WO2009092480A1 - Heat sink and method for producing a heat sink - Google Patents

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WO2009092480A1 PCT/EP2008/066290 EP2008066290W WO2009092480A1 WO 2009092480 A1 WO2009092480 A1 WO 2009092480A1 EP 2008066290 W EP2008066290 W EP 2008066290W WO 2009092480 A1 WO2009092480 A1 WO 2009092480A1
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heat sink
preform
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Matthias Leonhardt
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention is based on a heat sink according to the preamble of claim 1.
  • Such heat sinks are well known.
  • JP 2005 044 841 A, WO 2004/005 566 A2, EP 1 168 438 A2, US Pat. No. 5,886,407 A and EP 0 859 410 A2 disclose cooling bodies which consist of homogeneous metal-carbon composite materials and in particular metal-ceramic Composites (MMC).
  • MMC metal-ceramic Composites
  • the composites include a matrix consisting of metals such as copper or aluminum and carbon particles dispersed in the matrix.
  • These homogeneous composite materials are provided for dissipating the power waste heat, in particular of a semiconductor component, which is arranged on a first side of the heat sink.
  • modules with MMC baseplate structure of the semiconductor device is electrically contacted by copper on an insulating layer, wherein the insulating layer is disposed on the MMC heat sink and in particular glued, so that an adjustment of the coefficient of thermal expansion of the heat sink to the thermal expansion coefficient of the insulating layer is sought.
  • the heat sink is a composite body, wherein the material content of the insulating first material is greater at the first side than at the second side, so that the first side of the heat sink is preferably an insulation layer of the first material and the second side comprises predominantly the second material ,
  • a combination of a comparatively good thermal conductivity of the second material with a comparatively low electrical conductivity of the first material is made possible in that a comparatively good adaptation of the thermal expansion coefficients is realized within the composite body and thus the thermomechanical stresses within the composite body compared to the prior art Technology are significantly lower.
  • the material content of the second material in the composite material in the region of the second side is greater than the material content of the second material in the region of the first side, wherein preferably the first side substantially only the first material and / or the second side substantially only the second material, so that particularly advantageous the first side as insulating layer has a minimum electrical conductivity and the second side has a maximum thermal conductivity and at the same time a maximum thermal coupling between the first and the second side and a maximum adjustment of the thermal expansion coefficient of the first side with the thermal expansion coefficient of the second side are realized.
  • particularly advantageous thermal stresses are minimized within the composite material, as occur by a preferably continuous transition from a high material content of the first material to a high material content of the second material in a direction perpendicular to the main extension direction no comparatively pronounced discontinuities of the thermal expansion coefficients in this direction at the same time the thermal coupling between the first and second material is maximized.
  • the first material has a porosity, wherein the porosity increases perpendicularly to the main extension direction from the first side to the second side and wherein preferably the pore size and / or the pore density of the first material in the middle from the first side to second side perpendicular to
  • Main extension direction increases, more preferably, the pores are filled with the second material.
  • a different proportion of material of the first material between the first and the second side by a variation of the pore size and / or the pore density in the first material can be realized in a particularly simple and inexpensive to produce.
  • a variation of the porosity of the second material, in particular with regard to the pore size and / or the pore density perpendicular to the main extension direction conceivable.
  • the composite matehal has a plurality of composite material layers perpendicular to the main extension direction, wherein in particular the ratio of first material to second material is different between the composite material layers, so that in a particularly simple and cost effective manner a composite body with a different Material portion of the first material between the first and the second side can be produced.
  • a composite body with a plurality of composite material layers is conceivable, wherein the ratio of the first material to the second material of a
  • the first material is connected to the second material in a form-locking and / or non-positive manner and / or that the first material forms interpenetrating networks with the second material.
  • a positive and / or non-positive connection between the first and the second material preferably results from filling in the pores of the first material by the second material.
  • the mechanical strength within the heat sink in comparison to the prior art is increased to a considerable extent.
  • the first material perpendicular to the main extension plane has a profile of the degree of porosity preferably from 0 vol% to 95 vol% and more preferably from 0 vol% to 65 vol%, most preferably the first side of a composite material layer essentially completely made of the first material of at least 50 .mu.m thickness perpendicular to the main extension plane, so that the properties of the low electrical conductivity of the insulating layer, the good thermal conductivity of the heat sink, as well as the good adaptation of the thermal expansion coefficients are realized comparatively well.
  • the first material is a ceramic material, preferably oxides, nitrides and / or carbides, particularly preferably Al 2 O 3 , AlN, SiN 4 and / or SiC and very particularly preferably Al 2O 3, and the second material a metallic material, preferably copper, copper alloys, aluminum and / or aluminum alloys.
  • a ceramic material preferably oxides, nitrides and / or carbides, particularly preferably Al 2 O 3 , AlN, SiN 4 and / or SiC and very particularly preferably Al 2O 3
  • the second material a metallic material, preferably copper, copper alloys, aluminum and / or aluminum alloys.
  • Particularly advantageous ceramic material has a comparatively low electrical conductivity, so that the requirements for a high insulating ability of the insulating layer are met, wherein metallic material has a comparatively good thermal conductivity, so that at the same time the requirements for the good cooling ability of the heat sink can be fulfilled.
  • Another object of the present invention is an arrangement with a heat sink, wherein on the first side of the heat sink at least one electrical, electronic and / or micromechanical device and / or a conductor track and / or a connection layer is arranged, wherein preferably the first side at least partially is covered with a metal layer and particularly preferably at least partially covered with an aluminum and / or copper layer. Due to the electrically insulating insulating layer of the heat sink, it is particularly advantageously possible to apply printed conductors directly to the insulating layer for contacting electrical, electronic and / or micromechanical components, so that the implementation of a DBC stack becomes obsolete due to the described arrangement.
  • Another object of the present invention is a method for producing a heat sink, wherein in a first process step, a preform with a porosity gradient is made perpendicular to the main plane of the first material, wherein in a second process step, the pores of the preform are filled with the second material.
  • the preform is produced in the first process step by a negative impression, in particular by a negative impression of foams pressed together by means of ceramic slurry, preferably polyurethane foams are used, or that the preform in the first process step by a slip-pressure filtration and subsequently sintering, wherein preferably first a slurry mold is filled with two slips of different composition, wherein the ratio between the two slips is changed continuously and wherein subsequently the preform is produced by a pressure filtration and a sintering process, or that the preform in the first process step is produced by a Pulververpressung, wherein preferably powdered compositions of different compositions in a die one above the other and then
  • the preform body is produced by layering and sintering a plurality of greenbody plates, wherein green body plates are preferably stacked on one another, which produce different porosities during sintering, or if the preform body in the first method step is
  • the production of the heat sink by a plurality of manufacturing methods is particularly advantageous, whereby a comparatively flexible and cost-optimized production can be realized.
  • the manufacturing processes are all relatively easy to control and cost feasible.
  • Figure 1 is a schematic side view of an arrangement of a heat sink according to a first exemplary embodiment of the present invention
  • Figure 2a is a schematic side view of a preform for producing a heat sink according to an exemplary second embodiment of the present invention
  • Figure 2b is a schematic side view of a heat sink according to the exemplary second embodiment of the present invention.
  • heat sink 1 shows a schematic side view of an arrangement 20 of a heat sink 1 according to a first exemplary embodiment of the present invention, wherein heat sink 1 comprises a composite material 2 having a first material 3 and a second material 4, the first material 3 comprising an electrical insulator, preferably a ceramic material, and the second material 4 comprise an electrical conductor, preferably a metal, wherein the heat sink 1 has a first side 5 parallel to a main extension plane 100 of the heat sink 1 and wherein the heat sink 1 is one of the first side 5 perpendicular to the main extension plane 100 opposite second side 6 has substantially parallel to the first side 5 and wherein the material content of the first material
  • the material content of the first material 3 in the composite material 2 increases perpendicular to the main extension direction 100 from the first side 5 to the second side 6 in particular stepwise, while the material content of the second material 4 in the composite material 2 increases perpendicularly to the main extension direction 100 from the first side 5 to the second side 6 in particular gradually, so that the composite material 2 perpendicular to the main extension direction has a plurality of composite material layers 7 and the ratio of the first Material 3 to second material 4 between the composite material layers 7 is different in each case.
  • the first material 3 has a porosity, wherein the porosity increases perpendicularly to the main extension direction 100 from the first side 5 to the second side 6 and in particular the pore size and the pore density of the first material 3 in the middle from the first side 5 to the second side. 6 increases perpendicular to the main extension direction 100 and wherein the pores 10 are filled with the second material 4.
  • the composite material layer 7 in the area of the first side 5, which essentially has only the first material 3 has a thickness perpendicular to the main extension direction 100 of at least 50 ⁇ m.
  • Semiconductor components 11 are arranged on the first side 5 of the heat sink 1, with a conductor 11 'made of copper in particular being arranged between the first side 5 and the semiconductor components 11.
  • FIG. 2 a shows a schematic side view of a preform 1 'for producing a heat sink 1 according to an exemplary second embodiment of the present invention, wherein the preform V comprises only first material 3, wherein the preform V has a plurality of pores 10 and wherein the pore density perpendicular to the main extension plane 100 from the first side 5 to the second side 6 continuously or gradually increases, so that the material density of the first material 1 from the first to the second side 5, 6 decreases continuously or stepwise.
  • the preform 1 ' is produced by a negative impression of polyurethane foams pressed together by ceramic slip or by a graded slip pressure filtration, preferably from two reservoirs with slurry of different composition, for example with respect to the pore formers or the grain sizes, a slip mold is filled, said Ratio of the two slip is changed in particular continuously and wherein subsequently a green body is produced therefrom by means of pressure filtration, which has a gradient, for example in the pore-forming agent fraction, so that after a subsequent sintering process the preform 1 'is formed with a porosity gradient.
  • the preform 1 ' is prepared by a graded / stepped powder injection, wherein preferably powder of different composition in a die are scribed on each other and then pressed, with powder variations in the grain size or the pore formers are possible, or the preform 1' is formed by stacking Green body plates resulting in the same sintering conditions due to variations in the particle sizes or the Porenchanneranteile different porosities and subsequent sintering of the green body plates produced.
  • FIG. 2b shows a schematic side view of a heat sink 1 according to the exemplary second embodiment of the present invention, wherein the heat sink 1 consists of the preform 1 'illustrated in FIG. 2a and produced in the first process step, which infiltrates pressure-assisted with a molten metal in a second process step was, preferably by means of squeeze cast technique or by gas pressure infiltration, so that the pores 10 are filled with the second material 4 and the heat sink preferably on the second side 6 has a composite material layer 7, which comprises substantially only the second material 4.

Abstract

The invention relates to a heat sink made of a composite material having a first material and a second material, wherein the first material comprises an electrical insulator and the second material comprises an electrical conductor, wherein the heat sink comprises a first side parallel to a main extension plane of the heat sink, and wherein the heat sink comprises a second side substantially parallel to the first side and lying perpendicularly opposite the first side in relation to the main extension plane, and wherein the material portion of the first material in the area of the first side is greater than the material portion of the first material in the area of the second side.

Description

Beschreibung description
Kühlkörper und Verfahren zur Herstellung eines KühlkörpersHeat sink and method of manufacturing a heat sink
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem Kühlkörper nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention is based on a heat sink according to the preamble of claim 1.
Solche Kühlkörper sind allgemein bekannt. Beispielsweise sind aus den Druckschriften JP 2005 044 841 A, WO 2004 / 005 566 A2, EP 1 168 438 A2, US 5 886 407 A und EP 0 859 410 A2 Kühlkörper bekannt, welche aus homogenen Metall- Kohlenstoff Verbundwerkstoffen und insbesondere Metall-Keramik Verbundwerkstoffen (MMC) bestehen. Die Verbundstoffe umfassen eine Matrix, die aus Metallen wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium besteht, und Kohlenstoffpartikel, die in der Matrix dispergiert sind. Diese homogenen Verbundwerkstoffe sind zum Abführen der Leistungsabwärme, insbesondere eines Halbleiterbausteins, vorgesehen, welcher auf einer ersten Seite der Kühlkörper angeordnet ist. Weiterhin wird zur Reduzierung von thermischen Spannungen zwischen dem Halbleiterbaustein und dem Kühlkörper ein Kühlkörper mit einem Wärmeausdehnungskoeffizient vergleichbar mit dem Wärmeausdehnungskoeffizient des Halbleiterbausteinsubstrats angestrebt. Bei Modulen mit MMC-Baseplate Struktur wird der Halbleiterbaustein durch Kupfer auf einer Isolationsschicht elektrisch kontaktiert, wobei die Isolationsschicht auf dem MMC-Kühlkörper angeordnet und insbesondere aufgeklebt ist, so dass eine Anpassung des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Kühlkörpers an den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Isolationsschicht angestrebt wird.Such heat sinks are well known. For example, JP 2005 044 841 A, WO 2004/005 566 A2, EP 1 168 438 A2, US Pat. No. 5,886,407 A and EP 0 859 410 A2 disclose cooling bodies which consist of homogeneous metal-carbon composite materials and in particular metal-ceramic Composites (MMC). The composites include a matrix consisting of metals such as copper or aluminum and carbon particles dispersed in the matrix. These homogeneous composite materials are provided for dissipating the power waste heat, in particular of a semiconductor component, which is arranged on a first side of the heat sink. Furthermore, in order to reduce thermal stresses between the semiconductor device and the heat sink, a heat sink having a thermal expansion coefficient comparable to the coefficient of thermal expansion of the semiconductor device substrate is desired. In modules with MMC baseplate structure of the semiconductor device is electrically contacted by copper on an insulating layer, wherein the insulating layer is disposed on the MMC heat sink and in particular glued, so that an adjustment of the coefficient of thermal expansion of the heat sink to the thermal expansion coefficient of the insulating layer is sought.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Der erfindungsgemäße Kühlkörper und das erfindungsgemäß Verfahren zur Herstellung eines Kühlkörpers gemäß den nebengeordneten Ansprüchen, haben gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass in den Kühlkörper selbst eine Isolationsschicht aus dem ersten Material integriert ist, so dass der Wärmeausdehnungskoeffizienten der Isolationsschicht deutlich besser an den Wärmeausdehnungskoeffizienten des übrigen Kühlkörpers angepasst ist, gleichzeitig eine erheblich bessere thermische Ankopplung der Isolationsschicht mit dem übrigen Kühlkörper erzielt wird und ferner die Isolationsschicht mechanisch stabiler mit dem übrigen Kühlkörper verbunden ist, wobei besonders vorteilhaft eine Klebeschicht zur stoffschlüssigen Verbindung der Isolationsschicht mit dem übrigen Kühlkörper vollständig eingespart wird. Daher wird einerseits Wärme an der Isolationsschicht deutlich schneller durch den Kühlkörper abgeführt, so dass insbesondere Überhitzungsschäden an einer Halbleiterstruktur verhindert werden, und andererseits mechanische Spannungen an der Isolationsschicht bzw. zwischen derThe heat sink according to the invention and the inventive method for producing a heat sink according to the independent claims, over the prior art have the advantage that in the heat sink itself an insulating layer of the first material is integrated, so that the Thermal expansion coefficient of the insulating layer is much better adapted to the thermal expansion coefficient of the other heat sink, at the same time a significantly better thermal coupling of the insulating layer with the other heat sink is achieved and also the insulation layer is mechanically stable connected to the other heat sink, wherein particularly advantageously an adhesive layer for material connection of the Isolation layer is completely saved with the remaining heat sink. Therefore, on the one hand heat is dissipated at the insulating layer much faster through the heat sink, so that in particular overheating damage to a semiconductor structure can be prevented, and on the other hand, mechanical stresses on the insulating layer or between the
Isolationsschicht und dem übrigen Kühlkörper aufgrund von stark differenzierenden Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der Isolationsschicht und dem übrigen Kühlkörper deutlich geringer sind bzw. vollständig unterbunden werden. Der Kühlkörper ist ein Verbundkörper, wobei der Materialanteil des isolierenden ersten Materials an der ersten Seite größer ist, als an der zweiten Seite, so dass die erste Seite des Kühlkörpers bevorzugt eine Isolationsschicht aus dem ersten Material darstellt und die zweite Seite überwiegend das zweite Material umfassen. Somit wird besonders vorteilhaft eine Kombination einer vergleichsweise guten Wärmeleitfähigkeit des zweiten Materials mit einer vergleichsweise geringen elektrischen Leitfähigkeit des ersten Materials derart ermöglicht, dass innerhalb des Verbundkörpers eine vergleichsweise gute Anpassung der Wärmeausdehnungskoeffizienten realisiert ist und somit die thermomechanischen Spannungen innerhalb der Verbundkörpers im Vergleich zum Stand der Technik deutlich geringer sind.Insulation layer and the other heat sink due to strongly differentiating coefficients of thermal expansion between the insulating layer and the remaining heat sink are significantly lower or completely prevented. The heat sink is a composite body, wherein the material content of the insulating first material is greater at the first side than at the second side, so that the first side of the heat sink is preferably an insulation layer of the first material and the second side comprises predominantly the second material , Thus, particularly advantageously a combination of a comparatively good thermal conductivity of the second material with a comparatively low electrical conductivity of the first material is made possible in that a comparatively good adaptation of the thermal expansion coefficients is realized within the composite body and thus the thermomechanical stresses within the composite body compared to the prior art Technology are significantly lower.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung entnehmbar.Advantageous embodiments and modifications of the invention are the dependent claims, as well as the description with reference to the drawing.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Materialanteil des zweiten Materials im Verbundmaterial im Bereich der zweiten Seite größer ist, als der Materialanteil des zweiten Materials im Bereich der ersten Seite, wobei bevorzugt die erste Seite im Wesentlichen lediglich das erste Material und/oder die zweite Seite im Wesentlichen lediglich das zweite Material aufweist, so dass besonders vorteilhaft die erste Seite als Isolationsschicht eine minimale elektrische Leitfähigkeit und die zweite Seite eine maximale Wärmeleitfähigkeit aufweist und wobei gleichzeitig eine maximale thermische Ankopplung zwischen der ersten und der zweiten Seite und eine maximale Anpassung des Wärmeausdehnungskoeffizienten der ersten Seite mit dem Wärmeausdehnungskoeffizient der zweiten Seite realisiert sind.According to a preferred embodiment, it is provided that the material content of the second material in the composite material in the region of the second side is greater than the material content of the second material in the region of the first side, wherein preferably the first side substantially only the first material and / or the second side substantially only the second material, so that particularly advantageous the first side as insulating layer has a minimum electrical conductivity and the second side has a maximum thermal conductivity and at the same time a maximum thermal coupling between the first and the second side and a maximum adjustment of the thermal expansion coefficient of the first side with the thermal expansion coefficient of the second side are realized.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Materialanteil des ersten Materials im Verbundmaterial senkrecht zur Haupterstreckungshchtung von der ersten Seite zur zweiten Seite, insbesondere kontinuierlich, monoton und/oder stufenweise, abnimmt, während der Materialanteil des zweiten Materials im Verbundmaterial senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung von der ersten Seite zur zweiten Seite, insbesondere kontinuierlich, monoton und/oder stufenweise, zunimmt. Somit werden besonders vorteilhaft thermische Spannungen innerhalb der Verbundmaterials minimiert, da durch einen vorzugsweise kontinuierlichen Übergang von einem hohen Materialanteil des ersten Materials zu einem hohen Materialanteil des zweiten Materials in einer Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung keine vergleichsweise stark ausgeprägten Sprungstellen der Wärmeausdehnungskoeffizienten in dieser Richtung auftreten, wobei gleichzeitig die thermische Ankopplung zwischen dem ersten und dem zweiten Material maximiert wird.According to a further preferred development, it is provided that the proportion of material of the first material in the composite material perpendicular to the main extension direction from the first side to the second side, in particular continuously, monotonically and / or gradually decreases, while the material content of the second material in the composite material perpendicular to the main extension direction of the first page to the second page, in particular continuously, monotonically and / or gradually increases. Thus, particularly advantageous thermal stresses are minimized within the composite material, as occur by a preferably continuous transition from a high material content of the first material to a high material content of the second material in a direction perpendicular to the main extension direction no comparatively pronounced discontinuities of the thermal expansion coefficients in this direction at the same time the thermal coupling between the first and second material is maximized.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste Material eine Porosität aufweist, wobei die Porosität senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung von der ersten Seite zur zweiten Seite zunimmt und wobei bevorzugt die Porengröße und/oder die Porendichte des ersten Materials im Mittel von der ersten Seite zur zweiten Seite senkrecht zurAccording to a further preferred development, it is provided that the first material has a porosity, wherein the porosity increases perpendicularly to the main extension direction from the first side to the second side and wherein preferably the pore size and / or the pore density of the first material in the middle from the first side to second side perpendicular to
Haupterstreckungsrichtung zunimmt, wobei besonders bevorzugt die Poren mit dem zweiten Material gefüllt sind. Somit ist in besonders einfacher und kostengünstig herstellbarer weise ein unterschiedlicher Materialanteil des ersten Materials zwischen der ersten und der zweiten Seite durch eine Variation der Porengröße und/oder der Porendichte im ersten Material realisierbar. Alternativ ist auch eine Variation der Porosität des zweiten Materials, insbesondere bezüglich der Porengröße und/oder der Porendichte senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung, denkbar. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Verbundmatehal senkrecht zur Haupterstreckungshchtung eine Mehrzahl von Verbundmaterialschichten aufweist, wobei insbesondere das Verhältnis von erstem Material zu zweitem Material zwischen den Verbundmaterialschichten jeweils unterschiedlich ist, so dass in besonders einfacher und kostengünstiger weise ein Verbundkörper mit einem unterschiedlichen Materialanteil des ersten Materials zwischen der ersten und der zweiten Seite herstellbar ist. Insbesondere ist ein Verbundkörper mit einer Vielzahl von Verbundmaterialschichten denkbar, wobei sich das Verhältnis vom ersten Material zum zweiten Material von einerMain extension direction increases, more preferably, the pores are filled with the second material. Thus, a different proportion of material of the first material between the first and the second side by a variation of the pore size and / or the pore density in the first material can be realized in a particularly simple and inexpensive to produce. Alternatively, a variation of the porosity of the second material, in particular with regard to the pore size and / or the pore density perpendicular to the main extension direction, conceivable. According to a further preferred development, it is provided that the composite matehal has a plurality of composite material layers perpendicular to the main extension direction, wherein in particular the ratio of first material to second material is different between the composite material layers, so that in a particularly simple and cost effective manner a composite body with a different Material portion of the first material between the first and the second side can be produced. In particular, a composite body with a plurality of composite material layers is conceivable, wherein the ratio of the first material to the second material of a
Verbundmaterialschicht nahe der ersten Seite zu einer Verbundmaterialschicht nahe der zweiten Seite in vergleichsweise geringen Abstufungen und/oder monoton steigend oder abfallend verändert.Composite layer near the first side to a composite material layer near the second side in relatively shallow gradations and / or monotonically increasing or decreasing changed.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste Material mit dem zweiten Material formschlüssig und/oder kraftschlüssig verbunden ist und/oder dass das erste Material mit dem zweiten Material interpenetrierende Netzwerke bildet. Eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Material entsteht bevorzugt durch ein Ausfüllen der Poren des ersten Materials durch das zweite Material. Besonders vorteilhaft wird durch eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Material die mechanische Belastbarkeit innerhalb der Kühlkörpers im Vergleich zum Stand der Technik in erheblichem Maße erhöht.According to a further preferred refinement, it is provided that the first material is connected to the second material in a form-locking and / or non-positive manner and / or that the first material forms interpenetrating networks with the second material. A positive and / or non-positive connection between the first and the second material preferably results from filling in the pores of the first material by the second material. Particularly advantageously, by a positive and / or non-positive connection between the first and the second material, the mechanical strength within the heat sink in comparison to the prior art is increased to a considerable extent.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste Material senkrecht zur Haupterstreckungsebene einen Verlauf des Porositätsgrades bevorzugt von 0 vol% bis 95 vol% und besonders bevorzugt von 0 vol% bis 65 vol% aufweist, wobei ganz besonders bevorzugt die erste Seite eine Verbundmaterialschicht im Wesentlichen vollständig aus dem ersten Material von wenigstens 50 μm Dicke senkrecht zur Haupterstreckungsebene aufweist, so dass die Eigenschaften der geringen elektrischen Leitfähigkeit der Isolationsschicht, die gute Wärmeleitfähigkeit des Kühlkörpers, sowie die gute Anpassung der Wärmeausdehnungskoeffizienten vergleichsweise gut realisiert sind. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste Material ein keramisches Material, bevorzugt Oxide, Nitride und/oder Carbide, besonders bevorzugt AI2O3, AIN, SisN4 und/oder SiC und ganz besonders bevorzugt AI2O3, und das zweite Material ein metallisches Material, bevorzugt Kupfer, Kupferlegierungen, Aluminium und/oder Aluminiumlegierungen umfasst. Besonders vorteilhaft weist keramisches Material eine vergleichsweise geringe elektrische Leitfähigkeit auf, so dass die Anforderungen an eine hohe Isolationsfähigkeit der Isolationsschicht erfüllt sind, wobei metallisches Material eine vergleichsweise gute Wärmeleitfähigkeit aufweist, so dass gleichzeitig die Anforderungen an die gute Kühlungsfähigkeit des Kühlkörpers erfüllbar sind.According to a further preferred development, it is provided that the first material perpendicular to the main extension plane has a profile of the degree of porosity preferably from 0 vol% to 95 vol% and more preferably from 0 vol% to 65 vol%, most preferably the first side of a composite material layer essentially completely made of the first material of at least 50 .mu.m thickness perpendicular to the main extension plane, so that the properties of the low electrical conductivity of the insulating layer, the good thermal conductivity of the heat sink, as well as the good adaptation of the thermal expansion coefficients are realized comparatively well. According to a further preferred development, it is provided that the first material is a ceramic material, preferably oxides, nitrides and / or carbides, particularly preferably Al 2 O 3 , AlN, SiN 4 and / or SiC and very particularly preferably Al 2O 3, and the second material a metallic material, preferably copper, copper alloys, aluminum and / or aluminum alloys. Particularly advantageous ceramic material has a comparatively low electrical conductivity, so that the requirements for a high insulating ability of the insulating layer are met, wherein metallic material has a comparatively good thermal conductivity, so that at the same time the requirements for the good cooling ability of the heat sink can be fulfilled.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Anordnung mit einem Kühlkörper, wobei auf der ersten Seite des Kühlkörpers wenigstens ein elektrisches, elektronisches und/oder mikromechanisches Bauelement und/oder eine Leiterbahn und/oder eine Verbindungsschicht angeordnet ist, wobei bevorzugt die erste Seite zumindest teilweise mit einer Metallschicht und besonders bevorzugt zumindest teilweise mit einer Aluminium- und/oder Kupferschicht bedeckt ist. Aufgrund der elektrisch isolierenden Isolationsschicht des Kühlkörpers wird besonders vorteilhaft ein Aufbringen von Leiterbahnen unmittelbar auf die Isolationsschicht zur Kontaktierung von elektrischen, elektronischen und/oder mikromechanischen Bauelementen ermöglicht, so dass durch die beschriebene Anordnung die Implementierung eines DBC-Stack hinfällig wird.Another object of the present invention is an arrangement with a heat sink, wherein on the first side of the heat sink at least one electrical, electronic and / or micromechanical device and / or a conductor track and / or a connection layer is arranged, wherein preferably the first side at least partially is covered with a metal layer and particularly preferably at least partially covered with an aluminum and / or copper layer. Due to the electrically insulating insulating layer of the heat sink, it is particularly advantageously possible to apply printed conductors directly to the insulating layer for contacting electrical, electronic and / or micromechanical components, so that the implementation of a DBC stack becomes obsolete due to the described arrangement.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Kühlkörpers, wobei in einem ersten Verfahrensschritt ein Vorkörper mit einem Porositätsgradienten senkrecht zur Haupterstreckungsebene aus dem ersten Material hergestellt wird, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt die Poren des Vorkörpers mit dem zweiten Material gefüllt werden. Somit ist die Herstellung des erfindungsgemäßen Kühlkörpers in nur zwei vergleichsweise einfachen und gut beherrschbaren Arbeitsschritten möglich, so dass die Herstellung vergleichsweise kostengünstig ist und vergleichsweise kostengünstige Materialien verwendbar sind. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Vorkörper im ersten Verfahrensschritt durch eine Negativabformung hergestellt wird, insbesondere durch eine Negativabformung von miteinander verpressten Schäumen mittels Keramikschlicker, wobei vorzugsweise Polyurethan-Schäume verwendet werden, beziehungsweise dass der Vorkörper im ersten Verfahrensschritt durch eine Schlicker-Druckfiltration und anschließendem Sintern hergestellt wird, wobei vorzugsweise zunächst eine Schlickerform mit zwei Schlickern unterschiedlicher Zusammensetzung befüllt wird, wobei kontinuierlich das Verhältnis zwischen den zwei Schlickern verändert wird und wobei anschließend durch eine Druckfiltration und ein Sinterverfahren der Vorkörper hergestellt wird, beziehungsweise dass der Vorkörper im ersten Verfahrensschritt durch eine Pulververpressung hergestellt wird, wobei vorzugsweise Pulver unterschiedlicher Zusammensetzungen in einer Matrize übereinander eingerakelt und anschließend verpresst werden, beziehungsweise dass der Vorkörper im ersten Verfahrensschritt durch ein Schichten und Versintern einer Mehrzahl von Grünkörperplatten hergestellt wird, wobei vorzugsweise Grün körperplatten aufeinander geschichtet werden, welche beim Versintern unterschiedliche Porositäten ergeben, beziehungsweise dass der Vorkörper im ersten Verfahrensschritt durch ein Schichten und Verbinden von Platten unterschiedlicher Porositäten hergestellt wird, wobei bevorzugt Keramikplatten aufeinander geschichtet und zur Verbindung miteinander nachversintert werden, beziehungsweise dass der Vorkörper im ersten Verfahrensschritt durch ein Gießverfahren hergestellt wird, insbesondere ein Foliengießverfahren, wobei vorzugsweise in Foliengießtechnik Schlicker unterschiedlicher Zusammensetzung übereinander gegossen und anschließend versintert werden beziehungsweise dass der zweite Verfahrensschritt ein Infiltrationsverfahren umfasst, wobei bevorzugt der Vorkörper mit dem zweiten Material druckunterstützt infiltriert wird und wobei besonders bevorzugt das zweite Material vor dem zweiten Verfahrensschritt in einem flüssigen Aggregatzustands versetzt wird. Somit ist besonders vorteilhaft die Herstellung des Kühlkörpers durch eine Mehrzahl von Herstellungsverfahren möglich, wodurch eine vergleichsweise flexible und kostenoptimierte Herstellung realisierbar ist. Die Herstellungsverfahren sind allesamt vergleichsweise gut beherrschbar und kostengünstig durchführbar. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Another object of the present invention is a method for producing a heat sink, wherein in a first process step, a preform with a porosity gradient is made perpendicular to the main plane of the first material, wherein in a second process step, the pores of the preform are filled with the second material. Thus, the production of the heat sink according to the invention in only two relatively simple and well manageable steps is possible, so that the production is relatively inexpensive and comparatively inexpensive materials are used. According to a preferred embodiment, it is provided that the preform is produced in the first process step by a negative impression, in particular by a negative impression of foams pressed together by means of ceramic slurry, preferably polyurethane foams are used, or that the preform in the first process step by a slip-pressure filtration and subsequently sintering, wherein preferably first a slurry mold is filled with two slips of different composition, wherein the ratio between the two slips is changed continuously and wherein subsequently the preform is produced by a pressure filtration and a sintering process, or that the preform in the first process step is produced by a Pulververpressung, wherein preferably powdered compositions of different compositions in a die one above the other and then In the first method step, the preform body is produced by layering and sintering a plurality of greenbody plates, wherein green body plates are preferably stacked on one another, which produce different porosities during sintering, or if the preform body in the first method step is formed by laminating and bonding Slabs of different composition are poured over each other and then sintered or preferably that in film casting casting slips of different composition are poured over each other or that the second method step comprises an infiltration method, wherein preferably the preform with the second Pressure-assisted material is infiltrated and wherein particularly preferably the second material is added before the second process step in a liquid state of matter. Thus, the production of the heat sink by a plurality of manufacturing methods is particularly advantageous, whereby a comparatively flexible and cost-optimized production can be realized. The manufacturing processes are all relatively easy to control and cost feasible. Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.
Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing
Es zeigenShow it
Figur 1 eine schematische Seitenansicht einer Anordnung eines Kühlkörpers gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und Figur 2a eine schematische Seitenansicht eines Vorkörpers zur Herstellung eines Kühlkörpers gemäß einer beispielhaften zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung undFigure 1 is a schematic side view of an arrangement of a heat sink according to a first exemplary embodiment of the present invention and Figure 2a is a schematic side view of a preform for producing a heat sink according to an exemplary second embodiment of the present invention and
Figur 2b eine schematische Seitenansicht eines Kühlkörpers gemäß der beispielhaften zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.Figure 2b is a schematic side view of a heat sink according to the exemplary second embodiment of the present invention.
Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention
In Figur 1 ist eine schematische Seitenansicht einer Anordnung 20 eines Kühlkörpers 1 gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei Kühlkörper 1 ein Verbundmaterial 2 mit einem ersten Material 3 und einem zweiten Material 4 aufweist, wobei das erste Material 3 einen elektrischen Isolator, vorzugsweise ein keramisches Material, und das zweite Material 4 einen elektrischen Leiter, vorzugsweise ein Metall, umfassen, wobei der Kühlkörper 1 eine erste Seite 5 parallel zu einer Haupterstreckungsebene 100 des Kühlkörpers 1 aufweist und wobei der Kühlkörper 1 eine der ersten Seite 5 senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100 gegenüberliegende zweite Seite 6 im Wesentlichen parallel zur ersten Seite 5 aufweist und wobei der Materialanteil des ersten Materials1 shows a schematic side view of an arrangement 20 of a heat sink 1 according to a first exemplary embodiment of the present invention, wherein heat sink 1 comprises a composite material 2 having a first material 3 and a second material 4, the first material 3 comprising an electrical insulator, preferably a ceramic material, and the second material 4 comprise an electrical conductor, preferably a metal, wherein the heat sink 1 has a first side 5 parallel to a main extension plane 100 of the heat sink 1 and wherein the heat sink 1 is one of the first side 5 perpendicular to the main extension plane 100 opposite second side 6 has substantially parallel to the first side 5 and wherein the material content of the first material
3 im Bereich der erste Seite 5 größer ist, als der Materialanteil des ersten Materials 3 im Bereich der zweiten Seite 6, während der der Materialanteil des zweiten Materials3 in the region of the first side 5 is greater than the proportion of material of the first material 3 in the region of the second side 6, during which the material content of the second material
4 im Verbundmaterial 2 im Bereich der zweiten Seite 6 größer ist, als der Materialanteil des zweiten Materials 4 im Bereich der ersten Seite 5, so dass insbesondere die erste Seite 5 im Wesentlichen lediglich das erste Material 3 und die zweite Seite 6 im Wesentlichen lediglich das zweite Material 4 aufweisen. Der Materialanteil des ersten Materials 3 im Verbundmaterial 2 nimmt senkrecht zur Haupterstreckungshchtung 100 von der ersten Seite 5 zur zweiten Seite 6 insbesondere stufenweise ab, während der Materialanteil des zweiten Materials 4 im Verbundmaterial 2 senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung 100 von der ersten Seite 5 zur zweiten Seite 6 insbesondere stufenweise zunimmt, so dass das Verbundmaterial 2 senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung eine Mehrzahl von Verbundmaterialschichten 7 aufweist und das Verhältnis von erstem Material 3 zu zweitem Material 4 zwischen den Verbundmaterialschichten 7 jeweils unterschiedlich ist. Vorzugsweise weist das erste Material 3 eine Porosität auf, wobei die Porosität senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung 100 von der ersten Seite 5 zur zweiten Seite 6 zunimmt und wobei insbesondere die Porengröße und die Porendichte des ersten Materials 3 im Mittel von der ersten Seite 5 zur zweiten Seite 6 senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung 100 zunimmt und wobei die Poren 10 mit dem zweiten Material 4 gefüllt sind. Durch die Füllung der Poren 10 des ersten Materials 3 mit dem zweiten Material 4 ist das erste Material 3 mit dem zweiten Material 4 zumindest teilweise formschlüssig und kraftschlüssig verbunden. Die Verbundmaterialschicht 7 im Bereich der ersten Seite 5, welche im Wesentlichen lediglich das erste Material 3 aufweist, umfasst eine Dicke senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung 100 von wenigstens 50 μm. Auf der ersten Seite 5 des Kühlkörpers 1 sind Halbleiterbauelemente 11 angeordnet, wobei zwischen der ersten Seite 5 und den Halbleiterbauelementen 11 insbesondere eine Leiterbahn 11 ' aus Kupfer angeordnet ist.4 in the composite material 2 in the region of the second side 6 is greater than the material portion of the second material 4 in the region of the first side 5, so that in particular the first side 5 essentially only the first material 3 and the second side 6 substantially only second material 4 have. The material content of the first material 3 in the composite material 2 increases perpendicular to the main extension direction 100 from the first side 5 to the second side 6 in particular stepwise, while the material content of the second material 4 in the composite material 2 increases perpendicularly to the main extension direction 100 from the first side 5 to the second side 6 in particular gradually, so that the composite material 2 perpendicular to the main extension direction has a plurality of composite material layers 7 and the ratio of the first Material 3 to second material 4 between the composite material layers 7 is different in each case. Preferably, the first material 3 has a porosity, wherein the porosity increases perpendicularly to the main extension direction 100 from the first side 5 to the second side 6 and in particular the pore size and the pore density of the first material 3 in the middle from the first side 5 to the second side. 6 increases perpendicular to the main extension direction 100 and wherein the pores 10 are filled with the second material 4. By filling the pores 10 of the first material 3 with the second material 4, the first material 3 with the second material 4 is at least partially positively and non-positively connected. The composite material layer 7 in the area of the first side 5, which essentially has only the first material 3, has a thickness perpendicular to the main extension direction 100 of at least 50 μm. Semiconductor components 11 are arranged on the first side 5 of the heat sink 1, with a conductor 11 'made of copper in particular being arranged between the first side 5 and the semiconductor components 11.
In Figur 2a ist eine schematische Seitenansicht eines Vorkörpers 1 ' zur Herstellung eines Kühlkörpers 1 gemäß einer beispielhaften zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei der Vorkörper V lediglich erstes Material 3 umfasst, wobei der Vorkörper V eine Vielzahl von Poren 10 aufweist und wobei die Porendichte senkrecht zur Haupterstreckungsebene 100 von der ersten Seite 5 zur zweiten Seite 6 kontinuierlich oder stufenweise zunimmt, so dass die Materialdichte des ersten Materials 1 von der ersten zur zweiten Seite 5, 6 kontinuierlich oder stufenweise abnimmt. Der Vorkörper 1 ' wird hergestellt durch eine Negativabformung von miteinander verpressten Polyurethan-Schäume durch Keramikschlicker oder durch eine gradierte Schlicker-Druckfiltration, wobei vorzugsweise aus zwei Reservoirs mit Schlicker unterschiedlicher Zusammensetzung, beispielsweise bezüglich der Porenbildner oder der Korngrößen, eine Schlickerform befüllt wird, wobei das Verhältnis der beiden Schlicker insbesondere kontinuierlich verändert wird und wobei anschließend daraus mittels Druckfiltration ein Grünkörper hergestellt wird, welcher einen Gradienten beispielsweise im Porenbildneranteil aufweist, so dass nach einem darauffolgenden Sinterprozess der Vorkörper 1 ' mit einem Porositätsgradienten entsteht. Alternativ wird der Vorkörper 1 ' durch eine gradierte/gestufte Pulververpressung hergestellt, wobei vorzugsweise Pulver unterschiedlicher Zusammensetzung in einer Matrize übereinander eingerakelt und anschließend verpresst werden, wobei Pulvervariationen bezüglich der Korngröße oder der Porenbildner möglich sind, oder der Vorkörper 1 ' wird durch ein Übereinanderschichten von Grünkörperplatten die bei gleichen Sinterbedingungen aufgrund von Variationen der Korngrößen oder der Porenbildneranteile unterschiedliche Porositäten ergeben und anschließendem Versintern der Grün körperplatten hergestellt. Alternativ ist auch ein Übereinanderschichten von Keramikplatten unterschiedlicher Porosität, welche zur Verbindung miteinander nachversintert werden, oder ein Foliengießverfahren, wobei in Foliengießtechnik keramische Schlicker mit unterschiedlicher Zusammensetzung, beispielsweise bezüglich der Korngröße oder der Porenbildneranteile, übereinander gegossen und anschließden versintert werden, zur Herstellung des Vorkörpers vorgesehen.FIG. 2 a shows a schematic side view of a preform 1 'for producing a heat sink 1 according to an exemplary second embodiment of the present invention, wherein the preform V comprises only first material 3, wherein the preform V has a plurality of pores 10 and wherein the pore density perpendicular to the main extension plane 100 from the first side 5 to the second side 6 continuously or gradually increases, so that the material density of the first material 1 from the first to the second side 5, 6 decreases continuously or stepwise. The preform 1 'is produced by a negative impression of polyurethane foams pressed together by ceramic slip or by a graded slip pressure filtration, preferably from two reservoirs with slurry of different composition, for example with respect to the pore formers or the grain sizes, a slip mold is filled, said Ratio of the two slip is changed in particular continuously and wherein subsequently a green body is produced therefrom by means of pressure filtration, which has a gradient, for example in the pore-forming agent fraction, so that after a subsequent sintering process the preform 1 'is formed with a porosity gradient. Alternatively, the preform 1 'is prepared by a graded / stepped powder injection, wherein preferably powder of different composition in a die are scribed on each other and then pressed, with powder variations in the grain size or the pore formers are possible, or the preform 1' is formed by stacking Green body plates resulting in the same sintering conditions due to variations in the particle sizes or the Porenbildneranteile different porosities and subsequent sintering of the green body plates produced. Alternatively, a superimposing of ceramic plates of different porosity, which are nachversintert for connection with each other, or a Foliengießverfahren, wherein in Foliengießtechnik ceramic slip with different composition, for example with respect to the grain size or the Porenbildneranteile, poured over one another and then sintered, provided for the production of the preform ,
In Figur 2b ist eine schematische Seitenansicht eines Kühlkörpers 1 gemäß der beispielhaften zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei der Kühlkörper 1 aus dem in Figur 2a illustrierten und im ersten Verfahrensschritt hergestelltem Vorkörper 1 ' besteht, welcher in einem zweiten Verfahrensschritt mit einer Metallschmelze druckunterstützt infiltriert wurde, vorzugsweise mittels Squeeze Cast Technik oder mittels Gasdruckinfiltration, so dass die Poren 10 mit dem zweiten Material 4 gefüllt sind und der Kühlkörper vorzugsweise auf der zweiten Seite 6 eine Verbundmaterialschicht 7 aufweist, welche im Wesentlichen lediglich das zweite Material 4 umfasst. FIG. 2b shows a schematic side view of a heat sink 1 according to the exemplary second embodiment of the present invention, wherein the heat sink 1 consists of the preform 1 'illustrated in FIG. 2a and produced in the first process step, which infiltrates pressure-assisted with a molten metal in a second process step was, preferably by means of squeeze cast technique or by gas pressure infiltration, so that the pores 10 are filled with the second material 4 and the heat sink preferably on the second side 6 has a composite material layer 7, which comprises substantially only the second material 4.

Claims

Patentansprüche claims
1. Kühlkörper (1 ) aus einem Verbundmaterial (2), mit einem ersten Material (3) und einem zweiten Material (4), wobei das erste Material (3) einen elektrischen Isolator und das zweite Material (4) einen elektrischen Leiter umfassen, wobei der Kühlkörper (1 ) eine erste Seite (5) parallel zu einer Haupterstreckungsebene (100) des Kühlkörpers (1 ) aufweist und wobei der Kühlkörper (1 ) eine der ersten Seite (5) senkrecht zur Haupterstreckungsebene (100) gegenüberliegende zweite Seite (6) imA heat sink (1) made of a composite material (2), comprising a first material (3) and a second material (4), wherein the first material (3) comprises an electrical insulator and the second material (4) comprises an electrical conductor, wherein the heat sink (1) has a first side (5) parallel to a main extension plane (100) of the heat sink (1), and wherein the heat sink (1) has a second side (6) opposite to the first extension side (5) ) in the
Wesentlichen parallel zur ersten Seite (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialanteil des ersten Materials (3) im Bereich der erste Seite (5) größer ist, als der Materialanteil des ersten Materials (3) im Bereich der zweiten Seite (6).Substantially parallel to the first side (5), characterized in that the proportion of material of the first material (3) in the region of the first side (5) is greater than the proportion of material of the first material (3) in the region of the second side (6) ,
2. Kühlkörper (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Materialanteil des zweiten Materials (4) im Verbundmaterial (2) im Bereich der zweiten Seite (6) größer ist, als der Materialanteil des zweiten Materials (4) im Bereich der ersten Seite (5), wobei bevorzugt die erste Seite (5) im Wesentlichen lediglich das erste Material (3) und/oder die zweite Seite (6) im2. Heatsink (1) according to claim 1, characterized in that the proportion of material of the second material (4) in the composite material (2) in the region of the second side (6) is greater than the proportion of material of the second material (4) in the region of first side (5), wherein preferably the first side (5) substantially only the first material (3) and / or the second side (6) in
Wesentlichen lediglich das zweite Material (4) aufweist.Essentially only the second material (4).
3. Kühlkörper (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialanteil des ersten Materials (3) im Verbundmaterial (2) senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung (100) von der ersten Seite (5) zur zweiten Seite (6), insbesondere kontinuierlich, monoton und/oder stufenweise, abnimmt, während der Materialanteil des zweiten Materials (4) im Verbundmaterial (2) senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung (100) von der ersten Seite (5) zur zweiten Seite (6), insbesondere kontinuierlich, monoton und/oder stufenweise, zunimmt.3. Heatsink (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the material content of the first material (3) in the composite material (2) perpendicular to the main extension direction (100) from the first side (5) to the second side (6), in particular continuously, monotonically and / or gradually decreases, while the material content of the second material (4) in the composite material (2) perpendicular to the main extension direction (100) from the first side (5) to the second side (6), in particular continuously, monotonically and / or gradually, increasing.
4. Kühlköper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material (3) eine, insbesondere offene, Porosität aufweist, wobei die Porosität senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung (100) von der ersten Seite (5) zur zweiten Seite (6) zunimmt und wobei bevorzugt die Porengröße und/oder die Porendichte des ersten Materials (3) im Mittel von der ersten Seite (5) zur zweiten Seite (6) senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung (100) zunimmt, wobei besonders bevorzugt die Poren (10) mit dem zweiten Material (4) gefüllt sind.4. Heat sink according to one of the preceding claims, characterized in that the first material (3) has a, in particular open, porosity, wherein the porosity perpendicular to Main extension direction (100) from the first side (5) to the second side (6) increases and preferably wherein the pore size and / or the pore density of the first material (3) in the middle from the first side (5) to the second side (6) perpendicular to the main extension direction (100) increases, wherein particularly preferably the pores (10) are filled with the second material (4).
5. Kühlkörper (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundmaterial (2) senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung eine Mehrzahl von Verbundmaterialschichten (7) aufweist, wobei insbesondere das Verhältnis von erstem Material (3) zu zweitem Material (4) zwischen den Verbundmaterialschichten (7) jeweils unterschiedlich ist.5. Heatsink (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the composite material (2) perpendicular to the main extension direction a plurality of composite material layers (7), in particular the ratio of the first material (3) to second material (4) between the composite material layers (7) is different in each case.
6. Kühlkörper (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material (3) mit dem zweiten Material (4) formschlüssig und/oder kraftschlüssig verbunden ist und/oder dass das erste Material (3) mit dem zweiten Material (4) interpenetrierende Netzwerke bildet.6. heat sink (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first material (3) with the second material (4) is positively and / or non-positively connected and / or that the first material (3) with the second material (4) forms interpenetrating networks.
7. Kühlkörper (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material (3) senkrecht zur7. Heatsink (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first material (3) perpendicular to
Haupterstreckungsebene (100) einen Verlauf des Porositätsgrades bevorzugt von 0 vol% bis 95 vol% und besonders bevorzugt von 0 vol% bis 65 vol% aufweist, wobei ganz besonders bevorzugt die erste Seite (5) eine Verbundmaterialschicht (7) im Wesentlichen vollständig aus dem ersten Material (3) von wenigstens 50 μm Dicke senkrecht zurMain extension plane (100) has a degree of porosity preferably from 0 vol% to 95 vol% and particularly preferably from 0 vol% to 65 vol%, most preferably the first side (5) a composite material layer (7) substantially completely from the first material (3) of at least 50 μm thickness perpendicular to
Haupterstreckungsebene (100) aufweist.Main extension plane (100).
8. Kühlkörper (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material (3) ein keramisches Material, bevorzugt Oxide, Nitride und/oder Carbide, besonders bevorzugt AI2O3, AIN,8. heat sink (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the first material (3) is a ceramic material, preferably oxides, nitrides and / or carbides, particularly preferably Al2O3, AIN,
Si3N4 und/oder SiC und ganz besonders bevorzugt AI2O3, und das zweite Material (4) ein metallisches Material, bevorzugt Kupfer, Kupferlegierungen, Aluminium und/oder Aluminiumlegierungen umfasst. Si 3 N 4 and / or SiC and most preferably Al 2 O 3 , and the second material (4) comprises a metallic material, preferably copper, copper alloys, aluminum and / or aluminum alloys.
9. Anordnung (20) mit einem Kühlkörper (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der ersten Seite (5) des Kühlkörpers (1 ) wenigstens ein elektrisches, elektronisches und/oder mikromechanisches Bauelement (11 ) und/oder eine Leiterbahn (11 ') und/oder eine Verbindungsschicht angeordnet ist, wobei bevorzugt die erste Seite (5) zumindest teilweise mit einer Metallschicht und besonders bevorzugt zumindest teilweise mit einer Aluminium- und/oder Kupferschicht bedeckt ist.9. Arrangement (20) with a heat sink (1) according to one of the preceding claims, characterized in that on the first side (5) of the heat sink (1) at least one electrical, electronic and / or micromechanical device (11) and / or a conductor track (11 ') and / or a connection layer is arranged, wherein preferably the first side (5) is at least partially covered with a metal layer and particularly preferably at least partially with an aluminum and / or copper layer.
10.Verfahren zur Herstellung eines Kühlkörpers (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten10.Verfahren for producing a heat sink (1) according to one of the preceding claims, characterized in that in a first
Verfahrensschritt ein Vorkörper (1 ') mit einem Porositätsgradienten senkrecht zur Haupterstreckungsebene (100) aus dem ersten Material (3) hergestellt wird, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt die Poren (10) des Vorkörpers mit dem zweiten Material (4) gefüllt werden.Process step, a preform (1 ') with a porosity gradient perpendicular to the main extension plane (100) from the first material (3) is produced, wherein in a second process step, the pores (10) of the preform are filled with the second material (4).
11.Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorkörper (1 ') im ersten Verfahrensschritt durch eine Negativabformung hergestellt wird, insbesondere durch eine Negativabformung von miteinander verpressten Schäumen mittels Schlicker, wobei vorzugsweise Polyurethan-Schäume verwendet werden.11.Verfahren according to claim 10, characterized in that the preform (1 ') is produced in the first method step by a negative impression, in particular by a negative impression of pressed together foams by means of slip, preferably polyurethane foams are used.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Vorkörper (1 ') im ersten Verfahrensschritt durch eine Schlicker- Druckfiltration und anschließendem Sintern hergestellt wird, wobei vorzugsweise zunächst eine Schlickerform mit zwei Schlickern unterschiedlicher Zusammensetzung befüllt wird, wobei kontinuierlich das Verhältnis zwischen den zwei Schlickern verändert wird und wobei anschließend durch eine Druckfiltration und ein Sinterverfahren der Vorkörper hergestellt wird.12. The method according to any one of claims 10 or 11, characterized in that the preform (1 ') is prepared in the first process step by a slipstream pressure filtration and subsequent sintering, wherein preferably first a slurry form is filled with two slips of different composition, wherein continuously the ratio between the two slips is changed, and then by a pressure filtration and a sintering process of the preform is produced.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorkörper (1') im ersten Verfahrensschritt durch eine Pulververpressung hergestellt wird, wobei vorzugsweise Pulver unterschiedlicher Zusammensetzung in einer Matrize übereinander eingerakelt und anschließend verpresst werden.13. The method according to any one of claims 10 to 12, characterized in that the preform (1 ') is produced in the first method step by a powder injection, wherein preferably powder different composition in a die on top of each other scribed and then pressed.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorkörper (1') im ersten Verfahrensschritt durch ein Schichten und14. The method according to any one of claims 10 to 13, characterized in that the preform (1 ') in the first method step by a layers and
Versintern einer Mehrzahl von Grünkörperplatten hergestellt wird, wobei vorzugsweise Grünkörperplatten aufeinander geschichtet werden, welche beim Versintern unterschiedliche Porositäten ergeben.Sintering a plurality of green body plates is produced, wherein preferably green body plates are stacked on each other, which give different porosities during sintering.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorkörper (1') im ersten Verfahrensschritt durch ein Schichten und Verbinden von Platten unterschiedlicher Porositäten hergestellt wird, wobei bevorzugt Keramikplatten aufeinander geschichtet und zur Verbindung miteinander nachversintert werden.15. The method according to any one of claims 10 to 14, characterized in that the preform (1 ') is prepared in the first process step by layering and bonding plates of different porosities, preferably ceramic plates are stacked and nachversintert to connect with each other.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorkörper (1') im ersten Verfahrensschritt durch ein Gießverfahren hergestellt wird, insbesondere ein Foliengießverfahren, wobei vorzugsweise in Foliengießtechnik Schlicker unterschiedlicher Zusammensetzung übereinander gegossen und anschließend versintert werden.16. The method according to any one of claims 10 to 15, characterized in that the preform (1 ') is produced in the first process step by a casting process, in particular a Foliengießverfahren, preferably in Foliengießtechnik cast slip of different composition over each other and then sintered.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Verfahrensschritt ein Schmelzinfiltrationsverfahren umfasst, wobei bevorzugt der Vorkörper (1') mit dem zweiten Material (4) druckunterstützt infiltriert wird und wobei besonders bevorzugt das zweite17. The method according to any one of claims 10 to 16, characterized in that the second method step comprises a melt infiltration process, wherein preferably the preform (1 ') with the second material (4) is pressure-infiltrated infiltrated and wherein particularly preferably the second
Material (4) vor dem zweiten Verfahrensschritt in einem flüssigen Aggregatzustands versetzt wird, Material (4) is added in a liquid state prior to the second process step,
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