DE69920459T2

DE69920459T2 - Wärme-management-vorrichtung und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE69920459T2
Application number: DE69920459T
Authority: DE
Inventors: Angelo CERN GANDI; Rui CERN DE OLIVEIRA; Antony Arthur Carter
Original assignee: Queen Mary and Westfiled College University of London
Current assignee: Queen Mary University of London
Priority date: 1998-07-08
Filing date: 1999-07-08
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2019-07-09
Also published as: GB9825376D0; CN1184866C; RU2214698C2; CN1313023A; DK1095545T3; SI1095545T1; CA2336889C; CA2336889A1; DE69920459D1; HK1040473A1; WO2000003567A1; ES2229727T3; ATE277497T1; JP2002520863A; AU4790799A; EP1095545A1; PT1095545E; HK1040473B; US6689471B2; KR20010079508A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärme-Management-Vorrichtung, die die Wärmeableitung in beispielsweise einer elektrischen Einrichtung ermöglicht, und ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Vorrichtung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Wärme-Management-Vorrichtung, die für elektrische Durchführungen geeignet ist und als direkte Schnittstelle zu aktiven Elementen dienen kann.
Elektronische und elektrische Bauelemente sind sowohl Strom- als auch Wärmequellen. Wie bekannt ist, ist es notwendig, stabile Betriebsbedingungen und -temperaturen aufrecht zu erhalten, um für einen zuverlässigen Betrieb derartiger Bauelemente zu sorgen. Daher sind effiziente Verfahren zum Wärme-Management und zur Wärmeableitung erforderlich. Üblicherweise wird dies erreicht, indem Wärme-Management-Vorrichtungen vorgesehen werden, die angrenzend an und in Kontakt mit dem elektronischen Bauelement oder der Leiterplatte angeordnet werden. In der Schaltung erzeugte Wärme wird an die Wärme-Management-Vorrichtung übertragen und in dieser abgeleitet. Für eine optimale Effizienz ist es wünschenswert, daß die Wärme-Management-Strukturen die höchst mögliche Wärmeleitfähigkeit, eine effiziente externe Verbindungsmöglichkeit und eine geeignete mechanische Stärke aufweisen. Um diese Ziele bei thermisch anspruchsvollen Anwendungen zu erreichen, sind bei einigen bekannten Vorrichtungen Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit in Verbundstrukturen verkapselt. Diese Vorrichtungen erzielen jedoch oft lediglich eine begrenzte Leistung bei erheblichen Leitfähigkeitsverlusten, üblicherweise 40%, und Gewichts- und Größenzunahmen. Beispiele derartiger Strukturen sind in EP 0 147 014 , EP 0 428 458 , US 5,296,310 , US 4,791,248 und EP 0 231 823 beschrieben. Die leistungsfähigsten zur Zeit erhältlichen Wärme-Management-Systeme weisen Leitfähigkeiten auf, die üblicherweise 1,000 W/mK nicht überschreiten.
Aktuelle Technologien stellen kein Wärme-Management zur Verfügung, das für zahlreiche Anwendungen ausreichend ist und gleichzeitig eine effiziente elektrische Verbindung zwischen Schichten oder Seiten von Leiterplatten bereitstellt. Ein weiteres Problem ist, daß die Masse und das Volumen bekannter Wärme-Management-Systeme relativ groß ist. Dies wirkt sich auf die Gesamtgröße elektronischer Systeme aus, in welche derartige Vorrichtungen integriert sind. Heutzutage ist dies höchst unvorteilhaft, da die Elektronikindustrie zur Miniaturisierung neigt.
Wärme-Management-Systeme werden oftmals als Substrate für Träger von elektronischen Hybridschaltungen verwendet. Bei einer bekannten Anordnung wird Beryllium als Wärmeableiter verwendet. Dieses weist eine Wärmeleitfähigkeit von ungefähr 280 W/mK bei Raumtemperatur auf. Auf diesem ist oben eine Schicht eines Dielektrikums angeordnet, auf welcher später Goldkontakte gebildet werden, um auf diese Weise eine Verbindung zu anderen elektrischen Schaltungen zu ermöglichen. Ein Nachteil dieser Anordnung ist, daß Beryllium ein gefährliches Material ist, tatsächlich ist es karzinogen und im allgemeinen schwer zu verarbeiten. Darüber hinaus neigt das Dielektrikum dazu, dick zu sein, was die Gesamtstruktur voluminös macht. Ferner ist die Herstellung der Gesamtstruktur kostspielig, teilweise aufgrund der Verwendung von Gold als Kontaktmaterial.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Wärme-Management-System bereitzustellen, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit hat, jedoch eine geringe Masse und ein geringes Volumen. Die Erfindung ist in den Ansprüchen dargelegt. Vorzugsweise ist das Verkapselungsmaterial direkt auf dem Kohlenstoff aufgebracht und ist in der Lage, die Festigkeit des Kohlenstoffes zu erhöhen, wobei das Verkapselungsmaterial vorzugsweise ein Polyimid oder Epoxidharz oder ein beliebiges anderes geeignetes Polymer ist.
Vorzugsweise weist der anisotrope Kohlenstoff eine Mosaik-Ordnung oder eine hohe Ordnung auf.
Wenn der anisotrope Kohlenstoff thermalisiertes pyrolytisches Graphit ist, weist er vorzugsweise Mosaik-Ordnung oder eine hohe Ordnung auf. Der thermalisierte pyrolytische Graphit kann in der Ebene bei Raumtemperatur eine Wärmeleitfähigkeit von 1550-1850W/mK aufweisen. Üblicherweise weist der thermalisierte pyrolytische Graphit einen geringen Zugfestigkeitswert in der orthogonalen Richtung auf.
Wenn der anisotrope Kohlenstoff pyrolytisches Graphit ist, kann der pyrolytische Graphit in einer "wie abgeschiedenen" oder teilweise geordneten Form vorliegen. Die Leitfähigkeit des pyrolytischen Graphits kann in einer Ebene in dem Bereich von 300–420 W/mK liegen. Die Zugfestigkeit der Platte kann in der orthogonalen Ebene 1,5 Ksi betragen.
Vorzugsweise ist der anisotrope Kohlenstoff eine Platte. Vorzugsweise weist die Kohlenstoffplatte eine Dicke in dem Bereich von 100–500 μm auf. Die Kohlenstoffplatte kann eine Dicke in dem Bereich von 200–250 μm oder 250–300 μm oder 300–350 μm oder 350–400 μm oder 400–450 μm oder 450–500 μm aufweisen.
Vorzugsweise weist das den Kohlenstoff kapselnde Material einen geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine hohe Zersetzungstemperatur auf, wie beispielsweise ein Polyimid, beispielsweise PI 2734 von DuPont (Marke), bei dem der Wärmeausdehnungskoeffizient ungefähr 13 ppm/C und die Zersetzungstemperatur ungefähr 500°C beträgt.
Die Beschichtung kann eine Schichtdicke im Bereich von wenigen Mikrometern bis zu einigen zehn Mikrometern aufweisen. Eine mehrschichtige Beschichtung kann auf dem Kohlenstoff gebildet werden, um die gewünschte Dicke aufzubauen.
Vor der Verkapselung kann eine Matrix aus feinen Öffnungen, vorzugsweise mit einem Durchmesser von 200 μm, durch die Kohlenstoffplatte gebildet werden. Diese Öffnungen werden bei der Verkapselung der Platte verfüllt. Ein Vorteil davon ist, daß dies die Wahrscheinlichkeit von internen Schichtablösungen vermindert.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein elektrisches System bereitgestellt, wie es in den Ansprüchen aufgezeigt ist.
Die Vorrichtungen können direkt auf der Oberfläche aufgebracht sein oder können unter Verwendung beispielsweise einer dünnen Schicht eines flüssigen Klebstoffs aufgeklebt sein.
Vorzugsweise sind die Bauelemente in Polyimid oder Epoxidharz oder Acryl oder Polyurethan oder Polyester oder einem beliebigen anderen geeigneten Polymer verkapselt.
Vorzugsweise ist eine Mehrzahl von Schichten aus elektrischen Komponenten vorgesehen, wobei alle durch Schichten aus Polyimid getrennt sind. Üblicherweise sind die elektrischen Kontakte aus einer dünnen Schicht Metall, beispielsweise Aluminium, gefertigt.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Wärme-Management-Vorrichtung, wie es in den Ansprüchen aufgezeigt ist, bereitgestellt, wobei vorzugsweise das Verkapselungsmaterial derart beschaffen ist, daß die Festigkeit des Kohlenstoffes verstärkt wird.
Das Verfahren kann zusätzlich ein Aushärten des Verkapselungsmaterials umfassen.
Vorzugsweise umfaßt der Schritt des Aufbringens ein Aufstreichen, Rollen, Eintauchen, Besprühen, Aufschleudern, Aufdrucken oder Siebdrucken. Vorzugsweise umfaßt der Schritt des Aufbringens bei Polyimid, welches aus einer einzigen Komponente besteht, ein Aufstreichen des Polyimids oder ein Aufbringen davon unter Verwendung einer Rolle. Für ein Aufbringen in fester Phase kann eine Form verwendet werden. Dies erfordert eine vorpolymerisierte Folie des Verkapselungsmaterials, die direkt auf die gereinigte Oberfläche aufzubringen ist. Dieses kann nützlich sein, wenn einfache Wärme-Management-Vorrichtungen ohne interne Öffnungen benötigt werden. Vorzugsweise kann der Kohlenstoff und die Form im Vakuum und bei hoher Temperatur zusammengepreßt werden.
Vorzugsweise umfaßt der Schritt des Aufbringens ein Aufbringen mehrerer Schichten Verkapselungsmaterial wie beispielsweise Polyimid oder Epoxidharz oder Acryl oder Polyurethan oder Polyester oder ein beliebiges geeignetes Polymer, bis die gewünschte Schichtdicke erreicht wird.
Vorzugsweise umfaßt das Verfahren ein Reinigen einer Oberfläche des Kohlenstoffes, um die gereinigte Kohlenstoffoberfläche zu erhalten.
Vorzugsweise umfaßt der Schritt des Reinigens ein Verwenden von Bimsmehl unter Wasser zum Entfernen losen Materials, gefolgt von einer Trocknung. Vorzugsweise umfaßt der Schritt des Trocknens ein Trocknen des Kohlenstoffs durch Ausbacken der Kohlenstoffoberfläche zum Entfernen von Feuchtigkeit, beispielsweise für eine Stunde bei 100°C.
Vorzugsweise umfaßt der Schritt des Reinigens ein Entfetten des Kohlenstoffs, beispielsweise durch Spülen mit Aceton.
Bei einer Verwendung von Polyimid ist es bevorzugt, daß der Schritt des Aushärtens ein Erhitzen des Kohlenstoffs auf 150°C für beispielsweise eine Stunde und eine anschließende zyklische Temperaturbeanspruchung der Schaltung bei 150°C für 30 Minuten, bei 250°C für 30 Minuten und schließlich für 30 Minuten bei 300°C umfaßt.
In dem Fall von Epoxid kann dieses aus einer einzigen Komponente bestehen oder kann andernfalls eine Zweikomponentenmischung sein. Bei dem Einkomponententyn kann anschließend ein zweistufiges Kleben ausgeführt werden, indem zuerst der Kleber bei einer gegebenen Temperatur (üblicherweise um 120°C) getrocknet wird, um das Lösungsmittel zu entfernen und eine feste Phase zu bilden, und indem dieser anschließend bei einer höheren Temperatur, (üblicherweise um 180°C) erhitzt wird, um die Polymerisation abzuschließen. In dem Fall des Zweikomponentenepoxids bewirkt die anfängliche Mischung der Komponenten den Start des Polymerisationsprozesses und der Prozeß kann anschließend eine beliebige Zeit zwischen Minuten und mehreren Stunden brauchen, abhängig von dem speziellen Epoxid, für die Beendigung des Prozesses.
Vorzugsweise umfaßt das Verfahren ferner ein Bohren des Kohlenstoff zur Bildung zumindest einer Öffnung vor Aufbringung des Verkapselungsmaterials. Diese zumindest eine Öffnung kann vollständig mit Verkapselungsmaterial gefüllt werden. Die Öffnungen können mit Verkapselungsmaterial gefüllt werden, das mit Glasfaserkugeln vermischt ist, wobei jede Kugel üblicherweise eine Durchmesser von 30 μm aufweist. Dieser Prozeß kann ausgeführt werden, bevor die reine Polyimidbeschichtung zum Verkapseln der Oberfläche der Platte verwendet wird, und kann die Gleichmäßigkeit der Beschichtungsdicke über die Oberfläche der Platte erhöhen, indem die Möglichkeit einer an den Rändern der ursprünglichen Öffnungen in den Platten auftretenden Kantenflucht vermieden wird. In beiden Fällen wird die zumindest eine Öffnung erneut aufgebohrt, sobald der Verkapselungsprozeß beendet ist, um eine Durchgangsöffnung bereitzustellen, die elektrisch von dem Kohlenstoffkern isoliert ist.
Vorzugsweise wird eine Schicht eines leitenden Materials in der zumindest einen Öffnung aufgebracht, um elektrische Verbindungen zu schaffen, wodurch elektrische Verbindungen durch den Kohlenstoff ermöglicht werden. Vorzugsweise ist das leitende Material ein Metall, beispielsweise eine dünne Schicht Aluminium. Alternativ können die Ränder, die die zumindest eine Öffnung definieren, derart mit dem Verkapselungsmaterial beschichtet werden, daß eine Durchgangsöffnung durch den Kohlenstoff erhalten bleibt, um auf diese Weise zu vermeiden, daß der Schritt des Bohrens durch das Verkapselungsmaterial ausgeführt werden muß.
Das Verfahren kann ferner ein Bilden einer Matrix aus feinen Öffnungen durch den Kohlenstoff umfassen. Diese Öffnungen werden selbstverständlich verfüllt, wenn die Platte vollständig verkapselt wird.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Komponente, wie es in den Ansprüchen aufgezeigt ist, bereitgestellt.
Der Schritt des Aufbringens kann ein Herstellen der Elemente direkt auf der Oberfläche oder ein Ausbilden der Elemente oder einer die Bauelemente enthaltenden Dünnschichtmehrschichtschaltung getrennt von der Kohlenstoffoberfläche und ein Befestigen dieser an der Oberfläche umfassen. Vorzugsweise umfaßt der Schritt des Befestigens ein Auftragen eines Klebers auf die Bauelemente oder die Schaltung oder die Kohlenstoffoberfläche und ein Zusammendrücken der Bauelemente oder der Schaltung und der Oberfläche bei Raumtemperatur und in einem geringen Vakuum.
Vorzugsweise werden die elektrischen Kontakte unter Verwendung von Dünnschichtverarbeitungstechniken, beispielsweise unter Verwendung von Aluminium, aufgebracht.
Verschiedene Vorrichtungen und Verfahren, in welchen die vorliegende Erfindung realisiert ist, werden nun lediglich exemplarisch und unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
1 einen Querschnitt durch eine Kohlenstoffplatte ist;
2 ist ein Querschnitt durch eine Platte, die teilweise mit einem Verkapselungsmaterial wie beispielsweise Polyimid oder Epoxidharz oder Acryl oder Polyurethan oder Polyester oder einem beliebigen anderen geeigneten Polymer beschichtet wurde;
3 ist ein Querschnitt durch eine Platte, die vollständig mit dem Verkapselungsmaterial verkapselt wurde;
4 ist ein Querschnitt durch eine Kohlenstoffplatte, in die Öffnungen gebohrt wurden;
5 ist ein 4 ähnlicher Querschnitt, mit der Ausnahme, daß die Platte mit Verkapselungsmaterial beschichtet wurde;
6 ist ein 5 ähnlicher Querschnitt, mit der Ausnahme, daß Öffnungen durch das Verkapselungsmaterial ausgebildet sind;
7 ist ein Querschnitt ähnlich dem von 6, wobei die Platte mit Metall bedeckt wurde;
8 ist ein Querschnitt ähnlich dem von 7, wobei Verbindungsstrukturen auf beiden Seiten der Platte geätzt wurden;
9 ist ein Querschnitt durch eine Platte ähnlich der in 3 gezeigten, auf welcher eine elektrische Mehrschichtschaltung direkt hergestellt wurde;
10 ist ein Querschnitt ähnlich dem von 9, jedoch wurde in diesem Falle die elektrische Mehrschichtschaltung auf einer Oberfläche der Kohlenstoffplatte unter Verwendung eines Epoxidharzes befestigt;
11 ist 10 ähnlich, mit der Ausnahme, daß die Mehrschichtschaltung unter Verwendung eines Epoxids auf einer Oberfläche einer Kohlenstoffplatte befestigt ist, die mit Polyimid beschichtet wurde;
12 ist ein Querschnitt durch eine Struktur, ähnlich der von 9 ist, mit der Ausnahme, daß eine Kompensationsschicht auf der Rückseite enthalten ist, und 14 ist eine Draufsicht auf eine großen Kohlenstoffplatte, auf welcher eine Mehrzahl von bearbeiteten Stellen angeordnet ist.
1 zeigt eine Kohlenstoffplatte 10. Diese besteht üblicherweise aus thermalisiertem pyrolytischem Graphit mit einer Mosaik-Ordnung oder einer hohen Ordnung, mit einer Wärmeleitfähigkeit (gezeigt durch Pfeil A) von 1550–1850 W/mK in der Ebene und einer Wärmeleitfähigkeit von 8–25 W/mK in der orthogonalen Richtung (gezeigt durch Pfeil B), wobei beide Richtungen geringe Zugfestigkeitswerte aufweisen. Dieses Material ist brüchig, zerbricht leicht und ist daher im allgemeinen schwierig zu handhaben. Darüber hinaus führt jeder Kontakt mit diesem Material aufgrund seiner eigenen Weichheit und dem schichtartigen Aufbau dazu, daß geringe Spuren davon auf die berührte Oberfläche übertragen werden. Dies ist bei elektrischen Schaltungen unvorteilhaft, bei denen einzelne Splitter oder Stücke von leitendem Material dazu führen können, daß Kurzschlüsse gebildet werden.
Die Platte 10 kann alternativ aus pyrolytischem Graphit in einer "wie abgeschiedenen" oder in teilweise geordneter Form sein. Dieses Material ist anisotrop und weist üblicherweise eine Wärmeleitfähigkeit in dem Bereich von 300–420 W/mK in einer Ebene (allgemein gezeigt durch Pfeil A in 1) und 3W/mK in der orthogonalen Richtung (gezeigt durch Pfeil B in 1) mit entsprechenden Zugfestigkeiten von 14 Ksi und 1,5 Ksi auf.
Die Platte 10 kann eine Dicke in dem Bereich von 100–500 μm, vorzugsweise 200 μm aufweisen, obgleich sie jede für eine gegebene Anwendung geeignete Dicke aufweisen kann.
Um ein Wärme-Management-Leiterplatte zu bilden, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, und die eine ausreichende mechanische Steifheit hat, um elektrische Komponenten darauf befestigen zu können, wird die Platte 10 direkt mit einem Verkapselungsmaterial beschichtet. Geeignete Verkapselungsmaterialien 12 umfassen Polyimid oder Epoxidharz oder Acryl oder Polyurethan oder Polyester 12 oder irgendein beliebiges anderes derartiges Polymer, das direkt auf die Kohlenstoffoberfläche aufgebracht werden kann und das in der Lage ist, die Steifheit der Platte zu erhöhen, ohne ihre Wärmeleitfähigkeit signifikant zu vermindern. Ein Beispiel eines geeigneten Polyimids ist PI 2734, bereitgestellt von DuPont (Marke).
Vor der Beschichtung kann eine Matrix aus feinen Öffnungen durch die (nicht gezeigte) Platte gebildet werden. Der Durchmesser dieser Öffnungen beträgt üblicherweise 200 μm. Dies hat den Vorteil, daß es die Möglichkeit einer internen Schichtablösung vermindert.
Um den Verkapselungsprozeß auszuführen, wird die Oberfläche der Platte 10 zunächst unter Wasser mit Bimsmehl gebürstet, um auf diese Weise sämtliches lose Material zu entfernen. Die Platte wird für eine Stunde bei 100°C getrocknet und beispielsweise mit Aceton entfettet. Eine Schicht eines Verkapselungsmaterials, beispielsweise PI 2734, wird anschließend ungefähr 8 μm dick auf eine Oberfläche der Platte unter Verwendung einer Bürste aufgebracht, und die Platte wird für ungefähr eine Stunde auf 150°C erhitzt, um das Polyimid teilweise zu polymerisieren. Dies führt dazu, daß eine Seite der Platte 10 mit dem Polyimid 12, wie es in 2 gezeigt ist, beschichtet ist.
Die vorhergehenden Schritte werden anschließend auf jeder Seite der Platte 10 wiederholt, bis sie vollständig verkapselt ist und die gewünschte Dicke des Polyimids erreicht ist, wie es in 3 gezeigt ist, wodurch ein Wärme-Management-Leiterplatte 13 gebildet wird. Im allgemeinen werden diese Schritte auf alternierenden Oberflächen ausgeführt, so daß die Ebenheit der Leiterplatte bewahrt werden kann. In diesem Stadium ist es wichtig, sicherzustellen, daß alle Seiten und Kan ten der Platte bedeckt werden. Wenn es jedoch aus einem Grund notwendig ist, das Graphit zu kontaktieren, können kleine Öffnungen in dem Polyimid belassen werden, obgleich diese verfüllt würden, wenn der entsprechende Kontakt hergestellt wird. Schließlich wird die Leiterplatte 13 einer zyklischen Temperaturbeanspruchung unterzogen, so daß sie aushärtet. Die thermische Temperaturbeanspruchung einer mit PI 2734 verkapselten Kohlenstoffplatte umfaßt üblicherweise ein Erhitzen der Leiterplatte 13 auf 150°C für 30 Minuten, auf 200°C für 30 Minuten, auf 250°C für 30 Minuten und auf 300°C für 30 Minuten. Wenn ein hohes Maß an Ebenheit erforderlich ist, werden die Leiterplattenoberflächen während der Aushärtungsstufe in einer Presse bei geringem Vakuum gepreßt.
Der Verkapselungsprozeß ist geeignet, der Spezifikation und geometrischen Form der benötigten Wärme-Management-Struktur zu entsprechen. Wenn die geometrische Form des Substrates beispielsweise innen Öffnungen und/oder einen komplexen Umfang umfaßt mit dem Erfordernis, daß sämtliche Oberflächen und Kanten gleichmäßig beschichtet werden müssen, wird das Verkapselungsmaterial vorzugsweise unter Verwendung einer Bürste oder einer Rolle auf die gereinigte Kohlenstoffoberfläche aufgebracht. Dies ermöglicht, daß sämtliche Oberflächen und Ränder wie erforderlich beschichtet werden. Alternativ könnte das Substrat unter Verwendung von Techniken wie beispielsweise Eintauchen, Aufschleudern, Besprühen, Aufdrucken oder Siebdrucken beschichtet werden. Der Trocknungs-, Aushärtungs- und der optionale Verpressschritt bei geringem Vakuum werden dann auf die gleiche Weise und in gleicher Abfolge wie zuvor beschrieben ausgeführt.
Die Verarbeitungsschritte sind für sämtliche Verkapselungsmaterialien im wesentlichen gleich, jedoch variieren, wie es zu erwarten ist, die Temperaturen, die zum Erzeugen einer teilweisen Polymerisation und Aushärtung verwendet werden. In dem Fall von Epoxidharz beispielsweise wird bei Verwendung des Typs 610 FR4, sobald der Kohlenstoff vollständig verkapselt ist, dieses üblicherweise bei 180°C für ungefähr eine Stunde erhitzt, um das Harz zu härten und dadurch die Wärme-Manage ment-Leiterplatte zu bilden. Sofern erforderlich, können weitere Epoxidschichten durch Wiederholen der Schritte des Aufbringens des Harzes und des Erhitzens der Leiterplatte hinzugefügt werden, um eine Verkapselungsschicht der erforderlichen Dicke zu bilden.
Gemäß einer weiteren Verkapselungstechnik, die Epoxidharz verwendet, beispielsweise STYCAST (Typ 1266), wobei es sich um ein Zweikomponenten-Epoxidharz handelt, können sämtliche Harzverarbeitungsschritte bei Raumtemperatur ausgeführt werden. Dies minimiert die Möglichkeiten des Erzeugens interner Spannungen oder innerer Schichtablösung des Substrates. Die Vorbereitungen der Substratoberflächen vor der Verkapselung werden wie zuvor beschrieben ausgeführt. Die Technik zum Aufbringen des Epoxidharzes auf die Oberfläche des Substrates unter Verwendung von beispielsweise Siebdruck oder einer Bürste oder einem Roller wird ebenfalls anhand der gleichen Überlegungen zur Substratgeometrie und -form bestimmt.
In dem Fall der Bearbeitung bei Raumtemperatur, bei dem Aushärtungszeiten zwischen Minuten und mehreren Stunden liegen können, und zwar abhängig von den Eigenschaften des jeweiligen Epoxidharzes, weist der Verkapselungsprozeß üblicherweise eine Abfolge von Aushärtungsverfahren auf. Eine Umgebung mit einem anfänglich geringen Vakuum fördert ein Entgasen und sorgt für eine blasenfreie Beschichtung. Diesem folgt die kombinierte Anwendung sowohl eines geringen Vakuums als auch eines hohen Anpreßdruckes auf die Leiterplatte. Auf diesem Wege kann ein hohes Maß mechanischer Ebenheit für die verkapselte Wärme-Management-Struktur bereitgestellt werden.
Das Verfahren des Verkapselns der Platte 10 in einem beliebigen der beschriebenen Verkapselungsmaterialien hält die Wärmeleitfähigkeit der Platte im wesentlichen auf ihrem Wert vor der Beschichtung. Wenn beispielsweise thermalisiertes pyrolytisches Graphit verwendet wird, weist die resultierende Wärme-Management-Leiterplatte eine Wärmeleitfähigkeit von üblicherweise 1700 W/mK bei Raumtemperatur in der Ebene auf. Es ist verständlich, daß bei geringeren Temperaturen die Leitfähigkeit wahrscheinlich höher ist. Dies ist vorteilhaft. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens des Einkapselns des Kohlenstoffes ist, daß die Ebenheit der Wärme-Management-Leiterplatte üblicherweise über eine Platte, die 100 mm mal 100 mm groß ist, plusminus 5 μm gehalten werden kann, vorausgesetzt das ursprüngliche Material ist angemessen eben.
Unter Verwendung des weiter oben beschriebenen Verkapselungsverfahrens ist es möglich, beispielsweise eine Graphitplatte 10 mit einer Dicke von 200 μm in einer Polyimid- oder Epoxidharz- oder Acryl- oder Polyurethan- oder Polyesterschicht mit einer Dicke in dem Bereich von 8–30 μm, vorzugsweise 15 μm, einzukapseln. Dies führt zu einer Wärme-Management-Leiterplatte 13 mit einer Gesamtdicke in dem Bereich von 208–230 μm. Ein Verkapseln der Platte in dieser Materialmenge führt zu einer Leiterplatte mit einer Zugfestigkeit, die signifikant höher ist als die der ursprünglichen Kohlenstoffplatte, wodurch die Leiterplatte ausreichend gefestigt wird, um sicher gehandhabt zu werden. Dies wird mit einer vernachlässigbaren Zunahme an Volumen und einem vernachlässigbaren Verlust von Wärmeleitfähigkeit erreicht. Dies ist unerwartet und vorteilhaft.
Bei vielen Anwendungen sind Wärme-Management-Vorrichtungen zwischen Schichten von gedruckten Leiterplatten angeordnet. Daher ist es vorteilhaft, eine direkt elektrische Verbindung zwischen entgegengesetzten Seiten der Vorrichtung zu ermöglichen. Um dies in dem vorliegenden Falle zu erreichen, wird vor der Verkapselung eine Matrix von Öffnungen in der Graphitplatte 10 durch beispielsweise Bohrung gebildet. Dies ist in 4 gezeigt. Die Öffnungen 14 sollten jeweils einen Durchmesser aufweisen, der größer ist als der gewünschte endgültige Durchmesser. Üblicherweise würde der Durchmesser der auf dieser Stufe gebildeten Öffnungen 14 zumindest 200 μm größer sein als der gewünschte Durchmesser. Die Öffnungen 14 können natürlich in einem beliebigen gewünschten Layout gebildet sein. Polyimid oder Epoxidharz oder Acryl oder Polyurethan oder Polyester 12 oder ein beliebiger anderer Polymer wird anschließend auf die Platte 10 aufgebracht, um deren Oberflächen zu beschichten und die Öffnungen 14 zu füllen, wie es in 5 gezeigt ist. Wenn gewünscht können die Öffnungen in der Tat mit einer Mischung des Verkapselungsmaterials, beispielsweise Polyimid, und Glaskugeln verfüllt werden. Dieser Prozeß kann ausgeführt werden, bevor das reine Polyimid zum Verkapseln der Oberfläche der Platte verwendet wird. Dies verbessert die Gleichförmigkeit der Beschichtungsdicke über die Oberfläche der Platte, indem die Möglichkeit des Auftretens einer Kantenflucht um die Ränder der anfänglichen Öffnungen vermieden wird. Sobald die Platte vollständig verkapselt ist, wird sie anschließend wie oben beschrieben bearbeitet, um eine starre im hohen Maße wärmeleitfähige Leiterplatte bereitzustellen.
Um elektrische Verbindungen durch die Leiterplatte bereitzustellen, werden die verfüllten Öffnungen 14 erneut gebohrt, um Öffnungen 16 mit einem geringeren Durchmesser, üblicherweise 100 μm oder größer, zu bilden, wie es in 6 gezeigt ist. Auf diesem Wege werden Durchgänge durch die Leiterplatte gebildet, jedoch bleibt das Graphitmaterial 10 mit dem Polyimid oder Harz oder Acryl oder Polyurethan oder Polyester 12 oder einem beliebigen anderen geeigneten Polymer verkapselt und so elektrisch isoliert. Ein Metall 18 wie beispielsweise Aluminium wird dann auf beide Seiten der Leiterplatte aufgebracht, wie es in 7 gezeigt, ist, üblicherweise unter Verwendung von Aluminiumdünnschichtverarbeitungstechniken. Anschließend werden Verbindungsstrukturen 20 unter Verwendung von Standardtechniken auf beide Seiten der Leiterplatte geätzt, wie es in 8 gezeigt ist. Auf diesem Wege wird eine Leiterplatte 22 mit metallisierten Öffnungen durch eine verkapselte Kohlenstoffplatte geschaffen, wobei das Metall in den Öffnungen vollständig von dem Kohlenstoff 10 isoliert ist.
Die verkapselte Wärme-Management-Leiterplatte 13, 22 kann als eine Schnittstelle zu zahlreichen Anordnungen/Baugruppen verwendet werden. Beispielsweise kann es für ein direktes Wärme-Management von Keramikstrukturen wie beispielsweise Aluminiumoxid, Berylliumoxid und Aluminiumnitrid oder Metallsubstraten wie beispielsweise Beryllium verwendet werden. Dies wird erreicht durch Aufbringen beispielsweise einer dünnen Schicht eines flüssigem Epoxidharzes auf eine Oberfläche des Keramiksubstrates, Erhitzen des Substrates auf 125°C zum Polymerisieren des Harzes und anschließendem Anordnen des Substrates auf der Kohlenstoffplatte 10 oder der Wärme-Management-Leiterplatte 10, 22. Ein Pressen bei 180°C bei hohem Druck und geringem Vakuum wird anschließend angewendet, um eine blasenfreie Schnittstelle mit einer Dicke von lediglich wenigen Mikrometern zu schaffen. Ein alternativer Prozeß ist, das Keramik- oder Metallsubstrat mit einer dünnen Schicht eines flüssigen Epoxidklebers (üblicherweise wenige Mikrometer dick) zu beschichten, dieses auf der Platte aus anisotropem Kohlenstoff oder der Wärme-Management-Leiterplatte anzuordnen und es durch Polymerisation des Epoxids unter Druck und bei geringem Vakuum bei Raumtemperatur daran zu befestigen, um eine blasenfreie Schnittstelle zu schaffen.
Die Wärme-Management-Leiterplatte 13, 22 kann ferner für die kundenspezifische Gestaltung von Dünnschicht-Mehrschichtschaltungen unter Verwendung alternierender Schichten von im Vakuum abgeschiedenem Aluminium und Polyimid verwendet werden. Das Aluminium 24 kann direkt auf das Polyimid oder Harz oder Acryl oder Polyurethan oder Polyester der Leiterplatte 13, 22 aufgebracht werden, üblicherweise unter Verwendung von Dünnschichtaluminiumtechniken, so daß Schichten mit Dicken von 5 μm aufgebracht werden können. 9 zeigt Aluminium 24, das auf einer Schicht von Epoxidharz 26 aufgebracht ist, welche wiederum auf einer Oberfläche der Platte 10 aufgebracht ist. Da die beschichtete Oberfläche der Platte 10 eben ist, ist die Auflösung der zum Aufbringen des Aluminiums 24 verwendeten Lithographie gut. Dies bedeutet, daß kleine Merkmale einfach definiert werden können. Polyimid 28 wird anschließend über das Aluminium durch Aufschleudern oder Siebdrucken aufgebracht. Daher kann die Dicke der Polyimidschicht 28 beispielsweise so gering wie 8 μm sein. Unter Verwendung üblicher Herstellungstechniken werden anschließend Öffnungen durch das Polyimid 28 an entsprechenden Stellen definiert, so daß folgende Metallschichten 30, die diese Öffnungen füllen, einen elektrischen Kontakt zu dem Aluminium 24 schaffen können. Zwischen den nachfolgenden Metallschichten 30 sind üblicherweise Schichten aus Polyimid 28 angeordnet. Natürlich kann diese Bearbeitung auf entgegengesetzten Seiten der Platte 10 durchgeführt werden, wodurch eine doppelseitige elektrische Komponente mit einer immanenten Wärme-Management-Fähigkeit bereitgestellt wird.
Die Dünnschicht-Mehrschichtschaltungen können ferner auf alternativen Substraten, beispielsweise Aluminium, hergestellt werden und anschließend chemisch separiert werden. Diese Schaltungen oder andere kundenspezifisch gestaltete Mehrschichtschaltungen, welche auf Polyimidschichten oder auf Epoxidharz basierten Schichten 31 hergestellt werden können, können ebenfalls mit der anfänglichen anisotropen Kohlenstoffplatte verbunden werden, indem beispielsweise eine dünne Schicht eines flüssigen Epoxidklebers 32 (überlicherweise wenige Mikrometer dick) auf die Platte 10 aufgebracht wird, die Mehrschichtschaltung auf dieser Oberfläche angeordnet wird und Polymerisieren des Epoxides unter Druck und geringem Vakuum bei Raumtemperatur ermöglicht wird, um eine blasenfreie Schnittstelle zu schaffen. Eine Vorrichtung, die durch Aufbringen eines Epoxidharzes 32 auf die Kohlenstoffplatte 10 hergestellt wurde, ist in 10 gezeigt. In diesem Falle fungiert das Epoxidharz 32 sowohl als Fixiermittel zum Befestigen der Mehrschichtschaltung an der Kohlenstoffplatte 10 als auch zusätzlich als Material zum Verkapseln der Kohlenstoffplatte. Im Gegensatz dazu zeigt 11 eine Mehrschichtschaltung, die unter Verwendung eines Epoxidharzes 32 mit einer Oberfläche einer Kohlenstoffplatte 10 verbunden ist, die beispielsweise mit Polyimid 36 beschichtet worden ist.
Bei unter Verwendung eines der oben genannten Prozesse beschriebenen Hybridstrukturen können Temperaturänderungen Änderungen der Länge der strukturellen Komponenteschichten bewirken. Die Längenveränderungen der verkapselten Leiterplatte unterscheiden sich von denen des Materials, das die befestigte Mehrschichthybridstruktur bildet. Dieser Effekt vermindert die Gesamtoberflächenebenheit, was bei einigen Anwendungen ein Nachteil sein kann. Es wurde jedoch gefunden, daß eine optimale Ebenheit über einen Temperaturbereich, üblicherweise 100°C, gehalten werden kann, indem eine Kompensationsschicht von Verkapselungsmaterial auf der Seite der Wärme-Management-Platine aufgebracht wird, die zu der Seite entgegengesetzt liegt, welche das Hybrid trägt. Diese Kompensationsschicht sollte aus dem gleichen Material sein und im wesentlichen die gleiche Dicke aufweisen, wie die Materialschichten, die die Mehrschichthybridstruktur bilden. Auf diesem Wege weist jede Seite der Leiterplatte ungefähr den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf und die Gesamtebenheit der Leiterplatte variiert nicht wesentlich.
Die Kompensationsschicht kann realisiert werden entweder durch Aufbauen zusätzlicher Schichten von Verkapselungsmaterial auf der Leiterplatte bis zum Erreichen der gewünschten Dicke oder alternativ durch Kleben einer Form des Materials auf die Oberfläche der Leiterplatte in ähnlicher Weise wie zuvor beschrieben. Als ein Beispiel zeigt 12 die Struktur von 9, auf welche eine Kompensationsschicht aus Polyimid 37 aufgebracht worden ist, die eine Dicke aufweist, die ungefähr der kombinierten Dicke der Schichten 28 aus 10 entspricht, vorausgesetzt daß in diesem Falle die Dicke der Hybridstruktur von den Polyimidschichten 28 bestimmt wird. Als weiteres Beispiel zeigt 13 die Struktur von 11, auf welche eine Kompensationsschicht aus Polyimid 37 geklebt worden ist, welche eine Dicke aufweist, die ungefähr der kombinierten Dicke der Schichten 28 und 31 der Struktur von 11 entspricht. Dies setzt wiederum voraus, daß die Dicke der Hybridschicht durch die Schichten 28 und 31 bestimmt ist.
Um eine zusätzliche Festigkeit der zusammengesetzten Struktur zu schaffen und/oder um die Ränder gegen Stoß oder Schichtablösung zu schützen, kann die anisotrope Kohlenstoffplatte in einem umgebenden dünnen Rahmen eingefügt sein, welcher vorzugsweise aus Material gefertigt ist, das den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie die Struktur aufweist, beispielsweise Kohlenstofffaser. Auf diese Weise wird eine einzige ebene Oberfläche bereitgestellt, die beschichtet werden kann und an der Mehrschichtschaltung mit dem oben beschriebenen Raumtemperaturprozeß befestigt werden kann.
Hybridbauelemente, die beispielsweise Mehrschichtschaltungen und eine Wärme-Management-Leiterplatte aufweisen, können auf verschiedenen Wegen hergestellt werden. Bei einer Technik wird eine Mehrzahl derartiger Bauelemente aus einer großen Kohlenstoffplatte gefertigt. 14 zeigt eine derartige Platte 38, auf welcher sich sechs Bearbeitungsstellen 40 befinden. Jede Bearbeitungsstelle ist beispielsweise mit Polyimid beschichtet, worauf die Mehrschichtschaltungen entweder direkt aufgetragen werden können oder unter Verwendung eines Epoxidklebers befestigt werden können. Sobald die Bearbeitung jeder Stelle beendet ist, wird die Platte 38 geschnitten, um sechs einzelne Bauelemente zu bilden. Die unbeschichteten Seiten der Kohlenstoffplatte werden anschließend wie zuvor beschrieben bearbeitet, um eine vollständige Verkapselung des Kohlenstoffes und die Bildung einer Wärme-Management-Leiterplatte sicherzustellen. Ein Vorteil dieser speziellen Technik ist, daß Probleme im Zusammenhang mit den Rändern der Kohlenstoffplatte 38 vermieden werden.
Diese Verfahren erlauben es, daß die Wärmeleitfähigkeit und die Eigenschaft der geringen Masse der anfänglichen Wärme-Management-Struktur nach Verbindung mit den kundenspezifisch hergestellten Mehrschichtschaltungen bewahrt bleiben.
Wie zuvor bemerkt, wurden in einigen bekannten Anwendungen, bei denen eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit erforderlich ist, Berylliumoxidsubstrat mit einer Schicht eines darauf gebildeten Dielektrikums verwendet, und Goldkontakte wurden auf das Dielektrikum aufgebracht. Jedoch stellt das elektronische Hybridbauelement, das die erfindungsgemäße Wärme-Management-Vorrichtung verwendet, eine signifikant höhere Wärmeleitfähigkeit mit einer signifikanten Verminderung der Kosten bereit. Darüber hinaus ist die Herstellung derartiger Vorrichtungen weniger problematisch, da die verwendeten Materialien nicht gefährlich sind.
Das oben beschriebene Verfahren ermöglicht die Herstellung von elektrischen Baugruppen mit hohen Komponentendichten, die auf einer Graphitplatte oder einem Graphitkern mit hoher Wärmeleitfähigkeit und mit geringer Masse aufgebaut sind, wobei kundenspezifische elektrische Verbindungen zwischen entgegengesetzten Flächen ermöglicht werden. Dies wird ohne Verwendung gefährlicher Materialien realisiert.
Die thermalisiertes pyrolyisches Graphit verwendende Wärme-Management-Leiterplatte weist eine optimale Wärmeleitfähigkeit in der Ebene auf, üblicherweise 1550–1850 mK bei Raumtemperatur, während sie gleichzeitig eine geringe Masse und eine einfach zu handhabende Struktur aufweist. Darüber hinaus können die Substrate einfach als Schnittstellen zwischen anderen Schaltungen verwendet werden. Ferner kann vor der Verkapselung eine beliebige Geometrie des Kohlenstoffes verwendet werden, so daß die Wärme-Management-Vorrichtung kundenspezifisch für jede spezielle Anwendung gefertigt werden kann.
Bei Verwendung der Wärme-Management-Strukturen zum Kühlen elektrischer Systeme wird oftmals Wärmeleitfett als Schnittstelle verwendet. Es ist angedacht, daß eine Wärme-Management-Vorrichtung, bei welche die Erfindung verwendet wird, anstelle des Fettes verwendet werden könnte, wobei es klar ist, daß die bei einer solchen Anwendung verwendete Vorrichtung relativ dünn sein sollte.
Der Fachmann wird erkennen, daß Variationen der beschriebenen Anordnungen möglich sind, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Demgemäß ist die obige Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele exemplarisch und nicht beschränkend. Darüber hinaus ist dem Fachmann klar, daß geringe Modifikationen ohne signifikante Änderungen des oben beschriebenen Konzeptes gemacht werden können.

Claims

Eine Wärme-Management-Vorrichtung mit anisotropem Kohlenstoff, der in einem Verkapselungsmaterial verkapselt ist, das direkt auf den anisotropen Kohlenstoff aufgebracht ist, wobei der anisotrope Kohlenstoff pyrolytisches Graphit oder thermalisiertes pyrolytisches Graphit ist.
Eine Wärme-Management-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Verkapselungsmaterial ein Polyimid oder Epoxidharz oder Acryl oder Polyurethan oder Polyester ist.
Eine Wärme-Management-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der anisotrope Kohlenstoff eine Mosaik-Ordnung oder eine hohe Ordnung aufweist.
Eine Wärme-Management-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der thermalisierte pyrolytische Graphit bei Raumtemperatur eine Wärmeleitfähigkeit in dem Bereich von 1.550–1.850 W/mK in der Ebene aufweist.
Eine Wärme-Management-Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der thermalisierte pyrolytische Graphit einen geringen Zugfestigkeitswert in der orthogonalen Richtung aufweist.
Eine Wärme-Management-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der pyrolytische Graphit in einer "wie abgeschiedenen" oder teilweise geordneten Form vorliegt.
Eine Wärme-Management-Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Leitfähigkeit des pyrolytischen Graphits in einer Ebene in dem Bereich von 300–400 W/mK liegt.
Eine Wärme-Management-Vorrichtung nach Anspruch 1, 6 oder 7, wobei die Zugfestigkeit des anisotropen Kohlenstoffs in der orthogonalen Ebene 1,5 Ksi beträgt.
Eine Wärme-Management-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der anisotrope Kohlenstoff als Platte ausgebildet ist.
Eine Wärme-Management-Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Kohlenstoffplatte eine Dicke in dem Bereich von 100–500 μm, vorzugsweise 200–250 μm oder 250–300 μm oder 300–350 μm oder 350–400 μm oder 400–450 μm oder 450–500 μm, aufweist.
Eine Wärme-Management-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das den Kohlenstoff kapselnde Material einen geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine hohe Zersetzungstemperatur aufweist.
Eine Wärme-Management-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verkapselungsmaterial eine Dicke in dem Bereich von wenigen Mikrometern bis zu einigen 10 Mikrometern aufweist.
Eine Wärme-Management-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Mehrzahl von Schichten aus Verkapselungsmaterial auf dem Kohlenstoff aufgebracht sind, um eine gewünschte Dicke aufzubauen.
Eine Wärme-Management-Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Matrix aus feinen Öffnungen durch den Kohlenstoff gebildet ist, wobei jede Öffnung vorzugsweise einen Durchmesser von 200 μm aufweist.
Eine Wärme-Management-Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Öffnungen während der Verkapselung der Platte verfüllt werden.
Ein elektrisches System mit einer Wärme-Management-Vorrichtung, die anisotropen Kohlenstoff umfaßt, der in einem Verkapselungsmaterial verkapselt ist, das direkt auf den anisotropen Kohlenstoff aufgebracht ist, wobei der anisotrope Kohlenstoff pyrolytisches Graphit oder thermalisiertes pyrolytisches Graphit ist, und wobei elektrische Kontakte und/oder Bauelemente auf der Oberfläche der Wärme-Management-Vorrichtung vorgesehen sind.
Ein elektrisches System nach Anspruch 16, wobei die elektrischen Kontakte und/oder Bauelemente direkt auf der Oberfläche der Wärme-Management-Vorrichtung aufgebracht sind oder unter Verwendung beispielsweise einer dünnen Schicht eines flüssigen Klebstoffs aufgeklebt sind.
Ein elektrisches System nach Anspruch 16 oder 17, wobei die Bauelemente in Polyimid oder Epoxidharz oder Acryl oder Polyurethan oder Polyester verkapselt sind.
Ein elektrisches System nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei eine Mehrzahl von Schichten aus elektrischen Komponenten vorgesehen ist.
Ein elektrisches System nach Anspruch 19, wobei alle Schichten aus elektrischen Komponenten durch Schichten aus Verkapselungsmaterial, vorzugsweise Polyimid, getrennt sind.
Ein elektrisches System nach einem der Ansprüche 16 bis 20, wobei die elektrischen Kontakte aus einer dünnen Schicht Metall, vorzugsweise Aluminium, gefertigt sind.
Ein Verfahren zum Herstellen einer Wärme-Management-Vorrichtung, aufweisend: Reinigen einer Oberfläche aus pyrolytischem Graphit oder thermalisiertem pyrolytischem Graphit; Aufbringen einer Schicht Verkapselungsmaterial direkt auf die gereinigte Oberfläche; und Wiederholen des Aufbringschrittes bis das Graphit gekapselt ist.
Ein Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Verkapselungsmaterial eines der Materialien Polyimid oder Epoxidharz oder Acryl oder Polyurethan oder Polyester ist.
Ein Verfahren nach Anspruch 23, das ferner ein Aushärten des Verkapselungsmaterials umfaßt.
Ein Verfahren nach Anspruch 22, 23 oder 24, wobei der Aufbringschritt ein Aufstreichen oder Rollen oder Eintauchen oder Besprühen oder Aufschleudern oder Aufdrucken oder Siebdrucken umfaßt.
Ein Verfahren nach Anspruch 25, wobei bei Polyimid, welches aus einer einzigen Komponente besteht, der Schritt des Aufbringens der Schicht ein Aufstreichen des Polyimids auf die Oberfläche oder ein Aufbringen dieses unter Verwendung einer Rolle umfaßt.
Ein Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, wobei für eine Aufbringen in fester Phase eine Form verwendet wird.
Ein Verfahren nach Anspruch 27, wobei der Kohlenstoff und die Form im Vakuum und bei hoher Temperatur zusammengepreßt werden.
Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 28, wobei mehrere Schichten Verkapselungsmaterial aufgebracht werden, bis eine gewünschte Dicke erreicht wird.
Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 29, wobei der Schritt des Reinigens ein Verwenden von Bimsmehl unter Wasser zum Entfernen losen Materials, gefolgt von einem Trocknen, umfaßt.
Ein Verfahren nach Anspruch 30, wobei der Schritt des Trocknens ein Trocken des Kohlenstoffs durch Ausbacken der Kohlenstoffoberfläche zum Entfernen von Feuchtigkeit umfaßt.
Ein Verfahren nach Anspruch 30, wobei der Schritt des Trocknens ein Ausbacken des Kohlenstoffs bei 100°C für eine Stunde umfaßt.
Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 32, wobei der Schritt des Reinigens ein Entfetten der Oberfläche des pyrolytischen Graphits oder des thermalisierten pyrolytischen Graphits, insbesondere durch Spülen mit Aceton, umfaßt.
Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 24 oder 25 bis 33, wenn abhängig von Anspruch 24, wobei bei Verwendung von Polyimid der Schritt des Härtens ein Erhitzen des Kohlenstoffs auf ca. 150°C für, vorzugsweise, eine Stunde und eine anschließende zyklische Temperaturbeanspruchung des Kohlenstoffs bei 150°C für 30 Minuten, bei 250°C für 30 Minuten und schließlich für 30 Minuten bei 300°C umfaßt.
Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 34, ferner aufweisend ein Herstellen zumindest einer Bohrung in dem Kohlenstoff vor der Aufbringung des Verkapselungsmaterials.
Ein Verfahren nach Anspruch 35, wobei die zumindest eine Bohrung mit Verkapselungsmaterial verfüllt wird.
Ein Verfahren nach Anspruch 35, wobei die Bohrungen mit Verkapselungsmaterial verfüllt werden, das mit Glasfaserkugeln vermischt ist, wobei jede Kugel üblicherweise einen Durchmesser von 30 μm aufweist.
Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 35 bis 37, wobei die verfüllten Bohrungen aufgebohrt werden, um dadurch Durchgangsöffnungen bereit zu stellen, die von dem Kohlenstoff elektrisch isoliert sind.
Ein Verfahren nach Anspruch 38, wobei eine Schicht eines leitenden Materials zum Schaffen elektrischer Verbindungen in der zumindest einen Durchgangsöffnung aufgebracht wird, wodurch elektrische Verbindungen durch den Kohlenstoff ermöglicht werden.
Ein Verfahren nach Anspruch 39, wobei das leitende Material ein Metall, vorzugsweise eine dünne Schicht Aluminium, ist.
Ein Verfahren nach Anspruch 35, aufweisend ein Beschichten von die zumindest eine Bohrung definierenden Rändern mit dem Verkapselungsmaterial derart, daß eine Durchgangsöffnung durch den Kohlenstoff erhalten bleibt.
Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 41, ferner aufweisend ein Bilden einer Matrix aus feinen Öffnungen durch die Platte.
Ein Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Bauelements, enthaltend das Verfahren, wie es in einem der Ansprüche 22 bis 42 definiert ist, darüber hinaus aufweisend die Schritte des Ausbildens elektrischer Kontakte auf zumindest einer Oberfläche des Kohlenstoffs und/oder das Aufbringen elektrischer Bauelemente darauf.
Ein Verfahren nach Anspruch 43, wobei der Schritt des Aufbringens ein Herstellen der Bauelemente direkt auf der Oberfläche oder ein Ausbilden der Bauelemente oder einer die Bauelemente enthaltenden Dünnfilmmehrschichtschaltung getrennt von der Kohlenstoffoberfläche und ein Befestigen dieser an der Oberfläche umfassen kann.
Ein Verfahren nach Anspruch 44, wobei der Schritt des Befestigens ein Auftragen eines Epoxidklebers auf die Bauelemente oder die Schaltung oder die Kohlenstoffoberfläche und ein Zusammenpressen der Bauelemente oder der Schaltung und der Oberfläche bei Raumtemperatur und in einem geringen Vakuum umfaßt.
Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 43 bis 45, wobei die elektrischen Kontakte unter Verwendung von Dünnfilmverarbeitungstechniken, vorzugsweise unter der Verwendung von Aluminium, aufgebracht werden.