專利名稱：散熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種散熱裝置。
背景技術(shù)：
日本公開(kāi)特許公報(bào)No. 2001-148451描述了一種用于電源組的散 熱裝置的實(shí)例，該電源組包括諸如絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)的半導(dǎo) 體器件。在以上公報(bào)中所描述的散熱裝置包括布置在電源組絕緣基底 與散熱板之間的緩沖層，其形成了散熱件。該緩沖層具有表面區(qū)域， 該表面區(qū)域比絕緣基底的表面區(qū)域大一到三倍。該緩沖層附著到絕緣 基底和散熱板上。水冷散熱件布置在散熱板的下面。緩沖層具有的熱 膨脹系數(shù)介于絕緣基底的熱膨脹系數(shù)與散熱件的熱膨脹系之間。緩沖 層吸收絕緣基底與散熱件之間的熱變形水平的差異。這就降低了在絕 纟彖基底中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。
在用于包括產(chǎn)生大量熱的半導(dǎo)體器件的電源組的散熱裝置中，需 要改善用于降低當(dāng)受熱體發(fā)熱時(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)力的功能，而不降低冷卻 效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種散熱裝置，其具有改進(jìn)的用于減少熱應(yīng)力的功能 而未P爭(zhēng)低冷卻效率。
本發(fā)明的 一方面是設(shè)有絕緣基底的散熱裝置，該絕緣基底包括用 作受熱體接收表面的第一表面和與該第一表面相對(duì)的第二表面。金屬 電路層形成于該第一表面上，金屬層形成于該第二表面上。散熱件熱 聯(lián)接(thermally coupled)到該絕緣基底的第二表面上。
散熱件包括上殼和下殼，并用作包括冷卻通道的液體冷卻器件。
3應(yīng)力P務(wù)低部件由高導(dǎo)熱性材料形成，并布置在絕緣基底的金屬層與上 殼之間。該應(yīng)力降低部件包括應(yīng)力吸收穴，并以金屬結(jié)合的方式結(jié)合 到絕緣基底和散熱件上。該上殼包括接觸該應(yīng)力降低部件的第一部分 和由該上殼的其余部分限定的第二部分。該第 一部分和第二部分各具 有某厚度，其中，該第一部分的厚度小于該第二部分的厚度。
通過(guò)以下描述，本發(fā)明的其他方面以及優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見(jiàn)。以 下描述結(jié)合附圖并通過(guò)示例來(lái)示意本發(fā)明原理。


通過(guò)參考對(duì)所提供的優(yōu)選實(shí)施例的以下描述以及附圖，可以更好
地理解本發(fā)明及其目的與優(yōu)點(diǎn)，在附圖中
圖1是顯示了根據(jù)本發(fā)明的散熱裝置的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的縱向剖 視圖2是顯示了根據(jù)本發(fā)明的散熱裝置的又一實(shí)施例的縱向剖視
圖3是顯示了根據(jù)本發(fā)明的散熱裝置的另 一個(gè)實(shí)施例的縱向剖視 圖；以及
圖4是顯示了根據(jù)本發(fā)明的散熱裝置的再一個(gè)實(shí)施例的縱向剖視圖。
具體實(shí)施例方式
置的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。下文中，用語(yǔ)"鋁，，除了包括純鋁之外，還包 括鋁合金。
如圖l所示，散熱裝置包括絕緣基底10和散熱件40。絕緣基底 10包括用作受熱體接收表面的第一表面(上表面)以及與該第一表面相 對(duì)的第二表面，應(yīng)力降低部件30布置在絕緣基底10與散熱件40之 間。應(yīng)力P爭(zhēng)低部件30以金屬結(jié)合的方式結(jié)合到絕緣基底10和散熱件40上。散熱件40和絕緣基底10彼此熱聯(lián)接。
絕緣基底10包括絕緣陶瓷基底13、金屬電路層11以及金屬層 l2。金屬電路層11形成于陶瓷基底13的第一表面(受熱體接收表面) 上。金屬層12由鋁制成且形成于陶瓷基底13的第二表面上。陶瓷基 底13由例如氮化鋁、氧化鋁以及氮化硅等形成。
用作受熱體的半導(dǎo)體器件20(半導(dǎo)體芯片)被焊接并結(jié)合到絕緣基 底10的受熱體接收表面上。IGBT、金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (MOSFET)以及二極管等可用作半導(dǎo)體器件20。
散熱件40包括上殼41和下殼42。上殼41和下殼42通過(guò)釬焊等 而以金屬結(jié)合的方式結(jié)合為堆疊在一起的狀態(tài)。冷卻翅片等布置在散 熱件40中以形成冷卻劑通道40a，該冷卻劑通道延伸穿過(guò)散熱件40， 以便以冷卻劑通道40a的部分〗皮此平4亍的方式迂回。冷卻劑流過(guò)冷卻 劑通道40a，以冷卻受熱體。以這種方式，散熱件40起到了液體型冷 卻器件的作用，該液體型冷卻器件包括用作冷卻通道的冷卻劑通道 40a,冷卻劑通道40a包括入口和出口 ，該入口和出口可以連接到布置 在車輛中的冷卻劑回路。散熱件40的冷卻能力被設(shè)置為使得當(dāng)半導(dǎo) 體器件20被驅(qū)動(dòng)且被力口熱時(shí)，由半導(dǎo)體器件20所產(chǎn)生的熱通過(guò)絕緣 基底10及應(yīng)力降低部件30而傳遞到散熱件40并順暢地散失。散熱 件40的上殼41由鋁形成。在優(yōu)選實(shí)施例中，上殼41和下殼42都由 鋁形成。
應(yīng)力降低部件30布置在絕緣基底10的金屬層12與散熱件40之 間。應(yīng)力降低部件30以金屬結(jié)合的方式結(jié)合到絕緣基底10和散熱件 40上。更具體地說(shuō)，絕緣基底10、應(yīng)力降低部件30與上殼41被釬 焊且被結(jié)合在一起。由具有高導(dǎo)熱性的材料形成的應(yīng)力降低部件30 包括由多個(gè)孔30a形成的應(yīng)力吸收穴。更具體地說(shuō)，應(yīng)力降低部件30 由孔30a延伸穿過(guò)其中的鋁板形成。
現(xiàn)在將討;侖散熱件40的具有厚度t的上殼41。
散熱件40(即上殼41)的面朝應(yīng)力降低部件30的表面，具有比應(yīng)力降低部件30的面朝散熱件40的表面的面積更大的面積。上殼41 包括與應(yīng)力降^f氐部件30相接觸的第一部分和由上殼41的其余部分而 非第一部分所限定的第二部分。與應(yīng)力降低部件30相接觸的第一部 分包括與應(yīng)力降低部件30的孔30a相對(duì)應(yīng)的部分。從該散熱件的厚度 方向上觀察，第一部分是上殼41的自應(yīng)力降低部件30的輪廓向內(nèi)的 區(qū)。從該散熱件的厚度方向上觀察，第二部分是上殼41的自應(yīng)力降 低部件30的輪廓向外的區(qū)。第二部分具有厚度tl，第一部分具有厚 度t2,厚度t2小于第二部分的厚度tl。
更具體地說(shuō)，在上殼41中，第二部分的厚度tl是lmm,第一部 分的厚度t2是0.5mm。此外，應(yīng)力降低部件30具有l(wèi)mm的厚度t3。
上殼41的面朝應(yīng)力降低部件30的表面在該第一部分處相對(duì)于該 第二部分凹陷。該凹陷部分接收應(yīng)力降低部件30。
現(xiàn)在將討論散熱裝置的操作。
散熱裝置被安裝在混合型車輛等之中。散熱件40通過(guò)管而連接 到冷卻劑回路(未示出)上，泵和散熱器布置在冷卻劑回路內(nèi)，該散熱 器包括風(fēng)扇，該風(fēng)扇由馬達(dá)旋轉(zhuǎn)并高效地散熱。
當(dāng)半導(dǎo)體器件20在散熱裝置上被驅(qū)動(dòng)時(shí)，半導(dǎo)體器件20產(chǎn)生熱。 由半導(dǎo)體器件20產(chǎn)生的熱通過(guò)絕緣基底10和應(yīng)力降^^部件30而傳 遞到散熱件40上，從而當(dāng)冷卻劑流過(guò)散熱件40時(shí)發(fā)生熱交換。這就 釋放了來(lái)自散熱裝置的熱。也就是說(shuō)，傳遞到散熱件40上的熱進(jìn)一 步傳遞并釋^:到流過(guò)冷卻劑通道40a的冷卻劑中。散熱件40由流過(guò)冷 卻劑通道40a的冷卻劑強(qiáng)制冷卻。因此，溫度梯度在從半導(dǎo)體器件20 延伸到散熱件40的熱傳遞路徑中增加，并且由半導(dǎo)體器件20所產(chǎn)生 的熱通過(guò)絕緣基底10和應(yīng)力降^f氐部件30而有效地散失。
包括由多個(gè)孔30a限定的應(yīng)力吸收穴的應(yīng)力降低部件30，降低了 當(dāng)半導(dǎo)體器件20產(chǎn)生熱時(shí)所產(chǎn)生的熱應(yīng)力。在上殼41中，小于第二 部分厚度tl的第一部分厚度t2降低了上殼41的剛度，從而上殼41 也降低了熱應(yīng)力。就是說(shuō)，水冷卻散熱件40也降低了熱應(yīng)力。此外，在上殼41中，第一部分的厚度t2小于第二部分的厚度tl。這就縮短 了半導(dǎo)體器件20與冷卻劑通道40a之間的距離，并提高了冷卻效率。 該優(yōu)選實(shí)施例具有以下所述的優(yōu)點(diǎn)；
(1) 由高導(dǎo)熱性材料形成并包括應(yīng)力吸收穴(孔30a)的應(yīng)力降低部 件30，布置在絕緣基底10的金屬層12與散熱件40之間，該散熱件 40是液體冷卻器件。此外，應(yīng)力降低部件30以金屬結(jié)合的方式結(jié)合 到絕緣基底10和散熱件40上。在上殼41中，第一部分的厚度t2小 于第二部分的厚度tl，因此，散熱裝置的用于降低熱應(yīng)力的功能得以 改善而未降低冷卻效率。
(2) 金屬層12和上殼41由鋁形成，應(yīng)力降低部件30由包括孔30a 的鋁板形成。因此，鋁可以釬焊(以金屬結(jié)合的方式結(jié)合)在一起。此 外，應(yīng)力降低部件30的孔30a用來(lái)形成應(yīng)力吸收穴。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該清楚，在不背離本發(fā)明的精神或范圍的前 提，本發(fā)明可以被實(shí)施為許多其他的特定形式。具體而言，應(yīng)當(dāng)理解 本發(fā)明可以實(shí)施為以下形式。
如圖2所示，應(yīng)力降低部件30可以是具有面朝絕緣基底10、包 括多個(gè)凹部30b的表面的鋁板?；蛘?，如圖3所示，應(yīng)力降低部件30 可以是具有面朝散熱件40、包括多個(gè)凹部30c的表面的鋁板。作為另 外的選擇，參看圖4，應(yīng)力降低部件30可以是具有面朝絕緣基底10、 包括多個(gè)凹部30d的表面，且具有面朝散熱件40、包括多個(gè)凹部30e 的表面的鋁板。以這種方式，金屬層12和上殼41由鋁形成，應(yīng)力降 低部件30由鋁板形成，該鋁板在面朝絕緣基底10的表面以及面朝散 熱件40的表面的至少兩者之一中包括凹部。在這種情況下，鋁可以 釬焊(以金屬結(jié)合的方式結(jié)合)在一起，此外，應(yīng)力吸收穴可以由多個(gè) 穴形成。
冷卻劑流過(guò)用作液體冷卻器件的散熱件40。作為替代，諸如酒精 的其它冷卻液體也可流過(guò)散熱件40。
本實(shí)例和實(shí)施例應(yīng)理解為是示例性的而非限制性的，并且本發(fā)明
7并不局限于本文中所給出的細(xì)節(jié)，而是可以在所附的權(quán)利要求的范圍 和等效物范圍內(nèi)進(jìn)行修改。
權(quán)利要求
1. 一種散熱裝置，其包括絕緣基底，其包括用作受熱體接收表面的第一表面和與所述第一表面相對(duì)的第二表面，金屬電路層形成于所述第一表面上，金屬層形成于所述第二表面上；散熱件，其熱聯(lián)接到所述絕緣基底的第二表面上，所述散熱件包括上殼和下殼，并用作包括冷卻通道的液體冷卻器件；以及應(yīng)力降低部件，其由高導(dǎo)熱性材料形成，并布置在所述絕緣基底的金屬層與所述上殼之間，所述應(yīng)力降低部件包括應(yīng)力吸收穴，并以金屬結(jié)合的方式結(jié)合到所述絕緣基底和所述散熱件上；其中，所述上殼包括接觸所述應(yīng)力降低部件的第一部分以及由所述上殼的其余部分所限定的第二部分，所述第一部分和所述第二部分各具有厚度，其中，所述第一部分的厚度小于所述第二部分的厚度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的散熱裝置，其特征在于， 所述金屬層和所述上殼由鋁形成；并且所述應(yīng)力降低部件由包括多個(gè)孔的鋁板形成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的散熱裝置，其特征在于， 所述金屬層和所述上殼由鋁形成；并且所述應(yīng)力降低部件由鋁板形成，所述鋁板在面朝所述絕緣基底的 表面以及面朝所述散熱件的表面的至少兩者之一中包括多個(gè)凹部。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的散熱裝置，其特征在于， 所述上殼具有面朝所述應(yīng)力降低部件的表面，所述面朝應(yīng)力降低部件 的表面在與所述第一部分相對(duì)應(yīng)的部分處相對(duì)于與所述第二部分相 對(duì)應(yīng)的部分凹陷。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種散熱裝置，該散熱裝置包括絕緣基底、散熱件以及應(yīng)力降低部件。該絕緣基底包括用作受熱體接收表面的第一表面和與該第一表面相對(duì)的第二表面。該散熱件熱聯(lián)接到該絕緣基底的第二表面上。包括上殼和下殼的散熱件用作包括冷卻通道的液體冷卻器件。應(yīng)力降低部件布置在絕緣基底與上殼之間。該應(yīng)力降低部件包括應(yīng)力吸收穴。該上殼包括接觸該應(yīng)力降低部件的第一部分以及由該上殼的其余部分限定的第二部分。該第一部分具有某厚度，該厚度小于該第二部分的厚度。
文檔編號(hào)H01L23/34GK101442032SQ200810182280
公開(kāi)日2009年5月27日 申請(qǐng)日期2008年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月21日
發(fā)明者山內(nèi)忍, 森昌吾, 田村忍 申請(qǐng)人:株式會(huì)社豐田自動(dòng)織機(jī);昭和電工株式會(huì)社