WO2010136017A1 - Gekühlte elektrische baueinheit - Google Patents

Gekühlte elektrische baueinheit Download PDF

Info

Publication number
WO2010136017A1
WO2010136017A1 PCT/DE2010/000566 DE2010000566W WO2010136017A1 WO 2010136017 A1 WO2010136017 A1 WO 2010136017A1 DE 2010000566 W DE2010000566 W DE 2010000566W WO 2010136017 A1 WO2010136017 A1 WO 2010136017A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrical
metal
module
unit according
radiator
Prior art date
Application number
PCT/DE2010/000566
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jürgen SCHULZ-HARDER
Andreas Meyer
Original Assignee
Electrovac Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102009022877.2A external-priority patent/DE102009022877B4/de
Application filed by Electrovac Ag filed Critical Electrovac Ag
Priority to CN2010800228450A priority Critical patent/CN102449758A/zh
Priority to EP10732266A priority patent/EP2436032A1/de
Priority to US13/322,765 priority patent/US20120069524A1/en
Priority to JP2012512201A priority patent/JP2012528471A/ja
Publication of WO2010136017A1 publication Critical patent/WO2010136017A1/de
Priority to US14/339,856 priority patent/US20140334103A1/en

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2039—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body
    • H05K7/20509—Multiple-component heat spreaders; Multi-component heat-conducting support plates; Multi-component non-closed heat-conducting structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3735—Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3736—Metallic materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321—Disposition
    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01006—Carbon [C]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01013—Aluminum [Al]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01029—Copper [Cu]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/0103—Zinc [Zn]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01042—Molybdenum [Mo]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01046—Palladium [Pd]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01049—Indium [In]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01074—Tungsten [W]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01—Chemical elements
    • H01L2924/01078—Platinum [Pt]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1301—Thyristor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]

Definitions

  • the invention relates to a cooled electrical or electronic assembly according to the preamble of claim 1, 2, 3, 19 or 22.
  • DCB method direct copper bond technology
  • metal layers or sheets eg copper sheets or sheets
  • metal sheets eg copper sheets or sheets
  • copper sheets or metal or copper foils which have on their surface sides a layer or coating (reflow layer) of a chemical compound of the metal and a reactive gas, preferably oxygen, in this example in US-PS 3,744,120 or in US Pat DE-PS 23 19 854 described method
  • this layer or coating forms a eutectic having a melting temperature below the melting temperature of the metal (eg copper), so that by placing the film on the ceramic and by heating all layers connected to each other can be, by melting the metal or copper substantially only in the range of Aufsc melt layer or oxide layer.
  • This DCB method then indicates e.g. the following process steps:
  • AMB method for example, for joining metallization-forming metal layers or metal foils, in particular also of copper layers or copper foils with ceramic material.
  • AMB method which is also used especially for the production of metal-ceramic substrates, at a temperature between about 800 - 1000 0 C, a connection between a metal foil, such as copper foil, and a ceramic substrate, such as aluminum nitride ceramic, using a brazing filler metal, which also contains an active metal in addition to a main component such as copper, silver and / or gold.
  • This active metal which is, for example, at least one element of the group Hf, Ti, Zr, Nb, Ce, establishes a connection between the solder and the ceramic by chemical reaction, while the connection between the solder and the metal is a metallic braze joint ,
  • metallizations in particular also of printed conductors, contact surfaces, etc. in thick film technology (thick-film technique), in which a paste containing the metal of the metallization is applied to the insulating substrate (ceramic layer), for example by screen printing, and subsequently introduced by heating.
  • cooled electrical or electronic assemblies which in the simplest case each consist of at least one electrical or electronic module and a cooler, for example an active cooler.
  • Electrical or electronic modules according to the invention are in particular simple or complex electrical or electronic circuits or circuits at least consisting of metal-ceramic substrates and each having at least one electrical or electronic component, and power device, eg semiconductor device, such as diode, transistor, IGBT , Thyristor, etc.
  • Active coolers are coolers for the purposes of the invention, each with at least one of a gas and / or vaporous and / or liquid cooling medium (eg, water, optionally with additives) through-flow cooling channel.
  • the object of the invention is to provide an electrical or electronic unit which ensures optimal cooling of the at least one module and the at least one electrical or electronic component, in particular also of the at least one power component and / or makes possible a special low-cost production.
  • an electrical unit according to claim 1, 2, 3, 19 or 22 is executed.
  • the electrical assembly is formed, for example, that the ceramic layers of the metal-ceramic substrates on the side facing away from the first metallization surface side provided with a second metallization and at least thermally with this second metallization, for example via a thermally conductive intermediate layer with the respective radiator are connected, and / or that the first metallization of a metal-ceramic substrate is provided with external electrical terminals which protrude beyond the outer surface of the module, and / or that the electrical connections to the first metallization connected leads, for example those from a leadframe are and / or that for forming the electrical connections, the ceramic layer of at least one metal-ceramic substrate at least with the structured first
  • connection with the first metallization is electrically and mechanically connected, and / or that the ceramic layer is provided in the region of the terminal with a predetermined breaking point or a continuous slot, and / or that when forming the at least one module as a power module at least all external electrical power connections on a single metal
  • Ceramic substrate are provided and / or protrude over a common side of the electrical assembly and / or the module, and / or that the radiator structure has at least three radiators, which are arranged parallel to each other and at a distance from each other, and that between each two
  • Coolers in each case at least one module is arranged, which is at least thermally connected to two adjacent radiators on two opposite sides of the module, and / or that the radiator are connected to each other via spacers, and / or that provided at least in some distance holders openings
  • Complement cooling medium and / or that the radiator forming the radiator structure consist of multi-layer plates connected to each other in several layers, and / or that the radiator are at least partially formed by plates of a flat profile with a plurality of cooling channels, and / or that the cooler structure comprises at least two chambers formed, for example, by pipe sections and at least two flat radiators extending between these chambers, the cooling channels of which are connected to the chambers, and the chambers are arranged with their longitudinal extent perpendicular or transverse to the surface sides of the flat radiators are, and / or that at least two modules to a comb, on the radiator of
  • Radiator structure slidable comb-like module unit are connected, and / or that the radiator are flat, plate-shaped radiator, and / or that the radiator those with micro or macro-cooling channels, especially those in several spatial axes constantly branching cooling channels, optionally with posts and in the cooling passages extending into heat transmitting surfaces or wings, and / or that the radiator of the radiator structure are formed identically, and / or that the metal-ceramic substrates in particular for the formation of electrical
  • (16b) are led out, and / or that the metal-ceramic substrates of at least one module are provided on at least one side of the module with projecting over this side portions, and that these portions of the metal-ceramic substrates in a
  • Axially parallel to the surface sides of the substrates are offset from each other, and / or that at least one radiator or the flat profile of a metallic
  • Material such as copper, a copper alloy, aluminum, an aluminum alloy and / or plastic, for example, a
  • Plastic having a thermal conductivity-enhancing additive e.g. is made in the form of graphite and / or Karbonnanomaschinematerial, and / or that the cooling channels at both ends each in an example of a
  • cover part is also trough-like, preferably identical to the trough-like radiator element or as a flat lid, and / or that the cover part and the radiator element by gluing, preferably below
  • a leitklebers are connected to each other, and / or that at least the radiator element is manufactured as a molding and / or by material-lifting machining, and / or that the at least one module is attached to the outside of the floor, and / or that the electrical module or whose metal-ceramic substrate is connected to the respective radiator via at least one intermediate layer, and / or that the intermediate layer is made of a metal, for example solder, of a
  • the intermediate layers are a soldering and solder layer, and / or that the intermediate layers are an adhesive bonding layer and a layer of a thermal adhesive, and / or that the ceramic layer is made of Al 2 O 3, AbCb + ZrCh, AlN and / or S ⁇ 3N4, and / or that the respective ceramic-metal substrate is produced using the AMB, DCB and / or DAB technique, and / or that the ceramic layer of the metal-ceramic substrate has a thickness in the range between 0, 1 5 - has 2.0 mm, and / or that at least one metallization of copper, copper alloy, from
  • Aluminum consists of aluminum alloy and / or has a thickness in the range of between 0.012 and 0.8 mm, and / or that at least one metallization consists of one or more layers of Ag, Ag-Pd, Ag-Pt,
  • the solder-transfer layer consists of Ni, Cu and / or NiP and / or by cold spraying , Plasma spraying, and / or flame spraying is applied, and / or that the adhesive-mediating layer of AI2O3 is formed and / or has a thickness of 0.01 - 0.1 mm, and / or that the solder layer of Sn -, Pb, Bi, In alloys and / or consists of Ag and / or has a thickness of 0.02 - 0.5 mm, and / or in that the solder-imparting layer consists of a metallic material having a coefficient of expansion of 7-12 ppm, for example of CuW and / or CuMo, and / or in the case of a substrate bonded to a cooler via at least one intermediate layer the intermediate layer adjacentdeerwandung is chosen so small that temperature-induced mechanical stresses compensated by the
  • FIG. 1 in a simplified schematic representation and in section an electrical or electronic assembly according to the invention
  • Fig. 2 - 5 respectively in individual representation and in section different connections
  • Fig. 7 is a plan view of the assembly of Fig. 6;
  • FIGS 9 and 10 in partial view and in plan view of an active cooler structure for use in the assembly according to the invention.
  • FIG. 11 is a perspective view of the elements of the radiator structure of
  • Fig. 12 is a plan view of an electrical or electronic assembly with a flat radiator formed by a flat profile
  • FIG. 13 shows the electronic assembly of FIG. 12 in section
  • FIG. 14 is a perspective exploded view of a flat radiator for
  • FIG. 15 is a representation as Figure 1 in a further embodiment of the invention
  • Fig. 16 is a plan view of a metal-ceramic substrate of an electronic
  • 17 is a simplified sectional view of a flat radiator for use with an electrical or electronic assembly according to the
  • the electronic structural unit generally designated 1 in FIG. 1 essentially consists of two outer flat plate-shaped coolers 2 and 3 forming a cooler structure, which in the illustrated embodiment are active coolers, ie Coolers through which a cooling medium can flow, for example as liquid coolers, are formed from two metal-ceramic substrates 4 and 5 and from a plurality of electrical or electronic components 6.
  • the metal-ceramic substrate 4, which adjoins the upper radiator 2 in FIG. 1, contains a ceramic layer 7 which has structured metallization 9 forming a surface side with a continuous metallization 8 and also the other surface side with a conductor tracks, contact surfaces, etc. is provided.
  • the metal-ceramic substrate 5 of the ceramic layer 10 the lower, continuous metallization 1 1 and the upper, for the formation of interconnects, contact surfaces, etc. structured metallization 1 1.
  • the components 6 are arranged and with these, the electrical connections to the components 6 forming metallizations in a suitable manner thermally and electrically connected, for example by soldering.
  • the outer continuous metallizations 8 and 1 1 are each fully connected at least thermally conductively connected to the cooler 2 and 3, for example via a thermally conductive intermediate layer 13 and 14, for example, each a solder layer, for example, a soft solder layer, a layer of a bathleitkleber or a thermal paste are.
  • a thermally conductive intermediate layer 13 and 14 for example, each a solder layer, for example, a soft solder layer, a layer of a bathleitkleber or a thermal paste are.
  • Existence of the intermediate layers 13 and 14 of a thermal paste it is by suitable measures, for example by Clamping devices ensured that the two coolers 2 and 3 pressed against the top and bottom of the module unit 16 pressed against
  • the ceramic layers 7 and 10 are, for example, those of Al 2 O 3, AhO 3 + ZrO 2, AlN, Si 3 N 4 or of the combination of one or more of the aforementioned ceramics.
  • the metallizations 8, 9, 11 and 12 are, for example, those made of copper or copper alloys or aluminum or aluminum alloys by means of suitable bonding methods, for example using the direct bonding method, the active solder bonding method or using an adhesive the respective ceramic layer are applied, or produced in thick film metallizations.
  • the electrical connections (terminals), in particular also the power connections for the assembly 1, are preferably only on one of the two metal-ceramic substrates, i. provided in the illustrated embodiment of the metal-ceramic substrate 4, for example by removing the corresponding metallization 9 or each of a separate lead or terminal 15, which is connected to the structured metallization 9 in a suitable manner and formed for example by free punching from a leadframe ,
  • the two metal-ceramic substrates 4 and 5 and the components 6 arranged between them form a module, which is generally designated 16 in FIG. 1 and, in practice, is sealed with an electrically insulating potting compound, in particular also in such a way that that this potting compound completely fills all cavities between the metal-ceramic substrates 4 and 5 and the components 6, in such a way that only the electrical connections 15 protrude laterally from the potted module 16 and that Metallisations 8 and 1 1 for the thermal connection to the radiator 2 and 3 are exposed.
  • the electronic assembly 1 has the advantage of a particularly effective double-sided cooling of the module 16 and the components 6, i. Cooling both at the top and at the bottom. Since the module 16 is arranged between the two coolers 2 and 3, the electrical unit 1 can also be referred to as a thermal interface module.
  • FIGS. 2 to 5 each show, in a simplified representation and in section, further possibilities of forming the outer terminals 15a-15d in such a way that the ceramic layer 7 leads out of the housing of the module 16 formed by the potting compound with at least one metallization forming the respective connection is.
  • connection denoted 15a in FIG. 2 is formed by the lower structured metallization 9 and a metal surface 17 produced by structuring the upper metallization 8 and by a via 18 connecting the metallization 9 and the metal surface 17 in the region of an opening in the ceramic layer 7.
  • the external electrical connection to the terminal 15a can thereby be done without the risk of breakage of the ceramic layer 7 by clamping on the opposite sides of the metallization 9 and the metal layer 17, wherein the via 18 not only produces an electrical connection, but at the same time as a mechanical support serves.
  • FIG. 3 shows, as a further embodiment, a connection 15b, which differs from the connection 15a only in that a predetermined breaking point 19 is formed in the ceramic layer 7, which is outside the area formed by the potting compound Housing of the module 16 is provided, in such a way that when acting on the terminal 15b and the breaking strength of the ceramic layer 7 exceeds forces the ceramic layer 7 in a non-critical area, namely at the predetermined breaking point 19 breaks.
  • connection 15c shown in FIG. 4 differs from the connection 15b essentially in that, instead of the predetermined breaking point 19 in the ceramic layer 7, a slot 19,1 is made, so that outer, acting on the connection 15c and exceeding the breaking strength of the ceramic layer 7 Forces can not cause a breakage of the ceramic layer 7.
  • FIG. 5 shows a connection 15d, which differs from the connections 15b and 15c in that one of the metal surfaces, for example the upper metal surface 17 and the Duch contact 18 are omitted.
  • 17 could be provided in the embodiment of Figure 5 but also the upper metallization.
  • FIGS. 6 and 7 show, as a further embodiment, an electrical unit 1 a which initially differs from the electrical unit 1 in that a total of three coolers 20 - 22 and two modules 16 are provided, in such a way that the coolers 20 - 22 and form a stack-like arrangement or cooler structure in module units 16 arranged between them, so that each module 16 is thermally connected at its top and bottom sides to a cooler 20 and 21 or 21 and 22, again via an intermediate layer, for example.
  • the coolers 20-22 are also flat plate-shaped and active coolers, ie radiators through which a cooling medium can flow.
  • a ports 23 and 24 are provided at the top of the unit, which form together with openings in the coolers 20 - 22 and in the radiator 20 - 22 spaced spacers 25 distribution channels for supplying and discharging the cooling medium.
  • O-rings or sealing rings 26 the transitions between the Coolers 20 - 22 and the terminals 23 and 24 and the spacer holders 25 sealed to the outside.
  • connection or clamping means the individual elements are clamped together and / or connected to each other to the unit 1a and to the radiator 20 - 22 having cooler structure.
  • the assembly 1 a also has the advantage of a double-sided and thus very intensive and effective cooling of the modules 16 and the local components. 6
  • the flat radiators 20-22 are rectangular in plan view.
  • the ports 23 and 24 and the channels formed by these ports, by the spacers 25 and by the openings in the coolers 20-22 are each located on a narrow side of the rectangular radiators 20-22 and the radiator structure, respectively.
  • the electrical connections, which are again denoted by 15 in FIG. 7, are led to the outside at one or both longitudinal sides of the radiator structure which is rectangular in plan view.
  • the coolers 2, 3 and 20 - 22 are preferably made of a metallic material, for example made of copper or a copper alloy or aluminum or an aluminum alloy and may be formed in particular in their various ways with regard to their flowing through the cooling medium inner radiator structure.
  • the coolers consist of a plurality of flatly interconnected plates of the metallic material, wherein the inner plates are then structured to form micro or micro-cooling channels or cooling channels, possibly also connecting to the top and bottom of the respective radiator and flows around the cooling medium with post additional in the cooling medium flow reaching wing-like cooling surfaces, etc.
  • FIG. 8 shows, in a very schematic representation, a flat, plate-shaped active cooler 27 which can be used, for example, instead of the coolers 2 and 3 or 20-22 and is manufactured particularly inexpensively using a flat profile made of a metallic material.
  • the cooler 27 consists essentially of a square or rectangular plate 28 produced from the flat profile, in which several from a peripheral side to the opposite peripheral side reaching, already provided in the flat profile and of the
  • Cooling medium can be flowed through cooling channels 29 are formed.
  • Cooling medium are two longitudinally slotted pipe sections 30 and 31, in which the plate 28 extends with its the openings of the cooling channels 29 having sides and with which the plate 28 is tightly connected at these sides, so that the cooling medium through the pipe section 30th or the interior of this pipe section to flow into the cooling channels 29 and can be removed via the pipe section 31 and over the interior of this pipe section from the cooling channels 29.
  • the pipe sections of the at least two coolers 27 are at one end closed and connected at the other end in each case with a common channel for supplying or discharging the cooling medium.
  • FIGS 9-11 show a simplified representation of a generally designated 32 in these figures radiator structure of an electrical unit 1 b, the (radiator structure) again consists of a plurality of flat plate-shaped radiators 33 which are arranged parallel to each other and at a distance from each other, to Recording and cooling on both sides in each case at least one module 16 between in the simplest case metallic plates, for example those made of copper, a copper alloy, aluminum or an aluminum alloy, preferably made of a flat profile, which is lying inside with a variety of Channels is made. These then form the cooling channels 34, which extend in each cooler 33 from one edge of the plate to the opposite edge of the plate and are open at these plate edges.
  • metallic plates for example those made of copper, a copper alloy, aluminum or an aluminum alloy, preferably made of a flat profile, which is lying inside with a variety of Channels is made.
  • the radiators 33 each extend through a rectangular slot in pipe sections 35 and 36, respectively, where they are sealed to the pipe sections so that an outwardly sealed connection wipes the pipe sections 35 and 36 and the coolers 33 for supplying and discharging the cooling medium is reached.
  • the two pipe sections 35 and 36 are arranged with their axes parallel to each other and from each other and perpendicular to the plane of the top and bottom of the radiator 33.
  • the cooler structure 32 formed by the coolers 33 and the pipe sections 35 and 36 is first manufactured and then so post-processed, that the distance between the opposing radiators 33 corresponds exactly to the thickness of the modules 16, ie exactly the distance of the outer surfaces of the outer metallizations 8 and 1 1.
  • This reworking of the radiator structure 32 for example, by a corresponding upsetting of the pipe sections 35 and 36th in their axial direction.
  • 33 gauge blocks ie fittings made of a suitable material, eg made of metal, are then inserted between the coolers, the thickness of which corresponds exactly to the thickness of the modules 16 and thus determine the distance between the coolers 33 during the compression of the pipe sections 35 and 36. Subsequently, the final dimensions are removed, so that then the modules 16 can be mounted between the individual coolers 33.
  • the cooling channel structure of the flat plate-shaped coolers 33 is formed by a plurality of cooling channels 34. Of course, other cooling channel structures are possible.
  • coolers 33 it is also possible for the coolers 33 to be produced in multiple layers from a plurality of metal layers or layers connected to one another in a planar manner, wherein the inner metal layers or layers are then structured or provided with openings to form a manifold branching inner cooling channel structure.
  • Module 16 to connect to a comb-like module unit 16 a with each other, which is then laterally slid or placed on the cooler 32 formed by the radiators 33 and the pipe sections 35 and 36 radiator structure.
  • the comb-like module unit 16a consists of several modules 16.
  • the spaced-apart modules 16 are connected to one another at one of their longitudinal sides. On the other longitudinal side, the intermediate spaces formed between the modules 16 are open, so that the module unit 16a with this side ahead can be placed laterally on the between the pipe sections 35 and 36 ladder-like extending radiator 33, whereby the assembly of a plurality of modules 16 at the Cooler unit 32 can be realized in a particularly simple manner.
  • the comb-like module unit 16a is designed, for example, in terms of its outer shape as a block-shaped block, which is provided on one side with a plurality of open on this side and on two opposite end faces grooves 16.1 which are parallel to each other and at a distance from each other and in the embodiment shown also parallel to two peripheral sides of the block.
  • a module 16 is located on each side of each groove 16.1.
  • electrical connections run within the block.
  • the radiator 2, 3, 27, 33 and radiator structures and their other elements made of aluminum or an aluminum alloy to avoid a by the combination of different metals caused corrosion.
  • FIGS 12 and 13 show as a further embodiment of the invention, a cooled electronic assembly 40 with an electric or electronic module 41 and a flat, plate-shaped radiator 42.
  • the latter consists of a flat profile formed by a flat and in the illustrated embodiment substantially square cooling plate 43rd with a plurality of cooling channels 44, which in turn extend from one edge of the plate to the opposite edge of the plate, are open at these plate edges and are formed by channels already present in the flat profile.
  • For supplying and discharging the cooling medium serve two pipe sections 45 and 46, between which the cooling plate 43 is arranged and which are provided with their axes parallel to each other and spaced from each other.
  • the two pipe sections 45 and 46 are attached to the cooling plate 43 such that the cooling channels 44 each open tightly into the channels formed in the pipe sections 45 and 46. In the illustrated embodiment, this serves
  • the cooling channels 44 are offset parallel to the surface sides of the cooling plate 43, but may additionally be offset from one another in the direction of the plate thickness.
  • the cooling plate 43 may also have a different shape.
  • the electrical or electronic module 41 On the upper side of the cooling plate 43, the electrical or electronic module 41 is provided.
  • the latter essentially consists of a metal-ceramic substrate 47 with a ceramic layer 48 and with metallizations 49 and 50 on both surface sides of the ceramic layer 48.
  • the metallization 49 on the upper side is structured to form conductor tracks, contact surfaces, etc.
  • the metallization 50 at the bottom is continuous.
  • electrical components, such as semiconductor devices 51, and at least one power device are provided on the metallization 49 essentially consists of a metal-ceramic substrate 47 with a ceramic layer 48 and with metallizations 49 and 50 on both surface sides of the ceramic layer 48.
  • the metallization 49 on the upper side is structured to form conductor tracks, contact surfaces, etc.
  • the metallization 50 at the bottom is continuous.
  • electrical components, such as semiconductor devices 51, and at least one power device are provided on the metallization 49 essentially consists of a metal-ceramic substrate 47 with a ceramic layer 48 and with
  • the electrical module 41 is mechanically and in particular also thermally connected to the cooling plate 43.
  • the cooling plate 43 is provided in the illustrated embodiment on its upper side with a Lotvunstik 52 to which then by soldering or via a solder layer 53, the metal-ceramic substrate 47 is attached to the metallization 50.
  • the radiator 42 and in particular the radiator plate 43 made of aluminum or an aluminum alloy, namely to avoid a caused by the combination of different metals Corrosion.
  • the ceramic of the ceramic layer 48 of the electrical module 41 is, for example, Al 2 O 3, AlN, S 3 N 4 or Al 2 O 3 + ZKIh. In principle, combinations thereof may also be used.
  • the thickness of the ceramic layer 48 is for example in the range between 0.15 and 2.0 mm.
  • the metallization 49 is made of, for example, copper or a copper alloy and has a thickness in the range of about 0.012 - 0.8 mm.
  • the metallization 50 consists for example of Ag, Ag-Pd, Ag-Pt and has a thickness in the range between 0.01-0.09 mm.
  • the Lotvantistik 52 consists, if any, of Ni, Cu, NiP and is, for example, galvanic and / or applied by cold gas spraying and / or by plasma spraying and / or by flame spraying.
  • soldering layer for example, applied only where the metal-ceramic substrate 47 is to be fixed by soldering. In principle, it is also possible to provide the solder-bonding layer 52 on the entire upper side of the cooler 42 or the cooling plate 43.
  • connection between the electrical module 41 and the cooling plate 43 is carried out using a thermally conductive adhesive, it makes sense, at least where the connection is to take place, on the top of the cooling plate 43 to provide an adhesive-switching layer, for example, AI2O3 with a thickness approximately in the range between 0.01 and 0.1 mm and, for example, produced by anionic oxidation.
  • an adhesive-switching layer for example, AI2O3 with a thickness approximately in the range between 0.01 and 0.1 mm and, for example, produced by anionic oxidation.
  • the solder layer 53 has, for example, a thickness in the range between 0.02-0.5 mm.
  • solder for example, Sn alloy, or layers of Ag are (at 200-400 0 C and sintered pressure).
  • FIG. 14 shows a simplified perspective exploded view of a cooler 54 consisting of a flat, trough-like lower part or radiator element 55 with bottom 56 and peripheral edge 57 and a mounted on the open side of the radiator element 55 cover 58.
  • the radiator 54 and whose radiator element 55 and cover 58 are rectangular in plan view.
  • On the inner surface of the bottom 56 projections 59 are formed, which have a diamond-shaped cross-section in the illustrated embodiment and are arranged in a plurality of mutually gap-spaced rows parallel to the longer peripheral sides of the radiator element 55.
  • the projections 59 which are spaced apart and thus form between them flow paths for the radiator 54 flowing through the cooling medium and are oriented with the larger diagonal of their diamond-shaped respectively parallel to the longer peripheral sides of the radiator element 55, form a cooler structure 60, in the region of both narrow sides of the radiator element 55 with Distance from the concerned
  • Narrow side ends Between each narrow side and the radiator structure 60, a chamber 61 or 62 is thus formed in the interior of the closed radiator 54, of which, for example, the chamber 61 for supplying and distributing the cooling medium to the radiator structure 60 and the chamber 62 for collecting the cooling medium serve to flow through the radiator structure 60.
  • the two chambers 61 and 62 are connected via connections or openings 63, which are provided in the illustrated embodiment in the lid 58, to an outer cooling medium circuit.
  • the projections 59 each extend to the inside of the cover 58 and are preferably connected to the cover there.
  • the radiator 54 or its radiator element 55 and / or cover 56 are made of a metallic material, e.g. of copper, of a copper alloy, of aluminum or of an aluminum alloy, in particular the radiator element 55 e.g. produced by casting and / or milling.
  • the cooler element 55 e.g. made of copper using the DCB technique, from a plate forming the bottom 56, from a frame forming the edge 57 and from the projections 59 forming moldings.
  • the cooler 54 and in particular its cooler element 55 made of a plastic, for example of epoxy resin and preferably plastic with at least one thermal conductivity-increasing additive, for example with graphite and / or with carbon nanofibers or nanotubes.
  • the connection of the cover 54 to the radiator element 55 is effected in dependence on the material used for the radiator 54, for example by DCB technology, by soldering or by gluing.
  • At least one electrical module for example the electrical module 41, is fastened again, in the same way as described above in connection with FIGS. 12 and 13 has been.
  • the radiator 54 forms on each of the opposite sides a cooling surface. Furthermore, it is possible to provide the cooler 54 several times in an electrical unit, in which case electrical components or module units or modules with the coolers 54 are then provided in the stack between the coolers.
  • FIG. 15 shows, in a representation similar to FIG. 1, an electronic structural unit 1 c which, in turn, i.a. the two outer radiators 2 and 3, the two metal-ceramic substrates 4 and 5 corresponding metal-ceramic substrates 4a and 5a, which are respectively connected via the intermediate layer 13 and 14 with the radiators 2 and 3, and the electrical components 6 have.
  • the assembly 1 c differs from the assembly 1 essentially in that at least the ceramic layers 7 and 10 are led out to the side of the module unit 16b at least with the internal metallization 9 and 12 to form the electrical connections.
  • the electrical connections are executed in detail, for example, according to the terminals 15a - 15d.
  • FIG. 16 shows a module unit 16c in which the ceramic layers of the substrates 4b and 5b corresponding to the metal-ceramic substrates 4 and 5 are attached to one another Edge region are each provided with a projecting over this edge region section 4b1 and 5b1, in such a way that the portion 4b1 relative to the portion 5b1 is offset such that in the plan view of Figure 16, both sections are visible. Correspondingly, the metallizations provided on the ceramic layers are also formed. At sections 4b1 and 5b1 this forms
  • FIG. 17 shows, in a simplified sectional view, a flat radiator 64, which consists of two trough-like radiator elements 55 which adjoin one another with their opening side and are connected tightly to one another.
  • the projections 59 are arranged such that each projection 59 on a radiator element 55 adjoins a projection 59 on the other radiator element 55.
  • the projections 59 are in each case suitably also thermally connected to one another, for example using a heat-conducting adhesive, by soldering or in another suitable manner.
  • the radiator 64 forms one on each of the opposite sides
  • Cooling surface Furthermore, it is possible to provide the cooler 64 several times in an electrical unit, wherein in each case electrical components or module units or modules with the coolers 64 are then provided in the stack between the coolers 64.
  • the electrical components or units are connected via a connecting layer or a plurality of connecting layers, for example via a solder layer to the respective radiator or its cooling element, for example with the radiator 2, 3, 20 - 22, 33, 54 or 64
  • a connecting layer or a plurality of connecting layers for example via a solder layer to the respective radiator or its cooling element, for example with the radiator 2, 3, 20 - 22, 33, 54 or 64
  • Wall thickness of the adjoining the connection or solder layer wall of the radiator very thin form so thin that due to temperature changes, in particular the cooler caused mechanical stresses are compensated by the elasticity of the thin wall of the radiator and thus still within the radiator and thus not transferred to the compound or solder layer.
  • This embodiment of the invention is based on the finding that temperature-induced or by
  • the thickness of the adjacent to the connecting and / or intermediate layer wall of the radiator is in training of the radiator made of metal, such as copper or aluminum preferably in the range between 0.2 mm and 1, 5 mm.

Abstract

Elektrische Baueinheit mit wenigstens einer Kühlerstruktur und mit wenigstens einem zumindest ein elektrisches Bauelement auf einem Metall-Keramik-Substrat aufweisenden elektrischen Modul.

Description

Gekühlte elektrische Baueinheit
Die Erfindung bezieht sich auf eine gekühlte elektrische oder elektronische Baueinheit gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 , 2, 3, 19 oder 22.
Bekannt ist das sogenannten „DCB-Verfahrens" (Direct-Copper-Bond-Technology) beispielsweise zum Verbinden von Metallschichten oder -blechen (z.B. Kupferblechen oder -folien) mit einander und/oder mit Keramik oder Keramikschichten, und zwar unter Verwendung von Metall- bzw. Kupferblechen oder Metall- bzw. Kupferfolien, 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-PS 3744 120 oder in der DE-PS 23 19 854 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 können, und zwar durch Aufschmelzen des Metalls bzw. Kupfers im wesentlichen nur im Bereich der Aufschmelzschicht bzw. Oxidschicht.
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 10830C, z.B. auf ca. 1071 0C;
• Abkühlen auf Raumtemperatur.
Bekannt ist weiterhin das sogenannte Aktivlot- oder AMB-Verfahren (DE 22 13 1 15; EP-A-153 618) z.B. zum Verbinden von Metallisierungen bildenden Metall schichten oder Metallfolien, insbesondere auch von Kupferschichten oder Kupferfolien mit Keramikmaterial. Bei diesem Verfahren, welches speziell auch zum Herstellen von Metall-Keramik-Substraten verwendet wird, wird bei einer Temperatur zwischen ca. 800 - 10000C eine Verbindung zwischen einer Metallfolie, beispielsweise Kupferfolie, und einem Keramiksubstrat, beispielsweise Aluminiumnitrid-Keramik, unter Verwendung eines Hartlots hergestellt, welches zusätzlich zu einer Hauptkomponente, wie Kupfer, Silber und/oder Gold auch ein Aktivmetall enthält. Dieses Aktivmetall, welches beispielsweise wenigstens ein Element der Gruppe Hf, Ti, Zr, Nb, Ce ist, stellt durch chemische Reaktion eine Verbindung zwischen dem Lot und der Keramik her, während die Verbindung zwischen dem Lot und dem Metall eine metallische Hartlot- Verbindung ist.
Bekannt sind weiterhin Verfahren zum Erzeugen von Metallisierungen, insbesondere auch von Leiterbahnen, Kontaktflächen usw. in Dickfilmtechnik (Dickschichttechnik), bei dem eine das Metall der Metallisierung enthaltende Paste beispielsweise im Siebdruckverfahren auf das isolierende Substrat (Keramikschicht) aufgebracht und anschließend durch Erhitzen eingebracht wird.
Bekannt sind weiterhin gekühlte elektrische oder elektronische Baueinheiten, die im einfachsten Fall jeweils aus wenigsten einem elektrischen oder elektronischen Modul und einem Kühler, beispielsweise einem aktiven Kühler bestehen.
Elektrischen oder elektronischen Module im Sinne der Erfindung sind insbesondere einfache oder auch komplexe elektrische oder elektronische Schaltungen oder Schaltkreise zumindest bestehend aus Metall-Keramik-Substraten und mit jeweils wenigsten einem elektrischen oder elektronischen Bauelement, auch Leistungsbauelement, z.B. Halbleiterbauelement, wie Diode, Transistor, IGBT, Thyristor usw. Aktive Kühler sind im Sinne der Erfindung Kühler mit jeweils wenigstens einem von einem gas- und/oder dampfförmigen und/oder flüssigen Kühlmedium (z.B. Wasser, gegebenenfalls mit Zusätzen) durchströmbaren Kühlkanal.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische oder elektronische Baueinheit aufzuzeigen, die eine optimale Kühlung des wenigstens einen Moduls und des wenigstens einen elektrischen oder elektronischen Bauelementes, insbesondere auch des wenigstens einen Leistungsbauelementes sicherstellt und/oder eine besonderes preiswerte Fertigung ermöglichst. Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine elektrische Baueinheit entsprechend dem Patentanspruch 1 , 2, 3, 19 oder 22 ausgeführt.
In Weiterbildung der Erfindung ist die elektrische Baueinheit beispielsweise so ausgebildet, dass die Keramikschichten der Metall-Keramik-Substrate an der der ersten Metallisierung abgewandten Oberflächenseite mit einer zweiten Metallisierung versehen und mit dieser zweiten Metallisierung beispielsweise über eine thermisch leitende Zwischenschicht mit dem jeweiligen Kühler zumindest thermisch verbunden sind, und/oder dass die erste Metallisierung eines Metall-Keramik-Substrats mit äußeren elektrischen Anschlüssen versehen ist, die über die Außenfläche des Moduls vorstehen, und/oder dass die elektrischen Anschlüsse mit der ersten Metallisierung verbundene Leads, beispielsweise solche aus einem Leadframe sind, und/oder dass zur Bildung der elektrischen Anschlüsse die Keramikschicht zumindest eines Metall-Keramik-Substrats zumindest mit der Strukturierten ersten
Metallisierung über die Außenfläche oder Außenkontur des Moduls und/oder der elektrischen Baueinheit herausgeführt ist, und dass im Bereich des Anschlusses auf der der ersten Metallisierung abgewandten Seite der Keramikschicht eine
Metallfläche vorgesehen und diese Metallfläche über eine metallische
Durchkontaktierung mit der ersten Metallisierung elektrisch und mechanisch verbunden ist, und/oder dass die Keramikschicht im Bereich des Anschlusses mit einer Sollbruchstelle oder einem durchgehenden Schlitz versehen ist, und/oder dass bei Ausbildung des wenigstens einen Moduls als Leistungsmodul zumindest sämtliche äußere elektrischen Leistungsanschlüsse an einem einzigen Metall-
Keramik-Substrat vorgesehen sind und/oder über eine gemeinsame Seite der elektrischen Baueinheit und/oder des Moduls vorstehen, und/oder dass die Kühlerstruktur wenigstens drei Kühler aufweist, die parallel zueinander und im Abstand voneinander angeordnet sind, und dass zwischen jeweils zwei
Kühlern jeweils mindestens ein Modul angeordnet ist, welches mit beiden einander benachbarten Kühlern an zwei einander gegenüberliegenden Seiten des Moduls zumindest thermisch verbunden ist, und/oder dass die Kühler über Abstandhalter miteinander verbunden sind, und/oder dass zumindest in einigen Abstand haltern vorgesehene Öffnungen sich mit
Öffnungen in den Kühlern zu Kanälen zum Zuführen und Abführen des
Kühlmediums ergänzen, und/oder dass die die Kühlerstruktur bildenden Kühler mehrlagig aus mehreren Flächen miteinander verbunden Platten bestehen, und/oder dass die Kühler zumindest teilweise von Platten aus einem Flachprofil mit einer Vielzahl von die Kühlkanäle gebildet sind, und/oder dass die Kühlerstruktur wenigstens zwei beispielsweise von Rohrstücken gebildete Kammern und wenigstens zwei sich zwischen diesen Kammern erstreckende flache Kühler aufweist, deren Kühlkanäle mit den Kammern verbunden sind, und dass die Kammern mit ihrer Längserstreckung senkrecht oder quer zu den Oberflächenseiten der flachen Kühler angeordnet sind, und/oder dass wenigstens zwei Module zu einer kammartigen, auf die Kühler der
Kühlerstruktur aufschiebbaren kammartigen Moduleinheit verbunden sind, und/oder dass die Kühler flache, plattenförmige Kühler sind, und/oder dass die Kühler solche mit Mikro- oder Makro-Kühlkanälen, insbesondere solche mit sich in mehreren Raumachsen ständig verzweigenden Kühlkanälen, gegebenenfalls mit Pfosten und in die Kühlkanäle hineinreichenden Wärme übertragenden Flächen oder Flügeln sind, und/oder dass die Kühler der Kühlerstruktur identisch ausgebildet sind, und/oder dass die Metall-Keramik-Substrate insbesondere zur Bildung elektrischer
Anschlüsse an gemeinsamen oder unterschiedlichen Seiten aus der Moduleinheit
(16b) herausgeführt sind, und/oder dass die Metall-Keramik-Substrate wenigstens eines Moduls an wenigstens einer Seite des Moduls mit über diese Seite wegstehenden Abschnitten versehen sind, und dass diese Abschnitte der Metall-Keramik-Substrate auch in einer
Achsrichtung parallel zu den Oberflächenseiten der Substrate gegeneinander versetzt sind, und/oder dass wenigstens ein Kühler oder das Flachprofil aus einem metallischen
Werkstoff, beispielsweise aus Kupfer, aus einer Kupferlegierung, aus Aluminium, aus einer Aluminiumlegierung und/oder aus Kunststoff, beispielsweise aus einem
Kunststoff mit einem die Wärmeleitfähigkeit verbessernden Zusatz, z.B. in Form von Grafit und/oder Karbonnanofasermaterial gefertigt ist, und/oder dass die Kühlkanäle beidendig jeweils in einem beispielsweise von einem
Rohrstück gebildete Kammer münden, und/oder dass das Kühlerelement und das Deckelteil aus Aluminium, Aluminiumlegierung oder Kunststoff, vorzugsweise mit einem die Wärmeleitfähigkeit verbessernden
Füller hergestellt sind, und/oder dass das Deckelteil ebenfalls wannenartig, vorzugsweise identisch mit dem wannenartigen Kühlerelement oder als flacher Deckel ausgebildet ist, und/oder dass das Deckelteil und das Kühlerelement durch Verkleben, vorzugsweise unter
Verwendung eines Wärmeleitklebers miteinander verbunden sind, und/oder dass zumindest das Kühlerelement als Formteil und/oder durch Material abhebende Bearbeitung hergestellt ist, und/oder dass das wenigstens eine Modul an der Außenseite des Bodens befestigt ist, und/oder dass das elektrische Modul oder dessen Metall-Keramik-Substrat über wenigstens eine Zwischenschicht mit dem jeweiligen Kühler verbunden ist, und/oder dass die Zwischenschicht von einem Metall, beispielsweise Lot, von einem
Wärmeleitkleber oder einer Wärmeleitpaste gebildet ist, und/oder dass die Zwischenschichten eine Lot-Vermittlungs-Schicht sowie Lot-Schicht sind, und/oder dass die Zwischenschichten eine Klebeverbmittlungsschicht und eine Schicht aus einem Wärmeleitkleber sind, und/oder dass die Keramikschicht eine solche aus AI2O3, AbCb + ZrCh, AlN und/oder SΪ3N4 ist, und/oder dass das jeweilige Keramik-Metall-Substrat unter Verwendung der AMB-, DCB- und/oder DAB-Technik hergestellt ist, und/oder dass die Keramikschicht des Metall-Keramik-Substrats eine Dicke im Bereich zwischen 0,1 5 - 2,0 mm aufweist, und/oder dass wenigstens eine Metallisierung aus Kupfer, aus Kupferlegierung, aus
Aluminium, aus Aluminiumlegierung besteht und/oder eine Dicke im Bereich zwischen 0,012 - 0,8 mm aufweist, und/oder dass zumindest eine Metallisierung ein- oder mehrschichtig aus Ag, Ag-Pd, Ag-Pt,
W/Ni, Mo-Mn/Ni besteht und/oder eine Dicke von 0,01 - 0,9 mm aufweist, und/oder dass die Lot-Vermittlungs-Schicht aus Ni, Cu und/oder NiP besteht und/oder durch Kaltspritzen, Plasmaspritzen, und/oder Flammspritzen aufgebracht ist, und/oder dass die Klebe-Vermittlungs-Schicht von AI2O3 gebildet ist und/oder eine Dicke von 0,01 - 0,1 mm aufweist, und/oder dass die Lot-Schicht aus Sn-, Pb-, Bi-, In-Legierungen und/oder aus Ag besteht und/oder eine Dicke von 0,02 - 0,5 mm aufweist, und/oder dass die Lot-Vermittlungs-Schicht aus einem metallischen Material mit einem Ausdehnungskoeffizienten von 7 - 12 ppm besteht, beispielsweise aus CuW und/oder CuMo, und/oder dass bei einem über wenigstens eine Zwischenschicht an einen Kühler gebondeten Substrat die Dicke der der Zwischenschicht benachbarten Kühlerwandung so klein gewählt ist, dass temperaturbedingte mechanische Spannungen durch die Elastizität der Kühlerwandung kompensiert und von der wenigstens einen Zwischenschicht fern gehalten oder zumindest weitestgehend fern gehalten werden, und/oder dass die Dicke der Kühlerwandung beispielsweise im Bereich zwischen 0,2mm und 1 ,5mm liegt, wobei die vorgenannten Merkmale jeweils einzeln oder in beliebiger Kombination vorgesehen sein können.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 in vereinfachter schematischer Darstellung und im Schnitt eine elektrische oder elektronische Baueinheit gemäß der Erfindung; Fig. 2 - 5 jeweils in Einzeldarstellung und im Schnitt verschiedene Anschlüsse
(Terminals) der Baueinheit der Fig. 1; Fig. 6 in einer Darstellung wie Figur 1 eine weitere Ausführungsform der
Baueinheit gemäß der Erfindung; Fig. 7 eine Draufsicht auf die Baueinheit der Figur 6;
Fig. 8 in perspektivischer Teildarstellung eine mögliche Ausführung eines aktiven Kühlers zur Verwendung bei der Baueinheit der Figuren 1 und/oder 6 und 7;
Fig. 9 und 10 in Teildarstellung sowie in Draufsicht eine aktive Kühlerstruktur zur Verwendung bei der Baueinheit gemäß der Erfindung;
Fig. 11 in perspektivischer Darstellung die Elemente der Kühlerstruktur der
Figuren 9 und 10, zusammen mit einer mehrere Module umfassenden
Moduleinheit;
Fig. 12 eine Draufsicht auf eine elektrische oder elektronische Baueinheit mit einem von einem Flachprofil gebildeten flachen Kühler;
Fig. 13 die elektronische Baueinheit der Figur 12 im Schnitt;
Fig. 14 in perspektivischer Explosionsdarstellung einen flachen Kühler zur
Verwendung bei einer elektrischen oder elektronischen Baueinheit gemäß der Erfindung; Fig. 15 eine Darstellung wie Figur 1 bei einer weiteren Ausführungsform der
Erfindung; Fig. 16 eine Draufsicht auf ein Metall-Keramik-Substrat einer elektronischen
Baueinheit gemäß der Erfindung;
Fig. 17 in vereinfachter Schnittdarstellung einen flachen Kühler zur Verwendung bei einer elektrischen oder elektronischen Baueinheit gemäß der
Erfindung.
Die in der Figur 1 allgemein mit 1 bezeichnete elektronische Baueinheit besteht im Wesentlichen aus zwei äußeren eine Kühlerstruktur bildenden flache plattenförmige Kühlern 2 und 3, die bei der dargestellten Ausführungsform als aktive Kühler, d.h. als von einem Kühlmedium durchströmbare Kühler, beispielsweise als Flüssigkeitskühler ausgebildet sind, aus zwei Metall-Keramik-Substraten 4 und 5 sowie aus mehreren elektrischen bzw. elektronischen Bauelementen 6.
Das Metall-Keramik-Substrat 4, welches an den in der Figur 1 oberen Kühler 2 anschließt, enthält eine Keramikschicht 7, die auf einer Oberflächenseite mit einer durchgehenden Metallisierung 8 und auch der anderen Oberflächenseite mit einer Leiterbahnen, Kontaktflächen usw. bildenden strukturierten Metallisierung 9 versehen ist.
In analoger Weise besteht das Metall-Keramik-Substrat 5 aus der Keramikschicht 10, der untern, durchgehenden Metallisierung 1 1 und der oberen, zur Bildung von Leiterbahnen, Kontaktflächen usw. strukturierten Metallisierung 1 1.
Zwischen den beiden Metall-Keramik-Substraten 4 und 5 bzw. zwischen den beiden strukturierten Metallisierungen 9 und 12 sind die Bauelemente 6 angeordnet und mit diesen, die elektrischen Anschlüsse zu den Bauelementen 6 bildenden Metallisierungen in geeigneter Weise thermisch und elektrisch verbunden, und zwar beispielsweise durch Löten.
Die außen liegenden durchgehenden Metallisierungen 8 und 1 1 sind jeweils vollflächig zumindest thermisch leitend mit dem Kühler 2 bzw. 3 verbunden, und zwar z.B. über eine thermisch leitende Zwischenschicht 13 bzw. 14, die z.B. jeweils eine Lotschicht, beispielsweise eine Weichlotschicht, eine Schicht aus einem Wärmeleitkleber oder einer Wärmeleitpaste sind. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, die Zwischenschichten 13 und 14 mehrschichtig auszubilden, beispielsweise bestehend aus einer Lotvermittlungsschicht auf dem Kühler 2 und 3 und einer Lotschicht oder aus einer Klebevermittlungsschicht auf dem Kühler 2 und 3 und einer Wärmeleitkleberschicht. Bestehen die Zwischenschichten 13 und 14 aus einer Wärmeleitpaste, so ist durch geeignete Maßnahmen, beispielsweise durch Spanneinrichtungen dafür gesorgt, dass die beiden Kühler 2 und 3 über die Zwischenschichten 13 und 14 angepresst gegen die Oberseite und Unterseite der Moduleinheit 16 anliegen.
Die Keramikschichten 7 und 10 sind beispielsweise solche aus AI2O3, AhO3 + ZrO2, AlN, Si3N4 oder aus der Kombination einer oder mehrerer der vorgenannten Keramiken.
Die Metallisierungen 8, 9, 1 1 und 12 sind beispielsweise solche aus Kupfer oder Kupferlegierungen oder Aluminium oder Aluminiumlegierungen die Mittels geeigneter Bond-Verfahren, beispielsweise unter Verwendung des Direct-Bond-Verfahrens, des Aktivlot-Bond-Verfahrens oder unter Verwendung eines Klebers auf die jeweilige Keramikschicht aufgebracht sind, oder in Dickfilmtechnik hergestellte Metallisierungen.
Die elektrischen Anschlüsse (Terminals), insbesondere auch die Leistungsanschlüsse für die Baueinheit 1 sind bevorzugt nur an einer der beiden Metall-Keramik-Substrate, d.h. bei der dargestellten Ausführungsform an dem Metall-Keramik-Substrat 4 vorgesehen, beispielsweise durch Herausführen der entsprechenden Metallisierung 9 oder aber jeweils eines gesonderten Leads oder Anschlusses 15, welcher mit der strukturierten Metallisierung 9 in geeigneter Weise verbunden und beispielsweise durch Freistanzen aus einem Leadframe gebildet ist.
Die beiden Metall-Keramik-Substrate 4 und 5 und die zwischen diesen angeordneten Bauelemente 6 bilden ein Modul, das in der Figur 1 allgemein mit 16 bezeichnet und in der praktischen Ausführung mit einer elektrisch isolierenden Vergussmasse dicht vergossen ist, insbesondere auch in der Weise, dass diese Vergussmasse sämtliche zwischen den Metall-Keramik-Substraten 4 und 5 und den Bauelementen 6 bestehenden Hohlräume vollständig ausfüllt, und zwar derart, dass lediglich die elektrischen Anschlüsse 15 aus dem vergossenen Modul 16 seitlich vorstehen und die Metallisierungen 8 und 1 1 für den thermischen Anschluss an die Kühler 2 und 3 frei liegen.
Die elektronische Baueinheit 1 hat den Vorteil einer besonders effektiven doppelseitigen Kühlung des Moduls 16 bzw. der Bauelemente 6, d.h. einer Kühlung sowohl an der Oberseite als auch an der Unterseite. Da das Modul 16 zwischen den beiden Kühlern 2 und 3 angeordnet ist, kann die elektrische Baueinheit 1 auch als thermisches Interfacemodul bezeichnet werden.
Vorstehend wurde davon ausgegangen, dass die äußeren Anschlüsse 15 von mit der strukturierten Metallisierung 9 bzw. mit dortigen Metallflächen verbundenen Leads gebildet sind. Die Figuren 2 - 5 zeigen jeweils in vereinfachter Darstellung und im Schnitt weitere Möglichkeiten der Ausbildung der äußeren Anschlüsse 15a - 15d in der Weise, dass die Keramikschicht 7 mit wenigstens einer den jeweiligen Anschluss bildenden Metallisierung aus dem von der Vergussmasse gebildeten Gehäuse des Moduls 16 herausgeführt ist.
Der in der Figur 2 mit 15a bezeichnete Anschluss ist von der unteren strukturierten Metallisierung 9 und einem durch Strukturieren der oberen Metallisierung 8 erzeugten Metallfläche 17 sowie einer die Metallisierung 9 und die Metallfläche 17 im Bereich einer Öffnung in der Keramikschicht 7 verbindenden Durchkontaktierung 18 gebildet. Die äußere elektrische Verbindung zum Anschluss 15a kann hierdurch ohne die Gefahr eines Brechens der Keramikschicht 7 durch Klemmen an den einander abgewandten Seiten der Metallisierung 9 und der Metallschicht 17 erfolgen, wobei die Durchkontaktierung 18 nicht nur eine elektrische Verbindung herstellt, sondern zugleich auch als mechanische Abstützung dient.
Die Figur 3 zeigt als weitere Ausführung einen Anschluss 15b, der sich von dem Anschluss 15a lediglich dadurch unterscheidet, dass in der Keramikschicht 7 eine Sollbruchstelle 19 gebildet, die außerhalb des von der Vergussmasse gebildeten Gehäuses des Moduls 16 vorgesehen ist, und zwar derart, dass bei auf den Anschluss 15b einwirkenden und die Bruchfestigkeit der Keramikschicht 7 übersteigenden Kräften die Keramikschicht 7 in einem unkritischen Bereich, nämlich an der Sollbruchstelle 19 bricht.
Der in der Figur 4 dargestellte Anschluss 15c unterscheidet sich von dem Anschluss 15b im Wesentlichen dadurch, dass anstelle der Sollbruchstelle 19 in der Keramikschicht 7 ein Schlitz 19,1 eingebracht ist, sodass äußeren, auf den Anschluss 15c einwirkende und die Bruchfestigkeit der Keramikschicht 7 übersteigende Kräfte ein Brechen der Keramikschicht 7 nicht bewirken können.
Die Figur 5 zeigt schließlich einen Anschluss 15d, der sich von den Anschlüssen 15b und 15c dadurch unterscheidet, dass eine der Metallflächen, beispielsweise die obere Metallfläche 17 und die Duchkontaktierung 18 entfallen sind. Grundsätzlich könnte bei der Ausführung der Figur 5 aber auch die obere Metallisierung 17 vorgesehen sein.
Die Figuren 6 und 7 zeigen als weitere Ausführungsform eine elektrische Baueinheit 1 a, die sich von der elektrischen Baueinheit 1 zunächst dadurch unterscheidet, dass insgesamt drei Kühler 20 - 22 sowie zwei Module 16 vorgesehen sind, und zwar derart, dass die Kühler 20 - 22 und in zwischen diesen angeordneten Moduleinheiten 16 eine stapelartige Anordnung oder Kühlerstruktur bilden, sodass jedes Modul 16 mit seiner Ober- und Unterseite thermisch mit einem Kühler 20 und 21 bzw. 21 und 22 verbunden ist, und zwar beispielsweise wiederum über eine Zwischenschicht.
Die Kühler 20 - 22 sind ebenfalls flache plattenförmige und aktive Kühler, d.h. von einem Kühlmedium durchströmbare Kühler. Zum Zuführen des Kühlmediums sind an der Oberseite der Baueinheit 1 a Anschlüsse 23 und 24 vorgesehen, die zusammen mit Öffnungen in den Kühlern 20 - 22 und in die Kühler 20 - 22 beabstandenden Abstandhaltern 25 Verteilerkanäle zum Zuführen und Abführen des Kühlmediums bilden. Durch O-Ringe oder Dichtungsringe 26 sind die Übergänge zwischen den Kühlern 20 - 22 und den Anschlüssen 23 und 24 bzw. den Abstand haltern 25 nach außen hin abgedichtet. Durch nicht näher dargestellte Verbindung- oder Spannmittel sind die einzelnen Elemente miteinander zu der Baueinheit 1a bzw. zu der die Kühler 20 - 22 aufweisenden Kühlerstruktur miteinander verspannt und/oder verbunden. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, insbesondere die von den Kühlern 20 - 22, von den Anschlüssen 23 und 24 sowie von den Abstandhaltern 25 gebildete Kühlerstruktur kompakt, beispielsweise durch Löten oder auf andere geeignete Weise herzustellen.
Die Baueinheit 1 a hat ebenfalls den Vorteil einer doppelseitigen und damit sehr intensiven und effektiven Kühlung der Module 16 bzw. der dortigen Bauelemente 6.
Bei der in den Figuren 6 und 7 dargestellten Ausführungsform sind die flachen Kühler 20 - 22 in Draufsicht rechteckförmig ausgeführt. Die Anschlüsse 23 und 24 und die von diesen Anschlüssen, von den Abstandhaltern 25 und von den Öffnungen in den Kühlern 20 - 22 gebildeten Kanäle befinden sich jeweils an einer Schmalseite der rechteckförmigen Kühler 20 - 22 bzw. der Kühlerstruktur. Die elektrischen Anschlüsse, die in der Figur 7 wiederum mit 15 bezeichnet sind, sind an einer oder aber an beiden Längsseiten der in Draufsicht rechteckförmigen Kühlerstruktur nach Außen geführt.
Die Kühler 2, 3 sowie 20 - 22 bestehen bevorzugt aus einem metallischen Material, z.B. aus Kupfer oder aus einer Kupferlegierung oder aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung und können insbesondere auch hinsichtlich ihrer von dem Kühlmedium durchströmten inneren Kühlerstruktur in unterschiedlichster Weise ausgebildet sein. So bestehen die Kühler beispielsweise aus mehreren flächig miteinander verbundenen Platten aus dem metallischen Werkstoff, wobei die inneren Platten dann zur Ausbildung von Mikro- oder Mikro-Kühlkanälen oder -Kühlkanälen strukturiert sind, und zwar gegebenenfalls auch mit die Ober- und Unterseite des jeweiligen Kühlers verbindenden und vom Kühlmedium umströmten Pfosten mit zusätzlichen in den Kühlmediumstrom hineinreichenden flügelartigen Kühlflächen usw.
Die Figur 8 zeigt in einer sehr schematischen Darstellung einen flachen, plattenförmigen aktiven Kühler 27, der beispielsweise anstelle der Kühler 2 und 3 bzw. 20 - 22 verwendet werden kann und besonders preiswert unter Verwendung eines Flachprofils aus einem metallischen Material hergestellt ist. Der Kühler 27 besteht im Wesentlichen aus einer quadratischen oder rechteckförmigen, aus dem Flachprofil erzeugten Platte 28, in der mehrere von einer Umfangsseite an die gegenüberliegende Umfangsseite reichende, im Flachprofil bereits vorgesehene und von dem
Kühlmedium durchströmbare Kühlkanäle 29 ausgebildet sind. Zum Zuführen und Abführen des Kühlmediums dienen zwei längs geschlitzte Rohrstücke 30 und 31 , in die die Platte 28 mit ihren die Öffnungen der Kühlkanäle 29 aufweisenden Seiten hineinreicht und mit denen die Platte 28 an diesen Seiten dicht verbunden ist, sodass das Kühlmedium über das Rohrstück 30 bzw. den Innenraum dieses Rohrstückes in die Kühlkanäle 29 einströmen und über das Rohrstück 31 bzw. über den Innenraum dieses Rohrstückes aus den Kühlkanälen 29 abgeführt werden kann.
Zur Bildung einer Kühlerstruktur, in der zwei Kühler 27 mit ihren Platten 28 voneinander beabstandet und parallel zueinander zur Aufnahme wenigstens eines Moduls 16 zwischen diesen Platten 28 und zur beidseitigen Kühlung des Moduls 16 angeordnet sind, sind die Rohrstücke der wenigstens zwei Kühler 27 an einem Ende verschlossen und am anderen Ende jeweils mit einem gemeinsamen Kanal zum Zuführen bzw. Abführen des Kühlmediums angeschlossen.
Die Figur 9 - 11 zeigen in vereinfachter Darstellung eine in diesen Figuren allgemein mit 32 bezeichnete Kühlerstruktur einer elektrischen Baueinheit 1 b, die (Kühlerstruktur) wiederum aus mehreren flachen plattenförmigen Kühlern 33 besteht, die parallel zueinander und im Abstand voneinander angeordnet sind, und zwar zur Aufnahme und beidseitiger Kühlung jeweils wenigstens eines Moduls 16 zwischen jeweils zwei Kühlern 33. Die plattenförmigen und in Draufsicht beispielsweise rechteckförmigen Kühler 33 sind im einfachsten Fall wiederum metallische Platten, beispielsweise solche aus Kupfer, aus einer Kupferlegierung, aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, vorzugsweise hergestellt aus einem Flachprofil, welches innen liegend mit einer Vielzahl von Kanälen gefertigt ist. Diese bilden dann die Kühlkanäle 34, die sich bei jedem Kühler 33 von einem Plattenrand zum gegenüber liegenden Plattenrand erstrecken und an diesen Plattenrändern offen sind. An den Plattenrändern, an denen die Kühlkanäle 34 offen sind, reichen die Kühler 33 jeweils durch einen rechteckförmigen Schlitz in Rohrstücke 35 bzw.36 hinein und sind dort dicht mit den Rohrstücken verbunden, sodass eine nach außen hin abgedichtete Verbindung wischen den Rohrstücken 35 und 36 und den Kühlern 33 zum Zuführen bzw. Abführen des Kühlmediums erreicht ist. Die beiden Rohrstücke 35 und 36 sind mit ihren Achsen parallel zueinander und voneinander beabstandet sowie senkrecht zur Ebene der Ober- und Unterseite der Kühler 33 angeordnet.
Zur Herstellung der elektrischen Baueinheit 1 b, die wenigstens zwei Kühler 33, bevorzugt mehr als zwei Kühler 33 und zwischen jeweils zwei Kühlern 33 eingesetzte Module 16 aufweist, wird zunächst die von den Kühlern 33 und den Rohrstücken 35 und 36 gebildete Kühlerstuktur32 gefertigt und anschließend so nachbearbeitet, dass der Abstand zwischen den einander gegenüberliegenden Kühlern 33 exakt der Dicke der Module 16 entspricht, d.h. exakt dem Abstand der außen liegenden Flächen der äußeren Metallisierungen 8 und 1 1. Diese Nachbearbeitung der Kühlerstruktur 32 erfolgt beispielsweise durch entsprechendes Stauchen der Rohrstücke 35 und 36 in ihrer Achsrichtung. Hierfür werden dann zwischen den Kühlern 33 Endmaße, d.h. Formstücke aus einem geeigneten Material, z.B. aus Metall eingelegt, deren Dicke exakt der Dicke der Module 16 entspricht und die somit während des Stauchens der Rohrstücke 35 und 36 den Abstand zwischen den Kühlern 33 festlegen. Im Anschluss daran werden die Endmaße entnommen, sodass dann die Module 16 zwischen den einzelnen Kühlern 33 montiert werden können. Vorstehend wurde davon ausgegangen, dass die Kü h I kanal struktur der flachen plattenförmigen Kühler 33 von einer Vielzahl von Kühlkanälen 34 gebildet ist. Selbstverständlich sind auch andere Kühlkanalstrukturen möglich. Insbesondere ist es auch möglich, die Kühler 33 mehrlagig aus mehreren flächig miteinander verbunden Metallschichten oder -lagen herzustellen, wobei die inneren Metallschichten oder - lagen dann zur Ausbildung einer sich vielfach verzweigenden inneren Kühlkanalstruktur strukturiert oder mit Öffnungen versehen sind.
Es besteht die Möglichkeit, die Module 16 jeweils einzeln in den Zwischenräumen zwischen zwei einander benachbarten Kühlern 33 zu montieren, oder aber die
Module 16 zu einer kammartigen Moduleinheit 16a miteinander zu verbinden, die dann auf die von den Kühlern 33 und den Rohrstücken 35 und 36 gebildete Kühlerstruktur 32 seitlich aufgeschoben bzw. aufgesetzt wird. Die kammartige Moduleinheit 16a besteht aus mehreren Modulen 16. Die voneinander beabstandeten Module 16 sind an einer ihrer Längsseiten miteinander verbunden. An der anderen Längsseite sind die zwischen den Modulen 16 gebildeten Zwischenräume offen, sodass die Moduleinheit 16a mit dieser Seite voraus seitlich auf die sich zwischen den Rohrstücken 35 und 36 leitersprossenartig erstreckenden Kühler 33 aufgesetzt werden kann, womit die Montage einer Vielzahl von Modulen 16 an der Kühlereinheit 32 in besonders einfacher Weise realisierbar ist.
Die kammartige Moduleinheit 16a ist beispielsweise hinsichtlich ihrer äußeren Formgebung als quaderförmiger Block ausgeführt, der an einer Seite mit einer Vielzahl von an dieser Seite und an zwei einander gegenüber liegenden Stirnseiten offenen Nuten 16.1 versehen, die parallel zu einander und im Abstand von einander sowie bei der dargestellten Ausführungsform auch parallel zu zwei Umfangsseiten des Blocks verlaufen. Beidseitig jeder Nut 16.1 befindet sich jeweils ein Modul 16. Im Bereich der geschlossenen Seite des Blocks verlaufen innerhalb des Blocks beispielsweise elektrische Verbindungen. Insbesondere für Anwendungen im Fahrzeugbau und dabei speziell in unmittelbarer Nähe oder an üblicherweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellten Motorblöcken sind die Kühler 2, 3, 27, 33 und Kühlerstrukturen sowie deren weitere Elemente aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt, und zwar zur Vermeidung einer durch die Kombination unterschiedlicher Metalle bedingten Korrosion.
Die Figuren 12 und 13 zeigen als weitere Ausführung der Erfindung eine gekühlte elektronische Baueinheit 40 mit einem elektrischen oder elektronischen Modul 41 und einem flachen, plattenförmigen Kühler 42. Letzterer besteht aus einer von einem Flachprofil gebildeten flachen und bei der dargestellten Ausführungsform im Wesentlichen quadratischen Kühlplatte 43 mit einer Vielzahl von Kühlkanälen 44, die sich wiederum von einem Plattenrand zum gegenüberliegenden Plattenrand erstrecken, an diesen Plattenrändern offen sind und von im Flachprofil bereits vorhandenen Kanälen gebildet sind. Zum Zuführen und Abführen des Kühlmediums dienen zwei Rohrstücke 45 und 46, zwischen denen die Kühlplatte 43 angeordnet ist und die mit ihren Achsen parallel zueinander und voneinander beabstandet vorgesehen sind. Die beide Rohrstücke 45 und 46 sind an der Kühlplatte 43 derart befestigt, dass die Kühlkanäle 44 jeweils dicht in die in den Rohrstücken 45 und 46 ausgebildeten Kanäle münden. Bei der dargestellten Ausführungsform dient das
Rohrstück 45 zum Zuführen und das Rohrstück 46 zum Abführen des Kühlmediums. Die Kühlkanäle 44 sind parallel zu den Oberflächenseiten der Kühlplatte 43 versetzt, können aber zusätzlich auch in Richtung der Plattendicke gegeneinander versetzt sein. Selbstverständlich kann die Kühlplatte 43 auch eine andere Formgebung aufweisen.
Auf der Oberseite der Kühlplatte 43 ist das elektrische oder elektronische Modul 41 vorgesehen. Letzteres besteht im Wesentlichen aus einem Metall-Keramik-Substrat 47 mit einer Keramikschicht 48 und mit Metallisierungen 49 und 50 auf beiden Oberflächenseiten der Keramikschicht 48. Die Metallisierung 49 an der Oberseite ist zur Bildung von Leiterbahnen, Kontaktflächen usw. strukturiert. Die Metallisierung 50 an der Unterseite ist durchgehend ausgeführt. Auf der Metallisierung 49 sind elektrische Bauelemente, beispielsweise Halbleiterbauelemente 51 , auch wenigstens ein Leistungsbauelement vorgesehen.
Mit der Metallisierung 50 ist das elektrische Modul 41 mechanisch und insbesondere auch thermisch mit der Kühlplatte 43 verbunden. Hierfür ist die Kühlplatte 43 bei der dargestellten Ausführungsform an ihrer Oberseite mit einer Lotvermittlungsschicht 52 versehen, an der dann durch Auflöten bzw. über eine Lotschicht 53 das Metall- Keramik-Substrat 47 mit der Metallisierung 50 befestigt ist. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, das Metall-Keramik-Substrat 47 bzw. das elektrische Modul 41 unter Verwendung eines Wärmeleitklebers an der Kühlplatte 43 zu befestigen, wobei dann auf die Lotvermittlungsschicht 52 verzichtet ist und anstelle der Lotschicht 53 eine Schicht aus dem Wärmeleitkleber vorgesehen ist.
Insbesondere für Anwendungen im Fahrzeugbau und dabei speziell in unmittelbarer Nähe oder an üblicherweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellten Motorblöcken sind der Kühler 42 und dabei insbesondere auch die Kühlerplatte 43 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt, und zwar zur Vermeidung einer durch die Kombination unterschiedlicher Metalle bedingten Korrosion.
Die Keramik der Keramikschicht 48 des elektrischen Moduls 41 ist beispielsweise AI2O3, AlN, SΪ3N4 oder AI2O3 + ZKIh. Grundsätzlich können auch Kombinationen hiervon verwendet sein. Die Dicke der Keramikschicht 48 liegt beispielsweise im Bereich zwischen 0,15 und 2.0 mm. Die Metallisierung 49 besteht beispielsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung und besitzt eine Dicke im Bereich von etwa 0,012 - 0,8 mm. Die Metallisierung 50 besteht beispielsweise aus Ag, Ag-Pd, Ag-Pt und besitzt eine Dicke im Bereich zwischen 0,01 - 0,09 mm. Die Lotvermittlungsschicht 52 besteht, soweit vorhanden, aus Ni, Cu, NiP und ist beispielsweise galvanisch und/oder durch Kaltgasspritzen und/oder durch Plasmaspritzen und/oder durch Flammspritzen aufgebracht.
Die Lotvermittlungsschicht ist beispielsweise nur dort aufgebracht, wo das Metall- Keramik-Substrat 47 durch Löten befestigt werden soll. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, die Lot-Vermittlungsschicht 52 auf der gesamten Oberseite des Kühlers 42 bzw. der Kühlplatte 43 vorzusehen.
Sofern die Verbindung zwischen dem elektrischen Modul 41 und der Kühlplatte 43 unter Verwendung eines thermisch leitenden Klebers erfolgt, ist es sinnvoll, zumindest dort, wo die Verbindung erfolgen soll, auf der Oberseite der Kühlplatte 43 eine Kleber- Vermittlungs-Schicht vorzusehen, beispielsweise aus AI2O3 mit einer Dicke etwa im Bereich zwischen 0,01 und 0,1 mm und beispielsweise erzeugt durch anionische Oxidation.
Die Lot-Schicht 53 besitzt beispielsweise eine Dicke im Bereich zwischen 0,02 - 0,5 mm. Als Lot eignen sich beispielsweise Sn-Legierungen oder aber Schichten aus Ag (bei 200 - 4000C und Druck gesintert). Bevorzugt wird für die Lot-Vermittlungs- Schicht ein metallisches Material mit einem Wärmeausdehnungskoeffizienten von 7 - 12 ppm verwendet, beispielsweise CuW oder CuMo.
Die Figur 14 zeigt in vereinfachter perspektivischer Explosionsdarstellung einen Kühler 54 bestehend aus einem flachen, wannenartigen Unterteil oder Kühlerelement 55 mit Boden 56 und Umfangsrand 57 und aus einem auf der offenen Seite des Kühlerelementes 55 aufgesetzten Deckel 58. Bei der dargestellten Ausführungsform sind der Kühler 54 und dessen Kühlerelement 55 sowie Deckel 58 in Draufsicht rechteckförmig ausgebildet. An der Innenfläche des Bodens 56 sind Vorsprünge 59 angeformt, die bei der dargestellten Ausführungsform einen rautenartigen Querschnitt aufweisen und in mehreren gegeneinander auf Lücke versetzten Reihen parallel zu den längeren Umfangsseiten des Kühlerelementes 55 angeordnet sind. Die Vorsprünge 59, die voneinander beabstandet sind und damit zwischen sich Strömungswege für das den Kühler 54 durchströmende Kühlmedium bilden und mit der größeren Diagonale ihres rautenförmigen jeweils parallel zu den längeren Umfangsseiten des Kühlerelementes 55 orientiert sind, bilden eine Kühlerstruktur 60, die im Bereich beider Schmalseiten des Kühlerelementes 55 mit Abstand von der betreffenden
Schmalseite endet. Zwischen jeder Schmalseite und der Kühlerstruktur 60 ist somit im Innenraum des geschlossenen Kühlers 54 jeweils eine Kammer 61 bzw. 62 gebildet ist, von denen beispielsweise die Kammer 61 zum Zuführen und Verteilen des Kühlmediums an die Kühlerstruktur 60 und die Kammer 62 zum Sammeln des Kühlmediums nach dem Durchströmen der Kühlerstruktur 60 dienen. Die beiden Kammern 61 und 62 sind über Anschlüsse oder Öffnungen 63, die bei der dargestellten Ausführungsform im Deckel 58 vorgesehen sind, an einen äußeren Kühlmediumkreislauf anschließbar. Bei geschlossenem Kühler 54 reichen die Vorsprünge 59 jeweils bis an die Innenseite des Deckels 58 und sind dort vorzugsweise mit dem Deckel verbunden.
Der Kühler 54 bzw. dessen Kühlerelement 55 und/oder Deckel 56 sind beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff hergestellt, z.B. aus Kupfer, aus einer Kupferlegierung, aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung, wobei insbesondere das Kühlerelement 55 z.B. durch Gießen und/oder Fräsen hergestellt ist. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, insbesondere das Kühlerelement 55 z.B. aus Kupfer unter Verwendung der DCB-Technik herzustellen, und zwar aus einer den Boden 56 bildenden Platte, aus einem den Rand 57 bildenden Rahmen sowie aus die Vorsprünge 59 bildenden Formkörpern.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, den Kühler 54 und dabei insbesondere dessen Kühlerelement 55 aus einem Kunststoff, beispielsweise aus Epoxidharz und dabei vorzugsweise aus Kunststoff mit wenigstens einem die Wärmeleitfähigkeit erhöhenden Zusatz, beispielsweise mit Grafit und/oder mit Kohlenstoffnanofasern oder -nanotubes herzustellen. Die Verbindung des Deckeins 54 mit dem Kühlerelement 55 erfolgt in Abhängigkeit von den für den Kühler 54 verwendeten Material, beispielsweise durch DCB-Technik, durch Löten oder durch Verkleben.
Auf dem Kühler 54 und dabei bevorzugt auf der den Öffnungen 63 abgewandten Unterseite des Kühlerelementes 55 ist wiederum wenigstens ein elektrisches Modul, beispielsweise das elektrische Modul 41 befestigt, und zwar in der gleichen Weise, wie dies vorstehend im Zusammenhang mit den Figuren 12 und 13 beschrieben wurde.
Der Kühler 54 bildet an den einander gegenüberliegenden Seiten jeweils eine Kühlfläche. Weiterhin besteht die Möglichkeit, den Kühler 54 in einer elektrischen Baueinheit mehrfach vorzusehen, wobei dann zwischen den Kühlern jeweils elektrische Bauelemente oder Moduleinheiten oder Module mit den Kühlern 54 im Stapel vorgesehen sind.
Die Figur 15 zeigt in einer Darstellung ähnlich Figur 1 eine elektronische Baueinheit 1 c, die wiederum u.a. die beiden äußeren Kühler 2 und 3, die beiden den Metall- Keramik-Substraten 4 und 5 entsprechenden Metall-Keramik-Substrate 4a und 5a, die jeweils über die Zwischenschicht 13 und 14 mit den Kühlern 2 und 3 verbunden sind, sowie die elektrische Bauelemente 6 aufweisen. Die Baueinheit 1 c unterscheidet sich von der Baueinheit 1 im Wesentlichen dadurch, dass zur Bildung der elektrischen Anschlüsse zumindest die Keramikschichten 7 bzw. 10 zumindest mit der innenliegenden Metallisierung 9 bzw. 12 seitlich aus der Moduleinheit 16b herausgeführt sind. Die elektrischen Anschlüsse sind dabei im Detail beispielsweise entsprechend den Anschlüssen 15a - 15d ausgeführt.
Die Figur 16 zeigt eine Moduleinheit 16c, bei der die Keramikschichten der den Metall-Keramik-Substraten 4 und 5 entsprechenden Substrate 4b und 5b an einem Randbereich jeweils mit einem über diesen Randbereich vorspringen Abschnitt 4b1 und 5b1 versehen sind, und zwar derart, dass der Abschnitt 4b1 gegenüber dem Abschnitt 5b1 derart versetzt ist, dass in der Aufsicht der Figur 16 beide Abschnitte sichtbar sind. Entsprechend sind auch die auf den Keramikschichten vorgesehene Metallisierungen ausgebildet. An den Abschnitten 4b1 und 5b1 bildet diese
Metallisierungen die äußeren Anschlüsse, und zwar beispielsweise wiederum in einer den Anschlüsse 15a - 15d entsprechenden Ausführung.
Die Figur 17 zeigt in einer vereinfachten Schnittdarstellung einen flachen Kühler 64, der aus zwei wannenartigen Kühlerelementen 55 besteht, die mit ihrer Öffnungsseite aneinander anschließen und dicht miteinander verbunden sind. In dem von den beiden wannenartigen Kühlerelementen 55 gebildeten und nach Außen geschlossenen Innenraum des Kühlers 64 sind die Vorsprünge 59 derart angeordnet, dass jeder Vorsprung 59 an einem Kühlerelement 55 an einen Vorsprung 59 am anderen Kühlerelement 55 anschließt. Bevorzugt sind die Vorsprünge 59 dabei jeweils in geeigneter Weise auch thermisch miteinander verbunden, beispielsweise unter Verwendung eines Wärme leitenden Klebers, durch Löten oder auf andere geeignete Weise.
Der Kühler 64 bildet an den einander gegenüberliegenden Seiten jeweils eine
Kühlfläche. Weiterhin besteht die Möglichkeit, den Kühler 64 in einer elektrischen Baueinheit mehrfach vorzusehen, wobei dann zwischen den Kühlern 64 jeweils elektrische Bauelemente oder Moduleinheiten oder Module mit den Kühlern 64 im Stapel vorgesehen sind.
Sofern die elektrischen Bauelemente oder Einheiten über eine Verbindungsschicht oder mehrere Verbindungsschichten, beispielsweise über eine Lotschicht mit den jeweiligen Kühler oder dessen Kühlelement verbunden sind, beispielsweise mit dem Kühler 2, 3, 20 - 22, 33, 54 oder 64, ist es zweckmäßig, die Wandstärke der an die Verbindungs- oder Lotschicht anschließenden Wandung des Kühlers sehr dünn auszubilden, und zwar so dünn, dass durch Temperaturänderungen, insbesondere des Kühlers bedingte mechanische Spannungen durch die Elastizität der dünnen Wandung des Kühlers und damit noch innerhalb des Kühlers ausgeglichen und somit nicht auf die Verbindungs- oder Lotschicht übertragen werden. Dieser Ausführung der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass temperaturbedingte oder durch
Temperaturschwankungen erzeugte mechanische Spannungen von der dünnen, beispielsweise aus Metall bestehenden Wandung des Kühlers wesentlich besser und ohne Beeinträchtigung der Materialqualität und/oder -bestand igkeit aufgenommen und ausgeglichen werden können, als dies in der angrenzenden Verbindungs- oder Lotschicht der Fall ist, die durch temperaturbedingte wechselde mechanische
Spannung eher zerstört wird. Durch diese Ausführung kann die Lebensdauer einer elektrischen Baueinheit wesentlich verbessert werden. Die Dicke der an die Verbindungs- und/oder Zwischenschicht angrenzenden Wandung des Kühlers liegt dabei bei Ausbildung des Kühlers aus Metall, beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium bevorzugt im Bereich zwischen 0,2 mm und 1 ,5 mm.
Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass weitere Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne das dadurch der der Erfindung zugrunde liegende Erfindungsgedanke verlassen wird.
Bezugszeichenliste
1 , 1 a, 1 b, 1c elektrische Baueinheit
2, 3 Kühler
4, 5 Metall-Keramik-Substrat
4a, 5a, 4b, 5b Metall-Keramik-Substrat
4b1 , 5b1 Vorsprung
6 elektrisches Bauteil, Halbleiterbauteil
7 Keramikschicht
8, 9 Metallisierung
10 Keramikschicht
1 1 , 12 Metallisierung
13, 14 Zwischenschicht
15, 15a - 15d äußerer elektrische Anschluss
16 Modul oder Moduleinheit
16a kammartige Moduleinheit
16b, 16c Modul oder Moduleinheit
16.1 Nuten
1 7 Metallfläche
18 Durchkontaktierung
19 Sollbruchstelle
19.1 Schlitz
20, 21 , 22 Kühler
23, 24 Anschluss für Kühlmedium
25 Abstandhalter
26 Dichtungsring
27 Kühler
28 plattenförmiges Kühlelement
29 Kühlkanal 30, 31 Rohrstück
32 Kühlereinheit
33 Kühler oder Kühlelement
34 Kühlkanal
35, 36 Rohrstück
40 elektrische Baueinheit
41 elektrisches Modul
42 Kühler
43 Kühlplatte
44 Kühlkanal
45, 46 Rohrstück
47 Metall-Keramik-Substrat
48 Keramikschicht
49, 50 Metallisierung
51 elektrisches Bauelement
52 Lotverm ittl ungs-Sch icht
53 Lotschicht
54 Kühler
55 wannenartiges Unterteil oder Kühlerelement
56 Boden
57 Rand
58 Deckel
59 Vorsprung
60 Kühlerstruktur
61 , 62 Kammer
63 Öffnung
64 Kühler

Claims

Patentansprüche
1. Elektrische Baueinheit mit wenigstens einer Kühlerstruktur und mit wenigstens einem zumindest ein elektrisches Bauelement (6) auf einem
Metall-Keramik-Substrat (4, 5, 4a, 5a, 4b, 5b) aufweisenden elektrischen
Modul (16, 16a, 16b, 16c), wobei das wenigstens eine Modul (16, 16a, 16b, 16c) wenigstens zwei
Metall-Keramik-Substrate (4, 5, 4a, 5a, 4b, 5b) aufweist, welche jeweils aus wenigstens einer Keramikschicht (7, 10) bestehen, die an wenigstens einer
Oberflächenseite mit einer ersten, zumindest teilweise strukturierten
Metallisierung (9, 12) versehen sind, wobei die beiden Metall-Keramik-Substrate (4, 5, 4a, 5a, 4b, 5b) mit ihrer der ersten Metallisierung (9, 12) abgewandten Seite jeweils mit einem aktiven Kühler (2, 3, 20 - 22, 33) zumindest thermisch verbunden sind, wobei das wenigstens eine elektrische Bauelement (6) zwischen den beiden
Metall-Keramik-Substraten (4, 5, 4a, 5a, 4b, 5b) angeordnet und mit der ersten Metallisierung (9, 12) zumindest eines Metall-Keramik-Substrats (4, 5,
4a, 5a, 4b, 5b) elektrisch sowie mit den ersten Metallisierungen (9, 12) beider Substrate thermisch verbunden ist, und wobei die erste Metallisierung (9) eines Metall-Keramik-Substrats (4) äußere elektrische Anschlüssen (1 5, 1 5a - 15d) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung der äußeren elektrischer Anschlüsse (15a, 1 5b, 15c) die Keramikschicht (7) zumindest eines Metall-Keramik-Substrats (4) mit der strukturierten ersten Metallisierung (9) über die Außenfläche oder
Außenkontur des Moduls (16) und/oder der elektrischen Baueinheit herausgeführt ist.
2. Elektrische Baueinheit mit wenigstens einer leitersprossenartigen Kühlerstruktur, die wenigstens drei flache aktive Kühler (20, 21 , 22, 27, 33) aufweist, welche parallel zueinander und im Abstand voneinander angeordnet sich zwischen Rohrstücken (35, 36) zum Zuführen und Abführen eines Kühlmediums erstrecken, wobei zwischen jeweils zwei Kühlern (20, 21 , 21 , 22, 27, 33) jeweils mindestens ein Modul (16, 16a, 16b, 16c) mit wenigstens einem elektrischen Bauelement (6) angeordnet ist, welches mit beiden einander benachbarten Kühlern (20 - 22) an zwei einander gegenüberliegenden Seiten des Moduls zumindest thermisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Modul (16, 16a, 16b, 16c) wenigstens zwei Metall-Keramik- Substrate (4, 5, 4a, 5a, 4b, 5b) aufweist, welche jeweils aus wenigstens einer Keramikschicht (7, 10) bestehen, die an wenigstens einer Oberflächenseite mit einer ersten, zumindest teilweise strukturierten Metallisierung (9, 12) versehen sind, und mit ihrer der ersten Metallisierung (9, 12) abgewandten Seite jeweils mit einem der Kühler (2, 3, 20 - 22, 33) zumindest thermisch verbunden sind, dass das wenigstens eine elektrisches Bauelement (6) zwischen den beiden Metall-Keramik-Substraten (4, 5, 4a, 5a, 4b, 5b) des jeweiligen Moduls (16,
16a, 16b, 16c) angeordnet und mit der ersten Metallisierung (9, 12) zumindest eines Metall-Keramik-Substrats (4, 5, 4a, 5a, 4b, 5b) elektrisch sowie mit den ersten Metallisierungen (9, 12) beider Substrate thermisch verbunden ist, und dass wenigstens zwei Module (16) zu einer kammartigen, auf die Kühler
(33) der Kühlerstruktur (32) aufschiebbaren Moduleinheit (16a) verbunden sind.
3. Elektrische Baueinheit mit wenigstens einer Kühlerstruktur und mit wenigstens einem zumindest ein elektrisches Bauelement (6) auf einem Metall-Keramik-Substrat (4, 5, 4a, 5a, 4b, 5b) aufweisenden elektrischen Modul (16, 16a, 16b, 16c), dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Modul (16, 16a, 16b, 16c) wenigstens zwei Metall-Keramik-Substrate (4, 5, 4a, 5a, 4b, 5b) aufweist, welche jeweils aus wenigstens einer Keramikschicht (7, 10) bestehen, die an wenigstens einer Oberflächenseite mit einer ersten, zumindest teilweise strukturierten Metallisierung (9, 12) versehen sind, dass die beiden Metall-Keramik-Substrate (4, 5, 4a, 5a, 4b, 5b) mit ihrer der ersten Metallisierung (9, 12) abgewandten Seite jeweils mit einem aktiven Kühler (2, 3, 20 - 22, 33) zumindest thermisch verbunden sind, und dass das wenigstens eine elektrische Bauelement (6) zwischen den beiden Metall-Keramik-Substraten (4, 5, 4a, 5a, 4b, 5b) angeordnet und mit den ersten Metallisierungen (9, 12) zumindest eines Metall-Keramik- Substrats (4, 5, 4a, 5a, 4b, 5b) elektrisch sowie mit den ersten Metallisierungen (9, 12) beider Substrate thermisch verbunden ist.
4. Elektrische Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikschichten (7, 10) der Metall-Keramik- Substrate (4, 5, 4a, 5a, 4b, 5b) an der der ersten Metallisierung (9, 12) abgewandten Oberflächenseite mit einer zweiten Metallisierung (8, 1 1) versehen und mit dieser zweiten Metallisierung beispielsweise über eine thermisch leitende Zwischenschicht (13, 14) mit dem jeweiligen Kühler (2, 3, 20, 21 , 22, 33) zumindest thermisch verbunden sind.
5. Elektrische Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Metallisierung (9) eines Metall-Keramik- Substrats (4) mit äußeren elektrischen Anschlüssen (15, 15a - 15d) versehen ist, die über die Außenfläche des Moduls (16) vorstehen.
6. Elektrische Baueinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Anschlüsse (15) mit der ersten Metallisierung verbundene Leads, beispielsweise solche aus einem Leadframe sind.
7. Elektrische Baueinheit nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung der elektrischen Anschlüsse die Keramikschicht (7) zumindest eines Metall-Keramik-Substrats (4) zumindest mit der
Strukturierten ersten Metallisierung (9) über die Außenfläche oder Außenkontur des Moduls (16) und/oder der elektrischen Baueinheit herausgeführt ist, und dass im Bereich des Anschlusses (15a, 15b, 15c) auf der der ersten Metallisierung (9) abgewandten Seite der Keramikschicht (7) eine Metallfläche (17) vorgesehen und diese Metallfläche über eine metallische Durchkontaktierung (18) mit der ersten Metallisierung elektrisch und mechanisch verbunden ist.
8. Elektrische Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikschicht (7) im Bereich des Anschlusses
(15b, 15c, 15d) mit einer Sollbruchstelle (19) oder einem durchgehenden Schlitz (19.1 ) versehen ist.
9. Elektrische Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausbildung des wenigstens einen Moduls (16,
16a, 16b, 16c) als Leistungsmodul zumindest sämtliche äußere elektrischen Leistungsanschlüsse (15, 15a - 15d) an einem einzigen Metall-Keramik- Substrat (4) vorgesehen sind und/oder über eine gemeinsame Seite der elektrischen Baueinheit oder des Moduls (16) vorstehen.
10. Elektrische Baueinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlerstruktur wenigstens drei Kühler (20, 21 , 22, 27, 33) aufweist, die parallel zueinander und im Abstand voneinander angeordnet sind, und dass zwischen jeweils zwei Kühlern (20, 21, 21, 22, 27, 33) jeweils mindestens ein Modul (16, 16a, 16b, 16c) angeordnet ist, welches mit beiden einander benachbarten Kühlern (20 - 22) an zwei einander gegenüberliegenden Seiten des Moduls zumindest thermisch verbunden ist.
1 1. Elektrische Baueinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühler (20, 21 , 22) über Abstandhalter (25) miteinander verbunden sind, und dass zumindest in einigen Abstandhaltern (25) vorgesehene Öffnungen sich mit Öffnungen in den Kühlern (20, 21 , 22) zu Kanälen zum Zuführen und Abführen des Kühlmediums ergänzen.
12. Elektrische Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Kühlerstruktur bildenden Kühler (2, 3, 20, 21, 22) mehrlagig aus mehreren Flächen miteinander verbunden Platten bestehen.
13. Elektrische Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühler (27, 33) zumindest teilweise von Platten (28) aus einem Flachprofil mit einer Vielzahl von die Kühlkanäle (29, 34) gebildet sind.
14. Elektrische Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlerstruktur (32) wenigstens zwei beispielsweise von Rohrstücken (35, 36) gebildete Kammern und wenigstens zwei sich zwischen diesen Kammern erstreckende flache Kühler (33) aufweist, deren Kühlkanäle (34) mit den Kammern verbunden sind, und dass die Kammern mit ihrer Längserstreckung senkrecht oder quer zu den Oberflächenseiten der flachen Kühler (33) angeordnet sind.
15. Elektrische Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Module (16) zu einer kammartigen, auf die Kühler (33) der Kühlerstruktur (32) aufschiebbaren kammartigen Moduleinheit (16) verbunden sind.
16. Elektrische Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühler (2, 3, 20, 21 , 22, 27, 33) flache, plattenförmige Kühler sind.
17. Elektrische Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühler (2, 3, 20, 21 , 22, 27, 33) solche mit Mikro- oder Makro-Kühlkanälen, insbesondere solche mit sich in mehreren
Raumachsen ständig verzweigenden Kühlkanälen, gegebenenfalls mit Pfosten und in die Kühlkanäle hineinreichenden Wärme übertragenden Flächen oder Flügeln sind.
18. Elektrische Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühler (2, 3, 20, 21 , 22, 27, 33) der Kühlerstruktur identisch ausgebildet sind.
19. Elektrische Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metall-Keramik-Substrate (4a, 5a) insbesondere zur
Bildung elektrischer Anschlüsse (15a - 15d) an gemeinsamen oder unterschiedlichen Seiten aus der Moduleinheit (16b) herausgeführt sind.
20. Elektrische Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metall-Keramik-Substrate (4b, 5b) wenigstens eines
Moduls (16c) an wenigstens einer Seite des Moduls mit über diese Seite wegstehenden Abschnitten (4b1 , 5b1 ) versehen sind, und dass diese Abschnitte der Metall-Keramik-Substrate (4b, 5b) auch in einer Achsrichtung parallel zu den Oberflächenseiten der Substrate gegeneinander versetzt sind.
21. Elektrische Baueinheit bestehend aus wenigstens einem Modul, welches auf einem Metall-Keramik-Substrat (47) ein elektrisches Bauelement (51) aufweist, sowie aus wenigstens einem Kühler (42), der zumindest thermisch mit dem elektrischen Modul (41 ) bzw. mit dem Metall-Keramik-Substrat (47) verbunden ist und von einem Kühlmedium, beispielsweise von einem flüssigen Kühlmedium z.B. Wasser durchströmbare Kühlkanäle (44) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Kühler (42) von einem Flachprofil aus einem metallischen Werkstoff oder Kunststoff mit einer Vielzahl von sich in Profillängsrichtung erstreckenden und als Kühlkanäle genutzten Kanälen gebildet ist.
22. Elektrische Baueinheit nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Kühler (2, 3, 20, 21 , 22, 27, 33) oder das Flachprofil aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise aus Kupfer, aus einer Kupferlegierung, aus Aluminium, aus einer Aluminiumlegierung und/oder aus Kunststoff, beispielsweise aus einem Kunststoff mit einem die Wärmeleitfähigkeit verbessernden Zusatz, z.B. in Form von Grafit und/oder Karbonnanofasermaterial gefertigt ist.
23. Elektrische Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (29, 34, 44) beidendig jeweils in einem beispielsweise von einem Rohrstück (30, 31 , 35, 36) gebildete Kammer münden.
24. Elektrische Baueinheit bestehend aus wenigstens einem Modul, welches auf einem Metall-Keramik-Substrat (47) ein elektrisches Bauelement (51 ) aufweist, sowie aus wenigstens einem Kühler (42), der zumindest thermisch mit dem elektrischen Modul (41 ) bzw. mit dem Metall-Keramik-Substrat (47) verbunden ist und von einem Kühlmedium, beispielsweise von einem flüssigen Kühlmedium z.B. Wasser durchströmbare Kühlkanäle (44) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Kühler (54, 64) von einem wannenartigen, den vom Kühlmedium durchströmbaren Kühlerinnenraum bildenden Kühlerelement (55) und von einem das Kühlerelement an einer dem Boden (56) gegenüberliegenden Seite dicht verschließenden Deckelteil (58) gebildet ist.
25. Elektrische Baueinheit nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlerelement (55) und das Deckelteil (58) aus Aluminium, Aluminiumlegierung oder Kunststoff, vorzugsweise mit einem die Wärmeleitfähigkeit verbessernden Füller hergestellt sind.
26. Elektrische Baueinheit nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelteil ebenfalls wannenartig, vorzugsweise identisch mit dem wannenartigen Kühlerelement (55) oder als flacher Deckel (58) ausgebildet ist.
27. Elektrische Baueinheit, nach einem der Ansprüche 24 - 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelteil und das Kühlerelement (55) durch Verkleben, vorzugsweise unter Verwendung eines Wärmeleitklebers miteinander verbunden sind.
28. Elektrische Baueinheit, nach einem der Ansprüche 24 - 27, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das Kühlerelement (55) als Formteil und/oder durch Material abhebende Bearbeitung hergestellt ist.
29. Elektrische Baueinheit, nach einem der Ansprüche 24 - 28, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Modul (41 ) an der Außenseite des Bodens (56) befestigt ist.
30. Elektrische Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Modul (16, 16a, 16b, 16c, 41 ) oder dessen Metall-Keramik-Substrat (4, 5, 47) über wenigstens eine Zwischenschicht (13, 14, 52, 53) mit dem jeweiligen Kühler (2, 3, 27, 33, 42, 54, 64) verbunden ist.
31 . Elektrische Baueinheit nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (13, 14) von einem Metall, beispielsweise Lot, von einem Wärmeleitkleber oder einer Wärmeleitpaste gebildet ist.
32. Elektrische Baueinheit nach Anspruch 30 oder 31 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschichten eine Lot-Vermittlungs-Schicht sowie Lot-Schicht sind.
33. Elektrische Baueinheit nach einem der Ansprüche 30 - 31 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschichten eine Klebeverbmittlungsschicht und eine Schicht aus einem Wärmeleitkleber sind.
34. Elektrische Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikschicht eine solche aus AI2O3, Ahθ3 + Zrθ2, AIN und/oder SJsN4 ist.
35. Elektrische Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Keramik-Metall-Substrat (4, 5, 47) unter
Verwendung der AMB-, DCB- und/oder DAB-Technik hergestellt ist.
36. Elektrische Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramikschicht (7, 10, 48) des Metall-Keramik- Substrats (4, 5, 47) eine Dicke im Bereich zwischen 0,15 - 2,0 mm aufweist.
37. Elektrische Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Metallisierung (8, 9, 1 1 , 12, 49, 50) aus Kupfer, aus Kupferlegierung, aus Aluminium, aus Aluminiumlegierung besteht und/oder eine Dicke im Bereich zwischen 0,012 - 0,8 mm aufweist.
38. Elektrische Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Metallisierung ein- oder mehrschichtig aus Ag, Ag-Pd, Ag-Pt, W/Ni, Mo-Mn/Ni besteht und/oder eine Dicke von
0,01 - 0,9 mm aufweist.
39. Elektrische Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lot-Vermittlungs-Schicht aus Ni, Cu und/oder NiP besteht und/oder durch Kaltspritzen, Plasmaspritzen, und/oder
Flammspritzen aufgebracht ist.
40. Elektrische Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebe-Vermittlungs-Schicht von AI2O3 gebildet ist und/oder eine Dicke von 0,01 - 0,1 mm aufweist.
41. Elektrische Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lot-Schicht aus Sn-, Pb-, Bi-, In-Legierungen und/oder aus Ag besteht und/oder eine Dicke von 0,02 - 0,5 mm aufweist.
42. Elektrische Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lot-Vermittlungs-Schicht aus einem metallischen Material mit einem Ausdehnungskoeffizienten von 7 - 12 ppm besteht, beispielsweise aus CuW und/oder CuMo.
43. Elektrische Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem über wenigstens eine Zwischenschicht an einen Kühler (2, 3, 27, 33, 42, 54, 64) gebondeten Substrat (4, 5, 4a, 5a, 4b, 5b) die Dicke der der Zwischenschicht benachbarten Kühlerwandung so klein gewählt ist, dass temperaturbedingte mechanische Spannungen durch die Elastizität der Kühlerwandung kompensiert und von der wenigstens einen Zwischenschicht fern gehalten oder zumindest weitestgehend fern gehalten werden, wobei die Dicke der Kühlerwandung beispielsweise im Bereich zwischen 0,2mm und 1 ,5mm liegt.
PCT/DE2010/000566 2009-05-27 2010-05-20 Gekühlte elektrische baueinheit WO2010136017A1 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010800228450A CN102449758A (zh) 2009-05-27 2010-05-20 受冷却的电结构单元
EP10732266A EP2436032A1 (de) 2009-05-27 2010-05-20 Gekühlte elektrische baueinheit
US13/322,765 US20120069524A1 (en) 2009-05-27 2010-05-20 Cooled electric unit
JP2012512201A JP2012528471A (ja) 2009-05-27 2010-05-20 冷却される電気構成ユニット
US14/339,856 US20140334103A1 (en) 2009-05-27 2014-07-24 Cooled electric unit

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009022877.2 2009-05-27
DE102009022877.2A DE102009022877B4 (de) 2009-04-29 2009-05-27 Gekühlte elektrische Baueinheit

Related Child Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US13/322,765 A-371-Of-International US20120069524A1 (en) 2009-05-27 2010-05-20 Cooled electric unit
US14/339,856 Division US20140334103A1 (en) 2009-05-27 2014-07-24 Cooled electric unit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2010136017A1 true WO2010136017A1 (de) 2010-12-02

Family

ID=42732130

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2010/000566 WO2010136017A1 (de) 2009-05-27 2010-05-20 Gekühlte elektrische baueinheit

Country Status (6)

Country Link
US (2) US20120069524A1 (de)
EP (1) EP2436032A1 (de)
JP (1) JP2012528471A (de)
KR (1) KR20120018811A (de)
CN (1) CN102449758A (de)
WO (1) WO2010136017A1 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013131666A (ja) * 2011-12-22 2013-07-04 Ntn Corp パワー半導体の冷却構造
JP2013175526A (ja) * 2012-02-24 2013-09-05 Mitsubishi Electric Corp 冷却器及び冷却装置
JP2013254772A (ja) * 2012-06-05 2013-12-19 Showa Denko Kk ヒートシンク及びヒートシンク製造方法
JP2014075385A (ja) * 2012-10-02 2014-04-24 Toyota Industries Corp 冷却装置および半導体装置

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8586943B2 (en) * 2010-11-03 2013-11-19 University Of North Texas Petroleum oil analysis using liquid nitrogen cold stage—laser ablation—ICP mass spectrometry
DE102012102611B4 (de) * 2012-02-15 2017-07-27 Rogers Germany Gmbh Metall-Keramik-Substrat sowie Verfahren zum Herstellen eines Metall-Keramik-Substrates
US8987876B2 (en) * 2013-03-14 2015-03-24 General Electric Company Power overlay structure and method of making same
US9275926B2 (en) * 2013-05-03 2016-03-01 Infineon Technologies Ag Power module with cooling structure on bonding substrate for cooling an attached semiconductor chip
US9532459B2 (en) * 2013-08-12 2016-12-27 Infineon Technologies Ag Electronic module and method of manufacturing the same
CN105321890A (zh) * 2014-06-03 2016-02-10 住友电木株式会社 金属基座安装基板以及金属基座安装基板安装部件
US9548518B2 (en) * 2014-12-16 2017-01-17 General Electric Company Methods for joining ceramic and metallic structures
DE102015216887B4 (de) 2015-09-03 2018-05-30 Continental Automotive Gmbh Kühlvorrichtung, Verfahren zur Herstellung einer Kühlvorrichtung und Leistungsschaltung
US11335621B2 (en) 2016-07-19 2022-05-17 International Business Machines Corporation Composite thermal interface objects
WO2018146816A1 (ja) * 2017-02-13 2018-08-16 新電元工業株式会社 電子機器
US10002821B1 (en) 2017-09-29 2018-06-19 Infineon Technologies Ag Semiconductor chip package comprising semiconductor chip and leadframe disposed between two substrates
DE102018112000A1 (de) * 2018-05-18 2019-11-21 Rogers Germany Gmbh System zum Kühlen eines Metall-Keramik-Substrats, ein Metall-Keramik-Substrat und Verfahren zum Herstellen des Systems
KR102163662B1 (ko) * 2018-12-05 2020-10-08 현대오트론 주식회사 양면 냉각 파워 모듈 및 이의 제조방법
US10999919B2 (en) * 2019-07-11 2021-05-04 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Flexible electronic assembly for placement on a vehicle motor assembly
WO2022005097A1 (ko) * 2020-07-01 2022-01-06 주식회사 아모센스 파워모듈 및 이에 포함되는 세라믹기판 제조방법
CN113063643B (zh) * 2021-03-25 2022-02-25 中国科学院地质与地球物理研究所 用于流体包裹体la-icp-ms分析的双体积冷冻剥蚀池装置及其剥蚀方法
US20230386987A1 (en) * 2022-05-25 2023-11-30 Ideal Power Inc. Double-sided cooling package for double-sided, bi-directional junction transistor

Citations (15)

* 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
DE2213115A1 (de) 1972-03-17 1973-09-27 Siemens Ag Verfahren zum hochfesten verbinden von karbiden, einschliesslich des diamanten, boriden, nitriden, siliziden mit einem metall nach dem trockenloetverfahren
DE2319854A1 (de) 1972-04-20 1973-10-25 Gen Electric Verfahren zum direkten verbinden von metallen mit nichtmetallischen substraten
EP0153618A2 (de) 1984-02-24 1985-09-04 Kabushiki Kaisha Toshiba Verfahren zur Herstellung eines hochwärmeleitenden Substrates und Kupferleiterblech verwendbar in diesem Verfahren
DE19956565A1 (de) * 1999-11-24 2001-05-31 Laserline Ges Fuer Entwicklung Verfahren zum Herstellen einer Wärmesenke für elektrische Bauelemente sowie Wärmesenke oder Kühler für elektrische Bauelemente
US20050030717A1 (en) * 2003-08-06 2005-02-10 Denso Corporation Cooler for cooling electric part
WO2005067039A1 (en) * 2003-12-24 2005-07-21 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Cooling apparatus of electric device
US20060232939A1 (en) * 2000-04-19 2006-10-19 Denso Corporation Coolant cooled type semiconductor device
US20070216013A1 (en) * 2006-03-20 2007-09-20 Sunao Funakoshi Power semiconductor module
DE112006000160T5 (de) * 2005-01-07 2007-11-22 Cooligy, Inc., Mountain View Herstellung von Strukturen mit einem hohen Oberflächen-/Volumen-Verhältnis und deren Integration in Mikro-Wärmetauscher für Flüssigkeits-Kühlsysteme
DE102007024413A1 (de) * 2006-05-24 2007-12-27 International Rectifier Corp., El Segundo Bonddrahtloses Leistungsmodul mit doppelseitiger Einzelbauelementkühlung und Tauchbadkühlung
DE102007005233A1 (de) * 2007-01-30 2008-08-07 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Leistungsmodul
DE102006028675B4 (de) * 2006-06-22 2008-08-21 Siemens Ag Kühlanordnung für auf einer Trägerplatte angeordnete elektrische Bauelemente
EP1970955A1 (de) * 2005-12-20 2008-09-17 Showa Denko Kabushiki Kaisha Halbleitermodul
EP2003691A2 (de) * 2006-03-13 2008-12-17 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Basis für ein leistungsmodul

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5199487A (en) * 1991-05-31 1993-04-06 Hughes Aircraft Company Electroformed high efficiency heat exchanger and method for making
US6072240A (en) * 1998-10-16 2000-06-06 Denso Corporation Semiconductor chip package
KR100350046B1 (ko) * 1999-04-14 2002-08-24 앰코 테크놀로지 코리아 주식회사 리드프레임 및 이를 이용한 방열판이 부착된 반도체패키지
JP3673776B2 (ja) * 2002-07-03 2005-07-20 株式会社日立製作所 半導体モジュール及び電力変換装置
JP4089595B2 (ja) * 2002-12-16 2008-05-28 株式会社デンソー 冷媒冷却型両面冷却半導体装置
US7061103B2 (en) * 2003-04-22 2006-06-13 Industrial Technology Research Institute Chip package structure
EP2216891B1 (de) * 2003-08-21 2012-01-04 Denso Corporation Montagestruktur eines Halbleiterbausteins
DE102004057526B4 (de) * 2003-12-03 2020-08-20 Denso Corporation Stapelkühler
US7538424B2 (en) * 2004-07-08 2009-05-26 Rambus Inc. System and method for dissipating heat from a semiconductor module
US8125781B2 (en) * 2004-11-11 2012-02-28 Denso Corporation Semiconductor device
US20060219396A1 (en) * 2005-04-04 2006-10-05 Denso Corporation Lamination-type cooler
JP2006332597A (ja) * 2005-04-28 2006-12-07 Denso Corp 半導体冷却ユニット
KR100696681B1 (ko) * 2005-07-05 2007-03-19 삼성에스디아이 주식회사 스택 및 이를 포함하는 연료 전지 장치
JP4450230B2 (ja) * 2005-12-26 2010-04-14 株式会社デンソー 半導体装置
JP4921154B2 (ja) * 2006-05-16 2012-04-25 株式会社デンソー リアクトル及びこれを内蔵した電力変換装置
US7619302B2 (en) * 2006-05-23 2009-11-17 International Rectifier Corporation Highly efficient both-side-cooled discrete power package, especially basic element for innovative power modules
US7965508B2 (en) * 2007-03-27 2011-06-21 Denso Corporation Cooling device for electronic component and power converter equipped with the same
US20110036538A1 (en) * 2007-09-07 2011-02-17 International Business Machines Corporation Method and device for cooling a heat generating component
WO2009150875A1 (ja) * 2008-06-12 2009-12-17 株式会社安川電機 パワーモジュールおよびその制御方法
US7907398B2 (en) * 2008-10-02 2011-03-15 Dell Products L.P. Liquid cooling system
US8403030B2 (en) * 2009-04-30 2013-03-26 Lg Chem, Ltd. Cooling manifold

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2213115A1 (de) 1972-03-17 1973-09-27 Siemens Ag Verfahren zum hochfesten verbinden von karbiden, einschliesslich des diamanten, boriden, nitriden, siliziden mit einem metall nach dem trockenloetverfahren
DE2319854A1 (de) 1972-04-20 1973-10-25 Gen Electric Verfahren zum direkten verbinden von metallen mit nichtmetallischen substraten
US3744120A (en) 1972-04-20 1973-07-10 Gen Electric Direct bonding of metals with a metal-gas eutectic
EP0153618A2 (de) 1984-02-24 1985-09-04 Kabushiki Kaisha Toshiba Verfahren zur Herstellung eines hochwärmeleitenden Substrates und Kupferleiterblech verwendbar in diesem Verfahren
DE19956565A1 (de) * 1999-11-24 2001-05-31 Laserline Ges Fuer Entwicklung Verfahren zum Herstellen einer Wärmesenke für elektrische Bauelemente sowie Wärmesenke oder Kühler für elektrische Bauelemente
US20060232939A1 (en) * 2000-04-19 2006-10-19 Denso Corporation Coolant cooled type semiconductor device
US20050030717A1 (en) * 2003-08-06 2005-02-10 Denso Corporation Cooler for cooling electric part
WO2005067039A1 (en) * 2003-12-24 2005-07-21 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Cooling apparatus of electric device
DE112006000160T5 (de) * 2005-01-07 2007-11-22 Cooligy, Inc., Mountain View Herstellung von Strukturen mit einem hohen Oberflächen-/Volumen-Verhältnis und deren Integration in Mikro-Wärmetauscher für Flüssigkeits-Kühlsysteme
EP1970955A1 (de) * 2005-12-20 2008-09-17 Showa Denko Kabushiki Kaisha Halbleitermodul
EP2003691A2 (de) * 2006-03-13 2008-12-17 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Basis für ein leistungsmodul
US20070216013A1 (en) * 2006-03-20 2007-09-20 Sunao Funakoshi Power semiconductor module
DE102007024413A1 (de) * 2006-05-24 2007-12-27 International Rectifier Corp., El Segundo Bonddrahtloses Leistungsmodul mit doppelseitiger Einzelbauelementkühlung und Tauchbadkühlung
DE102006028675B4 (de) * 2006-06-22 2008-08-21 Siemens Ag Kühlanordnung für auf einer Trägerplatte angeordnete elektrische Bauelemente
DE102007005233A1 (de) * 2007-01-30 2008-08-07 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Leistungsmodul

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GILLOT C ET AL: "DOUBLE-SIDED COOLING FOR HIGH POWER IGBT MODULES USING FLIP CHIP TECHNOLOGY", IEEE TRANSACTIONS ON COMPONENTS AND PACKAGING TECHNOLOGIES, IEEE SERVICE CENTER, PISCATAWAY, NJ, US LNKD- DOI:10.1109/6144.974963, vol. 24, no. 4, 1 December 2001 (2001-12-01), pages 698 - 704, XP001107357, ISSN: 1521-3331 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013131666A (ja) * 2011-12-22 2013-07-04 Ntn Corp パワー半導体の冷却構造
JP2013175526A (ja) * 2012-02-24 2013-09-05 Mitsubishi Electric Corp 冷却器及び冷却装置
US9291404B2 (en) 2012-02-24 2016-03-22 Mitsubishi Electric Corporation Cooler and cooling device
JP2013254772A (ja) * 2012-06-05 2013-12-19 Showa Denko Kk ヒートシンク及びヒートシンク製造方法
JP2014075385A (ja) * 2012-10-02 2014-04-24 Toyota Industries Corp 冷却装置および半導体装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20140334103A1 (en) 2014-11-13
EP2436032A1 (de) 2012-04-04
KR20120018811A (ko) 2012-03-05
CN102449758A (zh) 2012-05-09
JP2012528471A (ja) 2012-11-12
US20120069524A1 (en) 2012-03-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2436032A1 (de) Gekühlte elektrische baueinheit
EP0811262B1 (de) Diodenlaserbauelement mit kühlelement
DE102009028360B3 (de) Verfahren zur Herstellung einer Schaltungsträgeranordnung und eines Leistungselektronikmoduls mit einer Verankerungsstruktur zur Herstellung einer temperaturwechselstabilen Lötverbindung
EP1932407B1 (de) Elektrisches modul
EP1364402B1 (de) Leistungsmodul mit verbessertem transienten wärmewiderstand
DE102007005233B4 (de) Leistungsmodul
DE102005047567B3 (de) Leistungshalbleitermodul mit Isolationszwischenlage und Verfahren zu seiner Herstellung
DE10102621B4 (de) Leistungsmodul
DE102012106244B4 (de) Metall-Keramik-Substrat
DE102010003533B4 (de) Substratanordnung, Verfahren zur Herstellung einer Substratanordnung, Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitermoduls und Verfahren zur Herstellung einer Leistungshalbleitermodulanordnung
WO2011000360A2 (de) Elektronische vorrichtung
EP2447235A1 (de) Metall-Keramik-Substrat sowie Verfahren zum Herstellen eines solchen Substrates
DE102014111786A1 (de) Kühlplatte, Bauelement, das eine Kühlplatte umfasst, und Verfahren zum Herstellen einer Kühlplatte
DE10229712B4 (de) Halbleitermodul
DE102019211109A1 (de) Verfahren und Entwärmungskörper-Anordnung zur Entwärmung von Halbleiterchips mit integrierten elektronischen Schaltungen für leistungselektronische Anwendungen
DE102009022877B4 (de) Gekühlte elektrische Baueinheit
DE19956565B4 (de) Verfahren zum Herstellen einer Wärmesenke für elektrische Bauelemente
WO2004102659A2 (de) Verbundwerkstoff sowie elektrischer schaltkreis oder elektrisches modul
DE102016214607B4 (de) Elektronisches Modul und Verfahren zu seiner Herstellung
DE19527867A1 (de) Metall-Substrat für elektrische und/oder elektronische Schaltkreise
DE102016115221A1 (de) Verfahren zum Verbinden von mindestens zwei Substraten zur Bildung eines Moduls
DE19506091B4 (de) Kühlelement
DE102012207470B3 (de) Verfahren zur herstellung einer halbleitermodulanordnung
DE10229711B4 (de) Halbleitermodul mit Mikrokühler
DE19931694B4 (de) Verfahren zum Herstellen von elektrischen Schaltkreisen oder Modulen sowie elektrischer Schaltkreis oder elektrisches Modul hergestellt nach diesem Verfahren

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201080022845.0

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10732266

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2012512201

Country of ref document: JP

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2010732266

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2010732266

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13322765

Country of ref document: US

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20117031199

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A