KR20100105734A - Heat sink and method for producing a heat sink - Google Patents

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마티아스 레온하르트
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 제 1 재료 및 제 2 재료를 포함하는 복합재료로 이루어진 히트 싱크에 관한 것으로, 제 1 재료는 전기 절연체를 포함하고, 제 2 재료는 전기 도체를 포함한다. 히트 싱크는 히트 싱크의 메인 연장 평면에 대해 평행한 제 1 측면을 갖고, 실질적으로 제 1 측면에 대해 평행하고 메인 연장 평면에 대해 수직으로 제 1 측면에 대향 배치된 제 2 측면을 갖고, 제 1 측면 영역의 제 1 재료의 양은 제 2 측면 영역의 제 1 재료의 양보다 많다. The present invention relates to a heat sink comprised of a composite material comprising a first material and a second material, the first material comprising an electrical insulator and the second material comprising an electrical conductor. The heat sink has a first side that is parallel to the main extension plane of the heat sink, has a second side that is substantially parallel to the first side and disposed opposite the first side perpendicular to the main extension plane, The amount of the first material in the side region is greater than the amount of the first material in the second side region.

Description

히트 싱크 및 히트 싱크의 제조 방법{Heat sink and method for producing a heat sink}Heat sink and method for producing a heat sink}

본 발명은 청구범위 제 1 항의 전제부에 따른 히트 싱크에 관한 것이다. The present invention relates to a heat sink according to the preamble of claim 1.

이러한 히트 싱크는 일반적으로 공지되어 있다. 예컨대 JP 2005 044 841 A, WO 2004/005 566 A2, EP 1 168 438 A2, US 5 886 407 A 및 EP 0 859 410 A2 호에는 균질 금속 탄소 복합재료 및 특히 금속-세라믹 복합재료(MMC)로 이루어진 히트 싱크가 공지되어 있다. 복합재료는 예컨대 구리 또는 알루미늄과 같은 금속으로 이루어진 매트릭스 및 매트릭스에 분산되어 있는 탄소 입자를 포함한다. 이러한 균질 복합재료는 특히 히트 싱크의 제 1 측면에 배치된 반도체 칩의 열을 방출하기 위해 제공된다. 또한, 반도체 칩과 히트 싱크 사이의 열 응력을 감소시키기 위해, 반도체 칩 기판의 열 팽창계수와 유사한 열 팽창 계수를 가진 히트 싱크가 사용된다. MMC-베이스 플레이트 구조를 가진 모듈에서 반도체 칩은 절연층 상의 구리를 통해 전기 접촉되고, 상기 절연층은 MMC-히트 싱크 상에 배치되고, 특히 접착되므로, 히트 싱크의 열 팽창계수는 절연층의 열 팽창 계수에 따라 조정된다. Such heat sinks are generally known. JP 2005 044 841 A, WO 2004/005 566 A2, EP 1 168 438 A2, US 5 886 407 A and EP 0 859 410 A2, for example, consist of homogeneous metal carbon composites and in particular metal-ceramic composites (MMC) Heat sinks are known. The composite material includes, for example, a matrix of metals such as copper or aluminum and carbon particles dispersed in the matrix. Such a homogeneous composite material is particularly provided for dissipating heat of the semiconductor chip disposed on the first side of the heat sink. In addition, in order to reduce thermal stress between the semiconductor chip and the heat sink, a heat sink having a thermal expansion coefficient similar to that of the semiconductor chip substrate is used. In a module with an MMC-base plate structure, the semiconductor chip is in electrical contact via copper on the insulating layer, which is disposed on the MMC-heat sink and in particular bonded, so that the coefficient of thermal expansion of the heat sink is determined by the heat of the insulating layer. It is adjusted according to the expansion coefficient.

본 발명의 목적은, 절연층의 열 팽창계수가 히트 싱크의 열 팽창계수에 따라 훨씬 양호하게 조정되고, 절연층과 히트 싱크와의 더욱 양호한 열 결합이 이루어지는 히트 싱크 및 히트 싱크의 제조 방법을 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a heat sink and a method for producing a heat sink in which the thermal expansion coefficient of the insulating layer is much better adjusted according to the thermal expansion coefficient of the heat sink, and a better thermal coupling between the insulating layer and the heat sink is achieved. It is.

본 발명에 따른 히트 싱크 및 다른 독립 청구항에 따른 히트 싱크의 제조를 위한 본 발명에 따른 방법은, 선행기술과는 달리 히트 싱크 자체에 제 1 재료로 이루어진 절연층이 통합됨으로써 절연층의 열 팽창계수가 나머지 히트 싱크의 열 팽창계수에 따라 훨씬 양호하게 조정되는 동시에, 절연층과 나머지 히트 싱크의 훨씬 더 양호한 열 결합이 달성되고, 또한 절연층이 기계적으로 더 안정적으로 나머지 히트 싱크에 결합되고, 특히 바람직하게 나머지 히트 싱크와 절연층의 재료 결합식 연결을 위한 접착층이 완전히 절감되는, 장점을 갖는다. 따라서 한편으로는 절연층의 열이 히트 싱크에 의해 훨씬 신속하게 방출되므로, 특히 반도체 구조의 과열 손상이 방지되고, 다른 한편으로는 절연층과 나머지 히트 싱크 사이의 차이가 현격한 열 팽창계수로 인해 절연층의 기계적 응력 또는 절연층과 나머지 히트 싱크 사이의 기계적 응력이 현저히 낮아지거나 또는 완전히 방지된다. 히트 싱트는 복합 바디이고, 제 1 측면에서의 제 1 절연 재료의 재료량은 제 2 측면에서보다 많기 때문에, 히트 싱크의 제 1 측면은 바람직하게 제 1 재료로 이루어진 절연층이고, 제 2 측면은 대부분 제 2 재료를 포함한다. 따라서, 특히 바람직하게 복합 바디 내에서 열 팽창계수의 비교적 양호한 조정이 이루어지고 선행기술에 비해 복합 바디 내에서 열기계적 응력이 현저히 감소하도록, 제 2 재료의 비교적 양호한 열 팽창계수와 제 1 재료의 비교적 낮은 도전성의 조합이 가능해진다. The method according to the invention for the manufacture of a heat sink according to the invention and a heat sink according to the other independent claims, unlike the prior art, insulates the thermal expansion coefficient of the insulating layer by integrating an insulating layer made of a first material in the heat sink itself. Is much better adjusted according to the coefficient of thermal expansion of the remaining heat sink, while a much better thermal bonding of the insulating layer and the remaining heat sink is achieved, and the insulating layer is mechanically more stably bonded to the remaining heat sink, in particular Advantageously, the adhesive layer for the material-bonded connection of the remaining heat sink and insulation layer is completely saved. Thus, on the one hand, the heat of the insulating layer is released much more quickly by the heat sink, thus preventing overheating damage of the semiconductor structure in particular, and on the other hand, the difference between the insulating layer and the remaining heat sink is due to the marked coefficient of thermal expansion. The mechanical stress of the insulating layer or the mechanical stress between the insulating layer and the rest of the heat sink is significantly lowered or completely prevented. Since the heat sink is a composite body and the amount of material of the first insulating material at the first side is higher than at the second side, the first side of the heat sink is preferably an insulating layer made of the first material, and the second side is mostly And a second material. Thus, the relatively good coefficient of thermal expansion of the second material and the relatively relatively of the first material are particularly preferred, so that a relatively good adjustment of the coefficient of thermal expansion is achieved in the composite body and that the thermomechanical stress in the composite body is significantly reduced compared to the prior art. A combination of low conductivity is possible.

본 발명의 바람직한 실시예 및 개선예는 도면을 참고로 하는 상세한 설명 및 종속 청구항에 제시된다. Preferred embodiments and refinements of the invention are set forth in the description and the dependent claims with reference to the drawings.

바람직한 실시예에 따라, 제 2 측면의 영역의 복합재료 내의 제 2 재료의 재료량은 제 1 측면의 영역의 제 2 재료의 재료량보다 많다. 바람직하게, 제 1 측면은 실질적으로 제 1 재료만 포함하고 및/또는 제 2 측면은 실질적으로 제 2 재료만 포함하므로, 특히 바람직하게 제 1 측면은 절연층으로서 최소 도전성을 갖고, 제 2 측면은 최대 열 전도성을 갖는 동시에, 제 1 측면과 제 2 측면 사이의 최대 열 결합 및 제 2 측면의 열 팽창계수와 제 1 측면의 열 팽창계수의 최대 조정이 이루어진다. According to a preferred embodiment, the material amount of the second material in the composite material of the region of the second side is greater than the material amount of the second material of the region of the first side. Preferably, since the first side comprises substantially only the first material and / or the second side contains substantially only the second material, particularly preferably the first side has a minimum conductivity as the insulating layer and the second side At the same time, the maximum thermal coupling between the first side and the second side and the maximum adjustment of the coefficient of thermal expansion of the second side and the coefficient of thermal expansion of the first side are achieved.

다른 바람직한 개선예에 따라, 복합재료 내의 제 1 재료의 재료량은 메인 연장 방향에 대해 수직으로, 제 1 측면에서 제 2 측면으로, 특히 연속적으로, 단조롭게 및/또는 단계적으로 감소하는 한편, 복합재료 내의 제 2 재료의 재료량은 메인 연장 방향에 대해 수직으로, 제 1 측면에서 제 2 측면으로, 특히 연속적으로, 단조롭게 및/또는 단계적으로 증가한다. 메인 연장 방향에 대해 수직으로, 제 1 재료의 많은 재료량으로부터 제 2 재료의 많은 재료량으로 바람직하게 연속적인 이행에 의해 이 방향으로 열 팽창계수의 비교적 급격한 변동이 나타나지 않기 때문에, 특히 바람직하게 복합재료 내의 열 응력이 최소화되는 동시에 제 1 재료와 제 2 재료 사이의 열 결합이 최대화된다. According to another preferred refinement, the material amount of the first material in the composite material decreases perpendicularly to the main extension direction, from the first side to the second side, in particular continuously, monotonically and / or stepwise, while in the composite material The amount of material of the second material increases perpendicularly to the main extension direction, from the first side to the second side, in particular continuously, monotonously and / or stepwise. Particularly preferably within the composite material, since the relatively rapid fluctuation of the coefficient of thermal expansion does not appear in this direction by preferably continuous transition from the large amount of material of the first material to the large amount of material of the second material, perpendicular to the main extension direction. Thermal stress is minimized while thermal bonding between the first and second materials is maximized.

다른 바람직한 개선예에 따라, 제 1 재료는 다공성을 갖고, 상기 다공성은 메인 연장 방향에 대해 수직으로, 제 1 측면에서 제 2 측면으로 증가하고, 바람직하게 제 1 재료의 다공 크기 및/또는 다공 밀도는 평균적으로 제 1 측면에서 제 2 측면으로, 메인 연장 방향에 대해 수직으로 증가하고, 특히 바람직하게 다공들은 제 2 재료로 채워진다. 따라서, 제 1 측면과 제 2 측면 사이의 제 1 재료의 상이한 재료량은 제 1 재료 내의 다공 크기 및/또는 다공 밀도의 변화에 의해 특히 간단하고 저렴하게 구현될 수 있다. 대안으로서, 특히 다공 크기 및/또는 다공 밀도와 관련해서 메인 연장 방향에 대해 수직으로 제 2 재료의 다공성의 변화가 고려될 수 있다. According to another preferred refinement, the first material has a porosity, the porosity increasing perpendicularly to the main extension direction, from the first side to the second side, and preferably the pore size and / or pore density of the first material. Increases on average from the first side to the second side, perpendicular to the main extension direction, particularly preferably the pores are filled with the second material. Thus, different material amounts of the first material between the first side and the second side can be realized particularly simply and inexpensively by changing the pore size and / or pore density in the first material. As an alternative, a change in porosity of the second material can be taken into account, particularly with respect to the pore size and / or pore density, with respect to the main extension direction.

다른 바람직한 개선예에 따라, 복합재료는 메인 연장 방향에 대해 수직으로 다수의 복합재료 층들을 포함하고, 특히 복합재료 층들 간의 제 1 재료 대 제 2 재료의 비율은 각각 상이하므로, 특히 간단하고 저렴하게 제 1 측면과 제 2 측면 사이에 제 1 재료의 상이한 재료량을 가진 복합 바디가 제조될 수 있다. 특히 다수의 복합재료 층들을 가진 복합 바디가 고려될 수 있고, 제 1 재료 대 제 2 재료의 비율은 제 1 측면에 가까운 복합재료 층에서 제 2 측면에 가까운 복합재료 층으로, 비교적 적은 단계로 및/또는 단조 증가 또는 감소하도록 변화된다. According to another preferred refinement, the composite material comprises a plurality of composite layers perpendicular to the main extension direction, in particular the ratio of the first material to the second material between the composite layers is different, in particular simple and inexpensive. Composite bodies can be produced having different material amounts of the first material between the first side and the second side. In particular a composite body having a plurality of composite layers can be considered, wherein the ratio of the first material to the second material is from a composite layer close to the first side to a composite layer close to the second side, in a relatively small step and And / or change to increase or decrease forging.

다른 바람직한 개선예에 따라, 제 1 재료와 제 2 재료는 형상-끼워맞춤(positive) 결합 방식으로 및/또는 비 형상-끼워맞춤(non-positive) 결합 방식으로 연결되고 및/또는 제 1 재료는 제 2 재료와 함께 상호 침투식 네트워크를 형성한다. 제 1 재료와 제 2 재료 사이의 형상-끼워맞춤 결합 방식 및/또는 비형상 끼워맞춤 결합 방식의 연결은 바람직하게 제 1 재료의 다공들이 제 2 재료로 채워짐으로써 형성된다. 특히 바람직하게, 제 1 재료와 제 2 재료 사이의 형상-끼워맞춤 결합 방식 및/또는 비 형상-끼워맞춤 결합 방식의 연결에 의해 선행기술에 비해 히트 싱크 내의 기계적 부하 수용 능력이 현저히 개선된다. According to another preferred refinement, the first material and the second material are connected in a shape-fit joining manner and / or in a non-positive joining manner and / or the first material is Together with the second material forms an interpenetrating network. The connection of the shape-fitting joining method and / or the non-shaped fitting joining method between the first material and the second material is preferably formed by filling the pores of the first material with the second material. Particularly preferably, the connection of the shape-fitting coupling scheme and / or the non-shape-fitting coupling scheme between the first material and the second material significantly improves the mechanical load carrying capacity in the heat sink compared to the prior art.

다른 바람직한 개선예에 따라, 제 1 재료는 메인 연장 평면에 대해 수직으로 바람직하게 0 내지 95 vol%, 특히 바람직하게 0 내지 65 vol%의 다공도 변화를 갖고, 특히 바람직하게 제 1 측면은 실질적으로 메인 연장 평면에 대해 적어도 50 ㎛ 두께의 제 1 재료로 완전히 이루어진 복합재료 층을 포함하므로, 절연층의 낮은 도전성, 히트 싱크의 양호한 열 전도성 및 열 팽창계수의 양호한 조정이 비교적 양호하게 구현된다. According to another preferred refinement, the first material has a porosity change of preferably 0 to 95 vol%, particularly preferably 0 to 65 vol%, perpendicular to the main extension plane, particularly preferably the first side is substantially main Since it comprises a composite layer made entirely of at least 50 μm thick first material with respect to the extension plane, low conductivity of the insulating layer, good thermal conductivity of the heat sink and good adjustment of the coefficient of thermal expansion are achieved relatively well.

다른 바람직한 개선예에 따라, 제 1 재료는 세라믹 재료, 바람직하게 산화물, 질화물 및/또는 탄화물을 포함하고, 특히 바람직하게는 Al2O3, AlN, Si3N4 및/또는 SiC를 포함하고, 더욱 특히 바람직하게 Al2O3를 포함하고, 제 2 재료는 금속 재료, 바람직하게 구리, 구리합금, 알루미늄 및/또는 알루미늄합금을 포함한다. 특히 바람직하게, 세라믹 재료는 비교적 낮은 도전성을 가지므로, 절연층의 높은 절연성에 대한 요구가 충족된다. 금속 재료는 비교적 양호한 열 전도성을 가지므로, 동시에 히트 싱크의 양호한 냉각력에 대한 요구가 충족될 수 있다. According to another preferred refinement, the first material comprises a ceramic material, preferably oxides, nitrides and / or carbides, particularly preferably Al 2 O 3 , AlN, Si 3 N 4 And / or SiC, more particularly preferably Al 2 O 3 , wherein the second material comprises a metal material, preferably copper, copper alloy, aluminum and / or aluminum alloy. Particularly preferably, the ceramic material has a relatively low conductivity, so the demand for high insulation of the insulating layer is met. Since the metal material has a relatively good thermal conductivity, at the same time the demand for good cooling power of the heat sink can be met.

본 발명의 다른 대상은 히트 싱크를 구비한 장치이고, 히트 싱크의 제 1 측면에 적어도 하나의 전기, 전자 및/또는 마이크로메커닉 부재 및/또는 도체 트랙 및/또는 연결층이 배치되고, 바람직하게 제 1 측면은 적어도 부분적으로 금속층으로 커버되고, 특히 바람직하게 적어도 부분적으로 알루미늄- 및/또는 구리층으로 커버된다. 히트 싱크의 전기 절연층으로 인해 특히 바람직하게 전기, 전자 및/또는 마이크로메커닉 부재들의 접촉을 위해 절연층에 직접 도체 트랙을 배치하는 것이 가능해지므로, 전술한 배치에 의해 DBC-스택의 실시가 필요 없게 된다. Another object of the invention is a device with a heat sink, in which at least one electrical, electronic and / or micromechanical member and / or conductor track and / or connecting layer are arranged on the first side of the heat sink, preferably The first side is at least partly covered with a metal layer, particularly preferably at least partly with an aluminum- and / or copper layer. The electrical insulation layer of the heat sink makes it particularly possible to arrange the conductor track directly on the insulation layer for the contact of electrical, electronic and / or micromechanical members, thus requiring the implementation of the DBC-stack by the aforementioned arrangement. There will be no.

본 발명의 다른 대상은 히트 싱크의 제조 방법이고, 제 1 방법 단계에서 메인 연장 평면에 대해 수직으로 다공도 변화를 가진 예비 바디는 제 1 재료로 형성되고, 제 2 방법 단계에서 예비 바디의 다공은 제 2 재료로 채워진다. 이로써 본 발명에 따른 히트 싱크의 제조는 비교적 간단하고 양호하게 제어될 수 있는 2개의 작업 단계만으로도 가능하므로, 제조는 비교적 저렴하며 저렴한 재료들이 사용될 수 있다. Another object of the present invention is a method of manufacturing a heat sink, in which the preliminary body having a porosity change perpendicular to the main extension plane in the first method step is formed of the first material, and in the second method step the pores of the preliminary body are removed. Filled with 2 ingredients. As a result, the manufacture of the heat sink according to the invention is possible with only two working steps which can be relatively simple and well controlled, so that the production is relatively inexpensive and cheap materials can be used.

바람직한 개선예에 따라, 예비 바디는 제 1 방법 단계에서 네가티브 몰딩에 의해 형성되고, 특히 세라믹 슬러리를 이용한 압축된 폼(foam)의 네가티브 몰딩에 의해 형성되고, 이 경우 바람직하게는 폴리우레탄-폼이 사용되고, 또는 예비 바디는 제 1 방법 단계에서 슬러리-가압 여과 및 후속하는 소결에 의해 형성되고, 이 경우 먼저 슬러리 몰드가 상이한 조성의 2개의 슬러리로 채워지고, 2개의 슬러리들 간의 비율은 계속 변경되고, 후속해서 가압 여과 및 소결 공정에 의해 예비 바디가 형성되고, 또는 예비 바디는 제 1 방법 단계에서 분말 압축에 의해 형성되고, 이 경우 바람직하게는 상이한 조성의 분말이 다이에 층층이 도포된 다음 압축되고, 또는 예비 바디는 제 1 방법 단계에서 다수의 그린 바디(green body) 플레이트의 적층과 소결에 의해 형성되고, 이 경우 바람직하게는 소결시 상이한 다공성을 나타내는 그린 바디 플레이트들이 차례로 적층되고, 또는 예비 바디는 제 1 방법 단계에서 상이한 다공성의 플레이트들의 적층과 결합에 의해 형성되고, 이 경우 바람직하게는 세라믹 플레이트들이 차례로 적층되고 결합을 위해 서로 재소결되고, 또는 예비 바디는 제 1 방법 단계에서 캐스팅 공정, 특히 박막 캐스팅 공정에 의해 형성되고, 이 경우 바람직하게는 박막 캐스팅 기술에서 상이한 조성의 슬러리가 층층이 캐스팅된 후에 소결되거나 또는 제 2 방법 단계가 침윤(inflitration) 공정을 포함하고, 이 경우 바람직하게는 2개의 재료를 포함하는 예비 바디가 압력을 받아 침윤되고, 특히 바람직하게 제 2 재료가 제 2 방법 단계 전에 액체 응집 상태가 된다. 따라서 특히 바람직하게 히트 싱크의 제조는 여러 제조 방법으로 가능하므로, 비교적 유연하고 비용 최적화된 제조가 이루어질 수 있다. 제조 방법은 비교적 양호하게 제어될 수 있고 저렴하게 실시될 수 있다. According to a preferred refinement, the preliminary body is formed by negative molding in the first method step, in particular by negative molding of compressed foam with a ceramic slurry, in which case the polyurethane-foam is preferably Or the preliminary body is formed by slurry-pressurization filtration and subsequent sintering in a first process step, in which case the slurry mold is first filled with two slurries of different composition, and the ratio between the two slurries continues to change The preliminary body is subsequently formed by a pressure filtration and sintering process, or the preliminary body is formed by powder compaction in a first method step, in which case powders of different composition are preferably compressed after a layered layer is applied to the die and Or the preliminary body is formed by laminating and sintering a plurality of green body plates in a first method step, In this case, green body plates, which preferably show different porosity upon sintering, are laminated one after the other, or the preliminary body is formed by lamination and bonding of plates of different porosity in the first method step, in which case preferably ceramic plates are laminated one after the other. And resintered with each other for bonding, or the preliminary bodies are formed by a casting process, in particular a thin film casting process, in a first method step, in which in the thin film casting technique slurry of different composition is sintered after the layer layer has been cast or Or the second method step comprises an infiltration process, in which case a preliminary body, preferably comprising two materials, is pressurized and infiltrated, particularly preferably the second material is in a liquid agglomerated state before the second method step. Becomes Particularly preferably, therefore, the manufacture of the heat sink is possible with several production methods, so that a relatively flexible and cost optimized production can be achieved. The manufacturing method can be controlled relatively well and can be carried out inexpensively.

본 발명의 실시예들은 도면에 도시되고 하기에서 자세히 설명된다. Embodiments of the invention are shown in the drawings and described in detail below.

본 발명에 따라, 절연층의 열 팽창계수가 히트 싱크의 열 팽창계수에 따라 훨씬 양호하게 조정되고, 절연층과 히트 싱크와의 더욱 양호한 열 결합이 이루어지는 히트 싱크 및 히트 싱크의 제조 방법이 제공된다. According to the present invention, there is provided a heat sink and a method of manufacturing a heat sink in which the thermal expansion coefficient of the insulating layer is much better adjusted according to the thermal expansion coefficient of the heat sink, and a better thermal coupling between the insulating layer and the heat sink is achieved. .

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 히트 싱크 장치의 개략적인 측면도.
도 2a는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 히트 싱크의 제조를 위한 예비 바디의 개략적인 측면도.
도 2b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 히트 싱크의 개략적인 측면도.1 is a schematic side view of a heat sink device according to a first embodiment of the present invention;
2A is a schematic side view of a spare body for the manufacture of a heat sink according to a second embodiment of the invention;
2B is a schematic side view of a heat sink according to a second embodiment of the present invention.

도 1에는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 히트 싱크(1)의 장치(20)의 개략적인 측면도가 도시되고, 히트 싱크(1)는 제 1 재료(3) 및 제 2 재료(4)를 가진 복합재료(2)를 포함한다. 제 1 재료(3)는 전기 절연체, 바람직하게는 세라믹 재료를 포함하고, 제 2 재료(4)는 전기 도체, 바람직하게는 금속을 포함한다. 히트 싱크(1)는 상기 히트 싱크(1)의 메인 연장 평면(100)에 대해 평행한 제 1 측면(5)을 갖고, 메인 연장 평면(100)에 대해 수직으로 제 1 측면(5)에 대향 배치되고 실질적으로 제 1 측면(5)에 대해 평행한 제 2 측면(6)을 갖는다. 제 1 측면(5)의 영역의 제 1 재료(3)의 재료량은 제 2 측면(6)의 영역의 제 1 재료(3)의 재료량보다 많은 한편, 제 2 측면(6)의 영역의 복합재료(2) 내의 제 2 재료(4)의 재료량은 제 1 측면(5)의 영역의 제 2 재료(4)의 재료량보다 많으므로, 특히 제 1 측면(5)은 실질적으로 제 1 재료(3)만 포함하고, 제 2 측면(6)은 실질적으로 제 2 재료(4)만 포함한다. 복합재료(2) 내에서 제 1 재료(3)의 재료량은, 메인 연장 방향(100)에 대해 수직으로, 제 1 측면(5)에서 제 2 측면(6)으로 단계적으로 감소하는 한편, 복합재료(2) 내의 제 2 재료(4)의 재료량은 메인 연장 방향(100)에 대해 수직으로, 제 1 측면(5)에서 제 2 측면(6)으로 특히 단계적으로 증가하므로, 복합재료(2)는 메인 연장 방향에 대해 수직으로 복합재료(2)는 다수의 복합재료 층들(7)을 갖고, 복합재료 층들(7) 간의 제 1 재료(3) 대 제 2 재료(4)의 비율은 각각 상이하다. 바람직하게 제 1 재료(3)는 다공성을 갖고, 상기 다공성은 메인 연장 방향(100)에 대해 수직으로, 제 1 측면(5)에서 제 2 측면(6)으로 증가하고, 특히 제 1 재료(3)의 다공 크기와 다공 밀도는 평균적으로 제 1 측면(5)에서 제 2 측면(6)으로, 메인 연장 방향(100)에 대해 수직으로 증가하고, 다공들(10)은 제 2 재료(4)로 채워진다. 제 1 재료(3)의 다공들(10)이 제 2 재료(4)로 채워짐으로써, 제 1 재료(3)는 제 2 재료(4)와 적어도 부분적으로 형상-끼워 맞춤 결합 방식 및 비 형상-끼워 맞춤 결합 방식으로 연결된다. 실질적으로 제 1 재료(3)만 포함하는 제 1 측면(5)의 영역에서 복합재료층(7)은 메인 연장 방향(100)에 대해 수직으로 적어도 50 ㎛의 두께를 갖는다. 히트 싱크(1)의 제 1 측면(5)에 반도체 소자들(11)이 배치되고, 제 1 측면(5)과 반도체 소자들(11) 사이에 특히 구리 도체 트랙(11')이 배치된다.1 shows a schematic side view of an apparatus 20 of a heat sink 1 according to a first embodiment of the invention, in which the heat sink 1 comprises a first material 3 and a second material 4. Excitation composite material (2). The first material 3 comprises an electrical insulator, preferably a ceramic material, and the second material 4 comprises an electrical conductor, preferably a metal. The heat sink 1 has a first side face 5 parallel to the main extension plane 100 of the heat sink 1 and faces the first side face 5 perpendicular to the main extension plane 100. It has a second side face 6 arranged and substantially parallel to the first side face 5. The amount of material of the first material 3 in the region of the first side face 5 is greater than the amount of material of the first material 3 in the region of the second side face 6, while the composite material of the region of the second side face 6 is Since the amount of material of the second material 4 in (2) is greater than the amount of material of the second material 4 in the region of the first side surface 5, in particular, the first side surface 5 is substantially the first material 3. Only the second side 6 comprises substantially only the second material 4. The amount of material of the first material 3 in the composite material 2 decreases stepwise from the first side surface 5 to the second side surface 6, perpendicular to the main extension direction 100, while the composite material Since the amount of material of the second material 4 in (2) increases in particular stepwise from the first side 5 to the second side 6 perpendicular to the main extension direction 100, the composite material 2 The composite material 2 has a plurality of composite layers 7 perpendicular to the main extension direction, and the ratio of the first material 3 to the second material 4 between the composite layers 7 is different, respectively. . Preferably the first material 3 has a porosity, the porosity increasing perpendicularly to the main extension direction 100, from the first side 5 to the second side 6, in particular the first material 3. The pore size and pore density of c) increase on average from the first side 5 to the second side 6, perpendicular to the main extension direction 100, with the pores 10 being the second material 4. Filled with. The pores 10 of the first material 3 are filled with the second material 4 such that the first material 3 is at least partially shape-fitted and non-shaped with the second material 4. It is connected in a fitting manner. The composite material layer 7 in the region of the first side face 5 comprising substantially only the first material 3 has a thickness of at least 50 μm perpendicular to the main extension direction 100. Semiconductor elements 11 are arranged on the first side 5 of the heat sink 1, and in particular a copper conductor track 11 ′ is arranged between the first side 5 and the semiconductor elements 11.

도 2a에는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 히트 싱크(1)의 제조를 위한 예비 바디(1')의 개략적인 측면도가 도시된다. 예비 바디(1')는 제 1 재료(3)만 포함하고, 다수의 다공들(10)을 갖는다. 다공 밀도는 메인 연장 평면(100)에 대해 수직으로, 제 1 측면(5)에서 제 2 측면(6)으로 연속적으로 또는 단계적으로 증가하므로, 제 1 재료(1)의 재료 밀도는 제 1 측면(5)에서 제 2 측면(6)으로 연속적으로 또는 단계적으로 감소한다. 예비 바디(1')는 세라믹 슬러리를 이용한 압축된 폴리우레탄-폼의 네가티브 성형에 의해 또는 정도를 높인 슬러리-가압 여과에 의해 형성되고, 바람직하게는 예컨대 다공 형성제 또는 입자 크기와 관련해서 상이한 조성의 슬러리을 포함하는 2개의 용기로부터 슬러리 몰드가 채워지고, 2개의 슬러리들 간의 비율은 특히 계속해서 변경되며, 후속해서 가압 여과에 의해 그린 바디가 형성되고, 상기 그린 바디는 다공 형성제 양의 변화를 갖기 때문에, 후속하는 소결 공정 후에 다공성이 변하는 예비 바디(1')가 형성된다. 대안으로서, 예비 바디(1')는 증감식/단계적 분말 압축에 의해 제조되고, 바람직하게 상이한 조성의 분말이 다이에 층층이 도포된 후에 압축된다. 이 경우, 입자 크기 또는 다공 형성제와 관련한 분말 변화가 가능하다. 또한, 예비 바디(1')는 동일한 소결 조건에서 다공 형성제의 양 또는 입자 크기의 변화에 의해 상이한 다공성을 나타내는 그린 바디(green body) 플레이트들을 상하로 적층한 후에 그린 바디 플레이트들을 소결함으로써 형성된다. 대안으로서, 결합을 위해 재소결되는 상이한 다공성의 세라믹 플레이트들의 적층 또는 박막 캐스팅 공정이 예비 바디의 제조를 위해 제공되고, 상기 박막 캐스팅 공정시 예컨대 입자 크기 또는 다공 형성제 양과 관련해서 상이한 조성을 가진 세라믹 슬러리들은 층층이 캐스팅된 후에 소결된다. 2a shows a schematic side view of a spare body 1 ′ for the manufacture of a heat sink 1 according to a second embodiment of the invention. The preliminary body 1 ′ comprises only the first material 3 and has a plurality of pores 10. Since the pore density increases continuously or stepwise from the first side 5 to the second side 6 perpendicular to the main extension plane 100, the material density of the first material 1 is increased by the first side ( In 5) continuously or stepwise down to the second side 6. The preliminary body 1 ′ is formed by negative molding of compressed polyurethane-foam with a ceramic slurry or by increased pressure-slurry-pressure filtration and is preferably of different composition, for example with respect to pore former or particle size. The slurry mold is filled from two vessels containing slurries of, the ratio between the two slurries is particularly continuously changed, and subsequently the green body is formed by pressure filtration, the green body being capable of changing the amount of pore former. As such, a preliminary body 1 ′ is formed in which the porosity changes after a subsequent sintering process. As an alternative, the preliminary body 1 ′ is produced by sensitization / gradual powder compaction, and preferably powders of different composition are compacted after a layered layer is applied to the die. In this case, powder variations in relation to particle size or pore former are possible. In addition, the preliminary body 1 'is formed by sintering green body plates after laminating up and down green body plates exhibiting different porosities by changing the amount or particle size of the pore-forming agent under the same sintering conditions. . As an alternative, a process for laminating or thin-film casting of different porous ceramic plates to be resintered for bonding is provided for the preparation of the preliminary body, in which the ceramic slurry has a different composition, e.g. in terms of particle size or amount of pore former. Are sintered after the layer is cast.

도 2b에는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 히트 싱크(1)의 개략적인 측면도가 도시되고, 히트 싱크(1)는 도 2a에 도시되며 제 1 방법 단계에서 제조된 예비 바디(1')로 이루어지고, 상기 예비 바디는 제 2 방법 단계에서 압력을 받으면서 금속 용융물로, 바람직하게는 스퀴즈 캐스트 기술 또는 가스 압력 침윤에 의해 침윤되므로, 다공들(10)은 제 2 재료(4)로 채워지고, 히트 싱크는 바람직하게 제 2 측면(6)에 실질적으로 제 2 재료(4)만을 포함하는 복합재료 층(7)을 갖는다.2b shows a schematic side view of a heat sink 1 according to a second embodiment of the invention, the heat sink 1 being shown as a spare body 1 ′ shown in FIG. 2a and manufactured in the first method step. And the preliminary body is infiltrated with a metal melt under pressure in a second method step, preferably by squeeze cast technique or gas pressure infiltration, so that the pores 10 are filled with a second material 4, The heat sink preferably has a composite layer 7 comprising substantially only the second material 4 on the second side 6.

1 히트 싱크
3 제 1 재료
4 제 2 재료
5 제 1 측면
6 제 2 측면1 heatsink
3 first material
4 second material
5 first side
6 second side

Claims (17)

제 1 재료(3) 및 제 2 재료(4)를 포함하는 복합재료(2)로 이루어진 히트 싱크(1)로서, 상기 제 1 재료(3)는 전기 절연체를 포함하고, 제 2 재료(4)는 전기 도체를 포함하고, 상기 히트 싱크(1)는 상기 히트 싱크(1)의 메인 연장 평면(100)에 대해 평행한 제 1 측면(5)을 갖고, 실질적으로 상기 제 1 측면(5)에 대해 평행하고 상기 메인 연장 평면(100)에 대해 수직으로 상기 제 1 측면(5)에 대향 배치된 제 2 측면(6)을 갖는 히트 싱크에 있어서,
상기 제 1 측면(5)의 영역의 상기 제 1 재료(3)의 재료량은 상기 제 2 측면(6)의 영역의 상기 제 1 재료(3)의 재료량보다 많은 것을 특징으로 하는 히트 싱크.A heat sink (1) consisting of a composite material (2) comprising a first material (3) and a second material (4), the first material (3) comprising an electrical insulator, and the second material (4) Comprises an electrical conductor, the heat sink 1 having a first side 5 parallel to the main extension plane 100 of the heat sink 1, and substantially at the first side 5. 1. A heat sink having a second side face 6 parallel to and perpendicular to the first side plane 5 with respect to the main extension plane 100.
The amount of material of the first material (3) in the region of the first side (5) is greater than the amount of material of the first material (3) in the region of the second side (6). 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 측면(6)의 영역의 복합재료(2) 내의 상기 제 2 재료(4)의 재료량은 상기 제 1 측면(5)의 영역의 상기 제 2 재료(4)의 재료량보다 많고, 바람직하게 상기 제 1 측면(5)은 실질적으로 제 1 재료(3)만 포함하고 및/또는 상기 제 2 측면(6)은 실질적으로 상기 제 2 재료(4)만 포함하는 것을 특징으로 하는 히트 싱크.2. The material amount of the second material (4) in the composite material (2) in the region of the second side surface (6) according to claim 1, wherein the material amount of the second material (4) in the region of the first side surface (5) More than the amount of material, preferably the first side 5 comprises substantially only the first material 3 and / or the second side 6 comprises substantially the second material 4 only. Heat sink. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 복합재료(2) 내의 상기 제 1 재료(3)의 재료량은 상기 메인 연장 방향(100)에 대해 수직으로, 제 1 측면(5)에서 상기 제 2 측면(6)으로, 특히 연속적으로, 단조롭게 및/또는 단계적으로 감소하는 한편, 상기 복합재료(2) 내의 상기 제 2 재료(4)의 재료량은 상기 메인 연장 방향(100)에 대해 수직으로, 상기 제 1 측면(5)에서 상기 제 2 측면(6)으로, 특히 연속적으로, 단조롭게 및/또는 단계적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 히트 싱크.The material amount of the first material 3 in the composite material 2, according to claim 1, wherein the material amount of the first material 3 is perpendicular to the main extension direction 100, the second side surface from the first side surface 5. (6), in particular continuously, monotonically and / or stepwise, while the amount of material of the second material 4 in the composite material 2 is perpendicular to the main extension direction 100, Heat sink, characterized in that from one side (5) to the second side (6), in particular continuously, monotonously and / or stepwise. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 재료(3)는 특히 개방 다공성을 갖고, 상기 다공성은 상기 메인 연장 방향(100)에 대해 수직으로, 상기 제 1 측면(5)에서 상기 제 2 측면(6)으로 증가하고, 바람직하게 상기 제 1 재료(3)의 다공 크기 및/또는 다공 밀도는 평균적으로 상기 제 1 측면(5)에서 상기 제 2 측면(6)으로 상기 메인 연장 방향(100)에 대해 수직으로 증가하고, 특히 바람직하게 상기 다공들(10)은 상기 제 2 재료(4)로 채워지는 것을 특징으로 하는 히트 싱크.4. The first side (5) according to any one of the preceding claims, wherein the first material (3) has in particular open porosity, the porosity being perpendicular to the main extension direction (100). At the second side 6, preferably the pore size and / or pore density of the first material 3 is on average from the first side 5 to the second side 6. Heat sink, characterized in that it increases perpendicularly to the direction of extension (100), particularly preferably the pores (10) are filled with the second material (4). 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복합재료(2)는 상기 메인 연장 방향에 대해 수직으로 다수의 복합재료 층들(7)을 포함하고, 특히 상기 복합재료 층들(7) 간의 상기 제 1 재료(3) 대 상기 제 2 재료(4)의 비율은 각각 상이한 것을 특징으로 하는 히트 싱크.5. The composite material according to claim 1, wherein the composite material comprises a plurality of composite layers 7 perpendicular to the main extension direction, in particular between the composite layers 7. Heat sink, characterized in that the ratio of the first material (3) to the second material (4) is different. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 재료(3)는 상기 제 2 재료(4)와 형상-끼워 맞춤 결합 방식으로 및/또는 비 형상-끼워 맞춤 결합 방식으로 연결되고 및/또는 상기 제 1 재료(3)는 상기 제 2 재료(4)와 상호 침투식 네트워크를 형성하는 것을 특징으로 하는 히트 싱크. The method according to any one of the preceding claims, wherein the first material (3) is connected in a shape-fitting manner and / or in a non-shape-fitting manner with the second material (4). And / or said first material (3) forms an interpenetrating network with said second material (4). 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 재료(3)는 상기 메인 연장 평면(100)에 대해 수직으로 바람직하게 0 vol% 내지 95 vol%, 특히 바람직하게 0 vol% 내지 65 vol%의 다공도 변화를 갖고, 특히 바람직하게 상기 제 1 측면(5)은 상기 메인 연장 평면(100)에 대해 수직으로 적어도 50 ㎛ 두께의 상기 제 1 재료(3)로 실질적으로 완전히 이루어진 복합재료 층(7)을 포함하는 것을 특징으로 하는 히트 싱크.The method according to claim 1, wherein the first material 3 is preferably 0 vol% to 95 vol%, particularly preferably 0 vol% to perpendicular to the main extension plane 100. A composite material having a porosity change of 65 vol%, particularly preferably the first side surface 5 is substantially completely composed of the first material 3 at least 50 μm thick perpendicular to the main extension plane 100. A heat sink comprising a layer (7). 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 재료(3)는 세라믹 재료, 바람직하게 산화물, 질화물 및/또는 탄화물, 특히 바람직하게 Al2O3, AlN, Si3N4 및/또는 SiC 및 특히 바람직하게 Al2O3를 포함하고, 상기 제 2 재료(4)는 금속 재료, 바람직하게 구리, 구리합금, 알루미늄 및/또는 알루미늄합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 히트 싱크.8. The method according to claim 1, wherein the first material 3 is a ceramic material, preferably oxides, nitrides and / or carbides, particularly preferably Al 2 O 3 , AlN, Si 3 N 4 and 8. And / or SiC and particularly preferably Al 2 O 3 , wherein the second material (4) comprises a metal material, preferably copper, copper alloy, aluminum and / or aluminum alloy. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 히트 싱크(1)를 구비한 장치(20)에 있어서, 상기 히트 싱크(1)의 제 1 측면(5)에 적어도 하나의 전기, 전자 및/또는 마이크로메커닉 부재(11) 및/또는 도체 트랙(11') 및/또는 연결층이 배치되고, 바람직하게 상기 제 1 측면(5)은 적어도 부분적으로 금속층, 특히 바람직하게 적어도 부분적으로 알루미늄- 및/또는 구리층으로 커버되는 것을 특징으로 하는 장치.10. An apparatus 20 having a heat sink 1 according to claim 1, in which at least one electrical, electronic and / or the first side 5 of the heat sink 1 is provided. Or a micromechanical member 11 and / or conductor track 11 ′ and / or a connecting layer are arranged, preferably the first side 5 is at least partly a metal layer, particularly preferably at least partly aluminum- and And / or covered with a copper layer. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 히트 싱크(1)의 제조 방법에 있어서, 제 1 방법 단계에서 메인 연장 평면(100)에 대해 수직으로 다공성이 변하는 예비 바디(1')는 제 1 재료(3)로 형성되고, 제 2 방법 단계에서 상기 예비 바디의 다공들(10)이 상기 제 2 재료(4)로 채워지는 것을 특징으로 하는 제조 방법. 10. In the method of manufacturing a heat sink 1 according to claim 1, the preliminary body 1 ′ in which the porosity changes perpendicular to the main extension plane 100 in the first method step is provided. 1. The method according to claim 1, wherein the pores of the preliminary body are filled with the second material in a second process step. 제 10 항에 있어서, 상기 예비 바디(1')는 제 1 방법 단계에서 네가티브 성형에 의해, 특히 슬러리를 이용한 압축된 폼의 네가티브 성형에 의해 제조되고, 이 경우 바람직하게 폴리우레탄-폼이 사용되는 것을 특징으로 하는 제조 방법. The preliminary body 1 'is produced in a first process step by negative molding, in particular by negative molding of a compressed foam with a slurry, in which case polyurethane-foam is preferably used. The manufacturing method characterized by the above-mentioned. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 상기 예비 바디(1')는 제 1 방법 단계에서 슬러리-가압 여과 및 후속하는 소결에 의해 제조되고, 이 경우 바람직하게 먼저 슬러리 몰드는 상이한 조성의 2개의 슬러리로 채워지고, 2개의 슬러리들 간의 비율은 연속해서 변동되고, 후속해서 가압 여과 및 소결 방법에 의해 예비 바디가 제조되는 것을 특징으로 하는 제조 방법. 12. The process according to claim 10 or 11, wherein the preliminary body 1 'is produced by slurry-pressurization filtration and subsequent sintering in a first process step, in which case preferably the slurry mold is first two slurry of different composition. Filled with, the ratio between the two slurries is continuously varied and subsequently the preliminary body is produced by pressure filtration and sintering methods. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 예비 바디(1')는 제 1 방법 단계에서 분말 압축에 의해 제조되고, 이 경우 바람직하게 상이한 조성의 분말이 다이에서 층층이 도포된 후에 압축되는 것을 특징으로 하는 제조 방법. 13. The preliminary body 1 ′ according to claim 10, wherein the preliminary body 1 ′ is produced by powder compaction in a first method step, in which case powders of different composition are preferably compressed after a layered layer is applied in the die. The manufacturing method characterized by the above-mentioned. 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 예비 바디(1')는 제 1 방법 단계에서 다수의 그린 바디 플레이트의 적층 및 소결에 의해 제조되고, 바람직하게는 소결 시 상이한 다공성을 나타내는 그린 바디 플레이트들이 적층되는 것을 특징으로 하는 제조 방법. 14. A process according to any of claims 10 to 13, wherein the preliminary body 1 'is produced by laminating and sintering a plurality of green body plates in a first method step, preferably exhibiting different porosities upon sintering. A manufacturing method characterized in that the green body plates are laminated. 제 10 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 예비 바디(1')는 제 1 방법 단계에서 상이한 다공성의 플레이트들의 적층 및 결합에 의해 제조되고, 바람직하게는 세라믹 플레이트들이 연속해서 적층되고 서로의 결합을 위해 재소결되는 것을 특징으로 하는 제조 방법. 15. The preliminary body 1 'according to any one of claims 10 to 14 is produced by lamination and bonding of different porous plates in a first method step, preferably ceramic plates are successively laminated A process for the manufacture of which is resintered for bonding to each other. 제 10 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 예비 바디(1')는 제 1 방법 단계에서 캐스팅 방법에 의해, 특히 박막 캐스팅 방법에 의해 제조되고, 바람직하게 박막 캐스팅 기술에서 상이한 조성의 슬러리들이 층층이 캐스팅된 후에 소결되는 것을 특징으로 하는 제조 방법. The process according to claim 10, wherein the preliminary body 1 ′ is produced in a first method step by a casting method, in particular by a thin film casting method, preferably of different composition in thin film casting technology. Wherein the slurries are sintered after the layer layer is cast. 제 10 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 방법 단계는 용융침윤 방법을 포함하고, 바람직하게 상기 예비 바디(1')는 압력을 받으면서 상기 제 2 재료(4)로 침윤되고, 특히 바람직하게 상기 제 2 재료(4)는 제 2 방법 단계 전에 액체 응집 상태가 되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.17. The method according to any of claims 10 to 16, wherein the second method step comprises a melt infiltration method, preferably the preliminary body 1 'is infiltrated with the second material 4 under pressure and , Particularly preferably the second material (4) is in a liquid agglomerated state before the second method step.
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