本发明专利技术涉及具有基板(18)和增加散热器的表面积的冷却结构体(19)的散热器。散热器可作为电子组件的配套用以冷却电子部件，所述电子组件也被要求保护。此外，本发明专利技术的主题是用增材制造工艺制造散热器的方法，其中在基板(18)上以增材方式产生冷却结构体(19)。根据本发明专利技术规定，基板具有陶瓷相(38)和金属相(39)，由此形成金属陶瓷复合材料、特别是由AlSiC制成的金属基质复合材料。冷却结构体(19)有利地通过纯金属连接部(31)与基板的金属相(39)连接。这有利地实现了两个结构单元之间良好的机械连接以及过渡部(31)中的良好的导热性。如果要将散热器与电子组件的陶瓷电路载体或作为电子元器件的功率半导体连接，则陶瓷相(38)有利地能够实现对散热器的热膨胀系数的调整。在增材制造工艺中，冷却结构体(19)可通过增材制造直接在基板(18)上制造。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于电子部件的散热器、具有这种散热器的电子组件和制造这种散热器的方法本专利技术涉及具有基板的散热器，该基板具有用于电子部件的安装面，其中所述基板与增加散热器的表面积的冷却结构体连接。此外，本专利技术涉及电子组件，该电子组件具有电路载体，在该电路载体上安装有至少一个电子部件，并且具有散热器。最后，本专利技术涉及用增材制造工艺制造散热器的方法，其中在基板上以增材方式产生冷却结构体，其中基板是散热器的一部分。已知电子组件必须被冷却。在电力电子模块的情况下，例如在作为衬底的陶瓷板上构造半导体芯片。可将散热器固定到该陶瓷衬底的背面，该散热器可单件式或多件式地构造。优选地，基板可例如通过钎焊附接至陶瓷衬底，其中基板可经由螺纹连接与另一散热器连接，以提高冷却性能。在此可涉及用于例如通过散热片进行空气冷却的被动式冷却器，或者具有用于冷却介质例如空气、水、水-乙二醇混合物或硅油的通道系统的主动式冷却器。为了改善散热器和基板之间的连接，可在这些部件之间设置热传递介质，例如导热膏。然而，导热膏的导热率通常比金属材料的导热率差2个数量级。由DE102015215570A1已知，可利用选择性激光熔化以增材方式来制造冷却器，其中使用基板以在其上构造冷却结构体。在此，该冷却结构体是具有冷却通道的被动式冷却结构体，每个冷却通道都通向烟道(狭缝)，并由此促进冷却空气的对流。散热器由金属材料制成，以确保良好的热传导。金属材料也可通过增材制造工艺例如激光熔化来有效地制造。在本申请的上下文中，增材制造工艺应理解为是指如下的方法，其中将待由其制造部件的材料在形成期间添加到该部件中。在此，部件已经以其最终形状或至少近似地以此形状产生。构造材料可例如是粉状或液态的，其中通过增材制造工艺以化学或物理方式固化用于制造部件的材料。增材制造的实例可提及选择性激光烧结(SLS，SelectiveLaserSintering)、选择性激光熔化(SLM，SlectiveLaserMelting)、电子束熔化(EBM，ElectronBeamMelting)、激光粉末沉积(LMD，LaserMetalDeposition)、冷气喷涂(GDCS，GasDynamicColdSpray)。这些方法特别适合于处理粉末形式的金属材料，用该金属材料可制造结构部件。在SLM、SLS和EBM中，部件分层地在粉末床中制造。因此，这些方法也称为基于粉末床的增材制造方法。在各自的情况下，在粉末床中都产生粉末的层，然后通过能量源(激光或电子束)在其中待形成部件的区域中将所述粉末的层局部熔化或烧结。因此，以分层的方式逐步地制造该部件，并且在完成后可将其从粉末床中取出。在LMD和GDCS的情况下，将粉末颗粒直接供应到待在其上施加材料的表面上。在LMD的情况下，粉末颗粒通过激光直接在表面上的入射位置中熔化，并在此形成待生产的部件的层。在GDCS的情况下，粉末颗粒被剧烈加速，使得它们主要由于其动能在同时变形的情况下而粘附在部件表面上。GDCS和SLS的共同特征是粉末颗粒在这些方法中不会完全熔化。在GDCS的情况下，熔化最多在粉末颗粒的边缘区域中进行，所述粉末颗粒由于明显的变形而可在其表面处熔化。在SLS的情况下，在选择烧结温度时，确保该温度低于粉末颗粒的熔化温度。相反，在SLM、EBM和LMD的情况下，有意地输入如此高的能量，使得粉末颗粒完全熔化。对于在陶瓷衬底上构造的功率电路，另一问题尤其在于，由于选择金属材料例如铝或铜，固定在陶瓷衬底背面上的冷却器具有比陶瓷衬底更高的热膨胀系数。因此，在操作期间，衬底和散热器之间存在热应力，这与组件的机械负荷相关联。本专利技术的目的是以如下的方式开发一种散热器或具有这种散热器的电子组件，使得一方面，在散热器和待冷却部件的加热过程中产生尽可能低的机械负荷，以及另一方面，允许从待冷却部件到散热器中的良好散热。根据本专利技术，该目的用开头提出的散热器通过如下方式来实现：基板由具有陶瓷相和金属相的金属-陶瓷复合材料构成，并且冷却结构体由金属或金属合金构成，其中在冷却结构体和基板的金属相之间形成纯金属连接部(Verbindung)。这种纯金属连接部可为焊接连接部、钎焊连接部或烧结连接部。由此有利地确保了可在基板和冷却结构体之间发生良好的热传递。当在安装间隙中提供例如导热膏时，这种热传递例如不会由于安装间隙而中断，并且也不会由于材料相关的相变而中断。焊接连接部的形成是特别有利的，因为基板的金属相与冷却结构体的材料形成一个相，并且因此在焊接连接部中不再存在任何相变。结果，热量可不受阻碍地从基板的金属相流入冷却结构体，因为相变会产生额外的热阻。在本申请的上下文中，相变应始终被理解为是指从一种材料到另一种材料的转变。材料内例如通过晶界的相变将不在本申请的上下文中进行讨论。根据本专利技术的一种设计中，金属连接部可通过金属接合助剂形成。特别是在钎焊连接部的情况下，常见的是，其中将钎焊材料作为金属接合助剂引入到待连接的部件之间的间隙中。由此使得基板的金属相和冷却结构体之间能够连接。当然，在散热器中，在基板的陶瓷相和冷却结构体之间也进行热传递，更确切地说只要陶瓷相与冷却结构体接触。但是，热传导的功能主要通过基板的金属相来实现。相比之下，在基板中提供陶瓷相的优点在于，基板就其膨胀系数而言与可安装在散热器的安装面上的陶瓷衬底相匹配。结果，可有利地减小在加热由散热器和待冷却部件组成的组件(例如具有陶瓷衬底的电力电子电路)的过程中的机械应力。同时，由于冷却结构体的金属连接，基板的金属相确保了良好的热传导，从而根据本专利技术的散热器兼具了在安装面处的与陶瓷相匹配的热膨胀特性和良好的冷却性能的优点。电子部件可例如由用于构造电力电子电路的陶瓷衬底组成。然而，也可有利地将电子元器件本身直接连接在散热器的安装面上。如果这些元器件是半导体元器件，则它们同样受益于在散热器的安装面处的热膨胀系数的匹配，因为它们同样具有比金属低的热膨胀系数。作为基板，尤其可使用金属-基质复合材料。在该复合材料中，金属形成基质，陶瓷颗粒嵌入基质中。于是，热传导有利地主要通过金属基质进行，从而有利地不必克服基板内的任何相界。作为金属-基质复合材料，可优选地使用由铝和碳化硅(AlSiC)组成的复合材料。制造通过如下方式进行：压实碳化硅粉末，然后用液态铝渗透该碳化硅粉末，液态铝然后渗入空隙中并如此形成无孔的复合材料。以此方式，当然也可由其他材料来制造金属-基质复合材料，使得可通过选择合适的粉末实现热膨胀系数与待冷却部件的良好匹配。在本专利技术的另一种设计中，基板的金属相和冷却结构体由相同的金属材料或具有相同的基础合金部分的金属合金组成。如已经阐明的那样，由此可有利地实现以下效果：在将冷却结构体与基板的金属相连接之后，在纯金属连接部中不再存在任何相变，从而确保在基板和冷却结构体之间的过渡部处的特别良好的热传导。为了获得该优点，在基板和冷却结构中不必使用相同的金属合金。反而，当它们具有相同的基础合金部分时就足够了，其中在本专利技术的上下文中，基础合金部分应理解为是指在合金中具有最大合金比例的金属合金的合金部分。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.具有基板(18)的散热器，所述基板(18)具有用于电子部件的安装面，其中所述基板(18)与增加散热器表面积的冷却结构体(19)连接，其特征在于，/n所述基板(18)由具有陶瓷相(38)和金属相(39)的金属-陶瓷复合材料组成，并且所述冷却结构体(19)由金属或金属合金组成，其中在冷却结构体(19)和基板(18)的金属相(39)之间形成纯金属连接部。/n
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171204 DE 102017221778.21.具有基板(18)的散热器，所述基板(18)具有用于电子部件的安装面，其中所述基板(18)与增加散热器表面积的冷却结构体(19)连接，其特征在于，
所述基板(18)由具有陶瓷相(38)和金属相(39)的金属-陶瓷复合材料组成，并且所述冷却结构体(19)由金属或金属合金组成，其中在冷却结构体(19)和基板(18)的金属相(39)之间形成纯金属连接部。
2.根据权利要求1所述的散热器，其特征在于，金属连接部由金属接合助剂(25)形成。
3.根据前述权利要求之一所述的散热器，其特征在于，所述基板的金属相(39)和所述冷却结构体(19)由相同的金属材料或由具有相同的基础合金部分的金属合金组成。
4.根据权利要求3所述的散热器，其特征在于，所述金属连接部由焊接连接部组成。
5.根据前述权利要求之一所述的散热器，其特征在于，所述基板(18)由金属-基质复合材料、特别是AlSiC构成。
6.根据前述权利要求之一所述的散热器，其特征在于，所述冷却结构体具有散热片(32)或散热结(30)。
7.根据前述权利要求之一所述的散热器，其特征在于，在所述冷却结构体中形成有用于冷却介质的通道(35)。
8.电子组件，其具有...
【专利技术属性】
技术研发人员：D雷兹尼克，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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