用于功率半导体的冷却装置及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及用于功率半导体的冷却装置及其制造方法，用于功率半导体的冷却装置包括：冷却器，其具有冷却路径，使得冷却介质在冷却器中流动；以及多层结构的辅助冷却板，其结合至冷却器的与所述功率半导体接触的表面。制造冷却装置的方法包括如下步骤：提供多层结构的辅助冷却板；提供冷却器，所述冷却器具有冷却路径使得冷却介质在冷却器中流动；以及将辅助冷却板结合至所述冷却器的与所述功率半导体接触的表面，其中，提供冷却器与结合辅助冷却板在相同的钎焊过程中一起进行，使得冷却器的制造与结合辅助冷却板同时进行。制造与结合辅助冷却板同时进行。制造与结合辅助冷却板同时进行。

【技术实现步骤摘要】
用于功率半导体的冷却装置及其制造方法
[0001]与相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2019年9月2日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2019-0108126号的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。


[0003]本专利技术涉及一种用于功率半导体的冷却装置和制造该冷却装置的方法。更具体地，本专利技术涉及一种用于功率半导体的铝冷却装置和制造该冷却装置的方法，该铝冷却装置结合有辅助冷却板。

技术介绍

[0004]电池安装在例如混合动力汽车或电动汽车之类的环保汽车中，以向发电机、驱动电机等供电。电池连接到功率半导体。功率半导体是指调节电压和电流并提高输入电压以减少施加到系统的电流，由此改善驱动电机性能的半导体。这种功率半导体用在逆变器等中，并且最近作为环保汽车的关键部件受到关注。
[0005]然而，环保汽车的逆变器的功率半导体在控制功率的同时产生大量的热量。由于能量效率与所产生的热量的量成比例地降低，因此需要冷却装置。换而言之，为了改善功率半导体的性能，在功率半导体中安装有冷却器。冷却器通过使冷却介质在其中流动来冷却功率半导体。
[0006]通常，冷却方法可以包括空气冷却方法或水冷却方法。但是，随着车辆所需的功率的量逐渐增加，所产生的热量的量也同样增加。当前，大多数冷却方法利用水冷却方法。为了提高效率，提出了应用双侧冷却方法的方法。
[0007]与单侧冷却方法相比，双侧冷却方法可以具有改善的冷却性能。但是，双侧冷却方法和单侧冷却方法在将热量从功率半导体传递到冷却器的性能方面没有区别。因此，可以应用辅助冷却板以改善从功率半导体到冷却器的热传递性能。
[0008]辅助冷却板可以具有两个金属层彼此组合的结构，并且可以包括具有优异的热传递能力的铜层和将板结合至铝冷却器的填料层。换而言之，铜层的功能是利用高热导率和潜热(latent heat)来改善散热性能，而填料层用于在钎焊中结合至铝冷却器。根据一个实施方案，填料层可以由铝制成。
[0009]当上述的两层结构的辅助冷却板与铝冷却器结合时，在铝冷却器与辅助冷却板之间的结合界面处发生铝冷却器侧的局部熔化和穿孔(puncture)。根据结合实验的结果，可能无法控制在各种钎焊温度和时间条件下发生熔化和穿孔的界面反应，因此可能无法获得良好的结合状态。
[0010]发生熔化和穿孔的原因如下：过程反应发生在大约548℃的温度下，该温度远低于铜和铝各自的熔点，并且当在铝冷却器和辅助冷却板之间进行钎焊结合操作中发生过程反应时，形成结合界面的铝冷却器侧熔化。
[0011]包括于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在加深对本专利技术的一般
技术介绍
的理解，而
不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

[0012]本专利技术致力于解决与相关技术相关的上述问题。本专利技术的目的是防止在将由铜层和填料层组成的两层结构的辅助冷却板钎焊焊接到铝冷却器时发生的界面反应。
[0013]通过本专利技术将要实现的技术目的不限于上述技术目的，并且本领域技术人员将从本专利技术的以下详细描述中清楚地理解上述未提及的其他技术目的。
[0014]根据本专利技术的一个方面，一种用于功率半导体的冷却装置包括：冷却器，其具有冷却路径，使得冷却介质在冷却器中流动；以及多层结构的辅助冷却板，其结合至所述冷却器的与所述功率半导体形成接触的表面。
[0015]所述冷却器可以由铝制成，所述辅助冷却板可以具有多层结构，所述多层结构包括：铜层；反应防止层，其设置在所述铜层上以防止铜层的铜成分与所述冷却器的铝成分之间的界面反应；以及填料层，其设置在所述反应防止层上以结合至所述铝冷却器。
[0016]根据本专利技术的另一个方面，一种制造用于功率半导体的冷却装置的方法，包括如下步骤：提供多层结构的辅助冷却板；提供冷却器，所述冷却器具有冷却路径使得冷却介质在冷却器中流动；以及将辅助冷却板结合至所述冷却器的与所述功率半导体形成接触的表面，其中，提供冷却器与结合辅助冷却板可以在相同的钎焊过程中一起进行，使得冷却器的制造与结合辅助冷却板可以同时进行。
[0017]所述提供冷却器可以通过铝钎焊过程进行，所述提供辅助冷却板可以包括如下步骤：提供铜层；形成反应防止层，所述反应防止层在所述铜层上以防止铜层的铜成分与所述冷却器的铝成分之间的界面反应；以及在所述反应防止层上形成填料层，所述填料层会结合至铝冷却器。
[0018]所述反应防止层可以由金属制成，该金属使得所述反应防止层的相异金属(dissimilar metal)成分彼此接触时的相变反应温度高于铜层的铜成分与铝冷却器的铝成分接触时的相变反应温度。
[0019]所述反应防止层的金属成分可以为钢或者镍(Ni)。
附图说明
[0020]在下文中，附图旨在帮助理解本专利技术，并且连同具体实施方式一起提供本专利技术的实施方案。然而，本专利技术的技术特征不限于特定附图，并且在各个附图中公开的特征彼此组合以构成新的实施方案。
[0021]图1A和图1B是示出根据相关技术的用于发热元件的空气冷却和水冷却类型的冷却方法的示意图；
[0022]图1C是示出根据相关技术的水冷却类型的双侧冷却方法的示意图；
[0023]图2是示出根据本专利技术的示例性实施方案的逆变器结构的示意图，在该逆变器结构中，功率半导体与结合有辅助冷却板的冷却装置组装在一起；
[0024]图3是示出根据本专利技术的示例性实施方案的包括用于功率半导体的冷却装置的逆变器的组装过程的流程图；
[0025]图4是示出根据本专利技术的示例性实施方案的三层结构的辅助冷却板的示意图。
具体实施方式
[0026]下面将参考附图对本专利技术的各种示例性实施方案进行具体描述。然而，本专利技术并不限于那些示例性实施方案。附图中相同的附图标记表示执行基本相同功能的构件。
[0027]通过以下描述可以自然地或更清楚地理解本专利技术的目的和效果，但是本专利技术的目的和效果不仅限于以下描述。此外，在本专利技术的描述中，如果确定与本专利技术相关的已知技术的详细描述可能不必要地使本专利技术的主题模糊，则将省略其详细描述。
[0028]图1A和图1B是示出根据相关技术的用于发热元件的空气冷却和水冷却类型的冷却方法的示意图。
[0029]根据图1A中所示的空气冷却类型的冷却方法，通过使用散热板110和风扇100使空气循环来冷却例如功率半导体的发热元件120。相反，根据图1B中所示的水冷却类型的冷却方法，在冷却器130中循环的冷却水吸收从例如功率半导体的发热元件120产生的热量，然后将热量释放至大气中，由此冷却发热元件120。
[0030]图1C是示出根据相关技术的水冷却类型的双侧冷却方法的示意图。图1B示出水冷却类型的单侧冷却方法。为了改善这样的单侧冷却方法的冷却效率，应用图1C的双侧冷却方法。参考图1C，双侧冷却方法是将冷却器130放置在例如功率半导体的发热元件120的两侧上的方法。例如，当应用使用铝冷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于功率半导体的冷却装置，包括：冷却器，其具有冷却路径，使得冷却介质在冷却器中流动；以及多层结构的辅助冷却板，其结合至所述冷却器的与所述功率半导体形成接触的表面。2.根据权利要求1所述的用于功率半导体的冷却装置，其中，所述冷却器由铝制成，所述辅助冷却板具有多层结构，所述多层结构包括：铜层；反应防止层，其设置在所述铜层上以防止铜层的铜成分与所述冷却器的铝成分之间的界面反应；以及填料层，其设置在所述反应防止层上以结合至铝冷却器。3.根据权利要求2所述的用于功率半导体的冷却装置，其中，所述反应防止层由金属制成，该金属使得所述反应防止层的相异金属成分彼此接触时的相变反应温度高于铜层的铜成分与铝冷却器的铝成分接触时的相变反应温度。4.根据权利要求3所述的用于功率半导体的冷却装置，其中，所述反应防止层的金属成分为钢。5.根据权利要求3所述的用于功率半导体的冷却装置，其中，所述反应防止层的金属成分为镍。6.一种制造用于功率半导体的冷却装置的方法，包括如...

【专利技术属性】
技术研发人员：金硕俊，
申请(专利权)人：起亚自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：