emission display

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3744120A (en) * 1972-04-20 1973-07-10 Gen Electric Direct bonding of metals with a metal-gas eutectic
DE2319854A1 (en) * 1972-04-20 1973-10-25 Gen Electric PROCESS FOR DIRECTLY JOINING METALS WITH NON-METALLIC SUBSTRATES
DE2649704C2 (en) * 1975-10-29 1982-12-09 Hitachi, Ltd., Tokyo Carbon fiber-copper matrix composite and process for its manufacture
US5578543A (en) * 1984-12-06 1996-11-26 Hyperion Catalysis Int'l, Inc. Carbon fibrils, method for producing same and adhesive compositions containing same
JPH01148542A (en) * 1987-12-04 1989-06-09 Ok Trading Kk Fiber-reinforced metallized ceramic
US5660923A (en) * 1994-10-31 1997-08-26 Board Of Trustees Operating Michigan State University Method for the preparation of metal matrix fiber composites
US5814408A (en) * 1996-01-31 1998-09-29 Applied Sciences, Inc. Aluminum matrix composite and method for making same
US5707715A (en) * 1996-08-29 1998-01-13 L. Pierre deRochemont Metal ceramic composites with improved interfacial properties and methods to make such composites
US6406790B1 (en) * 1999-09-30 2002-06-18 Yazaki Corporation Composite material and manufacturing method therefor
US6407922B1 (en) * 2000-09-29 2002-06-18 Intel Corporation Heat spreader, electronic package including the heat spreader, and methods of manufacturing the heat spreader
US6469381B1 (en) * 2000-09-29 2002-10-22 Intel Corporation Carbon-carbon and/or metal-carbon fiber composite heat spreader
US6460497B1 (en) * 2000-10-16 2002-10-08 Donald Eugene Hodgson Hodgson piston type engine

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Chung, D.D.L.: Materials for Thermal Conduction. In: Appl. Thermal Engineering, 21, 2001, 1593-1605. *

Also Published As

Publication number Publication date
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