DE102004002841B3

DE102004002841B3 - Process for production of plate-like stack elements, especially of coolers, cooler elements or heat sinks made from such elements useful for cooling high power electrical components or modules

Info

Publication number: DE102004002841B3
Application number: DE102004002841A
Authority: DE
Inventors: Juergen Schulz-Harder
Original assignee: Individual
Current assignee: Rogers Germany GmbH
Priority date: 2004-01-12
Filing date: 2004-01-19
Publication date: 2005-05-04
Anticipated expiration: 2024-01-20
Also published as: DE502004007661D1; JP2009065206A; HK1079036A1

Abstract

Process for production of plate-like stack elements, especially of coolers, cooler elements or heat sinks made from such elements with at least two metal elements (1-4) having holes (5, 7), e.g. in copper, where the elements have a jointing agent (sic) applied to the inner surfaces of the holes (5, 7) prior to joining.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Plattenstapeln, insbesondere zum Herstellen von aus wenigstens einem Plattenstapel bestehenden Kühlern oder Kühlerelementen oder Wärmesenken gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1.The The invention relates to a method for producing plate stacks, in particular for the production of at least one plate stack existing coolers or radiator elements or heat sinks according to the generic term Claim 1.

Speziell zum Kühlen von elektrischen Bauteilen oder Modulen, insbesondere auch solchen mit hoher Leistung, sind bereits Kühler, auch Mikrokühler bekannt, die aus miteinander zu einem Stapel verbundenen dünnen Platten aus Metall (Metallfolie) bestehen und von denen die im Stapel innen liegenden Platten derart strukturiert, d. h. mit Öffnungen oder Durchbrüchen versehen sind, daß sich im Inneren des Plattenstapels bzw. Kühlers Kühlkanäle oder Strömungswege für ein Kühlmedium bilden. Zum flächigen Verbinden der Platten sind diese an ihren Fügeflächen, d.h. an ihren Oberflächenseiten mit einem Fügemittel versehen. Für das Fügen bzw. Verbinden werden die Platten dann zu dem Plattenstapel übereinander gestapelt und anschließend auf eine entsprechende Prozeßtemperatur erhitzt, bei der unter Verwendung des Fügemittels an den Fügeflächen ein schmelzflüssiger Metallbereich (Verbindungs- oder Schmelzschicht) erzeugt wird, so daß nach dem Abkühlen die Platten zu dem Plattenstapel miteinander verbunden sind.specially for cooling of electrical components or modules, especially those with high performance, coolers, even micro coolers are already known the thin plates joined together to form a stack made of metal (metal foil) and of those in the stack inside lying plates structured such d. H. with openings or breakthroughs are provided that form inside the plate stack or cooler cooling channels or flow paths for a cooling medium. For surface bonding the plates are these at their joining surfaces, i. on their surface sides with a joining agent Mistake. For the joining The boards are then stacked on top of each other stacked and then to a corresponding process temperature heated, with the use of the joining agent at the joining surfaces of a molten metal area (Fusion or melt layer) is generated, so that after the cooling down the plates are connected to the plate stack.

Nachteilig bei dem bekannten Verfahren ist, daß sich im Inneren des Stapels am Übergang zwischen Durchbrüchen und Öffnungen zweier benachbarter Platten beim Erstarren der Verbindungs- oder Schmelzschicht in dieser Schicht Einschnürungen bzw. unerwünschte Hohl- oder Toträume bilden, die u.a. bei einem von dem Plattenstapel gebildeten Kühler zu unerwünschten Verwirbelungen in einem den Kühler durchströmenden Kühlmittel führen usw.adversely in the known method is that in the interior of the stack at the transition between breakthroughs and openings two adjacent plates during solidification of the connecting or enamel layer in this layer constrictions or undesirable Hollow or dead spaces form, the u.a. in a cooler formed by the plate stack undesirable Vortexes in a cooler flowing through coolant to lead etc.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren aufzuzeigen, welches diese Nachteile vermeidet. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet.task The invention is to provide a method which has these disadvantages avoids. To the solution This object is a method according to the claim 1 formed.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird im Folgenden im Zusammenhang mit den Figuren an weiteren Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:further developments The invention are the subject of the dependent claims. The invention is in Below in connection with the figures of further embodiments explained. Show it:

1 in vereinfachter perspektivischer Explosionsdarstellung drei Schichten oder Platten aus Metall einer Wärmesenke oder eines Kühlers zum Kühlen eines nicht dargestellten elektrischen Bauelementes oder Moduls; 1 in a simplified perspective exploded view three layers or plates made of metal of a heat sink or a radiator for cooling an electrical component or module, not shown;

2 in vereinfachter Darstellung und im Teilschnitt einen Kühler nach dem Stand der Technik, hergestellt durch flächiges Verbinden der in der 1 dargestellten Platten; 2 in a simplified representation and in partial section a cooler according to the prior art, made by surface bonding of the in the 1 illustrated plates;

3 in mehreren Positionen a – d jeweils im Schnitt die einzelnen Platten eines Kühlers gemäß der Erfindung vor ihrem Verbinden bzw. Fügen sowie in der Position e einen Schnitt durch den Kühler; 3 in several positions a - d in each case in section, the individual plates of a cooler according to the invention prior to their joining or joining and in the position e a section through the radiator;

4 eine Darstellung wie 3, jedoch bei einer weiteren möglichen Ausführungsform; 4 a representation like 3 but in another possible embodiment;

5 in einer Darstellung ähnlich 1 fünf Schichten oder Platten zum Herstellen eines Kühlers einer weiteren möglichen Ausführungsform; 5 similar in a presentation 1 five layers or plates for manufacturing a cooler of another possible embodiment;

6 in den Positionen a – e jeweils im Teilschnitt die Platten der 5 vor dem Verbinden zu dem Mikrokühler sowie in der Position f einen Teilschnitt durch den von den Platten gebildeten Kühler; 6 in the positions a - e in each case in partial section the plates of 5 before connecting to the microcooler and in the position f a partial section through the radiator formed by the plates;

7 eine Darstellung ähnlich 6; 7 a representation similar 6 ;

8 in den Positionen a und b zwei Verfahrensschritte einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung. 8th in the positions a and b two process steps of another possible embodiment of the invention.

In den Figuren sind 1 – 4 jeweils plattenförmige Elemente oder Platten aus einem Metall, die flächig miteinander zu einem Stapel verbunden einen Kühler bzw. eine Wärmesenke oder einen Teil eines Kühlers oder einer Wärmesenke zum Kühlen eines nicht dargestellten elektrischen Bauelementes bilden. Die Platten 1 – 4 sind bei der dargestellten Ausführungsform jeweils quadratische Zuschnitte gleicher Größe aus einer Metallfolie, beispielsweise aus einer Kupferfolie. Zur Bildung einer Kühlerstruktur bzw. zur Bildung von Kühlkanälen, die von einem beispielsweise flüssigen Kühlmedium durchströmbar sind, sind die Platten 1 – 3 strukturiert, d. h. die Platte 1 ist in der Nähe zweier einander gegenüber liegender Umfangsseiten und etwa in der Mitte dieser Umfangsseiten mit jeweils einem Durchbruch oder einer Öffnung 5 versehen. Das Platte 2 besitzt an den entsprechenden, einander gegenüber liegenden Umfangsseiten jeweils eine, sich parallel zu der betreffenden Umfangsseite erstreckende schlitzförmige Öffnung 6 und das Platte 3 mehrere schlitzförmige Öffnungen 7, die parallel zueinander sowie parallel zu den beiden anderen Umfangsseiten des quadratischen Zuschnitts der Platten 1 – 4 verlaufend vorgesehen sind. Die Durchbrüche oder Öffnungen 5 – 7 sind weiterhin so angeordnet, daß bei zu dem Kühler miteinander verbundenen Platten 1 – 4 jede Öffnung 5 jeweils deckungsgleich mit einer Öffnung 6 liegt, jede Öffnung 6 deckungsgleich mit einem Ende der Öffnungen 7 angeordnet ist und die Öffnungen 7 an ihrer der Platte 2 abgewandten Seite der Platte 3 durch die Platte 4 verschlossen sind.In the figures are 1 - 4 in each case plate-shaped elements or plates made of a metal, which are connected to each other in a planar manner to form a stack, a cooler or a heat sink or a part of a cooler or a heat sink for cooling an electrical component, not shown. The plates 1 - 4 In the illustrated embodiment, in each case, square blanks of the same size are made from a metal foil, for example from a copper foil. To form a cooler structure or to form cooling channels, which can be traversed by an example liquid cooling medium, the plates are 1 - 3 structured, ie the plate 1 is in the vicinity of two mutually opposite circumferential sides and approximately in the middle of these peripheral sides, each with a breakthrough or an opening 5 Mistake. The plate 2 has at the respective, mutually opposite peripheral sides each one, extending parallel to the respective peripheral side slot-shaped opening 6 and the plate 3 several slot-shaped openings 7 which are parallel to each other and parallel to the two other peripheral sides of the square blank of the plates 1 - 4 are provided running. The breakthroughs or openings 5 - 7 are further arranged so that when connected to the radiator plates 1 - 4 every opening 5 each congruent with an opening 6 lies, every opening 6 congruent with one end of the openings 7 is arranged and the openings 7 at her the plate 2 opposite side of the plate 3 through the plate 4 are closed.

Hierdurch sind durch die Öffnungen 7 mehrere parallele Kühlkanäle gebildet, die jeweils beidendig mit einem von einer Öffnung 6 gebildeten Verteilerkanal in Verbindung stehen. Die von den Öffnungen 6 gebildeten Verteilerkanäle sind über von den Öffnungen 5 gebildete Anschlüsse mit einem Kühlmittelkreislauf verbindbar.This is through the openings 7 formed a plurality of parallel cooling channels, each at both ends with one of an opening 6 formed distribution channel communicate. The of the openings 6 formed distribution channels are over from the openings 5 Connections formed connectable to a coolant circuit.

Dem Stand der Technik entsprechend werden die Platten 1 – 4 zu dem den Kühler bildenden Plattenstapel flächig miteinander verbunden, und zwar unter Verwendung eines Fügemediums oder -mittels (Beschichtung 8), welches an den im Plattenstapel aneinander anschließenden Fügeflächen oder Oberflächenseiten der Platten 1 – 4 auf die von den Öffnungen 5 – 7 nicht eingenommenen Bereiche dieser Oberflächenseiten aufgebracht ist und welches beim Fügen durch Erhitzen auf eine Prozeßtemperatur einen schmelzflüssigen Metallbereich (Verbindungs-oder Schmelzschicht) erzeugt, so daß nach dem Abkühlen die Platten 1 – 4 zu dem Plattenstapel bzw. Kühler miteinander verbunden sind. Nachteilig hierbei ist beim Stand der Technik, daß sich nach dem Verbinden im Bereich der Öffnungen und am Übergang zwischen zwei Platten u.a. durch eine Rückbildung der Verbindungs- oder Schmelzschicht beim Abkühlen und/oder durch nicht ausreichende Benetzung mit dem schmelzflüssigen Metall während des Fügens in der Verbindungsschicht Toträume 9 bilden, wie dies in der 2 im Bereich des Übergangs zwischen den Platten 1 und 2 im Bereich der Öffnungen 5 und 6 dargestellt ist.According to the prior art, the plates 1 - 4 to the plate stack forming the radiator, using a joining medium or agent (coating 8th ), which at the adjoining in the plate stack joining surfaces or surface sides of the plates 1 - 4 on the from the openings 5 - 7 not occupied areas of these surface sides is applied and which generates a molten metal region (bonding or enamel layer) during joining by heating to a process temperature, so that after cooling the plates 1 - 4 are connected to the plate stack or cooler. The disadvantage of this in the prior art, that after joining in the region of the openings and at the transition between two plates, inter alia, by a regression of the connecting or enamel layer during cooling and / or by insufficient wetting with the molten metal during the joining in the Connecting layer dead spaces 9 form, as in the 2 in the area of the transition between the plates 1 and 2 in the area of the openings 5 and 6 is shown.

Diese Toträume 9 haben erhebliche Nachteile, d. h. sie führen zu unerwünschten Verwirbelungen des den Kühler bzw. die Kühlkanäle durchströmenden Kühlmediums. Insbesondere führen diese Toträume 9 aber zu unerwünschten Korrosionen, insbesondere auch an den durch die Toträume 9 frei liegenden Rändern oder Kanten der Öffnungen 5 – 7.These dead spaces 9 have significant disadvantages, ie they lead to undesirable turbulence of the cooler or the cooling channels flowing through the cooling medium. In particular, these dead spaces lead 9 but to unwanted corrosion, especially at the dead spaces 9 exposed edges or edges of the openings 5 - 7 ,

Die 3 zeigt eine erste mögliche Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform werden zum Herstellen des Plattenstapels bzw. des Kühlers 10 wiederum die Platten 1 – 4 verwendet, allerdings wird das Fügemittel vor dem Verbinden der Platten 1 – 4 derart aufgebracht, daß es als Fügemittelschicht 8 nicht nur zumindest die Fügeflächen bzw. im Kühler 10 einander benachbarten Oberflächenseiten der Platten 1 – 4 vollflächig bedeckt, sondern auch die Seiten- oder Innenflächen der Durchbrüche bzw. Öffnungen 5 – 7 mit ausreichender Dicke, wie dies in den Positionen a – d der 3 jeweils mit inneren Beschichtung 8.1 angedeutet ist.The 3 shows a first possible embodiment of the invention. In this embodiment, for producing the plate stack or the cooler 10 turn the plates 1 - 4 used, however, the joining agent before connecting the plates 1 - 4 applied so that it is used as a joint layer 8th not only at least the joining surfaces or in the cooler 10 adjacent surface sides of the plates 1 - 4 covered over the entire surface, but also the side or inner surfaces of the openings or openings 5 - 7 of sufficient thickness, as in positions a - d of 3 each with inner coating 8.1 is indicated.

Nach dem Fügen der Platten 1 – 4 zum Kühler sind dann auch unter Berücksichtigung der Oberflächenspannung des bei dem Fügeverfahren verflüssigten Metalls die bei dem Stand der Technik auftretenden Toträume 9 vermieden und sämtliche Flächen und Kanten, insbesondere auch die von den Seitenflächen der Öffnungen gebildeten Flächen und Kanten der Kanäle des Kühlers 10 mit dem Fügemittel abgedeckt, wie dies in der 3 in der Position e für den Übergang der Platten 1 – 4 im Bereich der Öffnungen 5, 6 und 7 dargestellt ist.After joining the plates 1 - 4 to the cooler are then also taking into account the surface tension of the liquefied in the joining process metal dead spaces occurring in the prior art 9 avoided and all surfaces and edges, especially the surfaces formed by the side surfaces of the openings and edges of the channels of the radiator 10 covered with the joining agent, as in the 3 in the position e for the transition of the plates 1 - 4 in the area of the openings 5 . 6 and 7 is shown.

Die 4 zeigt in einer Darstellung ähnlich der 3 eine weitere mögliche Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform sind nur die Durchbrechungen oder Öffnungen 6 der Platte 2 an ihren Innenflächen mit der Beschichtung 8.1 aus dem Fügemittel versehen, während die Platten 1, 3 und 4 das Fügemittel nur an ihren Fügeflächen aufweisen. Dennoch wird bei ausreichender Dicke der Beschichtung 8.1 im Bereich der Öffnungen 6, d. h. bei einem ausreichenden Volumen an Fügemittel beim Fügen eine Benetzung zumindest auch am Übergang zu den benachbarten Öffnungen 5 und 7 mit dem vom Fügemittel gebildeten Material der Verbindungsschicht in der Weise erreicht, daß die Bildung der nachteiligen Toträume 9 vermieden sind und die Ränder bzw. Kanten der benachbarten Öffnungen 5 und 7 mit dem Material der Verbindungsschicht abgedeckt sind.The 4 shows in a representation similar to the 3 another possible embodiment. In this embodiment, only the openings or openings 6 the plate 2 on their inner surfaces with the coating 8.1 provided from the joining agent while the plates 1 . 3 and 4 have the joining agent only at their joint surfaces. Nevertheless, with sufficient thickness of the coating 8.1 in the area of the openings 6 That is, with a sufficient volume of joining agent during the joining wetting at least at the transition to the adjacent openings 5 and 7 achieved with the joining material formed by the bonding layer in such a way that the formation of the disadvantageous dead spaces 9 are avoided and the edges of the adjacent openings 5 and 7 covered with the material of the connecting layer.

Vorstehend wurde im Zusammenhang mit der 4 davon ausgegangen, daß sämtliche Platten 1 – 4 zumindest an ihren Fügeflächen mit dem Fügemittel bzw. mit der Beschichtung 8 versehen sind, während bei wenigstens einer Platte 1 – 3 auch auf die Innen- oder Seitenflächen der dortigen Durchbrüche bzw. Öffnungen das Fügemittel (Beschichtung 8.1) aufgebracht ist. Grundsätzlich besteht aber auch die Möglichkeit, daß von jeweils zwei im Stapel bzw. Kühler 10 einander benachbarten Platten nur eine an ihren Oberflächenseiten und auch an den Innen- oder Seitenflächen ihrer Durchbrüche bzw. Öffnungen mit dem Fügemittel versehen ist, während die benachbarte Platte überhaupt kein Fügemittel aufweist. So ist es beispielsweise abweichend von dem im Zusammenhang mit der 4 beschriebenen Ausführungsbeispiel möglich, die Platte 1 zumindest an ihrer mit der Platte 2 zu verbindenden Oberflächenseite und an den Innenflächen der Öffnungen 5 und die Platte 3 an ihren beiden Oberflächenseiten und an den Innenflächen der Öffnungen 7 mit dem Fügemittel zu versehen, während die Platten 2 und 4 ein Fügemittel nicht aufweisen. Bei dem Fügen der Platten 1 – 4 wird dann über das Fügemittel an den Platten 1 und 3 einerseits die Verbindung sämtlicher Plattee zum Kühler 10 bewirkt und andererseits auch erreicht, daß die Übergänge zwischen den einzelnen Platten im Bereich der Öffnungen 5 – 7 derart abdeckt sind, daß die unerwünschten Toträume 9 vermieden sind.The above was related to the 4 assumed that all plates 1 - 4 at least at their joining surfaces with the joining agent or with the coating 8th are provided while at least one plate 1 - 3 also on the inner or side surfaces of the local openings or openings, the joining agent (coating 8.1 ) is applied. Basically, there is also the possibility that of two in the stack or cooler 10 adjacent plates only one is provided on its surface sides and also on the inner or side surfaces of their openings or openings with the joining means, while the adjacent plate has no joining means at all. For example, it is different from that in connection with the 4 described embodiment possible, the plate 1 at least at her with the plate 2 to be joined surface side and on the inner surfaces of the openings 5 and the plate 3 on its two surface sides and on the inner surfaces of the openings 7 to provide with the joining agent while the plates 2 and 4 do not have a joining agent. When joining the plates 1 - 4 is then on the joining agent to the plates 1 and 3 on the one hand the connection of all plates to the radiator 10 causes and on the other hand also achieved that the transitions between the individual plates in the region of the openings 5 - 7 are covered so that the unwanted dead spaces 9 are avoided.

In ähnlicher Weise ist es dann auch möglich, lediglich die Platte 2 an ihren beiden Oberflächenseiten sowie an den Innenflächen der Öffnungen 6 mit dem Fügemittel zu versehen und ebenso die Platte 4 zumindest an ihrer mit der Platte 3 zu verbindenden Oberflächenseite, während die Platten 1 und 3 das Fügemittel nicht aufweisen. Beim Fügen ergibt sich wiederum eine Benetzung der Übergänge zwischen den einzelnen Platten mit dem schmelzflüssigen Metall im Bereich der Öffnungen 5 – 7 in der Weise, daß die unerwünschten Toträume 9 vermieden sind.Similarly, it is possible to only the plate 2 on its two surface sides as well as on the inner surfaces of the openings 6 to be provided with the joining agent and also the plate 4 at least at her with the plate 3 to be joined surface side, while the plates 1 and 3 do not have the joining agent. When joining results in turn a wetting of the transitions between the individual plates with the molten metal in the region of the openings 5 - 7 in such a way that the undesirable dead spaces 9 are avoided.

Weitere Varianten dieses Verfahrens sind denkbar, beispielsweise in der Form, daß lediglich die Innenflächen der Öffnungen 5 und 7 mit der Beschichtung 8.1 des Fügemittels versehen sind, während die Innenflächen der Öffnungen 6 von dem Fügemittel freigehalten sind usw.Other variants of this method are conceivable, for example in the form that only the inner surfaces of the openings 5 and 7 with the coating 8.1 the joining means are provided while the inner surfaces of the openings 6 kept free of the joining agent, etc.

Die 5 zeigt in einer Darstellung ähnlich der 1 die zu einem Plattenstapel bzw. zu einem Kühler 10a zu verbindenden Platten. Verwendet sind hierbei insgesamt fünf Platten, und zwar die Platten 1 – 4 sowie eine weitere Platte 2 zwischen den Platten 3 und 4, wobei die Platten bei der dargestellten Ausführungsform wiederum jeweils von einem quadratischen Zuschnitt gleicher Größe aus einer Metallfolie, beispielsweise Kupferfolie gebildet sind. Das flächige Verbinden der Platten 1 – 4 zu dem Plattenstapel oder Kühler 10a erfolgt wiederum unter Verwendung des Fügemittels und durch Erhitzen auf Prozeßtemperatur. Im Kühler 10a bilden die Durchbrüche bzw. Öffnungen 6 in den beiden Platten 2 im Querschnitt vergrößerte Verteilerkanäle und die Durchbrüche bzw. Öffnungen 7 in der Platte 3 wiederum mehrere, sich zwischen diesen Verteilerkanälen erstreckende Kühlkanäle. Durch die Platten 1 und 4 ist der Kühler 10a an beiden Seiten abgeschlossen, wobei die Öffnungen 5 wieder mit den von den Öffnungen 6 gebildeten Verteilerkanälen in Verbindung stehende äußere Anschlüsse bilden und hierfür beispielsweise mit nicht dargestellten rohrförmigen Anschlußstutzen versehen sind.The 5 shows in a representation similar to the 1 the to a plate stack or to a cooler 10a to be joined plates. Used here are a total of five plates, namely the plates 1 - 4 as well as another plate 2 between the plates 3 and 4 In the case of the illustrated embodiment, the plates are each again formed by a square blank of the same size from a metal foil, for example copper foil. The flat connection of the plates 1 - 4 to the plate stack or cooler 10a again using the joining agent and by heating to process temperature. In the cooler 10a form the openings or openings 6 in the two plates 2 in cross-section enlarged distribution channels and the openings or openings 7 in the plate 3 again several, extending between these distribution channels cooling channels. Through the plates 1 and 4 is the cooler 10a completed on both sides, with the openings 5 again with those of the openings 6 formed distribution channels formed in connection with external connections and are provided for this example, not shown with tubular connecting piece.

Auch bei diesem Verfahren wird das Fügemitttel nicht nur auf die miteinander zu verbindenden Oberflächenseiten bzw. Fügeflächen der Platten 1 – 4 aufgebracht, sondern zumindest bei einem Teil der Platten auch auf die Innenfläche der in diesen Platten vorgesehenen Durchbrüche bzw. Öffnungen. Beispiele hierfür sind in den 6 und 7 wiedergegeben.Also in this method, the joining agent is not only on the surfaces to be joined together surfaces or joining surfaces of the plates 1 - 4 applied, but at least in some of the plates also on the inner surface of the openings provided in these plates openings or openings. Examples are in the 6 and 7 played.

Bei der in der 6 dargestellten Ausführungsform wird vor dem Verbinden der Platten 1 – 4 zu dem Kühler 10a nur jeweils jedes zweite Platte an ihren Oberflächenseiten sowie an den Innenflächen ihrer Öffnungen mit dem Fügemittel versehen, und zwar die Platten 1, 3 und 4, wie dies in den Positionen a, c und e mit den Beschichtungen 8 und 8.1 dargestellt ist. Beim Fügen benetzt das unter Verwendung des Fügemittels erzeugte verflüssigte Metall den Übergang sämtlicher aneinander anschließender Platten 1 – 4 im Bereich der Öffnungen 5, 6 und 7, so daß die nachteiligen Toträume 9 vermieden sind und außerdem an den Übergängen zwischen den Platteen 1 – 4 auch die Ränder der Öffnungen sowie die Innenflächen der Öffnungen mit dem Metall der Verbindungsschicht abgedeckt sind.When in the 6 illustrated embodiment is prior to joining the plates 1 - 4 to the radiator 10a only each second plate provided on its surface sides and on the inner surfaces of their openings with the joining means, namely the plates 1 . 3 and 4 as in positions a, c and e with the coatings 8th and 8.1 is shown. During joining, the liquefied metal produced using the joining agent wets the passage of all adjoining panels 1 - 4 in the area of the openings 5 . 6 and 7 so that the adverse dead spaces 9 are avoided and also at the transitions between the plates 1 - 4 also the edges of the openings and the inner surfaces of the openings are covered with the metal of the connecting layer.

Das gleiche Ergebnis läßt sich entsprechend der in der 7 wiedergegebenen Ausführungsform auch dadurch erreichen, daß lediglich die beiden Platten 2 an den Oberflächenseiten mit dem Fügemittel (Beschichtung 8) sowie auch in den Öffnungen 6 mit dem Fügemittel (Beschichtung 8.1) versehen sind. Auch bei dieser Ausführung benetzt dann das beim Fügen verflüssigte Metall den Übergang zwischen allen Platten 1 – 4 im Bereich der Öffnungen 5 – 7 sowie auch die Innenflächen dieser Öffnungen, so daß die unerwünschten Toträume 9 vermieden sind.The same result can be according to the in the 7 reproduced embodiment also achieve that only the two plates 2 on the surface sides with the joining agent (coating 8th ) as well as in the openings 6 with the joining agent (coating 8.1 ) are provided. In this embodiment too, the metal liquefied during joining then wets the transition between all the plates 1 - 4 in the area of the openings 5 - 7 as well as the inner surfaces of these openings, so that the undesirable dead spaces 9 are avoided.

Das Fügemittel kann auf unterschiedlichste Weise aufgebracht werden, und zwar u. a. auch in Abhängigkeit von der Art des Fügemittels und damit in Abhängigkeit von der Art des Fügeverfahrens. Wird beispielsweise ein Direct-Bonding-Verfahren, d. h. z.B. bei Platten 1 – 4 aus Kupfer ein Direct-Copper-Bonding-Verfahren verwendet, so dient als Fügemittel eine Verbindung aus dem jeweiligen Metall der Platten mit einem reaktiven Gas, d. h. bei Platten aus Kupfer CuO und/oder Cu₂O als Fügemittel, wobei das Fügen dann unter Erhitzen der zu einem Stapel übereinander angeordneten Platten 1 – 4 in einer Inert-Gas-Atmosphäre mit geringem Sauerstoffanteil auf eine Prozeßtemperatur im Bereich zwischen 1065° und 1082°C und durch anschließendes Abkühlen auf Umgebungstemperatur erfolgt.The joining agent can be applied in many different ways, including depending on the nature of the joining agent and thus depending on the nature of the joining process. If, for example, a direct-bonding process, ie for example with plates 1 - 4 made of copper using a direct copper bonding method, the joining agent is a compound of the respective metal of the plates with a reactive gas, ie plates of copper CuO and / or Cu ₂ O as a joining agent, the joining then under heating the stack of plates arranged one above the other 1 - 4 in an inert gas atmosphere with low oxygen content to a process temperature in the range between 1065 ° and 1082 ° C and then cooled to ambient temperature.

Das Aufbringen des Fügemittels erfolgt dann beispielsweise durch eine entsprechende chemische Behandlung der Platten 1 – 4 oder Folienzuschnitte. Bei solchen Platten, die das Fügemittel auch an den Innenflächen ihrer Durchbrüche aufweisen, erfolgt diese chemische Behandlung zur Erzeugung der Fügemittelschicht, d. h. beispielsweise der CuO- und/oder Cu₂O-Beschichtung erst nach dem Strukturieren bzw. Einbringen der Durchbrüche.The application of the joining agent is then carried out, for example, by a corresponding chemical treatment of the plates 1 - 4 or foil blanks. In such plates, which also have the joining agent on the inner surfaces of their openings, this chemical treatment is carried out to produce the joining agent layer, ie, for example, the CuO and / or Cu ₂ O coating only after the structuring or introduction of the openings.

Als Fügemittel eignen sich weiterhin auch verschiedene Metalle oder Metall-Legierungen, insbesondere auch solche, die mit dem Metall der Platten 1 – 4 bei Prozeßtemperatur ein Lot bilden, dessen Schmelztemperatur deutlich unter der Schmelztemperatur des Metalls der Platten 1 – 4 liegt.Also suitable as joining agents are also various metals or metal alloys, in particular also those which are compatible with the metal of the plates 1 - 4 form a solder at the process temperature, whose melting temperature is well below the melting temperature of the metal of the plates 1 - 4 lies.

So eignet sich beispielsweise als Fügemittel eine Legierung aus Ni-P, und zwar mit einem Phosphoranteil zwischen 1 – 20 Gewichtsprozent. Das Fügen der übereinander gestapelten Platten 1 – 4 erfolgt dann durch Erhitzen des Plattenstapels auf eine Prozeßtemperatur im Bereich zwischen 850 und 1082°C und durch anschließendes Abkühlen auf Umgebungstemperatur, wobei das Fügemittel mit dem angrenzenden Kupfer der Platten 1 – 4 bei der Prozeßtemperatur ein schmelzflüssiges Lot bildet.For example, an alloy of Ni-P is suitable as the joining agent, specifically with a phosphorus content of between 1 and 20 percent by weight. The joining of the stacked plates 1 - 4 is then done by heating the plate stack on a Process temperature in the range between 850 and 1082 ° C and then cooled to ambient temperature, wherein the joining agent with the adjacent copper of the plates 1 - 4 forms a molten solder at the process temperature.

Als Fügemittel eignet sich speziell bei Platten 1 – 4 aus Kupfer auch Silber, wobei das Fügen dann durch Erhitzen auf eine Prozeßtemperatur im Bereich zwischen 780 und 1080°C erfolgt.As a joining agent is particularly suitable for plates 1 - 4 copper also silver, wherein the joining then takes place by heating to a process temperature in the range between 780 and 1080 ° C.

Als Fügemittel eignet sich beispielsweise auch Zinn oder Zinnlegierungen. Das Fügen der übereinander gestapelten Platten 1 – 4 erfolgt dann durch Erhitzen des Plattenstapels auf eine Prozeßtemperatur zwischen etwa 170 und 280°C.As a joining agent, for example, tin or tin alloys is suitable. The joining of the stacked plates 1 - 4 is then carried out by heating the plate stack to a process temperature between about 170 and 280 ° C.

Das Aufbringen des Fügemittels wird z.B. galvanisch und/oder durch Tauchen chemisch bewirkt.The Applying the joining agent is e.g. galvanically and / or by dipping chemically.

Bei einer Dicke der Platten im Bereich zwischen 0,1 bis 2 mm weist eine ausreichende Fügemittelbeschichtung 8.1 an den Innenflächen der Öffnungen eine Dicke von etwa 0,5 bis 1,5 μm auf.With a thickness of the plates in the range between 0.1 to 2 mm has a sufficient joint coating 8.1 on the inner surfaces of the openings has a thickness of about 0.5 to 1.5 microns.

Speziell bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren zum Aufbringen des Fügemittels durch chemische oder galvanische Behandlung der betreffenden Platten 1 – 4 läßt es sich in der Regel nicht vermeiden, daß das Fügemittel nicht nur als Beschichtung 8.1 im Bereich der jeweiligen Durchbrüche abgeschieden wird, sondern auch als Beschichtung 8 auf beiden Oberflächenseiten der jeweiligen Platte. Ist letzteres nicht erwünscht, d. h. soll nur eine der beiden Oberflächenseiten einer Platte mit dem versehen sein, so wird die betreffende Platte nach dem Aufbringen des Fügemittels und vor dem Fügen einer weiteren Behandlung unterzogen, wie dies in der 8 dargestellt ist. Die dortige Position a zeigt eine Platte, beispielsweise die Platte 1, welche an beiden Oberflächenseiten mit der Beschichtung 8 aus dem Fügemittel und im Bereich der Öffnungen 6 mit der Beschichtung 8.1 aus dem Fügemittel versehen ist. In einem weiteren Verfahrensschritt wird dann beispielsweise durch eine mechanische oder chemische Behandlung das Fügemittel an einer Oberflächenseite entfernt, so daß die Platte dann nur noch an ihrer anderen Oberflächenseite und im Bereich ihrer Öffnungen 5 mit dem Fügemittel versehen ist.Especially in the process described above for applying the joining agent by chemical or galvanic treatment of the relevant plates 1 - 4 As a rule, it can not be avoided that the joining agent is not only used as a coating 8.1 is deposited in the region of the respective breakthroughs, but also as a coating 8th on both surface sides of the respective plate. If the latter is not desired, ie if only one of the two surface sides of a plate is to be provided with it, then the relevant plate is subjected to a further treatment after application of the joining agent and before joining, as described in US Pat 8th is shown. The local position a shows a plate, for example the plate 1 , which on both surface sides with the coating 8th from the joining agent and in the area of the openings 6 with the coating 8.1 is provided from the joining means. In a further method step, the joining agent is then removed on a surface side, for example by a mechanical or chemical treatment, so that the plate then only on its other surface side and in the region of their openings 5 is provided with the joining agent.

Der generelle Vorteil der Erfindung besteht u. a. darin, daß bei allen, vorbeschriebenen Ausführungsformen an den Übergängen zwischen den Platten oder Platten 1 – 4 im Bereich der Durchbrüche oder Öffnungen die beim Stand der Technik nachteiligen Toträume vermieden sind und hierdurch insbesondere auch unerwünschte Verwirbelungen im Kühlmedium. Weiterhin ist durch die vollständige Benetzung der Übergänge zwischen den Platten 1 – 4 an den Durchbrüchen bzw. Öffnungen mit dem flüssigen Metall beim Fügen auch erreicht, daß sich dort im fertiggestellten Stapel dann überall gleiches Material an der Oberfläche befindet und dadurch eine Kontaktkorrosion durch unterschiedliches, mit dem flüssigen Kühlmedium (z. B. Wasser) in Berührung stehendes Material vermieden ist.The general advantage of the invention is, inter alia, that in all the above-described embodiments at the transitions between the plates or plates 1 - 4 In the area of the openings or openings, the dead spaces which are disadvantageous in the prior art are avoided and, as a result, undesired turbulences in the cooling medium are thereby also avoided. Furthermore, by the complete wetting of the transitions between the plates 1 - 4 At the openings or openings with the liquid metal during joining, it is also achieved that the same material is present on the surface in the finished stack everywhere, and thus contact corrosion by different, in contact with the liquid cooling medium (eg., Water) Material is avoided.

Speziell die im Zusammenhang mit den 5 und 7 beschriebenen Ausführungsformen haben den Vorteil, daß nur auf einige der Platten 1 – 4 vor dem Fügen das Fügemittel aufgebracht werden muß, wodurch sich eine Reduzierung der Herstellungs- und Bearbeitungskosten ergibt. Überraschenderweise werden auch bei diesen Ausführungsformen die Übergänge zwischen den einzelnen Platten im Bereich deren Durchbrüche oder Öffnungen vollständig mit dem vom Fügemittel gebildeten schmelzflüssigen Metall benetzt, so daß nicht nur die unerwünschten Toträume 9 des Standes der Technik vermieden sind, sondern auch zumindest im Bereich der Öffnungen die Oberfläche der von dem Kühlmittel durchströmten Kanäle jeweils von gleichem Material gebildet sind und somit auch hier eine Kaltkorrosion zumindest weitestgehend vermieden ist.Especially those related to the 5 and 7 described embodiments have the advantage that only on some of the plates 1 - 4 Before joining the joining agent must be applied, resulting in a reduction in manufacturing and processing costs. Surprisingly, even in these embodiments, the transitions between the individual plates in the region of their openings or openings are completely wetted with the molten metal formed by the joining agent, so that not only the undesirable dead spaces 9 are avoided in the prior art, but also at least in the region of the openings, the surface of the flowed through by the coolant channels are each formed of the same material and therefore also a cold corrosion is at least largely avoided.

Die Erfindung wurde voranstehend an verschiedenen Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, daß verschiedene weitere Abwandlungen möglich sind, ohne daß dadurch der der Erfindung zu Grunde liegende Erfindungsgedanke verlassen wird.The The invention has been described above in various embodiments described. It is understood that various other modifications possible are without it leave the inventive concept underlying the invention becomes.

1, 2, 3, 41, 2, 3, 4: Platte oder plattenförmiges Elementplate or plate-shaped element
5, 6, 75, 6, 7: Durchbruch oder Öffnungbreakthrough or opening
88th: Fügemittelbeschichtung oder -auftrag an denJoining coating or order to the
: Oberflächenseitensurface sides
8.18.1: Fügemittelbeschichtung oder -auftrag an denJoining coating or order to the
: Durchbrüchenbreakthroughs
99: Totraumdead space
10, 10a10 10a: Kühlercooler

Claims

Method for producing plate stacks, in particular for producing radiators or cooler elements or heat sinks consisting of at least one plate stack, with at least two openings or openings ( 5 . 7 ) provided plate-shaped elements ( 1 - 4 ) of metal, for example of copper, the stacked elements ( 1 - 4 ) using a joining agent on joining surfaces formed by surface sides of these elements by heating to a process temperature connected to the stack who characterized in that before joining the joining means also on inner surfaces of the openings or openings ( 5 . 7 ) is applied.

Method according to claim 1, characterized in that in the case of elements ( 1 - 4 ) of copper is used as the joining agent CuO and / or Cu ₂ O, and that the joining takes place at a process temperature in the range between 1065 ° C and 1082 ° C.

Method according to claim 1 or 2, characterized that as joining means an alloy of Ni-P, for example with a phosphorus content in Range between 1 to 20 weight percent is used, and that the joining at a process temperature in the range between 850 and 1082 ° C he follows.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that as joining means Silver is used, and that the Joining at one process temperature in the range between 780 and 1080 ° C he follows.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that as joining means Tin or at least one tin alloy is used, and that the joining at a process temperature between 170 and 280 ° C he follows.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that before joining all the elements ( 1 - 4 ) at least at their joining surfaces as well as at all existing openings or openings ( 5 - 7 ) with the joining agent ( 8th . 8.1 ).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that only a part of the elements ( 1 - 4 ) at least at their joining surfaces as well as at their existing openings or openings ( 5 - 7 ) with the joining agent ( 8th . 8.1 ).

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that in the stack adjacent elements only one with the joining agent even in the range of any in this element existing openings or breakthroughs.