DE10320838A1 - Composite material as well as electrical circuit or electrical module - Google Patents

Composite material as well as electrical circuit or electrical module Download PDF

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen neuartigen Verbundwerkstoff, insbesondere für Anwendungen in der Elektrotechnik, mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der in wenigstens zwei senkrecht zueinander verlaufenden Raumachsen kleiner als 12 x 10·-6·K·-1· ist.The invention relates to a novel composite material, in particular for applications in electrical engineering, with a coefficient of thermal expansion which is smaller than 12 x 10 · -6 · K · -1 · in at least two mutually perpendicular spatial axes.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verbundwerkstoff gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 sowie auf einen elektrischen Schaltkreis oder ein elektrisches Modul gemäß Oberbegriff Patentanspruch 32.The Invention relates to a composite material according to the preamble Claim 1 and an electrical circuit or electrical module according to the generic term Claim 32.

Ein „Verbundwerkstoff" im Sinne der Erfindung ist generell ein Werkstoff, der mehrere Materialkomponenten aufweist, beispielsweise in einer gemeinsamen Matrix oder aber auch zumindest teilweise in wenigstens zwei aneinander angrenzenden und miteinander verbundenen Materialabschnitten.A "composite" in the sense of the invention is generally a material that has several material components, for example in a common matrix or at least partially in at least two adjacent and with each other connected material sections.

Ein „Bauteil zur Wärmeableitung" oder eine „Wärmesenke" im Sinne der Erfindung sind generell Bauteile, die insbesondere in der Elektronik und dabei speziell auch in der Leistungselektronik Verwendung finden und hier zur Ableitung von Verlustwärme bzw. zum Kühlen von elektrischen oder elektronischen Komponenten dienen, wie z. B. Boden- und/oder Wärmeableitplatten bei elektrischen Schaltkreisen oder Modulen, Träger für elektrische bzw. elektronische Bauelemente, Gehäuse oder Gehäuseelemente von elektrischen Bauelementen oder Modulen, aber auch beispielsweise von einem Kühlmedium z. B. Wasser durchströmte Kühler, Heatpipe oder Elemente solcher aktiver Wärmesenken.A “component for heat dissipation "or a" heat sink "in the sense of the invention are generally components that are particularly in electronics and included especially used in power electronics and here for dissipating heat loss or for cooling serve of electrical or electronic components, such as. B. floor and / or heat dissipation plates for electrical circuits or modules, carriers for electrical or electronic Components, housing or housing elements of electrical components or modules, but also for example from a cooling medium z. B. flowed through water Cooler, Heat pipe or elements of such active heat sinks.

In vielen Bereichen der Technik werden Verbundwerkstoffe als Material für Konstruktionen, Bauteile usw. verwendet, und zwar insbesondere auch dann, wenn Materialeigenschaften gefordert werden, die sich mit einer einzigen Materialkomponente nicht verwirklichen lassen. Durch gezielte Auswahl der einzelnen Komponenten und der physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften dieser Komponenten, beispielsweise der thermischen Eigenschaften, können die für den Verbundwerkstoff gewünschten Eigenschaften optimal eingestellt werden.In Many areas of technology use composite materials for constructions, Components etc. used, especially when material properties be required, dealing with a single material component don't let it happen. Through targeted selection of the individual Components and the physical and / or chemical properties of these components, for example the thermal properties, can the for the composite material desired Properties can be optimally set.

„Materials for Thermal Conduction", Chung et al., Appl. Therm. Eng., 21, (2001) 1593 – 1605, gibt einen generellen Überblick über Materialien für Wärmeleitungs- bzw. Wäremeableitungsmaterialien. Der Artikel skizziert die Eigenschaften möglicher Einzelkomponenten und relevante Beispiele für Verbundwerkstoffe."Materials for Thermal Conduction ", Chung et al., Appl. Therm. Eng., 21, (2001) 1593-1605, gives a general overview of materials for heat conduction or heat dissipation materials. The article outlines the properties of possible individual components and relevant examples of Composites.

Ting et al. berichtet in ). Mater. Res., 10 (6), 1995, 1478 – 1484 über die Herstellung von Aluminium VGCF (Vapor Grown Carbon Fiber)- Verbundwerkstoffen und deren Wärmeleiteigenschaften. Die US 5,814,408 Ting et al. ist die daraus folgende Patentschrift zum Al-VGCF MMC.Ting et al. reported in). Mater. Res., 10 (6), 1995, 1478 - 1484 on the production of aluminum VGCF (Vapor Grown Carbon Fiber) composite materials and their thermal conductivity. The US 5,814,408 Ting et al. is the resulting patent for the Al-VGCF MMC.

Verbundwerkstoffe mit Carbon FibrilsTM, einer definierten CVD-Kohlenstofffaser, in sowohl Metall- als auch Polymer- Matrix sind in der US 5,578,543 Hoch et al. erwähnt.Composites with Carbon Fibrils TM , a defined CVD carbon fiber, in both metal and polymer matrix are in the US 5,578,543 Hoch et al. mentioned.

Ushijima et al. beschreibt in der US 6,406,790 die Herstellung eines Verbundwerkstoffes mit einer speziellen Ausführung von CVD gewachsenen Kohlenstofffasern als Füllstoff mittels Druckinfiltration des Matrix-Metalles.Ushijima et al. describes in the US 6,406,790 the production of a composite material with a special version of CVD-grown carbon fibers as filler by means of pressure infiltration of the matrix metal.

Houle et al. berichtet in der US 6,469,381 von einem Halbleiterelement, welches die im Betrieb entstehende Wärme durch den Einbau von Carbon Fasern in die Trägerplatte ableitet.Houle et al. reported in the US 6,469,381 from a semiconductor element that dissipates the heat generated during operation by installing carbon fibers in the carrier plate.

Die Verwendung von beschichteten Carbon-Fasern in Verbundwerkstoffen mit metallischer Matrix wird von Bieler et al. in der US 5,660,923 dargelegt.The use of coated carbon fibers in composite materials with a metallic matrix is described by Bieler et al. in the US 5,660,923 explained.

Al2O3 Fasern in einer AI Matrix und die Herstellung des entsprechenden faserverstärkten Verbundwerkstoffes beschreibt die US 6,460,497 , McCullough et al.Al 2 O 3 fibers in an Al matrix and the production of the corresponding fiber-reinforced composite material describes the US 6,460,497 , McCullough et al.

Speziell für elektrische Leistungsmodule, die in zunehmenden Maß bei elektrischen Antrieben unter anderem auch in der Verkehrs- und Automatisierungstechnik eingesetzt werden, ist es bekannt, als Leiterplatten Metall-Keramik-Substrate zu verwenden, beispielsweise solche aus Aluminiumoxid (Al2O3) oder zunehmend auch solche aus Aluminiumnitrid (AlN) wegen der verbesserten elektrischen Eigenschaften. Als Träger- oder Übergangsschicht zu einer Wärmesenke, über die eine unter Umständen nicht unerhebliche Verlustleistung eines solchen Leistungsmoduls abgeführt werden muss, werden bisher Schichten oder Bodenplatten aus Kupfer verwendet, die eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweisen und daher zur Ableitung der Verlustleistung bzw. -wärme sowie zur Wärmespreitzung gut geeignet sind.Especially for electrical power modules, which are increasingly being used in electrical drives, among other things, in traffic and automation technology, it is known to use metal-ceramic substrates as printed circuit boards, for example those made of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) or increasingly also those made of aluminum nitride (AlN) because of the improved electrical properties. Up to now, layers or base plates made of copper have been used as a carrier or transition layer to a heat sink, through which a possibly not insignificant power loss of such a power module has to be dissipated, which have a high thermal conductivity and therefore to dissipate the power loss and heat as well are well suited for heat spreading.

Nachteilig hierbei sind aber die sehr unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der verwendeten Materialien, nämlich der Keramik, des Kupfers sowie auch des Siliziums der aktiven elektrischen bzw. elektronischen Bauelemente eines solchen Moduls. Nicht nur bei der Herstellung, sondern insbesondere auch während des Betriebes unterliegen nämlich Leistungsmodule bzw. deren Komponenten einem nicht unerheblichen Temperaturwechsel, beispielsweise beim Übergang von der Betriebsphase in die Ruhephase und umgekehrt, aber auch während des Betriebes beim Schalten des Moduls. Aufgrund der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten führen diese Temperaturwechsel zu mechanischen Spannungen im Modul, d. h. zu mechanischen Spannungen zwischen der Keramik und den angrenzenden Metallisierungen oder Metallschichten (wie Bodenplatte auf einer Seite der Keramikschicht und Leiterbahnen, Kontaktflächen usw. auf der anderen Seite der Keramikschicht) sowie auch zwischen Metallflächen und den auf diesen angeordneten elektrischen oder elektronischen Komponenten, insbesondere Halbleiterbauelementen. Häufige mechanische Spannungswechsel führen zu einer Materialermüdung und damit zu einem Versagen des Moduls oder der dortigen Komponenten.The disadvantage here is the very different thermal expansion coefficients of the materials used, namely the ceramic, the copper and also the silicon of the active electrical or electronic components of such a module. Not just in manufacturing, but in particular Even during operation, power modules or their components are subject to a not inconsiderable temperature change, for example during the transition from the operating phase to the idle phase and vice versa, but also during operation when the module is switched. Due to the different expansion coefficients, these temperature changes lead to mechanical stresses in the module, i.e. to mechanical stresses between the ceramic and the adjacent metallizations or metal layers (such as a base plate on one side of the ceramic layer and conductor tracks, contact areas, etc. on the other side of the ceramic layer) and also between Metal surfaces and the electrical or electronic components arranged thereon, in particular semiconductor components. Frequent mechanical voltage changes lead to material fatigue and thus to a failure of the module or the components there.

Dieses Problem wird noch durch die zusätzliche Miniaturisierung und durch die damit einhergehende Erhöhung der Leistungsdichte von Leistungsmodulen verstärkt. Die thermischen Ausdehnungskoeffizienten α der Materialkomponenten eines Leistungsmoduls mit einem Kupfer-Keramik-Substrat liegen beispielsweise im Bereich zwischen α = 16,8 × 10–6K–1 für das Kupfer und α = 3 × 10–6K–1 für das Silizium.This problem is exacerbated by the additional miniaturization and the associated increase in the power density of power modules. The thermal expansion coefficients α of the material components of a power module with a copper-ceramic substrate are, for example, in the range between α = 16.8 × 10 −6 K −1 for the copper and α = 3 × 10 −6 K −1 for the silicon.

Verwiesen wird hierzu auch auf die nachstehende Tabelle, in der die thermische Leitfähigkeit λ und der Wärmeausdehnungskoeffizient α für verschiedene Materialien angegeben ist.directed Please refer to the table below, in which the thermal Conductivity λ and the coefficient of thermal expansion α for various Materials is specified.

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Da auf eine hohe thermische Leitfähigkeit zur Ableitung der Verlustleistung nicht verzichtet werden kann, sind speziell bei Halbleiterleistungsmodulen bzw. deren Substrate für die Metallisierungen, die Bodenplatten usw. nur Metalle verwendbar, die auch eine ausreichend hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Speziell für Wärmesenken werden derzeit demnach bevorzugt Werkstoffe auf Kupfer- oder Aluminiumbasis verwendet, beispielsweise Cu-W, Cu-Mo oder Al-SiC.There for high thermal conductivity to derive the power loss cannot be waived, are especially for semiconductor power modules or their substrates for the Metallizations, the base plates etc. can only be used with metals, which also have a sufficiently high thermal conductivity exhibit. Especially for heat sinks Accordingly, copper or aluminum-based materials are currently preferred used, for example Cu-W, Cu-Mo or Al-SiC.

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

Dieses DCB-Verfahren weist dann z.B. folgende Verfahrensschritte auf:

  • • Oxidieren einer Kupferfolie derart, daß sich eine gleichmäßige Kupferoxidschicht ergibt;
  • • Auflegen des Kupferfolie auf die Keramikschicht;
  • • Erhitzen des Verbundes auf eine Prozeßtemperatur zwischen etwa 1025 bis 1083°C, z.B. auf ca. 1071 °C;
  • • Abkühlen auf Raumtemperatur.
This DCB process then has, for example, the following process steps:
  • • Oxidizing a copper foil so that there is a uniform copper oxide layer;
  • • placing the copper foil on the ceramic layer;
  • • heating the composite to a process temperature between about 1025 to 1083 ° C, for example to about 1071 ° C;
  • • Cool down to room temperature.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Verbundwerkstoff zu schaffen, der unter Beibehaltung einer hohen Wärmeleitfähigkeit, die größer oder zumindest gleich derjenigen von Kupfer oder Kupferlegierungen ist, einen gegenüber Kupfer deutlich reduzierten Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzt. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verbundwerkstoff entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Ein elektrischer Schaltkreis oder ein elektrisches Modul sind entsprechend dem Patentanspruch 32 ausgebildet.task the invention is to provide a composite material, the under Maintaining high thermal conductivity, the bigger or is at least equal to that of copper or copper alloys, one opposite Copper significantly reduced coefficient of thermal expansion has. To the solution this task is a composite material according to the claim 1 trained. An electrical circuit or an electrical circuit Modules are designed according to claim 32.

Der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff, der u.a. auch für Anwendungen in der Elektrotechnik und dabei für Anwendungen als Substrat oder als Bauteil zur Wärmeableitung bei elektrischen Leistungsmodulen geeignet ist, besteht somit im Wesentlichen aus drei Hauptkomponenten, nämlich aus wenigstens einem Metall oder wenigstens einer Metalllegierung, aus wenigstens einer Keramik sowie aus Nanofasern, die eine Dicke im Bereich etwa 1,3 nm bis 300 nm aufweisen, wobei das Längen/Dicken-Verhältnis bei einem Großteil der in dem Verbundstoff enthaltenen Nanofasern größer als 10 ist. Der Anteil an Keramik kann ganz oder teilweise durch Glas, beispielsweise durch Siliziumoxid ersetzt sein.The composite material according to the invention, the u.a. also for Applications in electrical engineering and thereby for applications as a substrate or as a component for heat dissipation is suitable for electrical power modules, is therefore in Essentially from three main components, namely from at least one Metal or at least one metal alloy, from at least one Ceramic and nanofibers, which have a thickness in the range of about 1.3 nm to 300 nm, the length / thickness ratio at much of the nanofibers contained in the composite is greater than 10. The amount Ceramics can be wholly or partly through glass, for example through Silicon oxide to be replaced.

Die verwendeten Nanofasern bewirken die gewünschte Reduzierung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Verbundwerkstoffes in wenigstens zwei senkrecht zueinander verlaufenden Raumachsen, vorzugsweise in allen drei senkrecht zueinander verlaufenden Raumachsen.The used nanofibers bring about the desired reduction in thermal Expansion coefficient of the composite material in at least two perpendicular spatial axes, preferably in all three perpendicular spatial axes.

Bei der Ausbildung des erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffs sind in Weiterbildung der Erfindung folgende Maßnahmen möglich:
Die Nanofasern sind hinsichtlich ihrer Orientierung zumindest in den wenigstens zwei Raumachsen isotrop verteilt.In the development of the composite material according to the invention, the following measures are possible in a development of the invention:
The orientation of the nanofibers is isotropically distributed at least in the at least two spatial axes.

Die Nanofasern sind beispielsweise zumindest teilweise Nanotubes, die sich durch eine besonders hohe Festigkeit in axialer Richtung auszeichnen und hierdurch besonders wirksam zu der angestrebten Reduzierung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten beitragen.The Nanofibers are, for example, at least partially nanotubes that are characterized by a particularly high strength in the axial direction and thereby particularly effective for the desired reduction of the coefficient of thermal expansion.

Die Nanofasern bestehen bevorzugt aus einem elektrisch leitenden Material, sodass der die Nanofasern aufweisende Verbundwerkstoff oder dessen diese Nanofasern aufweisender Teil auch für elektrische Leiterbahnen oder Kontakte usw. einsetzbar ist, d. h. die für diese Anwendung notwendige elektrische Leitfähigkeit besitzt.The Nanofibers preferably consist of an electrically conductive material, so that the composite material containing the nanofibers or its this part comprising nanofibers also for electrical conductor tracks or contacts etc. can be used, d. H. the necessary for this application electric conductivity has.

Bevorzugt sind die Nanofasern solche aus Kohlenstoff und/oder aus Bornitrid und/oder aus Wolframkarbid. Auch andere, für die Herstellung von Nanofasern geeignete Materialien oder Materialverbindungen sind grundsätzlich denkbar, so insbesondere auch mit Bornitrid und/oder aus Wolframkarbid beschichtete Nanofasern aus Kohlenstoff.Prefers are the nanofibers made of carbon and / or boron nitride and / or from tungsten carbide. Others, for the production of nanofibers suitable materials or material connections are basically conceivable, so in particular also coated with boron nitride and / or tungsten carbide Carbon nanofibers.

Als Keramik wird bei dem erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff bevorzugt eine Aluminiumoxid- oder eine Aluminiumnitrid-Keramik verwendet, wobei die Aluminiumnitrid-Keramik sich durch eine besonders hohe elektrische Spannungsfestigkeit sowie durch eine erhöhte thermische Leitfähigkeit auszeichnet.As Ceramic is preferred in the composite material according to the invention uses an alumina or an aluminum nitride ceramic, the aluminum nitride ceramic is characterized by a particularly high electrical Dielectric strength as well as increased thermal conductivity distinguished.

Als Metallkomponente eignet sich bei der Erfindung bevorzugt Kupfer oder eine Kupferlegierung. Dies gilt insbesondere auch für den Fall, dass der Verbundwerkstoff für Substrate oder Leiterplatten oder als Bauteil zur Wärmeableitung für elektrische Schaltkreise oder Module verwendet werden soll. Kupfer, aber auch Kupferlegierungen sind relativ einfach zu bearbeiten, und zwar insbesondere auch dann, wenn diese Materialkomponente des Verbundwerkstoffs die Nanofasern enthält.As In the invention, metal component is preferably suitable for copper or a copper alloy. This applies in particular to the case that the composite for Substrates or printed circuit boards or as a component for heat dissipation for electrical Circuits or modules to be used. Copper, but also Copper alloys are relatively easy to machine, especially even if this material component of the composite material Contains nanofibers.

Bei der Erfindung besteht weiterhin die Möglichkeit, die Nanofasern in dem wenigstens einen Metall oder der wenigstens einen Metalllegierung und/oder in der Keramik und/oder im Glas vorzusehen, und zwar beispielsweise in einer von dem Metall oder der Metalllegierung gebildeten Matrix.at the invention also offers the possibility of using the nanofibers the at least one metal or the at least one metal alloy and / or to be provided in the ceramic and / or in the glass, for example in a matrix formed by the metal or metal alloy.

Der Anteil an Nanofasern im Verbundmaterial liegt beispielsweise im Bereich zwischen 10 und 70 Volumen%, vorzugsweise im Bereich zwischen 40 und 70 Volumen%, und zwar bezogen auf das Gesamtvolumen der diese Fasern enthaltenden Materialkomponente des Verbundwerkstoffs.The The proportion of nanofibers in the composite material is, for example Range between 10 and 70% by volume, preferably in the range between 40 and 70% by volume, based on the total volume of these Material component of the composite material containing fibers.

Sind die Nanofasern im Metall oder in der Metalllegierung des Verbundwerkstoffs enthalten, so stehen zur Realisierung dieser speziellen Ausführung verschiedenste Verfahren zur Verfügung. So ist es z. B. möglich, zunächst aus den Nanofasern eine Vor- oder Preform zu bilden, beispielsweise in Form eines dreidimensionalen Gitterwerks, einer vliesartigen Struktur, einer hohlkörper- oder röhrchenartigen Struktur usw. aus den Nanofasern zu bilden, wobei in diese Preform dann das wenigstens eine Metall oder die wenigstens eine Metalllegierung eingebracht wird. Speziell hierfür sind wiederum unterschiedlichste Techniken denkbar, beispielsweise durch chemisches und/oder elektrolytisches Abscheiden, durch Schmelzinfiltration usw.are the nanofibers in the metal or in the metal alloy of the composite contain, there are various to implement this special version Procedures available. So it is z. B. possible, first off to form a preform or preform for the nanofibers, for example in the form of a three-dimensional latticework, a fleece-like one Structure, a hollow or tube-like To form structure etc. from the nanofibers, being in this preform then the at least one metal or the at least one metal alloy is introduced. Especially for this different techniques are conceivable, for example by chemical and / or electrolytic deposition, by melt infiltration etc.

Weiterhin ist es möglich, das Metall und die Nanofasern auf einer Preform oder einem Träger aus Metall und/oder Keramik aufzubringen, und zwar beispielsweise durch chemisches und/oder elektrolytisches Abscheiden.Farther Is it possible, the metal and the nanofibers on a preform or a carrier Apply metal and / or ceramic, for example by chemical and / or electrolytic deposition.

Auch andere Verfahren zur Herstellung der Matrix aus dem wenigstens einem Metall oder der wenigstens einen Metalllegierung mit den Nanofasern sind denkbar, beispielsweise die sogenannte HIP-Technologie, bei der das wenigstens eine Metall oder die wenigstens eine Metalllegierung in Pulverform und mit den Nanofasern gemischt in eine Kapsel eingebracht und dies dann mit einem Deckel dicht verschlossen wird. Im Anschluss daran wird der Innenraum der Kapsel evakuiert und gasdicht verschlossen. Im Anschluss daran erfolgt ein allseitiger Druck (z.B. Gasdruck unter Verwendung von Inertgas, beispielsweise Argon oder hydrostatischer Druck) auf die Kapsel und damit auch auf das in der Kapsel vorhandene Material, und zwar bei gleichzeitiger Erhitzung auf eine Prozesstemperatur im Bereich zwischen 500 und 1000°C.Also other methods for producing the matrix from the at least one Metal or the at least one metal alloy with the nanofibers are conceivable, for example the so-called HIP technology the at least one metal or the at least one metal alloy in powder form and mixed with the nanofibers in a capsule and this is then sealed with a lid. In connection the interior of the capsule is evacuated and sealed gas-tight. This is followed by all-round pressure (e.g. gas pressure using inert gas such as argon or hydrostatic Pressure) on the capsule and thus also on the capsule Material, while heating to a process temperature in the range between 500 and 1000 ° C.

In einem weiteren Verfahrensschritt werden nach einem Abkühlen die Kapsel und der hergestellte, die Nanofasern enthaltende Metallrohling getrennt, sodass dieser dann weiter verarbeitet werden kann, beispielsweise durch spanabhebende Verarbeitung oder durch Schneiden, Sägen und/oder Walzen zur Herstellung von Platten oder Folien, die dann beispielsweise zur Herstellung eines Metall-Keramik-Substrats oder einer Leiterplatte mit einer Keramikschicht verbunden ist.In a further process step after cooling Capsule and the manufactured metal blank containing the nanofibers separated so that it can then be processed further, for example by machining or by cutting, sawing and / or Rollers for the production of plates or foils, which then, for example for the production of a metal-ceramic substrate or a printed circuit board is connected to a ceramic layer.

Speziell für die Anwendung im elektrischen und elektronischen Bereich ist der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff als Laminat ausgebildet, und zwar mit wenigstens zwei miteinander verbundenen Materialabschnitten oder- schichten, wobei dann ein Materialabschnitt oder eine Schicht aus dem wenigstens einen Metall oder der wenigstens einen Metalllegierung besteht und der andere Materialabschnitt bzw. die andere Schicht aus Keramik. Die Nanofasern sind dann beispielsweise in dem wenigstens einen Materialabschnitt aus dem Metall oder der Metalllegierung enthalten. Grundsätzlich besteht aber auch die Möglichkeit, dass die Nanofasern ebenfalls in der Keramik enthalten sind, um beispielsweise die mechanische Festigkeit der Keramik zu erhöhen und/oder die thermische Leitfähigkeit der Keramik zu verbessern.specially for the The composite material according to the invention is used in the electrical and electronic field formed as a laminate, with at least two together connected material sections or layers, where then a Section of material or a layer of the at least one metal or which consists of at least one metal alloy and the other Section of material or the other layer of ceramic. The nanofibers are then, for example, in the at least one material section contained in the metal or metal alloy. Basically there is but also the possibility that the nanofibers are also contained in the ceramic in order to for example to increase the mechanical strength of the ceramic and / or the thermal conductivity to improve the ceramics.

Besteht der Verbundwerkstoff aus wenigstens einem Materialabschnitt aus dem wenigstens einen Metall oder der wenigstens einen Metalllegierung und aus dem Materialabschnitt aus Keramik, so sind beide Materialabschnitte oder Schichten z. B. durch Löten, bevorzugt auch durch Aktivlöten miteinander verbunden oder aber unter Verwendung der an sich bekannten Direkt-Bonding-Technik.Consists the composite material consists of at least one material section the at least one metal or the at least one metal alloy and from the material section made of ceramic, so are both material sections or layers z. B. by soldering, preferably also by active soldering connected to each other or using the known Direct bonding technique.

Speziell bei der möglichen Ausbildung des Verbundwerkstoffes als Metall-Keramik-Substrat oder Leiterplatte ist auf wenigstens einer Oberflächenseite einer Keramikschicht eine Metallisierung vorgesehen, die von dem wenigstens einen Metall oder der wenigstens einen Metallliegierung gebildet ist und die die Nanofasern enthält.specially at the possible Formation of the composite material as a metal-ceramic substrate or printed circuit board is on at least one surface side a ceramic layer is provided with a metallization at least one metal or the at least one metal alloy is formed and which contains the nanofibers.

Diese Metallschicht ist dann beispielsweise die Bodenplatte eines derartigen Substrates oder aber mit einer solchen Bodenplatte verbunden, mit der das Substrat mit einer passiven Wärmesenke, beispielsweise in Form eines Kühlkörpers oder aber mit einer aktiven Wärmesenke, beispielsweise in Form eines von einem Kühlmedium durchströmten Kühlers, auch Mikrokühlers verbunden ist.This The metal layer is then, for example, the base plate of such Substrate or connected to such a bottom plate with which the substrate with a passive heat sink, for example in the form a heat sink or but with an active heat sink, for example in the form of a cooler through which a cooling medium flows, too micro cooler connected is.

Auf der anderen Oberflächenseite der Keramikschicht sind dann z. B. Leiterbahnen und/oder Kontaktflächen und/oder Fixier- bzw. Befestigungsflächen für Bauelemente eines elektrischen Schaltkreises oder eines Moduls vorgesehen. Auch das Metall oder die Metalllegierung, die diese Leiterbahnen, Kontaktflächen usw. bilden, kann die Nanofasern enthalten, wobei die Strukturierung Metallisierung in die Leiterbahnen usw. beispielsweise in der üblichen Weise erfolgt, und zwar dadurch, dass nach dem Aufbringen einer Metallschicht diese in die sturkturierte Metallisierung gebracht wird, und zwar beispielsweise auch durch ein Maskierungs- und Ätzverfahren.On the other surface side of the ceramic layer z. B. conductor tracks and / or contact surfaces and / or fixing or fastening surfaces for components of an electrical circuit or a module are provided. The metal or the metal alloy which form these conductor tracks, contact areas etc. can also contain the nanofibers, the structuring of the metallization into the conductor tracks etc. being carried out, for example, in the customary manner, namely in that after a metal layer has been applied to the latter Structured metallization is brought, for example, by a masking and etching process.

Mit der Erfindung wird also ein Verbundwerkstoff geschaffen, bei dem durch die Einlagerung der Nanofasern in die Metallmatrix, beispielsweise Kupfermatrix, eine wesentlich höhere Leitfähigkeit erreicht wird (z. B. > 380 W(mK)–1) kombiniert mit einer reduzierten thermischen Ausdehnung erreicht wird. Weiterhin ist insbesondere bei Verwendung von Kupfer für die Metallmatrix eine leichte Bearbeitung des die Nanofasern enthaltenen Metalls gewährleistet, sodass alle üblichen Bearbeitungstechniken, wie Bohren, Fräsen, Stanzen, aber auch chemische Bearbeitungen möglich sind.The invention therefore creates a composite material in which the incorporation of the nanofibers in the metal matrix, for example copper matrix, achieves a significantly higher conductivity (eg> 380 W (mK) -1 ) combined with a reduced thermal expansion becomes. Furthermore, especially when using copper for the metal matrix, easy processing of the metal containing the nanofibers is ensured, so that all conventional processing techniques, such as drilling, milling, punching, but also chemical processing, are possible.

Mit dem erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff sind Lösungen im Thermal-Management-Bereich möglich, die bisher große Probleme bereitet haben, z. B. auch in der Lasertechnik, wo speziell die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Halbleitermaterial eines Laserbarens und dem Metall einer Wärmesenke zu einer erheblichen Beeinträchtigung der Lebensdauer von Laserdioden oder Laserdiodenanordnungen führen. Durch die verbesserte thermische Leitfähigkeit lassen sich weiterhin höhere Leistungsdichten als bisher bei elektrischen und elektronischen Leistungsmodulen realisieren, und zwar mit der Möglichkeit einer Miniaturisierung elektrischer und elektronischer Module und Baugruppen sowie mit der Möglichkeit zusätzliche Anwendungen speziell auch in solchen technischen Bereichen, in denen einen Miniaturisierung und eine damit einhergehende Reduzierung von Masse und Gewicht bedeutsam sind, wie z. B. in der Luft- und Raumfahrttechnik.With the composite material according to the invention are solutions possible in the thermal management area that so far great Have caused problems, e.g. B. also in laser technology, where specifically the different coefficients of thermal expansion between the semiconductor material of a laser bar and the metal one heat sink to a significant impairment lead to the life of laser diodes or laser diode arrangements. By the improved thermal conductivity can still be higher Power densities than before for electrical and electronic power modules realize, with the possibility miniaturization of electrical and electronic modules and Assemblies as well as with the possibility additional Applications especially in technical areas in which a miniaturization and a concomitant reduction of mass and weight are significant, such as. B. in the air and Space technology.

Mit dem erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff ist es gelungen, bisher schwer zu vereinbarende Eigenschaften in einem Werkstoff zu kombinieren. Sind die Nanofasern in der Metallmatrix vorgesehen, so dienen sie dort als Verstärkungskomponente, die mit ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit (größer als 1 000 W(mK)–1) und mit ihrem vernachlässigbaren thermischen Ausdehnungskoeffizienten den Ausdehnungskoeffizient des gesamten Verbundwerkstoffs reduzieren und dessen Wärmeleitfähigkeit deutlich verbessern.With the composite material according to the invention it has been possible to combine properties that were previously difficult to reconcile in one material. If the nanofibers are provided in the metal matrix, they serve as reinforcement components that, with their high thermal conductivity (greater than 1 000 W (mK) -1 ) and their negligible thermal expansion coefficient, reduce the expansion coefficient of the entire composite material and significantly improve its thermal conductivity.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The In the following, the invention is illustrated by the figures using exemplary embodiments explained in more detail. It demonstrate:

1 in vereinfachter Darstellung ein elektrisches Leistungsmodul mit einem Verbundmaterial gemäß der Erfindung; 1 in a simplified representation an electrical power module with a composite material according to the invention;

2 in vereinfachter schematischer Darstellung die verschiedenen Verfahrensschritte (Positionen a – d) des HIP-Verfahrens zum Herstellen eines Metall-Nanofaser-Verbundmaterials; 2 in a simplified schematic representation the various process steps (positions a - d) of the HIP process for producing a metal-nanofiber composite material;

3 in schematischer Darstellung ein Verfahren zum Weiterverarbeiten eines das wenigstens eine Metall bzw. die wenigstens eine Metalllegierung und die Nanofasern enthaltenden Ausgangsmaterials. 3 a schematic representation of a method for further processing a starting material containing the at least one metal or the at least one metal alloy and the nanofibers.

4 und 5 in schematischer Darstellung in Seitenansicht sowie in Draufsicht ein Bad zum elektrolytischen und/oder chemischen Co-Abscheiden von Metall und Nanofasern auf einer Metallfolie oder einer Preform; 4 and 5 a schematic representation in side view and in plan view of a bath for the electrolytic and / or chemical co-deposition of metal and nanofibers on a metal foil or a preform;

6 und 7 in schematischer Seitenansicht sowie in Draufsicht ein Bad zum elektrolytischen und/oder chemischen Abscheiden von Metall auf einer von Nanofasern gebildeten Preform. 6 and 7 a schematic side view and a top view of a bath for electrolytic and / or chemical deposition of metal on a preform formed by nanofibers.

Die 1 zeigt in vereinfachter Darstellung und in Seitenansicht ein elektrisches Leistungsmodul 1, welches unter anderem aus einem Keramik-Kupfer-Substrat 2 mit verschiedenen elektronischen Halbleiterbauelementen 3, von denen der einfacherer Darstellung wegen nur ein Leistungsbauelement wieder gegeben ist, sowie aus einer Grundplatte 4 besteht. Das Kupfer-Keramik-Stubstrat 2 umfasst eine Keramikschicht 5 beispielsweise aus Aluminiumoxid- oder Aluminiumnitrid-Keramik, wobei auch bei einer mehrteiligen Ausbildung der Schicht 5 unterschiedliche Keramiken verwendet sein können, sowie eine obere Metallisierung 6 und eine untere Metallisierung 7. Die Metallisierungen 6 und 7 sind bei den dargestellten Ausführungsformen jeweils von einer Folie gebildet, die in einer Matrix aus Kupfer oder einer Kupferlegierung Nanofasern enthält, beispielsweise in dem Anteil von 10 – 70 Volumen%, bezogen auf das Gesamtvolumen der jeweiligen Folie bzw. Metallisierung, vorzugsweise in einem Anteil von 40 – 70 Volumen%.The 1 shows an electrical power module in a simplified representation and in side view 1 which, among other things, consists of a ceramic-copper substrate 2 with various electronic semiconductor components 3 , of which only one power component is given for the sake of simplicity, and from a base plate 4 consists. The copper-ceramic substrate 2 comprises a ceramic layer 5 for example, made of aluminum oxide or aluminum nitride ceramic, even with a multi-part formation of the layer 5 different ceramics can be used, as well as an upper metallization 6 and a lower metallization 7 , The metallizations 6 and 7 are each formed in the illustrated embodiments from a film which contains nanofibers in a matrix of copper or a copper alloy, for example in a proportion of 10-70% by volume, based on the total volume of the respective film or metallization, preferably in a proportion of 40 - 70% by volume.

Das Bauelement 3 ist dabei ein Leistungs-Halbleiterbauelement, z. B. ein Transistor zum Schalten hoher Ströme z. B. zum Ansteuern eines Elektromotors oder eines Fahrantriebs auch andere Leistungs-Halbleiterbauelemente sind denkbar, wie beispielsweise Laserdioden usw. Die Dicke, die die Grundplatte 4 in der Achsrichtung senkrecht zu den Ebenen der Metallisierungen 6 und 7 aufweist ist um ein Vielfaches größer als die Dicke der für die diese Metallisierungen 6 und 7 verwendeten Folien.The component 3 is a power semiconductor device such. B. a transistor for switching high currents z. B. to control an electric motor or a drive other power semiconductor components are conceivable, such as laser diodes, etc. The thickness of the base plate 4 in the axial direction perpendicular to the levels of the metallizations 6 and 7 has is many times greater than the thickness of those for these metallizations 6 and 7 used foils.

Die beiden Metallisierungen 6 und 7 sind unter Verwendung einer geeigneten Technik, beispielsweise der DCB-Technik oder mittels des Aktivlötverfahrens jeweils flächig mit einer Oberflächenseite der Keramikschicht 5 verbunden. Die Metallisierung 6 ist weiterhin zur Bildung von Leiterbahnen, Kontaktflächen, Befestigungsflächen zum Befestigen oder zum Auflöten von Bauelementen 3, von Abschirmflächen oder Bahnen, von als Induktivitäten wirkende Bahnen usw. in der erforderlichen Weise strukturiert, und zwar vorzugsweise mit Hilfe der dem Fachmann bekannten Maskierungs- oder Ätztechnik. Auch andere Techniken sind denkbar, beispielsweise in der Form, dass die Strukturierung durch mechanische Bearbeitung der die Metallisierung 6 bildenden Folie erzeugt ist, und zwar beispielsweise nach dem oder aber vor Aufbringen der Metallisierung 6 auf die Keramikschicht 5. Die die Metallisierung 7 bildende Folie ist bei der dargestellten Ausführungsform nicht strukturiert. Diese Folie deckt bei der dargestellten Ausführungsform einen Großteil der Unterseite der Keramikschicht 5 ab, wobei allerdings unter anderem zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit der Randbereich der Keramikschicht 5 von der Metallisierung 7 freigehalten ist, d. h. der Rand der Metallisierung 7 mit Abstand vom Rand der Keramikschicht 5 endet. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die weiterhin Grundplatte 4 so ausgebildet, dass sie mit ihrem Umfang deutlich über den Umfang des Kupfer-Keramik-Substrates 2 vorsteht. Die Grundplatte 4 ist beispielsweise die Bodenplatte eines ansonsten nicht näher dargestellten Gehäuses des Leistungsmoduls 1.The two metallizations 6 and 7 are each flat with a surface side of the ceramic layer using a suitable technique, for example the DCB technique or by means of the active soldering method 5 connected. The metallization 6 is also used to form conductor tracks, contact areas, mounting areas for attaching or soldering components 3 , of shielding surfaces or tracks, of tracks acting as inductors, etc. structured in the required manner, preferably with the aid of the masking or etching technique known to the person skilled in the art. Other techniques are also conceivable, for example in the form that the structuring by mechanical processing of the metallization 6 generating film is generated, for example after or before applying the metallization 6 on the ceramic layer 5 , The the metallization 7 forming film is not structured in the illustrated embodiment. In the embodiment shown, this film covers a large part of the underside of the ceramic layer 5 from, however, among other things, to increase the dielectric strength of the edge region of the ceramic layer 5 from metallization 7 is kept clear, ie the edge of the metallization 7 at a distance from the edge of the ceramic layer 5 ends. In the illustrated embodiment, the base plate is still 4 designed so that their circumference clearly exceeds the circumference of the copper-ceramic substrate 2 protrudes. The base plate 4 is, for example, the base plate of an otherwise not shown housing of the power module 1 ,

Die Metallisierung 7 ist mit ihrer der Keramikschicht 5 abgewandten Oberflächenseite flächig mit der Grundplatte 4 verbunden, und zwar mit einer geeigneten Technik, wie z. B. Löten, auch Hartlöten oder Aktivlöten, oder ebenfalls unter Verwendung des DCB-Verfahrens. Die Grundplatte 4 besteht bei der dargestellten Ausführungsform ebenfalls aus einem Metall oder einer Metalllegierung, beispielsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, wobei das Metall oder die Metalllegierung der Grundplatte 4 wiederum die Nanofasern in dem Anteil von 10 – 70 Volumen% bezogen auf das gesamte Volumen der Grundplatte 4, vorzugsweise in dem Anteil von 40 – 70 Volumen% enthält. Die Nanofasern in den Metallisierungen 6 und 7 sowie in der Grundplatte 4 sind dabei zumindest in den beiden senkrecht zueinander verlaufenden Raumachsen, die die Ebenen der Metallisierungen 6 und 7 sowie die Ebene der mit der Metallisierung 7 verbundenen Oberseite der Grundplatte 4 definieren, hinsichtlich ihrer Orientierung oder annähernd isotrop verteilt.The metallization 7 is with their the ceramic layer 5 opposite surface side flat with the base plate 4 connected, using a suitable technique such. B. soldering, also brazing or active soldering, or also using the DCB method. The base plate 4 in the illustrated embodiment also consists of a metal or a metal alloy, for example of copper or a copper alloy, the metal or the metal alloy of the base plate 4 again the nanofibers in a proportion of 10 - 70 volume% based on the total volume of the base plate 4 , preferably in the proportion of 40-70% by volume. The nanofibers in the metallizations 6 and 7 as well as in the base plate 4 are at least in the two mutually perpendicular spatial axes, which are the levels of the metallizations 6 and 7 as well as the level of with metallization 7 connected top of the base plate 4 define, with regard to their orientation or approximately isotropically distributed.

Die Nanofasern besitzt eine Dicke im Bereich zwischen 1,3 nm bis 300 nm, wobei der größere Anteil der in der Metallmatrix jeweils enthaltenen Nanofasern ein Längen/Dicken-Verhältnis > 10 besitzt. Die Nanofasern sind bei dieser Ausführungsform solche auf Karbon-Basis bzw. aus Kohlenstoff und zwar beispielsweise in Form von Nanotubes. Grundsätzlich besteht aber auch die Möglichkeit, diese Nanofasern aus Kohlenstoff ganz oder teilweise durch solche aus einem anderen, geeigneten Material zu ersetzen, beispielsweise aus Bohrnitrid und/oder Wolframkarbid. Grundsätzlich können die Nanofasern hinsichtlich ihrer Orientierung auch in allen drei senkrecht zueinander verlaufenden Raumachsen, d. h. in den beiden, die Ebenen der Metallisierungen 6 und 7 und der Oberseite der Grundplatte 4 definierenden Raumachsen sowie in der hierzu senkrecht verlaufenden Raumachse isotrop verteilt sein.The nanofibers have a thickness in the range between 1.3 nm to 300 nm, the larger proportion of the nanofibers contained in the metal matrix each having a length / thickness ratio> 10. In this embodiment, the nanofibers are carbon-based or made of carbon, for example in the form of nanotubes. In principle, however, there is also the possibility of replacing all or part of these carbon nanofibers with those made of another suitable material, for example made of drilling nitride and / or tungsten carbide. In principle, the orientation of the nanofibers in all three spatial axes running perpendicular to one another, ie in the two, can also control the levels of the metallizations 6 and 7 and the top of the base plate 4 defining spatial axes as well as isotropically distributed in the perpendicular spatial axis.

Durch die Verwendung der Nanofasern in der Matrix des Metalls bzw. der Metalllegierung wird eine wesentliche Reduzierung des thermischen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Metallisierung 6 und 7 sowie insbesondere auch der Grundplatte 4 speziell in den Raumachsen erreicht, in denen die bevorzugte Orientierung der Nanofasern vorliegt, nämlich in den die Ebenen der Metallisierungen sowie die Ebenen der Oberseite der Grundplatte bestimmenden Raumachsen, und zwar auf einen Wert < 5 × 10–6K–1, speziell auch in dem für Substrate von Halbleiterleistungsmodulen interessierenden Temperaturbereiche zwischen Raumtemperatur (etwa 20°C) und 250°C. Die elektrische Leitfähigkeit insbesondere auch der von der Metallisierung 6 gebildeten Leiterbahnen entspricht der elektrischen Leitfähigkeit von Kupfer oder einer Kupferlegierung ohne die Nanofasern.By using the nanofibers in the matrix of the metal or the metal alloy, there is a significant reduction in the thermal expansion coefficient of the metallization 6 and 7 as well as in particular the base plate 4 Specifically achieved in the spatial axes in which the preferred orientation of the nanofibers exists, namely in the spatial axes determining the levels of the metallizations and the levels of the top of the base plate, specifically to a value <5 × 10 −6 K −1 , especially in the temperature range between room temperature (approx. 20 ° C) and 250 ° C that is of interest for substrates of semiconductor power modules. The electrical conductivity, especially that of the metallization 6 The interconnects formed correspond to the electrical conductivity of copper or a copper alloy without the nanofibers.

Die thermische Leitfähigkeit λ der Metallisierungen 6 und 7 sowie der Grundplatte 4 ist größer als diejenige von Kupfer und liegt beispielsweise in der Größenordnung von λ = 600 W(mK)–1 oder größer. Durch die gegenüber reinem Kupfer oder einer Kupferlegierung ohne Nanofasern extrem reduzierten Wärmeausdehnungskoeffizienten α ist dieser deutlich dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Siliziums der Halbleiterbauelemente 3, aber auch deutlich dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Keramik der Keramikschicht 5 angepasst. Die hierdurch werden thermische Spannungen zwischen der Metallisierung 6 und dem Siliziumkörper der Bauelemente 3 und der Keramik der Keramikschicht 5, insbesondere aber auch thermische Spannungen zwischen der durch die Grundplatte 4 verstärkten Metallisierung 7 und der Keramikschicht 5 stark reduziert, die (thermische Spannungen) bei Temperaturänderungen im Leistungsmodul 1 auftreten. Derartige Temperaturänderungen sind bedingt durch den ausgeschalteten und eingeschalteten Zustand des Leistungsmoduls 1, aber auch durch Leistungsänderungen während des Betriebes des Leistungsmoduls, beispielsweise durch entsprechende Steuerung dieses Moduls.The thermal conductivity λ of the metallizations 6 and 7 and the base plate 4 is larger than that of copper and is, for example, on the order of λ = 600 W (mK) -1 or larger. Due to the extremely reduced coefficient of thermal expansion α compared to pure copper or a copper alloy without nanofibers, this is clearly the coefficient of thermal expansion of the silicon of the semiconductor components 3 , but also clearly the coefficient of thermal expansion of the ceramic of the ceramic layer 5 customized. This causes thermal stresses between the metallization 6 and the silicon body of the components 3 and the ceramic of the ceramic layer 5 , but in particular also thermal tensions between those caused by the base plate 4 reinforced metallization 7 and the ceramic layer 5 greatly reduced, the (thermal stresses) with temperature changes in the power module 1 occur. Such temperature changes are due to the switched-off and switched-on state of the power module 1 , but also by changes in performance during the operation of the power module, for example by appropriate control of this module.

Durch die gegenüber Kupfer verbesserte Wärmeleitfähigkeit werden eine wesentlich verbesserte Wärmeableitung der von dem Halbleiterbauelement 3 erzeugten Verlustwärme sowie auch eine wesentliche verbesserte Wärmespreitzung durch die Metallisierung 7 und eine verbesserte Übertragung der Verlustleistung an die Grundplatte 4 erreicht. Diese ist dann ihrerseits z.B. mit einer passiven Wärmesenke, beispielsweise mit einem Kühlelement oder Radiator verbunden, welches bzw. welcher in einer Strömung eines die Verlustwärme abführenden Mediums, im einfachsten Fall einem Luftstrom angeordnet ist, oder aber die Grundplatte 4 ist mit einer aktiven Wärmesenke verbunden, d. h. beispielsweise mit einem Mikrokühler, der von einem Kühlmedium durchströmt wird, beispielsweise von einem gas- und/oder dampfförmigen und/oder flüssigem Kühlmedium, beispielsweise von Wasser. Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Grundplatte 4 auf einer sogenannten Heatpipe anzuordnen um die Verlustwärme von dieser Grundplatte 4 besonders wirksam über die Heatpipe an einen passiven oder aktiven Kühler abzuleiten.Due to the improved thermal conductivity compared to copper, the heat dissipation from the semiconductor component is significantly improved 3 generated heat loss as well as a significantly improved heat spread through the metallization 7 and an improved transmission of the power loss to the base plate 4 reached. This, in turn, is then connected, for example, to a passive heat sink, for example to a cooling element or radiator, which is arranged in a flow of a medium that dissipates the heat loss, in the simplest case an air stream, or the base plate 4 is connected to an active heat sink, that is to say, for example, to a microcooler through which a cooling medium flows, for example a gaseous and / or vaporous and / or liquid cooling medium, for example water. There is also the possibility of the base plate 4 to be arranged on a so-called heat pipe to avoid the heat loss from this base plate 4 dissipate particularly effectively via the heat pipe to a passive or active cooler.

Alternativ zu den vorgenannten Möglichkeiten besteht auch die Möglichkeit, die Grundplatte 4 direkt als Kühler und dabei insbesondere als aktiven Kühler, z. B. Mikrokühler, der von dem Kühlmedium durchströmt wird, oder aber als Heatpipe auszuführen. Auch in diesen Fällen ist es dann sinnvoll, zumindest einen Teil des Kühlers oder der Heatpipe, der (Teil) mit der Metallisierung 7 verbunden ist, aus dem die Nanofasern enthaltene Metall oder der entsprechenden Metalllegierung zu fertigen.As an alternative to the aforementioned options, there is also the option of the base plate 4 directly as a cooler and in particular as an active cooler, e.g. B. micro cooler, which is flowed through by the cooling medium, or run as a heat pipe. In these cases too, it makes sense to use at least part of the cooler or heat pipe, the (part) with the metallization 7 is connected to manufacture from the metal containing the nanofibers or the corresponding metal alloy.

Die 2 zeigt in verschiedenen Verfahrensschritten (Positionen a – d) eine Möglichkeit einer Herstellung eines Ausgangsmaterials bestehend aus der Metall-Matrix und den in dieser Matrix enthaltenen Nanofasern. Bei diesem Verfahren, welches auch als HIP-Verfahren bezeichnet wird, wird eine pulverförmige Mischung 8 aus Partikeln aus dem Metall oder der Metalllegierung beispielsweise aus Kupfer oder der Kupferlegierung und aus den Nanofasern in eine Kapsel 9 eingebracht, und zwar derart, dass diese Kapsel 8 etwa bis zu 60 % ihres Fassungsvolumens mit der Mischung 8 gefüllt ist.The 2 shows in various process steps (positions a - d) a possibility of producing a starting material consisting of the metal matrix and the nanofibers contained in this matrix. In this process, which is also referred to as the HIP process, a powdery mixture is used 8th from particles of the metal or the metal alloy, for example of copper or the copper alloy, and of the nanofibers into a capsule 9 introduced, in such a way that this capsule 8th about up to 60% of their volume with the mixture 8th is filled.

Der Mischung 8 können weiterhin auch Mischhilfsmittel beigegeben sein, insbesondere um einen möglichst hohen Anteil an Nanofasern zu ermöglichen und eine gleichmäßige Verteilung dieser Fasern zu erreichen und hierfür unter anderem auch die Adhäsion zwischen den Nanofasern zu reduzieren. Weiterhin kann es für eine Verbesserung der Verbindung zwischen dem Metall, beispielsweise Kupfer und dem Kohlenstoff der Nanofasern zweckmäßig sein, solche mit fischgrätartiger Oberflächenstruktur zu verwenden, die eine mechanische Anbindung verbessert. Auch Beschichtungen der Nanofasern mit Reaktivelementen, die eine chemische Anbindung bewirken, und/oder eine Beschichtung der Nanofasern mit dem Metall und/oder mit Keramik und/oder mit Bornitrid und/oder mit Wolframkarbid, beispielsweise durch Aufdampfen usw. kann zweckmäßig sein.The mix 8th Mixing aids can also be added, in particular in order to enable the highest possible proportion of nanofibers and to achieve a uniform distribution of these fibers and, among other things, to reduce the adhesion between the nanofibers. Furthermore, in order to improve the connection between the metal, for example copper and the carbon of the nanofibers, it may be expedient to use those with a herringbone-like surface structure which improves a mechanical connection. Coatings of the nanofibers with reactive elements, which bring about a chemical bond, and / or a coating of the nanofibers with the metal and / or with ceramic and / or with boron nitride and / or with tungsten carbide, for example by vapor deposition, etc., can also be expedient.

In einem weiteren Verfahrensschritt (Position b) wird dann auf die obere Öffnung der Kapsel 9 ein Deckel 10 aufgesetzt und dieser dicht mit der Kapsel verbunden, beispielsweise verschweisst.In a further process step (position b), the capsule is then opened onto the upper opening 9 a lid 10 put on and this tightly connected to the capsule, for example welded.

In einem weiteren Verfahrensschritt wird der Innenraum der Kapsel 9 über einen am Deckel 10 vorgesehenen Anschluss 11 evakuiert und der Innenraum der Kapsel 8 dann gasdicht verschlossen.In a further process step, the interior of the capsule 9 over one on the lid 10 provided connection 11 evacuated and the interior of the capsule 8th then sealed gas-tight.

In einem weiteren Verfahrensschritt (Position d) erfolgt bei einer Prozesstemperatur im Bereich von beispielsweise etwa 500 bis 1 000°C ein allseitiges Beaufschlagen der verformbaren, geschlossenen Kapsel 9 mit einem hohen Druck. Diese allseitige Druckbeaufschlagung der Kapsel 9 erfolgt in einer geschlossenen Kammer 12 durch einen hydrostatischen auf die Kapsel 9 einwirkenden Druck, wie dies in der Position d durch die dortigen Pfeile angedeutet ist. Durch diesen eigentlichen HIP-Vorgang tritt eine Volumenreduktion ein, die sich in einer Verformung der Kapsel 9 niederschlägt. In der Regel beträgt der bei dieser Verformung auftretende Volumenschwund etwa 5 – 10 %, kann jedoch auch größer sein, beispielsweise bis zu 20 %. Die Kapsel 9 und der zugehörige Deckel 10 sowie die Verbindung zwischen diesen beiden Elementen sind dabei so ausgeführt, dass die Kapsel nicht beschädigt wird. Um das Schwundverhalten berechnen zu können, weist die Kapsel 9 beispielsweise eine einfache Geometrie auf und ist dünnwandig ausgebildet.In a further process step (position d), the deformable, closed capsule is acted upon on all sides at a process temperature in the range of, for example, about 500 to 1000 ° C. 9 with a high pressure. This all-round pressurization of the capsule 9 takes place in a closed chamber 12 through a hydrostatic on the capsule 9 acting pressure, as indicated in position d by the arrows there. This actual HIP process results in a volume reduction which results in the capsule being deformed 9 reflected. As a rule, the volume shrinkage that occurs during this deformation is about 5-10%, but can also be larger, for example up to 20%. The capsule 9 and the associated lid 10 and the connection between these two elements are designed so that the capsule is not damaged. In order to calculate the shrinkage behavior, the capsule shows 9 for example, a simple geometry and is thin-walled.

Nach dem HIP-Vorgang werden dann die Kapsel 9 und das im HIP-Verfahren beispielsweise als Block hergestellte Ausgangsmaterial voneinander getrennt, sodass dieses dann in geeigneter Weise weiter verarbeitet werden kann.After the HIP process then the capsule 9 and this in the HIP process, for example as a block produced starting material separated from each other, so that it can then be processed in a suitable manner.

Die Kapsel 9 und deren Deckel 10 erfüllen bei dem HIP-Verfahren mehrere Funktionen, und zwar als geschlossener Raum bei der Evakuierung zur Reduzierung der offenen Porosität im pulverförmigen Ausgangsmaterial, zur Übertragung des hydrostatischen Druckes während des eigentlichen HIP-Vorgangs sowie auch der Formgebung des mit dem Verfahren erhaltenden Endproduktes.The capsule 9 and their lids 10 perform several functions in the HIP process, namely as a closed space during evacuation to reduce the open porosity in the powdery starting material, to transmit the hydrostatic pressure during the actual HIP process and also to shape the end product obtained with the process.

Die 3 zeigt in verschiedenen Positionen a – d eine Möglichkeit einer Weiterverarbeitung des mit dem HIP-Verfahrens erhaltenen Endproduktes 13. Dieses ist in der 3 als Block dargestellt (Position a). Mit einer geeigneten Walzvorrichtung 14 wird das Produkt 13 dann zu einer Folie 15 geformt (Position b), die dann anschließend für die weitere Verwendung aufgewickelt wird (Position c). In der Position d ist nochmals angedeutet, dass die Folie 15 bzw. entsprechende Zuschnitte dieser Folie mit Hilfe beispielsweise der DCB-Technik oder mit Hilfe eines anderen, geeigneten Verfahrens auf der Keramikschicht 5 zur Bildung der Metallisierungen 6 und 7 aufgebracht werden können, wobei die Metallisierung 6 in weiteren, in der 3 nicht angegebenen Verfahrensschritten strukturiert wird.The 3 shows in different positions a - d a possibility of further processing of the end product obtained with the HIP process 13 , This is in the 3 shown as a block (position a). With a suitable rolling device 14 becomes the product 13 then to a slide 15 molded (position b), which is then wound up for further use (position c). In position d it is again indicated that the film 15 or corresponding cuts of this film using, for example, DCB technology or using another suitable method on the ceramic layer 5 to form the metallizations 6 and 7 can be applied, the metallization 6 in others, in the 3 not specified process steps is structured.

Die 4 und 5 zeigen eine weitere Möglichkeit für die Herstellung des Ausgangsmaterials, welches in der Metallmatrix die Nanofasern enthält. Bei diesem Verfahren werden Metall- oder Kupferfolien in einem geeigneten, die Nanofasern sowie auch das Metall, beispielsweise Kupfer enthaltenden Bad angeordnet ist, aus welchem dann elektrolytisch und/oder chemisch auf den Folienzuschnitten 16 Kupfer und Nanofasern abgeschieden werden.The 4 and 5 show a further possibility for the production of the starting material which contains the nanofibers in the metal matrix. In this method, metal or copper foils are arranged in a suitable bath containing the nanofibers and also the metal, for example copper, from which bath is then electrolytically and / or chemically cut onto the foils 16 Copper and nanofibers are deposited.

Das mit diesem Verfahren erhaltene Ausgangsmaterial wird dann beispielsweise unmittelbar als eine das Metall oder die Metalllegierung zusammen mit den Nanofasern enthaltene Schicht bei einer laminatartigen Ausbildung des erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffes verwendet, beispielsweise für die Metallisierungen 6 und 7 oder die Grundplatte 4 des Leistungsmoduls 1 der 1, oder aber das mit diesem Verfahren erhaltene, z.B. plattenförmige Ausgangsmaterial wird vor seiner Verwendung als Materialkomponente im Verbundwerkstoff einer weiteren Bearbeitung, beispielsweise einem Walzvorgang unterzogen.The starting material obtained with this method is then used, for example, directly as a layer containing the metal or the metal alloy together with the nanofibers in a laminate-like configuration of the composite material according to the invention, for example for the metallizations 6 and 7 or the base plate 4 of the power module 1 the 1 , or else the plate-like starting material obtained with this method is subjected to further processing, for example a rolling process, before being used as a material component in the composite material.

Abweichend von dem vorstehend Beschriebenen besteht bei dem Verfahren der 4 und 5 auch die Möglichkeit, in dem Bad 17 ein oder mehrere Preformen anzuordnen, die von einer dreidimensionalen Struktur, beispielsweise einem Netzwerk oder einer vliesartigen Struktur aus Nanofasern gebildet ist, sodass dann das Abscheiden von Kupfer und weiteren Nanofasern aus dem Bad 17 auf der jeweiligen Preform zur Bildung eines die Nanofasern und das Metall bzw. Kupfer enthaltenden Materials erfolgt. Die Nanofasern der Preform sind für ein besseres Verbinden mit dem Metall auch bei dieser Ausführungsform beispielsweise chemisch mit Reaktivelementen vorbehandelt, die die mechanische Anbindung zwischen der Nanofaser und dem Metall, beispielsweise Kupfer verbessern. Auch eine Beschichtung der Nanofasern mit dem Metall, beispielsweise durch Aufdampfen ist bei diesem Verfahren ebenfalls denkbar.In a departure from what has been described above, the method of 4 and 5 also the possibility in the bathroom 17 to arrange one or more preforms, which is formed by a three-dimensional structure, for example a network or a fleece-like structure made of nanofibers, so that copper and further nanofibers are then separated from the bath 17 on the respective preform to form a material containing the nanofibers and the metal or copper. In this embodiment, too, the nanofibers of the preform are pretreated, for example, chemically with reactive elements which improve the mechanical connection between the nanofiber and the metal, for example copper, for better bonding to the metal. A coating of the nanofibers with the metal, for example by vapor deposition, is also conceivable with this method.

Als Prefrom kann bei dem Verfahren der 4 und 5 auch die Keramikschicht 5 selbst verwendet werden, auf der dann aus dem Bad 17 das Metall (Kupfer) und die Nanofasern elektrolytisch und/oder chemisch abgeschieden werden. Hierfür wird die Keramikschicht 5 vorher zumindest an ihren Oberflächenseiten, auf denen dieses Co-Abscheiden von Nanofasern und Metall erfolgen soll, vorbehandelt, beispielsweise elektrisch leitend ausgeführt, und zwar beispielsweise durch Aufbringen einer dünnen Metall- oder Kupferschicht.As a pre-form in the process of 4 and 5 also the ceramic layer 5 even used on the then from the bathroom 17 the metal (copper) and the nanofibers are deposited electrolytically and / or chemically. For this the ceramic layer 5 previously pretreated, at least on its surface sides on which this co-deposition of nanofibers and metal is to take place, for example carried out in an electrically conductive manner, for example by applying a thin metal or copper layer.

Die 6 und 7 zeigen als weitere mögliche Ausführungsform ein Verfahren, bei dem an Preformen 18, die aus miteinander verhakten Fasern gebildet sind, aus einem Bad 19, welches Kupfer, bzw. Kupfersalze enthält, Kupfer elektrolytisch und/oder chemisch abgeschieden wird. Das erhaltene Produkt kann dann als Ausgangsmaterial einer weiteren Verarbeitung zugeführt werden. Weiterhin besteht insbesondere bei dieser Ausführung auch die Möglichkeit Nanofasern oder mit Kupfer beschichtete Nanofasern aus dem erhaltenen Werkstoff herausstehen zu lassen, sodass sich ein Schmutz abweisender Lotuseffekt ergibt und/oder Benetzungseffekte des Materials steuerbar sind.The 6 and 7 show as a further possible embodiment a method in which on preforms 18 made of interlocking fibers from a bath 19 , which contains copper or copper salts, copper is electrolytically and / or chemically deposited. The product obtained can then be used as a starting material for further processing. Furthermore, in this embodiment in particular there is also the possibility of having nanofibers or nanofibers coated with copper protrude from the material obtained, so that a dirt-repellent lotus effect results and / or wetting effects of the material can be controlled.

Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche weitere Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrunde liegende Erfindungsgedanke verlassen wird.The The invention has been described above using exemplary embodiments. It is understood that numerous other changes as well as modifications possible without the inventive idea underlying the invention is left.

So ist es beispielsweise bei dem Leistungsmodul 1 der 1 auch möglich, nur die Grundplatte 4 und/oder nur eine der Metallisierungen 6 bzw. 7 aus dem die Nanofasern enthaltenen Material zu fertigen. Weiterhin ist es auch möglich, Nanofasern in der Keramikschicht 5 vorzusehen um so z. B. die thermische Leitfähigkeit dieser Keramikschicht zu erhöhen.This is the case with the power module, for example 1 the 1 also possible, only the base plate 4 and / or only one of the metallizations 6 respectively. 7 to manufacture from the material containing the nanofibers. Wei it is also possible to use nanofibers in the ceramic layer 5 to provide z. B. to increase the thermal conductivity of this ceramic layer.

11
Leistungsmodulpower module
22
Kupfer-Keramik-SubstratCopper-ceramic substrate
33
Leistungsbauelementpower device
44
Grundplattebaseplate
55
Keramikschichtceramic layer
6, 76 7
Metallisierungmetallization
88th
Mischungmixture
99
Kapselcapsule
1010
Deckelcover
1111
Deckelanschlusscover connection
1212
Kammerchamber
1313
Ausgangsprodukt aus Metall Matrix mit Nanofasernstarting product made of metal matrix with nanofibers
1414
Walzeinrichtungrolling device
1515
Foliefoil
1616
Starterfoliestarter film
1717
Bad zur Co-Abscheidung von Nanofasern und Kupferbath for the co-deposition of nanofibers and copper
1818
Preformpreform
1919
Bad zum Abscheiden von Kupferbath for the deposition of copper

Claims (32)

Verbundwerkstoff, insbesondere für Anwendungen in der Elektrotechnik, mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der in wenigstens zwei senkrecht zueinander verlaufenden Raumachsen kleiner als 12 × 10–6K–1 ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff als Hauptkomponenten enthält: wenigstens ein Metall oder eine Metalllegierung, wenigstens eine Keramik und/oder ein Glas sowie Nanofasern mit einer Dicke im Bereich von etwa 1,3 nm bis 300 nm, deren Längen/Dicken-Verhältnis Großteils > 10 ist.Composite material, in particular for applications in electrical engineering, with a coefficient of thermal expansion which is smaller than 12 × 10 −6 K −1 in at least two perpendicular spatial axes, characterized in that the composite material contains as main components: at least one metal or a metal alloy , at least one ceramic and / or a glass and also nanofibers with a thickness in the range from approximately 1.3 nm to 300 nm, the length / thickness ratio of which is largely> 10. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Leitfähigkeit des Verbundwerkstoffs zumindest in einem Teilbereich größer ist als diejenige des Metalls oder der Metalllegierung.Composite material according to claim 1, characterized in that thermal conductivity of the composite material is larger at least in a partial area than that of the metal or metal alloy. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Leitfähigkeit des Verbundwerkstoffs zumindest in einem Teilbereich größer ist als diejenige von Kupfer.Composite material according to claim 1 or 2, characterized characterized that the thermal conductivity of the composite is larger than that of copper at least in a partial area. die Nanofasern hinsichtlich ihrer Orientierung zumindest in den wenigstens zwei Raumachsen isotrop oder annähernd isotrop verteilt sind.at least the orientation of the nanofibers isotropic or approximately isotropic in the at least two spatial axes are distributed. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanofasern zumindest teilweise Nanotubes sind.Composite material according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the nanofibers are at least partially nanotubes are. Verbundwerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanofasern aus einem elektrisch leitenden Material bestehen.Composite material according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the nanofibers consist of an electrically conductive Material. Verbundwerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung von Nanofasern aus Kohlenstoff und/oder Bornitrid und/oder Wolframkarbid.Composite material according to one of the preceding claims, characterized through the use of carbon and / or boron nitride nanofibers and / or tungsten carbide. Verbundwerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Keramik eine solche aus Aluminiumnitrid und/oder Aluminiumoxid und/oder eine Siliziumnitrid ist.Composite material according to one of the preceding claims, characterized in that the ceramic is made of aluminum nitride and / or Alumina and / or a silicon nitride. Verbundwerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall Kupfer oder eine Kupferlegierung ist.Composite material according to one of the preceding claims, characterized characterized that the metal is copper or a copper alloy is. Verbundwerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall Aluminium oder eine Aluminiumlegierung ist.Composite material according to one of the preceding claims, characterized characterized that the metal is aluminum or an aluminum alloy is. Verbundwerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanofasern in einer von dem wenigstens einem Metall oder der wenigstens einen Metalllegierung gebildeten Matrix vorgesehen sind.Composite material according to one of the preceding claims, characterized in that the Na no fibers are provided in a matrix formed by the at least one metal or the at least one metal alloy. Verbundwerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanofasern in der Keramik und/oder in dem Glas vorgesehen sind.Composite material according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the nanofibers in the ceramic and / or in the Glass are provided. Verbundwerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Keramikpartikel und Nanofasern in der von dem wenigstens einem Metall oder der wenigstens einen Metalllegierung gebildeten Matrix vorgesehen sind.Composite material according to one of the preceding claims, characterized characterized in that ceramic particles and nanofibers in the by the at least one metal or the at least one metal alloy formed matrix are provided. Verbundwerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanofasern mit einem Anteil von etwa 10 – 70 Volumen%, vorzugsweise von 40 – 70 Volumen% in der Matrix aus dem wenigsten einen Metall oder der Metalllegierung enthalten sind.Composite material according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the nanofibers with a share of about 10 - 70 volume%, preferably from 40-70 Volume% in the matrix from the least one metal or metal alloy are included. Verbundwerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Preform (18) aus den Nanofasern, in die das wenigstens eine Metall oder die wenigstens eine Metalllegierung durch Schmelzinfiltration oder eingebracht ist.Composite material according to one of the preceding claims, characterized by a preform ( 18 ) from the nanofibers into which the at least one metal or the at least one metal alloy is introduced by melt infiltration or. Verbundwerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix aus dem wenigstens einem Metall oder der wenigstens einen Metalllegierung mit den Nanofasern durch ein HIP-Verfahren erzeugt ist.Composite material according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the matrix from the at least one metal or the at least one metal alloy with the nanofibers through one HIP process is generated. Verbundwerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix aus dem wenigstens einem Metall oder der wenigstens einen Metalllegierung und den Nanofasern durch elektrolytische und/oder chemische Abscheidung des Metalls oder der Metalllegierung auf den Nanofasern oder einer Preform (18) aus den Nanofasern erzeugt ist.Composite material according to one of the preceding claims, characterized in that the matrix of the at least one metal or the at least one metal alloy and the nanofibers by electrolytic and / or chemical deposition of the metal or the metal alloy on the nanofibers or a preform ( 18 ) is generated from the nanofibers. Verbundwerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix aus dem wenigstens einem Metall oder der wenigstens einen Metalllegierung und den Nanofasern durch elektrolytische und/oder chemische Abscheidung des Metalls oder der Metalllegierung und der Nanofasern auf einer Preform (16) aus Metall oder einer Metallegierung oder aus Keramik erzeugt ist.Composite material according to one of the preceding claims, characterized in that the matrix of the at least one metal or the at least one metal alloy and the nanofibers by electrolytic and / or chemical deposition of the metal or the metal alloy and the nanofibers on a preform ( 16 ) is made of metal or a metal alloy or ceramic. Verbundwerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch seine Ausbildung als Laminat mit wenigstens zwei dieses Laminats bildenden, miteinander verbundenen Materialabschnitten oder Schichten (4, 5, 6, 7).Composite material according to one of the preceding claims, characterized by its formation as a laminate with at least two interconnected material sections or layers forming this laminate ( 4 . 5 . 6 . 7 ). Verbundwerkstoff nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Materialabschnitt ein solcher aus Keramik, beispielsweise eine Keramikschicht (5), und wenigstens ein weiterer Materialabschnitt (4, 6, 7) ein solcher aus dem wenigstens einem Metall oder der wenigstens einen Metalllegierung ist.Composite material according to claim 19, characterized in that at least one material section is made of ceramic, for example a ceramic layer ( 5 ), and at least one further section of material ( 4 . 6 . 7 ) is one of the at least one metal or the at least one metal alloy. Verbundwerkstoff nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Materialabschnitt (5) aus Keramik die Nanofasern enthält.Composite material according to claim 20, characterized in that the at least one material section ( 5 ) made of ceramic that contains nanofibers. Verbundwerkstoff nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Materialabschnitt (4, 6, 7) aus dem wenigstens einem Metall oder der wenigstens einen Metalllegierung die Nanofasern enthält.Composite material according to claim 20 or 21, characterized in that the at least one material section ( 4 . 6 . 7 ) from the at least one metal or the at least one metal alloy containing the nanofibers. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 19 – 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialabschnitte (4, 5, 6, 7) durch Löten, beispielsweise durch Aktivlöten miteinander verbunden sind.Composite material according to one of claims 19 - 22, characterized in that the material sections ( 4 . 5 . 6 . 7 ) are connected to one another by soldering, for example by active soldering. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 19 – 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialabschnitte (4, 5, 6, 7) durch Direct-Bonding, vorzugsweise durch DCB-Bonding miteinander verbunden sind.Composite material according to one of claims 19 - 23, characterized in that the material sections ( 4 . 5 . 6 . 7 ) are connected to one another by direct bonding, preferably by DCB bonding. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 19 – 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialabschnitte (4, 5, 6, 7) durch Kleben miteinander verbunden sind.Composite material according to one of claims 19 - 24, characterized in that the material sections ( 4 . 5 . 6 . 7 ) are connected by gluing. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 19 – 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialabschnitt (4, 7) aus dem wenigstens einen Metall oder der wenigstens einen Metallegierung mehrteilig oder mehrlagig ausgebildet ist.Composite material according to one of claims 19 - 25, characterized in that the material section ( 4 . 7 ) made of the at least one metal or the at least one metal alloy in multiple parts or multiple layers. Verbundwerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch seine Ausbildung als Keramik-Metall-Substrat oder als Leiterplatte mit wenigstens einer von der Keramik gebildeten Isolierschicht (5) und mit wenigstens einer von dem Metall oder der Metalllegierung gebildeten Metallisierung oder Metallschicht (6, 7) an wenigstens einer Oberflächenseite der Keramikschicht, wobei das Metall oder die Metalllegierung und/oder die Keramik die Nanofasern enthält.Composite material according to one of the preceding claims, characterized by its design as a ceramic-metal substrate or as a printed circuit board with at least one insulating layer (ceramic) 5 ) and with at least one metallization or metal layer formed by the metal or the metal alloy ( 6 . 7 ) on at least one surface side of the ceramic layer, the metal or the metal alloy and / or the ceramic containing the nanofibers. Verbundwerkstoff nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die - Metallisierung (6) an wenigstens einer Oberflächenseite der Keramikschicht (S) Leiterbahnen und/oder Kontaktflächen und/oder Befestigungsflächen bildet.Composite material according to claim 27, characterized in that the - metallization ( 6 ) forms conductor tracks and / or contact surfaces and / or fastening surfaces on at least one surface side of the ceramic layer (S). Verbundwerkstoff nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht (6) zur Bildung von der Leiterbahnen und/oder Kontaktflächen und/oder Befestigungsflächen strukturiert ist.Composite material according to claim 28, characterized in that the metal layer ( 6 ) is structured to form the conductor tracks and / or contact surfaces and / or fastening surfaces. Verbundwerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Metalllisierung oder Metallschicht (7) mit einem weiteren Element (4) aus Metall oder der Metalllegierung verbunden ist, und daß das weitere Element die Nanofasern enthält.Composite material according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one metallization or metal layer ( 7 ) with another element ( 4 ) is connected from metal or the metal alloy, and that the further element contains the nanofibers. Verbundwerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch seine Ausbildung als Bauteil zur Wärmeableitung , Wärmesenke oder als Gehäuse oder als Teil (4) eines Gehäuses.Composite material according to one of the preceding claims, characterized by its design as a component for heat dissipation, heat sink or as a housing or as part ( 4 ) of a housing. Elektrischer Schaltkreis oder elektrisches Modul mit wenigstens einem Substrat (2, 4) und mit wenigstens einem elektrischen Bauelement (3), dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2, 4) zumindest teilweise aus einem Verbundwerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche besteht.Electrical circuit or electrical module with at least one substrate ( 2 . 4 ) and with at least one electrical component ( 3 ), characterized in that the substrate ( 2 . 4 ) consists at least partially of a composite material according to one of the preceding claims.
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