DE19956565A1

DE19956565A1 - Manufacturing heat sink for electrical components involves structuring metallisation on at least one of two or more substrates with metallisation and channel openings on ceramic layer

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Publication number: DE19956565A1
Application number: DE19956565A
Authority: DE
Inventors: Volker Krause; Christoph Ullmann
Original assignee: Laserline Gesellschaft fuer Entwicklung und Vertrieb Von Diodenlasern GmbH
Current assignee: Laserline Gesellschaft fuer Entwicklung und Vertrieb Von Diodenlasern GmbH
Priority date: 1999-11-24
Filing date: 1999-11-24
Publication date: 2001-05-31
Anticipated expiration: 2019-11-25
Also published as: DE19956565B4

Abstract

The method involves making the heat sink with at least two ceramic layers (1) and several metal layers (4-7). At least the ceramic layers are directly bonded to the bounding metal layers with openings forming coolant channels. At least one of two or more direct copper bond technology or DCB substrates (1a,1b) with metallisation and channel openings on both sides of a ceramic layer has structured metallisation to form cooling structures. Independent claims are also included for the following: a heat sink or cooler for electrical components.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie auf eine Wärmesenke gemäß Oberbegriff 9.The invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and to a heat sink according to preamble 9 .

Mit Wasser gekühlte Wärmesenken zum Kühlen von elektrischen Bauelementen, insbesondere auch von Laserdioden sind bekannt. In der Praxis bestehen diese Wärmesenken aus Metall, beispielsweise Kupfer, und sind beispielsweise durch Verbonden bzw. flächiges Verbinden von strukturierten Kupferplatten oder Folien, die eine Dicke von einigen 100 mµ aufweisen hergestellt. Die Strukturen der Kupferfolien sind dabei so gewählt, daß sich ein verzweigtes Kanalsystem (Kühlerstrukturen) ergibt, welches von dem Kühlmedium durchströmt wird.Water-cooled heat sinks for cooling electrical components, laser diodes in particular are known. In practice, these exist Heat sinks made of metal, such as copper, and are, for example, by Bonding or planar connection of structured copper plates or foils have a thickness of a few 100 mµ. The structures of the copper foils are chosen so that a branched channel system (cooler structures) results, which is flowed through by the cooling medium.

Diese Wärmesenken können dann auch gestapelt in einer Kühleranordnung vorgesehen sein, wobei auf jeder Wärmesenke wenigstens ein Bauelement, z. B. eine Laserdiode oder ein Laserdiodenbarren angeordnet ist. Über durch die Wärmesenken hindurchreichende Kanäle sind die einzelnen Kühlerstrukturen an den Kreislauf des Kühlmediums angeschlossen und werden parallel mit diesem versorgt.These heat sinks can then also be stacked in a cooler arrangement be provided, with at least one component, for. Legs Laser diode or a laser diode bar is arranged. Over through the heat sinks Passing through channels are the individual cooler structures on the circuit of the Cooling medium connected and are supplied in parallel with this.

Ein gewisser Nachteil besteht bei diesen Wärmesenken aus reinem Metall darin, daß eine erhebliche Abweichung zwischen dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Wärmesenke und Halbleiter- oder Chipmaterial (z. B. GaAs) besteht. Hierdurch kommt es insbesondere im Verlauf von Ein- und Ausschaltzyklen der Laserdioden zu erheblichen mechanischen Spannungen im Chipmaterial bzw. in der Verbindung (insbesondere Lötverbindung) zwischen Chipmaterial und Wärmesenke.A certain disadvantage with these pure metal heat sinks is that a significant deviation between the coefficient of thermal expansion heat sink and semiconductor or chip material (e.g. GaAs). Hereby it occurs in particular in the course of on and off cycles of the laser diodes considerable mechanical stress in the chip material or in the connection (especially solder connection) between chip material and heat sink.

Es wurde daher bereits vorgeschlagen (EP 96 90 28 74) die Schichten in solchen Wärmesenken teilweise aus einem Material herzustellen, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient kleiner ist als der entsprechende Ausdehnungskoeffizient von Metall und das damit eine Anpassung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten der gesamten Wärmesenke an das Halbmaterial bewirken.It has therefore already been proposed (EP 96 90 28 74) the layers in such To manufacture heat sinks partially from a material whose thermal Expansion coefficient is smaller than the corresponding expansion coefficient of Metal and thus an adaptation of the coefficient of thermal expansion of the effect entire heat sink on the semi-material.

Eine Wärmesenke mit Anpassung des Ausdehungskoeffizenten an das Chipmaterial wird nachstehend als "thermisch angepaßte Wärmesenke" bezeichnet.A heat sink with adaptation of the expansion coefficient to the chip material is hereinafter referred to as "thermally matched heat sink".

Bekannt ist es, die zum Herstellen von Leiterbahnen, Anschlüssen usw. benötigte Metallisierung auf einer Keramik, z. B. auf einer Aluminium-Oxid-Keramik oder Aluminium-Nitrid-Keramik mit Hilfe des sogenannten nDCB-Verfahrens" (Direct- Copper-Bond-Technology) herzustellen, und zwar unter Verwendung von die Metallisierung bildenden Metall- bzw. Kupferfolien oder Metall- bzw. Kupferblechen, die an ihren Oberflächenseiten eine Schicht oder einen Überzug (Aufschmelzschicht) aus einer chemischen Verbindung aus dem Metall und einem reaktiven Gas, bevorzugt Sauerstoff aufweisen. Bei diesem beispielsweise in der US-PS 37 44 120 oder in der DE-PS 23 19 854 beschriebenen Verfahren bildet diese Schicht oder dieser Überzug (Aufschmelzschicht) ein Eutektikum mit einer Schmelztemperatur unter der Schmelztemperatur des Metalls (z. B. Kupfers), so daß durch Auflegen der Folie auf die Keramik und durch Erhitzen sämtlicher Schichten diese miteinander verbunden werden können, und zwar durch Aufschmelzen des Metalls bzw. Kupfers im wesentlichen nur im Bereich der Aufschmelzschicht bzw. Oxidschicht.It is known that required for the production of conductor tracks, connections, etc. Metallization on a ceramic, e.g. B. on an aluminum oxide ceramic or Aluminum nitride ceramics using the so-called nDCB process "(direct Copper-Bond-Technology) using the Metallization-forming metal or copper foils or metal or copper sheets, which have a layer or a coating (melting layer) on their surface sides a chemical combination of the metal and a reactive gas, preferably have oxygen. In this, for example, in US-PS 37 44 120 or in the process described in DE-PS 23 19 854 this layer or this forms Coating (melting layer) a eutectic with a melting temperature below the Melting temperature of the metal (e.g. copper), so that by placing the foil on the Ceramic and connected by heating all layers can be, namely by melting the metal or copper in the essentially only in the area of the melting layer or oxide layer.

Dieses DCB-Verfahren weist dann z. B. folgende Verfahrensschritte auf:
This DCB method then has z. B. the following process steps:

- Oxidizing a copper foil so that there is a uniform copper oxide layer results;
- placing the copper foil on the ceramic layer;
- Heating the composite to a process temperature between about 1025 to 1083 ° C, e.g. B. to about 1071 ° C;
- cooling to room temperature.

Grundsätzlich kann dieses Verfahren (als Direct Bonding Verfahren) auch bei Metallisierungen aus anderen Metallen angewendet werden. In principle, this procedure (as a direct bonding procedure) can also be used Metallizations from other metals can be applied.

Ein nach einem solchen Verfahren hergestelltes Keramiksubstrat wird im Sinne der Erfindung als "DCB-Substrata bezeichnet, und zwar auch dann, wenn die Metallisierungen nicht aus Kupfer bestehen.A ceramic substrate produced by such a method is in the sense of Invention referred to as "DCB substrates, even if the Metallizations do not consist of copper.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem besonders einfach und preiswerter Weise eine thermisch angepaßte Wärmesenke hergestellt werden kann. Zur Lösung dieser Aufgabe sind ein Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 und eine Wärmesenke entsprechend dem Patentanspruch 9 ausgebildet.The object of the invention is to demonstrate a method with which it is particularly simple and inexpensive to produce a thermally matched heat sink can. To solve this problem are a method according to the claim 1 and a heat sink formed according to claim 9.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die jeweiligen Wärmesenke durch Verbinden wenigstens zweier DCB-Substrate zu einem Stapel hergestellt, und zwar unter Verwendung einer geeigneten Verbindungstechnik, beispielsweise ebenfalls durch eine Direct-Bonding-Technik oder aber Löttechnik.In the method according to the invention, the respective heat sink is passed through Connecting at least two DCB substrates to form a stack, namely using a suitable connection technique, for example likewise through a direct bonding technique or soldering technique.

Keramikschichten sind bevorzugt solche mit hoher Wärmeleitfähigkeit, d. h. z. B. solche aus Aluminiumnitrid. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Wärmesenke ist insbesondere in bezug auf das für Laserdioden verwendet Halbleitermaterial (GaAs) optimal thermisch angepaßt. Ein weiterer, wesentlicher Vorteil besteht auch darin, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Dehnungsunterschiede der einzelnen Teile beim Bonden bzw. Herstellen nicht auftreten, die Wärmesenke hinsichtlich der Schichtfolge und Schichtdicke der Metallisierungen beidseitig von den Keramikschichten symmetrisch ausgeführt ist und somit insbesondere auch keine Verwölbungen der Wärmesenke bei Temperaturschwankungen, beispielsweise bei getaktetem Betrieb der Halbleiterbauelemente auftreten können. Dies ist besonderes wesentlich, wenn die Wärmesenke für Laserdioden verwendet wird, da temperaturbedingte Verwölbungen der Wärmesenke zu nicht erwünschten Strahlabweichungen führen.Ceramic layers are preferably those with high thermal conductivity, i. H. e.g. B. such made of aluminum nitride. The manufactured by the inventive method Heat sink is particularly used in relation to that for laser diodes Semiconductor material (GaAs) optimally thermally adapted. Another, essential Another advantage is that in the method according to the invention Differences in elongation of the individual parts during bonding or manufacturing are not occur, the heat sink in terms of the layer sequence and layer thickness of the Metallizations are symmetrical on both sides of the ceramic layers and thus especially no warping of the heat sink Temperature fluctuations, for example with clocked operation of the Semiconductor components can occur. This is especially important if the Heat sink is used for laser diodes because of temperature-related warpage the heat sink lead to undesired beam deviations.

Etwaige Beeinträchtigungen dieses symmetrischen Aufbaus, die sich aus der Strukturierung der Metallisierungen für die Kühlstrukturen ergeben, können durch entsprechende Strukturierungen der übrigen Metallisierungen oder durch deren Dimensionierung leicht kompensiert werden.Any impairments to this symmetrical structure resulting from the Structuring of the metallizations for the cooling structures can result from corresponding structuring of the other metallizations or by their Dimensioning can be easily compensated.

Da die Keramikschichten nicht leitend sind, kann es zweckmäßig sein, in jeder Keramikschicht wenigstens eine Durchkontaktierung vorzusehen, über die die Metallisierungen miteinander verbunden sind, um so einen Stromfluß zwischen Oberseite und Unterseite der jeweiligen Wärmesenke und damit auch zwischen den Wärmesenken einer mehrere solche Wärmesenken im Stapel enthaltenen Kühleranordnung zu ermöglichen. Über die Durchkontaktierungen sind dann beispielsweise sämtliche Metallschichten oder Metallisierungen der Wärmesenke elektrisch miteinander verbunden. Grundsätzlich besteht aber auch die Möglichkeit, die Durchkontaktierungen bei entsprechender Strukturierung der Metallisierung so auszuführen, daß zwar die äußeren Metallisierungen elektrisch miteinander verbunden sind, die zwischen den beiden äußeren Keramikschichten angeordneten Metallisierungen aber zumindest an ihren die Kühlkanäle oder Strukturen sowie die Kanäle zum Zuführen und Abführen des Kühlmediums bildenden Bereichen elektrisch von den äußeren Metallisierungen getrennt sind.Since the ceramic layers are not conductive, it can be useful in everyone Ceramic layer to provide at least one via via which Metallizations are interconnected so as to allow current to flow between them Top and bottom of the respective heat sink and thus also between the Heat sinks one of several such heat sinks contained in the stack Allow cooler arrangement. Then the vias are for example, all metal layers or metallizations of the heat sink electrically connected to each other. Basically, there is also the possibility the plated-through holes with a corresponding structuring of the metallization execute that although the outer metallizations electrically connected are arranged between the two outer ceramic layers Metallizations but at least on the cooling channels or structures as well as the Channels for supplying and discharging the areas forming the cooling medium electrically are separated from the outer metallizations.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:Developments of the invention are the subject of the dependent claims. The invention is explained in more detail below with reference to the figures using exemplary embodiments. It demonstrate:

Fig. 1 in vereinfachter perspektivischer Darstellung eine Mikrokanal-Wärmesenke gemäß der Erfindung; Figure 1 is a simplified perspective view of a micro-channel heat sink according to the invention.

Fig. 2 die Wärmesenke in Seitenansicht sowie teilweise im Schnitt; Figure 2 shows the heat sink in side view and partially in section.

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Wärmesenke der Fig. 1 und 2; Fig. 3 is a plan view of the heat sink of Figures 1 and 2; FIG.

Fig. 4 und 5 jeweils eine eine Zwischenschicht der Wärmesenke der Fig. 1 und 2 bildende strukturierte Metallisierung in zwei unterschiedlichen Ausführungsformen; FIGS. 4 and 5 each an an intermediate layer of the heat sink of Figures 1 and 2 forming patterned metallization in two different embodiments.

Fig. 6 in vereinfachter perspektivischer Darstellung zwei DCB-Substrate vor ihrer Verbindung zu der Wärmesenke der Fig. 1 und 2; Fig. 6 is a simplified perspective view of two DCB substrates prior to their connection to the heat sink of Figures 1 and 2; FIG.

Fig. 7 in einer Darstellung ähnlich Fig. 2 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Mikrokanal-Wärmesenke. Fig. 7 in a representation similar to Fig. 2 shows another embodiment of a microchannel heat sink according to the invention.

Die in den Fig. 1-6 allgemein mit 1 bezeichnete Mikrokanal-Wärmesenke dient zum Kühlen von elektrischen Leistungsbauelementen 2, beispielsweise zum Kühlen von Laser-Dioden oder Laserdiodenbarren mit einer Vielzahl von Laserlicht aussendenden Emittern. Dieses Halbleiterbauelement 2 ist bei der dargestellten Ausführungsform an der Oberseite der Wärmesenke 1 vorgesehen, und zwar in der Nähe einer Schmalseite der in Draufsicht rechteckförmigen Wärmesenke.The microchannel heat sink, generally designated 1 in FIGS. 1-6, is used for cooling electrical power components 2 , for example for cooling laser diodes or laser diode bars with a large number of emitters emitting laser light. In the embodiment shown, this semiconductor component 2 is provided on the upper side of the heat sink 1 , specifically in the vicinity of a narrow side of the heat sink which is rectangular in plan view.

Die Wärmesenke 1 besteht aus zwei DCB-Substraten 1a und 1b. Jedes DCB-Substrat 1a bzw. 1b besteht aus einer dünnen Keramikplatte oder Keramikschicht 3, beispielsweise aus einer Schicht 3 aus einer Aluminiumnitrid-Keramik. Die Keramikschicht 3 ist beidseitig mit einer Metallisierung versehen, und zwar die Keramikschicht 3 des DCB- Substrates 1a mit den Metallisierungen 4 und 5 und die Keramikschicht 3 des Substrates 1b mit den beiden Metallisierungen 6 und 7. Die Metallisierungen bestehen jeweils aus einer Metallfolie, die durch die Direct-Bonding-Technik flächig mit der zugehörigen Keramikschicht 3 verbunden ist. Bevorzugt sind die Metallisierungen 4-7 von Kupferfolien gebildet, die dann mit der DCB-Technik (Direct-Copper-Bonding) flächig mit der zugehörigen Keramikschicht 3 verbunden sind.The heat sink 1 consists of two DCB substrates 1 a and 1 b. Each DCB substrate 1 a and 1 b consists of a thin ceramic plate or a ceramic layer 3, for example of a layer 3 of an aluminum nitride ceramics. The ceramic layer 3 is provided on both sides with a metallization, specifically the ceramic layer 3 of the DCB substrate 1 a with the metallizations 4 and 5 and the ceramic layer 3 of the substrate 1 b with the two metallizations 6 and 7 . The metallizations each consist of a metal foil which is connected flatly to the associated ceramic layer 3 by the direct bonding technique. The metallizations 4-7 are preferably formed from copper foils, which are then connected flatly to the associated ceramic layer 3 using DCB technology (direct copper bonding).

Wie in der Fig. 2 dargestellt ist, schließen die beiden DCB-Substrate 1a und 1b an den Metallisierungen 5 und 6 stapelartig aneinander an, d. h. auch diese Metallisierungen 5 und 6 sind an ihren einander zugewandten Oberflächenseiten flächig und dicht miteinander verbunden, beispielsweise ebenfalls unter Verwendung der DCB-Technik oder aber einer anderen, dem Fachmann bekannten Technik, beispielsweise durch Löten usw..As shown in FIG. 2, the two DCB substrates 1 a and 1 b adjoin one another in a stack-like manner on the metallizations 5 and 6 , that is to say these metallizations 5 and 6 are also connected flatly and tightly to one another on their mutually facing surface sides, for example likewise using the DCB technique or another technique known to the person skilled in the art, for example by soldering etc.

Bei der dargestellten Ausführungsform bildet das Substrat 1a bzw. dessen Metallisierung 4 die Oberseite der Wärmesenke 1. Auf einer durch Strukturierung der Metallisierung 4 geschaffenen Kontakt- und Montagefläche ist das Bauelement 2 beispielsweise durch Auflöten befestigt. In the embodiment shown, the substrate 1 a or its metallization 4 forms the upper side of the heat sink 1 . The component 2 is fastened, for example by soldering, to a contact and mounting surface created by structuring the metallization 4 .

Die Wärmesenke 1 wird beispielsweise in einer Kühleranordnung zusammen mit mehreren gleichartigen Wärmesenken in einem Stapel verwendet. Zum Zuführen und Abführen eines Kühlmediums in die bzw. aus der Wärmesenke 1 sind dort zwei mit ihren Achsen senkrecht zu den Oberflächenseiten der Keramikschichten 3 und der Metallisierungen 4-7 orientierte Kanäle vorgesehen, die bei der dargestellten Ausführungsform durchgehend ausgebildet sind, d. h. sowohl an der Oberseite als auch an der Unterseite der Wärmesenke 1 offen sind, so daß die Wärmesenke in der vorbeschriebenen Weise im Stapel mit mehreren gleichartigen Wärmesenken verwendet werden kann.The heat sink 1 is used, for example, in a cooler arrangement together with several similar heat sinks in a stack. For supplying and removing a cooling medium into and from the heat sink 1 there are two channels with their axes perpendicular to the surface sides of the ceramic layers 3 and the metallizations 4-7 , which are continuous in the embodiment shown, that is to say both on the The top and the bottom of the heat sink 1 are open, so that the heat sink can be used in the manner described above in a stack with several heat sinks of the same type.

Die Kanäle 8 und 9 sind jeweils von mehreren, deckungsgleich angeordneten Öffnungen in den Keramikschichten 3 und den Metallisierungen 4-7 gebildet, und zwar der Kanal 8 von den Öffnungen 10 in den Metallisierungen 4-7 und den Öffnungen 11 in den Keramikschichten 3 und der Kanal 9 von den Öffnungen 12 in den Metallisierungen 4-7 und den Öffnungen 13 in den Keramikschichten 3. Die in den die Oberseite bzw. Unterseite der Wärmesenke 1 bildenden Metallisierungen 4 und 7 vorgesehenen Öffnungen 10 und 12 sind so strukturiert, daß in diesen Öffnungen Sitze für Dichtungs- oder O-Ringe gebildet sind, die die Kanäle 8 und 9 an den Übergängen zwischen zwei im Stapel benachbarten Wärmesenken 1 bzw. zu einer nicht dargestellten Abschluß- oder Anschlußplatte der Kühlanordnung hin abdichten.The channels 8 and 9 are each formed by a plurality of congruently arranged openings in the ceramic layers 3 and the metallizations 4-7 , namely the channel 8 from the openings 10 in the metallizations 4-7 and the openings 11 in the ceramic layers 3 and Channel 9 from the openings 12 in the metallizations 4-7 and the openings 13 in the ceramic layers 3 . The openings 10 and 12 provided in the metallizations 4 and 7 forming the top and bottom of the heat sink 1 are structured such that seats for sealing or O-rings are formed in these openings, which channels 8 and 9 at the transitions between seal two adjacent heat sinks 1 in the stack or to an end plate or connecting plate (not shown) of the cooling arrangement.

Wie die Fig. 4 und 5 zeigen, sind die Metallisierungen 5 und 6, die zwischen den beiden Keramikschichten 3 vorgesehen sind und daher auch als "Zwischenschicht" bezeichnet werden können, zusätzlich strukturiert, und zwar derart, daß diese Metallisierungen mit den Kanälen 8 und 9 bzw. den Öffnungen 10 und 12 in Verbindung stehende bzw. an diese Kanäle angeschlossene Kühlkanalstrukturen bilden, die von dem Kühlmedium durchströmt werden, und zwar z. B. bei der in der Fig. 4 dargestellten Ausführung die beiden Kühlkanalabschnitte 14 und bei der in der Fig. 5 dargestellten Ausbildung die Kühlkanalabschnitte 15 und 16, die in die Öffnung 10 bzw. 12 mit einem Ende münden und an ihrem anderen Ende über eine Kühlkanalstruktur 17 miteinander in Verbindung stehen.As shown in FIGS. 4 and 5, are the metallizations 5 and 6, which are provided between the two ceramic layers 3 and can therefore be referred to as "intermediate layer", additionally patterned in such a way that these metallizations with the channels 8 and 9 or the openings 10 and 12 in connection or connected to these channels form cooling channel structures through which the cooling medium flows, for. B. in the embodiment shown in FIG. 4, the two cooling channel sections 14 and in the embodiment shown in FIG. 5, the cooling channel sections 15 and 16 , which open into the opening 10 and 12 at one end and at the other end via a Cooling channel structure 17 are connected to each other.

Die Metallisierungen 5 und 6 sind zur Bildung der Kühlkanalabschnitte 14 bzw. 15 und 16 und der Kühlkanalstruktur 17 bei der dargestellten Ausführungsform so strukturiert, daß im Bereich dieser Kühlkanalabschnitte 14-16 und der Kühlkanalstruktur 17 das Metall der jeweiligen Metallisierung 5 bzw. 6 nicht vollständig entfernt ist, d. h. zwischen dem Boden des jeweiligen Kühlkanalabschnitts 14-16 bzw. der Kühlkanalstruktur 17 und der benachbarten Keramikschicht 3 noch das Metall der Metallisierung 5 bzw. 6 mit einer vorgegebenen Schichtdicke vorhanden ist. Die Öffnungen 10 und 12 sind selbstverständlich durch die betreffende Metallisierung 4-7 durchgehend ausgeführt.The metallizations 5 and 6 are structured to form the cooling channel sections 14 or 15 and 16 and the cooling channel structure 17 in the illustrated embodiment such that in the area of these cooling channel sections 14-16 and the cooling channel structure 17 the metal of the respective metallization 5 and 6 is not complete is removed, ie between the bottom of the respective cooling duct section 14-16 or the cooling duct structure 17 and the adjacent ceramic layer 3 , the metal of the metallization 5 or 6 is still present with a predetermined layer thickness. The openings 10 and 12 are of course carried out continuously through the relevant metallization 4-7 .

Die Herstellung der Wärmesenke 1 erfolgt beispielsweise derart, daß zunächst die beiden DCB-Substrate 1a und 1b getrennt hergestellt werden, und zwar beispielsweise unter Verwendung von Keramikplatten oder Schichten 3, die bereits mit den Öffnungen 11 und 13 versehen sind. Auf die Keramikschichten 3 werden dann jeweils in einem DCB-Prozeß die Metallisierungen 4 und 5 bzw. 6 und 7 aufgebracht. Anschließend werden in einem vorzugsweise zweistufigen Strukturier-Verfahren die Öffnungen 10 und 12 sowie die Kühlkanalstrukturen eingebracht, d. h. z. B. die Kühlkanalabschnitte 14-16 und die Kühlkanalstruktur 17. Für dieses Strukturieren wird beispielsweise eine Maskierungs- und Ätztechnik verwendet, bei der dann z. B. in einem ersten Schritt die Öffnungen 10 und 12 und in einem zweiten Schritt die Kühlkanalstrukturen 14-16 und 17 erzeugt werden.The heat sink 1 is produced, for example, by first producing the two DCB substrates 1 a and 1 b separately, for example using ceramic plates or layers 3 which are already provided with the openings 11 and 13 . The metallizations 4 and 5 or 6 and 7 are then applied to the ceramic layers 3 in a DCB process. The openings 10 and 12 and the cooling duct structures are then introduced in a preferably two-stage structuring method, ie, for example, the cooling duct sections 14-16 and the cooling duct structure 17 . For this structuring, for example, a masking and etching technique is used, in which z. B. in a first step, the openings 10 and 12 and in a second step, the cooling channel structures 14-16 and 17 are generated.

Nach dem Herstellen der beiden DCB-Substrate 1a und 1b werden diese in der Fig. 6 angedeuten Weise zusammengeführt und miteinander verbunden, wobei bei der in den Fig. 4 und 5 dargestellten Strukturierung die Ausbildung so getroffen ist, daß die Strukturierung der Metallisierungen 5 und 6 jeweils identisch ist und beide Metallisierungen mit ihren Strukturierungen deckungsgleich angeordnet sind, so daß sich die Strukturen in diesen Metallisierungen zu Kühlkanälen und/oder Kühlerstrukturen ergänzen.After the two DCB substrates 1 a and 1 b have been produced, these are indicated in FIG. 6 and brought together and connected to one another, with the structuring shown in FIGS. 4 and 5 being such that the structuring of the metallizations 5 and 6 are identical in each case and the two metallizations are arranged congruently with their structures, so that the structures in these metallizations complement each other to form cooling channels and / or cooler structures.

Durch die Keramikschichten 3 sind die äußeren Metallisierungen 4 und 7 von den innenliegenden Metallisierungen 5 und 6 und damit auch voneinander elektrisch getrennt. Dies ist vielfach nicht erwünscht, und zwar insbesondere dann, wenn über die Metallisierungen elektrische Verbindungen zu dem jeweiligen Bauelement 2 notwendig sind. Mit 18 sind Durchkontaktierungen bezeichnet, die bei der Herstellung der DCB-Substrate 1a bzw. 1b z. B. durch Verwendung von in Öffnungen der Keramikschichten 3 eingesetzte Metallkörper erzeugt werden.The ceramic layers 3 electrically separate the outer metallizations 4 and 7 from the inner metallizations 5 and 6 and thus also from one another. In many cases, this is not desirable, in particular when electrical connections to the respective component 2 are necessary via the metallizations. With 18 through-holes are designated, which in the manufacture of the DCB substrates 1 a or 1 b z. B. generated by using metal bodies inserted into openings in the ceramic layers 3 .

Die Fig. 7 zeigt als weitere mögliche Ausführungsform eine Wärmesenke 19, die sich von der Wärmesenke 1 im wesentlichen dadurch unterscheidet, daß zwischen den beiden DCB-Substraten 1a und 1b ein weiteres DCB-Substrat 1c vorgesehen ist, welches ebenfalls aus der Keramikschicht 3 besteht, die an ihren beiden Oberflächenseiten jeweils mit einer strukturierten Metallisierung 5a und 6a versehen ist, die den Metallisierungen 5 und 6 entsprechen. Fig. 7 shows a further possible embodiment of a heat sink 19 , which differs from the heat sink 1 essentially in that between the two DCB substrates 1 a and 1 b, a further DCB substrate 1 c is provided, which is also from the Ceramic layer 3 , which is provided on its two surface sides with a structured metallization 5 a and 6 a, which correspond to the metallizations 5 and 6 .

Die Herstellung der Wärmesenke 19 erfolgt in der gleichen Weise, wie dies oben für die Wärmesenke 1 beschrieben wurde, d. h. zunächst werden die einzelnen DCB- Substrate 1a, 1b und 1c gefertigt, und zwar beispielsweise wiederum mit den Öffnungen 11 und 13 in den Keramikschichten 3. Anschließend werden die Metallisierungen in der erforderlichen Weise strukturiert und die DCB-Substrate dann stapelartig miteinander derart verbunden, daß die Metallisierungen 5 und 5a bzw. 6 und 6a dicht aneinander anschließend, flächig miteinander verbunden sind, und zwar selbstverständlich außerhalb der durch die Strukturierung erzeugten Öffnungen, Kühlkanal- und Kühlstrukturabschnitte.The heat sink 19 is produced in the same manner as was described above for the heat sink 1 , ie first the individual DCB substrates 1 a, 1 b and 1 c are manufactured, for example again with the openings 11 and 13 in the ceramic layers 3 . The metallizations are then structured in the required manner and the DCB substrates are then connected to one another in stacks in such a way that the metallizations 5 and 5 a or 6 and 6 a are closely connected to one another, planarly connected to one another, of course outside of the structuring created openings, cooling channel and cooling structure sections.

Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, daß zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne daß dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Erfindungsgedanke verlassen wird. So ist es beispielsweise möglich, die Öffnungen 11 und 13 in den Keramikschichten erst nachträglich nach dem Aufbringen der Metallisierungen und nach einem zumindest teilweise Strukturieren dieser Metallisierungen einzubringen, und zwar z. B. durch Laser-Schneiden. The invention has been described above using exemplary embodiments. It goes without saying that numerous changes and modifications are possible without thereby departing from the inventive idea on which the invention is based. So it is possible, for example, to introduce the openings 11 and 13 in the ceramic layers only after the application of the metallizations and after at least partially structuring these metallizations, for. B. by laser cutting.

Reference list

11

Wärmesenke
Heat sink

11

, ,

11

a, a,

11

b DCB-Substrat
b DCB substrate

22nd

Bauelement
Component

33rd

Keramikschicht
Ceramic layer

44th

, ,

55

, ,

55

a Metallisierung
a metallization

66

, ,

66

a, a,

77

Metallisierung
Metallization

88th

, ,

99

Kanal
channel

1010th

, ,

1212th

Öffnung in Metallisierung
Metallized opening

1111

, ,

1313

Öffnung in Keramikschicht
Opening in ceramic layer

1414

, ,

1515

, ,

1616

Kühlkanalabschnitt
Cooling channel section

1717th

Kühlkanalstruktur
Cooling channel structure

1818th

Durchkontaktierung
Plated-through hole

1919th

Wärmesenke
Heat sink

Claims

1. A method for producing a heat sink ( 1 , 19 ) for electrical components ( 2 ), in particular for laser diodes or laser diode bars, the heat sink consisting of at least two ceramic layers ( 3 ) and several metal layers ( 4-7 ; 5 a, 6 a) , at least the ceramic layers ( 3 ) being connected to each other by a direct bonding method with the respectively adjacent metal layers, and wherein openings in the ceramic layers ( 3 ) and metal layers for forming channels ( 8 , 9 ) for supply and / or discharge of a cooling medium and also cooling structures (14-17) through which the cooling medium can flow, characterized in that of at least two DCB substrates ( 1 , 1 a, 1 b) which are coated on both sides of a ceramic layer ( 3 ) with a metallization ( 4 -7 ; 5 a, 6 a) and with the cooling medium channels ( 8 , 9 ) forming openings ( 10-13 ) are provided, at least one on at least one metallization to form the cooler structures and is then flatly connected with the metallization of a second DCB substrate using this structured metallization.

2. The method according to claim 1, characterized in that the at least two DCB substrates ( 1 a, 1 b, 1 c) are each structured on at least one metallization to form the cooling channel structures and are flatly connected to one another with these metallizations.

3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the connection of the at least two DCB substrates ( 1 a, 1 b, 1 c) is carried out by the direct bonding technology.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the connection of the at least two DCB substrates ( 1 a, 1 b, 1 c) is carried out by a soldering technique.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that at least three DCB substrates ( 1 a, 1 b, 1 c) to the heat sink ( 19 ) via their metallizations are connected in a stack, and that these metallizations at least partially before connecting be structured to form cooling channel structures.

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the channels for supplying and / or discharging the cooling medium forming openings ( 10-13 ) in the manufacture of the DCB substrates ( 1 a, 1 b, 1 c) before their connection to the heat sink are generated.

7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that DCB substrates ( 1 a, 1 b, 1 c) each with respect to their metallizations ( 4-7 ; 5 a, 6 a) symmetrically or approximately symmetrically to the associated ceramic layer ( 3rd ) be formed.

8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the outer metallizations ( 4 , 7 ) are electrically connected to each other.

9. Heat sink for electrical components ( 2 ), in particular for laser diodes or laser diode bars, the heat sink consisting of at least two ceramic layers ( 3 ) and several metal layers ( 4-7 ; 5 a, 6 a), with at least the ceramic layers ( 3 ) the respective adjacent metal layers are connected to one another by a direct bonding method, and openings in the ceramic layers ( 3 ) and metal layers for the formation of channels ( 8 , 9 ) for supplying and / or removing a cooling medium and also cooling structures through which the cooling medium can flow ( 14-17 ), characterized in that of at least two DCB substrates ( 1 , 1 a, 1 b) which are coated on both sides of a ceramic layer ( 3 ) with a metallization ( 4-7 ; 5 a, 6 a) and are provided with openings ( 10-13 ) forming the cooling medium channels ( 8 , 9 ), at least one structured on at least one metallization to form the cooling structures and then mi t this structured metallization is flatly connected to the metallization of a second DCB substrate.

10. Heat sink according to claim 7, characterized in that the at least two DCB substrates ( 1 a, 1 b, 1 c) are each structured on at least one metallization to form the cooling channel structures and are flatly connected to one another with these metallizations.

11. Heat sink according to one of the preceding claims, characterized in that the at least two DCB substrates ( 1 a, 1 b, 1 c) are connected to one another by the direct bonding technique.

12. Heat sink according to one of the preceding claims, characterized in that the at least two DCB substrates ( 1 a, 1 b, 1 c) are connected to one another by a soldering technique.

13. Heat sink according to one of the preceding claims, characterized in that at least three DCB substrates ( 1 a, 1 b, 1 c) to the heat sink ( 19 ) are connected in a stack-like manner via their metallizations, and in that these metallizations at least partially prior to the connection are structured to form cooling channel structures.

14. Heat sink according to one of the preceding claims, characterized in that DCB substrates ( 1 a, 1 b, 1 c) each with respect to their metallizations ( 4-7 ; 5 a, 6 a) symmetrically or approximately symmetrically to the associated ceramic layer ( 3rd ) are trained.

15. Heat sink according to one of the preceding claims, characterized in that the outer metallizations ( 4 , 7 ) are electrically connected to each other, and that the intermediate metallizations at least with their areas in which cooling medium leading channels or structures are formed electrically from the outer metallizations are separated.

16. Heat sink according to one of the preceding claims, characterized in that it is part of a plurality of heat sinks ( 1 , 19 ) in the stack containing cooler arrangement.