專利名稱：用于為部件布置冷卻的方法和冷卻元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制作用于電氣部件的冷卻元件的方法。本發(fā)明還涉及一種根 據(jù)所述方法制作的冷卻元件。
背景技術(shù)：
電氣部件的溫度控制與它們的尺寸相比使用了大量電力并且是電氣設(shè)備的一部 分，所述電氣部件的溫度控制對(duì)于它們的操作具有決定性的效果。這種部件的實(shí)例有功率 半導(dǎo)體、處理器單元和光部件，例如通常被稱作LED(發(fā)光二極管)的光二極管?？梢允褂眠m當(dāng)?shù)睦鋮s來降低電氣部件的操作溫度。由于降低的溫度，就它的使用 而言，電氣部件能夠更加有效地運(yùn)轉(zhuǎn)，和/或該部件的壽命得以延長(zhǎng)。能夠使用例如獨(dú)立的 風(fēng)扇降低電氣部件的溫度，該風(fēng)扇被用于引導(dǎo)冷卻空氣經(jīng)過待冷卻的部件。待冷卻的部件 還能夠被連接到獨(dú)立的冷卻元件。圖1示出用于將熱產(chǎn)生電氣部件連接到冷卻元件14的已知方法。待冷卻的電氣 部件11已經(jīng)被連接到電路板或者基板12。電路板或者基板12包括用于電氣部件的連接 點(diǎn)。還能夠在其中形成導(dǎo)電圖案以將電氣部件11連接到電路布置。在圖1的情形中，電路 板12已經(jīng)利用適當(dāng)類型的膠水而在使用中被膠合到冷卻元件14上，該膠水容易導(dǎo)熱，被稱 作熱固性膠水13。電路板/基板12和膠水13代表熱阻，其大小對(duì)于所示結(jié)構(gòu)的冷卻能力 具有影響。上述元件12和13越厚并且它們傳導(dǎo)的熱越少，則待冷卻的電氣部件11的溫度 將升高地越高。在電氣部件中，即使很少幾度的熱量的升高也可能顯著地減少它的壽命或 者限制最大饋送功率。鑒于電氣部件的操作和壽命，在電氣部件和熱沉之間具有其熱阻盡可能小的元件 將是優(yōu)選的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種方法和冷卻結(jié)構(gòu)，由此與現(xiàn)有技術(shù)方案相比，可以使得 電子部件的冷卻更加有效?？梢允褂美鋮s結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，其中待冷卻的電子部件被安裝到冷卻元件 上從而在沒有獨(dú)立支撐元件(電路板或者基板)的情況下使用。在根據(jù)本發(fā)明的冷卻布置 中，使用所謂的熱噴涂而將絕緣材料的薄層形成到冷卻元件的表面上。熱噴涂是一種用于 將絕緣或者導(dǎo)電材料吹送到氣焰(gas flame)上的方法。待被吹送的材料可以具有例如液 體、粉末、糊膏、線或者氣體的形式。待被吹送的材料得以加熱并且被燒結(jié)到冷卻元件或者 其它機(jī)械結(jié)構(gòu)的表面上。通常，所使用的絕緣材料可以是陶瓷，例如氧化鋁ai2O3。熱噴涂 實(shí)際上并不加熱目標(biāo)或者它在目標(biāo)中的加熱效果相對(duì)較小。如果需要，用于將電子部件連 接到電子電路布置所必要的連接點(diǎn)和電路圖案可以被設(shè)于絕緣層的頂部上?？梢允褂矛F(xiàn)有 技術(shù)方法將電子部件固定到絕緣層上，或者帶有或者不帶外殼。可以例如通過膠合、焊料焊 接或者接合進(jìn)行所述固定。有利地，在已經(jīng)將電子部件固定到冷卻元件上之后，可以利用適當(dāng)?shù)牟牧蠈颖Ｗo(hù)該電子部件。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，與已知方案相比，在電路元件和冷卻元件之間的熱阻是 小的。本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)在于，獨(dú)立的支撐元件(電路板或者基板)是不需要的。本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)在于，由于增加的冷卻能力，與已知方案相比，電子部件的電 功率能夠得以升高。本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)在于，因?yàn)榭梢越档碗娮硬考牟僮鳒囟?，所以該電子部?的壽命得以延長(zhǎng)。本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)在于，可以或者帶有或者不帶外殼地將電子部件固定到冷卻 元件上。本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)在于，或者在安裝期間或者在以后，電子部件能夠得到密封 性保護(hù)。本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)在于，與傳統(tǒng)的制作方法相比，存在更少的制作階段，這意味 著更低的制作成本。本發(fā)明的又一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，通過使用本發(fā)明，能夠?qū)㈦姎獠考傻饺S表面上。本發(fā)明再一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，可以將電氣部件集成到使用該電氣部件的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)上。根據(jù)本發(fā)明的方法的特征在于-將熱絕緣材料層吹送到元件的至少一個(gè)表面上或者該表面的一部分上，-在該絕緣層的頂部上形成分立電氣部件的電連接所必要的連接點(diǎn)和導(dǎo)體，_在絕緣材料層的頂部上連接至少一個(gè)分立電氣部件，和-將分立電氣部件連接到在絕緣材料層的頂部上形成的連接點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明用于冷卻分立電氣部件的冷卻元件的特征在于-燒結(jié)層的絕緣材料處于至少一個(gè)分立電氣部件將被連接到其上的冷卻元件的表 面或者部分表面上，-已經(jīng)在絕緣材料的頂部上形成用于電連接分立電氣部件所必要的連接點(diǎn)和導(dǎo) 體，并且-用于將分立電氣部件固定到冷卻元件的絕緣表面上的裝置已經(jīng)得以形成。已經(jīng)在從屬權(quán)利要求中給出本發(fā)明的一些有利的實(shí)施例。本發(fā)明的基本思想如下有利地，在制作根據(jù)本發(fā)明的冷卻布置時(shí)使用熱噴涂。熱 噴涂是這樣一種方法，利用該方法，將已被完全地或者部分地熔化成液體的材料作為精細(xì) 噴涂物與例如氣體流一起吹送或者噴涂到待被處理的表面上。被用于熱噴涂的各種方法包 括例如火焰噴涂、電弧噴涂、激光噴涂、弧噴涂、等離子體噴涂、真空等離子體噴涂、高速火 焰噴涂和爆炸噴涂。在根據(jù)本發(fā)明的制作方法的第一階段中，陶瓷材料薄層被熱噴涂到電氣部件將被 固定到其上的表面或者部分表面上。該表面能夠或者是平坦的或者它能夠包含本質(zhì)上不同 于平面的形狀(3D物體)。有利地，在第二階段中，可以與用于連接電路與電路實(shí)體的其余 部分所需要的導(dǎo)體一起地在陶瓷層的頂部上形成電路板需要的連接管腳或者接觸表面。隨 后使用例如容易地傳導(dǎo)熱量的膠水或者使用另一種現(xiàn)有技術(shù)緊固方法將電氣部件緊固到 陶瓷層上。如果有必要，則將電氣部件的連接器連接到在陶瓷層的頂部上形成的連接管腳。
5如果有必要，則可以通過在電氣部件的頂部上熱噴涂適當(dāng)?shù)牟牧隙芊獾鼗蛘唠姳Ｗo(hù)該電 氣部件。


在下面詳細(xì)地描述了本發(fā)明。在描述中，對(duì)于附圖進(jìn)行參考，其中圖1示出現(xiàn)有技術(shù)冷卻結(jié)構(gòu)方案；圖2a_2f示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的冷卻元件結(jié)構(gòu)的構(gòu)造方法；圖3a_3g示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的冷卻元件結(jié)構(gòu)的構(gòu)造方法；圖4a通過實(shí)例示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的電氣部件的冷卻結(jié)構(gòu)的構(gòu)造方法的 主要階段的流程圖；圖4b通過實(shí)例示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的電氣部件的冷卻結(jié)構(gòu)的構(gòu)造方法的 主要階段的流程圖；并且圖5示出根據(jù)本發(fā)明的冷卻元件和現(xiàn)有技術(shù)冷卻元件變熱的比較。
具體實(shí)施例方式在以下描述中，實(shí)施例僅僅是實(shí)例并且本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以以不同于所描述的 方式的另一方式將本發(fā)明的基本思想投入實(shí)踐中。雖然解釋可能在幾個(gè)位置處參考了一個(gè) 實(shí)施例或者多個(gè)實(shí)施例，但是這并不意味著該參考僅僅在于已述實(shí)施例之一或者已述特征 僅僅在已述實(shí)施例之一中是有用的。兩個(gè)或者幾個(gè)實(shí)施例的分別的特征可以被組合并且因 此形成本發(fā)明的新的實(shí)施例。圖1是結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)的描述而給出的。在根據(jù)本發(fā)明的冷卻元件和被緊固到其上的電氣部件之間并不是必要地需要支 撐電氣部件的電路板或者基板。在根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)造方法的第一階段中，使用所謂的熱噴 涂將絕緣材料的薄層形成到冷卻元件的表面上。熱噴涂是用于利用壓縮空氣而將適當(dāng)?shù)乃?料、金屬或者陶瓷粉末或線吹送到例如氣焰上的方法。替代氣焰，熱噴涂還能夠利用例如電 弧或者激光來加熱待被吹送的材料。粉末或者線得以加熱并且被燒結(jié)到作為吹送目標(biāo)的物 體的表面上。熱噴涂實(shí)際上并不加熱物體或者針對(duì)所被噴涂的物體的加熱效果僅僅是微小 的。可以在所被噴涂的層的頂部上膠合并且在冷卻元件的頂部上燒結(jié)將被連接到根 據(jù)本發(fā)明的冷卻元件的電氣部件(或者帶有或者不帶外殼)，而不在其之間使用任何結(jié)構(gòu)。 有利地，在已經(jīng)將電氣部件固定到冷卻元件上之后，可以利用適當(dāng)?shù)牟牧蠈颖Ｗo(hù)該電氣部 件。通常在熱噴涂中使用的絕緣材料可以有利地是功能塑料或者陶瓷，例如氧化鋁 A1A。將被用作絕緣陶瓷的其它有利的材料包括例如MgTi03、CaTi03、Zn0、Si02、B203、Al2O3 合金、BaTi03、Ba1^xSrxTiO3> PbO、BeO、SiC、A1N、Si、Si3N4、金剛石、石英、滑石、鈦酸鹽、莫來 石(mullite)、礬土(alumina)或者玻璃和前述材料的合金。如果需要，將電氣部件連接到電子電路布置所必要的連接點(diǎn)和電路圖案可以被設(shè) 于絕緣陶瓷層的頂部上。連接管腳和導(dǎo)體的形成可以有利地使用例如熱噴涂、糊膏印刷、 光刻、生長(zhǎng)、使用蝕刻過程、轉(zhuǎn)印技術(shù)、貼花技術(shù)(decal technique)、照相凹版印刷(photogravure)或者噴墨方法而得以實(shí)現(xiàn)。適用于熱噴涂的、也傳導(dǎo)電力以制作導(dǎo)體的材料例如有金、銀、銅、鋁、鈀、鉬、鎢、 TiO2、BaCO3、CoO、NiO、Cu0、Mn304、RuOx、鉭鋁合金、可伐合金(kovar)、坎瑟爾合金(kanthal)、 鎳鉻鐵合金(nichrome)、錳和其它相應(yīng)的材料，例如導(dǎo)電塑料，和前述物質(zhì)的合金。能夠使用具有期望的電或者機(jī)電效果的其它材料將熱噴涂用于在陶瓷層的頂部 上形成各層。這種材料例如有各種壓電材料，例如氧化鋯、氧化鈦和PZT。還可以利用鐵電 或者鐵磁性材料，例如Fe304、AlB2, ZnO0熱噴涂還可以被用于在陶瓷表面的頂部上制成其它材料的層?？赡艿牟牧系囊恍?實(shí)例包括各種橡膠、聚酰亞胺、聚酰胺、聚酯和各種形式的環(huán)氧、各種形式的樹脂、雙馬來酰 亞胺三嗪合金(bismaleimidetriazine alloy)、聚酰亞氨薄膜(kapton)、芳綸(aramid)和 功能塑料。圖2a_2e示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的、用于制作冷卻元件的方法和冷卻元件自 身。能夠有利地在要求冷卻的電氣部件能夠被固定到冷卻元件坯體的、基本平面形的這種 表面上的情形中使用圖2a_2e所示的制作方法?？梢允褂脤?dǎo)電材料或者介電材料開始電氣部件的冷卻元件的制造。如果基礎(chǔ)材 料，冷卻元件預(yù)成型件本身是電介質(zhì)，則能夠通過在介電基礎(chǔ)材料的頂部上直接地制作導(dǎo) 體結(jié)構(gòu)而開始制造。制作簡(jiǎn)單線結(jié)構(gòu)(例如RFID天線)的最容易的方式是通過形成導(dǎo)體 圖案的掩模而將金屬物質(zhì)吹送到介電基礎(chǔ)材料上，在此情形中，根據(jù)掩模中的孔隙的圖案 被直接地重復(fù)到基礎(chǔ)表面上。有利地通過將例如陶瓷材料吹送到金屬或者陶瓷底板上或者吹送到器件本體上 或者吹送到另一機(jī)械結(jié)構(gòu)上而開始電操作3D冷卻元件的制備。隨后，通過例如厚膜印刷、 光刻、激光燒結(jié)、熱噴涂或者利用另一種現(xiàn)有技術(shù)方法形成在冷卻元件中的陶瓷材料的頂 部上附著電氣部件所必要的電路圖案。如果使用例如厚膜印刷或者其它現(xiàn)有技術(shù)制作方 法，則可以使用氣焰由此還執(zhí)行熱噴涂地或者以傳統(tǒng)方式通過在烤爐中加熱而“燒結(jié)”導(dǎo) 體?？梢允褂美绐?dú)立的掩模在絕緣層的頂部上吹送一種新的導(dǎo)體圖案以保證在以前的階 段期間制成的導(dǎo)體圖案在“通孔”處保持未被覆蓋。隨后以與以前的方式相同的方式制備 新的導(dǎo)體層。通過重復(fù)這些過程階段，能夠例如在氧化鋁內(nèi)側(cè)制成3D線圖案。有利地，還能夠?qū)⒐栊酒傻礁鶕?jù)本發(fā)明的冷卻元件結(jié)構(gòu)中。為了電接合硅芯 片，可以有利地在絕緣材料(例如通過熱噴涂制備的陶瓷)的頂部上印刷或者以其它方式 形成導(dǎo)體圖案。有利地，使用例如倒裝芯片方法而利用線連接將硅芯片接合到導(dǎo)體圖案上。 隨后有利地利用現(xiàn)有技術(shù)中的、所謂的圓頂封裝體(glob top)材料或者例如帶有環(huán)氧基的 其它現(xiàn)有技術(shù)保護(hù)材料來保護(hù)硅芯片。在硅芯片已經(jīng)被電連接并且利用圓頂封裝體材料而 被保護(hù)之后，能夠有利地使用熱噴涂將整個(gè)結(jié)構(gòu)嵌入陶瓷中。這產(chǎn)生了極其可靠和耐用的、 被以密閉方式密封的陶瓷結(jié)構(gòu)。如果例如將氧化鋁用作基礎(chǔ)材料，則它的熱膨脹系數(shù)在與 硅的熱膨脹系數(shù)相同的范圍中。這使得該結(jié)構(gòu)是耐用的。除了上述線連接部件，還可以使用傳統(tǒng)的倒裝芯片或者SMD技術(shù)在陶瓷的頂部上 附著部件，這也是可能的，并且使用在它們的頂部上使用熱噴涂層置的材料保護(hù)這些部件 是可能的。除了上述的硅芯片連接，還可以將無源部件浸沒到根據(jù)本發(fā)明的冷卻元件的表面
7上，這些無源部件包括電阻器、電容器和線圈。可以有利地例如以在下面描述的方式使用低溫共燒陶瓷技術(shù)(LTCC技術(shù))將熱噴 涂應(yīng)用于保護(hù)已制備的結(jié)構(gòu)。其表面具有硅芯片并且受到圓頂封裝體保護(hù)的LTCC模塊可 以使用熱噴涂而被嵌入陶瓷結(jié)構(gòu)中。如果使用熱噴涂在其頂部上層置低溫陶瓷、LTCC粉末、 塑料或者礬土，則圓頂封裝體保護(hù)的硅芯片并不遭受損壞。還利用彼此非常接近的礬土和 LTCC陶瓷的熱膨脹系數(shù)增強(qiáng)了這種結(jié)構(gòu)的功能性。當(dāng)從電結(jié)構(gòu)到下面的金屬本體需要良好的熱傳導(dǎo)時(shí)，薄的陶瓷層是理想的。例如 可以在位于金屬的頂部上的陶瓷層的頂部上建立利用保溫硅芯片的應(yīng)用。金屬框架用作由 硅產(chǎn)生的熱量被傳導(dǎo)到其中的冷卻板。金屬框架還可以包括例如釘形結(jié)構(gòu)。陶瓷層的厚度 有利地為大約50 μ m。能夠有利地例如使用厚膜印刷產(chǎn)生電連接硅芯片所需要的連接管腳。圖2a_2e通過實(shí)例示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的冷卻元件的功率電子設(shè)備應(yīng)用 的構(gòu)造。通過熱噴涂例如在冷卻元件的一個(gè)表面上盡可能多地傳導(dǎo)熱量的絕緣材料的、薄 的涂層而開始冷卻元件的構(gòu)造。利用已被熱噴涂的材料涂覆的表面或者部分表面可以是平 面形的，或者有利地它還能夠具有本質(zhì)上不同于平面形狀的形狀(3D物體)。隨后，在陶瓷表面的頂部上形成被用于連接部件的導(dǎo)體圖案。能夠使用例如熱噴 涂、糊膏印刷、光刻、生長(zhǎng)、蝕刻、使用噴墨或者使用用于構(gòu)造導(dǎo)體的任何其它現(xiàn)有技術(shù)方法 形成導(dǎo)體。隨后將硅芯片膠合到冷卻元件上，硅芯片的冷卻是重要的。隨后，通過有利地利用所謂的線接合而將硅芯片連接到電路實(shí)體的其余部分。隨后，使用例如圓頂封裝體材料保護(hù)敏感部件。在本發(fā)明的有利的實(shí)施例中，使用熱噴涂以有利地利用陶瓷保護(hù)材料涂覆它而保 護(hù)該結(jié)構(gòu)。圖2a示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的冷卻元件的預(yù)成型件20，從該預(yù)成型件20來 制造冷卻元件。冷卻元件20包括產(chǎn)生熱量的電氣部件被緊固到其上的、基本平面形的表面 21。為了改進(jìn)熱蒸發(fā)，冷卻元件的坯體能夠有利地還包括肋條22。能夠根據(jù)所用物體需要 的冷卻效率而選擇肋條的形狀。與待冷卻的電氣部件相比，在質(zhì)量方面或者在面積方面，冷卻結(jié)構(gòu)還能夠是大的。 在本發(fā)明的有利的實(shí)施例中，冷卻結(jié)構(gòu)還能夠是屬于設(shè)備或者屬于容易地傳導(dǎo)熱量的結(jié)構(gòu) 的框架的結(jié)構(gòu)部件。在這些有利的實(shí)施例中，電氣部件并不是必要地需要獨(dú)立的冷卻元件。在圖2b中，電絕緣材料層23已經(jīng)被熱噴涂到冷卻元件預(yù)成型件的、基本平面形的 表面上。絕緣材料層23的厚度可以從一微米的一小部分到幾百微米地改變。有利地，被吹 送到平面形表面上的層23是陶瓷、燒結(jié)材料或者塑料。圖2c示出在已被熱噴涂的絕緣層23的頂部上形成的導(dǎo)體241、用于電氣部件的外 部連接點(diǎn)242，以及連接器243，由此將待冷卻的電氣部件25配置為被連接作為電路(在圖 2c中未示出)的一部分。導(dǎo)體241、外部連接點(diǎn)242和連接器243是使用現(xiàn)有技術(shù)而在絕 緣層23的頂部上成形的。一些適當(dāng)?shù)膱D案形成方法例如有厚膜印刷、光刻、激光燒結(jié)或者 熱噴涂。圖2d示出在絕緣層23的頂部上附著的電氣部件25。可以例如通過將部件25膠合到層23上而進(jìn)行所述附著。有利地，所使用的膠水是具有良好的熱傳導(dǎo)性質(zhì)的、所謂的 熱固性膠水。電氣部件25的、待被附著的上表面包括被用于電氣部件25的連接點(diǎn)251的 實(shí)例。在圖2e中，電氣部件25的連接點(diǎn)251已經(jīng)利用線252而被連接到位于絕緣層23 的頂部上的部件的外部連接點(diǎn)242上。在本發(fā)明的有利的實(shí)施例中，在已經(jīng)制成線連接之 后，電氣部件待備使用。在本發(fā)明的有利的實(shí)施例中，電氣部件25是所謂的倒裝芯片部件。倒裝芯片部 件在一側(cè)上具有相應(yīng)于連接點(diǎn)的焊球。當(dāng)?shù)寡b芯片部件被附著到基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)(例如電路板) 時(shí)，倒裝芯片部件帶有焊球的一側(cè)被抵著電路卡或者類似的結(jié)構(gòu)放置。在根據(jù)本發(fā)明的布 置中，倒裝芯片部件的焊球被抵著陶瓷表面23上的外部連接點(diǎn)242放置。使用例如超聲波 或者熱，倒裝芯片部件的焊球能夠被與部件連接點(diǎn)242 —起熔化。在圖2f中，還利用實(shí)例材料層26保護(hù)電氣部件25。已經(jīng)在待被保護(hù)的部件25的 頂部上熱噴涂了材料層26。有利地，至少利用絕緣陶瓷材料涂層保護(hù)了部件25。在本發(fā)明 的有利的實(shí)施例中，在絕緣陶瓷層的頂部上吹送導(dǎo)電材料層，這在部件25的周圍導(dǎo)致形成 電保護(hù)。所述保護(hù)可以例如是靜電釋放(ESD)或者電磁脈沖(EMP)屏蔽。圖3a_3g通過實(shí)例示出根據(jù)本發(fā)明另一有利實(shí)施例的冷卻元件的電力電子設(shè)備 應(yīng)用的構(gòu)造。雖然圖3a_3g中的實(shí)例示出在冷卻元件的平面形表面之上緊固和保護(hù)電氣部 件，但是這個(gè)實(shí)施例還有利地適合于形成電氣部件所要求的布線，并且還適合于將各部件 固定到非平面形的表面上。在圖3a中，起初已經(jīng)在冷卻元件預(yù)成型件30的表面上熱噴涂了電絕緣材料層33。 這個(gè)層能夠有利地是陶瓷材料。絕緣材料層33的厚度能夠從幾十微米到幾百微米地改變。 圖3a示出還如何已經(jīng)在以前的層的頂部上噴涂了防止粘著的、適當(dāng)?shù)牟牧蠈?9。圖3b示出如何有利地利用激光已經(jīng)將防粘材料39開口(open)以形成用于電氣 部件的連接所需要的連接點(diǎn)和導(dǎo)體38的空間。圖3c示出在導(dǎo)電材料已經(jīng)在被開口的導(dǎo)體341、連接點(diǎn)342和連接器343處被熱 噴涂到防粘層39上之后的狀況。圖3d示出在已經(jīng)從陶瓷層33的表面除去了防粘材料39之后的狀況。防粘材料 的除去能夠以化學(xué)方式或者以機(jī)械方式進(jìn)行。在防粘材料已被除去之后，導(dǎo)體341、連接點(diǎn) 342和連接器343適用于將電氣部件35緊固到冷卻元件預(yù)成型件30上。在圖3e中，電氣部件35已經(jīng)被緊固到冷卻元件預(yù)成型件30上。所述緊固可以有 利地通過膠合進(jìn)行。圖3f示出在電氣部件的連接點(diǎn)351已經(jīng)利用線352而被連接到冷卻元件預(yù)成型 件30中的連接點(diǎn)342上之后的狀況。在圖3g中，已經(jīng)利用熱噴涂層36保護(hù)了電氣部件35。層36可以或者僅僅是絕緣 陶瓷或者是合金，其中陶瓷層在電氣部件35的頂部上，并且已經(jīng)在這個(gè)層的頂部上熱噴涂 了另一種材料，例如塑料。在本發(fā)明的另一有利的實(shí)施例中，在將電氣部件或者多個(gè)部件35緊固到冷卻預(yù) 成型件30上之前，圖3a-3d所示的制造過程被重復(fù)了幾次。在該實(shí)施例中，有利地至少部 分地利用陶瓷材料的、新的熱噴涂層覆蓋圖3d所示的完成的導(dǎo)體341、連接點(diǎn)342和連接
9器343。在熱噴涂之后，狀況理論上與如在圖2a中所示相同，其中絕緣陶瓷層23在頂部 上。在該實(shí)施例中，有利地第二次地在陶瓷層的頂部上噴涂了防粘材料。使用上述方法， 能夠在防粘材料中圖案化新的導(dǎo)體、連接點(diǎn)、連接器或者通孔。隨后，熱傳導(dǎo)(thermally conductive)材料被吹送到在防粘材料中被開口的圖案中。隨后防粘材料被再次除去。如果計(jì)劃是在將部件連接到預(yù)成型件上之前制備再一個(gè)新的導(dǎo)體層或者幾個(gè)導(dǎo) 體層，則在冷卻元件預(yù)成型件的表面上將再一個(gè)絕緣陶瓷層熱噴涂到可用點(diǎn)上。隨后，使用 上述方法制備下一個(gè)導(dǎo)體層。在本發(fā)明的另一個(gè)有利的實(shí)施例中，在防粘材料已被除去的位置中使用熱噴涂， 電路實(shí)體還能夠有利地配備有無源部件，包括電阻器、線圈或者電容器。如果有必要，則仍 然能夠利用熱噴涂的陶瓷層保護(hù)已制備的無源部件。使用上述方法，多層電路實(shí)體能夠得以制備，在所有的布線層已被制備之后，仍然 能夠使用現(xiàn)有技術(shù)方法將分立部件附著到所述多層電路實(shí)體中。例如，在使用熱噴涂制成 的無源部件和布線已經(jīng)完成之后，要求冷卻的分立電氣部件(例如硅芯片)能夠被附著到 根據(jù)本發(fā)明的冷卻元件30。在本發(fā)明的一個(gè)有利的實(shí)施例中，能夠例如在塑料內(nèi)側(cè)注塑成型圖2f和3g所示 的部件。使用注塑成型，根據(jù)本發(fā)明的部件能夠配備有各種光學(xué)元件或者特征。這些元件 能夠根據(jù)需要而被用于例如成形由LED發(fā)射的光的分布或者光錐。圖4a通過實(shí)例示出圖2a_2f所示冷卻元件的制造的流程圖。在階段400中，選擇 電氣部件被附著到其上的冷卻元件預(yù)成型件。在階段401中，關(guān)于電氣部件將被連接到其上的部分，檢查冷卻元件的表面的質(zhì) 量。在這個(gè)階段，如果需要，能夠以如此方式處理冷卻元件的表面，即使得已被熱噴涂的陶 瓷材料粘貼到為電氣部件用作基礎(chǔ)的冷卻元件的表面上。在階段402期間，熱隔離材料層被熱噴涂到所選擇的冷卻元件的表面上。有利地， 這個(gè)材料是陶瓷或者塑料。陶瓷或者塑料層的厚度是根據(jù)使用確定的。對(duì)于低電壓部件而 言，在微米范圍中的隔離層是足夠的。在另一方面，在高電壓電氣部件的情形中，將其從冷 卻元件隔離可能要求在毫米范圍中的絕緣層。在階段403期間，在陶瓷層的頂部上形成導(dǎo)體、連接點(diǎn)和連接器的圖案。能夠使用 現(xiàn)有技術(shù)方法制備所述圖案。一些適當(dāng)?shù)姆椒ɡ缬泻衲び∷ⅰ⒐饪?、激光燒結(jié)或者熱噴 涂。在階段404期間，有利地通過膠合緊固待冷卻的電氣部件或者多個(gè)部件。除了待 冷卻的電氣部件，還能夠在根據(jù)本發(fā)明的冷卻元件的頂部上安裝其它分立部件。在階段405期間，要求冷卻的電氣部件在冷卻元件上被電連接到電路實(shí)體的其余 部分。能夠例如通過使用單獨(dú)的線進(jìn)行所述電連接。連接分立部件的其它現(xiàn)有技術(shù)方式也 是可能的。連接部件的一種可替代方式是使用倒裝芯片連接。在階段406期間，在電路實(shí)體的頂部上熱噴涂保護(hù)層。該保護(hù)層可以完全地或者 部分地覆蓋在冷卻元件的頂部上的電路實(shí)體。可以在已噴涂的保護(hù)層中留出孔隙以例如用 于LED的光發(fā)射部分或者用于用作光接收器的光敏元件。保護(hù)層還可以包括幾個(gè)已經(jīng)在其 中使用了不同材料的、被噴涂的層。然而，有利地，鄰近被冷卻部件的層是陶瓷材料。有利 地能夠在它的頂部上噴涂例如導(dǎo)電材料的薄層以形成電保護(hù)。
在階段407期間，進(jìn)行檢查以確定旨在用于冷卻元件的所有部件是否已被連接。 如果仍然存在其它分立部件尚未得以連接，則如果有必要的話，在階段408期間連接它們。 在連接之后這些部件未受保護(hù)。在連接完成之后，該過程在階段409中結(jié)束。在認(rèn)為冷卻元件在階段407中得以完成的情形中，該過程在階段409中結(jié)束，此時(shí) 根據(jù)本發(fā)明的冷卻元件準(zhǔn)備被安裝于它的使用位置中。圖4b通過實(shí)例示出根據(jù)本發(fā)明另一有利的實(shí)施例的冷卻元件的制造的流程圖。 對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，除了被用作實(shí)例的冷卻元件和所連接的電氣部件，所述方法還 能夠被用于制造其它電路，這是明顯的。因此本發(fā)明不限于冷卻元件的制造；更確切地說， 該方法還使得在所選擇的元件的表面上實(shí)現(xiàn)其它電路方案成為可能。圖4b示出階段420，在這期間，如圖4b上的實(shí)例所示的，選擇將被用作電氣部件的 冷卻元件的預(yù)成型件。在階段421期間，將絕緣陶瓷材料層熱噴涂到所選擇的冷卻元件的至少一個(gè)表面 上。能夠根據(jù)所安裝的電氣部件的要求調(diào)節(jié)被噴涂的層的厚度。在階段422期間，在陶瓷絕緣層的頂部上噴涂防粘材料層。在階段423期間，有利地使用激光在防粘材料中開口用于電路圖案、連接點(diǎn)和連 接器的位置。在階段424期間，將熱傳導(dǎo)(thermally conductive)材料噴涂到已被開口的電路 圖案、連接點(diǎn)和連接器中。所被熱噴涂的傳導(dǎo)材料并不粘貼到冷卻元件的、具有防粘材料的 部位上。在階段425期間，以化學(xué)方式或者以機(jī)械方式除去防粘材料。在這個(gè)階段，暴露出 在陶瓷層的頂部上形成的導(dǎo)體、連接點(diǎn)和連接器。在階段426期間，確定是否將要制成其它的導(dǎo)體層或者是否可能的分立部件將被 連接到已形成的連接點(diǎn)。在于階段426期間決定將要制成至少一個(gè)其它的導(dǎo)體層的情形 中，該過程返回階段421。在階段421期間，熱噴涂新的陶瓷層。在這輪過程期間，在于第一輪過程期間形成 的導(dǎo)體和連接器的頂部上噴涂陶瓷。熱噴涂能夠被用于或者完全地或者部分地覆蓋在前一 輪過程期間制備的導(dǎo)體和連接點(diǎn)。通過重復(fù)階段421-426，被彼此隔離的幾個(gè)交迭導(dǎo)體層能 夠得以制成。在一輪過程結(jié)束時(shí)，在階段426確定在冷卻元件上所有的、必要的導(dǎo)體層已經(jīng)得 以完成。在這之后，該過程進(jìn)入階段427，在這期間進(jìn)行檢查以確定分立部件是否將被安裝 到已完成的冷卻元件預(yù)成型件上。分立部件可以是有源的或者是無源的。在沒有安裝任何分立部件的情形中，在階段429中，元件預(yù)成型件準(zhǔn)備被安裝或 者連接到它的實(shí)際使用位置。如果在階段427期間確定另外的分立部件仍然待被連接到冷卻元件預(yù)成型件，則 該過程前進(jìn)到階段428。已經(jīng)使用上述過程在冷卻元件預(yù)成型件中制備了分立電氣部件被 連接到此的連接點(diǎn)和連接器。分立部件到元件預(yù)成型件的連接是以在圖4a中的流程圖的 階段404-409中描述的方式進(jìn)行的。經(jīng)過這些階段，能夠在陶瓷材料內(nèi)側(cè)連接并且保護(hù)分 立部件的被選擇的部分。使用上述方法，能夠制作例如其中使用根據(jù)本發(fā)明的方法已經(jīng)將LED或者幾個(gè)
11LED緊固到用作LED的基礎(chǔ)的冷卻元件上的光源。圖5示出描繪了被連接到根據(jù)本發(fā)明的 冷卻元件的LED變熱的測(cè)試。水平軸示出LED被接通的時(shí)間。豎直軸示出LED在給定時(shí)刻 的溫度。已經(jīng)以參考51示出根據(jù)本發(fā)明的冷卻元件的溫度特性。作為比較，參考52示出 作為時(shí)間的函數(shù)的現(xiàn)有技術(shù)冷卻元件的溫度特性。根據(jù)本發(fā)明的冷卻元件結(jié)構(gòu)的最終溫度比被用于比較的現(xiàn)有技術(shù)冷卻元件方案 的最終溫度低大約10攝氏度。如果光功率未被增加，則根據(jù)本發(fā)明的冷卻元件的較低溫度 增加了 LED的壽命。可替代地，如果目標(biāo)并非在于延長(zhǎng)壽命，則與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的冷卻元件 相比，能夠提高LED的光功率。已經(jīng)在上面描述了根據(jù)本發(fā)明的方法和設(shè)備的一些有利的實(shí)施例。本發(fā)明不限于 上述方案，而是相反在由權(quán)利要求設(shè)定的范圍內(nèi)能夠以多種方式應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的思想。
權(quán)利要求
一種用于制作包含電路的元件的方法，其特征在于 將絕緣材料層(23，33)熱噴涂(402，421)到元件(20，30)的至少一個(gè)表面上或者熱噴涂到所述表面的一部分上， 在所述絕緣層的頂部上形成(403，422，423，424)分立電氣部件的電連接所需要的連接點(diǎn)(242，252)和導(dǎo)體(241，251)， 在所述絕緣材料層的頂部上連接(404，428)至少一個(gè)分立電氣部件(25，35)，和 將分立電氣部件連接(405)到在所述絕緣材料層的頂部上形成的所述連接點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在已被安裝和連接的分立電氣部件(25，35)的 頂部上熱噴涂(406，428)絕緣材料層(26，36)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，在所述絕緣材料的頂部上熱噴涂導(dǎo)電材料層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于，所述絕緣材料是陶瓷物質(zhì)或者是塑料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，使用以下方法之一形成所述連接點(diǎn)和導(dǎo)體厚 膜印刷、光亥IJ、轉(zhuǎn)印技術(shù)、貼花技術(shù)、照相凹版印刷、噴墨、激光燒結(jié)或者熱噴涂。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，形成所述連接點(diǎn)和導(dǎo)體包括 -在絕緣材料(33)的頂部(422)上噴涂防粘材料(39)，-利用激光(423)開口用于所述連接點(diǎn)和導(dǎo)體的形狀，-使用熱噴涂(424)利用傳導(dǎo)材料填充已被開口的連接點(diǎn)和導(dǎo)體，和-除去防粘材料(425)。
7.根據(jù)以上權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，所述元件(20，30)是用于分立電氣部 件(25，35)的冷卻元件。
8.一種用于冷卻分立電氣部件(25，35)的冷卻元件(20，30)，其特征在于，所述冷卻元 件包括-在所述冷卻元件的表面或者該表面的一部分上的被燒結(jié)的絕緣材料層(23，33)，至 少一個(gè)分立電氣部件布置成被連接到所述表面，-已經(jīng)在所述絕緣材料的頂部上形成所述分立電氣部件的電連接所需要的連接點(diǎn) (242,342)和導(dǎo)體(241，341)，和-用于將所述分立電氣部件緊固到所述冷卻元件的已被絕緣的表面的裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的冷卻元件，其特征在于，被燒結(jié)的絕緣層(23，33)是陶瓷物質(zhì)或者 是塑料。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的冷卻元件，其特征在于，所述被燒結(jié)的絕緣層的厚度在 0. 1-1000 μ m的范圍中。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的冷卻元件，其特征在于，在所述被燒結(jié)的絕緣層的頂部上形成 的連接點(diǎn)(242，342)和導(dǎo)體(241，341)已經(jīng)被厚膜印刷或者使用光刻、轉(zhuǎn)印技術(shù)、貼花技 術(shù)、照相凹版印刷、噴墨、激光燒結(jié)，或者熱噴涂而得以完成。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的冷卻元件，其特征在于，分立電氣部件(25，35)已被布置成利用 膠水而被緊固到被燒結(jié)的絕緣層(23，33)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的冷卻元件，其特征在于，分立電氣部件(25，35)已被布置成在連 接點(diǎn)(242，342)上使用線連接(252，352)或者倒裝芯片實(shí)現(xiàn)電連接。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的冷卻元件，其特征在于，被連接的分立電氣部件(25，35)是LED。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的冷卻元件，其特征在于，所述LED、連接點(diǎn)和導(dǎo)體已被布置成利 用至少一個(gè)熱噴涂材料層(26，36)加以保護(hù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求8的冷卻元件，其特征在于，所述連接點(diǎn)和導(dǎo)體已被布置成通過下述 來進(jìn)行制作-在絕緣材料層(33)的頂部上噴涂(422)防粘材料(39)， -使用激光在所述防粘材料層上開口所述連接點(diǎn)和導(dǎo)體(423)， -使用熱噴涂填充所述已被開口的連接點(diǎn)和導(dǎo)體(424)，和 -除去所述防粘材料(425)。
17.根據(jù)權(quán)利要求10的冷卻元件，其特征在于，所述冷卻元件的、所述電氣部件已被布 置成連接到其上的表面或者該表面的一部分至少部分是三維的。
18.根據(jù)權(quán)利要求10的冷卻元件，其特征在于，所述電氣部件所連接的所述器件是被 布置成用作所述電氣部件的冷卻元件的、具有大的質(zhì)量或者大的面積的結(jié)構(gòu)部件。
全文摘要
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，不帶電路板或者基板地將待冷卻的分立電氣部件連接到冷卻元件。在該方法中，在冷卻元件的一個(gè)表面上熱噴涂(402)絕緣材料層。在這個(gè)絕緣層的頂部上形成(403)分立電氣部件所要求的連接點(diǎn)和導(dǎo)體。將分立電氣部件膠合(404)到該絕緣層上。隨后，制造用于分立部件的電連接。在分立部件已被電連接(405)之后，它仍然能夠使用已被熱噴涂的絕緣材料層而受到保護(hù)(406)。
文檔編號(hào)H05K1/05GK101971718SQ200980102856
公開日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2009年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月22日
發(fā)明者基默·喬克萊倫, 艾拉·佩塔杰賈維 申請(qǐng)人:芬蘭技術(shù)研究中心;基默·喬克萊倫;艾拉·佩塔杰賈維