背景技術(shù)：

本發(fā)明涉及一種傳熱片和一種用于制造具有所述傳熱片的結(jié)構(gòu)組件、尤其功率電子器件的方法。此外，本發(fā)明涉及一種具有所述傳熱片的結(jié)構(gòu)組件。

在所述功率電子器件中，為了在冷卻裝置（冷卻體）和加熱的構(gòu)件（例如功率晶體管）之間的熱傳遞，應(yīng)用導(dǎo)熱箔、導(dǎo)熱膏、層壓板或者焊膏。這些材料是必要的，以便補(bǔ)償在有待連接的配對件（partner）之間的公差和不平度，以及同時達(dá)到好的熱連接。在此，熱阻由熱力學(xué)上有待接觸的表面的兩個接觸電阻和導(dǎo)熱介質(zhì)的熱阻共同組成。所述導(dǎo)熱介質(zhì)的熱阻又取決于有待接觸的配對件的導(dǎo)熱能力、間隔（層厚度）和面。所以，例如導(dǎo)熱箔或者導(dǎo)熱膏的導(dǎo)熱能力處于0.3至5w/mk的范圍內(nèi)。焊劑的導(dǎo)熱能力根據(jù)時效處于20至50w/mk的范圍內(nèi)。通常的層厚度這里處于50μm至1000μm的范圍內(nèi)。熱接觸電阻取決于配對件表面的微觀特性（粗糙度、硬度、清潔度等等）并且取決于：所述導(dǎo)熱介質(zhì)如何對接到所述表面（延展性、擠壓壓力等等）。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明示出了一種代替?zhèn)鹘y(tǒng)的導(dǎo)熱箔或者導(dǎo)熱膏使用三維傳熱片的可能性。這種傳熱片給予了一種尤其在功率電子器件時有效地將出現(xiàn)的熱引出到冷卻裝置處的可能性。所述傳熱片尤其在位于電動車、混合動力車、光伏機(jī)組或者風(fēng)力機(jī)組中的功率電子器件的功率模塊處獲得應(yīng)用。這種功率模塊例如在車輛中在電驅(qū)動器的三相電流和電池的直流之間進(jìn)行運(yùn)動。就此而言，出現(xiàn)例如在2kw范圍內(nèi)的余熱。同時，這種功率模塊是相對小地構(gòu)造的（例如50x50毫米），從而使得所述余熱必須通過相對微小的面?zhèn)鬟f到所述冷卻裝置上。

所以，根據(jù)本發(fā)明設(shè)置一種用于制造結(jié)構(gòu)組件的方法。這種結(jié)構(gòu)組件尤其是功率電子器件。所述方法包括以下步驟：（i）提供具有第一面的、有待冷卻的構(gòu)件，以及（ii）提供具有與所述第一面中的一個面相對置的第二面的冷卻裝置，（iii）在兩個所述面之間布置三維傳熱片。

這種傳熱片的三維結(jié)構(gòu)是如下定義的：所述傳熱片在所謂的“片平面”中平行于所述有待冷卻的構(gòu)件的和所述冷卻裝置的面延伸。由這種片平面延伸出多個接觸突出部。這種接觸突出部例如是在所述傳熱片中的、被沖壓的孔的邊緣。優(yōu)選，所述接觸突出部以小于90°的角度由所述片平面延伸出來。連同接觸突出部的所述傳熱片是單件式的變形件或者原形件。

在第四方法步驟（iv）中實(shí)現(xiàn)對所述有待冷卻的構(gòu)件和所述冷卻裝置的相互壓緊。因此實(shí)現(xiàn)對兩個所述構(gòu)件的壓緊，其中，彼此重疊地運(yùn)動所述第一面和所述第二面。由此，使得所述接觸突出部向著所述片平面的方向變形。在此，在理想的情況下將所述接觸突出部如此程度地按壓進(jìn)所述片平面內(nèi)，從而在壓緊的狀態(tài)下在兩個所述面之間保持二維片：所述二維片跨越它的整個面地與所述有待冷卻的構(gòu)件以及與所述冷卻裝置處于接觸之中。

在初始狀態(tài)下，所述接觸突出部能夠向著兩個方向，也就是向著所述有待冷卻的構(gòu)件的方向和向著所述冷卻裝置的方向，或者僅向著兩個所述方向中的一個方向延伸。根據(jù)本發(fā)明，通過所述三維傳熱片的變形創(chuàng)造了一種用于將所述構(gòu)件的熱向著所述冷卻裝置傳遞的、盡可能大的接觸面。在此尤其設(shè)置的是：在位于所述構(gòu)件和所述冷卻裝置之間的范圍內(nèi)不應(yīng)用導(dǎo)熱膏、導(dǎo)熱箔、焊膏或者類似物。所以，優(yōu)選僅僅變形的所述三維傳熱片處在所述第一面和所述第二面之間。

此外，本發(fā)明包括所述傳熱片。優(yōu)選將這種傳熱片用于執(zhí)行剛剛描述的方法。所述傳熱片具有已經(jīng)描述的三維結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明，所述傳熱片被構(gòu)造用于：使得所述接觸突出部通過所述構(gòu)件和所述冷卻裝置的相互壓緊向著所述片平面的方向變形，從而產(chǎn)生用于所述熱傳遞的盡可能大的接觸面。

從屬權(quán)利要求示出了本發(fā)明的優(yōu)選的改型方案。

以下解釋本發(fā)明的有利的實(shí)施方案。這些有利的實(shí)施方案不僅能夠在根據(jù)本發(fā)明的方法的框架中使用，而且能夠在根據(jù)本發(fā)明的傳熱片的框架中使用：

所以，有利地設(shè)置的是：所述接觸突出部通過所述傳熱片的變形來制造。在此，使用二維片并且通過變形的制造方法引入三維結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的框架中，“二維片”是一種平的片，明了的是，所述片基于它的片厚度（blechst?rke）也在第三維中延伸。與此相對，根據(jù)本發(fā)明的“三維片”具有多個接觸突出部，所述接觸突出部由所述片平面延伸出來，并且在裝配時盡可能地被再次變形到所述片平面中。

為了產(chǎn)生所述接觸突出部，尤其設(shè)置的是：所述傳熱片具有多個裂口（durchbrüchen）。這些裂口的、彎曲的或者說變形的邊緣在此形成所述接觸突出部。

特別優(yōu)選地通過變形、例如沖壓來制造所述裂口。在此，有利地將狹縫狀的或者星狀的裂口沖壓和/或切割進(jìn)所述二維片中，從而產(chǎn)生所述三維傳熱片。在此產(chǎn)生的邊緣和面形成所述接觸突出部。例如通過兩側(cè)的交替的沖壓產(chǎn)生接觸突出部，所述接觸突出部既向著所述冷卻裝置的方向又向著所述有待冷卻的構(gòu)件的方向延伸。此外，優(yōu)選地使用以下用于制造所述接觸突出部的方法：沖壓彎曲、帶有彎曲的剪切、帶有彎曲的激光切割、帶有彎曲的電子束切割和/或帶有彎曲的水射流切割。

替代所述裂口，所述接觸突出部也能夠通過在所述片中的變形的突起部形成。這些突起部例如通過所述二維片的拉伸或者壓印產(chǎn)生。

在此，也設(shè)置的是：對于傳熱片使用不同的辦法用于構(gòu)造所述接觸突出部。所以，所述接觸突出部的一部分能夠通過沖壓的裂口形成，并且所述接觸突出部的另一部分能夠通過變形的突起部形成。

所述接觸突出部的基本功能是形成盡可能大的接觸面并且同時補(bǔ)償平面度公差。尤其為了補(bǔ)償所述平面度公差，有利的是：在所述片上盡可能多地布置小的接觸突出部。所述接觸突出部的優(yōu)選的數(shù)目依據(jù)所述傳熱片的片厚度s定義，因?yàn)樵谙鄳?yīng)地更薄的片時能夠在最狹窄的空間上布置多個小的接觸突出部。

在通過變形二維片制造所述傳熱片時，s也相當(dāng)于初始片（二維片）的片厚度。

所述片厚度s這里是以毫米（mm）定義的：有利地設(shè)置的是，在10000s²的面上構(gòu)造至少50、優(yōu)選至少100、特別優(yōu)選至少200個接觸突出部。在0.1mm的通常的片厚度s時，因此有利地在一個平方厘米（100mm²）上取得至少50至200個接觸突出部。

除此以外，優(yōu)選地設(shè)置的是：在所述三維傳熱片中顯著地提升所述接觸突出部。尤其在此設(shè)置的是：所述接觸突出部以至少0.25s的幅度、優(yōu)選以至少0.5s的幅度、特別優(yōu)選以至少1s的幅度提升。

所述片厚度s有利地具有：0.05mm的、優(yōu)選0.1mm的下限。所述片厚度s的上限有利地處于：1mm、優(yōu)選0.5mm。所述傳熱片的片厚度s有利地選擇在這里定義的、在所述下限和所述上限之間的范圍內(nèi)，其中，考慮到在所述傳熱片的簡單能制造性和在位于所述結(jié)構(gòu)組件中的最佳的導(dǎo)熱特性之間的目標(biāo)沖突。

如同描述的那樣，所述傳熱片有利地通過二維片的變形來制造。但是在本發(fā)明的框架中也優(yōu)選地設(shè)置的是：三維傳熱片在成形的過程中例如通過燒結(jié)來制造。除此以外，優(yōu)選地也設(shè)置的是：通過切除的處理來制造所述三維傳熱片。

對于所述傳熱片的材料，有利地使用銅或者鋁。優(yōu)選地設(shè)置的是：所述傳熱片的表面或者整個傳熱片包含錫、銀或者金。在材料選擇時對于所述傳熱片尤其注意的是：所述接觸突出部具有相應(yīng)的彈性，以便以最大可能的接觸力作用到所述構(gòu)件或者所述冷卻裝置的面上。同時必須給予所述接觸突出部的延展的特性，從而所述接觸突出部是充分能變形的。

此外，本發(fā)明包括結(jié)構(gòu)組件、尤其功率電子器件、包括具有所述第一面的有待冷卻的構(gòu)件和具有所述第二面的冷卻裝置，其中，在所述第一面和所述第二面之間，如同剛才描述過的那樣，布置了具有變形的接觸突出部的所述傳熱片。

在根據(jù)本發(fā)明的方法的框架中或者在根據(jù)本發(fā)明的傳熱片的框架中所介紹的從屬權(quán)利要求和有利的實(shí)施方案在根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)組件上獲得相應(yīng)地有利的應(yīng)用。

附圖說明

緊接著將參照附圖具體描述本發(fā)明的實(shí)施例。在此，附圖示出：

圖1對于所有實(shí)施例用于制造根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)組件的、根據(jù)本發(fā)明的方法；

圖2和3按照第一實(shí)施例的、根據(jù)本發(fā)明的傳熱片；

圖4按照第二實(shí)施例的、根據(jù)本發(fā)明的傳熱片；并且

圖5按照第三實(shí)施例的、根據(jù)本發(fā)明的傳熱片。

下面，圖1示出了對于所有實(shí)施例的、根據(jù)本發(fā)明的方法以及根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)組件1。圖2至5示出了不同的實(shí)施例的傳熱片6。相同的或者功能上相同的構(gòu)件在所有實(shí)施例中設(shè)有同樣的附圖標(biāo)記。

圖1在爆炸圖中和在組裝的圖中示出了所述結(jié)構(gòu)組件1。所述結(jié)構(gòu)組件1包括有待冷卻的構(gòu)件2、冷卻裝置3以及用于將所述有待冷卻的構(gòu)件2緊固在所述冷卻裝置3上的按壓彈簧7。

所述有待冷卻的構(gòu)件2也能夠被稱為功率模塊。這些功率模塊例如是用于混合動力車或者電動車的、用于光伏機(jī)組的或者用于風(fēng)力機(jī)組的倒相器（inverter）或者變換器（konverter）。

所述冷卻裝置3例如由鋁制成并且有利地包括管道，冷卻水在這些管道中流動。

按照在圖1中的展示，相應(yīng)的有待冷卻的構(gòu)件2包括面向所述冷卻裝置3的第一面4。在所述冷卻裝置3上定義與所述第一面4相對置的第二面5。在這兩個面4、5之間為每個構(gòu)件2布置傳熱片6。如同還具體描述的那樣，所述傳熱片6具有三維結(jié)構(gòu)。在裝配所述結(jié)構(gòu)組件1時，所述有待冷卻的構(gòu)件2借助于所述按壓彈簧7與所述冷卻裝置3壓緊。為此，所述按壓彈簧7借助于螺釘8（或者鉚釘）被緊固在所述冷卻裝置3上。

在將所述構(gòu)件2與所述冷卻裝置3壓緊時，使得所述三維傳熱片6盡量變形，并且一方面能夠?qū)崿F(xiàn)對兩個面4、5的平面度公差的補(bǔ)償，而且能夠?qū)崿F(xiàn)用于熱傳遞的最大可能的接觸面。在此尤其設(shè)置的是：在這兩個面4、5之間放棄了導(dǎo)熱膏、導(dǎo)熱箔或諸如此類的。

圖2示出了按照第一實(shí)施例的、所述傳熱片6的部分。所述構(gòu)件1例如有50mm×50mm大小。與此相應(yīng)地，所述傳熱片6也具有大約50mm的寬度b和50mm的長度l。所述傳熱片6的寬度b和長度l定義所謂的“片平面11”。由所述片平面11延伸出多個接觸突出部9，如同這一點(diǎn)在圖3中看到的那樣。

在第一實(shí)施例中，所述接觸突出部9通過沖壓初始的二維片形成。在此，沖壓星狀的裂口10。這種裂口10的變形的邊緣形成所述接觸突出部9。由于所述裂口10的星形，每個裂口10產(chǎn)生四個三角形的接觸突出部9。

作為所示出的實(shí)施例的備選，也能夠向著兩個方向沖壓，從而所述接觸突出部9例如交替地向著兩個方向提升。

代替所示出的星狀的裂口10也設(shè)置的是：這里以任意其他的幾何形狀沖壓。

圖3示出了高度h是如何定義的。所述接觸突出部9以這個高度h提升。此外，圖3示出了初始的二維片的片厚度s。

沖壓的裂口10相應(yīng)地具有大約10s的大小。例如就0.1mm的片厚度s而言，所述裂口10分別在一平方毫米的面上延伸。通過在所述裂口10之間的盡可能小的間隔能夠在最狹窄的空間上構(gòu)造盡可能多的接觸突出部9。

圖4示出了根據(jù)第二實(shí)施例的、通過所述傳熱片6的截面。在第二實(shí)施例中，所述接觸突出部9不是沖壓貫通的孔，而是僅僅通過在所述片中的變形的突起部構(gòu)成。

圖5示出了根據(jù)第三實(shí)施例的所述傳熱片6。在第三實(shí)施例中，所述片以波形彎曲，從而通過波峰和波谷取得所述接觸突出部9。

這三個實(shí)施例僅僅示出了所述三維傳熱片6的幾何造型的三個例子。但是，本發(fā)明包括這種傳熱片6的最為不同的幾何造型。在此，至關(guān)重要的是：所述接觸突出部9由所述片平面11延伸出來并且具有相應(yīng)的材料特性，以便在裝配所述結(jié)構(gòu)組件時在這兩個面4、5之間相應(yīng)地變形。