CN102950353B - 冷却装置和焊接设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于冷却待制造的大面积的焊接连接部的仍然为液态的焊料的冷却装置，该冷却装置包括：可抽真空的腔；布置在可抽真空的腔中的支架；以及布置在可抽真空的腔中的降温装置。可以将用作为测试体的平坦的铜板插入支架中，利用该铜板可以测试和检查冷却装置的作用方式。可以这样借助于降温装置对铜板进行冷却，即在上方的主表面上的温度不在矩形的表面部段中具有局部的最大值，该最大值与所涉及的表面部段的边缘间隔开，确切地说这样长，直到不在表面部段中存在有高于150℃的温度。如果焊料在150℃时充分地凝固，那么在焊接对应部件之间存在焊接完毕的焊接连接部。该冷却装置可以集成在焊接设备中。

Description

冷却装置和焊接设备

技术领域

本发明涉及一种冷却装置，该冷却装置可以在制造焊接连接部时例如用在焊接设备中。

背景技术

为了首先在大面积的焊接时获得理想的焊接结果，熔化的焊料必须和待连接的焊接对应部件共同冷却到焊料熔点之下，从而使其凝固并且焊接对应部件相互连接。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种用于冷却一个待制造的大面积的焊接连接部(Loetverbindung)的仍然为液态的焊料的冷却装置，以及一种焊接设备，利用它们可以实现高质量的焊接。

该目的通过一种冷却装置来实现，其中，所述冷却装置包括：可抽真空的腔；布置在所述可抽真空的腔中的支架；以及布置在所述可抽真空的腔中的降温装置，和其中可以这样控制降温装置，即配合准确地插入所述支架中的平坦的铜板在氮气大气环境下当所述可抽真空的腔中压力为1013.25hPa时被冷却，其中，所述铜板具有：-平坦的下方的主表面；-平坦的上方的主表面，所述上方的主表面沿垂直方向与所述下方的主表面隔开并且存在多个数量为N≥2的彼此相邻的、矩形的表面部段，所述表面部段具有分别至少为30mm×30mm的面积；-恒定的为5mm的厚度；以及-至少为220℃的均匀的初始温度，从而使得在所述上方的主表面上的温度不在所述表面部段中具有局部的最大值，所述最大值与所涉及的所述表面部段的边缘间隔开，确切地说间隔开这样长，直到不在所述表面部段中存在有至少200℃的最低冷却温度。该目的或通过一种焊接设备实现，其具有根据前述形成的冷却装置。

焊接例如被理解为在这个意义中的大面积的焊接，其中，功率半导体芯片、如IGBT，MOSFET或二极管焊接在金属化的陶瓷基底上，或者其中，金属化的陶瓷基底焊接在用于功率半导体模块的金属底板上。

用于冷却至少一个待制造的大面积的焊接连接部的仍然为液态的焊料的冷却装置包括：可抽真空的腔；布置在所述可抽真空的腔中的支架；以及布置在所述可抽真空的腔中的降温装置。

可以将用作为测试体的平坦的铜板插入支架中，利用该铜板可以测试和检查冷却装置的作用方式。铜板具有：平坦的下方的主表面；平坦的上方的主表面，该上方的主表面沿垂直方向与下方的主表面隔开；恒定的为5mm的厚度；以及至少为220℃的均匀的初始温度。在上方的主表面上可以固定数量为N≥2的两个彼此相邻的、矩形的表面部段，该表面部段具有分别至少为30mm×30mm的面积或者分别至少为50mm×50mm的面积。在此将铜板的彼此相对的、大面积的侧面视为上方的和下方的主表面。

这种配合准确地插入支架中的平坦的铜板现在可以在腔中借助于降温装置被冷却。在此，在腔中占主导地位的氮气大气环境在压力为1013.25hPa时用作为参考，用于在铜板上实现的冷却效果。然而这不意味着冷却工作原则上仅在压力为1013.25hPa时和氮气大气环境中才能进行。更确切地说，冷却工作可以完全或部分地也在任意其它压力时、例如在负压时进行，例如是一个绝对压力，该绝对压力例如可以处于从1hPa到1013.25hPa的范围中，和/或也部分地在超压时，即在高于1013.25hPa的绝对压力时。和这无关地，冷却可以在任意的大气环境下，例如在空气中或一种防止焊接对应部件氧化的保护气体大气环境下进行，例如是氮气大气环境(N2)、二氧化碳大气环境(CO2)、氢气大气环境(H2)或氮气氢气混合大气环境(N2H2)。

这样借助于降温装置对铜板进行冷却，即在上方的主表面上的温度不在矩形的表面部段中具有局部的最大值，该最大值与所涉及的表面部段的边缘间隔开，确切地说间隔开这样长，直到不在表面部段中存在有高于200℃或高于150℃的最低冷却温度。如果焊料在例如200℃时或在例如150℃时充分地凝固，那么在焊接对应部件之间存在焊接完毕的焊接连接部。

在实际的制造过程中，焊接对应部件之一可以作为最下方的焊接对应部件配合准确地插入支架中并且一个或多个其它的焊接对应部件放在它上面，其中，在分别待连接的焊接对应部件之间还安置了焊料。焊料例如可以是预成型的焊料薄片(“perform lot”)，或者是焊膏，其在一个或两个分别待连接的焊接对应部件中被涂覆在待与其它焊接对应部件连接的焊接面上。

替代将焊接对应部件之一作为最下方的配合准确地插入支架中，它也可以被放置在配合准确地插入支架中的支撑板上。这个焊接对应部件或其它焊接对应部件以如上述相同方式与焊接薄片或涂覆的焊膏一起放置在最下方的焊接对应部件上。在这个变体中也可以将多个具有两个或多个分别相互待连接的焊接对应部件的组以相同方式彼此相邻地安置在共同的支撑板上。支撑板在焊接过程结束之后不是焊接连接的组成部分。

所述的冷却装置例如可以是焊接设备的一部分，其中，焊料在冷却设备的可抽真空的腔中或者在单独的加热腔中被加热到超过其熔点，因此它可以熔化并且随后如上面说明地被冷却。在单独的加热腔的情况下可以在它和冷却装置的可抽真空的腔之间设置闸门(Schleuse)以及运输装置，利用该运输装置，被加热到超过所应用焊料的熔点的焊料由加热腔运输到冷却装置的可抽真空的腔中。

附图说明

下面根据实施例参考附图对本发明加以详细说明。图中示出：

图1A示出穿过装配有焊料的冷却装置的垂直截面图；

图1B示出在将焊料插入到冷却装置的支架中之后穿过根据图1A的冷却装置的垂直截面图；

图1C示出穿过根据图1A的冷却装置的垂直截面图，其中，焊料放置在插入到支架中的支撑板上；

图1D示出穿过根据图1A的冷却装置的垂直截面图，带有插入的铜板；

图2A示出被加热到220℃并且随后被冷却的铜板的上方的主表面的俯视图，并且示出在上方的主表面上的温度分布；

图2B示出根据图2A的铜板的上方的主表面的俯视图，带有多个在上方的主表面上示出的矩形的表面区域；

图3A示出降温装置的透视图，该降温装置包括设计为相同直径的管喷嘴的冷气喷嘴，该喷嘴布置在彼此等距地间隔开的、带有每列相同喷嘴数量的列中；

图3B示出降温装置的透视图，该降温装置包括设计为相同直径的管喷嘴的冷气喷嘴，该喷嘴布置在带有每列不同喷嘴数量的列中；

图3C示出降温装置的透视图，该降温装置包括设计为管喷嘴的冷气喷嘴，该喷嘴布置在列中，其中，相同列的管喷嘴具有相同的直径，而相邻列的管喷嘴具有不同的直径；

图3D示出降温装置的透视图，该降温装置包括设计为相同直径的管喷嘴的冷气喷嘴，该喷嘴布置在未彼此等距地间隔开的、带有每列相同喷嘴数量的列中；

图4A示出降温装置的透视图，该降温装置包括设计为相同直径的孔式喷嘴的冷气喷嘴，该喷嘴布置在彼此等距地间隔开的、带有每列相同喷嘴数量的列中；

图4B示出降温装置的透视图，该降温装置包括设计为相同直径的孔式喷嘴的冷气喷嘴，该喷嘴布置在带有每列不同喷嘴数量的列中；

图4C示出降温装置的透视图，该降温装置包括设计为孔式喷嘴的冷气喷嘴，该喷嘴布置在列中，其中，相同列的管喷嘴具有相同的直径，而相邻列的管喷嘴具有不同的直径；

图4D示出降温装置的透视图，该降温装置包括设计为相同直径的孔式喷嘴的冷气喷嘴，该喷嘴布置在未彼此等距地间隔开的、带有每列相同喷嘴数量的列中；

图5A示出降温装置的透视图，该降温装置包括设计为彼此等距地间隔开的、带有相同的隙缝宽度的隙缝式喷嘴的冷气喷嘴，该喷嘴彼此平行地布置；

图5B示出降温装置的透视图，该降温装置包括设计为彼此等距地间隔开的隙缝式喷嘴的冷气喷嘴，该喷嘴彼此平行地布置，其中，相邻的隙缝式喷嘴具有不同的隙缝长度；

图5C示出降温装置的透视图，该降温装置包括设计为彼此等距地间隔开的隙缝式喷嘴的冷气喷嘴，该喷嘴彼此平行地布置，其中，相邻的隙缝式喷嘴具有不同的隙缝宽度；

图5D示出降温装置的透视图，该降温装置包括设计为隙缝式喷嘴的冷气喷嘴，该喷嘴具有相同的隙缝宽度，该喷嘴未彼此等距地间隔开并且彼此平行地布置；

图6A示出降温装置的透视图，该降温装置包括设计为相同直径的管喷嘴的冷气喷嘴，该喷嘴布置在彼此等距地间隔开的、带有每列相同喷嘴数量的列中，其中，相邻的列的喷嘴提供了不同的冷气流；

图6B示出降温装置的透视图，该降温装置包括设计为相同直径的孔式喷嘴(Loechduesen)的冷气喷嘴，该喷嘴布置在彼此等距地间隔开的、带有每列相同喷嘴数量的列中，其中，相邻的列的喷嘴提供了不同的冷气流；

图6C示出降温装置的透视图，该降温装置包括设计为隙缝式喷嘴的冷气喷嘴，该喷嘴具有相同的隙缝宽度，该喷嘴彼此等距地间隔开并且彼此平行地布置，其中，相邻的隙缝式喷嘴提供了不同的冷气流；

图7A示出降温装置的透视图，该降温装置包括设计为相同的管喷嘴的冷气喷嘴，其中，冷气流在不同的时间接通；

图7B示出降温装置的透视图，该降温装置包括设计为相同的孔式喷嘴的冷气喷嘴，其中，冷气流在不同的时间接通；

图7C示出降温装置的透视图，该降温装置包括设计为相同的隙缝式喷嘴的冷气喷嘴，其中，冷气流在不同的时间接通；

图8示出降温装置的透视图，该降温装置包括设计为相同的管喷嘴的冷气喷嘴，其相对于支架并且进而是相对于焊料的间距是可变的；

图9A示出降温装置的透视图，该降温装置包括设计为相同的管喷嘴的冷气喷嘴，然而，该冷气喷嘴输出不同的冷气流；

图9B示出降温装置的透视图，该降温装置包括设计为相同的孔式喷嘴的冷气喷嘴，然而，该冷气喷嘴输出不同的冷气流；

图9C示出降温装置的透视图，该降温装置包括设计为相同的隙缝式喷嘴的冷气喷嘴，然而，该冷气喷嘴输出不同的冷气流；

图10示出穿过冷却装置的垂直截面图，该冷却装置与根据图1D的冷却装置的区别在于，即替代冷气喷嘴设置降温装置，以及布置在降温装置和支架之间的不均匀的热导体。

图11示出穿过冷却装置的垂直截面图，该冷却装置与根据图1D的冷却装置的区别在于，即替代冷气喷嘴设置降温装置，该降温装置包括多个彼此相邻布置的冷却元件，这些冷却元件可彼此独立地沿垂直方向运动。

图12示出穿过冷却装置的垂直截面图，该冷却装置与根据图11的冷却装置的区别在于，即可彼此独立地沿垂直方向运动的冷却元件可相互插入。

图13示出穿过具有冷却装置的焊接设备的垂直截面图，该焊接设备根据前述附图设计，并且该焊接设备还具有单独的加热腔，该加热腔通过闸门与可抽真空的腔耦合。

具体实施方式

图1A示意性地示出穿过冷却装置的横截面图。该冷却装置包括可抽真空的腔1，支架2位于该腔中。支架2用于容纳焊料(Loetgut)。

图1B示出根据图1A的冷却装置，具有第一焊接对应部件21，其配合准确地插入支架2中。在第一焊接对应部件21上布置有至少一个待与第一焊接对应部件21相连接的第二焊接对应部件22。替代直接将焊接对应部件插入支架2中的方式，也可以将支撑板4配合准确地插入支架2中，在其上放置了第一焊接对应部件21以及一个或多个布置在其上的第二焊接对应部件22，或者在较晚的时间点放置，这在结果中在图1C中示出。第一焊接对应部件21例如可以是完全-或部分金属的底板，用于功率半导体模块，第二焊接对应部件22例如可以是金属化的陶瓷基底。在完全-或部分金属的底板的情况下，其可以设计为铜板、铝板、金属基复合板(MMC)或设计为铝硅碳化物板(AlSiC)并且厚度在从2mm至10mm或者从3mm至5mm的范围中。第一焊接对应部件21同样例如可以是金属化的陶瓷基底并且第二焊接对应部件22例如可以是功率半导体芯片、例如IGBT、MOSFET或二极管。

在两个根据图1B和1C说明的变体中，在第一焊接对应部件21和每一个第二焊接对应部件22之间设有液态的焊料23，该焊料应该利用冷却装置被有针对性地冷却直到低于其熔点。焊料例如可以是Sn基的、SnAg基的、SnSb基的或者SnCu基的焊料。焊料23的熔点可以在例如从210℃到250℃的范围中。焊料23例如可以作为预成型的焊料薄片(“preformLot”)或作为焊膏安设在分别待连接的焊接对应部件21，22之间，并且随后被熔化。在焊料薄片的情况下，在分别待连接的焊接对应部件21，22之间插入焊料，在焊膏的情况下，其涂覆在第一或第二焊接对应部件21，22的一个或两个彼此面对的或彼此待连接的侧面上。涂覆例如可以借助于被遮掩的滤网(Siebes)或借助于模板(Schablone)实施。

在支架2下方设有作为降温装置的至少两个冷气喷嘴3，借助于该喷嘴，可以冷却焊料21,22,23。为了对液态的焊料进行冷却，激活该冷却源3，从而在焊料23中存在适合的温度分布，其确保了，即在每一个焊料23内，在冷却期间没有相对彼此移动的、导致形成缩孔(Lunkern)的凝固前沿(Erstarrungfronten)。为此这样实现冷却装置，即冷却装置在明确规定的、根据图1D配合准确地插入支架2中的平坦的铜板5的上方的主表面1t上可以引起特定的冷却效果，也就是说特定的温度轮廓。铜板5具有平坦的下方的主表面5b，以及平行于该下方的主表面5b且和它沿垂直方向v隔开的平坦的上方的主表面5t。此外，铜板5具有5mm的恒定的厚度。垂直的方向v平行于第一和第二主表面5t，5b的平面法线的方向延伸。

在冷却过程之前，插入支架2中的铜板5具有至少为220℃的均匀的初始温度。这意味着，即上侧面5t上的温度是恒定的并且至少为220℃。在激活至少两个冷气喷嘴3之后，铜板5缓慢地冷却。在此，在上方的主表面5t上产生了温度轮廓，如其在根据图2A的俯视图中示意性说明地那样。在该视图中出于简明性的原因未示出支架2和可抽真空的腔1。位于铜板5下方的冷气源3以虚线示出。在铜板5的上方的主表面5t上的温度分布根据对于温度T51，T52和T53的等温线示出，其中有效的是，即T51＜T52＜T53。

如进一步在图2B中示出地，可以在该上方的主表面5t上这样固定多个N≥2的彼此相邻的、矩形的表面部段51，即在上方的主表面1t上的温度不在表面部段51中具有局部的最大值，该最大值与所涉及的表面部段51的边缘52间隔开。在此，矩形的表面部段51具有分别至少为30mm×30mm的面积或者分别至少为50mm×50mm的面积并且理想地分别最高为500mm×500mm的面积。原则上，矩形的表面部段51的数量是任意的。表面部段51例如可以以矩阵形式布置在至少两列和至少两行中。

在进一步的冷却的过程中有效的条件是，在上方的主表面1t上的温度不在表面部段51中具有局部的最大值，该最大值与所涉及的表面部段51的边缘52隔开。该条件可以通过冷却装置这样长地保持，直到在表面部段51中不再存在高于200℃或高于150℃的温度。

如图2B同样示出地，矩形的表面部段51不仅可以彼此邻接，而且也可以彼此隔开。和这无关地可以实现，在上方的主表面1t上的温度具有局部的最大值，如果该局部的最大值不处于表面部段51之一之内的话。原则上实现了，即这个温度最大值处于表面部段51的边缘上，或者处于每个表面部段51的外部，例如在两个相邻的表面部段51之间。根据本发明，“局部的温度最大值”存在的条件是，即上方的主表面5t的温度从局部的温度最大值的位置出发在每个垂直于垂直方向v的方向上减少。在这种布置中，例如在矩形的表面部段51的彼此面对的角之间没有这种局部的最大值。

冷气喷嘴3例如可以设计为喷嘴，其分别沿支架2的方向发出冷气流。这种喷嘴例如可以是管喷嘴、孔式喷嘴或者隙缝式喷嘴。其在此可以分别具有相同的或不同的直径、长度和宽度。各个单独的喷嘴3可以彼此独立地、例如通过调节阀进行控制，该调节阀调节通过各个的喷嘴3的冷气流。同样可能的是，由此实现不同喷嘴的不同冷却效果，即喷嘴基于不同的开口横截面和/或基于时间上彼此偏移的激活而产生不同的冷却效果。为了表明，即冷气喷嘴3设计用于提供冷气流，其在图1A至1D中利用箭头表明，它们分别说明冷气流的方向。

下面对此示出了一些实施例。分别仅仅示出了冷却元件，以及为了表明喷嘴相对彼此的布置示出了平行于铜板5的下侧面5b的平面。未示出的铜板5在此分别位于冷气喷嘴3上方。

在根据图3A至3D的布置中，冷气喷嘴3设计为管喷嘴。在图3A中，所有管喷嘴3具有相同的直径和相同的开口横截面。此外，该喷嘴布置在彼此等距地间隔开的、带有每列相同喷嘴3数量的列中。在根据图3B的布置中，冷气喷嘴同样具有相同的直径和相同的开口横截面，然而该喷嘴布置在平行的列中，其中相邻列具有不同数量的喷嘴。在根据图3C的例子中，喷嘴3布置在列中，其中，管喷嘴分别在同一列内具有相同的直径和开口横截面，其中，相邻列的直径和开口横截面可以彼此不同。在图3D中，喷嘴3具有相同的直径和相同的开口横截面。该喷嘴布置在未彼此等距地间隔开的、带有每列相同喷嘴数量的列中。

根据图4A，4B，4C和4D的喷嘴布置对应于根据图3A，3B，3C和3D的喷嘴布置，而区别在于，即喷嘴不是设计为管喷嘴，而是设计为孔式喷嘴。

在根据图5A-5D的喷嘴布置中，喷嘴3设计为彼此平行延伸的隙缝式喷嘴3。在图5A和5B中，喷嘴彼此等距地布置并且具有相同的宽度，在图5A中还具有相同的长度，而根据图5B，相邻的喷嘴3可以具有不同的长度。在根据图5C的喷嘴布置中，喷嘴3具有相同的长度但是具有不同的宽度。在图5D中，喷嘴3具有相同的宽度和相同的长度，然而该喷嘴未彼此等距地间隔开。

在根据图6A和6B的喷嘴布置中，喷嘴3具有相同的直径和相同的开口横截面。该喷嘴还布置在彼此等距地间隔开的、带有每列相同喷嘴3数量的平行的列中。在每一列内，喷嘴3输出同样的冷气流，但其中，相邻列的喷嘴3的冷气流可以不同。在根据图6A的布置中，喷嘴3设计为管喷嘴，在根据图6B的布置中，喷嘴设计为孔式喷嘴。

在根据图6C的布置中，喷嘴3设计为彼此等距地间隔开的、具有相同的隙缝宽度和相同的隙缝长度的平行的隙缝式喷嘴。在此，相邻的隙缝式喷嘴可以提供不同的冷气流。

在根据图7A和7B的喷嘴布置中，喷嘴3具有相同的直径和相同的开口横截面。该喷嘴还布置在彼此等距地间隔开的、带有每列相同喷嘴3数量的平行的列中。在此，由不同列的喷嘴3提供的冷气流可以在不同的时间点t1,t2,t3激活和/或关闭，其中，相同列内的喷嘴3可以在相同的时间点t1,t2,t3激活和/或关闭。在根据图7A的喷嘴布置中，喷嘴3设计为管喷嘴，在根据图7B的喷嘴布置中，喷嘴设计为孔式喷嘴。

在根据图7C的喷嘴布置中，喷嘴3设计为彼此等距地间隔开的、具有相同的隙缝宽度和相同的隙缝长度的平行的隙缝式喷嘴。在此，由喷嘴3提供的冷气流可以在不同的时间点t1,t2,t3接通和/或断开。在根据图7A的喷嘴布置中，喷嘴3设计为管喷嘴，在根据图7B的喷嘴布置中，喷嘴设计为孔式喷嘴。

在根据图6C的喷嘴布置中，喷嘴3设计为彼此等距地间隔开的、具有相同的隙缝宽度和相同的隙缝长度的平行的隙缝式喷嘴。在此，由不同的隙缝式喷嘴提供的冷气流可以在不同的时间点t1,t2,t3激活和/或关闭。

在冷却铜板5时实现的温度分布在其上方的主表面5t上进行调节的另一个可能性可以如图8中表明地由此实现，即在其中插入有铜板5的支架2(未示出)和单独的或全部的喷嘴之间的间距是可变的，这通过双箭头表明。

另一个可能性根据图9A至9C表明。在此，由不同的喷嘴3提供的冷气流具有不同的温度T1,T2,T3。在根据图9A和9B的喷嘴布置中，喷嘴3具有相同的直径和相同的开口横截面。该喷嘴还布置在彼此等距地间隔开的、带有每列相同喷嘴3数量的平行的列中。相同列的喷嘴3在此分别提供了相同的冷气流。然而，相邻列的喷嘴3可以提供不同的冷气流。在根据图9A的布置中，喷嘴3设计为管喷嘴，在根据图9B的布置中，喷嘴设计为孔式喷嘴。

在根据图9C的布置中，喷嘴3设计为彼此等距地间隔开的、具有相同的隙缝宽度和相同的隙缝长度的平行的隙缝式喷嘴。在此，由相邻的喷嘴3提供的冷气流具有不同的温度。

根据图10的布置示出穿过冷却装置的垂直截面图，该冷却装置与根据图1D的冷却装置的区别在于，即替代冷气喷嘴设置降温装置10(Waermesenke)，以及布置在降温装置10和支架2之间的不均匀的热导体9。降温装置10可以设计为任意的，例如它可以是水冷却的板。不均匀的热导体9布置在降温装置10和支架2之间并且包括至少两个部分元件9a,9b，它们具有不同的比导热性(spezifische Waermeleitfaehigkeiten)。在所示出的例子中，部分元件9a和9b分别设计为楔形的并且这样组装，即它们形成正方体。部分元件9a具有比部分元件9b更低的比导热性。如果降温装置10处于恒定的温度上，则冷却效果从左向右减小，利用该冷却效果使得铜板5通过降温装置10被冷却。由此在铜板5的上方的主表面5t上从左向右产生了温度落差。

相应于这个原理，可以在支架2和降温装置10之间也彼此相邻地在一列中或以矩阵形式在至少两列中和至少两行中布置两个或多个更小的不均匀的热导体9。

根据另一个、按照图11示出的设计方案，降温装置可以包括多个彼此相邻布置的冷却元件11a,11b,11c，该冷却元件单独地或成组地彼此独立地可沿垂直方向v运动。由于从单独的冷却元件11a,11b,11c出发的冷却效果随着越来越接近铜板5而增大，则可以调节铜板5的上方的主表面5t上的温度轮廓，为此，单独的冷却元件11a,11b,11c的垂直位置、即单独的冷却元件11a,11b,11c沿垂直方向v占据的位置被适合地匹配。此外，期望的温度轮廓也可以由此实现，即单独的冷却元件11a,11b,11c的垂直位置在冷却过程期间随时间变化。

在根据图11的例子中，冷却元件11a,11b,11c形成三组：具有冷却元件11a的第一组、具有冷却元件11b的第二组、以及具有冷却元件11c的第三组。如果例如所有的冷却元件11a,11b和11c具有相同的温度和相同的热容量，则可以首先在第一时间点t1是具有冷却元件11a的第一组、随后在第二时间点t2是具有冷却元件11b的第二组、和随后在第三时间点t3是具有冷却元件11c的第三组沿垂直方向v向上地、即沿支架2和铜板5的方向运动，从而在上方的主表面5t上产生温度落差，其中，温度从上方的主表面5t的位于第一组上方的区域朝向其相对的侧面的边缘(在图11中的上侧面5t的左侧的和右侧的边缘)下降。

图12示出从原理出发相同的设计方案，然而，冷却元件11a,11b和11c具有另一种几何结构，该几何结构这样选择，即冷却元件11a,11b,11c可以彼此插入。在示出的例子中，首先是冷却元件11a，随后是冷却元件11b并且最后是冷却元件11c通过各个垂直位置的变化而接近铜板5，从而也在此在上方的主表面5t上产生温度轮廓，如其已经根据图11描述地那样。

在所有的根据图10至12说明的例子中，从冷却效果出发的冷却效果在实现冷却效果的组件(在图10中是不均匀的热导体9，在图12和13中是冷却元件11a,11b和11c)与上方的主表面5t间隔开时就已经产生了。为了实现这种组件的更强的冷却效果，然而所涉及的组件也可以与铜板5的下方的主表面5b接触。该效果可以在仅仅一些也可以在所有存在的组件中通过同时的或时间上偏移的形成和/或取消与下方的主表面5b的接触而被利用。

在所说明的例子中，在铜板5的上方的主表面5t上的最不同的温度轮廓可以调节。原则上也可以以任意的方式并且不受限制地相互组合所示出的变体。在各种情况下，降温装置布置在可抽真空的腔中。根据调节方式，在此可以在上方的主表面上出现不同于图2A和2B中示出的温度分布。

不取决于降温装置的具体的设计方案和可控性，可以这样控制根据本发明的冷却装置，即在每一个表面部段中，在该表面部段的最高温度和最低温度之间达到在从4℃到10℃的范围中的温度差并且这样长地保持，直到在所涉及的表面部段51中不存在高于200℃或高于150℃的温度。

前面说明的冷却装置可以与焊接设备相连接地使用，以便借助于冷却装置对熔化的焊料23进行冷却直到其凝固。为了使得焊料23熔化，降温装置可以补充地也设计用于，将铜板5的上方的主表面5t加热到至少220℃、理想地直到400℃的温度，即它附加地也可以用作为热源。

然而同样如图10中示出地可能的是，设有单独的加热腔6，该加热腔通过闸门7与可抽真空的腔1耦合，并且加热腔设计用于,借助于加热元件8将铜板5的上方的主表面5t加热到至少220℃、理想地直到至少400℃的温度。随后，焊接对应部件21,22可以和位于其间的液态焊料23共同通过闸门进入可抽真空的腔1中并且如所说明地被冷却。

Claims (21)

1.一种用于冷却至少一个待制造的大面积的焊接连接部的仍然为液态的焊料(23)的冷却装置，其中，所述冷却装置包括：可抽真空的腔(1)；布置在所述可抽真空的腔(1)中的支架(2)；以及布置在所述可抽真空的腔(1)中的降温装置，和其中可以这样控制降温装置，即配合准确地插入所述支架(2)中的平坦的铜板(5)在氮气环境下当所述可抽真空的腔(1)中压力为1013.25hPa时被冷却，其中，所述铜板(5)具有：

-平坦的下方的主表面(5b)；

-平坦的上方的主表面(5t)，所述上方的主表面沿垂直方向(v)与所述下方的主表面(5b)隔开并且存在多个数量为N≥2的彼此相邻的、矩形的表面部段(51)，所述表面部段具有分别至少为30mm×30mm的面积；

-恒定的为5mm的厚度；以及

-至少为220℃的均匀的初始温度，

从而使得在所述上方的主表面(5t)上的温度不在所述表面部段(51)中具有局部的最大值，所述最大值与所涉及的所述表面部段(51)的边缘(52)间隔开，确切地说间隔开这样长，直到不在所述表面部段(51)中存在有至少200℃的最低冷却温度。

2.根据权利要求1所述的冷却装置，其中，设有N≥4的表面部段(51)，所述表面部段以矩阵的形式布置在至少两列和至少两行中。

3.根据权利要求1或2所述的冷却装置，其中，每一个表面部段(51)具有至少为50mm×50mm的面积。

4.根据权利要求1或2所述的冷却装置，其中，每一个表面部段(51)具有最大为500mm×500mm的面积。

5.根据权利要求3所述的冷却装置，其中，每一个表面部段(51)具有最大为500mm×500mm的面积。

6.根据权利要求1或2所述的冷却装置，其中，所述降温装置包括至少两个冷空气喷嘴(3)。

7.根据权利要求5所述的冷却装置，其中，所述降温装置包括至少两个冷空气喷嘴(3)。

8.根据权利要求1或2所述的冷却装置，其中，在所述降温装置(10)与所述支架(2)之间布置有不均匀的热导体(9)，所述热导体包括至少两个部分元件(9a，9b)，所述部分元件具有不同的比导热性。

9.根据权利要求5所述的冷却装置，其中，在所述降温装置(10)与所述支架(2)之间布置有不均匀的热导体(9)，所述热导体包括至少两个部分元件(9a，9b)，所述部分元件具有不同的比导热性。

10.根据权利要求1或2所述的冷却装置，其中，所述降温装置包括至少两个沿所述垂直方向(v)相对彼此可移动的冷却元件(11)。

11.根据权利要求5所述的冷却装置，其中，所述降温装置包括至少两个沿所述垂直方向(v)相对彼此可移动的冷却元件(11)。

12.根据权利要求10所述的冷却装置，其中，沿所述垂直方向(v)相对彼此可移动的冷却元件(11)可彼此推入。

13.根据权利要求11所述的冷却装置，其中，沿所述垂直方向(v)相对彼此可移动的冷却元件(11)可彼此推入。

14.根据权利要求1或2所述的冷却装置，其中，所述降温装置可以这样控制，即在每一个表面部段(51)中在所述表面部段(51)的最高温度和最低温度之间达到了在从4℃至10℃的范围中的温度差并且这样长地保持，直到在所述涉及的表面部段(51)不存在高于150℃的温度。

15.根据权利要求1或2所述的冷却装置，其中，在配合准确地插入所述支架(2)中的所述铜板(5)中时，所述降温装置布置在所述铜板(5)的背对所述上方的主表面(5t)的一侧上。

16.根据权利要求9所述的冷却装置，其中，在配合准确地插入所述支架(2)中的所述铜板(5)中时，所述降温装置布置在所述铜板(5)的背对所述上方的主表面(5t)的一侧上。

17.一种焊接设备，具有根据前述权利要求中任一项所述形成的冷却装置。

18.根据权利要求17所述的焊接设备，其中，所述降温装置也设计用于，将铜板(5)的上方的主表面(5t)加热到至少为220℃的温度。

19.根据权利要求18所述的焊接设备，其中，所述温度至少为400℃。

20.根据权利要求17-19中任一项所述的焊接设备，具有加热腔(6)，所述加热腔通过闸门(7)与可抽真空的腔(1)耦合，并且所述加热腔设计用于，将所述铜板(5)的所述上方的主表面(5t)加热到至少为220℃的温度。

21.根据权利要求20所述的焊接设备，其中，所述温度至少为400℃。