本發(fā)明涉及一個冷卻裝置，一種用于加工該冷卻裝置的方法和一個配有冷卻裝置的功率電路。
背景技術：
尤其在汽車應用里面使用電的或電子的電路或功率半導體或者其它電子或電的部件，其在運行中的損失熱量必需通過冷卻體排出。冷卻體一般由良好導熱性的鋁制成，而電路利用銅基電路板或類似的載體構成。為了保證良好地傳熱，銅層平面地固定在鋁冷卻體上。由于不同的熱膨脹系數(shù)在溫度循環(huán)時產(chǎn)生剝離現(xiàn)象，它們不利地影響使用壽命和可靠性。
技術實現(xiàn)要素：
因此，本發(fā)明的目的是，給出一種可能性，通過它能夠加工具有更長使用壽命的冷卻的電路。
這個目的通過獨立權利要求的內(nèi)容得以實現(xiàn)。通過從屬權利要求的特征以及利用本說明書給出有利的實施方式。
已經(jīng)認識到，在鋁冷卻體與在其上裝配電路板的銅層之間的機械應力對于失效負有責任并且通過減小應力能夠提高可靠性。因此建議，利用鎳板塊減小在冷卻體與電路板的在其上安置銅層之間的機械應力，該鎳板塊建立這兩個部件之間的連接或者說設有鎳板塊用于裝配電路板（或者說銅層）。通過使用板塊（其厚度超過例如電鍍的鎳層厚度）可以沿著板塊的厚度減小應力。板塊的厚度允許在板塊縱向延伸方向上變形（與薄的釬焊簡化層相反）。所述鎳板塊可以在與冷卻體連接的一側上相對于板塊的相反一側變形，由此接收并因此也減小應力。因此使用鎳的彈性特性，所述板塊沿著其厚度方向（即垂直于縱向延伸方向）具有這種特性。背離冷卻體的板塊一側同樣提供用于裝配銅的良好釬焊特性。因此所述板塊也能夠實現(xiàn)材料過渡。
因此描述了一個冷卻裝置，它具有鋁冷卻體和至少一鎳板塊。所述冷卻裝置設計成裝配在電路上、尤其電路結構的銅層上。在此所述鎳板塊形成固定面形式的（平面的）熱傳遞接口，在固定面上固定銅層。至少一鎳板塊釬焊在鋁冷卻體上，尤其利用焊料層。這個焊料層（直接）連接鎳板塊與鋁冷卻體。所述焊料層尤其是硬焊料層。
所述冷卻裝置具有用于固定和用于接收熱量的固定面，它具有熱傳遞接口的功能。所述固定面由鎳板塊側面構成。這個側面背離鋁冷卻體并因此也背離在板塊與冷卻體之間的焊料層。這個側面是基本平面的，但是也可以適配于要安置的電路板的走向。所述鎳板塊的厚度最好在板塊的每個位置上基本（即以不大于±1%或±0.1%的誤差）相同。
在冷卻體上可以固定一個或多個鎳板塊（尤其利用焊料層）。多個鎳板塊可以直接或相互間隔地固定在冷卻體表面上。多個鎳板塊可以位于冷卻體的相同的、不同的或相反的側面上。尤其可以在冷卻體的（兩個）相反的（最好相互平行的）側面上分別固定一個鎳板塊或分別固定多個鎳板塊。如同已經(jīng)注意到的那樣，至少一鎳板塊材料鎖合地固定在冷卻體上，尤其利用材料鎖合的連接如釬焊連接（即利用焊料層）。所述冷卻體尤其在兩側配有至少一鎳板塊，用于可以兩側地安置電路板或電路。所述冷卻體尤其扁平的且最好基本長方形的。所述冷卻體可以具有冷卻指，用于將熱量排到冷卻體外側面上且尤其在冷卻指上排到周圍的熱介質（空氣）上，或者可以具有冷卻通道，它穿過冷卻體延伸，用于將熱量排到通流冷卻通道的熱介質（液體、尤其是油或水）。
所述鋁冷卻體可以由多個鋁板構成。它們上下疊摞。此外它們相互連接，尤其利用焊料層，最好硬焊料層。至少一鋁板具有空隙。至少一具有空隙的鋁板在兩側被兩個其它的鋁板遮蓋或者單側地被鋁板而在另一側被板塊遮蓋。所述空隙形成冷卻通道。所述空隙穿過鋁板的整個厚度或者只穿過部分相關鋁板延伸。所述空隙例如是槽形的。所述空隙一直導引到鋁板的棱邊。所述空隙可以具有蜿蜒的長度走向，其中所述空隙的長度走向在一個且最好兩個不同的鋁板縱向延伸方向上延伸。因此所述空隙最好平面地延伸。所述空隙可以在一個或兩個方向上按照光柵構成。所述空隙例如沖壓或銑削或鑄造。所述鋁板尤其利用焊料層相互連接。所述焊料層使鋁板相互密封。在鋁板之間也可以設有其它密封元件（密封的、彈性的材料如硅層），其中所述鋁板利用固定元件相互連接，例如螺栓連接，它穿過鋁板延伸。鋁板可以具有平面的或桿狀的冷卻鰭，冷卻鰭伸進冷卻通道里面。具有桿狀冷卻鰭的結構也稱為“針鰭”結構，其中冷卻鰭平面地（且最好均勻地）分布。所述冷卻鰭尤其延伸到鋁冷卻體內(nèi)部、即至少一冷卻通道里面，并因此也可以（在功能方面）視為湍流器。
所述鋁板尤其是軋制鋁板，它們可以利用硬焊料釬焊。所述冷卻體且尤其是鋁板最好具有至少590℃的熔點，其中作為硬焊料（為了連接鋁板和/或為了固定鎳板塊，即作為焊料層）最好使用具有8-15%硅質量分量的鋁。所述硬焊料具有最好670-740℃的澆鑄溫度和570-590℃的凝固區(qū)間。尤其alsi12可以作為硬焊料。所有具有7-13%硅質量分量的鋁合金適合作為硬焊料。此外硬焊料的熔化區(qū)間可以為575℃-615℃。
所述冷卻體且尤其是鋁板尤其具有小于2%質量分量的鎂含量，由此（通過釬焊料）實現(xiàn)良好的使用性。所述冷卻體且尤其是鋁板具有至少70%的鋁質量含量，用于保證耐腐蝕性?？梢允褂密堉频模ɑ蛘邼茶T的）鋁板，尤其也使用almg5si2mn。在這種情況下鋁板的熔化下限例如為594℃。如果鋁體不構造為鋁板疊摞，則這個鋁體可以由這種材料制成，在這里列舉的鋁板由所述材料制成。因此前面的說明同樣涉及鋁板和鋁冷卻體。
術語“鋁板”和“鋁冷卻體”具有詞“鋁”，因此得出，組成部分主要是鋁。因此通過使用詞“鋁”不是驗證100%（質量分量）的鋁含量（質量含量），而是涉及合金，由此可以是合金，它主要由鋁組成，其中不排除所提及的添加物。
至少一鎳板塊具有至少70%、85%且最好至少95%、98%或99%鎳的鎳質量分量。所述鎳板塊可以具有金屬芯和鎳層，該鎳層包圍金屬芯。所述鎳層的鎳質量含量至少為70%、85%且也至少為95%、98%或99%。所述鎳板塊的導熱性最好至少為70,75且特別優(yōu)選至少85或90w/m*k。在硬焊料層與鋁冷卻體或者與相關的鋁板連接之前，所述鎳板塊可以單側（指向鋁冷卻體）或兩側地具有硬焊料層。所述鎳板塊可以指向鋁冷卻體地具有硬焊料層并且在相反的一側上具有軟焊料層。這種配有至少一焊料層（或者相應的釬焊料）的鎳板塊與鋁冷卻體一起疊摞并且釬焊（例如在爐里面）。
所述鎳板塊可以具有至少200、500或800μm的厚度。尤其使用約1mm或1.5mm的板厚（在薄板的意義上）。所述鎳板塊（并且也包括至少一鋁板）可以通過分離、尤其通過切割或沖壓相關材料的帶或條產(chǎn)生。
在冷卻體里面可以設有冷卻通道，它們具有自由的內(nèi)橫截面，或者在其中加入湍流器。所述湍流器是本身獨立的物體（例如折疊的板塊），它們與冷卻通道內(nèi)壁連接，或者通過側面的空隙構成，或者通過體段形成，它們伸進到通道里面。
此外描述一種用于加工在這里所述的冷卻裝置的方法。在本方法范圍內(nèi)將釬焊料涂覆在至少一鋁板的連接面上，例如通過印刷或者滾壓，尤其通過涂覆或襯入“預制件”作為薄板或薄膜，它形成釬焊料（尤其在冷卻裝置內(nèi)部的硬釬焊料）。所述鋁板被疊摞。尤其已經(jīng)配有釬焊料的鋁板被疊摞或者所述鋁板交替地與構造為薄板或薄膜的釬焊料疊摞。所述釬焊料熔化，用于在鋁板之間構成至少一焊料層。這例如通過使鋁板與釬焊料一起加熱實現(xiàn)，例如在爐里面。所述爐可以抽真空或者可以在內(nèi)室具有氮氣。由此鋁冷卻體以疊摞的鋁板結構產(chǎn)生?？梢允褂煤竸绕渥鳛殁F焊料的添加劑。
在本方法的范圍內(nèi)還將至少一鎳板塊放置在一鋁板上，尤其在一形成鋁冷卻體的外側面的鋁板上。在此在鎳板塊與鋁板之間存在釬焊料。因此可以規(guī)定，在鎳板塊或相關鋁板的連接面上涂覆釬焊料。
位于鎳板塊與鋁板之間的釬焊料通過與在鋁板之間的釬焊料相同的步驟熔化。因此位于鎳板塊與鋁板之間的釬焊料與鋁板之間的釬焊料可以在同一步驟里面加熱或熔化，例如通過將疊摞的鋁板和至少一鎳板塊加入到爐里面，爐加熱并由此熔化釬焊料。在鎳板塊與鋁冷卻體之間構成焊料層，尤其在加熱的同一步驟里面（例如在爐里面）。
在疊摞前可以沖壓至少一鋁板。通過沖壓形成空隙，空隙形成冷卻通道，冷卻通道通過相鄰的薄板或板塊封閉。這個鋁板在疊摞范圍內(nèi)接合到兩個鋁板之間或者一鋁板與鎳板塊之間。通過疊摞利用周圍的鋁板（或者說利用周圍的鋁板和鎳板塊）構成冷卻通道。通過沖壓產(chǎn)生空隙，它們與相鄰的部件一起構成至少一冷卻通道。在疊摞范圍內(nèi)還可以將湍流器（作為獨立的物體）襯入到空隙里面和/或固定在那里。在此在湍流器與相鄰的鋁板或鎳板塊之間可以加入釬焊料，由此與在鋁板之間的釬焊料和在鎳板塊與鋁板之間的釬焊料一起也熔化在湍流器與鄰接的薄板或板塊之間的釬焊料，用于形成焊料層。在此在硬焊料上使用釬焊料，尤其具有硅含量的鋁焊料。所述釬焊料具有最好至少450℃的熔點。
在接著的步驟里面利用軟釬焊將電路板或具有銅導體層的另一載體（或者也可以只是銅導體層本身）釬焊在鎳板塊上。在此溫度在上述釬焊料的熔點以下。
此外還描述了一個具有如同在這里提及的具有鋁冷卻體和鎳板塊的冷卻裝置的功率電路，它還具有電路板。所述電路板在兩側配有導體層，尤其銅導體層。所述導體層和相關地也包括電路板通過焊料層（最好軟焊料）與鎳板塊連接，尤其與固定面連接，它由鎳板塊構成。所述功率電路還具有至少一半導體或者其它的電的或電子的元器件，它裝配在電路板上的電路板一側上，該側面背離鎳板塊（即，在相反的導體層上）。在電路板與固定面之間或者在元器件與電路板之間的焊料層尤其由軟焊料制成。可以使用sn基軟焊料，最好具有ag添加、尤其snag3,5族的軟焊料，替代地具有變化snag3cu0,5和sn95，75ag3，5cu0,75。
所述半導體可以是未封裝的半導體形式的功率半導體。這個功率半導體利用軟焊料層固定在電路板上。半導體（或者說元器件）可以在相同的步驟里面釬焊在電路板上，在該步驟中也釬焊電路板在冷卻裝置上或者說在鋁冷卻體上或者說在固定面/鎳板塊上，通過在爐里面（與冷卻裝置、電路板和半導體/元器件一起）加熱相關的（軟）釬焊料。在此在爐中存在溫度，該溫度位于在元器件與電路板之間的釬焊料和在電路板與冷卻體之間的釬焊料的熔點以上，并且位于釬焊料或位于冷卻裝置內(nèi)部的焊料層的熔點以下。
所述功率電路尤其形成機動車的電動機功率控制器、在機動車車載電網(wǎng)里面的電壓或電流-功率變換器，或者交流逆變器-或整流器-電路。功率電路最好多相地設計，尤其三相。具有至少50a,100a,200a或500a的電流載流能力的電路尤其稱為功率電路。
作為電路板尤其使用“直接銅焊（directcopperbonded）”電路板，其中印刷的具有銅層的電路板也是可以的。此外，使用基板作為電路板，在這些基板中導體層首先作為唯一的薄板形成結構，其中例如通過沖壓得到獨立的導體帶或者連接結構，然后將這個連接結構與基板連接，例如通過（電絕緣的）基板材料圍注連接結構。
附圖說明
圖1以橫剖面圖示出功率電路和從屬于功率電路的冷卻體。
具體實施方式
圖1以橫剖面圖示出冷卻裝置10，它包括多個上下疊摞的鋁板20,22,24。鋁板（包括從屬的元件如焊料層、入口、出口、湍流器、固定元件…）形成鋁冷卻體。鋁板上下平齊地疊摞。位于鋁板20與24之間的鋁板22具有空隙50,52，它們構成冷卻通道。這個冷卻通道一直到達冷卻體10的外表面，尤其直到例如與圖面錯置（并因此未示出）的棱邊?？梢栽O有入口和出口，它們位于冷卻通道的端部上。
鋁板20-24利用焊料層30或32相互連接，其中焊料層分別位于兩個相鄰的鋁板之間。焊料層尤其位于鋁板也相互接觸的位置，其中在空隙50,52上也可以沒有釬焊料或者沒有焊料層。湍流器40可以位于空隙50,52內(nèi)部，如圖所示，湍流器由波浪形的薄板構成。它們通過各個焊料層段34與鄰接的鋁板20,24連接。但是湍流器50,52是可選擇的并且也可以去掉?？障?0,52通過位于其間的鋁板22的整個厚度延伸。由此空隙50,52同樣分別形成冷卻通道（或者公共的冷卻通道的冷卻通道段），它由薄板20,24封閉，具有空隙的薄板22位于其間。
在疊摞的鋁板的外側面上、尤其在背離空隙50,52的位于外側的鋁板20,24的主表面上存在鎳板塊90，它通過焊料層36與鋁板24連接。焊料層30-36是硬焊料層，并且可以在公共的熔化過程中在爐內(nèi)部產(chǎn)生。
鎳板塊90形成固定面92，它背離鋁板20-24。這個固定面92由鎳板塊90的上側且尤其由配有焊料層70的鎳板塊90的表面形成。焊料層70尤其由軟焊料組成。在固定面上可以固定要冷卻的電子或電的部件。
圖1除了按照本發(fā)明的冷卻體10以外還示出配備的電路板60，它位于固定面92上。因此圖1除了按照本發(fā)明的冷卻體10以外也示出功率電路，它包括冷卻體10并且它還構成功率電路。電路板60是兩側覆層的電路板，具有第一導體層62和第二導體層64。第一導體層62通過軟焊料層70與鎳板塊90連接，由此使電路板60通過第一導體層62與冷卻體10的固定面連接。相反的第二導體層62用于裝配半導體80，它也代表其它電的或電子的元器件，尤其是功率元器件。
與層70一樣構造為軟焊料層的焊料層72連接半導體80與第二導體層64，它背離冷卻體10。半導體80是未封裝的半導體，例如晶體管、尤其是igbt或mosfet。半導體80只示例地表示許多元器件，這些元器件可以裝配在電路板60上。
為了更清楚地表示在圖1中電路板60比鎳板塊更窄地示出，其中在其它實施方式中電路板突出于焊料層并且也可以突出于冷卻體10。在此尤其是產(chǎn)生要排出熱量的功率半導體或功率元器件最好布置在固定面92上，由此使得用于要排出熱量的導熱路徑保持較短。
此外冷卻體10不僅可以單側地具有鎳板塊90，并因此具有固定面92，而且也可以兩側地配有鎳板塊。在此示例地示出可選擇的鎳板塊90’，它在鎳板塊90對面位于鋁體的相反側面上（通過鋁層20-24形成）。這個第二鎳板塊90’具有另一固定面92’，在其上可以固定元器件或電路板，用于排出熱量。鎳板塊90’與鎳板塊90一樣利用硬焊料層36’與鋁冷卻體（即，與鋁板）連接。如同已經(jīng)注意到的，鋁冷卻體由鋁板20,22和24以及位于其間的焊料層30和32形成，必要時包括湍流器40。在其它未示出的實施方式中，鋁冷卻體也可以通過不同于中斷的鋁板的方式表示，例如通過連續(xù)的鋁體，或者通過其中加入了冷卻通道的鋁體。除了內(nèi)部的冷卻通道以外，鋁冷卻體也可以具有冷卻鰭，尤其在鋁冷卻體的表面上，由此替代或附加地可以通過冷卻體表面（并且不只通過冷卻通道）排出熱量。
附圖標記清單
10冷卻裝置
20,22,24鋁板
26鋁冷卻體
30,32,36焊料層，尤其是硬焊料層
34用于固定湍流器的硬焊料層
40湍流器
50,52在鋁板里面或在鋁冷卻體26里面的空隙
60電路板
62,64電路板60的導體層
70,72焊料層，尤其軟焊料層
80半導體，最好未封裝的
90,90’鎳板塊
92,92’固定面