(57)【要約】  本発明は、少なくとも１つの冷却フィン（５０）を有する熱拡散プレート（１０）であって、熱拡散プレート（１０）は、少なくとも第１層（２０）と、少なくとも第２層（３０）とを備え、第２層（３０）のベース面（３１）から折り曲げられた少なくとも１つの表面部（５０）は、冷却フィンを形成する熱拡散プレートに関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの冷却フィン（５０）を有する熱拡散プレート（１０）であって、
前記熱拡散プレート（１０）は、少なくとも第１層（２０）と、少なくとも第２層（３０）とを備え、
前記第２層（３０）のベース面（３１）から折り曲げられた少なくとも１つの表面部（５０）は、前記冷却フィンを形成することを特徴とする熱拡散プレート。
【請求項２】
前記第１層（２０）及び／又は前記第２層（３０）は、銅及び／又は銅合金及び／又はアルミニウム及び／又はアルミニウム合金及び／又はアルミニウムシリコンカーバイド（ＡｌＳｉＣ）により形成されることを特徴とする請求項１記載の熱拡散プレート。
【請求項３】
結合層（４０、４１）が、特に焼結層又は接着層又ははんだ層が、前記第１層（２０）と前記第２層（３０）との間に形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱拡散プレート。
【請求項４】
低膨張材料により形成され、特にニッケル合金により形成され、又は、特にインバー（Ｆｅ６５Ｎｉ３５）又はインバー３６（Ｆｅ６４Ｎｉ３６）又はコバール（Ｆｅ５４Ｎｉ２９Ｃｏ１７）及び／又はタングステン（Ｗ）及び／又は鉄−ニッケル−コバルト合金（ＦｅＮｉＣｏ合金）により形成され、特に好ましくはモリブデン（Ｍｏ）により形成される少なくとも第３層（４５）が、前記第１層（２０）と前記第２層（３０）との間に形成されることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の熱拡散プレート。
【請求項５】
少なくとも１つの前記冷却フィン（５０）は、ピン形状又は長方形又は半円形又は正方形であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の熱拡散プレート。
【請求項６】
折曲表面部（５１）が、前記第２層（３０）の前記ベース面（３１）に対して１０°〜９０°の角度で配置されることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の熱拡散プレート。
【請求項７】
前記熱拡散プレート（１０）の表面の少なくとも一部分には、腐食防止コーティングが、特にガルバニックニッケルコーティングが、形成されることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の熱拡散プレート。
【請求項８】
少なくとも第１層（２０）と少なくとも第２層（３０）と少なくとも１つの冷却フィン（５０）とを備える熱拡散プレート（１０）を製造するための方法、特に請求項１〜請求項７の何れか一項に記載の熱拡散プレート（１０）を製造するための方法であって、
少なくとも１つの弱い輪郭及び／又は凹部（９０）が、前記第２層（３０）のベース面（３１）に導入され、少なくとも１つの前記弱い輪郭及び／又は前記凹部（９０）は、表面部（９２）が少なくとも１つの連結部（９１）により前記ベース面（３１）に結合されるように、少なくとも部分的に前記表面部（９２）の境界を定め、
次に、前記表面部（９２）が、前記ベース面（３１）から折り曲げられることを特徴とする熱拡散プレート（１０）を製造するための方法。
【請求項９】
前記弱い輪郭及び／又は前記凹部（９０）は、切断によって、特にレーザ切断又はウォータージェット切断によって、及び／又はフライス削りによって、及び／又は打ち抜きによって、前記第２層（３０）の前記ベース面（３１）に導入されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記表面部（９２）の折り曲げは、上部スタンプ（１０１）によって、特に上部スタンプ（１０１）及び当該上部スタンプ（１０１）に相補的に形成されたカウンタースタンプ（１０２）によって行われることを特徴とする請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２層（３０）は、特にはんだ付け、又は拡散焼きなまし、又は焼結、又は共晶結合、又は低温焼結、又は拡散はんだ付け、又は接着結合により、前記第１層（２０）と結合されることを特徴とする請求項８〜１０の何れか一項に記載の方法。
【請求項１２】
低膨張材料により形成され、特にニッケル合金により形成され、又は、特にインバー（Ｆｅ６５Ｎｉ３５）又はインバー３６（Ｆｅ６４Ｎｉ３６）又はコバール（Ｆｅ５４Ｎｉ２９Ｃｏ１７）及び／又はタングステン（Ｗ）及び／又は鉄−ニッケル−コバルト合金（ＦｅＮｉＣｏ合金）により形成され、特に好ましくはモリブデン（Ｍｏ）により形成される第３層（４５）が、前記第１層（２０）と前記第２層（３０）との間に形成されることを特徴とする請求項８〜１１の何れか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１層（２０）と前記第２層（３０）と前記第３層（４５）は、１５０℃〜３００℃の結合温度で、特に低温焼結プロセスによって一体に結合されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
少なくとも１つの電子部品（７０）、及び請求項１〜７の何れか一項に記載の少なくとも１つの熱拡散プレート（１０）又は請求項８〜１３の何れか一項に記載の方法で製造された熱拡散プレート（１０）を備える電子モジュール（８０）であって、
少なくとも１つの前記電子部品（７０）は、前記第１層（２０）における前記第２層（３０）とは離れて面するように構成される面（２１）に間接的又は直接的に接続されることを特徴とする電子モジュール。
【請求項１５】
前記熱拡散プレート（１０）の前記第２層（３０）は、冷却媒体、特に空気及び／又は水及び／又はグリコール及び／又は油にさらされる部品として構成されることを特徴とする請求項１４に記載の電子モジュール。
【請求項１６】
少なくとも１つの前記冷却フィン（５０）は、前記冷却媒体の流れの向き（Ｓ）に対して１０°〜９０°の角度で、特に垂直又は平行に形成されることを特徴とする請求項１５に記載の電子モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの冷却フィンを備える熱拡散プレートに関する。本発明はまた、少なくとも第１層と、少なくとも第２層と、少なくとも１つの冷却フィンとを備える熱拡散プレートを製造する方法に関する。更に、本発明は、少なくとも１つの電子部品及び少なくとも１つの熱拡散プレートを備える電子モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーエレクトロニクス半導体及びその回路キャリアは、電力損失の熱を散逸させるために周囲への熱経路を開かなければならない。上述のサブアセンブリは、典型的には、それらの回路キャリアと共に銅製の熱伝導プレート上に配置される。パワーエレクトロニクス半導体及びその回路キャリアを冷却するために、液体及び／又はガスを用いて冷却を行うことが知られている。この目的のために、熱伝導プレート又は熱拡散プレート上に冷却フィンが形成される。このような冷却フィンは、典型的には、熱伝導プレート又は熱拡散プレートのベース面（ｂａｓｅ  ｓｕｒｆａｃｅ）の上に突出する。冷却フィンによって達成され得る熱放散の程度は、本質的に、これらの冷却フィンが平らなベース面と比較して達成する表面の拡大に依存する。
【０００３】
表面の拡大又は冷却フィンの生成は、例えば、固体プレートからのフライス加工又は様々な鋳造技術の助けを借りて行われる。熱間又は冷間押し出し又は溶接又ははんだ付けなどの添加技術によって冷却フィンの形状を生成することも知られている。
【０００４】
一般に、成形製造工程を用いる熱拡散プレートの製造は、技術的に時間がかかり、費用がかかる。固体プレートからフライス加工して冷却フィンを製造する場合、この減法製造技術によって極めて多量の材料が消費される。特に砂型を用いて製造される銅鋳造は材料の消費を少なくするが、形状公差が大きいためにこの製造方法では不合格品が生成される。更に、粗い材料表面のために、最終的な表面平滑化工程が追加的に必要とされることが多い。
【０００５】
粉末ベースの金属射出成形プロセスに基づいて冷却フィンを備える熱拡散プレート又は熱伝導プレートの製造も知られている。しかし、そのようなプロセスは、多数のプロセスステップのために時間がかかり、コストがかかる。
【発明の概要】
【０００６】
この先行技術から進んで、本発明の課題は、極めて直接的且つ費用効果的な方法で製造することができ、且つ、表面の拡大に関して更に有利に構成される、更に発展した少なくとも１つの冷却フィンを備える熱拡散プレートを特定することである。
【０００７】
更に、本発明の課題は、単純且つ費用効果的な方法で実施することができ、追加の材料を消費することなく相当な表面の拡大を達成することができる熱拡散プレートの製造方法を特定することである。
【０００８】
更に、本発明の課題は、少なくとも１つの電子部品と、本発明による熱拡散プレート又は本発明により製造された熱拡散プレートとを備える電子モジュールを特定することである。
【０００９】
本発明によれば、少なくとも１つの冷却フィンを備える熱拡散プレートに関する問題は、請求項１の主題によって解決され、少なくとも第１層と少なくとも第２層と少なくとも１つの冷却フィンとを備える熱拡散プレートを製造する方法に関する問題は、請求項８の主題によって解決され、少なくとも１つの電子部品と少なくとも１つの熱拡散プレートとを備える電子モジュールに関する問題は、請求項１４の主題によって解決される。
【００１０】
本発明は、少なくとも１つの冷却フィンを備える熱拡散プレートを特定するという考えに基づいており、本発明による熱拡散プレートは、少なくとも第１層及び少なくとも第２層を含み、第２層のベース面から折り曲げられた少なくとも１つの表面部が冷却フィンを形成する。
【００１１】
熱拡散プレートは、熱伝導プレート又はヒートシンクプレートと呼ぶこともできる。
【００１２】
本発明によれば、熱拡散プレートは、少なくとも２つの層を含み、少なくとも第２層は、ベース面から折り曲げられた少なくとも１つの表面部を含み、この表面部は冷却フィンを形成する。
【００１３】
折り曲げられた表面部（ｂｅｎｔ−ｏｕｔ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｐｏｒｔｉｏｎ：折曲表面部）は、ベース面に対して異なる向きを有し、少なくとも部分的に折曲部（ｂｅｎｄｉｎｇ  ｐｏｒｔｉｏｎ）を含む任意の表面部分を意味すると理解される。言い換えれば、折曲表面部は、折り曲げられ、及び／又は押し出され（ｐｒｅｓｓ  ｏｕｔ）、及び／又は外へ押し出され（ｐｕｓｈ  ｏｕｔ）てもよく、これらの表面部も、少なくとも部分的に折曲部を有する。
【００１４】
第２層は、少なくとも１つの折曲表面部を有するモノリシックに、すなわち一体に形成されている。折曲表面部は、ベース面に結合されている。この連結部は、表面部の折曲部とすることができる。表面拡大部は、折曲部に隣接することができる。換言すれば、冷却フィンの表面拡大部は、折曲部によってベース面に結合される。
【００１５】
第１層及び／又は少なくとも第２層は、好ましくは熱伝導材料から形成される。好ましくは、第１層及び少なくとも第２層の両方が熱伝導材料から形成される。本発明の好ましい実施形態では、第１層及び少なくとも第２層は、銅及び／又は銅合金及び／又はアルミニウム及び／又はアルミニウム合金及び／又はアルミニウムシリコンカーバイド（ＡｌＳｉＣ）により形成される。
【００１６】
第１層と第２層との間には、結合層が、特に焼結層又は接着層又ははんだ層が構成されることができる。
【００１７】
結合材料は、好ましくは、少なくとも第１層と少なくとも第２層との間に焼結材料又は焼結材料の成分として導入される。したがって、焼結して伝導層を形成することができる組成物を使用して、結合される層の間の焼結結合を生成することができる。更に、焼結可能な組成物は、インク、ペースト又は層状プレスの形態の焼結されたプリフォームの適用の形態を有することができる。焼結されたプリフォームは、金属ペースト又は金属焼結ペーストの塗布及び乾燥によって生じる。このような焼結されたプリフォームは更に焼結可能である。
【００１８】
あるいは、結合材料を箔、特に金属箔（薄片、ホイル）として構成し、この箔、特に金属箔を第１層と第２層との間に配置することが可能である。
【００１９】
焼結ペーストは、印刷、特にスクリーン印刷又はステンシル印刷によって第１層及び／又は第２層に塗布することが可能である。場合により、焼結ペースト又は金属焼結ペーストは、実際の焼結プロセスが実施される前に乾燥させることができる。液体状態を通過することなく、焼結ペーストの金属粒子は、焼結の間に拡散によって結合し、それにより、少なくとも第１層と少なくとも第２層との間に強固な電流伝導性及び熱伝導性の金属性結合部又は金属結合部を形成する。少なくとも第１層と少なくとも第２層の結合のために、銀及び／又は銀合金及び／又は炭酸銀及び／又は酸化銀を含む焼結ペーストが特に好ましく使用される。
【００２０】
更に、金（Ａｕ）及び／又は金合金及び／又は銅（Ｃｕ）及び／又は銅合金を含む焼結ペーストを使用することが可能である。
【００２１】
本発明の更なる実施形態では、第１層と第２層との間に、低膨張材料により形成される第３層を構成することができる。低膨張材料は、ニッケル合金、特にインバー（Ｆｅ６５Ｎｉ３５）又はインバー３６（Ｆｅ６４Ｎｉ３６）又はコバール（Ｆｅ５４Ｎｉ２９Ｃｏ１７）、及び／又はタングステン（Ｗ））及び／又は鉄−ニッケル−コバルト合金（ＦｅＮｉＣｏ合金）であり得る。第３層の低膨張材料に関して、モリブデン（Ｍｏ）又はモリブデン合金が特に好ましい材料であることが判明している。したがって、第３層は、モリブデン又はモリブデン合金により形成されるか、モリブデン又はモリブデン合金を含み得る。
【００２２】
低膨張材料により形成される第３層は、温度上昇に伴う膨張の減少をもたらし、したがって、熱拡散プレートに接続されるか、又は熱拡散プレートに接続され得る電子サブアセンブリの材料に対する膨張差を低減する。低膨張材料により形成される第３層のために、電子サブアセンブリと熱拡散プレートとの間の接合領域に応力誘起クラックが生じること及び熱流がクラックによって著しく妨げられることを防ぐことができる。これは、接続される電子サブアセンブリ又は接続された電子サブアセンブリが、熱拡散プレートの第１層及び／又は第２層よりも低い熱膨張を有する第２のキャリアを含む場合に特に有利である。
【００２３】
少なくとも１つの冷却フィンは、ピン形状又は長方形又は半円形又は正方形とすることができる。これは幾何学的図形の包括的なリストではない。少なくとも１つの冷却フィンの他の形状も可能である。例えば、少なくとも１つの冷却フィンは、多角形、特に三角形又は五角形で構成することができる。
【００２４】
熱拡散プレートが複数の冷却フィンを備える限りにおいて、複数の冷却フィンは異なる形状を有することが可能である。
【００２５】
折曲表面部を第２層のベース面に対して１０°〜９０°の角度で配置することができる。特に、折曲表面部の表面拡大部は、ベース面に対して１０°〜９０°の角度で形成することができる。折曲表面部は、第２層のベース面に対して垂直に構成されていることが好ましい。
【００２６】
熱拡散プレートが複数の冷却フィンを有する限りにおいて、複数の冷却フィン、特に複数の折曲表面部は、第２層のベース面に対して配置される角度が同じであることが好ましい。
【００２７】
ベース面から折り曲げられた表面部として形成されて複数の冷却フィンが構成されていれば、これらの冷却フィンが互いに同じ距離に配置されていれば有利である。
【００２８】
熱拡散プレートの表面は、少なくとも部分的に腐食防止コーティング、特にガルバニックニッケルコーティング（ｇａｌｖａｎｉｃ  ｎｉｃｋｅｌ  ｃｏａｔｉｎｇ）を含むことができる。熱拡散プレートの表面は、第１層の表面及び第２層の表面の両方を意味すると理解される。また、また、熱拡散プレートの表面は、冷却フィンを含む。第２層に面する第１層の第２面は、また、熱拡散プレートの表面を少なくとも部分的に形成することができる。この第１層の第２面は、第２層の表面部分がベース面から折り曲げられて形成されている部分に露出している。
【００２９】
熱拡散プレートの完全な表面には、好ましくは腐食防止コーティングが施される。腐食防止コーティングは、二重のガルバニックニッケルコーティングとすることができる。熱拡散プレートの表面の腐食防止コーティングは、熱拡散プレートが水冷又は液冷に関連して使用される場合に主に有利である。
【００３０】
あるいは、第２層又は第２層の第２面及び一又は複数の冷却フィンのみがニッケルコーティングを有することが可能である。更に、第１層の第２面の露出部分はコーティングを有することができる。特に、熱拡散プレートのこれらの部分は、使用中の状態で水又は液体に曝される。
【００３１】
本発明による熱拡散プレートの助けを借りて、少なくとも１つの冷却フィンを有する熱拡散プレートが利用可能にされ、表面の拡大に関して有利に形成され、追加の材料消費なしに表面の拡大が生成される。熱抵抗の割合は、表面の拡大に比例して低下する。熱拡散プレートは、好ましくは、複数の冷却フィンを備える。
【００３２】
冷却フィンに関する表面の拡大又は表面の成長、すなわち、折曲表面部に関しては、４つの表面構成要素から構成される。第１表面構成要素は、折曲表面部の後側である。裏側は第２層の第１面であり、もともと第１層を指している。第２表面構成要素は、折曲表面部の端面である。端面は第２層の厚さに対応する。第３表面構成要素は、第１層の露出表面である。露出した表面は、第１層の第２面の表面である。第１層の第２面はもともと第２層を指している。第４構成要素はやはり第２層の厚さであり、この端面は折曲表面部の一部ではなく、ベース面に残っている第２層の部分の一部である。
【００３３】
本発明は、熱拡散プレートを製造する方法を特定するという考え方に関するさらなる第２の側面に基づいており、熱拡散プレートは第１層と少なくとも第２層と少なくとも１つの冷却フィンとを含む。熱拡散プレートは、本発明の熱拡散プレートであることが好ましい。
【００３４】
本発明による方法は、少なくとも１つの弱い輪郭（ｗｅａｋｅｎｉｎｇ  ｃｏｎｔｏｕｒ）及び／又は凹部（ｒｅｃｅｓｓ）が、第２層のベース面に導入され、少なくとも１つの弱い輪郭及び／又は凹部は、表面部が少なくとも１つの連結部によりベース面に結合されるように、少なくとも部分的に表面部の境界を定め、次に、表面部が、ベース面から折り曲げられる、いう事実に基づいている。
【００３５】
したがって、少なくとも１つの弱い輪郭及び／又は少なくとも１つの凹部は、第２層、特に第２層のベース面に導入され、第２層からの表面部の完全な分離を可能にする弱い輪郭及及び／又は凹部が形成されないようにする。弱い輪郭及び／又は凹部は、表面部の少なくとも１つの連結部がベース面に結合されるような形状を有する。換言すれば、弱い輪郭及び／又は凹部は、第２層のベース面からの表面部の完全な切断が不可能になるように構成されている。
【００３６】
ベース面への連結部は、好ましくは、表面部の後の曲げ部分である。既に述べたように、折曲表面部は、曲げ部分及び表面の拡大部分を含むことができる。
【００３７】
少なくとも１つの弱い輪郭及び／又は少なくとも１つの凹部が第２層のベース面に導入された後、又はその表面部がベース面から折り曲げられる。
【００３８】
折り曲げは、曲げ部分を有する表面部を形成する任意の機械的手順を意味すると理解される。したがって、折り曲げは、外への圧迫又は引き抜き又は折り畳み又は押し出しであってもよい。折曲表面部を形成するためのこれらの機械的可能性の効果は、ベース面への連結部が表面部の曲げ部を形成することである。
【００３９】
弱い輪郭及び／又は凹部は、切削、特にレーザ切断又はウォータージェット切断、及び／又はフライス削り及び／又は打ち抜き（ｓｔａｍｐｉｎｇ：スタンピング）によって第２層のベース面に導入することができる。
【００４０】
折り曲げられるべき表面部のパターン又は幾何学的形状は、弱い輪郭及び／又は凹部を第２層のベース面に導入することによって決定される。弱い輪郭及び／又は凹部の形成のために第２層のベース面から少なくとも部分的に切断される表面部の折り曲げは、上部スタンプによって、特に上部スタンプと該上部スタンプに相補的に形成されたカウンタースタンプとによって、行うことができる。
【００４１】
上部スタンプによる表面部の折り曲げは、例えば、個々の押し出しスタッド（ｐｒｅｓｓ−ｏｕｔ  ｓｔｕｄ）を有する上部スタンプが第２層を押圧するという事実によって行われる。複数の冷却フィンを有する熱拡散プレートが製造される限りにおいて、複数の押し出しスタッドは、好ましくは、第２層に形成された弱い輪郭及び／又は凹部と同じ距離に、上部スタンプ上に互いに配置される。少なくとも１つの押し出しスタッドは、弱い輪郭及び／又は凹部によって境界が定められた表面部を押圧する。
【００４２】
上部スタンプと相補的に形成されたカウンタースタンプは、好ましくは、上部スタンプの押し出しスタッドが入ることができる少なくとも１つの凹部、好ましくは複数の凹部を含む。下部スタンプの壁の助けを借りて、表面部がベース面から突出する角度を決めることができる。折曲表面部は、第２層のベース面に対して１０°〜９０°の角度で配置することができる。したがって、カウンタースタンプの壁は、９０°〜１７０°の角度で断面を形成することができる。
【００４３】
本発明の一実施形態では、弱い輪郭及び／又は凹部の形成及び表面部の折り曲げは、プログレッシブスタンピング（ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅ  ｓｔａｍｐｉｎｇ）によって実行することができる。
【００４４】
第２層は、特にはんだ付け又は拡散焼きなまし又は焼結又は共晶結合又は低温焼結又は拡散はんだ付け又は接着結合によって第１層に結合することができる。弱い輪郭及び／又は凹部の導入の前に、第２層を第１層に結合することが可能である。更に、第１層と第２層との結合は、表面部の折り曲げの前に行われることが可能である。第１層に結合された第２層の存在下で、表面部の折り曲げのために、表面部を第２層のベース面から、特に把持装置によって、引き抜く必要がある。引き抜きの場合にも同様に、表面部とベース面との連結部に折り曲げ部が形成される。
【００４５】
第１層と第２層との間に低膨張材料により形成される第３層を構成することが可能である。低膨張材料は、ニッケル合金、特にインバー（Ｆｅ６５Ｎｉ３５）又はインバー３６（Ｆｅ６４Ｎｉ３６）又はコバール（Ｆｅ５４Ｎｉ２９Ｃｏ１７）及び／又はタングステン（Ｗ）及び／又は鉄−ニッケル−コバルト合金（ＦｅＮｉＣｏ合金）であり得る。第３層は、特に好ましくは、モリブデン又はモリブデン合金により形成される。
【００４６】
第１層と第２層との間に第３層が構成されている限りにおいて、第１層、第２層及び第３層は、１５０℃〜３００℃の結合温度で、特に低温焼結法により、一体に結合されることが有利である。
【００４７】
本発明による方法のさらなる実施形態では、第２層は、少なくとも１つの表面部の折り曲げ後に、カウンタースタンプ又は下部スタンプ上に横たわらせたままにすることが可能である。製造されるべき熱拡散プレートの結合される層は、第２層上に連続的に配置される。押し出しスタッドを含まない更に別の上部スタンプを用いて、結合されるすべての層に圧力を加えることができる。熱拡散プレートの層は、結合層によって、特に加圧焼結のプロセスを用いる焼結ペーストによって、互いに物理的に一体に結合することが可能である。この目的のために、上部スタンプは、カウンタースタンプを押圧し、したがって、その間に位置する熱拡散プレートの層を押す。
【００４８】
本発明はまた、少なくとも１つの電子部品と少なくとも１つの熱拡散プレートとを有する電子モジュールを特定するという考えに基づいており、熱拡散プレートは、上述した本発明による熱拡散プレート又は発明により製造された熱拡散プレートである。
【００４９】
電子モジュールは、第２層から離れて面するように構成される第１層の第１面に間接的又は直接的に接続される少なくとも１つの電子部品を含む。第１層の第１面は、第１層の表面と呼ぶこともできる。電子部品によって発生された熱は、特に、第１層の表面又は第１層の第１面に作用する。少なくとも１つの電子部品を第１層の表面に間接的に接続する場合、結合層、特に接着層又ははんだ層又は焼結ペースト層を電子部品と熱拡散プレートとの間に構成要素とすることが可能である。
【００５０】
熱拡散プレートの第２層は、冷却媒体、特に空気及び／又は水及び／又はグリコール及び／又は油にさらされる部品として構成されることが好ましい。
【００５１】
熱拡散プレートの少なくとも１つの冷却フィンは、冷却媒体の流れ方向に対して１０°〜９０°の角度で形成することができる。特に、冷却フィンは、冷却媒体の流れ方向に対して平行又は垂直に配置させることが可能である。用途に応じて、少なくとも１つの冷却フィンは、好ましい形状及び／又は配置を有することができる。実施例の以下の実施例は、調査及び流体力学シミュレーションにおいて確認することができた。
【００５２】
小さな質量流量（ｍａｓｓ  ｆｌｏｗ：マスフロー）を有する冷却媒体の空気：
冷却フィンは、好ましくは大きな冷却面を有し、好ましくは正方形又は長方形に形成される。冷却フィンの冷却面への入射流は、冷却媒体の流れ方向と平行であり、複数の冷却フィンの冷却面は互いに大きな面間隔を有する。
【００５３】
大きな質量流量を有する冷却媒体の空気：
冷却フィンは小さい冷却面を有することが好ましい。冷却フィンの冷却面への入射流は、冷却媒体の流れ方向と平行であることが好ましく、複数の冷却フィンの冷却面は互いに小さな面間隔を有する。
【００５４】
低い圧力損失で小さな質量流量を有する冷却媒体水（場合によりグリコールを含む）：
冷却フィンは小さな冷却面を有し、好ましくはピン形状又は半円形で構成され、冷却フィンの冷却面への入射流は、冷却媒体の流れ方向に対して角度的に傾斜して平行になり、複数の冷却フィンの冷却面は互いに標準の面間隔を有する。
【００５５】
大きな質量流量及び高い圧力損失を有する冷却媒体水（場合によりグリコールを含む）：
冷却フィンは標準の冷却面を有し、好ましくは長方形又は半円形で構成され、冷却フィンの冷却面への入射流は、冷却媒体の流れ方向に対して大きな角度又は垂直であり、複数の冷却フィンの冷却面は、互いに小さな面間隔を有することが好ましい。
【００５６】
小さな質量流量の冷却媒体オイル：
冷却フィンは、大きな冷却面を有することが好ましく、長方形又は半円形で構成されることが好ましく、冷却フィンの冷却面への入射流は、冷却媒体の流れ方向と平行であることが好ましく、複数の冷却フィンの冷却面は互いに大きな面間隔を有する。
【００５７】
大きな質量流量及び高い圧力損失を有する冷却媒体オイル：
冷却フィンは大きな冷却面を有し、好ましくは長方形又は半円形で構成され、冷却フィンの冷却面への入射流は、冷却媒体の流れ方向に対してある角度を有することが好ましく、複数の冷却フィンの冷却面は、互いに大きな面間隔を有することが好ましい。
【００５８】
冷却フィンの最大の表面構成要素は、好ましくは、冷却フィンの冷却面と呼ばれる。冷却面又は冷却面の形状は、導入された凹部の形状及び／又は導入された弱い輪郭の形状に基づいて決定される。
【００５９】
本発明は、実施例の例に基づいて、添付の概略図を参照して、以下により詳細に説明される。これらの図では、以下では、同一で同一に動作する部分については同一の参照符号を使用する。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１ａ】図１ａは、実施形態の第１の例による冷却フィンを備えた熱拡散プレートの個々の層及び要素の配置を示す。
【図１ｂ】図１ｂは、結合された状態における図１ａによる冷却フィンを備えた熱拡散プレートを示す。
【図２】図２は、複数の冷却フィンを備えた熱拡散プレートを示す。
【図３】図３は、別の実施形態による複数の冷却フィンを備えた熱拡散プレートを示す。
【図４】図４は、凹状の構造の熱拡散プレートを有する本発明による電子モジュールを示す。
【図５ａ】図５ａは、表面部の折り曲げに関する個々のプロセスステップを示す。
【図５ｂ】図５ｂは、表面部の折り曲げに関する個々のプロセスステップを示す。
【図５ｃ】図５ｃは、表面部の折り曲げに関する個々のプロセスステップを示す。
【図５ｄ】図５ｄは、表面部の折り曲げに関する個々のプロセスステップを示す。
【図５ｅ】図５ｅは、表面部の折り曲げに関する個々のプロセスステップを示す。
【図６ａ】図６ａは、熱拡散プレートの個々の層の結合に関する個々のプロセスステップを示す。
【図６ｂ】図６ｂは、熱拡散プレートの個々の層の結合に関する個々のプロセスステップを示す。
【図６ｃ】図６ｃは、熱拡散プレートの個々の層の結合に関する個々のプロセスステップを示す。
【発明を実施するための形態】
【００６１】
図１ａは、製造される熱拡散プレート１０の個々の層及び表面部を示す（図１ｂ参照）。したがって、第１層２０と少なくとも第２層３０は、互いに上下に配置される。第１層２０と第２層３０との間に結合層４０が配置される。第２層３０は、基本的に第１層２０と平行に形成されたベース面３１を含む。第１層２０は、第１面２１及び第２面２２を含む。第１面２１は、第２層３０から離れて面するように構成され、製造される熱拡散プレート１０の表面を形成する。第１層２０の第２面２２は、第２層３０の方に面している。第２層３０はまた、第１層２０に割り当てられた第１面３２を含む。一方、第２層３０の第２面３３は、第１層２０から離れて面するように構成される。
【００６２】
第１層２０及び第２層３０は、好ましくは、熱伝導材料から製造される。これらは、銅及び／又は銅合金及び／又はアルミニウム及び／又はアルミニウム合金及び／又はアルミニウムシリコンカーバイドであってもよい。第１層２０と第２層３０との間に構成される結合層４０は、焼結層であることが好ましい。この焼結層は、例えば、銀粒子を含むことができる。
【００６３】
表面部５０は、第２層３０のベース面３１から折り曲げられている。この折曲表面部５０は、冷却フィンを形成する。折曲表面部５０は、折曲部５１及び表面拡大部５２を含む。第２層３０は、折曲表面部５０のために切り欠き２５を含む。第１層２０の第２面２２へのアクセスは、第１層２０及び第２層３０の結合した状態（図１ｂ参照）において、切り欠き２５により生成され得る。この場合、結合層４０は、切り欠き２５内に構成されていない。結合層４０を形成することができる焼結ペーストは、第１層２０又は第２層３０上に塗布されて、例えばステンシル（ｓｔｅｎｃｉｌ：謄写版原紙）の助けを借りて、結合層４０が切り欠きを含むことができるようにする。あるいは、結合層４０を連続的に、すなわち切り欠きなしに構成することが可能である。
【００６４】
この場合、折曲表面部５０は、第２層３０のベース面３１に対して９０°の角度αで配置される。冷却面５３と第１層２０の第２面２２との間には、角度αが形成されている。換言すれば、冷却面５３は、切り欠き２５の領域に角度αが形成される。
【００６５】
熱拡散プレート１０の全表面は、好ましくは、ガルバニックに塗布されたニッケルコーティングを含む。ニッケルコーティングは腐食を抑制する。熱拡散プレート１０が水冷装置として使用される場合、ガルバニックニッケルコーティングは腐食の形成を防止する。熱拡散プレート１０の表面は、第１層２０の第１面２１及び第２層３０の第２面３３の両方を意味すると理解される。熱拡散プレート１０の表面はまた、折曲表面部５０の冷却面５３及び５４を含む。第１層２０の第２面２２の切り欠き２５に位置する部分も表面に属する。これは、第１層２０及び第２層３０の目に見える厚さｄ１及びｄ２にも適用される。
【００６６】
あるいは、第２層３０又は第２層３０の第２面３３及び冷却フィン５０のみがニッケルコーティングを含むことが可能である。更に、第１層２０の第２面２２の露出部分は、コーティングを含むことができる。特に、熱拡散プレートのこれらの部分は、使用中の状態で水又は液体にさらされる。
【００６７】
図２は、冷却フィンを形成する複数の折曲表面部５０を有する熱拡散プレート１０を示す。第１層２０の第１面２１には、複数の電子部品７０が配置されている。これらの電子部品７０は、基板プレート７５上に配置されている。基板プレート７５は、電子部品７０とともに、例えばはんだ結合部７７によって、第１層２０の第１面２１上に貼り付けられる。はんだ結合部７７の代わりに接着結合又は焼結結合を構成することもできる。冷却フィン５０を有する熱拡散プレート１０と、基板プレート７５及び電子部品７０によって形成される電子サブアセンブリは、電子モジュール８０を形成する。熱拡散プレート１０の第２層３０は、冷却媒体に曝される構成要素として構成されている。冷却媒体は、例えば、空気又は液体であり得る。
【００６８】
互いに平行に構成された矢印は、冷却媒体の流れ方向Ｓを示している。冷却フィン５０は、冷却媒体の流れ方向Ｓに対して垂直に構成されている。したがって、冷却フィン５０の冷却面５４への冷却媒体の入射流は、直角である。冷却面５４への入射流が直角であるため、冷却フィン５０の間に乱流が生じ、特に良好な冷却能力がここに存在する。
【００６９】
図３は、電子モジュール８０のさらなる実施形態を示す。代表的な熱拡散プレート１０は、第１層２０、第２層３０及び第３層４５を含む。この第３層４５は低膨張層である。低膨張材料は、ニッケル合金、特にインバー（Ｆｅ６５Ｎｉ３５）又はインバー３６（Ｆｅ６４Ｎｉ３６）又はコバール（Ｆｅ５４Ｎｉ２９Ｃｏ１７）及び／又はタングステン（Ｗ）及び／又は鉄−ニッケル−コバルト合金（ＦｅＮｉＣｏ合金）であり得る。モリブデン（Ｍｏ）又はモリブデン合金は、第３層４５の低膨張材料に関して特に好ましい材料であることが判明している。従って、第３層４５は、モリブデン又はモリブデン合金で作ることができ、又はモリブデン又はモリブデン合金を含み得る。この低膨張の第３層４５又は低膨張材料により形成されるこの第３層４５は、温度上昇に伴う膨張の減少をもたらし、このようにして、電子部品７０及び／又は基板７５の材料に関する膨張差を低減する。熱拡散プレート１０と基板プレート７５との結合ゾーンに応力誘起割れ（クラック）が発生することが防止され、クラックにより熱流が著しく減少することが防止される。これは、典型的には、４〜８ｐｐｍ／Ｋの平均熱膨張率を有するセラミックベースの基板の場合である。低膨張の第３層４５は、例えばモリブデンにより形成される。
【００７０】
図４は、冷却フィン５０を有する別の熱拡散プレート１０を示す。熱拡散プレート１０の層構造は非対称である。これは、第１層２０の厚さｄ１が第２層３０の厚さｄ２より大きく、且つ第３層４５の厚さｄ３よりも大きいことを意味する。第３層４５は低膨張層である。非対称的な構造のために、熱拡散プレート１０は凹形状を有する。凹形状は、窪み６０及び弓形側面６５を形成する。
【００７１】
また、図５ａ〜図５ｅは、第２層３０の折曲表面部５０がどのように製造され得るかを段階的に示す。図５ａは、第１面３２上への第２層３０の平面図を示している。第１面３２及び第２面３３の向きに関しては、図１ａ及び図１ｂに関連した前述の説明を参照すべきである。
【００７２】
複数の凹部９０が第２層３０に導入される。全体として、合計１５個の凹部９０を有する３つの水平な行と５つの垂直な列が形成される。凹部９０は、Ｕ字形に構成されている。凹部９０は、Ｖ字状又は半円状に構成されていることも考えられる。直線上にある凹部９０間の水平方向の間隔は同一である。横方向に隣り合う凹部９０間の間隔は同一である。
【００７３】
凹部９０は、例えばレーザ切断又はウォータージェット切断によって切断することによって、第２層３０に導入される。凹部９０を打ち抜き又はフライス削りによって第２層３０に導入することも可能である。凹部９０は、表面部９２の境界を定め、これらの表面部９２は折曲表面部である。まだ折り曲げられていない状態では、全ての表面部９２は、第２層３０のベース面３１と同じ平面内にある。それぞれの表面部９２は、少なくとも１つの連結部９１でベース面３１に結合される。言い換えれば、凹部９０は、表面部９２がベース面３１から完全に切断されないようにベース面３１に導入されるべきである。連結部９１は、後で折曲部５１を形成する。その後の折曲表面部５０の輪郭又は幾何学的形状は、凹部９０の形状によって決定される。
【００７４】
凹部９０が第２層３０に導入された後、表面部９２がベース面３１から押し出される。この目的のために、第２層３０がスタンピング（ｓｔａｍｐｉｎｇ：型押し、打刻）装置１００内に配置される。スタンピング装置１００は、上部スタンプ１０１とカウンタースタンプを有する。上部スタンプ１０１は、押し出しスタッド１０３を含む。上部スタンプ１０１は、製造される押し出し表面部５０と同じ数の押し出しスタッド１０３を含むことが好ましい。第２層３０は、押し出しスタッド１０３が表面部９２を押すことができるようにスタンピング装置１００内に配置される。連結部９１は、好ましくは、カウンタースタンプ１０２の壁１０４の端に隣接して位置する。カウンタースタンプ１０２は、凹部１０５を含み、その中に押し出しスタッド１０３を摺動させることができる。
【００７５】
図５ｅに示すように、上部スタンプ１０１及びカウンタースタンプ１０２の圧力によって、表面部９２がベース面３１から押し出され又は折り曲げられる。この圧力は矢印方向に支配的である。ベース面３１は、カウンタースタンプ１０２のアンビル（ａｎｖｉｌ：金床）状の対向要素１０６（図５ｃ参照）上に横たわったままである。
【００７６】
図５ｄに示すように、凹部１０５は押し出しスタッド１０３よりも幅広であるので、表面部９２は壁１０４に沿って垂直に下方に押されることができる。
【００７７】
図５ｅに示すように、上部スタンプ１０１は、表面部９２がベース面３１に対して９０°に曲げられるように、カウンタースタンプ１０２の中に押し込まれる。この状態では、完全に折り曲げられた表面部５０が存在する。壁１０４の形状（図５ｂ参照）は、後で角度αを決定する。後続の折曲部５１は、それぞれ壁１０４の端に形成される。
【００７８】
また、図６ａ〜６ｃは、例として、第２層３０が、製造されるべき熱拡散プレート１０の他の層にどのように結合され得るかを表す。この目的のために、押し出しスタッド１０３を備えた上スタンプ１０１を離す。第２層３０は、カウンタースタンプ内に折曲表面部５０を残したままである（図６ａ参照）。次に、第２層３０の第１面３２に結合層４０が取り付けられ得る。この結合層４０は、例えば、接着層又は焼結層又ははんだ層とすることができる。結合層４０は、好ましくは、第１面３２のベース面３１にのみに取り付けられる。低膨張材料により形成される第３層４５は、結合層４０上に取り付けられることが好ましい。第３層４５は、例えばモリブデン層である。第３層４５上に結合層４１を取り付けることもできる。ここでも、それは、接着層又は焼結層又ははんだ層とすることができる。次に、第１層２０が配置される。第１層２０の第２面２２は、第２層３０の方向を指す。
【００７９】
個々の層２０，３０，４０，４１及び４５の配置は、図６ｂに示すように、上部スタンプ１１０及びカウンタースタンプ１０２を用いて加圧される。例えば、これは、低圧温度焼結プロセスの一部として行うことができる。ここで、１５０℃〜３００℃の温度で熱を加える。耐久性のある焼結結合は、２５０℃の温度で、好ましくは１〜１０分間、例えば４分間、５〜３０ＭＰａ、特に２５ＭＰａの圧力を加えることによって形成される。
【００８０】
図６ｃに示すように、次いで、熱拡散プレート１０をスタンピング装置１００から取り外すことができるように、上部スタンプ１１０の除去が行われる。
【００８１】
最後に、熱拡散プレート１０に腐食防止コーティングを完全に設けることができる。例えば、熱拡散プレート１０の全面にニッケルコーティングを施すことができる。
【符号の説明】
【００８２】
１０    熱拡散板
２０    第１層
２１    第１層の第１面
２２    第１層の第２面
２５    切り欠き
３０    第２層
３１    ベース面
３２    第２層の第１面
３３    第２層の第２面
４０    結合層
４１    結合層
４５    第３層
５０    折曲表面部
５１    折曲部
５２    表面拡大部
５３    冷却面
５４    冷却面
６０    窪み
６５    弓形側面
７０    電子部品
７５    基板プレート
７７    はんだ層
８０    電子モジュール
９０    凹部
９１    連結部
９２    表面部
１００    スタンプ装置
１０１    上部スタンプ
１０２    カウンタースタンプ
１０３    押し出しスタッド
１０４    壁
１０５    凹部
１０６    対向要素
１１０    上部スタンプ
ｄ１    第１層の厚さ
ｄ２    第２層の厚さ
ｄ３    第３層の厚さ
Ｓ    冷却媒体の流れ方向
Ｖ    乱流
α    ベース面と折曲表面部との間の角度
【図１ａ】
2019506001.tif 000003
【図１ｂ】
2019506001.tif 000004
【図２】
2019506001.tif 000005
【図３】
2019506001.tif 000006
【図４】
2019506001.tif 000007
【図５ａ】
2019506001.tif 000008
【図５ｂ】
2019506001.tif 000009
【図５ｃ】
2019506001.tif 000010
【図５ｄ】
2019506001.tif 000011
【図５ｅ】
2019506001.tif 000012
【図６ａ】
2019506001.tif 000013
【図６ｂ】
2019506001.tif 000014
【図６ｃ】
2019506001.tif 000015
【国際調査報告】
2019506001.tif 000016
2019506001.tif 000017
2019506001.tif 000018
2019506001.tif 000019
2019506001.tif 000020
2019506001.tif 000021