CN113218232A - 具有可钎焊的外表面层的铝制热交换器 - Google Patents

具有可钎焊的外表面层的铝制热交换器 Download PDF

Info

Publication number
CN113218232A
CN113218232A CN202110082675.5A CN202110082675A CN113218232A CN 113218232 A CN113218232 A CN 113218232A CN 202110082675 A CN202110082675 A CN 202110082675A CN 113218232 A CN113218232 A CN 113218232A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cladding layer
layer
outer cladding
heat exchanger
nickel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110082675.5A
Other languages
English (en)
Inventor
D·范迪维斯
M·K·A·马彻勒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dana Canada Corp
Original Assignee
Dana Canada Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dana Canada Corp filed Critical Dana Canada Corp
Publication of CN113218232A publication Critical patent/CN113218232A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F19/00—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
    • F28F19/02—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings
    • F28F19/06—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings of metal
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F28F21/089—Coatings, claddings or bonding layers made from metals or metal alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/0008—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering specially adapted for particular articles or work
    • B23K1/0012—Brazing heat exchangers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B23K35/0255—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in welding
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F28F21/081—Heat exchange elements made from metals or metal alloys
    • F28F21/084—Heat exchange elements made from metals or metal alloys from aluminium or aluminium alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/48—Manufacture or treatment of parts, e.g. containers, prior to assembly of the devices, using processes not provided for in a single one of the groups H01L21/18 - H01L21/326 or H10D48/04 - H10D48/07
    • H01L21/4814—Conductive parts
    • H01L21/4871—Bases, plates or heatsinks
    • H01L21/4882—Assembly of heatsink parts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3736—Metallic materials
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20927—Liquid coolant without phase change
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
    • B23K2103/10—Aluminium or alloys thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
    • B23K2103/12—Copper or alloys thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00—Fastening; Joining
    • F28F2275/04—Fastening; Joining by brazing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001—Core members of the layer connector
    • H01L2224/29099—Material
    • H01L2224/291—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/29101—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of less than 400°C
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321—Disposition
    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/838—Bonding techniques
    • H01L2224/83801—Soldering or alloying
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L24/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L24/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20845—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for automotive electronic casings
    • H05K7/20872—Liquid coolant without phase change

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

铝制热交换器包括具有内表面和外表面的第一板和第二板，第一板和第二板通过钎焊结合并且限定至少一个流体流动通路。第一板和第二板均包括铝或铝合金的芯层，该芯层的熔化温度高于铝钎焊温度。第一板还包括限定第一板的外表面的第一外包覆层。第一外包覆层可钎焊至要冷却的物体的金属层并且包括镍或铜。第二外包覆层定位在第一外包覆层和芯层之间，并且第一外包覆层被辊压复合到至少第二外包覆层。一种制造方法，包括钎焊第一板和第二板，其中第一板的各层被辊压复合，并且第一板在钎焊之前可选地成形。

Description

具有可钎焊的外表面层的铝制热交换器
技术领域
本公开涉及热交换器的构造，特别涉及这样一种热交换器，其外表面供物体例如通过钎焊或烧结而直接结合，并且涉及其构造方法。
背景技术
电动车辆(EV)和混合电动车辆(HEV)采用产生大量热能的电力电子装置。这种热能必须消散，以避免这些装置过热，否则可能导致损坏或者性能下降。
汽车电力电子装置通常包括一个或多个发热电子部件，诸如晶体管、电阻器、电容器、场效应晶体管(FET)、隔离栅双极晶体管(IGBT)、电力逆变器、DC到DC转换器和DC到AC转换器。这些部件可以安装在热交换器的外表面上，例如其中热界面材料(TIM)薄层设置在电力电子装置与热交换器的外表面之间，以增加热接触。TIM可以包括导热油脂、蜡或金属材料。
然而，电子装置与热交换器之间的热导率会受到许多因素的影响，因素包括接触压力、TIM层的厚度和/或空隙的存在。因此，仍然需要改善热交换器与电力电子装置之间的热接触。
发明内容
根据本公开的的一方面，提供了一种钎焊的热交换器，包括：(a)具有内表面和外表面的第一板；(b)具有内表面和外表面的第二板；(c)外周边缘，第一板和第二板的内表面沿着外周边缘在铝钎焊温度下通过钎焊结合在一起；(d)至少一个流体流动通路，至少一个流体流动通路限定在第一板和第二板的内表面之间；
根据一个实施例，第一板和第二板均包括芯层，其中，芯层包括铝或铝合金，并且具有高于铝钎焊温度的熔化温度；
根据一个实施例，第一板还包括：限定第一板的外表面的第一外包覆层，其中，第一外包覆层能钎焊至要冷却的物体的金属层并且包括镍、镍合金、铜或铜合金；以及第二外包覆层，第二外包覆层定位在第一外包覆层和芯层之间，其中，第一包覆层被辊压复合至第二外包覆层。
根据一个实施例，第一外包覆层的厚度为约25μm至250μm，例如约50μm至150μm。
根据一个实施例，第一外包覆层包括铜或铜合金；其中，第二外包覆层被辊压复合至芯层以及第一外包覆层；并且其中，第二外包覆层包括镍、镍合金、不锈钢、高镍钢或低碳钢。
根据一个实施例，第二外包覆层的厚度从大于10μm至约150μm。
根据一个实施例，第二外包覆层包括铝或铝合金，并且其熔化温度高于铝钎焊温度；以及第一板还包括第三外包覆层；其中，第三外包覆层被辊压复合至第二外包覆层；以及其中，第三外包覆层包括镍或镍合金。
根据一个实施例，第三外包覆层也被辊压复合至芯层。
根据一个实施例，第一外包覆层的厚度与第三外包覆层的厚度相同，或者第一外包覆层和第三外包覆层的厚度在彼此的约±25％以内。
根据一个实施例，第二外包覆层比芯层薄。
根据一个实施例，第一板还包括第一内包覆层，第一内包覆层限定第一板的内表面并且包括铝合金，铝合金在铝钎焊温度下熔化并且形成填料金属。
根据一个实施例，第一板还包括第二内包覆层，第二内包覆层直接被辊压复合至芯层的与第一外包覆层的相反的一侧，并且第二内包覆层包括镍或镍合金。
根据一个实施例，第一板还包括第三外包覆层和第四外包覆层，第三外包覆层被辊压复合至第二外包覆层，第四外包覆层被辊压复合至第三外包覆层；以及第三外包覆层包括铝或铝合金，并且其熔化温度高于铝钎焊温度；以及第四外包覆层包括镍、镍合金、不锈钢、高镍钢或低碳钢。
根据一个实施例，第二外包覆层和第四外包覆层两者都包括镍或镍合金，并且第四外包覆层被辊压复合至芯层。
根据一个实施例，该热交换器还包括要冷却的物体，要冷却的物体具有金属层，该金属层已经通过冶金地结合而结合至第一外包覆层，冶金地结合选自焊料结合、超声波焊接结合或烧结结合。
根据一个实施例，要冷却的物体通过钎焊接头而结合至第一外包覆层，并且其中，热交换器在第一外包覆层与要冷却的物体的金属层之间还包括焊料层。
根据本公开的另一方面，提供了钎焊的热交换器，包括：(a)具有内表面和外表面的第一板；(b)具有内表面和外表面的第二板；(c)外周边缘，第一板和第二板的内表面沿着外周边缘在铝钎焊温度下通过钎焊结合在一起；(d)至少一个流体流动通路，至少一个流体流动通路限定在第一板和第二板的内表面之间；第一板和第二板均包括芯层，其中，芯层包括铝或铝合金，并且具有高于铝钎焊温度的熔化温度；以及第一板还包括：限定第一板的外表面的第一外包覆层，其中，第一外包覆层能钎焊至要冷却的物体的金属层并且包括镍、镍合金、铜或铜合金；以及第二内包覆层，第二内包覆层直接被辊压复合至芯层的与第一外包覆层的相反的一侧，并且第二内包覆层包括镍或镍合金。
根据本公开的另一方面，提供了一种用于制造如本文的热交换器的方法。该方法包括：(a)提供第一板和第二板，其中，第一板由包括第一外包覆层、第二外包覆层和芯层的多个层构成，第一板的各层已经通过辊压复合而结合在一起；(b)通过选自冲压和拉伸的成形操作来形成第一板和第二板中的至少一个；(c)在铝钎焊温度下将第一板钎焊至第二板；以及(d)通过选自钎焊、超声焊接或者烧结的冶金地结合操作，将要冷却的物体的金属层结合至第一板的外表面以及第一外包覆层。
根据一个方面，第一板还包括第一内包覆层，第一内包覆层包括铝合金，铝合金在铝钎焊温度下熔化并且形成填料金属，第一内包覆层在步骤(a)之前被辊压复合至芯层。
附图说明
现在将参考附图通过示例的方式描述本公开的示例性实施例，附图中：
图1是根据一个实施例的热交换器的截面侧视图；
图2是根据一个实施例的热交换器的截面侧视图；
图3是根据一个实施例的热交换器的截面侧视图；
图4是根据一个实施例的热交换器的一部分的放大截面侧视图，其上安装有要冷却的物体；
图5是根据另一个实施例的热交换器的一部分的放大截面侧视图，其上安装有要冷却的物体；
图6是根据另一个实施例的热交换器的一部分的放大截面侧视图，其上安装有要冷却的物体；以及
图7是根据另一个实施例的热交换器的一部分的放大截面侧视图，其上安装有要冷却的物体。
具体实施方式
现在参考附图在下面描述根据实施例的热交换器10。
热交换器10包括第一板12和第二板14，第一板12和第二板14在它们的外周边缘处密封在一起，并且第一板12和第二板14的位于外周边缘内侧的区域被间隔开，以在板12、14之间限定用于传热流体的至少一个流体流动通路16。
至少第一板12是具有第一表面18(在本文中也称为“内表面”)的传热板，该第一表面18与传热流体热接触，并且面向流体流动通路16和第二板14。第一板12还具有相对的第二表面20(在本文中也称为“外表面”)，以与要加热或冷却的至少一个物体21接触。
热交换器10的第二板14例如通过冲压而成形，并且具有平坦且平面的基部22，该基部在所有侧边都被具有外周密封表面26的凸起的外周凸缘24围绕，沿着该外周密封表面26，第二板14例如通过钎焊(铜焊)或焊接而密封至第一板12的内表面18上的外周密封表面28。第二板14具有第一表面38(在本文中也称为“内表面”)以及相对的第二表面40(在本文中也称为“外表面”)，第一表面38与传热流体热接触，并且面向流体流动通路16和第一板12。外表面40也可以适于与要加热或冷却的至少一个物体21接触。
如本文所用，关于第一板12和第二板14的外表面20、40的词语“接触”是指“热接触”，意味着热量通过第一板12和/或第二板14在传热流体与要冷却的物体21之间传递。除非有相反的明确说明，否则本文所用的词语“接触”不应解释为直接物理接触。相反，应当理解，处于热接触中的表面或物体不必与彼此直接物理接触，而是可以由中间部件、层或物质分隔开。例如，第一板12的内表面18可以通过中间板、片或垫片与流体流动通路16中的传热流体热接触。此外，第一板12和/或第二板14的外表面20、40可以通过诸如焊料层之类的中间物质与物体21热接触，该中间物质在图2中由附图标记23标识，在下文中讨论。该焊料层23在本文中也被称为“第一焊料层”。
要冷却的物体21包括发热电子元件，诸如晶体管、电阻、电容、场效应晶体管(FET)、隔离栅双极晶体管(IGBT)模块或其基板、功率逆变器、DC到DC转换器或者DC到AC转换器。该物体21还可以包括PCB板，其具有驱动控制逻辑、汇流条、连接器和外壳。尽管在附图中示出了一个物体21，但是应当理解，可以在第一板12的外表面20和/或第二板14的外表面40上设置多个物体21。
尽管本文中将热交换器10描述为具有特定的构造和功能，但是应当理解，本文中描述的热交换器和制造方法可应用于使用平板的其他类型的热交换器，包括诸如散热器的热发散装置，其中一个表面用于与要冷却的物体接触，并且相对的表面与诸如空气的停滞的或流动的冷却剂接触，并且其可以设有散热翅片。
在图1的实施例中，第一板12的内表面18、外表面20是基本平坦且平面的。尽管整个第一板12示出为是平坦且平面的，但并非在所有实施例中都如此。在一些实施例中，第一板12在将与要冷却的物体21接触的区域中可以是平坦且平面的，但是在其他区域中可以是非平面的。
例如，图2示出了热交换器10'，其是热交换器10的变型，其中第一板12是成形板，其形成有被凸起的外周凸缘24'围绕的、平坦且平面的基部22'，类似于第二板14。
图3示出了热交换器10”，其是热交换器10的另一个变型，其中第一板12包括呈相对较厚的平板形式的散热器，该第一板的内表面18固定至限定流体承载面板的壁的较薄形状的中间板15的表面，如共同转让的美国专利号10,475,724中描述的那样，其全部内容通过引用并入本文。在该结构中，第一板12的内表面18通过较薄形状的板15与由流体承载面板承载的液体冷却剂热接触，而散热器12的外表面20与第二板12的要冷却的物体21热接触。第二板14具有平坦且平面的基部22，该基部在所有侧边上都被具有外周密封表面26的凸起的外周凸缘24围绕，并且热交换器10”还包括中间板15，该中间板具有外周密封表面29和围绕平板壁27的凸起的外周凸缘25。第二板14的外周密封表面26例如通过钎焊而密封至中间板15的外周密封表面29，其中流体流动通路16被限定在第二板14和中间板15之间。第一板12可以是平的，并且比第二板14和中间板15厚，并且第一板12的内表面18可以例如通过钎焊固定至中间板15的平板壁27。在该实施例中，第一板12的内表面18通过中间板15的平板壁27与流体流动通路16分开。
在一些实施例中，板12、14、15由铝或其合金构成，并且通常在钎焊炉中在有或没有助熔剂的情况下通过钎焊结合在一起。为了便于钎焊，在被接合的表面之间提供钎焊填料金属。如将在下文进一步讨论的，钎焊填料金属可以呈如下的形式，即，处在第一板12和/或第二板14的密封表面26、28上的包覆层、插设在密封表面26、28之间的垫片、和/或插设在密封表面26、28之间的包覆钎焊板。因此，表面26、28可以不与彼此直接接触，而是可以通过一层钎焊填料金属和/或钎焊片密封在一起。
热交换器10还具有带有入口配件34和出口配件36的入口端口30和出口端口32，以将热交换器10连接至冷却剂循环系统的其他部件(未示出)。在图1所示的热交换器10中，入口端口30和出口端口32以及配件34、36设置在第一板12中，并且位于其相对的两端处，使得冷却剂通过入口端口30和入口配件34进入热交换器10，随后流过冷却剂流动通路16的长度，并且通过出口端口32和出口配件36离开热交换器10。附图中所示的端口30、32和配件34、36的位置不是必需的，其他构造也是可能的。例如，端口30、32和配件34、36都可以位于热交换器10的同一端处。
要冷却的物体21具有平坦的表面，以提供与第一板12和/或第二板14的外表面20、40的紧密热接触。由要冷却物体21产生的热量通过第一板12直接地或通过如上所述的一个或多个中间层传递至循环通过冷却剂流动通路16的冷却剂。
尽管热交换器10在附图中被示出为具有特定的构造，其中第一板12和第二板14是细长并且大体上矩形的，且端口30、32和配件34、36位于第一板12中，但是应当理解，附图仅示出了热交换器的一些可能的构造。还应当理解，板12、14的形状可以变化，并且端口30、32中的一个或两个及其相关联的配件34、36可以位于第二板14中，如图2和图3所示。此外，板12和14的相对厚度没有在附图中按比例精确地示出。在一些应用中，第一板12的厚度可以显著大于第二板14和/或中间板15(如果有)的厚度。
所示实施例将热交换器10示出为包括被一对板12、14或15封围的单个流体流动通路16。然而，应当意识到，热交换器10可包括附加的成对的板12、14或12、15。例如，热交换器10可以包括设置在要冷却的物体21的顶部的第二对板12、14或12、15，并且歧管(未示出)可以设置成连接这两对板12、14的冷却剂流动通路16。这些歧管可以设置在由示出的实施例中的配件34、36所占据的基本上相同的位置，或者它们可以设置在板12、14、15的外部。在共同转让的美国专利9,417,011、9,829,256和10,475,724中示出了包括多对板的热交换器结构，后者公开了这样的构造，其中歧管设置在流体承载板外部的结构中。
上面已经描述了热交换器10的基本结构，下文的讨论集中于热交换器板12、14和要冷却的物体21的层式结构。
在以下讨论中，将假设构成热交换器10的板12、14、15由可钎焊的铝合金构成，其中3000系列可锻铝合金最常用作铝制热交换器板12、14和/或15的芯层，并且3003和3005铝合金被广泛用于热交换器的工业生产中。3000系列铝合金包括具有锰的铝合金，并且强度比纯铝高，同时可维持优秀的可成形性和耐腐蚀性。3000系列铝合金的熔点约为629℃至654℃(1165°F至1210°F)。可替代地，在一些应用中，板12、14和/或15的芯层可以包括其他的，不太常规的合金，例如1000、2000、5000、6000、7000和8000系列合金或铝铸造合金。
板12、14、15中的一个或多个还可以包括由较低熔点的铝合金，诸如由包括铝和硅的4000系列锻造铝合金构成的表面层或包覆层，其中4043铝合金在热交换器的工业生产中被广泛用作钎焊填料合金。4043铝合金的熔化范围是约573℃至625℃。包覆层可以设有包括镍的一层或多层电镀层，以允许铝的无熔剂钎焊，例如，如共同转让的美国专利号7,000,823和6,913,184中所公开的，其内容通过整体援引结合于本文。
要定义为钎焊，钎焊合金液相线温度必须低于板12、14和/或15的芯层的熔点，并且高于450℃(842°F)。如本文中限定，铝钎焊温度限定为如下的温度，即，将热交换器10的板12、14、15钎焊在一起，并且在约550℃至615℃的范围内。
图4是示意性地示出物体21的放大截面图，该物体21安装至本文所述的热交换器10的板12、14、15之一的外表面20、40上。图4示意性地示出了板12、14、15和要冷却的物体21的各个层。应当理解，各个层的厚度没有按比例示出。
板12、14、15被示为具有夹在第一内包覆层44和第一外包覆层46之间的芯层42，其中，包覆层44、46沿着板12、14、15的相应的内表面18、38和外表面20、40设置。
芯层42由可钎焊的铝合金构成，这意味着芯层42的熔化(液相线)温度足够高，使得其在钎焊温度，即高于450℃(842℃)，例如在625℃以上时保持固态并且不熔化。芯层42可以包括1000、2000、3000、5000、6000、7000或8000系列的合金或铝铸造合金。例如，芯层可以包括3000系列的锻造铝合金，诸如3003或3005铝合金。芯层42的厚度是可变的，并且可以在约0.5mm至约2.5mm的范围内。
第一内包覆层44由较低熔点的铝合金构成，该较低熔点的铝合金在钎焊温度下熔化并形成填料金属，诸如包括铝和硅的4000系列锻造铝合金，例如4043铝合金。因此，第一内包覆层44在热交换器10的钎焊期间可能至少被部分地消耗，并且板12、14、15的层44与相邻层之间的界面在图4至图6中用虚线示出。
如上所述，第一内包覆层44是可选的。相反，一些实施例可以利用具有与第一内包覆层44相同或相似的构成和厚度的垫片或预成型件，其通常在约10μm至100μm的范围内。
第一外包覆层46由金属构成，并且在组装热交换器10的钎焊操作期间保持完整。因此，构成第一外包覆层46的金属在钎焊之前被施加至板12、14或15，并且具有足够高的熔点以使其在钎焊期间不会熔化。
另外，构成第一外包覆层46的金属是可钎焊的，这意味着第一外包覆层46能够与要冷却的物体21形成钎焊接头，即，在钎焊之后形成钎焊接头。为了形成钎焊接头，第一外包覆层46必需被焊料“润湿”。在这方面，当第一外包覆层46和焊料组合物被加热到钎焊温度(限定为低于450℃或842°F)时，该焊料组合物将熔化并且“润湿”第一外包覆层46和外表面，这意味着熔化的焊料穿透第一外包覆层46的表面以形成第一焊料层23，其金属间地(intermetallically)结合至第一外包覆层46的外表面。
在一些实施例中，第一外包覆层46可在不使用焊料层23的情况下结合至物体21。在这方面，第一外包覆层46可以通过烧结或者通过声/超声结合或焊接而结合至物体21。
在本实施例中，第一外包覆层46包括镍、镍合金、铜或铜合金。镍在1,455℃时熔化，而铜在1,085℃时熔化，因此，外包覆层的熔点足够高，使得其在钎焊期间保持完整。铜、镍及它们的合金也可钎焊并且被焊料组合物润湿。第一外包覆层46的厚度是可变的，并且可以是约25μm至250μm，例如约25μm至150μm或者约50μm至100μm。
铜和铝形成了在约548℃下熔化的低共熔组合物，该548℃低于热交换器10的板12、14、15(特别是在它们包含3000系列铝合金的情况下)钎焊在一起的温度。因此，在第一外包覆层46包括铜或铜合金的实施例中，不期望使第一外包覆层46与其结合至的板12、14、15的芯层42直接接触，这是因为在钎焊期间，第一外包覆层46的铜将与芯层42的铝结合而形成低共熔组合物，该低共熔组合物在钎焊期间可能至少部分地熔化。低共熔组合物在钎焊期间的形成和熔化会有效地侵蚀并且减小芯层42的厚度，并且不利地影响热交换器10的结构完整性。
因此，在第一外包覆层46包括铜或铜合金的实施例中，第二外包覆层48设置在第一外包覆层46的内表面与铝芯层42之间。第二外包覆层48在板12、14、15的铜基的第一外包覆层46和铝芯层42之间提供阻挡。因此，第二外包覆层48由可结合至铝和铜的金属构成，该金属在钎焊温度下不与铝或铜形成低熔点共晶，并且其具有足够高的熔化温度以在钎焊温度下保持为固态，并且其具有足够的厚度以在钎焊期间维持其结构完整性。
例如，第二外包覆层48可以由镍、镍合金、不锈钢、高镍钢或低碳钢构成。第二外包覆层48的厚度是可变的，并且可以为约10μm至150μm，例如约50μm至100μm。在第二外包覆层48包括镍或镍合金的情况下，第二外包覆层48的厚度从大于10μm至约150μm，例如大于10μm至约100μm，或者大于10μm至约50μm。
如果在钎焊期间构成第一外包覆层46的金属没有与铝形成低熔点的低共熔组合物，则可以省略第二外包覆层48。因此，在第一外包覆层46包括镍或镍合金的实施例中，第一外包覆层46可以直接结合至板12、14或15的芯层42。
第一焊料层23包括熔点在90℃至450℃范围内并且具有可变构成的金属组合物。存在于焊料组合物中的通常元素包括锡、铅、铜、银、铋、铟、锌、锑、镉、铝等。通常，焊料组合物的熔点将在约150℃至约400℃的范围内。
在一些实施例中，第一外包覆层46的外表面可以被“镀锡”，即，构成第一焊料层23的焊料组合物的至少一部分、或者不同的焊料组合物被作为薄的连续的层施加至第一外包覆层46的外表面，之后将物体21钎焊至热交换器10。镀锡有助于某些金属形成钎焊接头，并且在第一外包覆层46包括镍或镍合金的情况下是有利的。图4的右侧示出了第一焊料层23，其作为连续层向外延伸超出物体21的边缘，与镀锡一致。相比之下，图4的左侧示出了第一焊料层23可以仅在物体21的底部的整个区域及其紧邻区域延伸。
在镀锡操作之前和/或期间(如果使用的话)以及在将物体21钎焊至板12、14、15之前和/或期间，助焊剂(flux)可以用来破开第一外包覆层46的外表面上的氧化物层。
要冷却的物体21包括多个层，其如图4和5所示。一般而言，物体21包括安装于电绝缘基板52的至少一个半导体芯片50，并且包括附加的层以允许芯片50结合至基板52以及基板52结合至板12、14、15。基板52可以包括诸如氮化硅(Si3N4)、氧化铝(Al2O3)或氮化铝(AlN)的陶瓷。
在所示的实施例中，电绝缘基板52设有诸如铜的可钎焊金属的层。这些上金属层和下金属层由附图标记54和56标识，并且提供可钎焊的表面以结合至相邻部件的表面和/或提供导电性。在金属层54、56包含铜并且基板52包含陶瓷的情况下，层54/52/56通常称为DBC(直接结合的铜)层，在附图中由参考数字60标识。在芯片50和上金属层54之间是第二焊料层58。
第一焊料层23和第二焊料层58的组合物可以不同并且可以具有不同的熔化温度。例如，在首先将DBC层60施加至板12、14、15(即在将芯片50施加至DBC层60之前)的情况下，第一焊料层23的熔点将高于第二焊料层58的熔点。替代地，在DBC层60被结合至板12、14、15之前先装有一个或多个芯片50的情况下，第二焊料层58的熔点将高于第一焊料层23的熔点。
与在物体21与板12、14、15之间提供TIM层的已知热交换器的情况相反，如本文所述的物体21与板12、14、15的直接结合可提供直接的热结合，这可减小物体21(包括芯片50)和循环通过热交换器10的至少一个流体流动通路16的传热流体之间的热阻。这允许物体21在较低的温度下操作，和/或允许在传热流体的给定温度下有更多的能量穿过物体21。
图5示出了另一实施例，除了与图4所示的实施例相同的以外，其不同之处在于板12、14、15包括另一金属层62，在本文中也被称为“第二内包覆层”，靠近板的内表面18、38。
应当理解，当加热到高温时(例如在钎焊期间)，铝、铜和镍具有不同的热膨胀率。因此，由于其多层结构，在铝芯层42的一侧上具有层46和可选地层48，当加热到钎焊温度范围时，板12、14或15可能易于翘曲或弯曲，这是由于由芯层42、第一外包覆层46和第二外包覆层48(在设置有的情况下)的热膨胀差异所产生的力造成的。例如，板12、14的内表面18、38可以是凹形翘曲的，而外表面20、40可以是凸形翘曲的。板12、14、15的任何翘曲都是不希望的，因为其可能影响板12、14、15的密封表面的平坦性，使得更难将它们与流体密封的密封件钎焊到一起。另外，板12、14的外表面的翘曲将减少与随后结合至板12、14的任何物体21的热接触。
将第二内包覆层62施加至板12、14或15的相对(内)侧以平衡由层的不同热膨胀产生的力，由此在钎焊期间减小板12、14或15的翘曲或弯曲的趋势。
如图所示，第二内包覆层62可以直接施加至芯层42。在设置第一内包覆层44的实施例中，第二内包覆层62设置在芯层42和第一内包覆层44之间。第二包覆层62具有与第一外包覆层46和/或第二外包覆层48相似的热膨胀系数，并且可以可选地包括与第一外包覆层46和/或第二外包覆层48相同的金属。例如，在其中第一外包覆层46或第二外包覆层48由镍或镍合金构成的实施例中，第二内包覆层62可以类似地由镍或镍合金构成。第二内包覆层62的厚度可以在第一外包覆层46和/或第二外包覆层48的上述厚度范围内。
有许多已知的方法将层44、46、48和62施加至铝芯层42。例如，这些层可以通过将构成这些层的金属电镀或喷涂至芯层42来施加。然而，发明人已经发现，将层施加至芯层42的最经济和有效的方法是通过辊压复合(roll bonding)。
辊压复合是固态冷焊工艺，其中两片或更多片金属片在足够的压力下穿过一对平压辊以将各层结合在一起，随后进行热处理(退火)。辊压复合还可减小一个或多个金属片的厚度。在本发明的上下文中，在一个或多个辊压复合操作中，构成芯层42的第一金属片被辊压复合至构成各种包覆层的一个或多个金属片。
例如，在芯层42包括铝或铝合金并且第一外包覆层46包括镍或镍合金的情况下，第一外包覆层46直接被辊压复合至芯层42。此外，第一外包覆层46可以以与一个或多个内包覆层44、62相同的辊压复合或者不同的辊压复合操作来施加。
在板12、14、15包括第一内包覆层44和第二内包覆层62两者的情况下，这些内包覆层可以通过辊压复合同时或按序地施加至芯层42，即其中第二内包覆层62直接施加至铝芯层42并且第一内包覆层44施加至第二内包覆层62。可选地，第一内包覆层44和第二内包覆层62可以先彼此辊压复合，并且随后一起被辊压复合至铝芯层42。在不设置第二内包覆层62的实施例中，第一内包覆层44直接被辊压复合至铝芯层42。
当第一外包覆层46包括铜或铜合金，并且第二外包覆层48设置在第一外包覆层46和铝芯层42之间时，构成第二外包覆层48的片可以首先被辊压复合至铝芯层42，并且在相同的辊压复合操作或随后的辊压复合操作中，将构成第一外包覆层46的片辊压复合至第二外包覆层48。替代地，构成第一外包覆层46和第二外包覆层48的金属片可以在第一辊压复合操作中结合在一起以形成多层包覆片，并且随后将多层包覆片辊压复合至铝芯层42，使得第二外包覆层48与芯层42直接接触。
图6示出了类似于图4的实施例的另一个实施例，其中，第一外包覆层46包括镍或镍合金，并且该实施例包括第二外包覆层48和第三外包覆层66。通过增加第二外包覆层48和第三外包覆层66，可以看到铝芯层42具有包括Ni/Al/Ni的外包覆结构。发明人已经发现，施加这种具有按序布置的组分的外包覆层46、48、66可平衡由铝和镍的不同热膨胀所引起的力，由此减少或消除了板12、14、15的翘曲或弯曲，就如图5所示的实施例那样。
第一外包覆层46的厚度可以如上所述，并且包括镍或镍合金的第三外包覆层66可以具有与层46相同或相似的、例如在约±25％内的厚度。由铝或铝合金构成的第二外包覆层48通常将比芯层42薄。然而，层42和48的厚度可以略微调节，以确保板12、14、15的力和平直度的最佳平衡。
图7示出了类似于图6的实施例的另一实施例，但是第一外包覆层46包括铜或铜合金，并且板还包括第二外包覆层48、第三外包覆层66和第四外包覆层。在该实施例中，第二外包覆层48和第四外包覆层68包括镍或镍合金，并且第三外包覆层66包括铝或铝合金。因此，图7的实施例类似于图4的实施例，但是第二外包覆层48由包括Ni/Al/Ni的包覆结构代替以平衡由铝和镍的不同热膨胀所引起的力，由此减少或消除板12、14、15的翘曲或弯曲。
热交换器10可以通过以下列出的步骤制造。
首先，提供多个金属片12、14、15，这些金属片包括铝或铝合金。
如上文说明，可以将诸如第一内包覆层44的铝钎焊合金的层施加至金属片12、14、15中的一个或多个。
将被钎焊至物体21的任意板12、14、15设置有第一外包覆层46，该第一外包覆层46通过辊压复合施加至芯层42。在同一板12、14、15还设有第一内包覆层44的情况下，第一外包覆层46和第一内包覆层44在同一辊压复合操作中或在不同的辊压复合操作中施加至芯层42。
在设置有第二外包覆层48的情况下，在第二外包覆层48和外包覆层46辊压复合在一起之前或之后，将第二外包覆层48直接辊压复合至芯层42。类似地，在设置有第三外包覆层66的情况下，可以首先将第一外包覆层46、第二外包覆层48和第三外包覆层66辊压复合在一起以形成Ni/Al/Ni，然后将其辊压复合至芯层42，或者它们可以在两个或更多个辊压复合操作中被辊压复合至芯层42。
在板12、14、15设置有第二内包覆层62的情况下，将第二内包覆层62直接辊压复合至板12、14、15的芯层42。在同一板12、14、15上设置有第一内包覆层44的情况下，在将第一内包覆层44和第二内包覆层62辊压复合在一起之前或之后，将第二内包覆层62直接辊压复合至芯层42。
在第一外包覆层46和任意其他层施加至板12、14、15中的一个或多个之后，这些板中的至少一个经历一个或多个成形操作，诸如机械加工、冲压(stamping)或拉伸(drawing)。成形操作为板12、14、15提供一个或多个特征，该特征至少部分地限定一个或多个流体流动通路16。这样的特征包括孔(例如用于端口30、32)、平坦且平面的基部22、凸起的外周凸缘24、外周密封表面26、28和/或在平面的基部22中的一个或多个浮突(未示出)，包括肋和凹窝(dimples)，其部分地限定至少一个流体流动通路16，并且引导传热流体通过热交换器10从入口至出口。
在一些实施例中，仅第一外包覆层46被施加至第一板12，并且可选地，仅层48和62中的一个或两个被施加至第一板12。在图1的实施例中，第一外包覆层46和可选的第一板12可以被冲压以形成端口30、32，但是也可以维持为平坦且平面的。在这样的实施例中，层46、48和62的可成形性不是特别关注的，并且这些包覆层的厚度可以更接近上述厚度范围的下限。
另一方面，在第一板12如图2或图3中所示经受附加成形的情况下，或者在第一外包覆层46也施加至第二板14的情况下，第一外包覆层46和任意其他包覆层在成形过程中必须保持完整。在这样的实施例中，包覆层46、48、62的厚度可以更接近于上述厚度范围的上限。例如，在任意包覆层46、48、62是镍或镍合金的情况下，如果其将经受成形操作，则该包覆层可以具有约25μm至250μm的厚度，例如约25μm至150μm或约50μm至100μm。
在板12、14、15如上所述包覆和成形之后，板12、14、15通常用夹具或固定装置固定在一起，并且在钎焊炉中加热至钎焊温度。设置在板12、14、15(包括第一内包覆层44)之间的钎焊填料熔化并且在板12、14、15之间形成密封。
在钎焊之后，使热交换器10冷却，并且随后将一个或多个要冷却的物体21钎焊至设置有第一外包覆层46的热交换器10的外表面。如上所述，第一外包覆层46可以通过将其外表面镀锡来预处理(在钎焊后)。助焊剂可以用于将一个或多个物体21钎焊至热交换器10。同样如上所述，在将物体21钎焊至热交换器之前或之后，可以将半导体芯片50钎焊至物体21的DBC层60。
虽然已经结合本公开描述了各种实施例，但是应该理解，可以在本公开的范围内对所描述的示范性实施例进行某些改变和修改。因此，以上讨论的实施例被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (22)

1.钎焊的热交换器，包括：
(a)具有内表面和外表面的第一板；
(b)具有内表面和外表面的第二板；
(c)外周边缘，所述第一板和所述第二板的内表面沿着所述外周边缘在铝钎焊温度下通过钎焊结合在一起；以及
(d)至少一个流体流动通路，所述至少一个流体流动通路限定在所述第一板和所述第二板的内表面之间；
其中，所述第一板和所述第二板均包括芯层，其中，所述芯层包括铝或铝合金，并且其熔化温度高于铝钎焊温度；
其中，所述第一板还包括：
限定所述第一板的外表面的第一外包覆层，
其中，所述第一外包覆层能钎焊至要冷却的物体的金属层并且包括镍、镍合金、铜或铜合金；以及
第二外包覆层，所述第二外包覆层定位在所述第一外包覆层和所述芯层之间，其中，所述第一外包覆层被辊压复合至所述第二外包覆层。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述第一外包覆层的厚度为约25μm至250μm。
3.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述第一外包覆层包括铜或铜合金；其中，所述第二外包覆层被辊压复合至所述芯层以及所述第一外包覆层；并且其中，所述第二外包覆层包括镍、镍合金、不锈钢、高镍钢或低碳钢。
4.根据权利要求3所述的热交换器，其特征在于，所述第二外包覆层包括镍或镍合金。
5.根据权利要求4所述的热交换器，其特征在于，所述第二外包覆层的厚度从大于10μm至约150μm。
6.根据权利要求3所述的热交换器，其特征在于，所述第一外包覆层的厚度为约50μm至150μm。
7.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述第一外包覆层包括镍或镍合金，并且厚度为约25μm至250μm。
8.根据权利要求7所述的热交换器，其特征在于，所述第二外包覆层包括铝或铝合金，并且其熔化温度高于所述铝钎焊温度；以及
其中，所述第一板还包括第三外包覆层；其中，所述第三外包覆层被辊压复合至所述第二外包覆层；以及其中，所述第三外包覆层包括镍或镍合金。
9.根据权利要求8所述的热交换器，其特征在于，所述第三外包覆层也被辊压复合至所述芯层。
10.根据权利要求9所述的热交换器，其特征在于，所述第一外包覆层的厚度与所述第三外包覆层的厚度相同，或者所述第一外包覆层和所述第三外包覆层的厚度在彼此的约±25％以内。
11.根据权利要求10所述的热交换器，其特征在于，所述第二外包覆层比所述芯层薄。
12.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述第一板还包括第一内包覆层，所述第一内包覆层限定所述第一板的内表面并且包括铝合金，所述铝合金在所述铝钎焊温度下熔化并且形成填料金属。
13.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述第一板还包括第二内包覆层，所述第二内包覆层直接被辊压复合至所述芯层的与所述第一外包覆层的相反的一侧，并且所述第二内包覆层包括镍或镍合金。
14.根据权利要求3所述的热交换器，其特征在于，所述第一板还包括第三外包覆层和第四外包覆层，所述第三外包覆层被辊压复合至所述第二外包覆层，所述第四外包覆层被辊压复合至所述第三外包覆层；
其中，所述第三外包覆层包括铝或铝合金，并且其熔化温度高于所述铝钎焊温度；以及
其中，所述第四外包覆层包括镍、镍合金、不锈钢、高镍钢或低碳钢。
15.根据权利要求14所述的热交换器，其特征在于，所述第二外包覆层和所述第四外包覆层两者都包括镍或镍合金，并且所述第四外包覆层被辊压复合至所述芯层。
16.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，还包括要冷却的物体，所述要冷却的物体具有金属层，所述金属层已经通过冶金地结合而结合至所述第一外包覆层，所述冶金地结合选自焊料结合、超声波焊接结合或烧结结合。
17.根据权利要求13所述的热交换器，其特征在于，所述要冷却的物体通过钎焊接头而结合至所述第一外包覆层，并且其中，所述热交换器在所述第一外包覆层与所述要冷却的物体的金属层之间还包括焊料层。
18.钎焊的热交换器，包括：
(a)具有内表面和外表面的第一板；
(b)具有内表面和外表面的第二板；
(c)外周边缘，所述第一板和所述第二板的内表面沿着所述外周边缘在铝钎焊温度下通过钎焊结合在一起；
(d)至少一个流体流动通路，所述至少一个流体流动通路限定在所述第一板和所述第二板的内表面之间；
其中，所述第一板和所述第二板均包括芯层，其中，所述芯层包括铝或铝合金，并且具有高于铝钎焊温度的熔化温度；
其中，所述第一板还包括：
限定所述第一板的外表面的第一外包覆层，
其中，所述第一外包覆层能钎焊至要冷却的物体的金属层并且包括镍、镍合金、铜或铜合金；以及
第二内包覆层，所述第二内包覆层直接被辊压复合至所述芯层的与所述第一外包覆层的相反的一侧，并且所述第二内包覆层包括镍或镍合金。
19.根据权利要求18所述的热交换器，其特征在于，所述第一外包覆层包括镍或镍合金，并且厚度为约25μm至250μm。
20.根据权利要求19所述的热交换器，其特征在于，所述第一板还包括第一内包覆层，所述第一内包覆层限定所述第一板的内表面并且包括铝合金，所述铝合金在所述铝钎焊温度下熔化并且形成填料金属；以及
其中，所述第二内包覆层直接被辊压复合至所述芯层的与所述第一外包覆层相对的一侧。
21.用于根据权利要求1所述的热交换器的制造方法，所述方法包括：
(a)提供所述第一板和所述第二板，其中，所述第一板由包括所述第一外包覆层、所述第二外包覆层和所述芯层的多个层构成，所述第一板的各层已经通过辊压复合而结合在一起；
(b)通过选自冲压和拉伸的成形操作来形成所述第一板和所述第二板中的至少一个；
(c)在所述铝钎焊温度下将所述第一板钎焊至所述第二板；以及
(d)通过选自钎焊、超声焊接或者烧结的冶金地结合操作，将所述要冷却的物体的金属层结合至所述第一板的外表面以及所述第一外包覆层。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述第一板还包括第一内包覆层，所述第一内包覆层包括铝合金，所述铝合金在所述铝钎焊温度下熔化并且形成填料金属，所述第一内包覆层在所述步骤(a)之前被辊压复合至所述芯层。
CN202110082675.5A 2020-01-21 2021-01-21 具有可钎焊的外表面层的铝制热交换器 Pending CN113218232A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/748,436 US11614289B2 (en) 2020-01-21 2020-01-21 Aluminum heat exchanger with solderable outer surface layer
US16/748,436 2020-01-21

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113218232A true CN113218232A (zh) 2021-08-06

Family

ID=76650609

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110082675.5A Pending CN113218232A (zh) 2020-01-21 2021-01-21 具有可钎焊的外表面层的铝制热交换器

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11614289B2 (zh)
CN (1) CN113218232A (zh)
DE (1) DE102021200437A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022209698A1 (de) * 2022-09-15 2024-03-21 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Fluiddurchströmbarer Kühler zum Kühlen eines Leistungsmoduls

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5796049A (en) 1997-04-04 1998-08-18 Sundstrand Corporation Electronics mounting plate with heat exchanger and method for manufacturing same
JP2004504491A (ja) * 2000-07-26 2004-02-12 コラス・アルミニウム・バルツプロドウクテ・ゲーエムベーハー ニッケルメッキされた鑞付けシート製品
US20040035911A1 (en) * 2001-11-21 2004-02-26 Dockus Kostas F. Fluxless brazing
US6815086B2 (en) * 2001-11-21 2004-11-09 Dana Canada Corporation Methods for fluxless brazing
US7182125B2 (en) * 2003-11-28 2007-02-27 Dana Canada Corporation Low profile heat exchanger with notched turbulizer
JP4640170B2 (ja) 2005-12-28 2011-03-02 株式会社豊田自動織機 半田付け方法及び半導体モジュールの製造方法並びに半田付け装置
JP2008016567A (ja) 2006-07-04 2008-01-24 Calsonic Kansei Corp 自動車用電子部品冷却装置
US7755185B2 (en) 2006-09-29 2010-07-13 Infineon Technologies Ag Arrangement for cooling a power semiconductor module
JP5028147B2 (ja) 2007-05-29 2012-09-19 株式会社アライドマテリアル 半導体装置用ヒートスプレッダとその製造方法
JP5381561B2 (ja) 2008-11-28 2014-01-08 富士電機株式会社 半導体冷却装置
JP5704835B2 (ja) * 2009-05-27 2015-04-22 株式会社神戸製鋼所 熱交換器用アルミニウム合金製ブレージングシート
EP2328172B1 (en) 2009-10-02 2019-06-26 Abb Research Ltd. A power-electronic arrangement
JP5515947B2 (ja) * 2010-03-29 2014-06-11 株式会社豊田自動織機 冷却装置
US10531594B2 (en) 2010-07-28 2020-01-07 Wieland Microcool, Llc Method of producing a liquid cooled coldplate
CA2900115A1 (en) 2013-02-08 2014-08-14 Dana Canada Corporation Heat exchanger with annular inlet/outlet fitting
CN107514924B (zh) 2013-02-12 2019-11-26 达纳加拿大公司 具有自动对准配件的热交换器
TWI604574B (zh) * 2013-03-14 2017-11-01 三菱綜合材料股份有限公司 接合體、電源模組用基板及附散熱片之電源模組用基板
JP6100605B2 (ja) * 2013-05-17 2017-03-22 昭和電工株式会社 多層クラッド材の製造方法
CA2995725A1 (en) 2015-08-27 2017-03-02 Dana Canada Corporation Heat exchangers for dual-sided cooling
JP6579037B2 (ja) * 2016-05-30 2019-09-25 日本軽金属株式会社 パワーデバイス用冷却器の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE102021200437A1 (de) 2021-07-22
US11614289B2 (en) 2023-03-28
US20210222967A1 (en) 2021-07-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3208839B1 (en) Substrate with cooler for power modules and method for producing same
KR101188150B1 (ko) 냉각 장치
US8254422B2 (en) Microheat exchanger for laser diode cooling
TWI676516B (zh) 接合體、附加散熱器的電源模組用基板、散熱器、及接合體的製造方法、附加散熱器的電源模組用基板的製造方法、散熱器的製造方法
TWI641300B (zh) 接合體及功率模組用基板
CN104205323A (zh) 功率模块用基板、自带散热器的功率模块用基板、功率模块及功率模块用基板的制造方法
KR20120018811A (ko) 냉각 전기 회로
JP2004115337A (ja) アルミニウム−セラミックス接合体
CN106165087A (zh) 功率模块用基板、带散热片的功率模块用基板及带散热片的功率模块
TW201411789A (zh) 附散熱座功率模組用基板，附冷卻器功率模組用基板及功率模組
TWI661516B (zh) 接合體，附散熱器電源模組用基板，散熱器，接合體的製造方法，附散熱器電源模組用基板的製造方法及散熱器的製造方法
CN104885206A (zh) 功率模块
CN104885207A (zh) 功率模块
JP2005191502A (ja) 電子部品冷却装置
CN107078111B (zh) 冷却装置、用于加工冷却装置的方法和功率电路
JP5914968B2 (ja) ヒートシンク付パワーモジュール用基板及びその製造方法
US11614289B2 (en) Aluminum heat exchanger with solderable outer surface layer
KR20210096069A (ko) 접합체, 히트 싱크가 부착된 절연 회로 기판 및 히트 싱크
JP6819299B2 (ja) 接合体、パワーモジュール用基板、接合体の製造方法及びパワーモジュール用基板の製造方法
JP5969235B2 (ja) 熱交換器用アルミニウムクラッド材およびその製造方法
JP5011088B2 (ja) 放熱装置及びパワーモジュール
JP2011023545A (ja) 放熱構造体およびパワーモジュール
JP4935783B2 (ja) 半導体装置および複合半導体装置
JP6673635B2 (ja) 接合体の製造方法、ヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法、ヒートシンクの製造方法、及び、接合体、ヒートシンク付パワーモジュール用基板、ヒートシンク
WO2016060079A1 (ja) 冷却器付パワーモジュール用基板及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination