CN107210276A - 传热片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造结构组件（1）、尤其功率电子器件的方法，包括以下步骤：提供具有第一面（4）的有待冷却的构件（2）；提供具有与所述第一面（4）相对置的第二面（5）的冷却装置（3）；在所述两个面（4、5）之间布置三维传热片（6），其中，所述传热片（6）在平行于所述两个面（4、5）的片平面（11）中延伸，并且在初始状态下具有多个接触突出部（9），所述接触突出部由这种片平面（11）延伸出来；并且相互压紧所述构件（2）和所述冷却装置（3），由此使得所述接触突出部（9）向着所述片平面的方向变形。

Description

传热片

背景技术

本发明涉及一种传热片和一种用于制造具有所述传热片的结构组件、尤其功率电子器件的方法。此外，本发明涉及一种具有所述传热片的结构组件。

在所述功率电子器件中，为了在冷却装置（冷却体）和加热的构件（例如功率晶体管）之间的热传递，应用导热箔、导热膏、层压板或者焊膏。这些材料是必要的，以便补偿在有待连接的配对件（Partner）之间的公差和不平度，以及同时达到好的热连接。在此，热阻由热力学上有待接触的表面的两个接触电阻和导热介质的热阻共同组成。所述导热介质的热阻又取决于有待接触的配对件的导热能力、间隔（层厚度）和面。所以，例如导热箔或者导热膏的导热能力处于0.3至5W/mK的范围内。焊剂的导热能力根据时效处于20至50W/mK的范围内。通常的层厚度这里处于50μm至1000μm的范围内。热接触电阻取决于配对件表面的微观特性（粗糙度、硬度、清洁度等等）并且取决于：所述导热介质如何对接到所述表面（延展性、挤压压力等等）。

发明内容

本发明示出了一种代替传统的导热箔或者导热膏使用三维传热片的可能性。这种传热片给予了一种尤其在功率电子器件时有效地将出现的热引出到冷却装置处的可能性。所述传热片尤其在位于电动车、混合动力车、光伏机组或者风力机组中的功率电子器件的功率模块处获得应用。这种功率模块例如在车辆中在电驱动器的三相电流和电池的直流之间进行运动。就此而言，出现例如在2kW范围内的余热。同时，这种功率模块是相对小地构造的（例如50 x 50 毫米），从而使得所述余热必须通过相对微小的面传递到所述冷却装置上。

所以，根据本发明设置一种用于制造结构组件的方法。这种结构组件尤其是功率电子器件。所述方法包括以下步骤：（i）提供具有第一面的、有待冷却的构件，以及（ii）提供具有与所述第一面中的一个面相对置的第二面的冷却装置，（iii）在两个所述面之间布置三维传热片。

这种传热片的三维结构是如下定义的：所述传热片在所谓的“片平面”中平行于所述有待冷却的构件的和所述冷却装置的面延伸。由这种片平面延伸出多个接触突出部。这种接触突出部例如是在所述传热片中的、被冲压的孔的边缘。优选，所述接触突出部以小于90°的角度由所述片平面延伸出来。连同接触突出部的所述传热片是单件式的变形件或者原形件。

在第四方法步骤（iv）中实现对所述有待冷却的构件和所述冷却装置的相互压紧。因此实现对两个所述构件的压紧，其中，彼此重叠地运动所述第一面和所述第二面。由此，使得所述接触突出部向着所述片平面的方向变形。在此，在理想的情况下将所述接触突出部如此程度地按压进所述片平面内，从而在压紧的状态下在两个所述面之间保持二维片：所述二维片跨越它的整个面地与所述有待冷却的构件以及与所述冷却装置处于接触之中。

在初始状态下，所述接触突出部能够向着两个方向，也就是向着所述有待冷却的构件的方向和向着所述冷却装置的方向，或者仅向着两个所述方向中的一个方向延伸。根据本发明，通过所述三维传热片的变形创造了一种用于将所述构件的热向着所述冷却装置传递的、尽可能大的接触面。在此尤其设置的是：在位于所述构件和所述冷却装置之间的范围内不应用导热膏、导热箔、焊膏或者类似物。所以，优选仅仅变形的所述三维传热片处在所述第一面和所述第二面之间。

此外，本发明包括所述传热片。优选将这种传热片用于执行刚刚描述的方法。所述传热片具有已经描述的三维结构。根据本发明，所述传热片被构造用于：使得所述接触突出部通过所述构件和所述冷却装置的相互压紧向着所述片平面的方向变形，从而产生用于所述热传递的尽可能大的接触面。

从属权利要求示出了本发明的优选的改型方案。

以下解释本发明的有利的实施方案。这些有利的实施方案不仅能够在根据本发明的方法的框架中使用，而且能够在根据本发明的传热片的框架中使用：

所以，有利地设置的是：所述接触突出部通过所述传热片的变形来制造。在此，使用二维片并且通过变形的制造方法引入三维结构。在本发明的框架中，“二维片”是一种平的片，明了的是，所述片基于它的片厚度（Blechstärke）也在第三维中延伸。与此相对，根据本发明的“三维片”具有多个接触突出部，所述接触突出部由所述片平面延伸出来，并且在装配时尽可能地被再次变形到所述片平面中。

为了产生所述接触突出部，尤其设置的是：所述传热片具有多个裂口（Durchbrüchen）。这些裂口的、弯曲的或者说变形的边缘在此形成所述接触突出部。

特别优选地通过变形、例如冲压来制造所述裂口。在此，有利地将狭缝状的或者星状的裂口冲压和/或切割进所述二维片中，从而产生所述三维传热片。在此产生的边缘和面形成所述接触突出部。例如通过两侧的交替的冲压产生接触突出部，所述接触突出部既向着所述冷却装置的方向又向着所述有待冷却的构件的方向延伸。此外，优选地使用以下用于制造所述接触突出部的方法：冲压弯曲、带有弯曲的剪切、带有弯曲的激光切割、带有弯曲的电子束切割和/或带有弯曲的水射流切割。

替代所述裂口，所述接触突出部也能够通过在所述片中的变形的突起部形成。这些突起部例如通过所述二维片的拉伸或者压印产生。

在此，也设置的是：对于传热片使用不同的办法用于构造所述接触突出部。所以，所述接触突出部的一部分能够通过冲压的裂口形成，并且所述接触突出部的另一部分能够通过变形的突起部形成。

所述接触突出部的基本功能是形成尽可能大的接触面并且同时补偿平面度公差。尤其为了补偿所述平面度公差，有利的是：在所述片上尽可能多地布置小的接触突出部。所述接触突出部的优选的数目依据所述传热片的片厚度S定义，因为在相应地更薄的片时能够在最狭窄的空间上布置多个小的接触突出部。

在通过变形二维片制造所述传热片时，S也相当于初始片（二维片）的片厚度。

所述片厚度S这里是以毫米（mm）定义的：有利地设置的是，在10000S²的面上构造至少50、优选至少100、特别优选至少200个接触突出部。在0.1mm的通常的片厚度S时，因此有利地在一个平方厘米（100mm²）上取得至少50至200个接触突出部。

除此以外，优选地设置的是：在所述三维传热片中显著地提升所述接触突出部。尤其在此设置的是：所述接触突出部以至少0.25S的幅度、优选以至少0.5S的幅度、特别优选以至少1S的幅度提升。

所述片厚度S有利地具有：0.05mm的、优选0.1mm的下限。所述片厚度S的上限有利地处于：1mm、优选0.5mm。所述传热片的片厚度S有利地选择在这里定义的、在所述下限和所述上限之间的范围内，其中，考虑到在所述传热片的简单能制造性和在位于所述结构组件中的最佳的导热特性之间的目标冲突。

如同描述的那样，所述传热片有利地通过二维片的变形来制造。但是在本发明的框架中也优选地设置的是：三维传热片在成形的过程中例如通过烧结来制造。除此以外，优选地也设置的是：通过切除的处理来制造所述三维传热片。

对于所述传热片的材料，有利地使用铜或者铝。优选地设置的是：所述传热片的表面或者整个传热片包含锡、银或者金。在材料选择时对于所述传热片尤其注意的是：所述接触突出部具有相应的弹性，以便以最大可能的接触力作用到所述构件或者所述冷却装置的面上。同时必须给予所述接触突出部的延展的特性，从而所述接触突出部是充分能变形的。

此外，本发明包括结构组件、尤其功率电子器件、包括具有所述第一面的有待冷却的构件和具有所述第二面的冷却装置，其中，在所述第一面和所述第二面之间，如同刚才描述过的那样，布置了具有变形的接触突出部的所述传热片。

在根据本发明的方法的框架中或者在根据本发明的传热片的框架中所介绍的从属权利要求和有利的实施方案在根据本发明的结构组件上获得相应地有利的应用。

附图说明

紧接着将参照附图具体描述本发明的实施例。在此，附图示出：

图1 对于所有实施例用于制造根据本发明的结构组件的、根据本发明的方法；

图2和3 按照第一实施例的、根据本发明的传热片；

图4 按照第二实施例的、根据本发明的传热片；并且

图5 按照第三实施例的、根据本发明的传热片。

下面，图1示出了对于所有实施例的、根据本发明的方法以及根据本发明的结构组件1。图2至5示出了不同的实施例的传热片6。相同的或者功能上相同的构件在所有实施例中设有同样的附图标记。

图1在爆炸图中和在组装的图中示出了所述结构组件1。所述结构组件1包括有待冷却的构件2、冷却装置3以及用于将所述有待冷却的构件2紧固在所述冷却装置3上的按压弹簧7。

所述有待冷却的构件2也能够被称为功率模块。这些功率模块例如是用于混合动力车或者电动车的、用于光伏机组的或者用于风力机组的倒相器（Inverter）或者变换器（Konverter）。

所述冷却装置3例如由铝制成并且有利地包括管道，冷却水在这些管道中流动。

按照在图1中的展示，相应的有待冷却的构件2包括面向所述冷却装置3的第一面4。在所述冷却装置3上定义与所述第一面4相对置的第二面5。在这两个面4、5之间为每个构件2布置传热片6。如同还具体描述的那样，所述传热片6具有三维结构。在装配所述结构组件1时，所述有待冷却的构件2借助于所述按压弹簧7与所述冷却装置3压紧。为此，所述按压弹簧7借助于螺钉8（或者铆钉）被紧固在所述冷却装置3上。

在将所述构件2与所述冷却装置3压紧时，使得所述三维传热片6尽量变形，并且一方面能够实现对两个面4、5的平面度公差的补偿，而且能够实现用于热传递的最大可能的接触面。在此尤其设置的是：在这两个面4、5之间放弃了导热膏、导热箔或诸如此类的。

图2示出了按照第一实施例的、所述传热片6的部分。所述构件1例如有50mm×50mm大小。与此相应地，所述传热片6也具有大约50mm的宽度B和50mm的长度L。所述传热片6的宽度B和长度L定义所谓的“片平面11”。由所述片平面11延伸出多个接触突出部9，如同这一点在图3中看到的那样。

在第一实施例中，所述接触突出部9通过冲压初始的二维片形成。在此，冲压星状的裂口10。这种裂口10的变形的边缘形成所述接触突出部9。由于所述裂口10的星形，每个裂口10产生四个三角形的接触突出部9。

作为所示出的实施例的备选，也能够向着两个方向冲压，从而所述接触突出部9例如交替地向着两个方向提升。

代替所示出的星状的裂口10也设置的是：这里以任意其他的几何形状冲压。

图3示出了高度H是如何定义的。所述接触突出部9以这个高度H提升。此外，图3示出了初始的二维片的片厚度S。

冲压的裂口10相应地具有大约10S的大小。例如就0.1mm的片厚度S而言，所述裂口10分别在一平方毫米的面上延伸。通过在所述裂口10之间的尽可能小的间隔能够在最狭窄的空间上构造尽可能多的接触突出部9。

图4示出了根据第二实施例的、通过所述传热片6的截面。在第二实施例中，所述接触突出部9不是冲压贯通的孔，而是仅仅通过在所述片中的变形的突起部构成。

图5示出了根据第三实施例的所述传热片6。在第三实施例中，所述片以波形弯曲，从而通过波峰和波谷取得所述接触突出部9。

这三个实施例仅仅示出了所述三维传热片6的几何造型的三个例子。但是，本发明包括这种传热片6的最为不同的几何造型。在此，至关重要的是：所述接触突出部9由所述片平面11延伸出来并且具有相应的材料特性，以便在装配所述结构组件时在这两个面4、5之间相应地变形。

Claims (10)

1.用于制造结构组件（1）、尤其功率电子器件的方法，包括以下步骤：

•提供具有第一面（4）的有待冷却的构件（2）；

•提供具有与所述第一面（4）相对置的第二面（5）的冷却装置（3）；

•在所述两个面（4、5）之间布置三维传热片（6），其中，所述传热片（6）在平行于所述两个面（4、5）的片平面（11）中延伸，并且在初始状态下具有多个接触突出部（9），所述接触突出部由这种片平面（11）延伸出来；并且

•相互压紧所述构件（2）和所述冷却装置（3），由此使得所述接触突出部（9）向着所述片平面的方向变形。

2.传热片，优选用于执行根据权利要求1所述的方法，

•其中，所述传热片（6）具有三维结构，方式为：其在片平面（11）中延伸，并且在初始状态下具有多个接触突出部（9），所述接触突出部由这种片平面（11）延伸出来；并且

•其中，所述传热片（6）被构造用于：使得所述接触突出部（9）通过有待冷却的构件（2）与冷却装置（3）的相互压紧向着所述片平面（11）的方向变形。

3.根据权利要求2所述的传热片，其特征在于，所述接触突出部（9）通过所述传热片（6）的变形来制造。

4.根据权利要求2或3中任一项所述的传热片，其特征在于，所述传热片（6）具有多个裂口（10），其中，所述裂口（10）的边缘形成所述接触突出部（9）。

5.根据权利要求4所述的传热片，其特征在于，所述裂口（10）通过变形、尤其冲压来制造。

6.根据权利要求3所述的传热片，其特征在于，所述接触突出部（9）是变形的突起部，尤其是通过拉伸或者压印、在没有裂口的情况下制造的。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的传热片，其特征在于，所述传热片（6）具有以毫米（mm）为单位的片厚度（S），其中，在10000S²的面积上构造至少50、优选至少100、特别优选至少200个接触突出部（9）。

8.根据权利要求2至7中任一项所述的传热片，其特征在于，所述传热片（6）具有片厚度（S），并且所述接触突出部（9）以高度（H）为幅度提升，其中，所述高度（H）至少为0.25S、优选至少为0.5S、特别优选至少为1S。

9.根据权利要求2至8中任一项所述的传热片，其特征在于，所述传热片（6）具有片厚度（S），其中所述片厚度（S）处在0.05mm的、优选0.1mm的下限和/或1mm的、优选0.5mm的上限之间。

10.结构组件（1），尤其功率电子器件，包括：具有第一面（4）的有待冷却的构件（2）和具有第二面（5）的冷却装置（3），其中，在所述第一面（4）和所述第二面（5）之间布置了具有变形的接触突出部（9）的、根据权利要求2至9中任一项所述的传热片（6）。