CN115119471A - 用于将发热构件与冷却装置连接的方法 - Google Patents

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Abstract

为了提供一种用于将发热构件与冷却装置连接的、成本低廉并且减少生产周期的方法，建议一种用于将发热构件(10)与冷却装置(11)连接的方法(100)，其中，在发热构件(10)与冷却装置(11)之间布置连接材料(12)、优选焊接材料或者烧结膏，其中，通过所述发热构件(10)的运行实现向连接材料(12)中的热量输入，和/或其中，冷却装置(11)具有用于供热传递介质导引通过的冷却结构(16)，其中，通过用经加热的流体灌注冷却装置(11)的冷却结构(16)实现向连接材料(12)中的热量输入。

Description

用于将发热构件与冷却装置连接的方法
技术领域
本发明涉及一种用于将发热构件(或者说产生热的构件)与冷却装置连接的方法，其中，在发热构件与冷却装置之间布置连接材料、优选焊接材料或者烧结膏。
背景技术
为了连接构件，在现有技术中主要使用软焊方法。在所谓的回流焊接中，通过以下方式将印刷电路板(Leiterplatten)与构件连接，即首先在第一步骤中，在安装之前将形式为焊膏的软焊料涂覆在印刷电路板上。在下一步骤中，安装(bestückt)构件。接下来加热所安装的印刷电路板，以使包含在焊膏中的焊料熔化。
在也称为凝热焊接的气相焊接中，为了加热组件，使用在热传递介质从气态状态转变为液态状态的相变时释放的冷凝热量。在此，热传递介质的冷凝在焊接物品的表面上进行，直至整个组件达到了气态的热传递介质的温度。
在回流焊接方法中使用的装置具有较大的空间需求。此外，尤其对于较大的或者厚壁式的构件，由于向构件中的热量输入较差，产生较长的工艺时间。此外，在气相焊接中需要承受较高的流体成本。
由US 6,503,336 B1已知一种用于将印刷电路板与构件连接的方法，其中，借助喷嘴将经加热的流体导入构件与印刷电路板之间。借助经加热的流体使得布置在该处的焊接球熔化。
DE 41 03 098 C1公开了一种用于在电子器件中焊接组件或者在机械制造中焊接金属的方法。通过用被加热的液体润湿焊接部位，至少部分地将用于焊接过程所需的热量传递到焊接部位上。
DE 196 176 18 A1公开了一种用于拆焊
Figure BDA0003549091890000011
电子构件的方法和装置，其中，将构件的焊接部位浸入形式为蒸汽或者液体的热流体中，以使得焊接部位熔化。
尤其在通过软焊方法连接较大的构件时，已知的方法是不利的。由于构件的尺寸或者厚度，通常不能将经加热的流体直接传导至焊接部位处。如果在回流焊接中构件整体被加热，则对于较大的构件必须施加相应较大的热量，回流焊接方法由此在制造技术上是低效的。此外通常需要较长的工艺时间。
前述的问题尤其在将功率模块与冷却装置连接时出现。这种与冷却装置连接的功率模块主要使用在电动交通
Figure BDA0003549091890000021
中。功率模块和冷却装置的尺寸使得难以输入热量。此外，冷却装置具有用于导引冷却介质的空腔，所述空腔不利地影响热量分布。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于将发热构件与冷却装置连接的方法，所述方法成本低廉并且减少生产周期。
为了解决本发明的技术问题，建议一种用于将发热构件与冷却装置连接的方法，其中，在发热构件与冷却装置之间布置连接材料、优选焊接材料或者烧结膏，其中还规定，冷却装置具有用于供热传递介质导引通过的冷却结构，其中，通过用经加热的流体灌注(
Figure BDA0003549091890000022
或者说流过)冷却装置的冷却结构来实现向连接材料中的热量输入。
按照本发明，将冷却装置的在应用情况中供冷却剂或者制冷剂导引通过以冷却所述发热构件的冷却结构通过以下方式用于向连接材料中输入热量，即，将经加热的流体导引通过冷却结构。经加热的流体使冷却结构或者冷却装置变热，冷却结构或者冷却装置又将热量散发到布置在发热构件与冷却装置之间的连接材料上。
本发明所基于的技术问题的另一解决方案在于一种用于将发热构件与冷却装置连接的方法，其中，在发热构件与冷却装置之间布置连接材料、优选焊接材料或者烧结膏，其中还规定，通过所述发热构件的运行来实现向连接材料中的热量输入。
由此将通过发热构件的运行产生的热量用于实现向连接材料中的热量输入。用通过发热构件的运行产生的热量可以预热连接部位、优选焊接部位，和/或预热发热构件和/或冷却装置以建立连接、优选焊接连接或者烧结连接。此外可行的是，将发热构件的运行产生的热量用于熔化连接材料、尤其是焊接材料，以便在发热构件与冷却装置之间建立连接、尤其是焊接连接。
所述连接材料布置在发热构件与冷却装置之间，其中，发热构件和冷却装置都与所述连接材料形成直接的物理接触。
所述方法优选是焊接方法、进一步优选是软焊方法，或者是烧结方法。
因为按照本发明，通过发热构件的运行和/或通过用经加热的流体灌注冷却装置的冷却结构实现向连接材料的热量输入，所以可以取消尺寸设计得较大的、例如在已知的回流焊接方法中所需的装置。热量输入得到改善并且可以缩短工艺时间或者生产周期。
优选规定，通过所述发热构件的运行实现向连接材料中的热量输入，并且冷却装置具有用于供热传递介质导引通过的冷却结构，其中，通过用经加热的流体灌注冷却装置的冷却结构实现向连接材料中的热量输入。
换而言之，用于预热构件和连接材料和/或用于熔化连接材料和用于建立连接的热量既通过在发热构件的运行中产生的废热也通过从灌注冷却装置的冷却结构的经加热的流体散发的热量提供。
在此特别优选地规定，在发热构件的运行中产生的废热主要用于将发热构件的表面至少加热至连接温度，并且从灌注冷却装置的冷却结构的经加热的流体散发的热量大于发热构件的废热并且基本上提供用于建立连接所需的热量输入。在连接材料设计为焊接材料的情况下，从经加热的流体散发的热量足以使得焊接材料熔化。
优选规定，所述发热构件是功率模块。
也称为电源模块(Powermodule)的功率模块尤其使用在电动交通中。功率模块以及设置用于功率模块的冷却装置具有较大的尺寸，因此按照本发明的方法特别适用于将功率模块与冷却装置连接。
进一步有利地规定，所述经加热的流体是经加热的气体，优选是经加热的氮气。
此外可以规定，所述冷却装置是散热器或者冷却模块。
冷却装置、尤其是散热器或者冷却模块在此优选地设计用于，冷却用于机动车、尤其是电池电动车的电驱动器的功率模块。
此外可以优选规定，所述连接材料是焊膏或者烧结膏，尤其是银烧结膏。
焊膏可以借助已知方法涂覆到发热构件和/或冷却装置上。
如果连接材料是烧结膏，则可以规定，将发热构件和冷却装置彼此压紧，以便为烧结膏加载压力或者说表面压力，其中，压力优选处于5巴至200巴之间，进一步优选处于30巴至50巴之间。
此外可以规定，所述发热构件和/或所述冷却装置具有至少一个温度传感器，其中，通过使用所述至少一个温度传感器的信号来监测和/或控制热量输入、尤其是空间或者时间上的温度变化。
功率模块、尤其是用于机动车的电驱动器的功率模块，和必要时还有用于冷却这种功率模块的冷却装置、尤其是散热器或者冷却模块，通常具有温度传感器。这些原本就存在的温度传感器可以在所述方法的范围内用于监测并且必要时通过为此设置的调节装置调节向连接材料中的热量输入、尤其是热量输入的空间或者时间上的温度变化。
进一步有利地可以规定，静态地执行所述方法。
“静态地
Figure BDA0003549091890000041
”与之相关地表示，发热构件和冷却装置与布置在其间的连接材料在执行所述方法期间不需要如在用于回流焊接方法的装置中进行的那样被运输。由此减少了用于执行所述方法的空间需求以及与之相关的成本。因为不需要如在回流焊接中所需的移动的工件支架，所以可以保持或者说遵循发热构件相对于冷却装置的准确定位。尤其可以遵循位置公差。
进一步有利地可以规定，在真空条件下执行所述方法。
因此可以将发热构件和冷却装置与布置在其间的连接材料布置在真空室中。在真空条件下执行所述方法有利于减少缺陷部位、即所谓的空隙(Voids)。
此外可以优选规定，将所述方法与对流焊接方法、回流焊接方法或者气相焊接方法结合。
根据本发明的方法可以通过与其它已知的焊接方法的结合而更加高效。
本发明所基于的技术问题的另一解决方案在于一种用于将发热构件与冷却装置连接的装置，其中，该装置设计用于执行上述方法。
本发明所基于的技术问题的另一解决方案是在于一种机动车、尤其是电池电动的机动车或者混合动力电动车，所述机动车包括发热构件、尤其是功率模块，并且包括冷却装置、尤其是冷却模块，其中，所述发热构件和所述冷却模块已经通过上述方法连接。
结合上述方法描述的所有特征、功能和设计方案也能够以相应的方式转用到用于将发热构件与冷却装置连接的装置并且转用到机动车上。
附图说明
以下根据附图更详细地阐述本发明。在附图中：
图1示出剖切冷却装置和布置在所述冷却装置上的发热构件得到的纵向截面；
图2示出冷却装置和布置在所述冷却装置上的发热构件的俯视图；并且
图3示出具有发热构件和冷却装置的机动车。
具体实施方式
以下根据附图阐述用于将发热构件10与冷却装置11连接的方法100。图1示出了冷却装置11和布置在冷却装置上的发热构件10的示意图。在每个发热构件10和冷却装置11之间分别布置有连接材料12。发热构件10是用于机动车200(参见图3)的电驱动器的功率电子器件(或者说电力电子器件)的功率模块13。冷却装置11设计为用于功率模块13的冷却模块14。连接材料12是焊膏15。原则上，连接材料12也可以是烧结膏、尤其是银烧结膏。由于发热构件10和冷却装置11的尺寸都很大，在已知的方法中需要大量的热量以便将足够的热量输入到连接材料12中以建立连接。
冷却装置11具有供传导热传递介质导引通过的冷却结构16。为了将发热构件10与冷却装置11连接，首先通过入口17将经加热的流体、例如经加热的氮气输入冷却装置11的内部空间18中。经加热的流体从冷却装置11的内部18进一步流入冷却结构16并且灌注所述冷却结构。经加热的流体在灌注冷却结构16时将热量散发至冷却结构16，所述冷却结构16又将热量传递给连接材料12。通过以这种方式作用产生的热量输入，连接材料12或者焊膏15被熔化并且在发热构件10和冷却装置11之间建立连接。在灌注冷却装置11之后，经加热的流体通过出口19离开所述冷却装置。
作为备选或补充，也可以运行发热构件10。发热构件10在运行时产生废热，该废热也被传递到布置在发热构件10与冷却装置11之间的连接材料12上。在此，由发热构件10散发的热量也可以用于熔化连接材料12并且用于在发热构件10与冷却装置11之间建立连接。然而，也可以使用发热构件10的废热，以便符合工艺地预热发热构件10和/或冷却装置11上的接合部位。
图2示出了图1的冷却装置11和布置于所述冷却装置上的发热构件10的俯视图。发热构件10、尤其是功率模块13分别具有温度传感器20。通过温度传感器20可以监测和调节向连接材料12的热量输入、尤其是热量输入的空间或者时间上的温度变化。
图3示意性地示出了机动车200，所述机动车设计为电池电动的机动车21，并且该机动车200包括发热构件10、尤其是功率模块13，以及包括具有冷却结构16的冷却装置11、尤其是冷却模块14，其中，功率模块13和冷却模块14已经通过上述方法100相互连接。
附图标记清单
100 方法
200 机动车
10 发热构件
11 冷却装置
12 连接材料
13 功率模块
14 冷却模块
15 焊膏
16 冷却结构
17 入口
18 内部空间
19 出口
20 温度传感器
21 电池电动的机动车

Claims (10)

1.一种用于将发热构件(10)与冷却装置(11)连接的方法(100)，其中，在发热构件(10)与冷却装置(11)之间布置连接材料(12)、优选焊接材料或者烧结膏，其特征在于，冷却装置(11)具有用于供热传递介质导引通过的冷却结构(16)，其中，通过用经加热的流体灌注冷却装置(11)的冷却结构(16)来实现向连接材料(12)中的热量输入。
2.一种用于将发热构件(10)与冷却装置(11)连接的方法(100)，其中，在发热构件(10)与冷却装置(11)之间布置连接材料(12)、优选焊接材料或者烧结膏，其特征在于，通过所述发热构件(10)的运行实现向连接材料(12)中的热量输入。
3.按权利要求1和2所述的用于将发热构件(10)与冷却装置(11)连接的方法(100)。
4.按前述权利要求之一所述的方法(100)，其特征在于，所述发热构件(10)是功率模块(13)，和/或所述冷却装置(11)是散热器或者冷却模块(14)。
5.按前述权利要求之一所述的方法(100)，其特征在于，所述经加热的流体是经加热的气体，优选是经加热的氮气。
6.按前述权利要求之一所述的方法(100)，其特征在于，所述连接材料(12)是焊膏(15)或者烧结膏，尤其是银烧结膏。
7.按前述权利要求之一所述的方法(100)，其特征在于，所述发热构件(10)和/或所述冷却装置(11)具有至少一个温度传感器(20)，其中，通过使用所述至少一个温度传感器(20)的信号来监测和/或控制热量输入、尤其是空间和/或时间上的温度变化。
8.按前述权利要求之一所述的方法(100)，其特征在于，静态地执行所述方法，和/或在真空条件下执行所述方法。
9.一种用于将发热构件(10)与冷却装置(11)连接的装置，其中，所述装置设计用于执行按前述权利要求之一所述的方法(100)。
10.一种机动车(200)、尤其是电池电动的机动车(21)或者混合动力电动车，包括发热构件(10)、尤其是功率模块(13)，并且包括冷却装置(11)、尤其是冷却模块(14)，其中，所述发热构件(10)和所述冷却模块(11)已经通过按权利要求1至8之一所述的方法(100)连接。
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