冷却装置和用于生产冷却装置的方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于冷却功率电子器件(7)的冷却装置(1)。所述冷却装置(1)包括散热冷却板(2)，在所述散热冷却板(2)上固定有具有用于固定和接触所述功率电子器件(7)的多个导体(6)的接触表面(5)。此处，所述接触表面(5)与所述散热冷却板(2)电绝缘。根据本发明专利技术，在所述散热冷却板(2)和所述接触表面(5)之间布置有至少一个有机中间层(3)，其以牢固结合方式固定到所述散热冷却板(2)。

Cooling device and method for producing cooling device

The present invention relates to a cooling device (1) for cooling power electronic devices (7). The cooling device (1) comprises a cooling plate (2), on which a contact surface (5) of a plurality of conductors (6) for fixing and contacting the power electronic device (7) is fixed. Here, the contact surface (5) and the cooling plate (2) are electrically insulated. According to the invention, at least one organic intermediate layer (3) is arranged between the heat dissipation cooling plate (2) and the contact surface (5), which is fixed to the heat dissipation cooling plate (2) in a firmly bonded manner.

【技术实现步骤摘要】
冷却装置和用于生产冷却装置的方法
本专利技术涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于冷却功率电子器件的冷却装置。本专利技术还涉及一种用于生产冷却装置的方法。
技术介绍
功率电子器件通常布置在Al2O3陶瓷导体支撑件上，该支撑件在两侧涂有铜-所谓的DCB基板(直接铜键合导体支撑件)并且将其焊接在顶侧。在功率电子器件的功能检查之后，DCB基板通过低于450℃的焊接方法连接到底侧的铜板。由功率电子器件在DCB基板中产生的热量可以通过铜板消散，并且功率电子器件以这种方式冷却。由于成本和重量的原因，铜板越来越多地被铝板或铝合金板取代。然而，由于铝板上的氧化层，涂有铜的DCB基板和铝板之间的焊接方法不容易实现。现有技术中已知一些解决上述问题的方案。相应地，通过已知的焊接方法将受控气氛中的镍板和随后的DCB基板焊接到例如铝板上。不利的是，镍板具有比铝板低的导热率，并且焊接在镍板上需要额外的花费。此外，还例如通过使用Al-Si焊料在约600℃下钎焊的方法，尝试将DCB基板钎焊到铝板上。然而，高的工艺温度在冷却期间导致了DCB板中的内部应力和损坏。将DCB基板焊接到铝板上也只在高的工艺温度和对小的几何形状-例如触点可行。因此，这些方法都不能带来对所述问题的满意解决方案。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种克服了上述缺点的冷却装置和用于生产冷却装置的方法。根据本专利技术，该目的通过独立权利要求的主题解决。有利的实施例是从属权利要求的主题。本专利技术基于用替代的接合方法取代在用于冷却功率电子器件的冷却装置的生产方法期间的焊接和钎焊方法的整体思想。这种情况下的通用冷却装置包括散热冷却板，在该散热冷却板上固定有具有用于固定和接触功率电子器件的多个导体的接触表面。这里，接触表面与散热冷却板电绝缘。根据本专利技术，在散热冷却板和接触表面之间设置有至少一个有机中间层，其以牢固结合方式固定到散热冷却板上。这种情况下的散热冷却板可以由铜或铝或铝合金或铝塑复合材料构成。散热冷却板具有高导热性，从而功率电子器件中产生的热量可以通过散热冷却板消散。接触表面可以由铜构成，并且包括多个导体，功率电子器件以导电方式(例如通过低于450℃的焊接方法)固定在所述多个导体上。这里，功率电子器件可以包括多个电子单元-诸如晶体管、换能器或电容器-以这种方式电互连。实际上，冷却板与接触表面电绝缘，从而避免了功率电子器件和通常导电的冷却板之间的漏电。根据本专利技术，至少一个有机中间层以牢固结合方式固定到冷却板上。在这种情况下，冷却板和有机中间层之间的牢固结合连接是由原子力或分子力产生的，并且在不破坏有机中间层的情况下是不可断开的。有机中间层可以例如通过涂层方法涂覆到冷却板上，或者利用供热以牢固结合方式以薄膜的形式固定到冷却板上。在有机中间层上，可以固定冷却装置的其他部件，其中有机中间层具有低的工艺温度，因此冷却装置可以在较低的工艺温度下生产。因此，特别有利地避免了冷却装置的其他部件中的内部应力。除此之外，由于有机中间层，冷却装置的生产期间的生产步骤的数量减少，于是实现了成本和时间优势。在根据本专利技术的冷却装置的尤其有利的进一步扩展中，限定了有机中间层是粘合层，并且冷却装置包括固定到粘合层的陶瓷板。这里，接触表面以牢固结合方式固定到陶瓷板上，并通过陶瓷板与散热冷却板电绝缘。有利地，将陶瓷板固定在粘合层上可以在低于250℃的工艺温度下进行，于是有利地避免了陶瓷板和接触表面中的内部应力。另外，不再需要传统上必需的生产步骤，于是减小了生产花费和制造成本。陶瓷板例如可以是Al2O3陶瓷板，其上接触表面以牢固结合方式固定。接触表面例如可以是由厚铜膜通过冲压方法制成的导体支撑件-所谓的引线框架-具有多个导体，其通过结合方法或通过接合方法固定到陶瓷板上。或者，陶瓷板可以以已知的所谓DCB基板的生产方法用铜接触表面进行还原，从而减小了花费并节省了成本。与在两侧涂有铜的传统陶瓷板(DCB基板)相比，这里可以减少材料并因此减小生产成本。或者，陶瓷板可具有背离接触表面的铜层。这种具有铜层和接触表面的陶瓷板对应于在两侧涂有铜的传统陶瓷板--DCB基板-并且在市场上可以低成本地获得。陶瓷导体支撑件实际上利用铜层固定在有粘合层上，使得接触表面通过陶瓷板与铜层和散热冷却板电绝缘。在根据本专利技术的冷却装置的替代进一步扩展中，有利地限定了有机中间层是绝缘层，并且接触表面通过绝缘层与散热冷却板电绝缘。接触表面然后可以直接固定到绝缘层上，于是不再需要附加层-尤其是陶瓷板-并且冷却装置可以以更紧凑的方式构造。此外，可以减少生产冷却装置时的生产步骤的数量，于是实现了大量的成本和时间优势。为了使得能够更快地消散功率电子器件中产生的热量，有利地散热冷却板和/或绝缘层具有三维结构。在根据本专利技术的解决方案的进一步扩展中，优选地限定了绝缘层包括聚对二甲苯或由聚对二甲苯构成。聚对二甲苯的介电强度高达5000伏特，并且表面电阻约为1015欧姆，层厚度为50微米。由于聚对二甲苯的绝缘层，接触表面可以与散热且通常导电的冷却板电绝缘，并且因此避免了漏电。聚对二甲苯在高达350℃时也稳定并具有相对高的导热率。因此，功率电子器件中产生的热量可以通过聚对二甲苯的绝缘层消散到冷却板，并且即使在功率电子器件中产生高热量，聚对二甲苯的绝缘层也保持稳定。此外，聚对二甲苯具有低的热膨胀，从而可以避免绝缘层和接触表面中的内部应力。有利地限定，接触表面优选通过湿涂法或物理气相沉积固定到绝缘层上。相应地，接触表面可以例如通过印制方法涂覆到绝缘层上。有利地，接触表面在单独制造步骤中以这种方式生产并固定到绝缘层，于是减小了生产成本和生产花费。或者，接触表面可以是导体支撑件，其使用有机粘合涂层固定到绝缘层。导体支撑件-所谓的引线框架-可以例如通过冲压方法由厚铜膜制成。有利地，较大的电流可以流过引线框架，从而一同减少功率电子器件中的热量产生。此外有利的是，在接触表面上优选通过焊接方法固定至少一个电子单元。电子单元-例如晶体管、换能器或电容器-可以通过接触表面的导体电互连到其他电子单元。以这种方式，大致产生了所谓的SMD部件(表面安装装置)。为了保护至少一个电子单元，冷却装置可以包括保护涂层，该保护涂层保护至少一个电子单元免受机械损坏和外部影响。优选地，保护涂层由具有耐化学性和电绝缘性的聚对二甲苯构成。可选地或另外地，保护涂层也可以布置在中间层上或接触表面上，并且保护其免受机械损坏和外部影响。在根据本专利技术的冷却装置中，接触表面大面积固定到冷却板上以减少花费。根据本专利技术的冷却装置使得能够有效地消散功率电子器件中产生的热量，并且可以以更紧凑、更节省成本和更快速的方式生产。本专利技术还涉及一种用于生产上述冷却装置的方法。在根据本专利技术的方法中，将有机中间层涂覆到散热冷却板上，随后将具有用于固定和接触功率电子器件的多个导体的接触表面固定到散热冷却板。这里，有机中间层可以例如通过涂层方法涂覆到冷却板上，或者通过供热以薄膜形式以牢固结合方式固定到冷却板上。另外，冷却装置的其他部件-尤其是接触表面-随后可以固定到有机中间层上。有机中间层可以在低的工艺温度下固定到冷却叶片上，因此冷却装置在低的工艺温度下生产。以这种方式，可以有利地避免冷却装置的其他部件中的内部应力。有利地限定，有机中间层以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于冷却功率电子器件(7)的冷却装置(1)，‑其中所述冷却装置(1)包括散热冷却板(2)，‑其中在所述散热冷却板(2)上固定有具有用于固定和接触所述功率电子器件(7)的多个导体(6)的接触表面(5)，并且‑其中所述接触表面(5)与所述散热冷却板(2)电绝缘，其特征在于，在所述散热冷却板(2)和所述接触表面(5)之间布置有至少一个有机中间层(3)，其以牢固结合方式固定到所述散热冷却板(2)。

【技术特征摘要】
2017.08.16 DE 102017214267.71.一种用于冷却功率电子器件(7)的冷却装置(1)，-其中所述冷却装置(1)包括散热冷却板(2)，-其中在所述散热冷却板(2)上固定有具有用于固定和接触所述功率电子器件(7)的多个导体(6)的接触表面(5)，并且-其中所述接触表面(5)与所述散热冷却板(2)电绝缘，其特征在于，在所述散热冷却板(2)和所述接触表面(5)之间布置有至少一个有机中间层(3)，其以牢固结合方式固定到所述散热冷却板(2)。2.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于-所述有机中间层(3)是粘合层(3a)，-所述冷却装置(1)包括固定到所述粘合层(3a)的陶瓷板(4)，其中所述接触表面(5)以牢固结合方式固定到所述陶瓷板(4)，并且通过所述陶瓷板(4)与所述散热冷却板(2)电绝缘。3.根据权利要求2所述的冷却装置，其特征在于，所述陶瓷板(4)包括背离所述接触表面(5)的铜层(8)，其中具有所述铜层(8)的所述陶瓷板(4)固定到所述粘合层(3a)。4.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，-所述有机中间层(3)是绝缘层(3b)，并且-所述接触表面(5)通过所述绝缘层(3b)与所述散热冷却板(2)电绝缘。5.根据权利要求4所述的冷却装置，其特征在于，所述绝缘层(3b)包括聚对二甲苯。6.根据权利要求4或5所述的冷却装置，其特征在于，-所述接触表面(5)优选通过湿涂法或物理气相沉积固定到所述绝缘层(3b)，或者-所述接触表面(5)是导体支撑件(11)，其经由有机粘合涂层(12)固定到所述绝缘层(3b)。7.根据权利要求4至6中任一项所述的冷却装置，其特征在于，所述散热冷却板(2)和/或所述绝缘层(3b)具有三维结构。8.根据前述权利要求中任一项所述的冷却装置，其特征在于，在所述接触表面(5)上，优选通过焊接方法固定至少一个电子单元(9)。9.根据前述权利要求中任一项所述的冷却装置，其特征在于，所述冷却装置(1)包括保护涂层(10)。10.根据权利要求1至9中任一项所述的冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：贝恩德·格吕嫩瓦尔德，奥利弗·芒贝，马蒂亚斯·蒂尔佩，
申请(专利权)人：马勒国际有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE