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    EineWärmeableitkonstruktion (100)enthälteine Wärmeerzeugende Elektronikkomponente (1) auf einem Schaltungssubstrat(2), ein thermisch leitfähigesGehäuse(3) und Schmiermittel (4). Die Elektronikkomponente (1) und dasSubstrat (2) sind in dem Gehäuse(3) aufgenommen. Das Schmiermittel (4) ist zwischen dem Gehäuse (3)und der Elektronikkomponente (1) und/oder dem Substrat (2) zum Übertragender durch die Elektronikkomponente (1) erzeugten Wärme aufdas Gehäuse(3) vorgesehen. Das Gehäuse(3) hat Kontaktflächen(3f, 3h), welche mit dem Schmiermittel (4) in Kontakt stehen. DieKontaktflächenhaben eine freie Energie (E) von mindestens 20 mN/m und eine Rauheit(Rz) von mindestens 1,0 µm.
    公开号:DE102004024616A1
    申请号:DE102004024616
    申请日:2004-05-18
    公开日:2004-12-16
    发明作者:Kazutoshi Kariya Ito；Akihiro Kariya Mizutani；Takamasa Kariya Oguri
    申请人:Denso Corp；
    IPC主号:H01L23-36
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft eine Wärmeableitkonstruktion für eine Elektronikkomponente bzw.ein Elektronikbauteil.
    [0002] Ineiner elektronischen Schaltung wird von einer Wärme erzeugenden Komponente,wie beispielsweise einem Leistungstransistor, abgestrahlte Wärme üblicherweisedurch einen an der Komponente befestigten Kühlkörper abgeleitet. Jedoch istdas Befestigen eines solchen Kühlkörpers einkostenintensiver Prozess und deshalb kann eine Wärmeableitkonstruktion mit demKühlkörper nichtin den Kosten reduziert werden. Außerdem kann der Kühlkörper nichtfür dasAbleiten von durch das oberflächenmontierteGerät erzeugteWärme verwendetwerden.
    [0003] Umdie Probleme zu lösen,wird ein Gehäuse zumAufnehmen einer Elektronikkomponente und eines Schaltungssubstratsals Kühlkörper verwendet unddas Substrat ist überein Wärmeableitelement thermischmit dem Gehäusegekoppelt. Wärmeableitkonstruktionenmit Schmiermittel als Wärmeableitelementwerden in der JP-A-2002-83912, der JP-A-2002-93962, der JP-A-2002-217346und JP-A-5-335452vorgeschlagen. Das Schmiermittel wird wegen seiner Flexibilität einfachauf Elektronikkomponenten aufgebracht und die Wärmekopplung zwischen einemGehäuseund der Elektronikkomponente oder einem Substrat wird passend gehalten. Außerdem wirdauf die Elektronikkomponente keine thermische Beanspruchung ausgeübt, weildas Schmiermittel nicht ausgehärtetwird.
    [0004] Esist jedoch schwierig, das Schmiermittel wegen seines Fließverhaltensin einer vorbestimmten Position zu halten, wenn Vibrationen auftreten. DasWärmeableitvermögen desSchmiermittels wird mit der Zeit schlechter. Wenn das Schaltungssubstrat ineinem Fahrzeug eingebaut ist, in welchem Temperaturen stark schwanken,neigt das Schmiermittel dazu, sich während Kühlzyklen in die Richtung der Schwerkraftzu bewegen.
    [0005] Inder JP-A-2002-93962 ist ein Loch in dem Kühlkörper zum Halten des Schmiermittelsvorgeschlagen, wenn das Schmiermittel aufgrund einer Verkleinerungdes Volumens des Schmiermittelaufnahmeraums ausgedrückt wird.Das Volumen des Schmiermittelaufnahmeraums wird verkleinert, wenn sichdas Substrat oder der Kühlkörper alsErgebnis von Kühlzyklenverzieht. Die Bewegung des Schmiermittels wird durch das Loch reduziert.Jedoch neigt das Schmiermittel dazu, sich schneller über dieKontaktflächedes Kühlkörpers zuverbreiten als in das Loch oder den Schacht zu strömen. Deshalbwird die Bewegung des Schmiermittels nicht richtig verringert.
    [0006] Inder JP-A-2002-217346 und der JP-A-5-335452A ist ein Schacht in demKühlkörper oderdem Substrat zum Halten des Schmiermittels vorgesehen. Das Schmiermittelist in dem Schacht platziert, sodass die Bewegung des Schmiermittels über dieKontaktflächeverringert ist. Jedoch wird der Schacht zu einem Hindernis der Installationder Elektronikkomponente an dem Substrat und deshalb ist die Flexibilität beim Schaltungsentwurfverringert. Außerdemist eine großeMontageflächefür dasSubstrat erforderlich.
    [0007] Dievorliegende Erfindung hat deshalb eine Aufgabe, eine Wärmeableitkonstruktionmit einem Schmiermittel als Wärmeableitelementvorzusehen, das in einer vorbestimmten Position bleibt und das Wärmeableitvermögen für eine langeZeit beibehält, ohnedie Flexibilitätdes Schaltungsentwurfs zu reduzieren. Eine Wärmeableitkonstruktion der vorliegendenErfindung enthälteine Wärmeerzeugende Elektronikkomponente, ein Schaltungssubstrat, ein wärmeleitfähiges Gehäuse undein Schmiermittel.
    [0008] DieElektronikkomponente ist an dem Substrat montiert. Die Elektronikkomponenteund das Substrat sind durch das Gehäuse aufgenommen. Das Schmiermittelist zwischen dem Gehäuseund der Elektronikkomponente oder dem Substrat zum Übertragender durch die Elektronikkomponente erzeugten Wärme auf das Gehäuse vorgesehen.Das Gehäuseweist eine Oberflächemit einer Kontaktfläche auf,welche mit dem Schmiermittel in Kontakt steht. Die Kontaktfläche hateine freie Energie von mindestens 20 mN/m und eine Rauheit von mindestens1,0 μm.Die freie Energie und die Rauheit der Kontaktfläche betragen bevorzugt mindestens34 mN/m bzw. 2,5 μm.
    [0009] Wenndie Kontaktflächedie freie Energie von mindestens 20 mN/m, bevorzugt 34 mN/m besitzt, haftetdas Schmiermittel wahrscheinlicher an der Kontaktfläche unddeshalb fließtdas Schmiermittel nicht. Wenn die Kontaktfläche die Rauheit von mindestens1,0 μm,bevorzugt 2,5 μmaufweist, erzeugt die Oberflächenrauheiteinen Widerstand gegen die Bewegung des Schmiermittels. Das anfängliche Wärmeableitvermögen desSchmiermittels wird für einelange Zeit aufrechterhalten, da die Bewegung des Schmiermittelsdurch die freie Energie und die Rauheit der Kontaktfläche reduziertist. Deshalb behältdie Wärmeableitkonstruktionihre Leistungsfähigkeitbei der Wärmeableitung.
    [0010] Obigesowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindungwerden aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahmeauf die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen:
    [0011] 1 eine Querschnittsansichteiner Wärmeableitkonstruktiongemäß den Ausführungsbeispielender vorliegenden Erfindung;
    [0012] 2 eine Tabelle von Vibrationstestergebnissengemäß dem erstenAusführungsbeispielder vorliegenden Erfindung;
    [0013] 3A eine Querschnittsansichtder Wärmeableitkonstruktionum ein Substrat, eines Gehäusesund eines Schmiermittels, die in der Konstruktion enthalten sind,welche die Wärmeausdehnungdes Schmiermittels gemäß dem erstenAusführungsbeispielzeigt;
    [0014] 3B ein Verteilungsdiagrammder Scheerbeanspruchung an Oberflächen des Substrats und desGehäusesgemäß dem erstenAusführungsbeispiel;
    [0015] 3C ein Diagramm der Scheerbeanspruchungin einem durch gestrichelte Linien in 3B angedeutetenBereich A gemäß dem erstenAusführungsbeispiel;
    [0016] 4A eine Querschnittsansichtder Wärmeableitkonstruktionum das Substrat, eines Gehäusesmit einem Vorsprungabschnitt und des Schmiermittels gemäß dem zweitenAusführungsbeispielder vorliegenden Erfindung;
    [0017] 4B eine Tabelle der Ergebnissevon Kühlzyklentests,die an der in 4A dargestellten Wärmeableitkonstruktiongemäß dem zweitenAusführungsbeispieldurchgeführtwurden;
    [0018] 4C ein Diagramm der Ergebnisseder Kühlzyklentestsgemäß dem zweitenAusführungsbeispiel;
    [0019] 5A eine Draufsicht einesGehäusesmit einem Vorsprungabschnitt gemäß dem zweitenAusführungsbeispiel;
    [0020] 5B eine Draufsicht einesGehäusesmit einem Vorsprungabschnitt in einem Zeilenmuster gemäß dem zweitenAusführungsbeispiel;
    [0021] 5C eine Draufsicht einesGehäusesmit einem Vorsprungabschnitt in einem Gittermuster gemäß dem zweitenAusführungsbeispiel;
    [0022] 5D eine Draufsicht einesGehäusesmit einem Vorsprungabschnitt in einem Honigwabenmuster gemäß dem zweitenAusführungsbeispiel;
    [0023] 6A eine Querschnittsansichtder Wärmeableitkonstruktionum das Substrat, eines Gehäusesund des Substrats gemäß dem drittenAusführungsbeispielder vorliegenden Erfindung;
    [0024] 6B eine Tabelle der Ergebnissevon Kühlzyklentests,die an der in 6A dargestellten Wärmeableitkonstruktiongemäß dem drittenAusführungsbeispieldurchgeführtwurden; und
    [0025] 6C ein Diagramm der Ergebnisseder Kühlzyklentestsgemäß dem drittenAusführungsbeispiel.
    [0026] Diebevorzugten Ausführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung werden Bezug nehmend auf die beiliegendenZeichnungen erläutert.In den Zeichnungen werden die gleichen Bezugsziffern für die gleichenKomponenten und Vorrichtungen verwendet.
    [0027] Bezugnehmend auf 1 enthält eineWärmeableitkonstruktion 100 eineWärme erzeugende Elektronikkomponente(bzw. Elektronikbauteil) 1, ein Schaltungssubstrat 2,ein Gehäuse 3,ein Schmiermittel 4 und Lot 5. Die Elektronikkomponenteist aus einem Halbleiterchip 1a, der Wärme erzeugt, einer Basis 1b undeinem Kunstharz 1c aufgebaut. Der Halbleiterchip 1a istauf der Basis 1b montiert und mit dem Kunstharz 1c vergossen.Das Substrat 2 ist ein allgemein verwendetes Mehrlagenplatinensubstrat miteiner Isolationsbasis 2a und in den mehreren Lagen gebildetenLeitungsmustern 2b.
    [0028] DieElektronikkomponente 1 ist auf dem Substrat 2 durchLöten derBasis 1b an die auf der Oberfläche des Substrats 2 gebildetenLeitungsmuster 2b montiert. Das Gehäuse 3 mit der Wärmeleitfähigkeit istaus einem unteren Gehäuse 3a undeinem oberen Gehäuse 3b zumAufnehmen der Elektronikkomponente 1 und des Substrats 2 aufgebaut.Das Schmiermittel 4 ist zwischen dem unteren Gehäuse 3a unddem Substrat 2 und zwischen dem oberen Gehäuse 3b undder Elektronikkomponente 1 zum Übertragen der durch die Elektronikkomponente 1 erzeugtenWärme aufdas Gehäuse 3 vorgesehen.Das zwischen dem unteren Gehäuse 3a unddem Substrat 2 vorgesehene Schmiermittel 4 wirdals unteres Schmiermittel 4a bezeichnet. Das zwischen dem oberenGehäuse 3b undder Elektronikkomponente 1 vorgesehene Schmiermittel 4 wirdals oberes Schmiermittel 4b bezeichnet.
    [0029] Dasuntere Gehäuse 3a unddas obere Gehäuse 3b stehenmit dem Schmiermittel in Bereichen in Kontakt, die in 1 durch strichpunktierteLinien angedeutet sind. Die Oberflächen des unteren Gehäuses 3a unddes oberen Gehäuses 3b inden Bereichen werden als Kontaktflächen 3f bzw. 3h bezeichnet.Die Kontaktflächen 3f und 3h sindso behandelt, dass ihre freie Energie E und ihre Rauheit Rz in Bereichenliegen, die basierend auf in 2 dargestelltenErgebnissen von Vibrationstests vorbestimmt sind. Die Rauheit Rzdurch das Verfahren gemäß JIS B0601gemessen.
    [0030] Dasin den Tests verwendete Schmiermittel 4 hat Silikon alsBasisbestandteil und Zinkoxid (ZnO) als Füllmittel. ZnO ist in das Silikonin einem Bereich zwischen einschließlich 60 Gew.-% und einschließlich 90Gew.-% gefüllt,sodass das Schmiermittel 4 eine Viskosität in einemBereich zwischen 200 Pa·secund 500 Pa·secbesitzt. Das Schmiermittel 4 hat eine hohe Wärmeleitfähigkeitund eine geeignete Viskosität.Deshalb wird die Wärmeableitfähigkeit desSchmiermittels 4 übereine ausgedehnte Zeitdauer aufrecht erhalten. Die Viskosität des Schmiermittels 4 wirddurch ein Malcolm-Spiralviskometer bei 10 U/min und 25°C gemessen.Bewegungswege D werden nach Anwendungen von Vibrationen mit 20 G für 96 Stundengemessen.
    [0031] Dasin den Proben 3 bis 5 verwendete Walz-Aluminiumhat eine hohe Wärmeleitfähigkeit undein hohes Wärmefreisetzungsvermögen. Deshalbwird es allgemein fürSchaltungssubstratgehäuseverwendet. Die in den Proben 3 bis 5 verwendeten Walz-Aluminiumelementehaben nicht-behandelte Oberflächenmit der freien Energie E in einem Bereich zwischen 31,0 mN/m und37,1 mN/m und der OberflächenrauheitRz in einem Bereich zwischen 0,7 μmund 2,51 μm.Das in der Probe 6 verwendete Druckguss-Aluminium wirdebenfalls allgemein für Schaltungssubstratgehäuse verwendet.Das Druckguss-Aluminium hat eine freie Oberflächenenergie E von 34,6 mN/mund eine OberflächenrauheitRz von 4,25 μm.
    [0032] Stahlhat üblicherweiseeine größere freie Oberflächenenergieals Aluminium. Der Walz-Stahl der Probe 7 hat eine freieOberflächenenergieE von 40,5 mN/m und eine OberflächenrauheitRz von 2,94 μm.Kunstharz hat üblicherweiseeine kleinere freie Oberflächenenergieals Metall. TeflonTM der Probe 1 hateine freie OberflächenenergieE von 1,93 mN/m und eine OberflächenrauheitRz von 1,42 μm.CellophanTM der Probe 2 hat einefreie Oberflächenenergie Evon 25,1 mN/m und eine OberflächenrauheitRz von 0,75 μm.
    [0033] DieErgebnisse zeigen die Bewegung des Schmiermittels 4 inden Proben 1 und 2, die eine niedrige freie Oberflächenenergiehaben, und den Proben 3 und 4, die eine geringeOberflächenrauheit Rzhaben. In der Probe 5, die eine große Oberflächenrauheit Rz hat, der Probe 6,welche Walz-Aluminium verwendet, und der Probe 7, welcheWalz-Metall verwendet, ist die Bewegung des Schmiermittels nichtbestätigt.
    [0034] Auseiner Analyse der Ergebnisse bezüglich derProben 1 bis 4 muss die Kontaktfläche 3f, 3h eine freieEnergie E von mindestens 20 mN/m und eine Rauheit von mindestens1,0 μm haben,um das Schmiermittel 4 zu halten. Es ist gemäß der Analyse derErgebnisse bezüglichder Proben 5 bis 7 bevorzugt, dass die Kontakt fläche 3f, 3h einefreie Energie E von mindestens 34 mN/m und eine Rauheit Rz von mindestens2,5 μm hat,um das Schmiermittel 4 zu halten.
    [0035] Wenndie Kontaktfläche 3f, 3h diefreie Energie E von mindestens 20 mN/m, bevorzugt 34 mN/m aufweist,haftet das Schmiermittel 4 wahrscheinlicher an der Kontaktfläche 3f, 3h unddeshalb fließtdas Schmiermittel 4 nicht. Wenn die Kontaktfläche 3f, 3h dieRauheit Rz von mindestens 1,0 μm,bevorzugt 2,5 μmaufweist, erzeugt die Oberflächenrauheiteinen Widerstand gegen die Bewegung des Schmiermittels 4.Die Bewegung des Schmiermittels 4 wird durch die kombinierteWirkung der freien Energie E und der Rauheit Rz reduziert.
    [0036] Inder Konstruktion 100 besitzt die Kontaktfläche 3f, 3h diefreie Energie E von mindestens 20 mN/m, bevorzugt 34 mN/m, und dieRauheit Rz von mindestens 1,0 μm,bevorzugt 2,5 μm.Als Ergebnis ist die Bewegung des Schmiermittels 4 reduziertund das anfänglicheWärmeableitvermögen desSchmiermittels 4 wird füreine lange Zeit aufrecht erhalten. Insbesondere erhält die Konstruktion 100 ihreWärmeableitleistung.
    [0037] Außerdem besitztWalz-Aluminium der Probe 5, Druckguss-Aluminium der Probe 6 oderStahl der Probe 7 die freie Oberflächenenergie E und die OberflächenrauheitRz in diesen Bereichen. Wenn solche Materialien für das Gehäuse 3 verwendetwerden, ist keine spezielle Oberflächenbehandlung erforderlich,um die Bewegung des Schmiermittels 4 zu reduzieren.
    [0038] Ineinem Fahrzeug sind Schaltungssubstrate in verschiedenen Positionenund unter Bedingungen, dass die Temperatur stark schwankt, eingebaut.Unter solchen Bedingungen neigt das Schmiermittel zu, sich durcheinen Kühlzyklusin die Richtung der Schwerkraft zu bewegen. Wenn sich zum Beispieldie Temperatur von 25°Cauf 105°Cverändert,dehnt sich das Schmiermittel 4 thermisch in die mit einem weißen Pfeilin 3A angedeutete Richtungaus. Die thermische Beanspruchung, die auf das Schmiermittel 4 ausgeübt wird,unmittelbar bevor das Schmiermittel beginnt, sich zu bewegen, wirddurch die Finite-Elemente-Methode analysiert. Die Anordnung desSubstrats 2, des Gehäuses 3 unddes Schmiermittels 4 und die Bedingungen des Schmiermittels 4 inder Analyse sind in 3A dargestellt.
    [0039] Wennsich das Schmiermittel 4 thermisch ausdehnt, werden Scherbeanspruchungenerzeugt, wie sie in 3B dargestelltsind. Die Beanspruchung konzentriert sich um Kanten der Kontaktflächen desSchmiermittels 4. Die Kontaktflächen sind Oberflächen, welchemit dem Substrat 2 oder dem Gehäuse 3 in Kontakt stehen.Die Kante der Kontaktfläche,welche mit dem Gehäuse 3 inKontakt steht, ist durch eine strichpunktierte Linie gekennzeichnet undwird als Bereich A bezeichnet. Die Beziehung zwischen einem Niveauder Scherbeanspruchung in dem Bereich A und einem Abstand von derKontaktflächeist in 3C dargestellt.Die Beanspruchung konzentriert sich in einem Bereich innerhalb etwa25 μm desAbstands.
    [0040] DasSchmiermittel 4 beginnt, sich zu bewegen, wenn eine Expansionskraftdes Schmiermittels 4 größer alsdie Spannung wird, welche das Schmiermittel 4 an der Bewegunghindert. Das Schmiermittel 4 bewegt sich nicht zu seinerAusgangsposition zurück,selbst wenn die Temperatur gefallen ist. Als Ergebnis bewegt sichdas Schmiermittel 4 mit Fortschreiten des Kühlzyklus.Die Bewegung des Schmiermittels 4 ist deutlicher, wenndas Substrat 2 oder das Gehäuse 3 in einem Winkelbezüglichder Richtung der Schwerkraft G angeordnet ist, als sie bei einerhorizontalen Anordnung ist. Wenn das Substrat 2 oder dasGehäuse 3 in90° angeordnetist, ist die Bewegung des Schmiermittels 4 am deutlichsten.
    [0041] Umdie Bewegung des Schmiermittels 4 zu reduzieren, ist einVorsprungabschnitt 30d an einer Gehäusefläche 30e vorgesehen,welche dem Schmiermittel gegenüberliegt. Der Vorsprungabschnitt 30d ist in einem Bereichangrenzend an die Kontaktfläche 30f,insbesondere nahe der Kante des Schmiermittels 4 vorgesehen,wie in 4A dargestellt.Das Gehäuse 30 istaus Druckguss-Aluminium gemacht und wird anstelle des Gehäuses 3 desersten Ausführungsbeispielsverwendet. Ein Vorsprungabschnitt kann auch an einer Substratoberfläche 2e vorgesehensein, welche dem Schmiermittel 4 gegenüber liegt. Die Höhe H desVorsprungabschnitts 30d von der Oberfläche 30e misst mindestens25 μm, sodassdas Schmiermittel 4 sich nicht weiter bewegt.
    [0042] Kühlzyklentestswerden an dem Schmiermittel 4 durchgeführt, von welchem 0,2 ml zwischendem Substrat 2 und dem Gehäuse 30 in einer solchen Weisevorgesehen sind, dass seine Dicke 1 mm beträgt, wie in 4A dargestellt. In den Kühlzyklen testswerden die Temperaturen zwischen –40°C und 150°C verändert, und die BewegungswegeD1 des Schmiermittels 4 werden gemessen. Die Ergebnisse derKühlzyklentestssind in 4B gezeigt.Die Bewegungswege D1 sind zwischen dem Gehäuse 30 mit dem Vorsprungabschnitt 30d undjenem ohne Vorsprungabschnitt 30d, nämlich mit der Höhe H = 0 mm,bei 50 Zyklen nicht sehr verschieden. Jedoch beträgt ein durchschnittlicherBewegungsweg D1 bei 300 Zyklen etwa 8 mm, wenn der Vorsprungsabschnitt 30d nichtvorgesehen ist. Dies ist eine deutliche Bewegung. Der durchschnittlicheBewegungsweg wird verringert, wenn der Vorsprungabschnitt 30d mitder HöheH von 0,1 mm oder mehr vorgesehen ist.
    [0043] DerBewegungsweg D1 wird reduziert, selbst wenn die Höhe H desVorsprungabschnitts 30d in der Größenordnung von 25 μm liegt.Deshalb kann der Vorsprungabschnitt 30d an irgendeinerStelle an dem Substrat 2 oder dem Gehäuse 30 ohne Behinderung derInstallation der Elektronikkomponenten vorgesehen sein. Insbesondereist die Flexibilitätbei der Konstruktion nicht verringert.
    [0044] DerVorsprungabschnitt 30d kann in verschiedenen Formen vorgesehensein, wie in 5A bis 5D gezeigt. Die Vorsprungabschnitte 31d bis 34D sindan Oberflächen 31e bis 34e vonGehäusen 31 bis 34 inBereichen angrenzend an die Kontaktflächen 31f bis 34f vorgesehen.Die Gehäuse 31 bis 34 sindin der Wärmeableitkonstruktion 100 inAbhängigkeitvon Bedingungen oder Anforderungen des Einsatzes austauschbar verwendbar.
    [0045] DerVorsprungabschnitt 31d ist an der Gehäuseoberfläche 31e senkrechtzu der Richtung der Tangentialkomponente der Schwerkraft G unterdem Schmiermittel 4 angeordnet. Diese Form ist insbesonderebevorzugt, wenn das Gehäuse 31 ineinem Winkel bezüglichder Richtung der Schwerkraft G angeordnet ist. Unter einer solchenBedingung neigt das Schmiermittel 4 dazu, sich in der Richtungder Tangentialkomponente der Schwerkraft G an der Oberfläche 31e zubewegen. So kann die Bewegung des Schmiermittels 4 durchden Vorsprungabschnitt 31d, welcher senkrecht zu der Richtungder Tangentialkomponente der Schwerkraft G unter dem Schmiermittel 4 ausgebildetist, verringert werden.
    [0046] DerVorsprungabschnitt 32d ist in einem Zeilenmuster in derRichtung senkrecht zu der Richtung der Tangentialkomponente derSchwerkraft G an einer Gehäuseober fläche 32e umden Kontakt ausgebildet. Die Bewegung des Schmiermittels 4 kann durchden Vorsprungabschnitt 32d, welcher eine größerer Fläche desGehäuses 32 imVergleich zu dem Vorsprungabschnitt 32d überdeckt,reduziert werden.
    [0047] DerVorsprungabschnitt 33d ist in einem Gittermuster an derKontaktflächedes Gehäuses 33 ausgebildet.Analog ist der Vorsprungabschnitt 34d in einem Honigwabenmusteran der Gehäuseoberfläche 34e ausgebildet.Diese Formen sind insbesondere bevorzugt, wenn Einbaupositionender Gehäuse 33 und 34 bezüglich derRichtung der Schwerkraft G nicht bekannt sind. Sie sind auch bevorzugt,wenn die Gehäuse 33 und 34 inverschiedenen Positionen eingebaut werden können. In solchen Fällen können dieVorsprungabschnitte 33d und 34d die Bewegung desSchmiermittels 4 reduzieren.
    [0048] DerVorsprungabschnitt 31d, 32d, 33d oder 34d kannauch an der Kontaktflächedes Substrats 2 ausgebildet sein. Die Bewegung des Schmiermittels 4 wirddurch die Vorsprungabschnitte 30d–34d effektiv reduziert,wenn die Dicke des Schmiermittels 4 höchstens 10 mm beträgt.
    [0049] Bezugnehmend auf 6A habenein Gehäuse 35 unddas Substrat 2 flache Kontaktflächen 35f und 2f,welche mit dem Schmiermittel 4 in Kontakt stehen, wenndas Schmiermittel 4 zwischen ihnen vorgesehen ist. DasGehäuse 35 istaus Druckguss-Aluminium gemacht. Es ist relativ zu der flachen Kontaktfläche 2f gezeigt,sodass ein Spalt zwischen ihnen an einem Ende (enges Ende) kleinerals an dem abgewandten Ende (breites Ende) ist. 0,2 ml des Schmiermittels 4 sindin dem Spalt in einer solchen Weise vorgesehen, dass seine Dickehöchstens 1mm beträgt,und Kühlzyklentestswerden durchgeführt.Temperaturen werden zwischen –40°C und 125°C verändert, undBewegungswege D2 des Schmiermittels 4 werden in den Kühlzyklentestsgemessen. Die Ergebnisse der Kühlzyklentestssind in 6B gezeigt.
    [0050] Wennsich das Schmiermittel 4 thermisch ausdehnt, ist die Dickedes Schmiermittels 4 an dem engen Ende klein und an dembreiten Ende groß.Im Allgemeinen wird der Strömungswiderstanddes Fluids groß,wenn ein Strömungspfadeng wird. Deshalb dehnt sich das Schmiermittel 4 zu dembreiten Ende aus, d.h. die Bewegung des Schmiermittels 4 zudem engen Ende ist reduziert. Die Bewegung des Schmiermittels 4 indie Richtung der Tangentialkomponente der Schwerkraft G an der Oberfläche 35e, 2e,ist reduziert, wenn das Substrat 2 und das Gehäuse 35 soangeordnet sind, dass sich der Spalt zwischen ihnen in diese Richtungverengt.
    [0051] DieseKonstruktion ist besonders bevorzugt, wenn das Substrat 2 oderdas Gehäuse 35 ineinem Winkel bezüglichder Richtung der Schwerkraft G angeordnet ist. Unter einer solchenBedingung ist die Bewegung des Schmiermittels 4 mit dieserKonstruktion reduziert.
    [0052] DieKühlzyklentestswerden unter Bedingungen durchgeführt, dass das Gehäuse 35 inunterschiedlichen Neigungswinkeln θ bezüglich des Substrats 2 angeordnetist. Bezug nehmend auf 6B und 6C sind Bewegungswege D2des Schmiermittels 4 in Tests mit 300 Zyklen klein, wennder Neigungswinkel θ 1° und größer ist.Gemäß den Ergebnisse derZyklentests, in welchen eine große Anzahl Zyklen wiederholtwird, ist ein bevorzugter Neigungswinkel θ 3° und größer.
    [0053] Wederdas Substrat 2 noch das Gehäuse 35 wird zu einemHindernis fürden Einbau von Elektronikkomponenten, weil seine Kontaktfläche 2f, 35f, flachist. So ist die Flexibilitätbei der Konstruktion nicht verringert.
    [0054] Dievorliegende Erfindung sollte nicht auf die zuvor diskutierten undin den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt sein,sondern kann auf verschiedene Weise ohne Verlassen des Schutzumfangsder Erfindung realisiert werden, wie er in den anhängendenAnsprüchendefiniert ist. Zum Beispiel könne üblicherweisebenutzte Schmiermittel, deren Viskosität zwischen 50 Pa·sec und2.000 Pa·seceinschließlichliegt, verwendet werden, um den gleichen Effekt wie bei den Ausführungsbeispielenzu erzeugen. Die Gehäusekönnenauch aus anderen Materialien gemacht sein.
    权利要求:
    Claims (25)
    [1] Wärmeableitkonstruktion(100) füreine Wärmeerzeugende Elektronikkomponente (1), mit einer Wärme erzeugendenElektronikkomponente (1); einem Schaltungssubstrat(2), auf welchem die Elektronikkomponente (1)montiert ist; einem thermisch leitfähigen Gehäuse (3, 30–35)zum Aufnehmen der Elektronikkomponente (1) und des Schaltungssubstrats(2); und Schmiermittel (4), das zwischendem Gehäuse(3, 30–35)und der Elektronikkomponente (1) und/oder dem Schaltungssubstrat(2) vorgesehen ist, zum Übertragen der durch die Elektronikkomponente(1) erzeugten Wärmeauf das Gehäuse(3, 30–35), dadurchgekennzeichnet, dass das Gehäuse (3, 30–35)eine Oberfläche(3e, 3g, 30e–35e) mit einer Kontaktfläche (3f, 3h, 30f–35f),welche mit dem Schmiermittel (4) in Kontakt steht, aufweist;und dass die Kontaktfläche(3f, 3h, 30f–35f) eine freie Energie(E) von mindestens 20 mN/m und eine Rauheit (Rz) von mindestens1,0 μm besitzt.
    [2] Wärmeableitkonstruktion(100) nach Anspruch 1 , bei welcher die Kontaktfläche (3f, 3h, 30f–35f) einefreie Energie (E) von mindestens 34 mN/m und eine Rauheit (Rz) vonmindestens 2,5 μmbesitzt.
    [3] Wärmeableitkonstruktion(100) nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher das Gehäuse (3, 30–35)aus Walz-Aluminium, Druckguss-Aluminium oder Stahl gemacht ist.
    [4] Wärmeableitkonstruktion(100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher dasSchmiermittel (4) eine Viskosität in einem Bereich zwischeneinschließlich50 Pa·secund einschließlich2.000 Pa·secbesitzt.
    [5] Wärmeableitkonstruktion(100) nach Anspruch 4, bei welcher das Schmiermittel(4) Silikon als Basiskomponente und Zinkoxid in einem Bereichzwischen einschließlich60 Gew.-% und einschließlich90 Gew.-% als Füllmaterialenthält;und das Schmiermittel (4) eine Viskosität in einemBereich zwischen einschließlich200 Pa·secund einschließlich500 Pa·secaufweist.
    [6] Wärmeableitkonstruktion(100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher dasGehäuse(30–34)und/oder das Schaltungssubstrat (2) einen Vorsprungabschnitt(30d–34d)an einer Oberfläche(30e–34e, 2e),welche dem Schmiermittel (4) gegenüber liegt, in einem Bereichangrenzend an die Kontaktfläche(30f–34f, 2f)aufweist; und der Vorsprungabschnitt (30d–34d)eine Höheh von 25 μmoder mehr bezüglichder Oberfläche(30e–34e, 2e)aufweist.
    [7] Wärmeableitkonstruktion(100) nach Anspruch 6, bei welcher der Vorsprungabschnitt(30d–34d) eineHöhe vonmindestens 0,1 mm besitzt.
    [8] Wärmeableitkonstruktion(100) nach Anspruch 6 oder 7, bei welcher das Gehäuse (30–34)und/oder das Schaltungssubstrat (2) in einem Winkel bezüglich derRichtung der Schwerkraft (G) angeordnet ist; der Vorsprungabschnitt(30d–34d)an der Oberfläche (30e–34e, 2e)in einer solchen Weise angeordnet ist, dass eine lange Achse desVorsprungabschnitts (30d–34d)parallel zu der Oberfläche(30e–34e, 2e) undsenkrecht zu einer Richtung der Tangentialkomponente der Schwerkraft(G), welche parallel zu der Oberfläche (30e–34e, 2e)ist, ist; und der Vorsprungabschnitt (30d–34d)in einem Bereich der Oberfläche(30e–34e, 2e)in der Richtung der Tangentialkomponente niedriger als der Bereich,in welchem das Schmiermittel (4) vorgesehen ist, ausgebildetist.
    [9] Wärmeableitkonstruktion(100) nach Anspruch 8, bei welcher der Vorsprungabschnitt(32d) in einem Zeilenmuster ausgebildet ist.
    [10] Wärmeableitkonstruktion(100) nach Anspruch 6 oder 7, bei welcher der Vorsprungabschnitt (33d)in einem Gittermuster ausgebildet ist.
    [11] Wärmeableitkonstruktion(100) nach Anspruch 6 oder 7, bei welcher der Vorsprungabschnitt (34d)in einem Honigwabenmuster ausgebildet ist.
    [12] Wärmeableitkonstruktion(100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher dieGehäuseoberfläche (35e)und die Schaltungssubstratoberfläche(2e) flach sind; und das Gehäuse (35) und das Schaltungssubstrat(2) in einer solchen Weise angeordnet sind, dass die Gehäuseoberfläche (35e)und die Schaltungssubstratoberfläche(2e) dem Schmiermittel (4) gegenüber liegenund zueinander geneigt sind.
    [13] Wärmeableitkonstruktion(100) nach Anspruch 12, bei welcher das Gehäuse 135)und/oder das Schaltungssubstrat (2) in einem Winkel bezüglich derRichtung der Schwerkraft (G) angeordnet ist; und das Gehäuse (35)und das Schaltungssubstrat (21 mit einem Spalt zwischender Gehäuseoberfläche (35e)und der Schaltungssubstratoberfläche(2e) in einer solchen Weise angeordnet sind, dass sichder Spalt in die Richtungen der Tangentialkomponenten der Schwerkräfte (G),welche parallel zu den Oberflächen(35e, 2e) sind, verengt.
    [14] Wärmeableitkonstruktion(100) nach Anspruch 12 oder 13, bei welcher das Gehäuse (35) unddas Schaltungssubstrat (2) in einer solchen Weise angeordnetsind, dass die Oberflächen(35e, 2e) einen Winkel von 1° oder mehr bilden.
    [15] Wärmeableitkonstruktion(100) nach einem der Ansprüche 6 bis 14, bei welcher dasSchmiermittel (4) eine Dicke von 10 mm oder weniger aufweist.
    [16] Wärmeableitkonstruktion(100) füreine Wärmeerzeugende Elektronikkomponente (1), mit einer Wärme erzeugendenElektronikkomponente (1); einem Schaltungssubstrat(2), auf welchem die Elektronikkomponente (1)montiert ist; einem thermisch leitfähigen Gehäuse (30–34) zum Aufnehmen derElektronikkomponente (1) und des Schaltungssubstrats (2);und Schmiermittel (4), das zwischen dem Gehäuse (30–34)und der Elektronikkomponente (1) und/oder dem Schaltungssubstrat(2) vorgesehen ist, zum Übertragen der durch die Elektronikkomponente(1) erzeugten Wärmeauf das Gehäuse(30–34), dadurchgekennzeichnet, dass das Gehäuse (30–34) und/oder das Schaltungssubstrat(2) einen Vorsprungabschnitt (30d–34d) an einer Oberfläche (30e–34e, 2e)in einem Bereich angrenzend an eine Kontaktfläche (30f–34f, 2f),welche mit dem Schmiermittel (4) in Kontakt steht, wobeidie Kontaktfläche(30f–34f, 2f) inder Oberfläche(30e–34e, 2e)enthalten ist, aufweist; und dass der Vorsprungabschnitt (30d–34d)einen Höhe von25 μm odermehr bezüglichder Oberfläche (30e–34e, 2e)aufweist.
    [17] Wärmeableitkonstruktion(100) nach Anspruch 16, bei welcher der Vorsprungabschnitt (30d–34d)eine Höhevon 0,1 mm oder mehr aufweist.
    [18] Wärmeableitkonstruktion(100) nach Anspruch 16 oder 17, bei welcher das Gehäuse (30–34)und/oder das Schaltungssubstrat (2) in einem Winkel bezüglich derRichtung der Schwerkraft (G) angeordnet ist; der Vorsprungabschnitt(30d–34d)an der Oberfläche (30e–34e, 2e)in einer solchen Weise ausgebildet ist, dass eine lange Achse desVorsprungabschnitts (30d–34d)parallel zu der Oberfläche(30e–34e, 2e) undsenkrecht zu einer Richtung der Tangentialkomponente der Schwerkraft(G), welche parallel zu der Oberfläche (30e–34e, 2e)ist, ist; und der Vorsprungabschnitt (30d–34d)in einem Bereich der Oberfläche(30e–34e, 2e)in der Richtung der Tangentialkomponente niedriger als der Bereich,in welchem das Schmiermittel (4) vorgesehen ist, ausgebildetist.
    [19] Wärmeableitkonstruktion(100) nach Anspruch 18, bei welcher der Vorsprungabschnitt(32d) in einem Zeilenmuster ausgebildet ist.
    [20] Wärmeableitkonstruktion(100) nach Anspruch 16 oder 17, bei welcher der Vorsprungabschnitt(33d) in einem Gittermuster ausgebildet ist.
    [21] Wärmeableitkonstruktion(100) nach Anspruch 16 oder 17, bei welcher der Vorsprungabschnitt(34d) in einem Honigwabenmuster ausgebildet ist.
    [22] Wärmeableitkonstruktion(100) füreine Wärmeerzeugende Elektronikkomponente (1), mit einer Wärme erzeugendenElektronikkomponente (1); einem Schaltungssubstrat(2), auf welchem die Elektronikkomponente (1)montiert ist; einem thermisch leitfähigen Gehäuse (35) zum Aufnehmender Elektronikkomponente (1) und des Schaltungssubstrats(2); und Schmiermittel (4), das zwischendem Gehäuse(35) und der Elektronikkomponente (1) und/oderdem Schaltungssubstrat (2) vorgesehen ist, zum Übertragenderdurch die Elektronikkomponente (1) erzeugten Wärme aufdas Gehäuse(35), dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3)und das Schaltungssubstrat (2) Oberflächen (35e, 2e)mit Kontaktflächen(35f, 2f), welche mit dem Schmiermittel (4)in Kontakt stehen, aufweisen; dass die Oberflächen (35e, 2e)flache Bereiche angrenzend an die Kontaktflächen (35f, 2f)aufweisen; und dass das Gehäuse(35) und das Schaltungssubstrat (2) in einer solchenWeise angeordnet sind, dass die Oberflächen (35e, 2e)zueinander geneigt sind.
    [23] Wärmeableitkonstruktion(100) nach Anspruch 22, bei welcher das Gehäuse (35)und das Schaltungssubstrat (2) mit einem Spalt zwischender Gehäuseoberfläche (35e)und der Schaltungssubstratoberfläche(2e) in einer solchen Weise angeordnet sind, dass sichder Spalt in die Richtung der Tangentialkomponenten der Schwerkräfte, welcheparallel zu den Oberflächen(35e, 2e) sind, verengt.
    [24] Wärmeableitkonstruktion(100) nach Anspruch 22 oder 23, bei welcher das Gehäuse (35) unddas Schaltungssubstrat (2) in einer solchen Weise angeordnetsind, dass die Gehäuseoberfläche (35e)und die Schaltungssubstratoberfläche(2e) einen Winkel von 1° odermehr bilden.
    [25] Wärmeableitkonstruktion(100) nach einem der Ansprüche 16 bis 24, bei welcherdas Schmiermittel 14) eine Dicke von 10 mm oder wenigeraufweist.
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    同族专利:
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    引用文献:
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