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用于制造冷却元件的方法和以这种方法制造的冷却元件

更新时间:2024-07-01
用于制造冷却元件的方法和以这种方法制造的冷却元件 专利申请类型:发明专利;
源自:德国高价值专利检索信息库;

专利名称:用于制造冷却元件的方法和以这种方法制造的冷却元件

专利类型:发明专利

专利申请号:CN202080050145.6

专利申请(专利权)人:罗杰斯德国有限公司,通快光子学公司
权利人地址:德国埃申巴赫

专利发明(设计)人:约翰内斯·维森德,迈克尔·马赫尔,海科·施魏格尔,蒂洛·费特阿克,马克·戈特迪纳

专利摘要:本发明涉及一种用于制造用于电气构件或电子构件、尤其半导体元件的冷却元件(1)的方法,其中制成的冷却元件(1)具有冷却流体通道系统,在运行时,冷却流体可以贯穿所述冷却流体通道系统,所述方法包括:提供至少一个第一金属层(11);在至少一个第一金属层(11)中实现至少一个留空部(21,22);以及借助于至少一个留空部(21,22)构成冷却流体通道系统的至少一个子部段,其中至少一个第一金属层(11)中的至少一个留空部(21,22)的至少一个第一部分(21)通过腐蚀、尤其电火花腐蚀来实现。

主权利要求:
1.一种用于制造用于电气构件或电子构件的冷却元件(1)的方法,其中制成的冷却元件(1)具有冷却流体通道系统,在运行时,冷却流体能够贯穿所述冷却流体通道系统,所述方法包括:‑提供至少一个第一金属层(11),
‑在所述至少一个第一金属层(11)中实现至少一个留空部(21,22),以及‑借助于所述至少一个留空部(21,22)构成所述冷却流体通道系统的至少一个子部段,其中所述至少一个第一金属层(11)中的至少一个留空部(21,22)的至少一个第一部分(21)通过腐蚀来实现,其特征在于,所述至少一个第一金属层(11)中的至少一个留空部(21,22)的至少一个第二部分(22)通过蚀刻来实现。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述电气构件或电子构件是半导体元件。
3.根据权利要求1所述的方法,其中所述腐蚀是电火花腐蚀。
4.根据权利要求1所述的方法,所述方法还包括:
‑提供至少一个第二金属层(12),以及
‑沿着堆叠方向(S)堆叠所述至少一个第一金属层(11)和所述至少一个第二金属层(12)以构成所述冷却流体通道系统的至少一个子部段。
5.根据权利要求1所述的方法,其中用于构成所述至少一个第一金属层(11)中的至少一个留空部(21,22)的至少一个第二部分(22)的蚀刻在时间上在形成所述至少一个第一金属层(11)中的至少一个留空部(21,22)的至少一个第一部分(21)之前通过腐蚀来实现。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法,其中同时腐蚀多个第一金属层(11)。
7.根据权利要求6所述的方法,其中所述多个第一金属层(11)固定在张紧元件(40)中。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的方法,其中所述至少一个第一金属层(11)具有大于0.3mm的厚度。
9.根据权利要求8所述的方法,其中所述至少一个第一金属层(11)具有大于0.4mm的厚度。
10.根据权利要求9所述的方法,其中所述至少一个第一金属层(11)具有大于0.8mm的厚度。
11.根据权利要求4所述的方法,其中所述至少一个第一金属层(11)和/或所述至少一个第二金属层(12)设置在下覆盖层(14)与上覆盖层(15)之间。
12.根据权利要求4所述的方法,其中设有多于三个的第一金属层(11)和/或第二金属层(12),所述第一金属层和/或所述第二金属层的厚度大于0.3mm。
13.根据权利要求12所述的方法,其中设有多于五个的第一金属层(11)和/或第二金属层(12)。
14.根据权利要求13所述的方法,其中设有多于七个的第一金属层(11)和/或第二金属层(12)。
15.根据权利要求4所述的方法,其中所有第一金属层(11)和/或第二金属层(12)具有大于0.3mm的厚度。
16.根据权利要求15所述的方法,其中所有第一金属层(11)和/或第二金属层(12)具有大于0.4mm的厚度。
17.根据权利要求16所述的方法,其中所有第一金属层(11)和/或第二金属层(12)具有大于0.8mm的厚度。
18.根据权利要求1至5中任一项所述的方法,其中用于至少三个第一金属层(11)的至少一个留空部(21,22)的形状不同。
19.根据权利要求18所述的方法,其中用于至少五个第一金属层(11)的至少一个留空部(21,22)的形状不同。
20.根据权利要求19所述的方法,其中用于至少八个第一金属层(11)的至少一个留空部(21,22)的形状不同。
21.根据权利要求4所述的方法,其中所述至少一个第一金属层(11)与至少第二金属层(12)连接。
22.根据权利要求21所述的方法,其中所述至少一个第一金属层(11)与至少第二金属层(12)通过烧结连接。
23.根据权利要求1至5中任一项所述的方法,其中使用唯一的第一金属层(11)以形成所述冷却元件(1)。
24.一种以根据上述权利要求中任一项所述的方法制造的冷却元件(1),其中所述至少一个第一金属层(11)中的相对置的侧壁之间的间距(A1)至少局部地小于0.4mm。
25.根据权利要求24所述的冷却元件(1),其中所述至少一个第一金属层(11)中的相对置的侧壁之间的间距(A1)至少局部地小于0.3mm。
26.根据权利要求25所述的冷却元件(1),其中所述至少一个第一金属层(11)中的相对置的侧壁之间的间距(A1)至少局部地小于0.2mm。 说明书 : 用于制造冷却元件的方法和以这种方法制造的冷却元件技术领域[0001] 本发明涉及用于制造冷却元件的方法和以这种方法制造的冷却元件。背景技术[0002] 用于冷却电气构件或电子构件、尤其半导体例如激光二极管的冷却元件从现有技术中充分已知。在此,电气构件或电子构件在其运行期间产生热量,所述热量借助于冷却元件引走,以便因此再次确保电气构件或电子构件的持久的功能性。这尤其适用于激光二极管,其中几摄氏度的温度差可能就引起功率和/或使用寿命的明显的损害。[0003] 为了冷却构件,通常连接到构件上的冷却元件典型地具有冷却流体通道系统,在运行时,引导冷却流体穿过所述冷却流体通道系统,以便吸收和运走由电气构件或电子构件发出的热量。在此优选地使用鳍结构,其中多个接片状元件伸入到冷却流体通道系统中,以便提供与冷却流体的尽可能大的接触面,由此改进从限界冷却流体通道系统的壁到冷却流体上的热传递。[0004] 对应地期望的是,在尽可能最小的空间上结合尽可能多的所述接片状元件,以便确保鳍结构与流体之间的过渡处的最佳冷却性能。[0005] 相邻的接片状元件的这种尽可能近的设置通过可以通过制造方法在两个相邻的接片状元件之间实现的最小可能的间距来限界。[0006] 典型地,接片状元件通过金属层中的留空部的对应的蚀刻来实现,所述金属层直接地或间接地经由例如陶瓷金属衬底承载电气构件或电子构件,其中所述金属层和必要时不同结构化的金属层沿着堆叠方向彼此上下堆叠,以便形成具有冷却流体通道系统的冷却元件。[0007] 在此已经证实,借助于尽可能薄的金属层,可以在相邻的接片状元件之间实现比较小的间距,使得已经建立,多个、优选两个至三个尽可能薄的金属层彼此上下堆叠,以便因此获得具有沿着堆叠方向足够大的延展并且同时具有两个相邻的接片状元件之间的小的间距的接片状元件。然而在这种方法中,由于在彼此上下堆叠的金属层之间在垂直于堆叠方向的方向上发生的偏移,两个相邻的接片状元件之间的最小间距被限制于0.3mm或更大。发明内容[0008] 基于此,本发明的目的是提供一种冷却元件,所述冷却元件相对于从现有技术中已知的冷却元件具有改进的冷却效果,其中用于冷却流体通道系统的更精细结构化的留空部尤其可行。[0009] 所述目的通过根据本发明的方法和根据本发明的冷却元件来实现。本发明的其他优点和特性从说明书以及附图中得出。[0010] 根据本发明的第一方面,提出一种用于制造用于电气构件或电子构件、尤其半导体元件的冷却元件的方法,其中制成的冷却元件具有冷却流体通道系统,在运行时,冷却流体可以贯穿所述冷却流体通道系统,所述方法包括:[0011] ‑提供至少一个第一金属层,[0012] ‑在至少一个第一金属层中实现至少一个留空部,以及[0013] ‑借助于至少一个留空部构成冷却流体通道系统的至少一个子部段,[0014] 其中至少一个第一金属层中的至少一个留空部的至少一个第一部分通过腐蚀、尤其电火花腐蚀来实现。[0015] 相对于从现有技术中已知的方法,根据本发明提出,通过腐蚀、尤其电火花腐蚀(例如线腐蚀(Drahterodieren)或沉蚀(Senkenerodieren))实现至少一个第一金属层中的至少一个留空部的至少一部分。腐蚀尤其允许成型非常小的或精细结构化的留空部或留空部部段,其中尤其也可以实现留空部子部段、即至少一个留空部的第一部分,其中至少一个第一金属层中的两个相对置的侧面、例如相邻的接片状元件的两个相对置的侧面之间的间距与小于0.3mm的值相关联。以对应的方式,可以在各个第一金属层中实现留空部,所述留空部在随后制成的冷却流体通道系统中构成非常窄的通道部段或非常窄的部段,冷却流体可以被引导穿过所述通道部段或所述部段,而多个第一金属层尤其不必彼此上下堆叠。因此,与从现有技术中已知的冷却结构相比,可以制造小得多和窄得多的冷却结构、例如冷却元件中的鳍结构,使得可以明显改进冷却元件的冷却效果。[0016] 电火花腐蚀或腐蚀优选地涉及用于导电材料的热去除,其中所述方法基于作为工具的电极与至少一个第一金属层之间的放电过程(电火花)。电火花腐蚀尤其根据按照标准DIN8580的去除来进行。至少一个第一金属层中的至少一个留空部可以延伸穿过整个至少一个第一金属层(优选地借助于线腐蚀制造),或者至少一个第一金属层中的至少一个留空部成型成盲孔式的(例如通过在至少一个第一金属层中进行沉蚀来实现)。[0017] 在腐蚀时,优选地在不导电的介质、例如油或去离子水中进行处理。然后将电极工具引向工件、即至少一个第一金属层至0.004mm至0.5mm。然后通过提高施加的电压有针对性地促使电火花放电,接着,所产生的电火花点状地熔融材料并使其蒸发,使得实现至少一个第一金属层中的至少一个留空部。还优选地提出,冷却元件具有连接面,电气构件或电子构件可以连接在所述连接面上,其中至少一个第一金属层中的至少一个第一留空部的至少一个第一部分邻接所述连接面。即至少一个留空部的通过腐蚀制造的第一部分邻接连接面和/或构成在所述连接面附近。[0018] 半导体元件特别优选地是激光二极管,对于所述激光二极管,冷却效率对其功率效率和使用寿命是明显决定性的。[0019] 还可设想,借助于腐蚀制造的第一部分在随后制成的冷却元件中是鳍结构的一部分。例如,第一部分构成作为鳍结构的一部分的两个接片状元件之间的中间空间,用于有效引走热量的冷却流体被引导穿过所述鳍结构。[0020] 优选地还提出,所述方法还包括:[0021] ‑提供至少一个第二金属层,以及[0022] ‑沿着堆叠方向堆叠至少一个第一金属层和至少一个第二金属层以构成冷却流体通道的至少一个子部段。[0023] 尤其提出,至少一个第一金属层和/或至少一个第二金属层沿着主延伸平面延伸并且沿着垂直于主延伸平面延伸的堆叠方向彼此上下堆叠。[0024] 优选地,冷却元件包括至少一个第三金属层,所述至少一个第三金属层同样沿着主延伸平面延伸并且在垂直于堆叠方向与至少一个第一金属层和至少一个第二金属层一起以彼此上下堆叠的方式设置。在此尤其提出,至少一个第一金属层、至少一个第二金属层和至少一个第三金属层在至少一个留空部的位置和形状方面彼此不同。尤其提出,彼此上下设置的至少一个第一金属层、至少一个第二金属层和/或至少一个第三金属层在堆叠状态中构成冷却流体通道系统,在运行期间,冷却流体可以被引导穿过所述冷却流体通道系统,以便将热量从连接面引走。[0025] 优选地在至少一个第一金属层、至少一个第二金属层和/或至少一个第三金属层中通过腐蚀来制造至少一个留空部的至少一个第一部分。此外,冷却流体通道系统尤其具有例如延伸穿过至少一个第一金属层、至少一个第二金属层和/或至少一个第三金属层的输送区域和导出区域,其中冷却流体通道系统优选地构成为,使得在冷却流体从输送区域转移到导出区域中时,冷却流体必须经过已经通过腐蚀制造的留空部的第一部分。冷却流体优选地在从输送区域到导出区域的过渡中经过鳍结构。尤其提出,冷却流体沿着堆叠方向穿过冷却流体通道系统,尤其沿着堆叠方向经过鳍结构。[0026] 此外,冷却流体通道系统设计成,使得通过冷却流体通道系统引导的流体从至少一个第一金属层经由至少一个第二金属层引导直至至少一个第三金属层中,接着,流体在至少一个第三金属层中偏转并且再次返回到至少一个第二金属层和/或至少一个第一金属层中。在此,冷却流体再次具有至冷却流体通道系统的导出区域的通路,并且可以对应地从冷却流体通道系统导出。替选地可设想,第一金属层和/或第二金属层形成鳍结构,其中鳍伸入到流体通道中,冷却流体沿着唯一的流动方向经过所述流体通道。原则上可设想冷却流体通道系统的不同的设计,其中借助于腐蚀来制造接片状元件。[0027] 除了至少一个第一金属层、至少一个第二金属层和/或至少一个第三金属层之外,还设有其他对应的金属层和/或上覆盖层和/或下覆盖层。如果需要冷却元件与电气构件或电子构件之间的绝缘,则优选地提出,上覆盖元件和/或下覆盖元件构成为金属陶瓷复合体,其中优选地在两个金属层之间设置有陶瓷层,以便确保对应的绝缘。与至少一个第一金属层、至少一个第二金属层和至少一个第三金属层相反,上覆盖层和/或下覆盖层不能具有至少一个留空部的通过腐蚀制成的第一部分。替代于此,上覆盖层或下覆盖层具有多个留空部或另外的留空部,所述多个留空部或另外的留空部设置为用于冷却流体通道系统的输送区域或导出区域的入口开口或出口开口和/或设置为用于冷却元件的紧固机构和锁止辅助装置。[0028] 根据本发明的一个实施方式提出,至少一个第一金属层中的留空部的至少一个第二部分通过蚀刻来实现。由此以有利的方式可行的是,至少一个留空部两阶段地构成,其中在第一准备步骤中,例如通过蚀刻形成留空部的大面积的部段或第二部分。因为尤其对于大面积的部段不必将两个相对置的侧壁之间的间距设计得尽可能小,所以在此使用已建立的蚀刻被证实为是有利的,相反,精细结构化的留空部部段或留空部的第一部分通过腐蚀制造,优选地在蚀刻后的生产过程中制造。以所述方式,可以将高耗费的腐蚀限制于至少一个第一金属层中的尽可能小的子部段。这对制造时间和制造成本产生积极影响。[0029] 优选地提出,用于构成至少一个第一金属层中的至少一个留空部的至少一个第二部分的蚀刻在时间上在形成至少一个第一金属层中的至少一个留空部的至少一个第一部分之前实现。由此,借助于创建第二部分,以有利的方式简化了用于腐蚀以形成第一部分的通路,因为例如可以简单地将线引入到已经被蚀刻的第二部分中,以便随后借助于腐蚀为第一部分留下期望的结构。[0030] 根据本发明的一个实施方式提出,在制成状态中,至少一个第一部分具有相对置的侧壁,所述侧壁的间距低于第一阈值,和/或在制成状态中,至少一个第二部分具有相对置的侧壁,所述侧壁的间距高于第二阈值。第一阈值优选地对应于第二阈值。对应地可行的是,将至少一个第一留空部的第一部分与至少一个留空部的至少第二部分分开,并且对应于相应的子部段的所需的间距或尺寸应用对应的方法,所述方法一方面确保第一部分中的尽可能小的间距,相反在第二部分中,由于两个相对置的侧壁之间的更大的间距,不必使用高耗费的腐蚀。[0031] 根据本发明的一个实施方式提出,同时腐蚀多个第一金属层。尤其提出,借助于线腐蚀在多个彼此上下堆叠的第一金属层中同时分别实现留空部的第一部分,使得在单个腐蚀步骤中,多个第一金属层设有留空部的第一部分。尤其已经证实,可以同时腐蚀直至40个金属层。这尤其对应于彼此上下堆叠的第一金属层的大约4cm的总厚度。对应地,然后可以在腐蚀步骤中实现直至40个第一金属层,然后所述第一金属层随后分别成为冷却元件的组成部分。[0032] 根据本发明的一个实施方式提出,多个第一金属层固定在张紧元件中。借助于张紧元件,以有利的方式可行的是,将彼此上下堆叠的第一金属层共同运输并且尤其共同可供腐蚀使用或共同提供以用于腐蚀。为此,张紧元件尤其设有确保触及多个第一金属层的开口,使得多个第一金属层的同时腐蚀是可行的。在此,多个第一金属层尤其设置在张紧元件的第一固定半部与第二固定半部之间。[0033] 根据本发明的一个实施方式提出,至少一个第一金属层具有在堆叠方向上测量的大于0.3mm、优选大于0.4mm和特别优选大于0.8mm的厚度。与从现有技术中已知的其中多个薄的至少第一金属层置于彼此上的方法相反,以有利地的方式可行的是,在腐蚀时设有具有留空部的第一金属层,所述第一金属层比较厚,尤其具有大于0.3mm的厚度。由此,尤其可以在至少一个第一金属层中实现非常窄但深的结构化,而无需将多个第一金属层彼此上下堆叠。这简化制造过程并且提高鳍结构的稳定性和成型 所述鳍结构通过至少一个第一金属层中的至少一个留空部的第一部分构成。[0034] 优选地提出,至少一个第一金属层和/或至少一个第二金属层设置在下覆盖层与上覆盖层之间。换言之:至少一个第一金属层和/或第二金属层不形成上覆盖层和下覆盖层。尤其在所述情况下提出,至少一个第一金属层具有大于0.3mm、优选大于0.4mm和特别优选大于0.8mm的厚度。最后已经表明,借助于在上覆盖层与下覆盖层之间的对应厚的第一金属层,也可以创建运行可靠的流体通道,此外,所述流体通道简单地组合,而不存在各个层相对于彼此的横向偏移引起制成的流体通道变窄的风险。由此可以在冷却结构的内部实现特别窄的流体通道。[0035] 此外优选地提出,设有多于三个、优选多于五个和特别优选多于七个的第一金属层和/或第二金属层,所述第一金属层和/或所述第二金属层的厚度大于0.3mm。换言之:比较厚的第一金属层和/或第二金属层的使用不限于各个层、例如处于外部的覆盖层或部分层。[0036] 根据本发明的另一实施方式提出,所有第一金属层和/或第二金属层具有大于0.3mm、优选大于0.4mm和特别优选大于0.8mm的厚度。例如提出,所有第一金属层和/或第二金属层具有0.5mm+/‑0.2、优选1mm+/‑0.4mm和特别优选1.2mm+/‑0.5mm的厚度。[0037] 优选地提出,用于至少三个、优选至少五个和特别优选至少八个第一金属层的至少一个留空部的形状不同。已经以有利的方式证实,如果至少一个第一金属层和/或至少一个第二金属层尤其比较厚且具有薄的留空部,则复杂的冷却系统也可以通过堆叠至少一个第一金属层和/或至少一个第二金属层来实现。[0038] 此外优选地提出,至少一个第一金属层与至少一个第二金属层优选地通过烧结材料配合地连接。尤其提出,至少一个第一金属层与至少一个第二金属层、特别优选与至少一个第三金属层在不使用增附剂或焊料的情况下彼此连接。所述至少一个第一金属层与所述至少一个第二金属层、特别优选与所述至少一个第三金属层例如通过对应的加热彼此连接,使得构成用于冷却元件的整体式基体。[0039] 此外优选地提出,唯一的第一金属层用于形成冷却元件。对应地,可以省去在用于第一金属层的第一部段中高耗费地堆叠多个薄的第一金属层,使得明显简化制造方法。因此,这尤其是可行的,因为可以使用更厚的第一金属层,以便在至少一个留空部的第一部分中实现相对非常薄的结构化。[0040] 本发明的另一个主题是以根据本发明的方法制造的冷却元件,其中至少一个留空部的第一部分中的相对置的侧壁之间的间距小于0.4mm、优选小于0.3mm,和特别优选小于0.2mm。对于所述方法描述的所有特性和优点可以类似地转用于冷却元件,并且反之亦然。[0041] 此外,根据本发明的一个实施方式提出,接片状元件尤其关于至少一个第一金属层的中心轴线以直线和/或倾斜和/或弯曲的方式伸入到冷却流体通道系统中。此外可设想,至少一个第一金属层中的接片元件或接片状元件的取向与至少一个第三金属层和/或至少一个第二金属层中的接片状元件的定向或取向不同。接片状元件的形状和设计优选地可以适配于相应的应用情况中的要求或用于相应的电气构件或电子构件的要求。优选地提出,相对置的侧壁之间的间距取0.10mm和0.3mm之间的值、特别优选0.15mm和0.28mm之间的值,和特别优选近似为大约0.2的值。除了确定两个相邻的接片状元件之间的间距的尺寸之外,还证实为有利的是,不将所述两个相邻的接片状元件之间的间距设计得过小,以免以对应的方式明显增加用于贯穿引导冷却流体的泵功率。以对应的方式,所说明的间距已经证实为优化的冷却效率与对于使冷却流体贯穿冷却流体通道系统所需的泵功率之间的令人惊讶地有利的折衷。附图说明[0042] 参照附图,从根据本发明的主题的优选的实施方式的以下描述中得出其他优点和特性。附图示出:[0043] 图1示出根据本发明第一示例性实施方式的冷却元件的示意性分解图,[0044] 图2示出用于图1中的冷却元件的第一金属层的示意图,[0045] 图3示出根据本发明的第二示例性实施方式的冷却元件的示意图,以及,[0046] 图4示出用于根据本发明的一个优选的实施方式的用于制造冷却元件的方法的张紧元件的示意图。具体实施方式[0047] 在图1中示意性地示出根据本发明的第一优选的实施方式的冷却元件1的分解图。冷却元件1尤其涉及设置用于冷却电子构件或电气构件(未示出)、尤其半导体元件和特别优选地激光二极管的冷却元件。为了冷却电气构件或电子构件,制成的冷却元件1构成冷却流体通道系统,在运行时,冷却流体可以被引导穿过所述冷却流体通道系统,使得冷却流体可以吸收和引走由电子构件或电气构件在运行时发出的热量。[0048] 为此,在冷却元件1中、尤其在冷却流体通道系统中优选地设有输送区域和导出区域(未示出),其中冷却流体经由输送区域导入并且经由导出区域被再次排出。优选地提出,冷却流体通道系统设计成,使得冷却流体1在从输送区域到导出区域的过渡中经过鳍结构25,所述鳍结构尤其伸入到冷却流体通道系统中。鳍结构25优选地涉及接片状元件7,所述接片状元件伸入到冷却流体通道系统中,以便为流体提供尽可能大的接触面,使得可以将热量从接片状元件7或冷却通道系统的壁有效地传递到流体上。[0049] 冷却元件1优选地包括至少一个第一金属层11、至少一个第二金属层12和/或至少一个第三金属层13。为了构成冷却流体通道系统,至少一个第一金属层11、至少一个第二金属层12和/或至少一个第三金属层13通过至少一个留空部21、22结构化,使得所述至少一个留空部通过沿着堆叠方向S堆叠在彼此上或上下相叠构成冷却流体通道系统。[0050] 在此尤其提出,至少一个第一金属层11、至少一个第二金属层12和/或至少一个第三金属层13分别不同地结构化或配备有不同延伸的留空部21、22。尤其提出,至少一个第一金属层11、至少一个第二金属层12和/或至少一个第三金属层13成型至少一个留空部21、22中的至少一个第一部分21,所述至少一个第一部分具有接片状元件7,所述接片状元件尤其在垂直于堆叠方向S延伸的主延伸平面HSE中延伸。除了至少一个第一金属层11中的至少一个留空部21、22的第一部分21之外,优选地提出,至少一个第一金属层11中的至少一个留空部21、22的第二部分22设置用于将冷却流体输送到第一部分21中或从第一部分21导出,或者形成输送区域和/或导出区域的一部分。[0051] 冷却元件1优选地在堆叠方向S上通过上覆盖层15和下覆盖层14限界,其中第一至少一个第一金属层11、至少一个第二金属层12和/或至少一个第三金属层13在堆叠方向S上观察设置在下覆盖层14与上覆盖层15之间。尤其地,由至少一个第一金属层11、至少一个第二金属层12和/或至少一个第三金属层13构成的成形部以夹心的方式设置在上覆盖层15与下覆盖层14之间。除了由第一部分21和第二部分22组成的至少一个留空部21、22之外,优选地提出,冷却元件1或至少一个第一金属层11具有另外的留空部24,所述另外的留空部不是具有鳍结构25的冷却流体通道系统的组成部分。此外优选地提出,在上覆盖层15和/或下覆盖层14处设有连接面30。电气构件或电子构件尤其附接在所述连接面30上,尤其在堆叠方向S上观察附接在鳍结构25的上方或下方,所述鳍结构优选地在垂直于堆叠方向S延伸的方向上延伸。换言之:鳍结构25、尤其其接片状元件7在连接面30的下方延伸并且优选地平行于所述连接面延伸。通过由接片状元件7构成的鳍结构25对应地设置在连接面30的上方或下方,电气构件或电子构件可以借助于鳍结构25有效地冷却。[0052] 在图2中示出例如安装在图1中的至少一个第一金属层11的示意图。在所示出的实施方式中,鳍结构25由接片状元件7构成,在主延伸平面HSE中观察,所述接片状元件不同远地延伸。接片状元件7的长度尤其在朝向至少一个第一金属层11的中心轴线M的方向上增加。由此,以有利的方式可行的是,尽可能使尤其在连接面30的中央区域中的冷却效果最大化。还可设想,接片状元件平行于和/或倾斜于中心轴线M延伸。接片状元件7的形状、尤其其长度和/或沿着主延伸平面HSE相对于中心轴线M的倾斜优选地通过用于冷却对应的电气构件或电子构件的对应的要求型廓来确定或规定。[0053] 为了在两个相邻的接片状元件7之间实现尽可能小的间距A1,提出至少一个第一金属层中的至少一个留空部21、22的第一部分21通过腐蚀、尤其电火花腐蚀来实现。在此尤其涉及借助于线腐蚀的制造。[0054] 还提出,至少一个留空部21、22的第二部分22通过蚀刻实现。蚀刻优选地尤其在留空部21、22的第二部分22的大面积的区域中执行,即在构成用于输送和导出冷却流体的随后的输送区域和/或导出区域中执行。与此相反尤其提出,腐蚀设置用于留空部21、22的精细结构化的成型、即留空部21、22的第一部分21。已经证实,由此可以在接片状元件7之间制造相对非常小的间距,而无需依赖具有至少一个留空部21、22的蚀刻的第一部分21的多个第一金属层11,所述多个第一金属层必须彼此上下堆叠,以便实现两个接片状元件7之间的尽可能小的间距。两个接片状元件7之间的相对置的侧壁之间的间距A1优选小于0.4mm、优选小于0.3mm和特别优选小于0.2mm。由此,尽可能多的接片状元件7可以集成到鳍结构25中。对应地可行的是提高冷却效果,因为可以以对应的方式提高冷却流体与冷却流体通道系统的壁之间的接触面。[0055] 至少一个第一金属层11、至少一个第二金属层12、至少一个第三金属层13、上覆盖层15和/或下覆盖层14优选地具有在堆叠方向S上测量的0.2mm和0.7mm之间、优选0.35mm和0.6mm之间和特别优选0.3mm和0.4mm之间的厚度。优选地,至少一个第一金属层11、至少一个第二金属层12和/或至少一个第三金属层13分别构成相同的厚度。此外优选地提出,至少一个第一金属层11、至少一个第二金属层12和/或至少一个第三金属层13在烧结方法的范围内成形为集成的冷却流体通道系统,其方式为,通过对应的温度处理,至少一个第一金属层11、至少一个第二金属层12和/或至少一个第三金属层13的接合部过渡到彼此中或彼此熔融。还提出,上覆盖层15和/或下覆盖层14也分别具有至少一个留空部21、22和/或另外的留空部24,其中上覆盖层15和/或下覆盖层14优选地没有接片状元件7或随后的鳍结构25的组成部分。另外的留空部24优选地用于紧固或固定冷却元件1。[0056] 在图3中提出根据第二优选的实施方式的冷却元件1。冷却元件1在此基本上对应于图1中的冷却元件1并且不同之处基本上仅在于如下:下覆盖层14和/或上覆盖层15构成为金属陶瓷复合体。在此尤其提出,上覆盖层15和/或下覆盖层14分别具有陶瓷层、优选由氮化铝构成的陶瓷层,所述陶瓷层例如在两侧覆盖有金属层、优选铜层。例如涉及由氮化铝构成的陶瓷层,所述陶瓷层在堆叠方向S上测量的厚度取0.1mm至0.5mm、优选0.2mm至0.4mm和特别优选基本上0.38mm的值,而分别覆盖陶瓷层的处于外部的金属层具有0.05mm和0.4mm之间、优选0.1mm和0.3mm之间和特别优选0.15mm和0.25mm之间的厚度。[0057] 在此尤其提出,构成在陶瓷层的相对置的侧处的金属层不同厚。例如,金属层具有0.2mm的铜厚度,而相对置的铜层具有0.12mm的厚度,所述厚度尤其在将金属层附接到铜层上的附接过程之后通过金刚石研磨来实现。上覆盖层15和/或下覆盖层14优选地涉及借助于DCB方法制造的金属陶瓷复合体。[0058] 还优选地提出,图3中的冷却元件1具有密封元件承载层17,例如O形环可以固定在所述密封元件承载层中或借助于所述密封元件承载层固定,以便确保用于冷却元件1的输送区域和排出区域的连接区域中的对应的密封。密封元件承载层17优选地涉及具有对应的留空部21、22或另外的留空部24的金属层,其中密封元件承载层17可以具有在堆叠方向上测量的0.1mm和0.4mm之间、优选0.1mm和0.4mm之间和特别优选0.2mm和0.3mm之间的厚度。[0059] 此外,图3中的实施方式与图1中的实施方式的不同之处在于如下:冷却元件1在其上覆盖层15处封闭,并且用于输送冷却流体的入口开口和用于引走冷却流体的出口开口仅仅在下覆盖层14处构成,使得经由下覆盖层14导入到冷却元件1中的冷却流体沿着堆叠方向S穿过所述冷却元件并且在至少一个第三金属层13中偏转,以便然后以相反的方向再次离开冷却元件1。由金属陶瓷复合体构成的上覆盖层15和下覆盖层14证实对于冷却元件1必须与附接在冷却元件1上或冷却元件1处的结构元件电绝缘的应用情况尤其有利。[0060] 在图4中示出用于根据本发明的一个优选的实施方式的用于制造冷却元件1的方法的张紧元件40的示意图。在此尤其提出,张紧元件40设计用于容纳多个第一金属层11。多个第一金属层11尤其沿着堆叠方向S彼此上下地设置在张紧元件40中。优选地,直至20个第一金属层11、优选地直至30个第一金属层和特别优选地直至40个第一金属层11沿着堆叠方向S彼此上下地设置在张紧元件40中并且以夹心的方式卡在第一固定半部41与第二固定半部42之间。[0061] 在此尤其提出,第一固定半部41和第二固定半部42构成为板状构件,所述第一固定半部和第二固定半部彼此相对置地设置并且特别优选地分别具有开口46、尤其窗口状的或舱口状的开口46,所述开口使得允许触及设置在第一固定半部41与第二固定半部42之间的第一金属层11。由此可行的是,设置在第一固定半部41与第二固定半部42之间的第一金属层11被共同腐蚀以用于构成至少第一金属层11中的至少一个留空部21、22的至少相应的第一部分21。[0062] 第一金属层11优选地在其被夹紧在第一固定半部41与第二固定半部42之间之前已经设有蚀刻的或蚀镂的 结构,所述结构在第一金属层11的随后的制成状态中在组成冷却元件之前优选地提供至少一个留空部21、22的第二部分21。对应地,由此可以实现如下可能性:至少一个第一金属层11中的至少一个留空部21、22中的大面积的部段通过大面积的蚀刻来实现,而精细结构化的接片状元件7通过共同的线腐蚀来实现。此外,以有利的方式可行的是,将已经预蚀刻的第一金属层11通过张紧元件40共同提供以进行腐蚀或将所述张紧元件40中的第一金属层11合适地运输。在此特别优选地提出,第一固定半部41和第二固定半部42经由对应的紧固机构44彼此连接或连接成,使得所述第一固定半部和所述第二固定半部固定设置在其间的第一金属层11。例如,紧固机构44涉及螺栓。[0063] 优选地在张紧元件40的每个角部处设有用于均匀拉紧的紧固机构44。在此尤其提出,紧固机构44可以与第一金属层11的精确的数量尽可能无关地充分固定多个第一金属层11。即第一固定半部41与第二固定半部42之间的间距可以尤其通过对应的紧固机构44以可变的方式调节,使得可以简单地补偿第一金属层11的数量中的对应的偏差。然后,共同腐蚀的第一金属层11可以分别用于构成各一个冷却元件1,所述冷却元件优选地仅需要单个第一金属层11。在此对于至少一个第一金属层11描述的方法当然可以以类似的方式转用于至少一个第二金属层12和/或至少一个第三金属层13。[0064] 附图标记列表:[0065] 1 冷却元件[0066] 7 接片状元件[0067] 11第一金属层[0068] 12第二金属层[0069] 13第三金属层[0070] 14下覆盖层[0071] 15上覆盖层[0072] 17密封元件承载层[0073] 21留空部的第一部分[0074] 22留空部的第二部分[0075] 24另外的留空部[0076] 25鳍结构[0077] 30连接面[0078] 40张紧元件[0079] 41第一固定半部[0080] 42第二固定半部[0081] 44紧固机构[0082] 46开口[0083] A1间距[0084] S堆叠方向[0085] M中心轴线[0086] HSE主延伸平面

专利地区:德国

专利申请日期:2020-07-07

专利公开日期:2024-06-18

专利公告号:CN114128063B

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