DD271402A1 - KUEHLKOERPER FOR COOLING ELECTRONIC COMPONENTS - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kuehlkoerper fuer elektronische Bauelemente, insbesondere scheibenfoermige Leistungshalbleiter, wobei dieser auf oder zwischen die Kuehlkoerper gespannt ist und die Kuehlung durch fluessige oder gasfoermige Kuehlmedien erfolgt. Erfindungsgemaess weist ein Aluminiumkuehlkoerper mindestens eine Kontaktflaeche aus Kupferblech auf, die mit dem Aluminiumkuehlkoerper im Explosivverfahren verbunden ist. Die Massnahme fuehrt zu einer erheblichen Verringerung des thermischen und elektrischen Uebergangswiderstandes zwischen Kuehlkoerper und Bauelement. FigurThe invention relates to a Kuehlkoerper for electronic components, in particular scheibenfoermige power semiconductors, which is stretched on or between the Kuehlkoerper and the cooling is done by liquid or gaseous cooling media. According to the invention, an aluminum cooling body has at least one contact surface made of copper sheet, which is connected to the aluminum heat sink in an explosive process. The measure leads to a considerable reduction of the thermal and electrical contact resistance between the cooling element and the component. figure

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft Kühlkörper für elektronische Bauelemente und ist insbesondere anwendbar für Kühlkörper, die mit dem Bauelement elektrisch in Verbindung stehen, z. B. scheibenförmige Leistungshalbleiter. Die Loistungshalbleiter können auf oder zwischen die Kühlkörper gespannt sein. Die Kühlung erfolgt durch flüssige oder gasförmige Kühlmedien.The invention relates to heat sinks for electronic components and is particularly applicable to heatsinks that are electrically connected to the device, z. B. disc-shaped power semiconductors. The power semiconductors can be stretched on or between the heat sinks. The cooling is done by liquid or gaseous cooling media.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

Bei der Kühlung von elektronischen Bauelementen, z. B. scheibenförmigen Leistungshalbleitern, wird die in ihrem Inneren entstehende Verlustwärme an mechanisch angedrückte Kühlkörper abgegeben. Die Kühlkörper sind besonders ausgebildet, um den Kühleffekt zu verbessern und die Wärmeabgabe an das Kühlmedium optimal zu gestalten. Zur Gewichtsreduzieruug werden gegenwärtig die Kühlkörper in den meisten Anwendungsfällen aus Aluminium hergestellt. Dabei wird der Kühlkörper gleichzeitig als elektrischer Leiter genutzt. Der elektrische Strom fließt über einen Leiter, der am Kühlkörper befestigt ist, über den Kühlkörper, durch den Halbleiter und über den auf der anderen Seite angeordneten Kühlkörper zur zweiten elektrischen Anschlußstelle.In the cooling of electronic components, eg. B. disc-shaped power semiconductors, the resulting heat loss is delivered to mechanically pressed heat sink. The heat sinks are specially designed to improve the cooling effect and to optimize the heat transfer to the cooling medium. For weight reduction, the heat sinks are currently made of aluminum in most applications. The heat sink is used at the same time as an electrical conductor. The electrical current flows via a conductor which is attached to the heat sink, via the heat sink, through the semiconductor and via the heat sink arranged on the other side to the second electrical connection point.

An der ¹O bergangsstelle zwischen Kühlkörper und Leistungshalbleiter treten elektrische und thermische Übergangswiderstände auf Zur Minimierung dieser Übergangswiderstände sind verschiedene Lösungen bekannt, z. B.At the ¹ O transition point between the heat sink and power semiconductor electrical and thermal contact resistances occur To minimize these contact resistances different solutions are known, for. B.

— Bürsten der Kontaktfläche zur Beseitigung der Oxidschicht und Auftragen von chemischen Mitteln wie z. B. Wärmeleitpasten, Fette,- Brushing the contact surface to remove the oxide layer and applying chemical agents such. B. thermal compounds, fats,

— Einpressen von Kupferkörpern in den Kühlkörper,- Pressing of copper bodies in the heat sink,

— Anordnung von Kontaktfolien zwischen Kühlkörper und Bauelement- Arrangement of contact foils between the heat sink and the component

Alle diese Maßnahmen haben eine Reihe von Nachteilen: All these measures have a number of disadvantages:

Nach einem Bürsten der Oberfläche sind das sofortige Behandeln mit chemischen Mitteln und die sofortige Montage erforderlich, um ein erneutes Oxidieren zu vermeiden. Ein späteres Oxidieren und damit eine Erhöhung des Übergangswiderstandes können dennoch nicht ausgeschlossen werden. Insbesondere kommt es aufgrund der verschiedenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Bauelement und Kühlkörper zu einem Altern der Beschichtung und zu anschließender Oxidation.After brushing the surface, immediate chemical treatment and immediate assembly are required to avoid re-oxidation. Nevertheless, a later oxidation and thus an increase of the contact resistance can not be excluded. In particular, due to the different thermal expansion coefficients of the component and the heat sink, aging of the coating and subsequent oxidation occur.

Kühlkörper mit eingepaßten Kupferkörper sind z. B. aus der DE-OS 2223210 (H 01 L 1/12) bekannt. Es ist auch vorgeschlagen worden, den Kupferkörper mit dem Aluminiumkörper zu umgießen, siehe die DE-PS 1435022 (H 01 L 23/36). Hier bildet sich jedoch zwischen dem Kupferkörper und dem Aluminiumkühlkörper ein zusätzlicher Übergangswiderstand, der zudem aus dem oben bereits erwähnten Grund beim Altern noch weiter steigt. Dem gle>chen Alterungsprozeß sind zwischen Halbleiter und Kühlkörper gelegte Kontaktfolien unterworfen. Man hat deshalb berei'-, vorgeschlagen, Kupfer durch andere, z.T. hochwertige Materialien zu ersetzen, siehe z.B. die DE-OS 2231064, DD-PS 123250 (H 01 L 1/12) DD-PS 227289 (H 01 L 23/36). Abgesehen vom hohem Aufwand und Kosten solcher Lösungen ist auch hier das Oxidieren des Aluminiumkühlkörpers auf Dauer nicht zu vermeiden.Heatsink with fitted copper body are z. B. from DE-OS 2223210 (H 01 L 1/12) known. It has also been proposed to encase the copper body with the aluminum body, see DE-PS 1435022 (H 01 L 23/36). Here, however, forms between the copper body and the aluminum heat sink, an additional contact resistance, which also increases for the above-mentioned reason in aging still further. The same aging process is subject to contact foils between semiconductor and heat sink. It has therefore berei'- proposed to copper by others, z.T. to replace high quality materials, see e.g. DE-OS 2231064, DD-PS 123250 (H 01 L 1/12) DD-PS 227289 (H 01 L 23/36). Apart from the high cost and cost of such solutions, the oxidation of the aluminum heat sink in the long run is unavoidable.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist es, einen Kühlkörper für elektronische Bauelemente zu finden, der gleichermaßen eine geringe Masse und eine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit besitzt.The aim of the invention is to find a heat sink for electronic components, which also has a low mass and a high electrical and thermal conductivity.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kühlkörper unter Verwendung von Aluminium zu entwickeln, bei dem die Gefahr des Oxidierens der Aluminiumoberfläche beseitigt ist.The invention has for its object to develop a heat sink using aluminum, in which the risk of oxidizing the aluminum surface is eliminated.

Erfindungsgemäß besitzt ein aus Aluminium gefertigter Kühlkörper mindestens eine Kontaktfläche aus Kupferblech, die mit diesem im Explosiwerfahren verbunden ist. Bei der Explosivbeschichtung wird die Oxidschicht, die sich auf dem Aluminium befindet, durch die Explosion weggeblasen. Außerdem entsteht eine innige Verbindung des Kupferblechs mit dem Aluminiumkörper. Die Verbindung gewährleistet einen dauerhart niedrigen elektrischen und thermischen Übergangswiderstand, sie unterliegt auch keinen Alterungserscheinungen durch thermische Bewegungen. Bei separat eingesetzten Bauelementen erfolgt eine einseitige Beschichtung. Bei Bauelementen, die zu Stapeln zusammengebaut werden, werden beide Seiten des Aluminiumkühlkörpers beschichtet. Die Kupferschichten können auf ihrer Kontaktseite zusätzlich chemisch vergütet sein. Die erfindungsgemäße Maßnahme hat überdies den Vorteil, daß eine Beschichtung des Kühlkörpers inAccording to the invention has a heat sink made of aluminum at least one contact surface of copper sheet, which is connected to this in the explosive. In the explosive coating, the oxide layer, which is located on the aluminum, is blown away by the explosion. In addition, an intimate connection of the copper sheet with the aluminum body. The compound ensures durably low electrical and thermal contact resistance, it is also no aging phenomena due to thermal movements. For separately used components, a one-sided coating takes place. For components that are assembled into stacks, both sides of the aluminum heat sink are coated. The copper layers may additionally be chemically tempered on their contact side. The measure according to the invention also has the advantage that a coating of the heat sink in

seiner gesamten Breite und somit auch im Bereich der Anschlußstellen zustande kommt, so daß ein direkter Stromübergang von dar Kupferschicht zum Anschlußelement entsteht. Mit den erfindungsgemäßen Kühlkörpern ist durchschnittlich eine Gewichtsreduzierung auf die Hälfte gegenüber massiv aus Kupfer hergestellten erreichbar. Die Maßnahme eignet sich sowohl für gas- als auch für flüssigkeitsgekühlte Kühlkörper.its entire width and thus also in the area of the connection points comes about, so that a direct current transition of the copper layer is formed to the connection element. With the heat sinks according to the invention on average weight reduction to half compared to solid made of copper can be achieved. The measure is suitable for both gas- and liquid-cooled heat sinks.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für mehrere zu einem Stapel zusammengefügte scheibenförmige Leistungshalbleiter 2 mit den zugehörigen Kühlkörper 1. Auf die Kühlkörper 1 wurde durch ein Explosiwerfahren Kupferblech 3 aufgebracht. Die Kühlkörper 1 sind mit elektrischen Anschlußmöglichkeiten 4 versehen.The drawing shows an embodiment of the invention for several assembled into a stack disk-shaped power semiconductor 2 with the associated heat sink 1. On the heat sink 1 copper plate 3 was applied by an explosive. The heat sink 1 are provided with electrical connection options 4.

Claims (2)

1. Kühlkörper zum ΚύΙΐιβη von elektronischen Bauelementen, insbesondere von scheibenförmigen Leistungshalbleitern, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aiuminiumkühlköiper mindestens eine Kontaktfläche aus Kupferblech besitzt, die mit diesem im Explosivverfahren verbunden ist.1. Heatsink for ΚύΙΐιβη of electronic components, in particular disk-shaped power semiconductors, characterized in that an Aiuminiumkühlköiper has at least one contact surface of copper sheet, which is connected thereto by the explosive process. 2. Kühlkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Kupferblechs auf der Kontaktseite chemisch vergütet ist.2. A heat sink according to claim 1, characterized in that the surface of the copper sheet is chemically tempered on the contact side. Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing