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    • 专利摘要:
    Zur Herstellung einer elektrischen Baugruppe (1) wird ein im wesentlichen plattenförmiger, elektrisch nicht leitender Träger (2) auf zumindest einer Seite mit Leiterbahnen (4) und zumindest einem Verlustwärme produzierenden Bauteil (5) und auf einem diesen Bauteil (5) im wesentlichen gegenüberliegenden Bereich der anderen Seite mit zumindest einem Kühlkörper (6) versehen. Für den Kühlkörper (6) wird vorerst ein verlorener Kern (8) auf dem Träger (2) aufgebracht, wonach die Leiterbahnen (4) und der Kühlkörper (6) durch gleichzeitige Beschichtung (10, 9) beider Seiten des Trägers (2) mit leitfähigem Material hergestellt werden. Daran anschließend wird der Kern (8) aus dem verbleibenden Hohlraum im Kühlkörper (6) entfernt, wonach die Bauteile (5) auf dem Träger (2) leitend befestigt werden können.
    公开号:DE102004017984A1
    申请号:DE200410017984
    申请日:2004-04-14
    公开日:2004-12-30
    发明作者:Holger Dipl.-Ing. Grabner；Rudolf Dipl.-Ing. Dr. Mörk-Mörkenstein；Klaus Peter Ing. Wilczek
    申请人:AB Mikroelektronik GmbH；
    IPC主号:C23C18-16
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischenBaugruppe, wobei ein im wesentlichen plattenförmiger, elektrisch nicht leitenderTrägerauf zumindest einer Seite mit Leiterbahnen und zumindest einem Verlustwärme produzierendenBauteil und auf einem diesem Bauteil im wesentlichen gegenüberliegendenBereich der anderen Seite mit zumindest einem Kühlkörper versehen wird, sowie aucheine entsprechende Baugruppe selbst.
    [0002] Durchdie ständigfortschreitende Miniaturisierung elektrischer und elektronischerBauelemente und Baugruppen (Computer-CPU's, Lasertechnik, Leistungselektronik,.....)wird die produzierte Verlustwärmeauf immer kleinere räumlicheBereiche konzentriert, was zur Vermeidung unbotmäßiger lokaler Temperaturerhöhungen eineaktive Kühlungdes die Verlustwärmeproduzierenden Bauteils erfordert. Abgesehen von nur relativ geringeKühlerleistungbietenden, aufgesetzten Konvektionskühlkörpern mit oder ohne damit zusammenwirkendenKühlerlüftern einerseitsund relativ aufwändigenund teueren Peltier- oder Heat Pipe-Kühlernandererseits haben sich in den letzten Jahren in vielen Bereichenrelativ einfache Flüssigkeits-Kühlsystemedurchgesetzt, bei denen ein vom Kühlmedium durchflossener Kühlkörper inmöglichstdirekten Kontakt mit dem Verlustwärme produzierenden Bauteilgebracht wird und die erwärmteKühlflüssigkeiteinen davon entfernt angebrachten Rückkühler durchströmt, derdie Wärmezumeist einfach an die Umgebungsluft abgibt. Problematisch ist dabeistets der Umstand, dass der aus thermischen Gründen erwünschte möglichst direkte Kontakt desVerlustwärmeproduzierenden Bauteils mit dem des möglichst verlustfreien Wärmeübergangeswegen metallischen Kühlkörper (zumeistaus Kupfer bestehend) nicht ohne weiters möglich ist, da Kurzschlüsse oderauch nur unerwünschtePotentialübertragungenauszuschließensind. Währendeinzelne Elementkühlernoch relativ leicht beispielsweise mittels elektrisch nicht leitenderAnschlussschläucheund nicht leitender Befestigungselemente sicher zu isolieren sind,stellt bereits etwa das flüssigeKühlmediumselbst zumeist eine großeGefahrenquelle dar, da beispielsweise das übliche deionisierte Wasserbeim Nachfüllenoder Austauschen aus Unkenntnis, Unachtsamkeit oder Sorglosigkeitleicht mit normalem Wasser verwechselt werden kann (und auch immerwieder verwechselt wird) was unmittelbar zu oft katastrophalen Schäden führt.
    [0003] Umdie Notwendigkeit der Verwendung elektrisch nicht leitender Kühlmedienzu vermeiden, sind in letzter Zeit Anordnungen bekannt geworden,bei denen thermisch gut bis hervorragend leitende aber elektrischgut bis sehr gut isolierende technische Keramiken, beispielweiseAluminiumoxid- oder Aluminiumnitridkeramik, auf der einen Seiteden Verlustwärmeproduzierenden Bauteil in möglichstdirektem Kontakt und auf der anderen Seite, auf einem dem zu kühlendenBauteil im wesentlichen gegenüberliegendenBereich, einen auf einer Seite unmittelbar durch den Keramikträger begrenzten,vom Kühlmedium durchflossenenHohlkörpertragen. Der elektrische Bauteil ist dann samt seinen über Leiterbahnenkontaktierten Anschlüssenelektrisch vom Kühlmedium isoliertund trotzdem in fürdie Wärmeableitungausreichend direktem thermischen Kontakt mit dem Kühlmedium,was die oben angesprochenen Probleme beseitigt.
    [0004] Nachteiligbei diesen zuletzt beschriebenen Anordnungen ist aber insbesondersdie sehr komplizierte und teure Herstellung sowie die Fehleranfälligkeitder hergestellten Baugruppe. Die Keramik-Basisplatte wird dabeinach dem DBC-Verfahren (direct bonding copper-Verfahren) mit Leiterbahnen versehen,wobei entweder eine durchgehende Kupferfolie unter Herstellung einereutektischen Verbindung auflaminiert und danach durch selektivesWegätzeneine Leiterbahnstruktur hergestellt oder aber eine vorher ausgestanzteLeiterbahnstruktur auflaminiert wird – beides ermöglicht nurmit hohem Aufwand die heutzutage erforderlichen feinen Strukturender Leiterbahnen bereitzustellen. Flüssigkeitskühlkörper werden dabei durch übereinanderlaminieren mehrerer Kupferfolien hergestellt, wobei die einzelnenFolien Ausnehmungen aufweisen, die dann den Hohlraum und die Zu-und Ableitungen fürdie Kühlflüssigkeitergeben. Das Übereinanderschichtender ausgenommenen Kupferfolien und deren Verbindung muss mit höchster Präzision erfolgen,da ja bereits geringfügigeVerschiebungen oder das Vertauschen einzelner Schichten ein nichtoder nur begrenzt verwendbares Element ergeben. Die Anschlüsse für die Zu-und Ableitung des Kühlmediumskönnennur auf aufwändige Artdurch Lötenoder ähnlicheVerfahren hergestellt werden, was weitere Fehlerquellen und Riskenergibt.
    [0005] Beieinem weiteren unter dem Namen Z-STRATE bekannt gewordenen Verfahrenwird eine Keramikplatte chemisch bzw. elektrolytisch mit Kupferbeschichtet, wonach durch selektives Wegätzen eines Teils der Beschichtungeine Leiterbahnstruktur hergestellt wird. Kühlkörper können dann durch separates Auflöten, Klebenoder ähnlicheMethoden an erwünschtenStellen angebracht werden. Auch dieses Verfahren weist damit imwesentlichen die oben angesprochenen Nachteile auf.
    [0006] Aufgabeder vorliegenden Erfindung ist es, die angesprochenen Nachteileder bekannten Verfahren zur Herstellung sowie derartiger elektrischer Baugruppenselbst zu vermeiden und insbesonders das eingangs angesprocheneVerfahren sowie eine danach hergestellte Baugruppe so zu verbessern, dassauf einfache und kostengünstigeWeise eine direkte Kühlungder den Verlustwärmeproduzierenden Bauteil aufweisenden Stelle des Trägers möglich bleibt,ohne dass die erwähntenBeschränkungen hinsichtlichder Leiterbahnstruktur bzw. der Kühlkörperherstellung in Kauf genommenwerden müssen.
    [0007] DieseAufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindungbei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dassfür denKühlkörper vorerstein verlorener Kern auf den Trägeraufgebracht wird, wonach die Leiterbahnen und der Kühlkörper durchgleichzeitige Beschichtung beider Seiten des Trägers mit leitfähigem Materialhergestellt werden, und dass der Kern anschließend aus dem verbleibendenHohlraum im Kühlkörper entferntund die Bauteile auf dem Trägerleitend befestigt werden. Die erfindungsgemäße Baugruppe selbst ist dadurchgekennzeichnet, dass die Leiterbahnen und der Kühlkörper aus einer gleichzeitigauf dem Trägersowie einem darauf angeordneten, den Innenraum des Kühlkörpers definierenden,verlorenen Kern angebrachten Dickschicht-Beschichtung bestehen.
    [0008] HohleKühlkörper undderen Herstellung durch Beschichtung eines verlorenen Kerns sinddabei an sich beispielsweise aus WO 02/17377 A1 bekannt. Während aberbei diesen und ähnlichenbekannten Verfahren stets ein in sich geschlossener, separat verwendbarerKühlkörper hergestelltwurde, wird gemäß der Erfindungnun der Kühlkörper aufder dem Verlustwärmeproduzierenden Bauteil zugewandten Seite unmittelbar durch den elektrischnicht leitenden Trägerbegrenzt welcher auf der gegenüberliegendenSeite diesen Verlustwärmeproduzierenden Bauteil in möglichstunmittelbarem thermischen Kontakt aufweist. Es ergibt sich damiteine Anordnung mit gleichen thermischen und elektrischen Eigenschaftenwie bei den eingangs zum Stande der Technik angesprochenen bekanntenAnordnungen, wobei aber das Verfahren zur Herstellung wesentlich einfacherund damit auch sicherer und kostengünstiger ist als dies bei denbekannten beschriebenen Verfahren der Fall war. Die chemischen und/oder elektrolytischenVerfahren zur Aufbringung von Beschichtungen auf nicht leitendeTrägerund/oder Hohlkörperdefinierende Kerne sind gut bekannt und einfach, sicher und kostengünstig inder Lage relativ weite Bereiche von Schichtdicken, Leiterbahnstärken, Hohlkörperformen(gegebenenfalls samt Einbauteilen, Anschlüssen und dergleichen), Materialkombinationenusw, abzudecken. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht damitden Einsatz elektrischer Baugruppen der angesprochenen Art auchin Bereichen, bei denen bisher hauptsächlich aus Kostengründen daraufverzichtet werden musste.
    [0009] Inbevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass derverlorene Kern aus Wachs oder ähnlichenelektrisch nicht leitenden, während derBeschichtung harten und zum Entfernen chemisch und/oder mittelsErwärmungzumindest teilweise verflüssigbarenSubstanzen besteht und durch Spritzgießen, Aufschmelzen, Aufklebenoder dergleichen auf dem Trägerangebracht wird. Dies ermöglichteine einfache und kostengünstigeHerstellung der Kerne sowie deren einfache Entfernung nach dem Beschichten.
    [0010] AlsTrägerwerden bevorzugt die bereits erwähntentechnischen Keramiken, vorzugsweise Aluminiumoxid- oder Aluminiumnitrid-Keramik,oder aber Vielschicht-Technologie-Platten mit im Inneren angeordnetenLeiterbahnen, verwendet, wobei besonders Aluminiumnitrid-Keramikhervorragende Eigenschaften im Hinblick auf elektrische Isolationund thermische Leitfähigkeitaufweist. Zur bedarfsweise notwendigen bzw. zumindest vorteilhaftenweiteren Erhöhungder thermischen Leitfähigkeitderartiger Trägerkönnenauf an sich bekannte Weise sogenannte "thermische Via "s" inden Bereichen zwischen Wärmequelleund Kühlkörper hergestelltwerden, bei denen durch den Trägerreichende Öffnungen(beispielsweise Bohrungen) mit metallischen Pasten, Loten oder dergleichenausgefülltwerden, was eine lokale Erhöhungder thermischen Leitfähigkeitbewirkt. im vorliegenden Fall könnenderartige Wärmebrücken natürlich nichtdurch den ganzen Trägergehen sondern beispielsweise in Form von Sacklöchern oder von durchgehendenLöchernnur durch einige Platten einer Vielschichtplatte ausgeführt sein, damitdie elektrische Isolierung zwischen den beiden gegenüberliegendenOberflächendes Trägersgewährleistetbleibt.
    [0011] DieOberflächedes Trägerskann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vor der Anbringungdes Kerns, bzw. vor der Basisbeschichtung mit leitfähigem Material,durch Aufrauhen, Ätzenoder dergleichen vorbehandelt werden, was das Anhaften des verlorenenKerns bzw. auch des durch die Beschichtung aufgebrachten leitfähigen Materialsverbessert.
    [0012] DerTrägerbzw. gegebenenfalls auch der Trägersamt Kern wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorweg ineinem chemischen Beschichtungsverfahren, vorzugsweise mit Kupfer,in der Stärkevon wenigen μmelektrisch leitend beschichtet, wobei diese chemisch angebrachte,elektrisch leitende Basisschicht in einem elektrolytischen Verfahren auchgalvanisch zur Stabilisierung verstärkt werden kann. Damit istdie fürdie nachfolgende selektive Anbringung einer Dickschicht-Beschichtungerforderliche Grundschicht einfach und rasch mit an sich bekanntenVerfahrensschritten angebracht.
    [0013] Dievon der weiteren Dickschicht-Beschichtung mit elektrisch leitendemMaterial freizuhaltenden Bereiche beider Seiten des vorbeschichteten Trägers bzw.der aus Trägersamt Kern und aufgebrachter, elektrisch leitender Beschichtung bestehendenBaueinheit werden in weiters bevorzugter Ausgestaltung der Erfindungmit einer elektrisch nicht leitenden Maskierung versehen, vorzugsweisemittels an sich bekannter flüssigkeitsresistenteroder feststoffresistenter Verfahren, bei denen zum Beispiel durchLack oder drucktechnisch aufgebrachte Pasten ein Schutz der Trägerplattebeispielsweise im Bereich von Bruchlinien, Anschlussstel len, Außenrändern oderdergleichen hergestellt wird. Abgesehen von drucktechnisch aufgebrachtenSchichten können aberauch photolithographisch oder durch Folienlaminate hergestellteSchichten verwendet werden.
    [0014] Inweiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Dickschicht-Beschichtung mit elektrischleitendem Material, vorzugsweise Kupfer, mittels eines chemischenoder galvanischen Beschichtungsverfahrens vorgenommen wird, wobei eineallenfalls erforderliche elektrische Kontaktierung über dieunter der Maskierung durchgehende, elektrisch leitende Basisschichtoder überfahnenartige Verbindungen der Dickschicht-Bereiche zu einem durchgehenden,rund um die gesamte Baugruppe verlaufenden, später abgetrennten leitendenRand, erfolgt. Damit kann einfach und rasch die erforderliche Stabilität und Stromleitfähigkeitfür dieLeiterbahnen und den Kühlkörper hergestelltwerden, wobei vorzugsweise unter Berücksichtigung der jeweiligen Anforderungenauch eine lokal unterschiedliche Dicke der Dickschicht-Beschichtungausgeführtwerden kann, vorzugsweise durch selektive Anbringung von Vorhängen imBeschichtungsbad, gezielte Positionierung und Formgebung von Opferanodenoder angepasste Konstruktion der Haltegestelle. Damit können beispielsweiseunterschiedliche Schichtdicken auf Vorder- und Rückseite, Mitte und Rand oderlokal unterschiedlich beanspruchten Stellen des Trägers vorgesehenwerden.
    [0015] ZurVerbesserung der weiteren Bearbeitbarkeit der Anordnung kann einezusätzlicheBeschichtung der Dickschicht-Bereiche, vorzugsweise mit einer dünnen Schichtaus Nickel, Gold oder Nickelphosphor, erfolgen.
    [0016] Inweiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass anschließend andie Dickschicht-Beschichtung (bzw. zusätzliche Beschichtung) die Maskierungvor einer Differenzätzungzur Beseitigung der anfänglichaufgebrachten durchgehenden elektrisch leitenden Beschichtung inden nicht mit der Dickschicht-Beschichtung versehenen Bereichenentfernt wird. Fürdie Entfernung der Maskierung könnendabei beliebige geeignete, an sich bekannte Verfahren verwendetwerden, beispielsweise chemische oder mechanische Methoden zur Entfernungder Lackschicht oder der Maskierungsfolie. Anstelle der Differenzätzung können auchandere geeignete Verfahren zur Entfernung der anfänglich aufgebrachtenleitenden Basisschicht Verwendung finden, wobei natürlich daraufzu achten ist, daß dabei dieDickschicht-Beschichtung nicht unbotmäßig abgetragen wird, damitbeispielsweise im Bereich des Kühlkörpers dieDichtheit und Stabilitätgewährleistet bleibt.
    [0017] Inbesonders bevorzugter weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,dass auf einem durchgehenden gemeinsamen Träger mehrere Baugruppen gleichzeitigvorbereitet werden, zu deren mechanischer Trennung Bruchlinien,vorzugsweise mittels Diamantritzung oder Lasernutung, am Träger angebrachtwerden, vorzugsweise erst nach dem Beseitigen der anfänglich aufgebrachten,durchgehenden elektrisch leitenden Schicht. Damit können vielegleiche oder gleichartige Baugruppen auf einem größeren undentsprechend leichter handhabbaren Träger hergestellt und erst abschließend getrennt werden.Die Anbringung der Bruchlinien erst nach dem Beseitigen der anfänglich aufgebrachten,durchgehenden elektrisch leitenden Schicht ist deshalb zu bevorzugen,da damit verhindert wird, dass diese feinen Bruchlinien durch diedurchgehende elektrisch leitende Schicht wieder aufgefüllt werden,was die mechanische Trennung erschwert.
    [0018] Inweiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Aufhängung derBaueinheit für dieDickschicht-Beschichtung an den Anschlüssen bzw. entsprechenden separaten Öffnungendes Kühlkörpers selbsterfolgt, womit einfach sichergestellt werden kann, dass ein Abfließen deszum HerauslösenverflüssigtenKerns überdiese Öffnungen möglich wird.
    [0019] Inbesonders bevorzugter weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,dass der verlorene Kern fürden Kühlkörper imBereich von dessen Anschlüssenmit einer zumindest einen Teil der Anschlussgeometrie definierendenForm ausgeführt wird.Da die Innenkontur der Beschichtung sehr form- und maßhaltigder Außenkonturdes Kerns folgt, könnendamit Funktionsflächenfür dieLeitungsanschlüsse,beispielsweise in Form von Gewinden oder auch Dichtflächen, Spannflächen oder ähnlichem, einfachund ohne zusätzlichenBearbeitungsschritt hergestellt werden. Ähnliches kann auch beispielsweisefür andere Öffnungenoder Funktionsflächen amKühlkörper vorteilhaftausgenütztwerden – so können beispielsweisezusätzliche Öffnungenzum Entfernen des verlorenen Kerns oder aber zusätzliche Anschlußmöglichkeitenbeispielsweise fürweitere Anbauteile, Befestigungseinrichtungen oder dergleichen geschaffenwerden.
    [0020] DieErfindung wird im folgenden noch anhand der schematisch dargestelltenAusführungsbeispielenäher erläutert. 1–9 zeigendabei schematische Seitenansichten einer erfindungsgemäßen Baugruppein verschiedenen Stadien des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens, 10 zeigt eine Alternativezum in 4 dargestelltenVerfahrensschritt, 11 dasDetail XI aus 10 invergrößerter Darstellung, 12a und b sowie 13a und b zeigen das Detail XII bzw.XIII aus 10 in vergrößerter Darstellungin zwei Alternativen und jeweils unterschiedlichen Verfahrensschritten,und 14 bis 16 zeigen perspektivischeAnsichten von entsprechend hergestellten Baugruppen von oben bzw.unten.
    [0021] Diedargestellte bzw. erfindungsgemäß hergestellteelektrische Baugruppe 1 ist gemäß 14 bis 16 insgesamtsechs mal auf einem durchgehenden gemeinsamen Träger 2 hergestelltworden, wobei zur abschließendenmechanischen Trennung Bruchlinien 3 (wie in 15 ersichtlich), beispielsweisemittels die Diamantritzung oder Lasernutung, am Träger 2 angebrachtwerden, wonach die sechs einzelnen Baugruppen 1 separiertwerden können. Jedeeinzelne Baugruppe 1 besteht dann aus dem im wesentlichenplattenförmigen,elektrisch nicht leitenden Träger 2,vorzugsweise aus technischer Keramik, wie etwa Aluminiumoxid- oderAluminiumnitrid-Keramik, der auf zumindest einer Seite Leiterbahnen 4 undzumindest einen der nur in 15 rechts untensymbolisch eingezeichneten, Verlustwärme produzierenden Bauteile 5 undauf einem diesem Bauteil 5 im wesentlichen gegenüberliegendenBereich der anderen Seite zumindest einen Kühlkörper 6 trägt. DieLeiterbahnen 4 sind in allen Figuren hinsichtlich ihrerBreite und Dicke übertriebendargestellt – gleichesgilt auch fürdie Dicke der den Kühlkörper 6 bildendenBeschichtung und die bei der Beschreibung des Herstellungsverfahrensangesprochenen weiteren Schichten in den 1 bis 9.
    [0022] DieLeiterbahnen 4 und der Kühlkörper 6 bestehen auseiner gleichzeitig auf dem Träger 2 sowie einemdarauf angeordneten, den Innenraum des Kühlkörpers 6 samt Anschlüssen 7 definierenden, verlorenenKern 8 angebrachten Dickschicht-Beschichtung 9,was die Herstellung der Baugruppen 1 einfach, sicher undkostengünstigmacht.
    [0023] Gemäß 1 wird auf dem Träger 2,gegebenenfalls nach Vorbehandlung durch Aufrauhen, chemisches Ätzen oderdergleichen, fürjede der herzustellenden Baugruppen 1 ein Kern 8 für den herzustellendenKühlkörper angebracht,der auf untenstehend noch näherbeschriebene Weise ebenfalls die Anschlüsse mitbestimmt. Die Kerne 8 können beispielsweiseaus Wachs, Kunststoff, oder ähnlichen Materialienbestehen, welche mit verschiedensten geeigneten Methoden des Herauslösens amEnde des Herstellungsprozesses aus dem gebildeten Hohlkörper herausgelöst werdenkönnen.Die Anbringung der Kerne 8 auf dem gegebenenfalls vorbehandeltenTräger 2 kannbeispielsweise durch Spritzgussverfahren, Aufschmelzen, Kleben oderdergleichen erfolgen.
    [0024] Gemäß 2 wird dann anschließend der Träger 2 mitden bereits angebrachten Kernen 8 in einem chemischen Beschichtungsverfahrenrundum mit einer durchgehenden elektrisch leitenden Basisschicht 10 versehen,die beispielsweise aus Kupfer besteht und nachfolgend auch nochin einem elektrolytischen Verfahren galvanisch zur Stabilisierungverstärktwerden kann. Die ursprünglichchemisch aufgebrachte Startschicht wird nach bekannten Verfahrenmittels Bekeimung, Aktivierung und Abscheidung beispielsweise einerKupferschicht von wenigen Mikrometern Dicke verstärkt.
    [0025] Gemäß 3 wird anschließend anbestimmten Stellen eine elektrisch nicht leitende Maskierung 11 aufgebracht,um diese Bereiche von der weiteren Dickschicht-Beschichtung mitelektrisch leitendem Material freihalten zu können. Diese Maskierung 11 kannbeispielsweise aus Lack, einer drucktechnisch aufgebrachten Paste,oder ähnlichembestehen und ermöglichtes einen Schutz fürjene Stellen des Trägers 2 herzustellen,die aus technischen Gründenvon der weiteren Beschichtung freigehalten werden müssen, beispielsweisefür Bruchlinien,Anschlussstellen, Außenränder unddergleichen. Auf der Seite des Trägers 2, die bereitsdie Kerne 8 für dieKühlkörper 6 trägt, kanndie Maskierung 11 abgesehen von der dargestellten Freihaltungder Ränder bzw.Bruchlinien auch auf hier nicht dargestellte Weise beispielsweiseweitere Leiterbahnen, Beschriftungen oder ähnliches definieren.
    [0026] Durchbekannte chemische oder galvanische Beschichtungsverfahren wirdnun gemäß 4 die nicht maskierte Basisschicht 10 miteiner Dickschicht-ßeschichtung 9 biszur notwendigen Endstärkeversehen, womit sowohl die Leiterbahnen 4 als auch derKühlkörper 6 gleichzeitiggebildet werden. Eine dafüreventuell notwendige elektrische Kontaktierung erfolgt entweder über diedurchgehende Basisschicht 10 oder über hier nicht dargestelltefahnenartige Verbindungen der einzelnen Bahnen zu einem durchgehenden,rundum verlaufenden elektrisch leitenden Rand, der in einem späteren Arbeitsverfahren abgetrenntwird. Die Dickschicht-Beschichtung 9 kann unter Berücksichtigungder jeweiligen Anforderungen auch mit lokal unterschiedlicher Dickeausgeführtwerden, beispielsweise durch selektive Anbringung von Vorhängen imBeschichtungsbad, gezielte Positionierung und Formgebung von Opferanoden odereine angepasste Konstruktion der Haltegestelle. Damit kann bei Bedarfeine asymetrische und/oder geometrieabhängige Aufbringung von unterschiedlichenSchichtdicken zum Beispiel auf Vorder- und Rückseite, Mitte/Rand des Trägers 2 oderdergleichen erfolgen.
    [0027] Ineinem weiteren Arbeitsschritt kann anschließend an die Dickschicht-Beschichtungbei Bedarf eine zusätzlicheBeschichtung mit bestimmten Metallschichten, wie z.B. Nickel, Goldoder damit verwandten Verbindungen, z.B. Nickelphosphat, zur besserenWeiterverarbeitbarkeit (z.B. Lötbarkeit, bondbareOberflächen,Korrosionsschutz, usw.) erfolgen. Diese Schicht kann auch als zusätzliche Ätzreservefür spätere Arbeitsvorgänge dienen.
    [0028] Gemäß 5 wird dann anschließend mittelsbekannter geeigneter Verfahren die Maskierung wieder bis auf dieBasisschicht 10 entfernt, wonach gemäß 6 eine Differenzätzung zur Beseitigung der zuBeginn aufgebrachten Basisschicht 10 an den nicht mehrmaskierten Stellen, wie etwa zwischen den Leiterbahnen, entlangder Bruchlinien usw. erfolgen kann. Da diese Basisschicht 10 nurwenige Mikrometer stark war, beeinflusst der Materialabtrag auf denbeispielsweise in der Größenordnungvon 300-500 Mikrometer starken Dickschicht-Beschichtungsbereichen 9 dieQualitätder Baugruppe 1 nicht.
    [0029] Gemäß 7 werden anschließend Bruchlinien 3 (sieheauch 15) für die mechanischeTrennung der einzelnen Baugruppen 1 auf dem Träger 2 angebracht,was beispielsweise mittels Diamantritzung oder Lasernutung erfolgenkann. Gemäß 8 erfolgt dann die mechanischeTrennung der einzelnen Baugruppen 1 an den Bruchlinien.Dies kann zum Beispiel durch mechanische Einwirkung, durch Brechenoder ähnlicheVerfahren, durch Bearbeitung mit einer Rollkugel, durch Erschütterung,flexible Vakuumfolien oder geeignete automatische Vorrichtungenerfolgen. Darüberhinaus könntendie einzelnen Baugruppen 1 aber beispielsweise auch durchSägen oder ähnlichesgetrennt werden.
    [0030] Gemäß 9 wird dann durch geeignete Methodenwie z.B. thermische Verfahren, mechanische oder chemische Einwirkungenoder dergleichen, jeweils der Kern 8 aus dem entstandenenKühlkörper 6 entfernt.Dafür kannbeispielsweise die Aufhängungder Baugruppen fürden Galvanikprozeß so gestaltetwerden, dass durch rohrförmigeAufnahmeelemente an den Anschlüssen 7 unmittelbarein Abfließendes verflüssigtenKerns 8 möglichwird.
    [0031] Esist leicht einsichtig, dass beispielsweise das Herauslösen derKerne 8 auch bereits unmittelbar nach dem Aufbringen derDickschicht-Beschichtung 9 möglich wäre. Auch könnten einzelne der sonstigenerwähntenVerfahrensschritte durchaus auch in geänderter Reihenfolge stattfinden,wenn sich dies im Produktionsablauf als günstiger erweist.
    [0032] Anschließend zumin 9 dargestellten Verfahrensschritt(oder auch bereits vor dem Trennen der Baugruppen 1) können elektrischebzw. elektronische Bauteile (wie in 15 mit5 angedeutet) mittels bekannter geeigneter Verfahren, wie beispielsweiseLöten,Kleben, Schweißen,Bonden und dergleichen angebracht werden, was natürlich auf beidenSeiten des Trägers 2 möglich wäre. Auchkönnenzusätzlichemechanische Bauteile oder ähnlichesnoch auf diesen Baugruppen angebracht werden.
    [0033] Beider in 10 bzw. 11 ersichtlichen Alternativezu 4 wird durch einerelativ schmälere Maskierung 11 zwischenden benachbarten Kernen 8 erreicht, dass die Dickschicht-Beschichtung 9 imBereich 12 des umlaufenden Kontaktrandes des entstehendenKühlkörpers 6 breiteran der Basisschicht 10 bzw. dem Träger 2 haftet, wasdem Kühlkörper 6 bzw, dergesamten Baugruppe 1 bedarfsweise größere Stabilität verleiht.
    [0034] Gemäß 12a weisen die Kerne 8 imBereich der schlussendlich gebildeten Anschlüsse 7 eine zumindesteinen Teil der Anschlussgeometrie definierende Form auf, womit dieDickschicht-Beschichtung 9 dann die in 12b ersichtliche Anschlussform erzeugt,die es beispielsweise einfach ermöglicht, einen elastischen Schlauchals Anschluß aufzustecken.
    [0035] Gemäß 13a definiert der verloreneKern 8 im Bereich der Anschlüsse 7 innere Funktionsflächen 13 mitgroßerForm- und Maßhaltigkeit,die es gemäß 13b ermöglichen, spannzangenartige Einsatzteile 14 bzw.Dichtringe 15 unmittelbar ohne weitere Bearbeitung einzusetzenin die dann nur noch eine nicht dargestellte Anschlussleitung eingeschobenwird.
    [0036] Gemäß 16 können abgesehen von der in den 1 bis 15 dargestellten und besprochenen Ausbildungder Kühlkörper 6 als über Anschlüsse 7 mitflüssigemKühlmediumdurchströmbareHohlkörperfür kühltechnischeinfachere Aufgaben auch einfache Konvektionskühlkörper auf entsprechenden elektrischenBaugruppen gemäß der Erfindunghergestellt werden. Es entfallen dabei lediglich die Anschlüsse 7 aufdem Kern 8 bzw. sind diese Anschlüsse durch geeignete Öffnungenan den schlußendlich entstehendenHohlkörpernzu ersetzen, die entweder nachträglichnach Herstellung der Dickschicht-Beschichtung gebohrt werden oderaber durch entsprechende Einsätzean den Kernen bereits bei der Dickschicht-Beschichtung mitgeformt werden. DieKerne 8 werden in diesem Falle mit geeigneten, kühlrippenartigenOberflächenvergrößerungenoder dergleichen versehen und erfüllen dann ohne zusätzliches Durchströmen mitWärmeübertragungsmedium,gegebenenfalls zusammen mit einem Kühlerlüfter, ihre Kühlfunktion.Das Herstellverfahren der Baugruppe bleibt davon abgesehen gegenüber derobigen Beschreibung unverändert.
    [0037] Weiterskönnteals Alternative zu dem obenstehend beschriebenen Aufbringen derKerne 8 unmittelbar auf dem Träger 2 mit anschließender gemeinsamerBasis-Beschichtung von Träger 2 und Kernen 8 auchvorgesehen werden, den plattenförmigenTräger 2 bereitsvorweg mit einer durchgehenden elektrisch leitenden Basisschichtzu versehen und die Maskierung fürdie weitere Herstellung der Leiterbahnen bereits vorweg in einemeinfacheren planaren Verfahren aufzubringen. Die Steilen, wo dannanschließenddie Kerne 8 aufzubringen sind, bleiben dabei natürlich freivon Maskierung. Nach dem Anbringen der Kerne 8 kann diegesamte Baugruppe dann beispielsweise in einem chemischen Tauchbadmit einer nun auch den Kern 8 bedeckenden Basisschichtversehen werden, die an der Maskierung ohnedies nicht anhaftet.Das weitere Herstellverfahren erfolgt dann wie beschrieben.
    [0038] ImZusammenhang mit der zuletzt genannten Alternative wäre es auchmöglich,die Maskierung gemeinsam mit den Kernen in einem Arbeitsvorgang aufden bereits mit der durchgehenden elektrisch leitenden Basisschichtversehenen Trägeraufzubringen und zwar mit Hilfe einer Zwei-Spindel-Spritzgußmaschine,was fürbestimmte Fälleeine weitere Erleichterung im Produktionsvorgang ermöglicht.
    [0039] Dieauf beschriebene Weise hergestellten elektrischen Baugruppen sindeinfach und kostengünstigund weisen gegenüberherkömmlichenentsprechenden Baugruppen auch hin sichtlich der KühlwirkunggroßeVorteile auf. HerkömmlicheLeistungsmodule werden beispielsweise auf einer isolierenden Keramikerzeugt und direkt mit dem Kühlkörper mechanischdurch Anpressen verbunden. Da die zur Verfügung stehenden Oberflächen ausKostengründenin der Regel nicht absolut plan zur Verfügung stehen und die Keramikplatteebenfalls eine oberflächlicheWelligkeit aufweist, wird meist ein Ausgleichsmedium benötigt; imeinfachsten Falle eine Wärmeleitpasteoder eine Leitfolie mit relativ hohem thermischen Widerstand. Ohnederartige zusätzlicheMaßnahmenkommt es zu Lufteinschlüssen,die sogar noch gravierender thermisch isolierend wirken. Beim beschriebenenerfindungsgemäßen Verfahrenwird dieser Nachteil auf einfachste Weise vermieden, da störende thermischschlecht leitende Bereiche oder Materialien komplett entfallen undeine optimale Ankoppelung fürdas thermische Management der Elektronik gegeben ist.
    权利要求:
    Claims (19)
    [1] Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Baugruppe(1), wobei ein im wesentlichen plattenförmiger, elektrisch nichtleitenderTräger(2) auf zumindest einer Seite mit Leiterbahnen (4)und zumindest einem Verlustwärmeproduzierenden Bauteil (5) und auf einem diesem Bauteil(5) im wesentlichen gegenüberliegenden Bereich der anderenSeite mit zumindest einem Kühlkörper (6)versehen wird, dadurch gekennzeichnet, daß für den Kühlkörper (6) vorerst einverlorener Kern (8) auf den Träger (2) aufgebrachtwird, wonach die Leiterbahnen (4) und der Kühlkörper (6)durch gleichzeitige Beschichtung (10, 9) beiderSeiten des Trägers(2) mit leitfähigemMaterial hergestellt werden, und daß der Kern (8) anschließend ausdem verbleibenden Hohlraum im Kühlkörper (6)entfernt und die Bauteile auf dem Träger (2) leitend befestigtwerden.
    [2] Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,daß derverlorene Kern (8) aus Wachs, oder ähnlichen elektrisch nicht leitenden,währendder Beschichtung harten und zum Entfernen chemisch und/oder mittelsErwärmungzumindest teilweise verflüssigbarenSubstanzen besteht und durch Spritzgießen, Aufschmelzen, Aufklebenoder dergleichen auf dem Träger(2) angebracht wird.
    [3] Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet,daß alsTräger(2) Keramik, vorzugsweise Aluminiumoxid- oder Aluminiumnitrid-Keramik, odereine Vielschichttechnologie-Platte mit im Inneren angeordneten Leiterbahnen,verwendet wird.
    [4] Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis3 dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche desTrägers(2) vor der Anbringung des Kerns (8), bzw. vorder Basisbeschichtung (10, 9) mit leitfähigem Material,durch Aufrauhen, Ätzenoder dergleichen vorbehandelt wird.
    [5] Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis4, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (2)bzw. gegebenenfalls der Träger(2) samt Kern (8) vorweg in einem chemischen Beschichtungsverfahren,vorzugsweise mit Kupfer, in der Stärke von wenigen μm elektrischleitend beschichtet wird.
    [6] Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,daß diechemisch angebrachte, elektrisch leitende Basisschicht (10)in einem elektrolytischen Verfahren galvanisch zur Stabilisierungverstärkt wird.
    [7] Verfahren nach Anspruch 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet,daß dievon der weiteren Dickschicht-Beschichtung (9) mit elektrischleitendem Material freizuhaltenden Bereiche beider Seiten des vorbeschichtetenTrägers(2) bzw. der aus Träger(2) samt Kern (8) und aufgebrachter, elektrischleitender Beschichtung (10) bestehenden Baueinheit miteiner elektrisch nicht leitenden Maskierung (11) versehen werden,vorzugsweise mittels an sich bekannter flüssigkeitsresistenter oder feststoffresistenterVerfahren.
    [8] Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,daß dieDickschicht-Beschichtung(9) mit elektrisch leitendem Material, vorzugsweise Kupfer, mittelseines chemischen oder galvanischen Beschichtungsverfahrens vorgenommenwird, wobei eine allenfalls erforderliche elektrische Kontaktierung über dieunter der Maskierung (11) durchgehende, elektrisch leitendeBasisschicht (10), oder über fahnenartige Verbindungender Dickschicht-Bereiche zu einem durchgehenden, rund um die gesamteBaugruppe (1) verlaufenden, später abgetrennten leitendenRand, erfolgt.
    [9] Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,daß dieDickschicht-Beschichtung(9) unter Berücksichtigungder jeweiligen Anforderungen mit lokal unterschiedlicher Dicke ausgeführt wird,vorzugsweise durch selektive Anbringung von Vorhängen im Beschichtungsbad, gezieltePositionierung und Formgebung von Opferanoden oder angepasste Konstruktionder Haltegestelle.
    [10] Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,daß zurVerbesserung der weiteren Bearbeitbarkeit eine zusätzlicheBeschichtung der Dickschicht-Bereiche (9), vorzugsweisemit einer dünnen Schichtaus Nickel, Gold oder Nickelphosphor, erfolgt.
    [11] Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis10, dadurch gekennzeichnet, daß die Maskierung(11) vor einer Differenzätzung zur Beseitigung der anfänglich aufgebrachtendurchgehenden elektrisch leitenden Beschichtung (10) inden nicht mit der Dickschicht-Beschichtung (9) versehenenBereichen entfernt wird.
    [12] Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis11, dadurch gekennzeichnet, daß auf einemdurchgehenden gemeinsamen Träger(2) mehrere Baugruppen (1) gleichzeitig vorbereitetwerden, zu deren mechanischer Trennung Bruchlinien (3),vorzugsweise mittels Diamantritzung oder Lasernutung, am Träger (2)angebracht werden, vorzugsweise erst nach dem Beseitigen der anfänglich aufgebrachten,durchgehenden elektrisch leitenden Schicht (10).
    [13] Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis12, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufhängung derBaueinheit fürdie Dickschicht-Beschichtung (9) an den Anschlüssen (7)bzw. entsprechenden separaten Öffnungendes Kühlkörpers (6) erfolgtund damit auch ein Abfließendes zum HerauslösenverflüssigtenKerns (8) überdiese Öffnungenmöglichist.
    [14] Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis13, dadurch gekennzeichnet, daß der verloreneKern (8) fürden Kühlköper (6)im Bereich von dessen Anschlüssen(7) mit einer zumindest einen Teil der Anschlussgeometriedefinierenden Form ausgeführtwird.
    [15] Elektrische Baugruppe (1) mit einem imwesentlichen plattenförmigen,elektrisch nicht leitenden Träger(2), der auf zumindest einer Seite Leiterbahnen (4)und zumindest einen Verlustwärmeproduzierenden Bauteil (5) und auf einem diesem Bauteil(5) im wesentlichen gegenüberliegenden Bereich der anderenSeite zumindest einen Kühlkörper (6)trägt, dadurchgekennzeichnet, daß dieLeiterbahnen (4) und der Kühlkörper (6) aus einergleichzeitig auf dem Träger(2) sowie einem darauf angeordneten, den Innenraum desKühlkörpers (6)definierenden, verlorenen Kern (8) angebrachten Dickschicht-Beschichtung(9) bestehen.
    [16] Baugruppe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,daß aufder Dickschicht-Beschichtung (9)eine zusätzlicheBeschichtung, vorzugsweise eine dünne Schicht aus Nickel, Goldoder Nickelphosphor, angeordnet ist.
    [17] Baugruppe nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet,daß derTräger(2) aus technischer Keramik, vorzugsweise Aluminiumoxid-oder Aluminiumnitrid-Keramik,oder einer Vielschichttechnologie-Platte mit im Inneren angeordnetenLeiterbahnen und die Dickschicht-Beschichtung (9) aus Kupferbesteht.
    [18] Baugruppe nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis17, dadurch gekennzeichnet, daß dieDickschicht-Beschichtung (9) unter Berücksichtigung der jeweiligenAnforderungen lokal unterschiedliche Dicke aufweist.
    [19] Baugruppe nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 bis18, dadurch gekennzeichnet, daß dieAnschlüsse(7) des Kühlkörpers (6)unmittelbar einstückigmit der Dickschicht-Beschichtung (9) ausgeführte, durchdie Außenkonturdes verlorenen Kerns (8) in diesem Bereich definierte Funktionsflächen (13)für Leitungsanschlüsse für das Wärmeübertragungsmediumaufweisen.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    AT6359U3|2004-03-25|
    AT6359U2|2003-08-25|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2004-12-30| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2005-06-09| 8130| Withdrawal|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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