專利名稱：冷卻裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及例如用于電子器件的冷卻裝置。
背景技術：
在例如用在諸如客車或工業(yè)車輛之類的車輛中的電子器件中的冷卻裝置內，層壓有半導體器件安裝在其上的金屬基底、絕緣板、用于應力消除的金屬層以及熱散器以提高散熱性能。通常，所述金屬基底、絕緣板、金屬層以及熱散器通過諸如軟釬焊或硬釬焊之類的方式結合在一起。日本未審查專利申請公布No. 2009-65144公開了一種電子器件或功率模塊，其具有電路板，在該電路板的一個表面上安裝有半導體芯片，并且在該電路板的另一個表面上結合有散熱器。該電路板包括氮基陶瓷板、由單層鋁形成的并且層壓在該陶瓷板的一個表面上的電路層、以及用于散熱的金屬層，該金屬層由具有不同純度的雙層鋁形成并且層壓在陶瓷板的另一個表面上。特別地，在電路層和陶瓷板之間以及在陶瓷板和金屬層之間設置有鋁硅基硬釬焊料(brazing metal)箔。電路板以下述方式制造，即，電路層、硬釬焊料箔、陶瓷板、硬釬焊料箔和金屬層以該順序層壓，這些部件在真空環(huán)境中被加熱，同時被擠壓，從而使得硬釬焊料箔熔融。在制造電路板之后，通過軟釬焊將半導體芯片結合到電路層上，并且通過軟釬焊或硬釬焊將散熱器結合到金屬層上。由此制成半導體模塊。已知軟釬焊結合存在問題，S卩，由于多年來在溫度改變的環(huán)境中使用引起的焊劑變質導致了降低的熱傳遞性能。為了防止這一點，在所述專利公布No. 2009-65144中公開的電路板使用硬釬焊料箔通過硬釬焊來制造。但是，在所述專利公布No. 2009-65144中公開的電子器件中，散熱器需要使用其熔點比硬釬焊料箔的熔點低的釬料通過軟釬焊結合到電路板上。這是因為電路板和散熱器通過硬釬焊的接合會導致用于電路板的部件的結合的硬釬焊料的熔化，由此使這些部件錯位或者變形，這使得難以形成理想形狀的電路板。因此，通常通過可以在比硬釬焊的溫度低的溫度下進行的軟釬焊來使電路板和散熱器結合。如上所述，在所述專利公布No. 2009-65144中公開的傳統(tǒng)冷卻裝置中，散熱器需要在電路板的制造之后通過軟釬焊結合到電路板上，從而導致了低效率的制造以及因多年使用引起的散熱性能的降低。本發(fā)明用于提供一種冷卻裝置，其使得能夠進行高效率的制造并且防止散熱性能的降低。

發(fā)明內容
根據(jù)本發(fā)明的方面，一種冷卻裝置，其包括散熱器，所述散熱器具有頂板、與所述頂板間隔開的底板、以及在所述頂板和所述底板之間的翅片；第一金屬構件，所述第一金屬構件層壓到所述頂板的與所述翅片相對的側部上；以及第一絕緣體，所述第一絕緣體層壓到所述第一金屬構件上。所述頂板、所述底板和所述第一金屬構件各自由復合金屬制成， 所述復合金屬包括基質金屬和硬釬焊料，從而所述翅片硬釬焊到所述頂板和所述底板上， 所述第一金屬構件硬釬焊到所述頂板上，以及所述第一絕緣體硬釬焊到所述第一金屬構件上。從下面結合附圖的、作為本發(fā)明原理的示例闡釋的說明中，本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點將變得更加清楚。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的冷卻裝置的縱向截面圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的冷卻裝置的縱向截面圖；圖3類似于圖2，但示出了冷卻裝置的第三實施方式；以及圖4類似于圖2，但示出了冷卻裝置的第四實施方式。
具體實施例方式下面將參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明的冷卻裝置的實施方式。應該指出，如在圖中觀察的上側和下側分別對應于冷卻裝置的上側和下側。參照圖1，總體上由1表示的冷卻裝置包括散熱器2、第一和第二金屬構件3，7、第一和第二絕緣體4，8以及金屬基底5。第一金屬構件3、第一絕緣體4以及金屬基底5層壓在散熱器2的上表面上。第二金屬構件7以及第二絕緣體8層壓在散熱器2的下表面上。 作為發(fā)熱部件的半導體器件6安裝在金屬基板5上。散熱器2具有彼此間隔開的頂板和底板9，10，多個翅片11相隔一定距離地布置在所述頂板和底板之間。任何兩個相鄰的翅片11在它們之間形成通道12，作為制冷劑的水在該通道中流動。散熱器2具有側板13，側板13圍繞頂板和底板9，10的外圍設置并且分別連接到供給管14和排放管15上。頂板和底板9，10、側板13、翅片11以及供給管和排放管 14，15都是散熱器2的部件，它們由諸如鋁基金屬之類的具有高的熱傳導性的金屬制成。散熱器2的頂板9由復合金屬制成，該復合金屬包括基質金屬16和鋁硅基硬釬焊料17。硬釬焊料17在基質金屬16的鄰近翅片11的下側層壓到基質金屬16的側部上。散熱器2的底板10由復合金屬制成，該復合金屬包括基質金屬18和鋁硅基硬釬焊料19。硬釬焊料19在基質金屬18的鄰近翅片11的上側層壓到基質金屬18的側部上。翅片11通過硬釬焊料17，19結合到頂板和底板9，10上。在散熱器2中，水通過供給管14引入到通道12內，在通道12內發(fā)生熱交換。在熱交換之后被加熱的水通過排放管15輸送到放熱器 20并且通過散熱被冷卻。隨后，水通過泵21輸送回到散熱器2并且通過供給管14引入到通道12內。第一金屬構件3由兩種復合金屬制成，所述復合金屬通過硬釬焊或任何其它適當?shù)姆绞浇Y合在一起。一種復合金屬包括由例如多孔鋁板形成的第一基質金屬22和層壓到第一基質金屬22的下表面上的鋁硅基硬釬焊料M。另一種復合金屬包括由鋁板形成的第二基質金屬23和層壓到第二基質金屬23的上表面上的鋁硅基硬釬焊料25。如關于第一金屬構件3 —樣，第二金屬構件7由兩種復合金屬制成，所述復合金屬通過硬釬焊或任何其它適當?shù)姆绞浇Y合在一起。一種復合金屬包括由例如多孔鋁板形成的
4第一基質金屬26和層壓到第一基質金屬沈的上表面上的鋁硅基硬釬焊料觀。另一種復合金屬包括由鋁板形成的第二基質金屬27和層壓到第二基質金屬27的下表面上的鋁硅基硬釬焊料四。第一和第二絕緣體4，8都是由諸如氮化鋁(AiN)或氮化硅(Si3N4)之類的氮基陶瓷或者諸如氧化鋁(Ai2O3)或氧化鋯(ZrO2)的氧基陶瓷形成。金屬基底5由復合金屬制成， 該復合金屬包括由鋁制成的基質金屬30和層壓到基質金屬30的下表面上的鋁硅基硬釬焊料31。半導體器件6安裝在金屬基底5的上表面上并且例如通過軟釬焊或引線接合電連接到其上，由此形成電路。通過諸如輥壓接合、電鍍或者印刷之類的任何已知方法實現(xiàn)用于散熱器2的頂板和底板9，10、第一和第二金屬構件3，7以及金屬基底5的復合金屬的制造。在本實施方式中使用的硬釬焊料具有基本相同的化學組分。具有不同的化學組分的不同硬釬焊料可以被使用，只要這種硬釬焊料的熔點的差異比較小。在制造冷卻裝置1期間，首先，第二絕緣體8、第二金屬構件7的第二和第一基質金屬27，沈、底板10、翅片11、頂板9、第一金屬構件3的第一和第二基質金屬22，23、第一絕緣體4和金屬基底5以該次序堆疊在工作臺(未示出)上。在真空環(huán)境中將該堆疊的部件加熱到預定溫度，同時沿堆疊的方向擠壓它們，各部件的復合金屬的硬釬焊料熔融。第一金屬構件3通過硬釬焊料M硬釬焊到頂板9的上表面上并且通過硬釬焊料 25硬釬焊到第一絕緣體4的下表面上。金屬基板5通過硬釬焊料31硬釬焊到第一絕緣體 4的上表面上。第二金屬構件7通過硬釬焊料28硬釬焊到底板10的下表面上，并且通過硬釬焊料四硬釬焊到第二絕緣體8的上表面上。翅片11通過硬釬焊料17在它們的上端處硬釬焊到頂板9的下表面上，并且通過硬釬焊料19在它們的下端處硬釬焊到底板10的上表面上。這樣，冷卻裝置1的部件，即，散熱器2、第一和第二金屬構件3，7、金屬基底5、第一和第二絕緣體4，8可以被同時硬釬焊，由此允許簡單及高效地制造冷卻裝置1。此外，除半導器件6之外的各部件的結合表面被硬釬焊，相比于軟釬焊結合的情形，這防止了冷卻裝置1由于多年使用而引起的散熱性能的降低。在制造散熱器2期間，例如，頂板9、底板10和翅片11如上所述被同時硬釬焊，并且然后側板13、供給管14以及排放管15被通過任何適當?shù)姆绞桨惭b?？蛇x擇地，頂板9、 底板10、翅片11、側板13、供給管14以及排放管15可以被同時硬釬焊。半導體器件6安裝在已經(jīng)如上所述被硬釬焊到第一絕緣體4上的金屬基底5上。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的冷卻裝置的第二實施方式，第二實施方式與第一實施方式的不同之處在于第一和第二金屬構件的結構，以及還在于半導體模塊35取代了在第一絕緣體4上的半導體器件6。在附圖中，相同的附圖標記被用于在第一和第二實施方式中的公共元件或部件，將省略第二實施方式的這些元件或部件的說明。在冷卻裝置32中，第一金屬構件33、第一絕緣體4和半導體模塊35以該次序層壓在散熱器2的頂板9的上表面上。第二金屬構件34和第二絕緣體8以該次序層壓在散熱器2的底板10的下表面上。第一金屬構件33由復合金屬制成，該復合金屬包括由鋁板形成的基質金屬36、層壓到基質金屬36的下表面上的鋁硅基硬釬焊料37、以及層壓到基質金屬36的上表面上的鋁硅基硬釬焊料38。如關于第一金屬構件33—樣，第二金屬構件34由復合金屬制成，該復合金屬包括由鋁板形成的基質金屬39、層壓到基質金屬39的上表面上的鋁硅基硬釬焊料 40、以及層壓到基質金屬39的下表面上的鋁硅基硬釬焊料41。半導體模塊35是絕緣型或者非絕緣型，該半導體模塊35在其內具有電路板和安裝在其上的半導體器件。在制造冷卻裝置32期間，如在第一實施方式中的情形一樣，第二絕緣體8、第二金屬構件34、底板10、翅片11、頂板9、第一金屬構件33和第一絕緣體34以該順序堆疊在工作臺上，這些部件被加熱同時被擠壓，從而各復合金屬的硬釬焊料被熔融。第一金屬構件33 通過硬釬焊料37硬釬焊到頂板9的上表面上并且通過硬釬焊料38硬釬焊到第一絕緣體4 的下表面上。第二金屬構件34通過硬釬焊料40硬釬焊到底板10的下表面上并且通過硬釬焊料41硬釬焊到第二絕緣體8的上表面上。翅片11通過硬釬焊料17在它們的上端處硬釬焊到頂板9的下表面上，并且通過硬釬焊料19在它們的下端處硬釬焊到底板10的上表面上，如在第一實施方式的情形中一樣。根據(jù)第二實施方式，分別由包括基質金屬和硬釬焊料的復合金屬制成的散熱器2 的頂板和底板9，10以及第一和第二金屬構件33，34可以被同時硬釬焊，由此提供了類似于第一實施方式的優(yōu)點。在這些部件硬釬焊之后，可以通過諸如螺釘之類的適當裝置容易地將半導體模塊35安裝在第一絕緣體4上。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的冷卻裝置的第三實施方式。第三實施方式與第二實施方式的不同之處在于，金屬板43取代了第二金屬構件34和第二絕緣體8。在附圖中，相同的附圖標記用于在第二和第三實施方式中的公共元件或部件，將省略第三實施方式的這些元件或部件的說明。在冷卻裝置42中，第一金屬構件33、第一絕緣體4和半導體模塊35以該次序層壓在散熱器2的頂板9的上表面上。金屬板43層壓在散熱器2的底板10的下表面上。金屬板43由鋁包覆鋼板提供，特別是由包覆有鍍層45的鋼板44提供。底板10由復合金屬制成，該復合金屬包括基質金屬18、層壓到基質金屬18的上表面上的鋁硅基硬釬焊料19、以及層壓到基質金屬18的下表面上的鋁硅基硬釬焊料46。在制造冷卻裝置42期間，如在第一和第二實施方式中的情形一樣，金屬板43、底板10、翅片11、頂板9、第一金屬構件33和第一絕緣體34以該順序堆疊在工作臺上，這些部件被加熱同時被擠壓，從而各復合金屬的硬釬焊料熔融。第一金屬構件33通過硬釬焊料37 硬釬焊到頂板9的上表面上并且通過硬釬焊料38硬釬焊到第一絕緣體4的下表面上。金屬板43通過硬釬焊料46硬釬焊到底板10的下表面上。翅片11通過硬釬焊料17在它們的上端處硬釬焊到頂板9的下表面上，并且通過硬釬焊料19在它們的下端處硬釬焊到底板 10的上表面上，如在第二實施方式的情形中一樣。根據(jù)第三實施方式，分別由包括基質金屬和硬釬焊料的復合金屬制成的散熱器2 的頂板和底板9，10和第一金屬構件33可以與金屬板43 —起被同時硬釬焊，由此允許簡單且高效地制造冷卻裝置42，如在第一和第二實施方式中的情形中一樣。此外，金屬板43的設置防止了散熱器2和其它層壓部件的撓曲。通過硬釬焊結合防止了冷卻裝置42由于多年使用而引起的散熱性能的降低。第三實施方式可以被變型，使得散熱器2的底板10由復合金屬制成，該復合金屬由基質金屬18和層壓到基質金屬18的上表面上的鋁硅基硬釬焊料19制成，硬釬焊料層壓到金屬板43的上表面上以形成復合金屬。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的冷卻裝置的第四實施方式。第四實施方式與第二實施方式的不同之處在于散熱器的結構，并且還在于去除了第二金屬構件和第二絕緣體。在附圖中，相同的附圖標記用于在第二和第四實施方式中的公共元件或部件，將省略第四實施方式的這些元件或部件的說明。在冷卻裝置47中，第一金屬構件33、第一絕緣體4和半導體模塊35以該次序層壓在散熱器48的頂板9的上表面上。散熱器48具有彼此間隔開的頂板和底板9，10，翅片11 相隔一定距離地布置在所述頂板和底板之間。任何兩個相鄰的翅片11在它們之間形成通道12，制冷劑在該通道中流動。頂板9由復合金屬制成，該復合金屬包括諸如鋁的基質金屬 16和層壓到基質金屬16的下表面上的硬釬焊料17。底板10由復合金屬制成，該復合金屬由諸如鋁的基質金屬18和層壓到基質金屬18的上表面上的硬釬焊料19制成。散熱器48 具有樹脂側板49，該樹脂側板49圍繞頂板和底板9，10的外圍設置并且分別連接到樹脂供給管50和樹脂排放管51上。樹脂板52安裝到散熱器48的底板10的下表面上。盡管在附圖中以簡單的方式示出，但是側板49和形成散熱器48的通道12的一部分的排放管51和供給管50實際上具有復雜的形狀，因此難以通過金屬形成這些部件。在第四實施方式中，由金屬制成的頂板9、底板10和翅片11提供良好的散熱，同時，作為用于側板49、樹脂板52、供給管50和排放管51的材料的樹脂的使用有助于把這些部件形成復雜的形狀。在第四實施方式中，可以去除樹脂板52。在該情況中，被層壓到底板10的下表面上的部件可以選自第一實施方式的第二金屬構件7和第二絕緣體8、第二實施方式的第二金屬構件34和第二絕緣體8、或者第三實施方式的金屬板43。第四實施方式不但提供與前述實施方式的優(yōu)點相類似的優(yōu)點，而且也易于形成散熱器。上述實施方式可以如下面示例出的多種方式變型(1)用于第一實施方式的第一金屬構件3的復合金屬可以變型成使得硬釬焊料被層壓到第一和第二基質金屬22，23中的任一個的上表面和下表面上，同時硬釬焊料被層壓到第一和第二基質金屬22，23中的與前述一個基質金屬相對的另一個的表面上。類似地， 用于第二金屬構件7的復合金屬可變型成使得硬釬焊料被層壓到第一和第二基質金屬26， 27中的任一個的上表面和下表面上，同時硬釬焊料被層壓到第一和第二基質金屬沈，27中的與前述一個基質金屬相對的另一個的表面上。(2)在第一實施方式中，第一金屬構件3可以由第一基質金屬22和結合到第一基質金屬22上的并且包括第二基質金屬23和層壓到第二基質金屬23的上表面上的硬釬焊料25的復合金屬制成，同時散熱器2的頂板9可以由復合金屬制成，該復合金屬包括基質金屬16和層壓到基質金屬16的上表面和下表面上的硬釬焊料。類似地，第二金屬構件7 可以由第一基質金屬26和結合到第一基質金屬沈上的并且包括第二基質金屬27和層壓到第二基質金屬27的下表面上的硬釬焊料四的復合金屬制成，同時散熱器2的底板10可以由復合金屬制成，該復合金屬包括基質金屬18和層壓到基質金屬18的上表面和下表面上的硬釬焊料。也可以組合上述情形。(3)在第二實施方式中，第一金屬構件33可以由復合金屬制成，該復合金屬包括基質金屬36和層壓到基質金屬36的上表面上的硬釬焊料，同時散熱器2的頂板9可以由
7復合金屬制成，該復合金屬包括基質金屬16和層壓到基質金屬16的上表面和下表面上的硬釬焊料。類似地，第二金屬構件34可以由復合金屬制成，該復合金屬包括基質金屬39和層壓到基質金屬39的下表面上的硬釬焊料，同時散熱器2的底板10可以由復合金屬制成， 該復合金屬包括基質金屬18和層壓到基質金屬18的上表面和下表面上的硬釬焊料。也可以組合上述情形。(4)在第一和第二實施方式中，可以去除設置在散熱器2下面的第二金屬構件7， 34和第二絕緣體38。(5)散熱器2，48可以不僅是水冷卻型，而且可以是空氣冷卻型。(6)在第一和第二實施方式中，由鋁制成的第一金屬構件3，33、第二金屬構件7， 34和金屬板5的基質金屬可以由任何其它的諸如銅之類的具有高的熱傳導性的材料制成。 在此情況中，可以選擇和使用諸如銅或銀硬釬焊料之類的合適的硬釬焊料。(7)在第一實施方式中，半導體器件6可以被諸如電阻器或電容器之類的任何其它發(fā)熱部件代替。(8)本發(fā)明不但可以應用到在車輛中使用的電子器件，而且可以應用到用于消費者的電子器件或者其它相對小型的電子器件。
權利要求
1.一種冷卻裝置(1，32，42，47)，包括:散熱器(2，48)，所述散熱器(2,48)具有頂板(9)、與所述頂板(9)間隔開的底板(10)、 以及在所述頂板(9)和所述底板(10)之間的翅片(11)；第一金屬構件(3，33)，所述第一金屬構件(3，33)層壓到所述頂板(9)的與所述翅片 (11)相反的側部上；以及第一絕緣體G)，所述第一絕緣體(4)層壓到所述第一金屬構件(3，3；3)上；其特征在于，所述頂板(9)、所述底板(10)和所述第一金屬構件(3，3 各自由復合金屬制成，所述復合金屬包括基質金屬02，23，36)和硬釬焊料04，25，37，38)，從而所述翅片(11)硬釬焊到所述頂板(9)和所述底板(10)上，所述第一金屬構件(3，3；3)硬釬焊到所述頂板(9)上，以及所述第一絕緣體(4)硬釬焊到所述第一金屬構件(3，3；3)上。
2.根據(jù)權利要求1的冷卻裝置，其中，所述第一金屬構件(3 包括基質金屬(36)和層壓到所述基質金屬(36)的相對側部上的硬釬焊料(37，38)，所述頂板(9)和所述底板(10) 各自包括基質金屬(16，18)和層壓到所述基質金屬(16，18)的鄰近所述翅片(11)的側部上的硬釬焊料(17，19)。
3.根據(jù)權利要求1或2的冷卻裝置，還包括第二金屬構件(7，34)和第二絕緣體(8)， 其中，所述第二金屬構件(7，34)層壓到所述底板(10)的與所述翅片(11)相反的側部上， 所述第二金屬構件(7，34)由復合金屬制成，所述復合金屬具有與用于所述第一金屬構件 (3,33)的復合金屬的化學組分基本相同的化學組分，所述第二絕緣體(8)層壓到所述第二金屬構件(7，34)上，所述第二絕緣體(8)由復合金屬制成，所述復合金屬具有與用于所述第一絕緣體的復合金屬的化學組分大致相同的化學組分。
4.根據(jù)權利要求1所述的冷卻裝置，還包括層壓到所述第一絕緣體(4)上的金屬基底 (5)，其中，所述金屬基底(5)由復合金屬制成，所述復合金屬包括基質金屬(30)和層壓到所述基質金屬(30)的鄰近所述第一絕緣體(4)的側部上的硬釬焊料(31)，發(fā)熱部件(6)安裝在所述金屬基底( 上。
5.根據(jù)權利要求1或2的冷卻裝置，還包括鋁包覆鋼板(43)，所述鋁包覆鋼板03)層壓到所述底板(10)的與所述翅片(11)相反的側部上，其中，所述底板(10)包括基質金屬 (18)和層壓到所述基質金屬(18)的相對側部上的硬釬焊料(19，46)。
6.根據(jù)權利要求1的冷卻裝置，其中，半導體模塊(3 安裝在所述第一絕緣體(4)上。
7.根據(jù)權利要求3的冷卻裝置，其中，半導體模塊(3 安裝在所述第二絕緣體(8)上。
全文摘要
一種冷卻裝置，其包括散熱器，該散熱器具有頂板、與頂板間隔開的底板、以及在頂板和底板之間的翅片；第一金屬構件，該第一金屬構件層壓到頂板的與翅片相對的側部上；以及第一絕緣體，該第一絕緣體層壓到第一金屬構件上。頂板、底板和第一金屬構件各自由復合金屬制成，該復合金屬包括基質金屬和硬釬焊料，從而翅片硬釬焊到頂板和底板上，第一金屬構件硬釬焊到頂板上，以及第一絕緣體硬釬焊到第一金屬構件上。
文檔編號H01L23/367GK102208378SQ20111007848
公開日2011年10月5日 申請日期2011年3月28日 優(yōu)先權日2010年3月29日
發(fā)明者森昌吾, 河野榮次 申請人:株式會社豐田自動織機