專利名稱：受冷卻的電結(jié)構(gòu)單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、19或22的前序部分的受冷卻的電氣或電子
結(jié)構(gòu)單元。
背景技術(shù)：
已知所謂的“DCB 方法”(直接鍵合銅技術(shù)(Direct-Copper-Bond -Technology)) 例如用于金屬層或金屬板(例如銅板或銅箔)彼此間和/或與陶瓷或陶瓷層的連接，具體而言通過(guò)使用金屬板或銅板或者金屬箔或銅箔來(lái)實(shí)現(xiàn)連接，所述金屬板或銅板或者金屬箔或銅箔在其表面?zhèn)染哂杏山饘俸头磻?yīng)氣體(優(yōu)選氧氣)的化合物形成的層或覆蓋部(熱熔化層)。在這種例如在US-PS 37 44120或在DE-PS 23 19 854中描述的方法中，層或覆蓋部(熱熔化層)形成熔點(diǎn)低于在金屬(例如銅)的熔點(diǎn)的共晶體(Eutektikum)，從而通過(guò)將箔鋪設(shè)(auflegen)到陶瓷上并通過(guò)加熱所有層使箔和陶瓷相互連接，具體而言通過(guò)熱熔化金屬或銅基本上僅在熱熔化層或氧化層的區(qū)域中實(shí)現(xiàn)連接。該DCB方法例如包括如下方法步驟對(duì)銅箔進(jìn)行氧化，形成均勻的銅氧化層；將銅箔鋪設(shè)到陶瓷層上；將該復(fù)合體加熱到約1025至1083°C之間的處理溫度，例如到約1071°C ；冷卻到室溫。還已知所謂的活性焊料(Aktivlot)或AMB 方法(DE 22 13 115 ；EP-A-153 618)， 例如用于形成金屬化部的金屬層或金屬箔(特別是銅層或銅箔)與陶瓷材料的連接。這種方法也專門(mén)用于制造金屬陶瓷基板，其中，在約800 1000°C的溫度下在使用硬焊料的情況下形成金屬箔(例如銅箔)與陶瓷基板(例如氮化鋁陶瓷)之間的連接，所述硬焊料除了主要組分，如銅、銀和/或金以外還例如包含活性金屬。該活性金屬例如為組Hf、Ti、&、 Nb、Ce中的至少一種元素，這種活性金屬通過(guò)化學(xué)反應(yīng)形成焊料與陶瓷之間的連接，而焊料與金屬之間的連接為金屬_硬焊料結(jié)合。還已知用于按厚膜技術(shù)(厚層技術(shù))形成特別是導(dǎo)體線路、接觸面等的金屬化部的方法，其中包含金屬化部的金屬的膏例如按篩網(wǎng)印刷法施設(shè)到隔離的基板(陶瓷層)上， 接著通過(guò)加熱引入。還已知冷卻的電氣或電子結(jié)構(gòu)單元，其在最簡(jiǎn)單的情況下分別由至少一個(gè)電氣或電子模塊和冷卻器(例如主動(dòng)冷卻器)組成。 按照本發(fā)明的電氣或電子模塊為特別簡(jiǎn)單或復(fù)雜的電氣或電子電路(Schaltimg) 或開(kāi)關(guān)電路(Schaltkreis)，其至少由金屬陶瓷基板組成并分別具有至少一個(gè)電氣或電子部件以及功率部件，例如如二極管、晶體管、IGBT、晶閘管等的半導(dǎo)體部件。
主動(dòng)冷卻器按照本發(fā)明為具有相應(yīng)的至少一個(gè)可由氣態(tài)和/或蒸汽態(tài)和/或液態(tài)的冷卻介質(zhì)(例如水，必要時(shí)具有添加劑)流動(dòng)通過(guò)的冷卻通道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種電氣或電子結(jié)構(gòu)單元，其確保對(duì)至少一個(gè)模塊和至少一個(gè)電氣或電子部件、特別是也對(duì)至少一個(gè)功率部件的優(yōu)化冷卻，和/或?qū)崿F(xiàn)特別低廉的制造。為了實(shí)現(xiàn)該目的，根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、19或22構(gòu)成電結(jié)構(gòu)單元。在本發(fā)明的擴(kuò)展方案中，電結(jié)構(gòu)單元例如這樣構(gòu)造所述金屬陶瓷基板的陶瓷層在遠(yuǎn)離所述第一金屬化部的表面?zhèn)仍O(shè)有第二金屬化部，并利用所述第二金屬化部例如經(jīng)由導(dǎo)熱的中間層與各自的冷卻器至少熱連接，禾口/ 或一個(gè)金屬陶瓷基板的第一金屬化部設(shè)有外部的電連接部，所述電連接部突出于所述模塊的外表面，禾口/ 或所述電連接部為與所述第一金屬化部連接的引線，所述引線例如由引線框構(gòu)成，和/ 或?yàn)榱诵纬呻娺B接部，至少一個(gè)金屬陶瓷基板的陶瓷層至少以結(jié)構(gòu)化的第一金屬化部引出到模塊的和/或電結(jié)構(gòu)單元的外表面或外部輪廓之外，并且在所述電連接部的區(qū)域中在陶瓷層的遠(yuǎn)離所述第一金屬化部的側(cè)面上設(shè)置金屬表面，該金屬表面經(jīng)由金屬的鍍通孔(Durchkontaktierung)與第一金屬化部電和機(jī)械地連接，和/ 或所述陶瓷層在連接部的區(qū)域中設(shè)有預(yù)定斷裂部位或連貫的縫隙，和/ 或在將所述至少一個(gè)模塊構(gòu)造成功率模塊時(shí)，至少所有外部的電功率連接部設(shè)置在單一的金屬陶瓷基板上和/或突出于電結(jié)構(gòu)單元或模塊的相同的側(cè)面，和/ 或所述冷卻器結(jié)構(gòu)具有至少三個(gè)冷卻器，所述冷卻器彼此平行且彼此間隔開(kāi)地設(shè)置，并且在每?jī)蓚€(gè)冷卻器之間分別設(shè)置至少一個(gè)模塊，所述模塊與彼此相鄰的兩個(gè)冷卻器在模塊的彼此對(duì)置的兩個(gè)側(cè)面至少熱連接，和/ 或所述冷卻器經(jīng)由間距保持器彼此連接和/ 或至少設(shè)置在幾個(gè)間距保持器中的開(kāi)口與冷卻器中的開(kāi)口相互補(bǔ)充成用于供應(yīng)和排出冷卻介質(zhì)的通道，和/ 或形成冷卻器結(jié)構(gòu)的冷卻器多層地由彼此連接的板的多個(gè)表面組成，和/ 或冷卻器至少部分地由具有多個(gè)冷卻通道的扁平型材構(gòu)成的板形成，和/ 或冷卻器結(jié)構(gòu)具有至少兩個(gè)例如由管件形成的腔和至少兩個(gè)在這些腔之間延伸的扁平冷卻器，所述扁平冷卻器的冷卻通道與所述腔連接，并且所述腔以其縱向延伸垂直或橫向于所述扁平冷卻器的表面?zhèn)仍O(shè)置，
和/ 或至少兩個(gè)模塊梳狀地連接成能套裝到冷卻器結(jié)構(gòu)的冷卻器上的梳狀的模塊單元，和 / 或所述冷卻器為扁平的板形冷卻器，和/ 或所述冷卻器為具有微觀或宏觀冷卻通道的冷卻器，特別是具有與不斷地(多次地)沿多個(gè)空間軸分支的冷卻通道、必要時(shí)具有支柱并具有向冷卻通道中傳遞熱的表面或翼部的冷卻器，和 / 或冷卻器結(jié)構(gòu)的各冷卻器構(gòu)造為相同的，和 / 或金屬陶瓷基板特別是為了形成電連接部而在相同的側(cè)面或不同的側(cè)面從模塊單元(16b)引出，和 / 或至少一個(gè)模塊的金屬陶瓷基板在模塊的至少一側(cè)設(shè)有伸出于該側(cè)的部段，并且金屬陶瓷基板的所述部段還沿平行于金屬陶瓷基板的表面?zhèn)鹊妮S向方向彼此錯(cuò)開(kāi)，和/ 或至少一個(gè)冷卻器或扁平型材由金屬材料、例如銅、銅合金、鋁、鋁合金制成，和/或由塑料、例如具有改善導(dǎo)熱性的如石墨和/或碳納米纖維材料形式的添加劑的塑料制成，和/ 或所述冷卻通道在兩端分別通入例如由管件形成的腔中，和/ 或所述冷卻器元件和所述蓋部由鋁、鋁合金或塑料制成，所述塑料優(yōu)選具有改善導(dǎo)熱性能的填充物，和/ 或所述蓋部同樣構(gòu)造為盆狀的，優(yōu)選構(gòu)造為與盆狀的冷卻器元件相同的，或者構(gòu)造為扁平的蓋， 和/ 或所述蓋部和所述冷卻器元件通過(guò)粘接、優(yōu)選在使用導(dǎo)熱粘接劑的情況下彼此連接，和 / 或至少所述冷卻器元件制造為成型件和/或通過(guò)去除材料的加工制造，和/ 或所述至少一個(gè)模塊固定在底部的外側(cè)上，和 / 或電模塊或其金屬陶瓷基板經(jīng)由至少一個(gè)中間層與各自的冷卻器連接，和 / 或中間層由金屬、例如焊料，由導(dǎo)熱粘接劑或?qū)岣嘈纬?，?/ 或
中間層為焊接中 間層以及焊料層，和/ 或中間層為粘接中間層和由導(dǎo)熱粘接劑構(gòu)成的層，和/ 或陶瓷層為由A1203、Al203+Zr02, AlN 和 / 或 Si3N4 構(gòu)成，和/ 或各個(gè)陶瓷金屬基板使用AMB、DCB和/或DAB技術(shù)制造，和/ 或金屬陶瓷基板的陶瓷層具有在0. 15 2. Omm的范圍內(nèi)的厚度，和/ 或至少一個(gè)金屬化部由銅、銅合金、鋁、鋁合金組成，和/或具有0. 012 0. 8mm的范圍內(nèi)的厚度，和 / 或至少一個(gè)金屬化部單層或多層地由Ag、Ag-Pd, Ag-Pt、W/Ni、Mo-Mn/Ni組成，和/ 或具有0. 01 0. 9mm的厚度，和/ 或焊接中間層由Ni、Cu和/或NiP組成，和/或通過(guò)冷噴涂、等離子體噴涂和/或火焰噴涂施設(shè)，和 / 或粘接中間層由Al2O3形成，和/或具有0. 01 0. Imm的厚度，和 / 或焊料層由Sn合金、Pb合金、Bi合金、In合金和/或由Ag組成，和/或具有0. 02 0. 5mm的厚度，和 / 或焊接中間層由具有7 2ppm的膨脹系數(shù)的金屬材料組成，例如由CuW和/或CuMo 組成，和 / 或?qū)τ诮?jīng)由至少一個(gè)中間層結(jié)合到冷卻器上的金屬陶瓷基板，與中間層相鄰的冷卻器壁的厚度選擇得這樣小，使得由溫度引起的機(jī)械應(yīng)力通過(guò)冷卻器壁的彈性補(bǔ)償，并且所述機(jī)械應(yīng)力保持遠(yuǎn)離或保持至少基本上遠(yuǎn)離所述至少一個(gè)中間層和/ 或冷卻器壁的厚度例如在0. 2mm至1. 5mm之間的范圍內(nèi)。其中上述特征可分別單獨(dú)或任意組合地設(shè)置。本發(fā)明的擴(kuò)展方案、優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域也由如下實(shí)施例的描述以及附圖獲得。在此， 所有描述和/或圖示的特征單獨(dú)或任意組合原則上為本發(fā)明的主題，而與在權(quán)利要求中對(duì)其進(jìn)行的概括或其引用關(guān)系無(wú)關(guān)。權(quán)利要求的內(nèi)容也為本說(shuō)明書(shū)的組成部分。


下文中參照附圖借助于實(shí)施例更為詳細(xì)地闡釋本發(fā)明。附圖示出
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的電氣或電子結(jié)構(gòu)單元的簡(jiǎn)化的示意圖和剖視圖；
圖2-5分別示出圖1的結(jié)構(gòu)單元的不同連接部(端子)的細(xì)節(jié)圖和剖視圖；圖6示出根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)單元的另一個(gè)實(shí)施形式的如圖1的圖示；圖7示出圖6的結(jié)構(gòu)單元的俯視圖；圖8示出在圖1和/或6和7的結(jié)構(gòu)單元中使用的主動(dòng)冷卻器的一種可能實(shí)施形式的局部透視圖；圖9和10示出在根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)單元中使用的主動(dòng)冷卻器結(jié)構(gòu)的局部圖和俯視圖；圖11示出圖9和10的冷卻器結(jié)構(gòu)的元件連同包括多個(gè)模塊的模塊單元的透視圖；圖12示出具有由扁平型材形成的扁平冷卻器的電氣或電子通用單元的俯視圖；圖13示出圖12的電子結(jié)構(gòu)單元的剖視圖；圖14示出在根據(jù)本發(fā)明的電氣或電子結(jié)構(gòu)單元中使用的扁平冷卻器的透視分解圖；圖15示出本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施形式的如圖1的圖示；圖16示出根據(jù)本發(fā)明的電子結(jié)構(gòu)單元的金屬陶瓷基板的俯視圖；圖17示出在根據(jù)本發(fā)明的電氣或電子結(jié)構(gòu)單元中使用的扁平冷卻器的簡(jiǎn)化的剖視圖。
具體實(shí)施例方式在圖1中整體上用1表示的電子結(jié)構(gòu)單元主要包括兩個(gè)外部的形成冷卻器結(jié)構(gòu)的扁平板形的冷卻器2和3、兩個(gè)金屬陶瓷基板4和5以及多個(gè)電氣或電子部件6，所述冷卻器在所示實(shí)施形式中構(gòu)造為主動(dòng)/有源(aktiv)冷卻器，即構(gòu)造為可由冷卻介質(zhì)流動(dòng)通過(guò)的冷卻器，例如構(gòu)造為液體冷卻器。連接到圖1上部的冷卻器2上的金屬陶瓷基板4包含陶瓷層7，該陶瓷層在一個(gè)表面?zhèn)仍O(shè)有連貫的金屬化部8，并且在另一表面?zhèn)仍O(shè)有形成導(dǎo)體線路、接觸面等的結(jié)構(gòu)化的金屬化部9。以類似的方式，金屬陶瓷基板5包括陶瓷層10、下部的連續(xù)的金屬化部11和上部的用于形成導(dǎo)體線路、接觸面等的結(jié)構(gòu)化的金屬化部12。在兩個(gè)金屬陶瓷基板4和5之間或在兩個(gè)結(jié)構(gòu)化的金屬化部9和12之間設(shè)置部件6，并且所述部件與構(gòu)成到所述部件6的電連接部的金屬化部以合適的方式熱和電連接， 特別是例如通過(guò)焊接連接。位于外部的連續(xù)的金屬化部8和11分別整面地至少導(dǎo)熱地與冷卻器2或3連接， 特別是例如經(jīng)由導(dǎo)熱的中間層13或14與冷卻器連接，所述中間層例如分別為例如軟焊料層的焊料層、由導(dǎo)熱膠或?qū)岣鄻?gòu)成的層。原則上還存在 如下可能性，即中間層13和14構(gòu)造為多層的，例如包括在冷卻器2和3上的焊接中間層(Lotvermittlungsschicht)和焊料層，或包括在冷卻器2和3上的粘接中間層和導(dǎo)熱粘接劑層。如果中間層13和14包括導(dǎo)熱膏，則通過(guò)適當(dāng)?shù)拇胧?，例如通過(guò)夾持裝置(Sparmeinrichtimg)確保，兩個(gè)冷卻器2和3 經(jīng)由中間層13和14壓緊地貼靠在模塊單元16的頂側(cè)和底側(cè)上。
陶瓷層7和10例如是由A1203、A1203+&02、A1N、Si3N4或由一個(gè)或多個(gè)上述陶瓷的組合構(gòu)成的陶瓷層。金屬化部8、9、11和12例如為由銅或銅合金或鋁或鋁合金構(gòu)成的金屬化部，其借助于適當(dāng)?shù)倪B接工藝(例如通過(guò)使用直接結(jié)合工藝、活性焊料結(jié)合工藝)或通過(guò)使用粘接劑施設(shè)到相應(yīng)的陶 瓷層上，或者所述金屬化部例如為使用厚膜技術(shù)制造的金屬化部。用于結(jié)構(gòu)單元1的電連接部(端子)、特別是功率連接部?jī)?yōu)選僅設(shè)置在兩個(gè)金屬陶瓷基板之一上，即在所示實(shí)施形式中設(shè)置在金屬陶瓷基板4上，例如通過(guò)引出對(duì)應(yīng)的金屬化部9或相應(yīng)單獨(dú)的引線或連接部15而設(shè)置，所述引線或連接部以適當(dāng)?shù)姆绞脚c結(jié)構(gòu)化金屬化部9連接并例如通過(guò)自由沖壓(Freistanzen)由引線框中形成。兩個(gè)金屬陶瓷基板4和5以及設(shè)置在這兩個(gè)金屬陶瓷基板之間的部件6形成一個(gè)模塊，該模塊在圖1中整體上用16表示，并在實(shí)際的結(jié)構(gòu)中用電絕緣的填料密封地填充，特別是以如下方式填充，即填料填滿存在于金屬陶瓷基板4和5與部件6之間的所有空腔，而且是這樣填充，使得僅有電連接部15從被填充的模塊16中側(cè)向伸出，并且金屬化部8和11 露出，以便熱連接到冷卻器2和3上。電子的結(jié)構(gòu)單元1的優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)模塊16或部件6特別有效的雙側(cè)冷卻，即不僅在頂側(cè)而且在底側(cè)進(jìn)行冷卻。由于模塊16設(shè)置在兩個(gè)冷卻器2和3之間，因此電結(jié)構(gòu)單元1 也可稱為熱接口模塊(Interfacemodul)。以上優(yōu)點(diǎn)基于以下事實(shí)，外部連接部15由與結(jié)構(gòu)化的金屬化部9或與這里的金屬表面連接的引線形成。圖2-5分別以簡(jiǎn)化圖和剖視圖示出其他構(gòu)成外部連接部15a-15d的可能性，使得具有至少一個(gè)形成相應(yīng)連接部的金屬化部的陶瓷層7從模塊16的、由填料形成的殼體中引出。在圖2中由附圖標(biāo)記15a表示的連接部由下部的結(jié)構(gòu)化的金屬化部9、通過(guò)使上部的金屬化部8結(jié)構(gòu)化而形成的金屬表面17和鍍通孔18形成，所述鍍通孔在陶瓷層7中的開(kāi)口的區(qū)域中連接金屬化部9和金屬表面17。由此與連接部15a的外部電連接可以在金屬化部9和金屬層17的彼此遠(yuǎn)離的側(cè)面上實(shí)現(xiàn)，而沒(méi)有由于夾緊引起陶瓷層7斷裂的危險(xiǎn)， 其中鍍通孔18不僅形成電連接，而是同時(shí)還用作機(jī)械支撐。圖3作為另一實(shí)施例示出連接部15b，該連接部與連接部15a的區(qū)別僅在于，在陶瓷層7中形成預(yù)定斷裂部位19，該預(yù)定斷裂部位設(shè)置在模塊16的由填料形成的殼體之外， 而且是這樣設(shè)置，使得作用于連接部15b上并超過(guò)陶瓷層7的斷裂強(qiáng)度的力使得陶瓷層7 在不重要的區(qū)域中、即在預(yù)定斷裂部位19處斷裂。在圖4中示出的連接部15c與連接部15b的不同之處基本上在于，代替預(yù)定斷裂部位19在陶瓷層7中加工出縫隙19. 1，從而外部的作用到連接部15c上且超過(guò)陶瓷層7的斷裂強(qiáng)度的力不會(huì)使陶瓷層7斷裂。圖5最后示出連接部15d，該連接部與連接部15b和15c的不同之處在于，金屬表面之一，例如上部的金屬表面17和鍍通孔18被省去。但原則上在圖5的實(shí)施例中也可設(shè)置上部的金屬化部17。圖6和7示出作為另外的實(shí)施形式的電結(jié)構(gòu)單元la，其與電結(jié)構(gòu)單元1的不同之處首先在于，總共設(shè)置三個(gè)冷卻器20-22和兩個(gè)模塊16，具體而言使得冷卻器20-22和設(shè)置在這些冷卻器之間的模塊單元16形成堆疊狀的構(gòu)造或冷卻器結(jié)構(gòu)，從而每個(gè)模塊16以其頂側(cè)和底側(cè)與冷卻器20和21或21和22連接，而且例如還經(jīng)由中間層連接。冷卻器20-22同樣為扁平的板形和主動(dòng)冷卻器，即是可由冷卻介質(zhì)流動(dòng)通過(guò)的冷卻器。為了供應(yīng)冷卻介質(zhì)，在結(jié)構(gòu)單元Ia的頂側(cè)設(shè)置接頭23和24，所述接頭與冷卻器 20-22中的開(kāi)口以及間隔設(shè)置到冷卻器20-22中的間距保持器25—同形成用于供應(yīng)和排出冷卻介質(zhì)的分配通道。通過(guò)0形環(huán)或密封環(huán)26向外密封冷卻器20-22與接頭23和24之間或與間距保持器25之間的過(guò)渡部。通過(guò)未詳細(xì)示出的連接構(gòu)件或夾持構(gòu)件，各個(gè)元件彼此夾持和/或連接成具有冷卻器20-22的結(jié)構(gòu)單元Ia或冷卻器 結(jié)構(gòu)。原則上還存在如下可能性特別是由冷卻器20-22、接頭23和24以及間距保持器25形成的冷卻器結(jié)構(gòu)例如通過(guò)焊接或以其他適當(dāng)?shù)姆绞蕉o湊地形成。結(jié)構(gòu)單元Ia的優(yōu)點(diǎn)同樣在于對(duì)模塊16或在該模塊處的部件6的兩側(cè)的并因而非常強(qiáng)且有效的冷卻。在圖6和7所示的實(shí)施形式中，扁平的冷卻器20-22在俯視圖中構(gòu)造為矩形的。接頭23和24以及由所述接頭、間距保持器25和冷卻器20-22中的開(kāi)口形成的通道分別處于矩形的冷卻器20-22或冷卻器結(jié)構(gòu)的窄邊處。在圖7中也用15表示的電連接部在俯視圖中的矩形冷卻器結(jié)構(gòu)的一個(gè)或兩個(gè)長(zhǎng)邊上向外引導(dǎo)。冷卻器2、3以及20-22優(yōu)選由金屬材料、例如銅或銅合金或鋁或鋁合金組成，并特別是在其由冷卻介質(zhì)流動(dòng)通過(guò)的內(nèi)部冷卻器結(jié)構(gòu)方面以不同的方式構(gòu)造。因此，冷卻器例如包括多個(gè)彼此表面連接的由金屬材料構(gòu)成的板，其中內(nèi)部的板結(jié)構(gòu)化成微觀或宏觀冷卻通道或冷卻通道，而且必要時(shí)還具有連接各自的冷卻器的頂側(cè)和底側(cè)并由冷卻介質(zhì)環(huán)流的支柱，所述支柱具有附加的伸入到冷卻介質(zhì)流中的翼形的冷卻表面等。圖8示出扁平的板形的主動(dòng)冷卻器27的非常示意性的圖示，該主動(dòng)冷卻器例如可代替冷卻器2和3或20-22使用，并在使用由金屬材料制成的扁平型材的情況下可以特別經(jīng)濟(jì)地制造。冷卻器27主要包括正方形或矩形的由扁平型材形成的板28，在該板中構(gòu)造多個(gè)從一個(gè)周邊側(cè)延伸到相對(duì)置的周邊側(cè)、已設(shè)置在扁型材中并可由冷卻介質(zhì)流動(dòng)通過(guò)的冷卻通道29。兩個(gè)縱向開(kāi)縫的管件30和31用于供應(yīng)和排出冷卻介質(zhì)，板28以其具有冷卻通道29的開(kāi)口的各側(cè)面伸入所述管件中，并且板28在這些側(cè)面與管件密封地連接，從而冷卻介質(zhì)可經(jīng)由管件30或該管件的內(nèi)部空間流入冷卻通道29，并可經(jīng)由管件31或該管件的內(nèi)部空間從冷卻通道29中排出。在一種冷卻器結(jié)構(gòu)中，兩個(gè)冷卻器27以其板28彼此間隔開(kāi)且彼此平行地設(shè)置，以容納位于板28之間的至少一個(gè)模塊16并在兩側(cè)冷卻模塊16，為了形成這種冷卻器結(jié)構(gòu)，至少兩個(gè)冷卻器27的管件在一端封閉，在另一端分別與共同的通道連接，以供應(yīng)或排出冷卻介質(zhì)。圖9-11示出電結(jié)構(gòu)單元Ib的在這些圖中總體上用32表示的冷卻器結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化圖，它(冷卻器結(jié)構(gòu))也包括多個(gè)扁平的板狀的冷卻器33，所述冷卻器彼此平行且彼此間隔開(kāi)地設(shè)置，而且用于容納和在兩側(cè)冷卻在每?jī)蓚€(gè)冷卻器33之間的相應(yīng)至少一個(gè)模塊16。 板形的在俯視圖中例如為矩形的冷卻器33在最簡(jiǎn)單的情況下也是金屬板，例如由銅、銅合金、鋁或鋁合金構(gòu)成的板，優(yōu)選由扁平型材制造，該扁平型材在內(nèi)部形成多個(gè)通道。因而這些通道形成在每個(gè)冷卻器33中從一個(gè)板邊緣延伸到相對(duì)置的板邊緣并在這些板邊緣上敞開(kāi)的冷卻通道34。在冷卻通道34在其上敞開(kāi)的板邊緣上，冷卻器33分別通過(guò)矩形縫隙伸入管件35或36中，并這里密封地與管件連接，從而實(shí)現(xiàn)管件35和36與冷 卻器33之間的向外密封的連接，以供應(yīng)或排出冷卻介質(zhì)。兩個(gè)管件35和36以其軸線彼此平行且彼此間隔開(kāi)以及垂直于冷卻器33的頂側(cè)和底側(cè)的平面設(shè)置。電結(jié)構(gòu)單元Ib具有至少兩個(gè)冷卻器33，優(yōu)選多于兩個(gè)冷卻器33，以及具有裝入在每?jī)蓚€(gè)冷卻器33之間的模塊16，為了制造所述結(jié)構(gòu)單元首先制造由冷卻器33和管件35和 36形成的冷卻器結(jié)構(gòu)32，接著這樣再加工，使得彼此對(duì)置的冷卻器33之間的間距精確地對(duì)應(yīng)于模塊16的厚度，即精確地對(duì)應(yīng)于外部的金屬化部8和11的外側(cè)的表面的間距。對(duì)冷卻器結(jié)構(gòu)32的再加工例如通過(guò)沿管件的軸線方向相應(yīng)地鐓鍛管件35和36而實(shí)現(xiàn)。因而為此，在冷卻器33之間置入塊規(guī)，即由適當(dāng)?shù)牟牧?、例如金屬?gòu)成的成型件，其厚度精確地對(duì)應(yīng)于模塊16的厚度，并且其因而在鐓鍛管件35和36期間確定冷卻器33之間的間距。接著將塊規(guī)取出，從而模塊16可裝配到各個(gè)冷卻器33之間。上述內(nèi)容基于這樣的事實(shí)，扁平的板形冷卻器33的冷卻通道結(jié)構(gòu)由多個(gè)冷卻通道34形成。當(dāng)然也可以采用其他冷卻通道結(jié)構(gòu)。特別是冷卻器33也可以多層地由多個(gè)彼此面式連接的金屬層或金屬覆層制成，其中內(nèi)部的金屬層或金屬覆層此時(shí)為了構(gòu)造多次分支的內(nèi)部的冷卻器結(jié)構(gòu)而是結(jié)構(gòu)化(具有表面凸凹結(jié)構(gòu))或設(shè)有開(kāi)口。存在這樣的可能性模塊16分別單個(gè)裝配到彼此相鄰的兩個(gè)冷卻器33之間的中間空間中，或者冷卻器16彼此連接成梳狀的模塊單元16a，該模塊單元此時(shí)側(cè)向套裝或安置到由冷卻器33和管件35和36形成的冷卻器結(jié)構(gòu)32上。梳狀的模塊單元16a包括多個(gè)模塊16。彼此間隔開(kāi)的各模塊16在其一個(gè)縱向側(cè)/長(zhǎng)邊上彼此連接。在另一個(gè)縱向側(cè)上， 在模塊16之間形成的中間空間敞開(kāi)，從而模塊單元16a可以以該縱向側(cè)在前安置到在管件 35和36之間梯級(jí)形延伸的冷卻器33上，由此可以特別簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)在冷卻器單元32上裝配多個(gè)模塊16。梳狀的模塊單元16a例如在其外部造型上構(gòu)造成正方形的塊體，該塊體在一側(cè)設(shè)有多個(gè)在該側(cè)以及在兩個(gè)彼此對(duì)置的端側(cè)敞開(kāi)的槽16. 1，各所述槽彼此平行且彼此間隔開(kāi)地以及在所示實(shí)施形式中還平行于塊體的周邊側(cè)延伸。模塊16相應(yīng)地位于每個(gè)槽16. 1的兩側(cè)。在塊體的閉合的側(cè)面的區(qū)域中，電連接結(jié)構(gòu)例如在塊體的內(nèi)部延伸。特別是為了應(yīng)用于汽車制造并且在此專門(mén)應(yīng)用在通常由鋁或鋁合金制造的發(fā)動(dòng)機(jī)體(Motorblock)的附近或應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)體上，冷卻器2、3、27、33和冷卻器結(jié)構(gòu)以及其其他元件由鋁或鋁合金制造，具體而言用于避免由于不同金屬的組合而引起的腐蝕。圖12和13示出冷卻的電結(jié)構(gòu)單元40作為本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，其具有電氣或電子模塊41和扁平的板形冷卻器42。所述冷卻器包括由扁平型材形成的、扁平的且在所示實(shí)施形式中基本上為正方形的冷卻板43，該冷卻板帶有多個(gè)冷卻通道44，這些冷卻通道也從一個(gè)板邊緣延伸到相對(duì)置的板邊緣，在這些板邊緣上敞開(kāi)，并由已存在于扁平型材中的通道形成。兩個(gè)管件45和46用于供應(yīng)和排出冷卻介質(zhì)，在這兩個(gè)管件之間設(shè)置冷卻板 43，并且這兩個(gè)管件以其軸線彼此平行且彼此間隔開(kāi)地設(shè)置。兩個(gè)管件45和46這樣固定在冷卻板43上，使得冷卻通道44分別密封地通入在管件45和46中構(gòu)成的通道。在所示實(shí)施形式中，管件45用于供應(yīng)冷卻介質(zhì)，管件46用于排出冷卻介質(zhì)。各冷卻通道44與冷卻板43的表面?zhèn)绕叫械亻g隔設(shè)置，但附加地也可以沿板厚度的方向彼此錯(cuò)開(kāi)。當(dāng)然，冷卻板43也可以具有其他構(gòu)型。
在冷卻板43的頂側(cè)上設(shè)置電氣或電子模塊41。所述模塊主要包括金屬陶瓷基板 47，所述金屬陶瓷基板具有陶瓷層48和在陶瓷層48的兩個(gè)表面?zhèn)壬系慕饘倩?9和50。 位于頂側(cè)的金屬化部49是結(jié)構(gòu)化的，以形成導(dǎo)體線路、接觸面等。位于底側(cè)的金屬化部50 構(gòu)造為連續(xù)的。在金屬化部49上設(shè)置電部件，例如半導(dǎo)體部件51，也可以設(shè)置至少一個(gè)功率部件。

利用金屬化部50，電模塊41與冷卻板43機(jī)械地且特別是也熱地連接。為此，冷卻板43在所示實(shí)施形式中在其頂側(cè)設(shè)有焊接中間層52，然后通過(guò)焊接或經(jīng)由焊料層53將具有金屬化部50的金屬陶瓷基板47固定在該焊接中間層上。原則上還存在如下可能性 用導(dǎo)熱粘接劑將金屬陶瓷基板47或電模塊41固定在冷卻板43上，此時(shí)省去了焊接中間層 52并設(shè)置由導(dǎo)熱粘接劑構(gòu)成的層代替焊料層53。特別是為了應(yīng)用于汽車制造且在此專門(mén)應(yīng)用在通常由鋁或鋁合金制造的發(fā)動(dòng)機(jī)體附近或應(yīng)用在該發(fā)動(dòng)機(jī)體上，冷卻器42且在此特別是冷卻板43由鋁或鋁合金制造，特別是用于避免由于不同金屬的組合而引起腐蝕。電模塊41的陶瓷層48的陶瓷例如為A1203、A1N、Si3N4或Al203+Zr02。原則上在此也可使用上述陶瓷的組合。陶瓷層48的厚度例如在0.15至2. Omm的范圍內(nèi)。金屬化部 49例如由銅或銅合金組成，并具有在約0. 012-0. 8mm的范圍內(nèi)的厚度。金屬化部50例如由 Ag、Ag-Pd, Ag-Pt組成，并具有在0. 01-0. 09mm之間的范圍內(nèi)的厚度。焊接中間層52如果存在的話由Ni、Cu、NiP組成，并例如電鍍和/或通過(guò)冷氣噴涂和/或通過(guò)等離子體噴涂和 /或通過(guò)火焰噴涂施設(shè)。焊接中間層例如僅僅施設(shè)到金屬陶瓷基板47應(yīng)通過(guò)焊接固定的位置。原則上還存在如下可能性焊接中間層52設(shè)置在冷卻器42或冷卻板43的整個(gè)頂側(cè)上。如果電模塊41與冷卻板43之間的連接使用導(dǎo)熱粘接劑實(shí)現(xiàn)，則合理的是，至少在應(yīng)實(shí)現(xiàn)連接的位置，在冷卻板43的頂側(cè)設(shè)置例如由Al2O3構(gòu)成的粘接劑交換層，所述粘接劑交換層具有范圍約在0.01至0. Imm之間的厚度并例如通過(guò)陰離子氧化形成。焊料層53例如具有范圍在0.02-0. 5mm之間的厚度。例如Sn合金或由Ag(在 200-400°C和壓力下燒結(jié))構(gòu)成的層適于作為焊料。對(duì)于焊接中間層優(yōu)選具有7-12ppm的熱膨脹系數(shù)的金屬材料，例如CuW或CuMo。圖14示出冷卻器54的簡(jiǎn)化透視分解圖，所述冷卻器包括扁平的盆狀的下部或具有底部56和周邊邊緣57的冷卻器元件55，并包括安置在冷卻器元件55的敞開(kāi)的側(cè)面上的蓋58。在所示實(shí)施形式中，冷卻器54及其冷卻器元件55以及蓋58在俯視圖中構(gòu)造為矩形的。在底部56的內(nèi)表面上一體成形有突起59，這些突起在所示實(shí)施形式中具有菱形橫截面，并按彼此對(duì)準(zhǔn)間隙地錯(cuò)開(kāi)的多個(gè)行平行于冷卻器元件55的較長(zhǎng)的周邊側(cè)面設(shè)置。突起 59彼此間隔開(kāi)，因而在該突起之間形成用于流動(dòng)通過(guò)冷卻器54的冷卻介質(zhì)的流動(dòng)通路，并以其菱形的較大對(duì)角線平行于分別冷卻器元件55的較長(zhǎng)周邊側(cè)面定向，所述突起59冷卻器結(jié)構(gòu)60并在冷卻器元件55的兩個(gè)窄邊的區(qū)域中與相關(guān)的窄邊間隔開(kāi)地終止。因此，在每個(gè)窄邊與冷卻器結(jié)構(gòu)60之間，在閉合冷卻器54的內(nèi)部空間中分別形成一個(gè)腔61或62， 其中例如腔61用于將冷卻介質(zhì)供應(yīng)和分配到冷卻器結(jié)構(gòu)60，腔62用于在流動(dòng)通過(guò)冷卻器結(jié)構(gòu)60之后收集冷卻介質(zhì)。兩個(gè)腔61和62可通過(guò)在所示實(shí)施形式中設(shè)置在蓋58中的連接部或開(kāi)口 63連接到外部冷卻介質(zhì)循環(huán)裝置。在閉合的冷卻器54中突起59分別一直延伸到蓋58的內(nèi)側(cè)，并在這里優(yōu)選與蓋連接。冷卻器54或其冷卻器元件55和/或蓋56例如由金屬材料制造，例如銅、銅合金、 鋁或鋁合金，其中特別是冷卻器元件55例如通過(guò)澆鑄和/或銑削制造。原則上還存在如下可能性特別是冷卻器元件55使用DCB技術(shù)由銅制造，具體而言由形成底部56的板、形成邊緣57的框架以及形成突起59的成型體制成。還存在如下可能性冷卻器54且在此特別是其冷卻器元件55由塑料(例如環(huán)氧樹(shù)脂)且在此優(yōu)選由具有至少一個(gè)改善導(dǎo)熱性能的添加劑、例如石墨和/或碳納米纖維或碳納米管的塑料制造。根據(jù)用于冷卻器54的材料，例如通過(guò)DCB技術(shù)通過(guò)焊料或通過(guò)粘接實(shí)現(xiàn)蓋54與冷卻器元件55的連接。在冷卻器54上且在此優(yōu)選在冷卻器元件55的遠(yuǎn)離開(kāi)口 63的底側(cè)上還固定至少一個(gè)電模塊、例如電模塊41，而且是以與先前參照?qǐng)D12和13所述的方式相同的方式固定。冷卻器54在彼此對(duì)置的側(cè)面上分別形成一個(gè)冷卻面。還存在這樣的可能性冷卻器54在一電結(jié)構(gòu)單元中設(shè)置為多個(gè)，其中在冷卻器之間分別成堆疊地設(shè)置電部件或帶有冷卻器54的模塊單元或模塊。圖15示出電子的結(jié)構(gòu)單元Ic的類似于圖1的圖示，該電結(jié)構(gòu)單元主要具有兩個(gè)外部的冷卻器2和3、分別經(jīng)由中間層13和14與冷卻器2和3連接的對(duì)應(yīng)于金屬陶瓷基板 4和5對(duì)應(yīng)的兩個(gè)金屬陶瓷基板4a和5a、以及電部件6。結(jié)構(gòu)單元Ic與結(jié)構(gòu)單元1的不同之處主要在于，為了形成電連接部，至少陶瓷層7或10至少利用位于內(nèi)部的金屬化部9或 12從模塊單元16b側(cè)向引出。這些電連接部在此具體例如對(duì)應(yīng)于連接部15a-15d構(gòu)成。圖16示出模塊單元16c，其中與金屬陶瓷基板4和5對(duì)應(yīng)的基板4b和5b的陶瓷層在邊緣區(qū)域分別設(shè)有向外突出于所述邊緣區(qū)域的部段4bl和5bl，而且設(shè)置成使得部段 4bl相對(duì)于部段5bl錯(cuò)開(kāi)，使得在圖16的俯視圖中兩個(gè)部段都可見(jiàn)。相應(yīng)地，還構(gòu)成設(shè)置在陶瓷層上的金屬化部。所述金屬化部在部段4bl和5bl上形成外部連接部，而且還例如以與連接部15a-15d對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)成。圖17示出扁平冷卻器64的簡(jiǎn)化剖視圖，該冷卻器包括兩個(gè)盆狀的冷卻器元件55， 所述冷卻器元件以其開(kāi)口側(cè)彼此鄰接并彼此密封地連接。在冷卻器64的由兩個(gè)盆狀的冷卻器元件55形成的向外閉合的內(nèi)部空間中這樣設(shè)置突起59，使得在一個(gè)冷卻器元件55上的每個(gè)突起59都連接到在另一冷卻器元件55上的一個(gè)突起59上。優(yōu)選地，突起59在此分別以適當(dāng)?shù)姆绞竭€熱地彼此連接，例如通過(guò)使用導(dǎo)熱粘接劑、通過(guò)焊接或其他適當(dāng)?shù)姆绞?。冷卻器64在彼此對(duì)置的側(cè)面上分別形成一個(gè)冷卻面。還存在如下可能性冷卻器 64在一個(gè)電結(jié)構(gòu)單元中設(shè)置為多個(gè)，其中此時(shí)在冷卻器64之間分別成堆疊地設(shè)置電部件或帶有冷卻器64的模塊單元或模塊。如果電部件或單元經(jīng)由一個(gè)連接層或多個(gè)連接層、例如經(jīng)由焊料層與各自的冷卻器或其冷卻元件連接、例如與冷卻器2、3、20-22、33、54或64連接，則適宜的是，冷卻器的連接到連接層或焊料層的壁的壁厚度構(gòu)造得非常薄，具體而言薄到使得由于特別是冷卻器的溫度變化而引起的機(jī)械應(yīng)力通過(guò)冷卻器的薄壁的彈性并因而也在冷卻器內(nèi)部得到補(bǔ)償，因此不會(huì)傳遞到連接層或焊料層。本發(fā)明的實(shí)施例基于如下認(rèn)知由溫度引起或通過(guò)溫度波動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力可通過(guò)冷卻器的例如由金屬組成的薄壁顯著改善地并且可以在不損害材料質(zhì)量和/或材料穩(wěn)定性的情況下被吸收和補(bǔ)償，這種損害會(huì)發(fā)生在由于溫度變化引起的機(jī)械應(yīng)力而較早地?fù)p壞的鄰接的連接層或焊料層中。通過(guò)該實(shí)施例，電結(jié)構(gòu)單元的使用壽命可顯著改善。冷卻器的與連接層和/或中間層鄰接的壁的厚度在此在冷卻器由金屬， 列如銅或鋁構(gòu)成時(shí)優(yōu)選處于0. 2mm和1. 5mm之間的范圍內(nèi)。
0157] 前面根據(jù)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明。可以理解，在不背離本發(fā)明的基本發(fā)明構(gòu)思的情況下，可以作出其他變化以及變型。
0158]附圖標(biāo)記列表
0159]UlaUbUc
0160]2、3
0161]4、5
0162]4a、5a、4b、5b
0163]4bl、5bl
0164]6
0165]7
0166]8、9
0167]10
0168]11,12
0169]13、14
0170]15、15a_15d
0171]16
0172]16a
0173]16b、16c
0174]16. 1
0175]17
0176]18
0177]19
0178]19. 1
0179]20、21、22
0180]23、24
0181]25
0182]26
0183]27
0184]28
0185]29
0186]30、31
0187]32
0188]33
0189]34
0190]35、36
電結(jié)構(gòu)單元冷卻器
金屬陶瓷基板金屬陶瓷基板突起
電部件、半導(dǎo)體部件陶瓷層金屬化部陶瓷層金屬化部中間層外部電連接部模塊或模塊單元梳狀模塊單元模塊或模塊單元槽
金屬表面鍍通孔
預(yù)定斷裂部位縫隙冷卻器
用于冷卻介質(zhì)的連接部間距保持器密封環(huán)冷卻器
板形冷卻元件冷卻通道管件
冷卻器單元冷卻器或冷卻元件冷卻通道管件
40電通用單元
41電模塊
42冷卻器
43冷卻板
44冷卻通道
45、46管件
47金屬陶瓷基板
48陶瓷層
49、50金屬化部
51電部件
52焊接中間層
53焊料層
54冷卻器
55盆狀的下部或冷卻器元件
56底部
57邊緣
58至 ΓΤΠ
59突起
60冷卻器結(jié)構(gòu)
61,62腔
63開(kāi)口
64冷卻器
權(quán)利要求
1.電結(jié)構(gòu)單元，具有至少一個(gè)冷卻器結(jié)構(gòu)并具有至少一個(gè)電模塊(16，16a，16b，16c)， 所述模塊具有在金屬陶瓷基板(4，5，4a，5a，4b，5b)上的至少一個(gè)電部件(6)，所述至少一個(gè)模塊(16，16a，16b，16c)具有至少兩個(gè)金屬陶瓷基板(4，5，4a，5a，4b， 5b)，所述金屬陶瓷基板分別包括至少一個(gè)陶瓷層(7，10)，所述陶瓷層在至少一個(gè)表面?zhèn)仍O(shè)有至少部分結(jié)構(gòu)化的第一金屬化部(9，12)，所述兩個(gè)金屬陶瓷基板(4，5，4a，5a，4b，5b)以其遠(yuǎn)離所述第一金屬化部(9，12)的側(cè)面分別與主動(dòng)冷卻器(2，3，20-22，33)至少熱連接，所述至少一個(gè)電部件(6)設(shè)置在兩個(gè)金屬陶瓷基板(4，5，4a，5a，4b，5b)之間，并與至少一個(gè)金屬陶瓷基板(4，5，4a，5a，4b，5b)的第一金屬化部(9，12)電連接，并與兩個(gè)金屬陶瓷基板的第一金屬化部(9，12)熱連接，并且一個(gè)金屬陶瓷基板(4)的第一金屬化部(9)形成外部的電連接部(15，15a-15d)， 其特征在于，為了形成所述外部的電連接部(15a，15b，15c)，至少一個(gè)金屬陶瓷基板(4)的陶瓷層 (7)以結(jié)構(gòu)化的第一金屬化部(9)引出到所述模塊(16)的和/或所述電結(jié)構(gòu)單元的外表面或外部輪廓之外。
2.電結(jié)構(gòu)單元，具有至少一個(gè)梯級(jí)形的冷卻器結(jié)構(gòu)，所述冷卻器結(jié)構(gòu)具有至少三個(gè)扁平的主動(dòng)冷卻器(20，21，22，27，33)，所述主動(dòng)冷卻器彼此平行且彼此間隔開(kāi)設(shè)置地在用于供應(yīng)和排出冷卻介質(zhì)的管件(35，36)之間延伸，其中在每?jī)蓚€(gè)冷卻器(20，21，21，22，27，33)之間分別設(shè)置具有至少一個(gè)電部件(6)的至少一個(gè)模塊(16，16a，16b，16c)，所述模塊與兩個(gè)彼此相鄰的冷卻器(20-22)在所述模塊的彼此對(duì)置的兩個(gè)側(cè)面上至少熱連接， 其特征在于，每個(gè)模塊(16，16a，16b，16c)具有至少兩個(gè)金屬陶瓷基板(4，5，4a，5a，4b，5b)，所述金屬陶瓷基板分別包括至少一個(gè)陶瓷層(7，10)，所述陶瓷層在至少一個(gè)表面?zhèn)仍O(shè)有至少部分結(jié)構(gòu)化的第一金屬化部(9，12)，并且以其遠(yuǎn)離所述第一金屬化部的側(cè)面分別與所述冷卻器 (2，3，20-22，33)之一至少熱連接，所述至少一個(gè)電部件(6)設(shè)置在各自的模塊(16，16a，16b，16c)的兩個(gè)金屬陶瓷基板 (4, 5,4a, 5a, 4b, 5b)之間，并與至少一個(gè)金屬陶瓷基板(4, 5,4a, 5a, 4b, 5b)的第一金屬化部(9，12)電連接，并與兩個(gè)金屬陶瓷基板的第一金屬化部(9，12)熱連接，并且至少兩個(gè)模塊(16)連接成梳狀的能套裝到冷卻器結(jié)構(gòu)(32)的冷卻器(33)上的模塊單元(16a)。
3.電結(jié)構(gòu)單元，具有至少一個(gè)冷卻器結(jié)構(gòu)并具有至少一個(gè)電模塊(16，16a，16b，16c)， 所述電模塊具有在金屬陶瓷基板(4，5，4a，5a，4b，5b)上的至少一個(gè)電部件(6)，其特征在于，所述至少一個(gè)模塊(16，16a，16b，16c)具有至少兩個(gè)金屬陶瓷基板(4，5，4a，5a，4b， 5b)，所述金屬陶瓷基板分別包括至少一個(gè)陶瓷層(7，10)，所述陶瓷層在至少一個(gè)表面?zhèn)仍O(shè)有至少部分結(jié)構(gòu)化的第一金屬化部(9，12)，所述兩個(gè)金屬陶瓷基板(4，5，4a，5a，4b，5b)以其遠(yuǎn)離所述第一金屬化部(9，12)的側(cè)面分別與主動(dòng)冷卻器(2，3，20-22，33)至少熱連接， 并且所述至少一個(gè)電部件(6)設(shè)置在兩個(gè)金屬陶瓷基板(4，5，4a，5a，4b，5b)之間，并與至少一個(gè)金屬陶瓷基板(4，5，4a，5a，4b，5b)的第一金屬化部(9，12)電連接，且與兩個(gè)金屬陶瓷基板的第一金屬化部(9，12)熱連接。
4.按照前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的電結(jié)構(gòu)單元，其特征在于，所述金屬陶瓷基板(4， 5,4a, 5a, 4b, 5b)的陶瓷層(7，10)在遠(yuǎn)離所述第一金屬化部(9，12)的表面?zhèn)仍O(shè)有第二金屬化部(8，11)，并利用所述第二金屬化部例如經(jīng)由導(dǎo)熱的中間層(13，14)與各自的冷卻器 (2，3，20，21，22，33)至少熱連接。
5.按照前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的電結(jié)構(gòu)單元，其特征在于，一個(gè)金屬陶瓷基板(4) 的第一金屬化部(9)設(shè)有外部的電連接部(15，15a-15d)，所述電連接部突出于所述模塊 (16)的外表面。
6.按照權(quán)利要求5所述的電結(jié)構(gòu)單元，其特征在于，所述電連接部(15)為與所述第一金屬化部連接的引線，所述引線例如由引線框構(gòu)成。
7.按照權(quán)利要求5或6所述的電結(jié)構(gòu)單元，其特征在于，為了形成電連接部，至少一個(gè)金屬陶瓷基板⑷的陶瓷層(7)至少以結(jié)構(gòu)化的第一金屬化部(9)引出到模塊(16)的和/ 或電結(jié)構(gòu)單元的外表面或外部輪廓之外，并且在所述電連接部(15a，15b，15c)的區(qū)域中在陶瓷層(7)的遠(yuǎn)離所述第一金屬化部(9)的側(cè)面上設(shè)置金屬表面(17)，該金屬表面經(jīng)由金屬的鍍通孔(18)與第一金屬化部電和機(jī)械地連接。
8.按照前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的電結(jié)構(gòu)單元，其特征在于，所述陶瓷層(7)在連接部(15b，15c，15d)的區(qū)域中設(shè)有預(yù)定斷裂部位(19)或連貫的縫隙(19. 1)。
9.按照前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的電結(jié)構(gòu)單元，其特征在于，在將所述至少一個(gè)模塊 (16,16a, 16b, 16c)構(gòu)造成功率模塊時(shí)，至少所有外部的電功率連接部(15，15a_15d)設(shè)置在唯一的金屬陶瓷基板⑷上和/或突出于電結(jié)構(gòu)單元或模塊(16)的相同的側(cè)面。
10.按照前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的電結(jié)構(gòu)單元，其特征在于，所述冷卻器結(jié)構(gòu)具有至少三個(gè)冷卻器(20，21，22，27，33)，所述冷卻器彼此平行且彼此間隔開(kāi)地設(shè)置，并且在每?jī)蓚€(gè)冷卻器(20，21，21，22，27，33)之間分別設(shè)置至少一個(gè)模塊(16，16a，16b，16c)，所述模塊與彼此相鄰的兩個(gè)冷卻器(20-22)在模塊的彼此對(duì)置的兩個(gè)側(cè)面至少熱連接。
11.按照前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的電結(jié)構(gòu)單元，其特征在于，所述冷卻器(20，21， 22)經(jīng)由間距保持器(25)彼此連接，并且至少設(shè)置在幾個(gè)間距保持器(25)中的開(kāi)口與冷卻器(20，21，22)中的開(kāi)口相互補(bǔ)充成用于供應(yīng)和排出冷卻介質(zhì)的通道。
12.按照前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的電結(jié)構(gòu)單元，其特征在于，形成冷卻器結(jié)構(gòu)的冷卻器(2，3，20，21，22)多層地由彼此連接的板的多個(gè)表面組成。
13.按照前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的電結(jié)構(gòu)單元，其特征在于，冷卻器(27，33)至少部分地由具有多個(gè)冷卻通道(29，34)的扁平型材構(gòu)成的板(28)形成。
14.按照前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的電結(jié)構(gòu)單元，其特征在于，冷卻器結(jié)構(gòu)(32)具有至少兩個(gè)例如由管件(35，36)形成的腔和至少兩個(gè)在這些腔之間延伸的扁平冷卻器(33)， 所述扁平冷卻器的冷卻通道(34)與所述腔連接，并且所述腔以其縱向延伸垂直或橫向于所述扁平冷卻器(33)的表面?zhèn)仍O(shè)置。
15.按照前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的電結(jié)構(gòu)單元，其特征在于，至少兩個(gè)模塊(16)梳狀地連接成能套裝到冷卻器結(jié)構(gòu)(32)的冷卻器(33)上的梳狀的模塊單元(16)。
16.按照前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的電結(jié)構(gòu)單元，其特征在于，所述冷卻器(2，3，20， 21，22，27，33)為扁平的板形冷卻器。
17.按照前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的電結(jié)構(gòu)單元，其特征在于，所述冷卻器(2，3，20， 21，22，27，33)為具有微觀或宏觀冷卻通道的冷卻器，特別是具有與沿多個(gè)空間軸多次分支的冷卻通道、必要時(shí)具有支柱并具有向冷卻通道中傳遞熱的表面或翼部的冷卻器。
18.按照前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的電結(jié)構(gòu)單元，其特征在于，冷卻器結(jié)構(gòu)的各冷卻器 (2，3，20，21，22，27，33)構(gòu)造為相同的。
19.按照前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的電結(jié)構(gòu)單元，其特征在于，金屬陶瓷基板(4a，5a) 特別是為了形成電連接部(15a-15d)而在相同的側(cè)面或不同的側(cè)面從模塊單元(16b)引出ο
20.按照前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的電結(jié)構(gòu)單元，其特征在于，至少一個(gè)模塊(16c)的金屬陶瓷基板(4b，5b)在模塊的至少一側(cè)設(shè)有伸出于該側(cè)的部段(4bl，5bl)，并且金屬陶瓷基板(4a，5a)的所述部段還沿平行于金屬陶瓷基板的表面?zhèn)鹊妮S向方向彼此錯(cuò)開(kāi)。
21.電結(jié)構(gòu)單元，包括至少一個(gè)模塊，所述模塊在金屬陶瓷基板(47)上具有電部件 (51)；以及至少一個(gè)冷卻器(42)，所述冷卻器與電模塊(41)或與金屬陶瓷基板(47)至少熱連接并具有可由冷卻介質(zhì)、例如由液態(tài)冷卻介質(zhì)例如水流動(dòng)通過(guò)的冷卻通道(44)，其特征在于，所述至少一個(gè)冷卻器(42)通過(guò)由金屬材料或塑料構(gòu)成的扁平型材形成，所述扁平型材具有多個(gè)沿型材縱向方向延伸且用作冷卻通道的通道。
22.按照權(quán)利要求21所述的電結(jié)構(gòu)單元，其特征在于，至少一個(gè)冷卻器(2，3，20，21， 22,27,33)或扁平型材由金屬材料、例如銅、銅合金、鋁、鋁合金制成，和/或由塑料、例如具有改善導(dǎo)熱性的如石墨和/或碳納米纖維材料形式的添加劑的塑料制成。
23.按照前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的電結(jié)構(gòu)單元，其特征在于，所述冷卻通道(29，34， 44)在兩端分別通入例如由管件(30，31，35，36)形成的腔中。
24.電結(jié)構(gòu)單元，包括至少一個(gè)模塊，所述模塊在金屬陶瓷基板(47)上具有電部件 (51)；以及至少一個(gè)冷卻器(42)，所述冷卻器與電模塊(41)或與金屬陶瓷基板(47)至少熱連接并具有可由冷卻介質(zhì)、例如由液態(tài)冷卻介質(zhì)例如水流動(dòng)通過(guò)的冷卻通道(44)，其特征在于，所述至少一個(gè)冷卻器(54，64)由盆狀的冷卻器元件(55)和蓋部(58)形成，所述冷卻器元件形成可由冷卻介質(zhì)流動(dòng)通過(guò)的冷卻器內(nèi)部空間，所述蓋部在與底部(56)相對(duì)置的側(cè)面密封地封閉所述冷卻器元件。
25.按照權(quán)利要求24所述的電結(jié)構(gòu)單元，其特征在于，所述冷卻器元件(55)和所述蓋部(58)由鋁、鋁合金或塑料制成，所述塑料優(yōu)選具有改善導(dǎo)熱性能的填充物。
26.按照權(quán)利要求24或25所述的電結(jié)構(gòu)單元，其特征在于，所述蓋部同樣構(gòu)造為盆狀的，優(yōu)選構(gòu)造為與盆狀的冷卻器元件(55)相同的，或者構(gòu)造為扁平的蓋(58)。
27.按照權(quán)利要求24至26任一項(xiàng)所述的電結(jié)構(gòu)單元，其特征在于，所述蓋部和所述冷卻器元件(55)通過(guò)粘接、優(yōu)選在使用導(dǎo)熱粘接劑的情況下彼此連接。
28.按照權(quán)利要求24至27任一項(xiàng)所述的電結(jié)構(gòu)單元，其特征在于，至少所述冷卻器元件(55)制造為成型件和/或通過(guò)去除材料的加工制造。
29.按照權(quán)利要求24至28任一項(xiàng)所述的電結(jié)構(gòu)單元，其特征在于，所述至少一個(gè)模塊 (41)固定在底部(56)的外側(cè)上。
30.按照前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的電結(jié)構(gòu)單元，其特征在于，電模塊(16，16a，16b， 16c, 41)或其金屬陶瓷基板(4,5,47)經(jīng)由至少一個(gè)中間層(13，14，52，53)與各自的冷卻器(2,3,27,33,42,54,64)連接。
31.按照權(quán)利要求30所述的電結(jié)構(gòu)單元，其特征在于，中間層(13，14)由金屬、例如焊料，由導(dǎo)熱粘接劑或?qū)岣嘈纬伞?br> 32.按照權(quán)利要求30或31所述的電結(jié)構(gòu)單元，其特征在于，中間層為焊接中間層以及焊料層。
33.按照權(quán)利要求30至31任一項(xiàng)所述的電結(jié)構(gòu)單元，其特征在于，中間層為粘接中間層和由導(dǎo)熱粘接劑構(gòu)成的層。
34.按照前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的電結(jié)構(gòu)單元，其特征在于，陶瓷層為由A1203、 A1203+&02、A1N 和 / 或 Si3N4 構(gòu)成。
35.按照前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的電結(jié)構(gòu)單元，其特征在于，各個(gè)陶瓷金屬基板(4， 5，47)使用AMB、DCB和/或DAB技術(shù)制造。
36.按照前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的電結(jié)構(gòu)單元，其特征在于，金屬陶瓷基板(4，5， 47)的陶瓷層(7，10，48)具有在0. 15 2. Omm的范圍內(nèi)的厚度。
37.按照前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的電結(jié)構(gòu)單元，其特征在于，至少一個(gè)金屬化部(8， 9，11，12,49,50)由銅、銅合金、鋁、鋁合金組成，和/或具有0. 012 0. 8mm的范圍內(nèi)的厚度。
38.按照前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的電結(jié)構(gòu)單元，其特征在于，至少一個(gè)金屬化部單層或多層地由Ag、Ag-Pd、Ag-Pt、W/Ni、Mo-Mn/Ni組成，和/或具有0. 01 0. 9mm的厚度。
39.按照前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的電結(jié)構(gòu)單元，其特征在于，焊接中間層由Ni、Cu和 /或NiP組成，和/或通過(guò)冷噴涂、等離子體噴涂和/或火焰噴涂施設(shè)。
40.按照前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的電結(jié)構(gòu)單元，其特征在于，粘接中間層由Al2O3形成，和/或具有0.01 0. Imm的厚度。
41.按照前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的電結(jié)構(gòu)單元，其特征在于，焊料層由Sn合金、Pb合金、Bi合金、In合金和/或由Ag組成，和/或具有0. 02 0. 5mm的厚度。
42.按照前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的電結(jié)構(gòu)單元，其特征在于，焊接中間層由具有7 12ppm的膨脹系數(shù)的金屬材料組成，例如由CuW和/或CuMo組成。
43.按照前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的電結(jié)構(gòu)單元，其特征在于，對(duì)于經(jīng)由至少一個(gè)中間層結(jié)合到冷卻器(2，3，27，33，42，54，64)上的金屬陶瓷基板(4，5，4a，5a，4b，5b)，與中間層相鄰的冷卻器壁的厚度選擇得這樣小，使得由溫度引起的機(jī)械應(yīng)力通過(guò)冷卻器壁的彈性補(bǔ)償，并且所述機(jī)械應(yīng)力保持遠(yuǎn)離或保持至少基本上遠(yuǎn)離所述至少一個(gè)中間層，其中冷卻器壁的厚度例如在0. 2mm至1.5mm之間的范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電結(jié)構(gòu)單元，具有至少一個(gè)冷卻器結(jié)構(gòu)并具有至少一個(gè)電模塊，所述電模塊具有在金屬陶瓷基板上的至少一個(gè)電部件。
文檔編號(hào)H01L23/373GK102449758SQ201080022845
公開(kāi)日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2010年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月27日
發(fā)明者A·邁耶, J·舒爾策-哈德 申請(qǐng)人:庫(kù)拉米克電子學(xué)有限公司