Vorrichtung zur Wärmeableitung von in einem Elektronikgehäuse angeordneten elektronischen Bauteilen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wärmeableitung von in einem Elektronikgehäuse angeordneten elektronischen Bauteilen, insbesondere solchen, die auf einer Leiterplatte in einem Elektronikgehäuse angeordnet sind.

Elektronik als Schlüsseltechnologie stellt elektronische Bau teile in miniaturisierter Form auf einem Chip bereit, insbe sondere integrierte Schaltkreise „ICs". Diese können Schal tungen mit vielen Milliarden elektronischen Bauelementen - insbesondere Dioden und/oder Transistoren - umfassen, so dass auch hochkomplexe Schaltungen wie Mikroprozessoren und Spei cherchips auf wenige Quadratmillimeter kleinen Halbleiter plättchen untergebracht werden können. Die rechteckigen Halb leiterplättchen werden Chip genannt. Zunehmend können ganze Systeme wie Prozessoren, Schnittstellenschaltungen und Spei cher auf einem einzelnen Chip realisiert werden. Diese werden in Reinst-Räumen hergestellt und sind sehr empfindlich. Zur Verwendung wird der Chip in ein Gehäuse eingebaut.

Hier handelt es sich vorrangig nicht um Elektronikbauteile bei denen Chips mit vielen Transistoren (Steuerungselektro nik) vorliegen, weil diese eher geringe Abwärme-Dichten ha ben, sondern hauptsächliche um Elektronikbauteile, die im Vergleich dazu wenige Transistoren oder gar nur Einzeltran- sistoren (Leistungselektronik) umfassen, aber eine große Men ge Abwärme produzieren.

Die meisten Chips werden gepackaged, d.h. die Chips werden auf einem Substrat montiert, die elektrische Ankontaktierung des Substrats an den Chip durchgeführt (z.B. über Drahtbond prozesse) und dann wird der gesamte Aufbau nochmal einge packt, z.B. mittels einer Moldmasse vergossen. Auch diesen Aufbau bezeichnet man oft als „Chip". Hier ist die Leistungselektronik betroffen, also Elektronik mit hohen Abwärme-Dichten, die aus elektrischen Verlusten vom Schalten von hohen elektrischen Strömen herrührt.

Diese Schaltungen sind elektrisch meist wenig komplex. Oft werden große Einzeltransistoren in planarer Bauweise - also der Chip, der weder vergossen, noch elektrisch ankontaktiert ist-, meist in größerer Anzahl nebeneinander auf einem Sub strat angeordnet. Die elektrische Ankontaktierung erfolgt meist über Draht-Bonden, es kann aber prinzipiell auch gelö tet und/oder gesintert werden. Da bei diesen Schaltungen sehr hohe Ströme und Leistungen geschaltet werden, wird jeder Kon takt meist mit mehreren Drähten angebondet, um die Stromtrag fähigkeit zu erhöhen.

Die stetige Miniaturisierung bei gleichzeitiger Leistungs steigerung erfordert immer effizientere Wärmeableitung bei diesen elektronischen Bauteilen. Dies stellt hohe Anforderun gen an die Gehäuse. Beispielsweise für die fortschreitende vertikale Integration der einzelnen Bauteile in der Elektro nik sind die bisher bekannten Kühlkonzepte nicht leistungsfä hig genug. Dies insbesondere auch deshalb, weil viele Kühl konzepte noch auf die Verwendung von Wärmeleitpaste zur ther mischen Anbindung der Wärmequellen an den Kühler setzen. Bei spielsweise stellt eine Schicht Wärmeleitpaste oftmals ein Risiko für die dauerhafte Zuverlässigkeit dar, die Alternati ve - ein größerer Kühlkörper - wirkt jedoch der geforderten Miniaturisierung entgegen.

Bisher wird zur Wärmeableitung in der modernen Leistungs elektronik die primär von einer Wärmeleitpaste aufgenommene Abwärme der elektronischen Bauelemente auf keramische Leiter platten z.B. Rückseitenmetallisierung z.B. direct copper bon ding „DCB" übertragen.

Diese Rückseitenmetallisierung ist eine Folge der Tatsache, dass die Chips auf ein Substrat montiert werden, wobei auf der, dem Substrat weggewandten Seite, die elektrische Ver drahtung über Draht-Bonden erfolgt. Diese Seite mit den Ver drahtungen ist geometrisch für eine Kühlanbindung schwer nutzbar, deshalb wird in der Regel die Abwärme über die Sub stratplatte abgeführt.

Beispielsweise sieht eine derartige Entwärmungs-Kette wie folgt aus:

Leistungschip -> Montagematerial auf dem Substrat, wie z.B. Lot, wärmeleitfähiger Lack und/oder Klebstoff -> Substrat -> Wärmeleitpaste z.B. Öl, Wachs und/oder mit oder ohne Keramik füllstoff/MetallfüllStoff und schließlich -> Kühlkörper.

Eine technisch sinnvolle Ausführungsform einer wärmeleitfähi gen Substratplatte, die elektrisch isoliert, ist eine Alumi niumoxid-Keramik . Diese weist vorteilhafterweise noch eine zweiseitige Metallisierung auf. Die Chipseitenmetallisierung wird mit gängigen Strukturierungsverfahren so bearbeitet, dass sich Leiterbahnen und BondPads ausbilden, die Kühlsei tenmetallisierung wird z.B. verwendet, um Kühlkörper anzulö ten und/oder anzusintern, was kostspielig und zeitintensiv ist, deswegen sind dafür auch Wärmeleitpasten beliebt.

So wird nach dem Einlegen des Chips, respektive der Leiter platte und/oder des „Direct Copper Bonded" DCBs, in ein Elektronikgehäuse, beispielsweise in ein Kunststoffgehäuse, die Rückseite der DCB vergossen. Die Keramik, die als Ab schirmung zusammen mit der Metallisierung - für die Wärmeab leitung aus den Leistungselementen verantwortlich ist, leitet diese in eine Bodenplatte aus Metall weiter, die ihrerseits wieder an eine aktive Kühlung, beispielsweise über Lüfter und/oder Wasserkühlung, angeschlossen ist.

Aus der US 4, 047198 aus dem Jahr 1977 ist ein Gehäuse für einen mikroelektronisches Gerät bekannt, das Vakuumdicht in ein Gehäuse integriert ist, wobei das Gehäuse auf den Innen seiten vollflächig und gleichmäßig mit einem dielektrischen Pulver beschichtet ist, derart, dass ein dielektrisches Kühl- mittel nach erfolgter Verdampfung innerhalb des Gehäuses wei tergeleitet wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kühlkonzept für miniaturisierte elektronische Bauteile zur schaffen, das effizient leistungsstarke und/oder miniaturisierte Bauteile kühlt, wobei eine gezielte Chip-Entwärmung geschaffen werden soll, die eine Fluid-TransportSchicht umfasst, die ihrerseits eine komplexe Oberflächentopographie abbildet.

Die Herausforderung dabei ist, Wärme aus einem System, das elektrisch isolierend ist, in eine gekühlte Stelle des Gehäu ses überzuleiten, an der dann beispielsweise Kühlmittel, wie Kühlrippen, Lüfter und/oder Wasser anschließen.

So umfasst die Aufgabenstellung die Entwicklung einer Vor richtung zur Wärmeableitung, welche die Erzeugung einer Ober fläche z.B. so genanntes „conformal coating" für die Innen seitenbeschichtung von Gehäusen erlaubt, die in der Lage ist, ein Kühlmittel zu führen und die vor allem auch in gängigen Fertigungsprozessen der Elektronikfertigung herstellbar ist.

Dabei ist es auch Aufgabe der Erfindung eine Oberfläche zu schaffen, die neben guten Fluidtransporteigenschaften auch eine möglichst geringe Behinderung der Wärme- und/oder Dampf- freisetzung der Leistungselektronik selbst gewährleistet.

Dies ist beispielsweise beim SdT, der US 4, 047198, nicht der Fall.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der vorliegenden Er findung, wie er in der Beschreibung, den Figuren und den An sprüchen offenbart wird, gelöst.

Dementsprechend ist Gegenstand der Erfindung eine Vorrichtung zur Wärmeableitung von in einem Elektronikgehäuse angeordne ten elektronischen Bauelementen, die Abwärme über die Ver dampfungsenthalpie eines Arbeitsmediums ableitet, wobei Mittel zum Transport eines Kondensats des Arbeitsmediums von einer kalten Stelle im Elektronikgehäuse zu den elektrischen, optoelektrischen und/oder elektronischen und Abwärme produ zierenden Bauelementen hin umfasst und diese Mittel zum Transport des Kondensats zumindest zum Teil durch eine Ober fläche realisiert sind, die Klebstoff und/oder Lack mit da rauf ausgerichtete Fasern, die beispielsweise in Form eines „beflockten Teppichs" vorliegen, umfasst.

Als „Mittel zum Transport des Kondensats" werden dabei bei spielsweise die Fasern bezeichnet, die durch Kapillarkräfte das Kondensat aufnehmen und gemäß dem Dampfdruckgefälle an die Stelle im Gehäuse zurückleiten, die am wärmsten ist und wo am meisten Arbeitsmedium wieder verdampft.

Als „beflockter Teppich" wird jede Stelle im Innenraum des Gehäuses bezeichnet, an der sich, auf einer Lack- und/oder Kleber-oberfläche ausgerichtete Fasern befinden. Der beflock te Teppich innerhalb eines Gehäuses kann gleich oder ungleich sein und vollflächig oder strukturiert, also teilweise und/oder bereichsweise vorliegen.

Es werden durch diese Technik Fluidtransportpfad-Strukturen mit maßgeschneiderten Eigenschaften (Fasermaterial, Faserlän ge und/oder Faserquerschnitt, respektive Faserdicke und/oder Faserdichte) möglich. Insbesondere ergibt sich auch die Mög lichkeit, an Abwärme produzierenden Flächen durch Strukturie rung des beflockten Teppichs evtl. nachteilige Schichteigen schaften (thermischer Widerstand) auszugleichen, da gezielt einstellbar ist, wo genau am Chip und um den Chip herum der beflockte Teppich und in welcher Art - bezüglich Klebstoffma terial, Klebstoffdicke, Fasermaterial, Faserlänge und/oder Faserquerschnitt, respektive Faserdicke und/oder Faserdichte, angeordnet sind.

So könnte in der Chipmitte beispielsweise gezielt die Anbrin gung des beflockten Teppichs ausgespart werden, um ein unge- hindertes Abdampfen des Arbeitsmediums zu ermöglichen. Nach dem Stand der Technik, der gleichmäßiges Beschichten der In nenseiten vorsieht, befindet sich über dem Chip in der Regel eine zu dicke Fluidschicht, so dass die Wärme-Ableitung nur durch das Fluid hindurch stattfinden kann. Dadurch wird nach der US 4,047198 in ungünstiger Weise der Dampfaustritt an einer Stelle mit hohem Wärmeaufkommen behindert. Aber die Leistungsdichten waren im Jahr 1977 natürlich auch nicht mit denen von heute vergleichbar.

In jedem Fall ist die Anordnung der Fasern senkrecht zur Chipoberfläche zu bevorzugen, so dass an allen nicht durch den Faserquerschnitt belegten Oberflächen-Bereichen des Chips, also die entweder gar nicht beschichteten oder nur durch Klebstoff-Lack belegten Oberflächen des Chips, das kann sogar über 90% der freien Chip-Oberfläche sein, ein freier oder höchstens durch Klebstoff belegter Weg zum Abdampfen des Arbeitsmediums vorhanden ist. Dabei ist zu bedenken, dass die mit Klebstoff belegte Chipoberfläche, die nicht mit Fasern beflockt ist, minimiert wird, damit die Klebstoff-Schicht - so dünn sie auch sein mag - nicht unnötig die Abwärme im Chip festhält .

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden die Materialien der ausgerichteten Fasern und die Polarität des Arbeitsmediums aneinander angepasst.

Beispielsweise werden als Fasern Kunststofffasern, natürliche Fasern, Textilfasern und/oder Glasfasern, insbesondere bei spielsweise Fasern aus Polymeren und/oder Copolymeren, bei spielsweise Polyketon-, Polyether-, Polyester-, Polyamid- und/oder Polyimid-Fasern, allein oder in beliebigen Kombina tionen eingesetzt.

Behandelt man die Oberflächen der Fasern, bei Hohlfasern ge gebenenfalls auch die inneren Oberflächen, beispielsweise durch Nasschemische Behandlung, durch Corona-Behandlung und/oder durch Plasma-behandlung, wie z.B. Niederdruckplasma- Behandlung, so werden diese zumindest bereichsweise polar. So sind die Sorptions-Eigenschatten der Faser-Oberflächen an das jeweilige Arbeitsmedium anpassbar.

Es können sowohl Steighöhe als auch Volumenfluss der Faser durch Oberflächen-Behandlung beeinflusst werden, insbesondere auch, was deren Leistungsfähigkeit im gesättigten Zustand an betrifft .

Entsprechend wird gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform durch Behandlung und/oder Beschichtung der Faser-Oberfläche diese auf das Arbeitsmedium abgestimmt.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden durch Mischung unterschiedlich behandelter und/oder unbehan delter Fasern und ggf. Lösungsmittelmischungen des Arbeitsme diums weitere vorteilhaften Optimierungen innerhalb der Vor richtung erzielt.

Allgemeine Erkenntnis der Erfindung ist es, dass Halbleiter- Chips von integrierten Schaltungen, sowie Dioden, Transisto ren, zur Abdichtung gegen Umwelteinflüsse, zur weiteren Ver arbeitung, zum elektrischen Anschluss und zur Wärmeableitung Gehäuse brauchen, die so genannten Elektronikgehäuse. Davon gibt es bedrahtete Bauteile für die Durchsteckmontage „THT von Through Hole Technology" und Elektronikgehäuse für Ober flächenmontage „SMT" surface mounted technology oder „SMD" surface mounted device. Diese an sich bekannten Elektronikge häuse lassen sich durch einfache Maßnahmen, wie Beschichtung, insbesondere Beflockung, der innen befindlichen Flächen, also der Gehäuseinnenseite der Chipoberfläche, der Leiterplatten oberfläche, jeweils den Rückseiten dazu, und dazugehörige Ab dichtung in eine Vapor Chamber umbauen, die eine hocheffizi ente Kühlung für die in der Kammer, der „Vapor Chamber" be findlichen miniaturisierten Bauteile des Chips bereitstellt. Dabei ist insbesondere eine vollflächige oder bereichsweise Beflockung in Betracht.

Als Beflockung bezeichnet man dabei das „Beschießen" eines vorher mit Klebstoff und/oder Lack versehenen Substrates mit Fasern, bevorzugt mit kurzen Fasern, insbesondere bevorzugt kurz-stapeligen, Textil-, Kunst-, und/oder Glasfasern, die nach dem Beschießen durch Aushärtung des Klebers fixiert wer den.

Beispielsweise eignen sich auch monofile Faser, z.B. auch textile monofile und/oder keramische Fasern.

Insbesondere ist es beim Beflocken durch elektrostatische Aufladung möglich, eine komplette Ausrichtung der Fasern auf dem Substrat, insbesondere eine Ausrichtung senkrecht zum Substrat, weil sich die aufgeladenen Fasern entlang der elektrischen Feldlinien ausrichten. Insbesondere zum Erhalt der Verdampfungsflächen innerhalb des Gehäuses und vor allem auch auf den Oberflächen und Rückseiten der Abwärme produzie renden elektronischen Bauelemente ist die Ausrichtung senk recht zum Substrat unter Umständen sehr wichtig.

Auch werden nach einer vorteilhaften Ausführungsform nicht alle Innenflächen des Gehäuses und alle Außenflächen des Ab wärme produzierenden elektronischen Bauelements beflockt, sondern je nach Bedarf. Der Bedarf kann auch durch Simulation berechnet werden, kann aber alternativ oder ergänzend dazu durch Empirie bestimmt werden.

Beispielsweise eignet sich - insbesondere auf dem Abwärme produzierenden elektronischen Bauelement - eine bereichsweise Beflockung, beispielsweise regelmäßig, in Form eines Musters und/oder auch unregelmäßig und/oder sogar statistisch ver teilt.

Durch Simulation und Messung kann vorab eine Art „Abwärme- Landkarte" erzeugt werden, die die „Hotspots" des bestückten und im Betrieb befindlichen Elektronikgehäuses mit elektroni- sehen Bauelement zeigt. Danach kann die Beflockung in jeder Beziehung - Dichte, Querschnitt, Material, Beschichtung und/oder Länge der angeordneten Faser sowie Klebstoffmaterial und/oder Schichtdichte und/oder Schichtdicke variiert und an gepasst werden.

Außerdem kann das Muster, die Fläche, überhaupt regelmäßiges oder unregelmäßiges Anordnen der Fasern etc. auf die lokalen Bedingungen im Elektronikgehäuse ausgerichtet und angepasst werden.

Bei der Beflockung mit - im Endeffekt senkrecht auf das Sub strat stehenden - Fasern werden nach einer vorteilhaften Aus führungsform insbesondere die Elektrostatik und der Faserflug während des Beschießens durch Simulationen vorab dahingehend optimiert, dass die Mehrzahl, zumindest ein Anteil von größer 50Gew% der Fasern auch tatsächlich senkrecht auf der Sub stratoberfläche landen. Insbesondere vorteilhaft ist ein An teil von größer 75Gew% und ganz besonders bevorzugt von grö ßer 95 Gew% der Fasern, bezogen auf die Gesamtmasse der auf dem beflockten Teppich befindlichen Fasern, senkrecht ange ordnet.

Senkrecht angeordnet heißt dabei im rechten Winkel, also im Bereich von 70° bis 110°, insbesondere im Bereich von 85° bis 95° angeordnete Fasern.

Beispielsweise eignen sich numerische StrömungsSimulationen oder Computational Fluid Dynamics „CFD"-Simulationen dafür. Insbesondere ist beispielsweise die Verdampfungsbilanz beim Erhalt spezieller Oberflächen frei von Faser-Beflockung auch durch Simulation zu erkennen. Das betrifft vor allem die Oberfläche des/der Abwärme produzierenden elektronischen Bau- elements/-e innerhalb des Gehäuses, in Bezug auf die Frage ob und wenn ja wo eine Beflockung die Gesamtbilanz der Kühlung verbessert . Demgemäß ist beispielsweise vorgesehen, dass der beflockte Teppich strukturiert vorliegt. Das heißt, dass der beflockte Teppich Aussparungen umfasst. Beispielsweise liegt der be flockte Teppich in speziellen Mustern und/oder statistisch verteilten belegten und unbelegten, beflockten und unbeflock ten Bereichen vor. „Belegt" bedeutet dabei, dass Klebstoff und/oder Lack auf der Oberfläche vorliegt. Beflockte Bereiche kann es nur auf belegten Bereichen geben und als „beflockter Bereich" werden die Bereiche bezeichnet, die auf dem Kleb stoff und/oder Lack ausgerichtete Fasern aufweisen.

Andere Bereiche des Abwärme produzierenden elektronischen Bauelements zur Wärmeableitung können einfach unbehandelt bleiben . Beispielsweise kann der beflockte Teppich streifen förmig vorgesehen sein, also immer alternierend ein Streifen beflockter Teppich und ein Streifen unbehandelte Chip- Oberfläche . Neben alternierenden Streifen können beliebige andere regelmäßige und/oder statistische Elemente umfassende Muster des „beflockten Teppichs" vorliegen.

Durch Simulationen, empirisch und/oder durch Überlegungen kann auch die Art der Beflockung der Innenseiten und/oder der Außenseiten des innerhalb des Gehäuses befindlichen Abwärme produzierenden elektronischen Bauelements optimiert werden.

Die Art der Beflockung kann erstmal hinsichtlich der Faser art, also Materialmäßig variieren. Es können einheitliche Fa sern oder Fasergemisehe bei der Beflockung eingesetzt werden.

Die Fasern können verschiedene Längen, verschiedene Durchmes ser und/oder verschiedene Dichten haben. Ebenso können sie in verschiedenen Konzentrationen also Faseranzahl pro Flächen einheit im beflockten Teppich vorliegen.

Die Fasern werden hinsichtlich der Optimierung ihrer Kapil larkräfte in Wechselwirkung mit dem Arbeitsmedium, also bei spielsweise einem Kühlmittel, gewählt. Dabei ist zu bedenken, dass die Transportmenge, die Steighöhe, die Sorptionshöhe und/oder die Fließgeschwindigkeit des Arbeitsmediums durch die Abstimmung der MikroStruktur und/oder Faseroberfläche auf die Verdampfung am jeweiligen Ort des Gehäuses und/oder durch die Optimierung der Benetzungseigenschaften der Fasern durch das Arbeitsmedium beeinflussbar ist. All diese Einflüsse kön nen sowohl empirisch und/oder durch Simulationen gestützt zu einem Maximum hin optimiert werden.

Damit die Kapillarkräfte optimal wirken können, werden - nach einer vorteilhaften Ausführungsform - die Fasern vor der Be flockung ganz oder teilweise oberflächlich behandelt, so dass die Faser-Oberfläche hinsichtlich des zu transportierenden Kühlmittels möglichst hohe Sorptionswerte, bestmögliche An ^¬ ziehung und/oder Bindung der Kühlmittelmoleküle an der Ober fläche der Fasern zeigt.

Die Oberflächenbehandlung der Faser kann beispielsweise im Rahmen einer nasschemischen Behandlung, im Plasma, als Be schichten mit einer Silizium-organischen Schicht und/oder Schlicke, oder auch durch Bearbeitung mit Alkohol(en), Wasser und/oder beliebigen Kombinationen der vorgenannten Oberflä chenbehandlungen erfolgen.

So kann innerhalb des Gehäuses an verschiedenen Innenseiten mit verschiedener Intensität, Faserdichte, Faserart beflockt werden.

Als Klebstoffe können beispielsweise folgende Materialien eingesetzt werden: alle gängigen Klebstoffe und Klebstoff ^¬ mischungen, sowie als Leiterplattenschutzlack eingesetzte Verbindungen und/oder Verbindungsklassen wie Epoxid, Acrylat etc...

Der Kleber und/oder Lack härtet bevorzugt durch thermische Härtung . Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist eine dünne Klebstoff und/oder Lack-Auftragung bevorzugt, insbeson dere kleiner 15 pm, bevorzugt kleiner 10pm, weiter bevorzugt kleiner 5pm und insbesondere bevorzugt kleiner 2pm. Beispielsweise kann der Kleber und/oder Lack auf dem die Fa sern „stehen" zumindest teilweise wärmeleitfähig sein. Dies kann beispielsweise durch Füllung des Klebers und/oder Lacks mit wärmeleitfähigen Partikeln erfolgen. Eine gängige Leiter plattenschutzlack-Formulierung kann - modifiziert oder nicht - hier als „Klebstoff" eingesetzt werden, solange die Beflo ckung vor der Aushärtung des Lackes erfolgt.

Die Beflockung ist nach einer vorteilhaften Ausführungsform nicht an allen Stellen vorhanden, so sollen vor allem Berei che, an denen Verdampfung des Arbeitsfluids stattfinden soll, durch Freilassen unbeflockt bleiben.

Darüber hinaus ist auch in den klebstoff-beschichteten Berei chen, in denen ein beflockter Teppich vorliegt, nicht die komplette Oberfläche durch den Faserquerschnitt belegt. Die se eventuell durch Klebstoff aber nicht durch Faserquer schnitt belegten Bereiche der inneren Oberfläche und/oder der Chip-Oberfläche können somit weit über 50%, insbesondere weit über 75% und ganz bevorzugt sogar über 90% der belegbaren Oberfläche im Gehäuse ausmachen.

Als „Gehäuse" oder „Elektronikgehäuse" wird vorliegend ein Gehäuse aus Kunststoff, Keramik, Verbundwerkstoff, und/oder Metall, respektive Metalllegierung bezeichnet. Das Elektro nikgehäuse kann beliebige Kombinationen der vorbezeichneten Werkstoffe umfassen, es dient einerseits als Umhausung und/oder Träger für die elektrischen, optoelektrischen und/oder elektronischen Komponenten, insbesondere für Leiter platten, Schalter, Kontakte, Durchführungen ggf. auch Bedien elemente, auf der anderen Seite dient es dem elektrischen /elektronischen Schutz der Bauelemente vor Belastungen der Umgebung und schließlich dient es dem Schutz des Nutzers vor den elektrischen, elektronischen und/oder optoelektrischen Bauelementen . Bei der Verwendung eines Elektronikgehäuses als Vapor Chamber wird bevorzugt die Dichtigkeit des Elektronikgehäuses so aus gelegt, dass ein Unterdrück gehalten werden kann.

Als „Mittel zum Transport des Kondensats", wird vorliegend ein durch teilweise oder ganzflächige Beflockung mit Fasern hergestelltes System, Oberfläche, Beschichtung, poröses Mate rial innerhalb des Gehäuses bezeichnet, das im Zusammenspiel mit der Verdunstung des Arbeitsfluids durch die Abwärme der oder des elektronischen Bauelements /-e, an einer vom Bauele ment entfernten und kalten Stelle innerhalb des Elektronikge häuses das Kondensat aufnimmt, transportiert und wieder zu rück zum Bauelement lenkt. Dort umfasst das „Mittel zum Transport des Kondensats" Strukturen die durch die Abwärme des Bauelemente entsprechend warm sind und die Verdunstung ermöglichen . Damit die Verdunstung auf dem/den Bauelement(en) auch trotz einer Beflockung mit Fasern erfolgen kann, wird nach einer vorteilhaften Ausführungsform beispielsweise nur teilweise, insbesondere auch z.B. streifenförmig, in einem Muster, wie z.B. kariert, rautenförmig, Längsstreifen mit statistisch verteilten Brücken, etc. die Oberfläche des oder der Bauelemente bereichsweise alternierend beflockt und ohne Beflockung vorliegen.

Aber auch die beflockten Bereiche der Oberfläche können ver schieden dicht beflockt sein, respektive mit verschieden di cken Fasern beflockt vorliegen.

Ergänzende Beispiele zu den Mittel zum Transport des Konden sats sind neben den im beflockten Teppich vorhandenen Fasern auch noch weitere Beschichtungen mit Kanälen, Poren, offenen Poren, Fasern, Hohlfasern, Fasergelege, Schichten, Schäume, Lackschichten, poröse Strukturen, wie Matten. Bevorzugt sind die Oberflächen der Mittel eher dielektrisch als elektrisch leitend, wobei Polarität der Oberfläche an das Arbeitsfluid bevorzugt angepasst ist z.B. so, dass sie das Kondensat an saugt. Die Aufbringung dieser zusätzlichen Mittel zum Transport des Kondensats erfolgt beispielsweise als aufgesprühte Beschich tung, lackierte Beschichtung, in Form einer auf metallischer Oberfläche erzeugten Struktur, beispielsweise mit zum Ansau gen des Kondensats geeigneter Polarisierung der Oberfläche. Die geeignete Oberflächenpolarisierung kann über eine Benet zungsmessung und/oder eine Messung des Kontaktwinkels erfol gen.

Als Arbeitsmedium wird beispielsweise ein Fluid wie ein orga nisches Lösungsmittel eingesetzt.

Die Auswahl eines geeigneten Arbeitsmediums, auch als „Ar beitsfluid" oder nur als „Fluid" bezeichnet, erfolgt nach verschiedenen Gesichtspunkten. Beispielsweise ist es essenti ell, dass das Arbeitsmedium schwer entflammbar ist. Hinzu kommt, dass das Arbeitsfluid einen Siedepunkt im Temperatur bereich der Arbeitstemperatur von elektrischen, elektroni schen und/oder optoelektrischen Bauelementen hat.

Das Arbeitsmedium darf nicht korrosiv sein, wobei es einen passenden Siedepunkt braucht, damit es durch die Abwärme der Bauelemente unter den Bedingungen der Vapor Chamber, also insbesondere bei Unterdrück von 0,5 bar oder weniger, ver dampft und andererseits an einer kalten Stelle innerhalb der gleichen Vapor Chamber wieder kondensiert.

Bevorzugt ist das Arbeitsfluid dielektrisch oder elektrisch isolierend, damit es die einzelnen Bauelemente innerhalb des Elektronikgehäuses voneinander isoliert. Beispielsweise ist es vorteilhaft, wenn das Arbeitsfluid eine Dielektrizitäts konstante, höher als Luft, das genormt eine Dielektrizitäts konstante von 1 hat, hat.

Die Benutzung von Fluoroethern als Arbeitsmedium hat einige große Vorteile, was elektrische Isolation, Flammbarkeit usw. betrifft . Gleichzeitig sind diese Stoffe aber auch nicht so beliebt, weil ihre Verdampfungsenthalpie nur 1/10 der von Wasser entspricht.

Diese Fluoroether und/oder Perfluoroether - abhängig von der Vollständigkeit der Substitution der Wasserstoff-Atome am Ether durch Fluor-Atome - sind von ihrer chemischen Natur her so, dass sie so gut wie keine stofflichen Wechselwirkungen ausüben, z.B. haben sie sehr niedrige Oberflächenenergien, und zwar weder mit einem zu benetzenden Substrat noch mit sich selbst - z.B. geringes Bestreben zum Ausbilden einer Ku gelform. Diese Eigenschaften sind beim Arbeitsmedium zwar von Vorteil, was das generelle Benetzen von Oberflächen und damit auch das Befüllen einer TransportSchicht anbetrifft. Gleich zeitig haben derart wenig polare Flüssigkeiten aber auch Nachteile, was z.B. das Überwinden von Höhen durch Sorpti on/Kapillarkraft betrifft.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform können als Arbeitsme dium deshalb sowohl polare als auch unpolare Fluide einge setzt werden, beispielsweise die unpolaren Fluoroether und/der auch polare Fluide, wie Alkohol, Ether, Wasser, orga nische Lösungsmittel und/oder beliebige Gemische.

Insbesondere als vorteilhaft hat sich der Einsatz von fluo rierten Flüssigkeiten, insbesondere solchen, die Fluorether, beispielsweise Mono-, Di- oder höherwertige Fluor substituierte Ether, umfassen, in Tests als vorteilhaft er wiesen, weil diese wegen ihrer in der Regel hohen Dielektri zitätskonstante geeignet sind, die Spannungsabstände zwischen den elektrischen, elektronischen und/oder optoelektrischen Bauelemente innerhalb des Elektronikgehäuses zu erhöhen. Beispielsweise wurden Fluorether in Form des handelsüblichen 3M™ Novec™ - insbesondere das 3M™Novec™ 7200 erfolgreich eingesetzt .

Andererseits konnten die unter der Bezeichnung „Galden HAT PFPE Heat Transfer Fluids" handelsüblichen Frostschutzmittel, insbesondere das „Galden HAT Low Boiling" der Kurt. J. Lesker Company erfolgreich eingesetzt werden.

Zur Klasse der Fluoroether gehören beispielsweise Methylnon- afluor-n-butylether, Methylnonafluor-iso-butylether, Ethylno- nafluor-n-butylether , Ethylnonafluor-iso-butylether sowie be liebige Gemische dieser Fluorether untereinander und/oder mit anderen organischen Lösungsmitteln.

Auch die Klasse der Alkohole und auch reines destilliertes Wasser sind als Arbeitsmedium geeignet.

Weil die Oberflächenspannung der Flüssigkeit Einfluss auf die Sorptionseigenschaften - respektive die Kapillarkraft - des Mittels zum Transport des Kondensats hat, ist auch bevorzugt ein Mittel zum Transport des Kondensats einzusetzen, das eine geeignete und auf das Arbeitsmedium abgestimmte Oberflächen spannung hat.

Ein Wärmerohr, „Heat Pipe", ebenso wie eine „Vapor Chamber", die beide nach dem gleichen Prinzip funktionieren nur andere Form haben, sind Vorrichtungen zur Wärmeübertragung, die un ter Nutzung von Verdampfungsenthalpie eines Arbeitsmediums eine hohe Wärmestromdichte erlauben. Auf diese Weise können große Wärmemengen auf kleiner Querschnittsfläche transpor tiert werden. Die Fähigkeit, Energie zu transportieren, hängt bei einem Wärmerohr maßgeblich von der spezifischen Verdamp- fungsenthalpie des Arbeitsmediums ab.

Weniger entscheidend sind sowohl die Wärmeleitfähigkeit des Arbeitsmediums als auch die Wärmeleitfähigkeit der Elektro- nikgehäusewand . Aus Effizienzgründen wird eine Vapor Chamber meist an der warmen Stelle, z.B. über oder unter dem Chip, nur knapp über dem und an der kalten Stelle, z.B. möglichst weit entfernt von der Wärmequelle, nur knapp unter der Siede temperatur des Arbeitsmediums betrieben. Eine Heat Pipe und/oder Vapor Chamber nutzen die Verdamp fungsenthalpie und die Kondensationsenthalpie eines Arbeits mediums aus, um hohe Wärmeströme zu bewegen. Die Hülle der Vapor Chamber wird häufig aus Kupfer, Messing, Bronze und/oder Aluminium oder entsprechenden Legierungen gefertigt. Das Arbeitsmedium im Inneren ist bevorzugt ein Kältemittel, wie z.B. Ammoniak, schwer entflammbare organisches Lösungs mittel, z.B. cycloaromatische organische Lösungsmittel, Flu- oether, aprotische Lösungsmittel, Halogenwasserstoffe, wie z.B. das 1,1,1,2 - Tetrafluorethan, Kohlenstoffdioxid, Was ser, Kohlenwasserstoffe, Alkohole, sowie beliebige Gemische. Bevorzugt werden als Arbeitsmedium Fluide eingesetzt, die ei nen Siedepunkt zwischen 10°C und 200°C, insbesondere zwischen 40°C und 160°C und besonders bevorzugt zwischen 50°C und 140°C haben.

Die als Arbeitsfluid eingesetzten Kältemittel und/oder Frost schutzmittel haben vorzugsweise bei der Einstufung von Kälte mittel die Einstufung nicht entflammbar (Al) und/oder schwer entflammbar (A2L). Beispielsweise werden diese Klassifizie rungen nach der ASHRAE Klassifizierung durchgeführt. Dabei wird ein so genannter GWP-Wert festgestellt, der vorzugsweise bei den hier einsetzbaren Arbeitsfluiden bei einem Wert unter 170, vorzugsweise unter 150 und besonders bevorzugt unter 100 liegt.

Dieses verdampft - z.B. auch aufgrund eines Vakuums im Elekt ronikgehäuse - in der Vapor Chamber bereits bei sehr niedri gen Temperaturen. Nimmt die Vapor Chamber durch die Wärme quelle eine höhere Temperatur an, steigt der Druck. Wenn nun am anderen Ende der Vapor Chamber - z.B. durch externe Küh lung - eine niedrigere Temperatur entsteht, führt dies an dieser Stelle zu einer sogenannten Taupunktuntersehreitung und damit zur Kondensation des Arbeitsmediums. Der Druck an dieser Stelle sinkt ab. Der Dampf in der Vapor Chamber strömt, dem Druckgefälle folgend, zur kälteren Stelle. Das Kondensat fließt durch Schwerkraft angetrieben und durch die Kapillarkräfte der Vapor Chamber zurück zum Ort des Verdamp fens.

Aufgrund der gasförmigen und flüssigen Phase des Arbeitsmedi ums im Inneren der Vapor Chamber bildet sich ein übersättig ter Dampf. Durch die geringen Druckunterschiede in der Vapor Chamber sind auch die Temperaturunterschiede und damit die sich einstellende Temperaturdifferenz zwischen Kondensator und Verdampfer nur gering. Eine Vapor Chamber besitzt daher einen sehr geringen Wärmewiderstand. Da der Wärmetransport indirekt über den stoffgebundenen Transport von latenter Wär me -Verdampfungs- oder Kondensationswärme - stattfindet, be schränkt sich der Einsatzbereich einer Vapor Chamber auf den Bereich zwischen der Schmelztemperatur und der Temperatur des kritischen Punktes des Arbeitsmediums. Für den Bereich von - 70 bis 60 °C kann beispielsweise Ammoniak als Arbeitsmedium eingesetzt werden. Die porösen Strukturen für den Rücktrans port des Arbeitsmediums auch entgegen der Schwerkraft können durch eingelegte Kupferdrahtgeflechte (Mesh), durch Rillen (Grooves) und/oder durch gesinterte Kupferpartikel an der In nenfläche der Vapor Chamber erzielt werden. Je feiner diese Struktur ist, desto größer ist die Kapillarkraft.

Insbesondere die Form einer Vapor Chamber eignet sich zur Chip-Kühlung besser noch als eine Heat Pipe, weil die Wärme in einer Vapor Chamber nicht über ein Rohr abtransportiert wird, sondern schnell über eine große Fläche verteilt wird.

So werden die Auswirkungen starker Hot Spots, wie sie auf dem Chip Vorkommen, minimiert. Für die Vapor Chamber ist dabei nicht notwendigerweise eine poröse Innenwand zum Rücktrans port des kondensierten Arbeitsmediums an den Ort des Hot Spots erforderlich, weil das z.B. einfach über die Schwer kraft funktioniert, wenn die Hot Spots unten in der Vapor Chamber liegen und der Dampf zur kühleren Decke aufsteigt, dort kondensiert und als Tropfen wieder nach unten fällt.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Elektronikgehäuse komplett als Vapor Chamber hergestellt. Insbesondere vorteilhaft ist dabei, wenn das Vapor-Chamber- Elektronikgehäuse unabhängig von der Chipfertigung vorgefer tigt wird.

Der Chip wird in respektive auf das Vapor- Chamber - Elektro nikgehäuse montiert und kontaktiert.

Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird nur ein Teil des Elektronikgehäuses als Vapor Chamber ausgeführt.

Im Folgenden wird die Erfindung nun anhand einer Figur, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch wiedergibt, näher erläutert:

Figur 1 zeigt den Stand der Technik: Zu erkennen ist ein Elektronikgehäuse 1 in das Leiterplatte 2, Chip, respektive Bauelemente 3, die Wärmequellen 3 darstellen, und in eine Wärmeleitpaste 4 eingebettet sind. Eine Wärmeleitpaste ent hält beispielsweise ein Silikonöl und/oder Polyethylenglykol und dient zur Wärmeübertragung zwischen zwei Objekten, also z.B. der Kühlfläche und/oder dem Elektronikgehäuse und einem Kühlkörper . Die Montageflächen von Kühlkörpern 6 und Bauele menten 3 enthalten stets mehr oder weniger tiefe Unebenhei ten, die über Wärmeleitpasten 4 ausgeglichen werden.

Die Wärmeleitpaste 4 schließt an eine Vapor Chamber 5 mit Kühlkörper 6 an. In der Vapor Chamber 5 ist die poröse Struk tur an den Innenflächen 7 und ein Kupfergelege 8 erkennbar.

In der Vapor Chamber 5 verdampft das Arbeitsmedium 9 von der wärmeren Seite unten nach oben hin an die kalte Stelle in der Vapor Chamber 5. Die - eine oder mehrere kalte(n) Stelle(n) in dem Vapor Chamber 5 sind die Stellen, an denen die Vapor Chamber aktiv über ein Kühlaggregat, wie hier einen Kühlkör per 6 gekühlt wird. Das Arbeitsmedium 9 verdampft also in Richtung kalte Stelle in der Vapor Chamber, wobei es abkühlt, kondensiert und durch die Schwerkraft getrieben und durch Mittel zum Transport des Kondensats gelenkt wieder nach unten fließt. Dort nimmt das Kondensat 9 wieder Wärme auf, ver dampft und kondensiert an der kalten Stelle wieder ab.

Der Engpass in der Wärmeableitung von den Bauelementen 3 nach dem hier in Figur 1 gezeigten Stand der Technik ist die Wär- meleitpaste 4, durch die nur in unzureichendem Maße Wärme zur Vapor Chamber 5 hin abtransportiert wird.

Figur 2 zeigt ein Schema eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung.

Zu erkennen ist wieder, wie in Figur 1, das Elektronikgehäuse 1, das bodenseitig mit der Leiterplatte 2 abschließt. Auf der Leiterplatte 2 und schon innerhalb der Vapor Chamber 5 befin den sich die Bauelemente und Wärmequellen 3. Diese sind gemäß der hier gezeigten beispielhaften Ausführungsform der Erfin dung eingebettet in die poröse Struktur 7 an der Innenwand der Vapor Chamber 5. Die Vapor Chamber 5 hat oben noch Kon taktierungen 10. Das Prinzip ist wie beim Stand der Technik, nur wird anstelle der ineffizienten Wärmeableitung über die Wärmeleitpaste 4 und die Vapor Chamber 5 die erzeugte Wärme gleich in der Vapor Chamber 5 im Bereich des Kondensats 7, das entlang der porösen Struktur dem „Mittel zum Transport" in dem hier gezeigten Beispiel, nach unten fließt, abgegeben, so dass eine optimale Kühlung erfolgen kann.

Wie in Figur 2 gezeigt, wird das Elektronikgehäuse 1 durch wenige zusätzliche Schritte zu einer Vapor Chamber 5. Hierfür ist in einem ersten Schritt die Auftragung einer porösen Schicht zum Flüssigkeitstransport erforderlich. Auf die genaue Ausgestaltung wird in einem folgenden Ab schnitt näher eingegangen. In Figur 2 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der die Leiterplatte 2 den Boden des Elektronikgehäuses 1 bildet. Dies ist lediglich eine von vielen möglichen Anordnungen der Leiterplatte innerhalb des Elektronikgehäuses. Bei spielsweise ist auch eine Anordnung denkbar, in der die Leiterplatte 2 innerhalb des Elektronikgehäuses oder in nerhalb der porösen Struktur 7 sich befindet. Bei diesen Ausführungsformen ist der Vorteil, dass die Leiterplatte 2 beidseitig vom Arbeitsmedium der Vapor Chamber 5 umflossen wird.

In einem zweiten Schritt wird das Elektronikgehäuse mit dem Arbeitsmedium gefüllt, Unterdrück eingestellt und das Elektronikgehäuse abgedichtet. Bei der Wahl des Arbeitsme diums kann entsprechend der Auswahl bei herkömmlichen Heat Pipes vorgegangen werden.

Als Material für das Elektronikgehäuse kommen metallische Werkstoffe wie Aluminium oder Kupfer in Frage. Eine weite re interessante Bauweise stellt die Konstruktion des Elektronikgehäuses aus Faserverbundstoffen dar, hier könn te der Kapillareffekt auch durch offenliegende Fasern an der Innenwand des Gehäuses erzielt werden.

Da Compositmaterialien, also Verbundwerkstoffe, die zwei oder mehr verbundene Materialien umfassen, auf Faserbasis in der Regel keine isotropen Wärmeleiteigenschaften besit zen, werden zur Eignung als Struktur innerhalb einer Vapor Chamber durch gezielte Orientierung der Fasern entspre chende Vorzugsriehtungen erstellt, die dann als Mittel zum Transport des Kondensats eingesetzt werden können. Durch die Kombination aus Vapor Chamber 5 und Elektronikgehäuse 1 wird somit nicht nur ein bisher zugekauftes Bauteil ein gespart und der Montageaufwand reduziert, es entsteht vor allem eine hochleistungsfähige Kühlkonstruktion, welche zudem wartungsfrei und ausfallsicherer ist als der Stand der Technik, der mit Wärmeleitpaste 4 arbeitet. Die Nutzung des Elektronikgehäuses 1 als Vapor Chamber 5 ist vor allem mittels einer porösen Schicht innenseitig im Elektronikgehäuse zum Rücktransport der Flüssigkeit mög lich. Diese wird auf die Innenseite des Gehäuses, des De ckels und auf die Leiterplatte und Bauteile aufgetragen, wie in Figur 2 gezeigt.

Durch die Art und Ausgestaltung dieser Schicht kann die Kühlleistung entscheidend beeinflusst werden, da häufig die Kapillarkraftgrenze und/oder die Wechselwirkungsgrenze die entscheidende Limitierung einer Vapor Chamber dar stellt. Es kommen beispielsweise, aber nicht abschließend, die folgenden Materialien für eine poröse Beschichtung teilweise oder ganz auf der Innenfläche des Elektronikge häuses in Frage:

• Zeolithische Partikel mit organischem Binder

• Offenporige Kunststoffschäume: Durch die Schäume an der Elektronikgehäusewand kann zusätzlicher mechanischer Schutz erzielt werden,

• Naturfasergewebe,

• Glasfasergewebe, insbesondere mit Klebe erbindung zur Wandung

• Pulverlacke, die so gehärtet werden, dass sie offenporig bleiben, z.B. über Platzhalter/ Templatebildner und/oder Treibmittel

• Aluminiumoxid-Oberflächen, die durch entsprechende Ätz prozesse auf normalem Aluminium hergestellt werden, bei spielsweise so genanntes „flower-like alumina", das über den Precursor A10(OH) durch Phasentransformation ein Aluminium mit Blüten ähnlicher Morphologie bezeichnet.

Um die Bauteile 3 vor dem Arbeitsmedium - z.B. zur Vermei dung von elektrischen Kurzschlüssen, Korrosion oder Explo sion - zu schützen, ist es gemäß einer vorteilhaften Aus führungsform der Erfindung vorgesehen, dass eine „Schutz beschichtung" auf der Elektronik aufgebracht wird, die vorzugsweise keinen nennenswerten zusätzlichen Wärmewider stand bedeutet.

Mögliche Schutzbeschichtungen, falls ein Arbeitsfluid ver wendet wird, welches eines der o.g. Probleme - Korrosion etc. - hervorrufen kann, sind beispielsweise:

- Eine Schutzbeschichtung, eine dünne Folie umfassend, beispielsweise herstellbar durch Auflaminieren einer dünnen Folie,

- eine Schutzbeschichtung, eine Plasmaschicht umfassend, und/oder

- eine Schutzbeschichtung einen wärmeleitfähigen Schutz lack umfassend.

Beispielsweise kann eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch das folgende schematische Aufbau- und Mon tagekonzept als eine „Elektronikgehäuseintegrierte Vapor Chamber" hergestellt werden:

• Die Leiterplatte 2 wird in ein Elektronikgehäuse 1 eingebracht

• Eine poröse Struktur 7 wird auf der Leiterplatte 2 mit den Bauelementen 3 und auf den Innenseiten des Elektronikgehäuses 1 teilweise oder ganz aufgetragen, dann

• Wird die Luft aus dem Elektronikgehäuseintegrierte Vapor Chamber 5 herausgepumpt und das Arbeitsmedium - das natürlich auch ein Gemisch verschiedener Arbeits medien sein kann - eingefüllt.

So entsteht eine hochwirksame, dauerstabile High-End- Kühllösung für Chip in einem Elektronikgehäuse ohne teure Ma terialien, ohne Zukaufteile und ohne großen Montageaufwand.

Erfindungsgemäß ist zusammenfassend vorgesehen, dass anstatt eines separaten Moduls, der „Vapor Chamber 5", welches auf die zu kühlende Oberfläche des Elektronikgehäuses 1 aufge- bracht wird und das Arbeitsmedium enthält, das Arbeitsmedium der Vapor Chamber zur Kühlung direkt auf den Bauteilen, um die Bauteile herum und auf der Leiterplatte 2, wo gemäß Stand der Technik sich die Wärmeleitpaste 4 befindet, vorgesehen ist. Der Vorteil hierbei ist, dass der Transportschritt der Wärmeleitung durch die Wärmeleitpaste 4 und die Wand der Va por Chamber 5 entfällt und das Arbeitsmedium so einen direk ten Kontakt zu den Bauelementen 3, also zur Wärmequelle, hat.

Der thermische Widerstand wird durch die Erfindung also im Vergleich zu bisherigen Lösungen verringert. Durch den großen Durchmesser des Elektronikgehäuses im Vergleich zu den bisher erhältlichen Vapor Chambers sind auch deutlich größere Dampf- und Flüssigkeitsströme möglich, die den Transport höherer Ab wärmeströme ermöglichen. Durch die Kühlung der kompletten Leiterplatte 2 können keine Hot Spots entstehen, die den Bau teilen 3 schaden. Die Wärme wird durch die sofortige Verdamp fung des Arbeitsmediums 9 verteilt und über das Nassdampfge biet zum Kondensator transportiert. Durch die erfindungsgemä ße Lösung wird die Anzahl der Wärmeübergänge auf das tech nisch absolut notwendige Minimum reduziert und ein maximal effizienter Wärmefluss gewährleistet, da nur Materialien zum Einsatz kommen, welche einen Kompromiss aus prinzipieller An wendungstauglichkeit für Kühlapplikationen und fertigungs technischer Verarbeitbarkeit darstellen.

Durch die Kondensation des Kühlmittels am Gehäusedeckel ist eine verbesserte Abführung der Wärme möglich, da eine wesent lich größere Oberfläche als bei den bisher verbauten Vapor Chamber Kühlern zur Verfügung steht. Die bisherige Konstruk tion machte weiterhin eine Luftkühlung über einen Kühlkörper und Kühlrippen auf der Oberfläche der Vapor Chamber erforder lich um, um ausreichend Wärme abführen zu können. Durch die größere Oberfläche und eine direkte Anbindung an bspw. die Rahmenkonstruktion aus Metall kann die Wärme auch ohne diese zusätzlichen Elemente effizient abgeführt werden. Dies ermög licht noch kompaktere Bauformen und weitere Miniaturisie rungsmöglichkeiten . Zudem kann durch eine beidseitige Beschichtung der Leiter platte mit der porösen Schicht und einem entsprechenden Ein bau im Gehäuse, erstmals eine beidseitige Kühlung einer Lei terplatte realisiert werden. Dieser könnte auch ein entschei dender Key-Enabler für neue Halbleitergenerationen mit erhöh ten Schalt- und Leistungsdichten sein, da eine beidseitige Kühlung einen massiven LeistungsSprung in der Wärmeabfuhr- technik darstellt.

Durch die Auswahl und das Aufträgen der porösen Schicht, kön nen gezielt die Eigenschaften des Kühlsystems, z.B. die Ar beitfluidpumpmenge pro Zeit beeinflusst und die erforderliche Kühlleistung eingestellt werden.

In Vapor Chambers -,,VCs" - und Heat Pipes -,,HPs"- kommen im Hinblick auf die vorhandenen geometrischen Rahmenbedingungen technisch anspruchsvolle MaterialStrukturen zum Einsatz. Es handelt sich um poröse Schichten auf der Innenseite von dün nen Metallrohren. Da HP generell keine allzu hohen Kosten verursachen dürfen, müssen die Prozesse und Verfahren, die zur Herstellung dieser Strukturen zum Einsatz kommen, so kos tengünstig und damit einfach wie möglich gehalten werden. Die Folge ist, dass die Strukturen zwar prinzipiell ihre Funktion erfüllen, jedoch in keine Weise optimiert sind. Dies betrifft nicht nur das Porenvolumen, die Porosität oder die mittleren Porendurchmesser, sondern auch die Isolation des kühleren Me dienrücktransports gegenüber der wärmeren Dampfphase.

Durch den Wegfall der geometrischen Begrenzungen können nun andere Materialien und Verfahren zur Erzeugung der Porosität zur Anwendung kommen, die neben deutlich vereinfachten App1i- kationsbedingungen eine örtlich besser aufgelöste Abscheidung der porösen Schicht und eine deutlich feinere Justage der Po- rositätseigenschaften z.B. die Schichtdicke, die bei der HP und der VC starkbegrenzt ist, Porenvolumina, ein mittlerer Kanaldurchmesser, die Benetzbarkeit -> diese beeinflusst am Ende die Fluidfördergeschwindigkeit und die gesamte Förder menge.

Darüber hinaus bietet das erfindungsgemäße Konzept zusätzli che Tuning-Möglichkeiten über die Einstellung weiterer Ober flächeneigenschaften, die aufgrund der geometrischen Offen heit und Zugänglichkeit des Konzepts problemlos über übliche Beschichtungsverfahren erreicht werden können. Es handelt sich beispielsweise um die gezielte Einstellung der Benetz barkeit unterschiedlicher Flächen. Während Verdampfungsflä chen bevorzugt hydrophil ausgestaltet sein sollen (dies be deutet eine verbesserte Benetzung, Vermeidung von Siedeverzü gen und damit wieder besseren Wärmeübergang), sind Kondensa tionsflächen hydrophob auszugestalten. Die bewirkt ein Auf brechen des Kondensatfi1ms und damit einen verbesserter Wär meübergang an dieser Grenzfläche um einen Faktor bis zu 10.000.

Die Umwandlung des Gehäuses in eine gleichzeitige VC-Kühlung ermöglicht eine Hochleistungskühllösung mit geringen Kosten. Das Konzept einer gehäuseintegrierten VC bedingt, dass alle Bereiche gut zugänglich sind (keine engen Rohre). Somit kön nen konventionelle Verfahren (Beschichtung, Montage, ...) ver wendet werden. Das steigert die Produktquälität und senkt die Kosten. Da keine Wärmeleitpaste mehr benötigt wird, kann die Zuverlässigkeit weiter gesteigert werden.

Last but not least ergeben sich Vorteile bei Anwendungen, bei denen starke Vibrationen auftreten können. Hier ist eine klassische HP als Kühlkörper kritisch zu sehen, da die pseu- do-geklebten Interfaces zum Teil versagen.

Beim Stand der Technik gelangt die abzuführende die Wärme aus dem elektronischen, optoelektrischen und/oder elektrischen Bauteil zunächst in die Wärmeleitpaste und dann über das Ge häuse in die Vapor Chamber und dort in das Arbeitsfluid. Bei der vorliegenden Erfindung gelangt die abzuführende Wärme di rekt aus dem Chip in das Arbeitsfluid. Durch die Erfindung wird erstmals eine Vorrichtung zur Wärme ableitung von in einem Elektronikgehäuse angeordneten elekt ronischen Bauteilen angegeben, die nicht ausschließlich auf primäre Wärmeableitung über eine Wärmeleitpaste setzt. Viel mehr ist vorgesehen, dass die Wärmeableitung über ein Ar beitsmedium, das im Elektronikgehäuse durch Verdampfen und Kondensieren Kühlleistung erbringt, erfolgt.