专利名称：散热装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种散热装置。
背景技术：
日本公开特许公报No. 2001-148451描述了一种用于电源组的散 热装置的实例，该电源组包括诸如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的半导 体器件。在以上公报中所描述的散热装置包括布置在电源组绝缘基底 与散热板之间的緩冲层，其形成了散热件。该緩冲层具有表面区域， 该表面区域比绝缘基底的表面区域大一到三倍。该緩沖层附着到绝缘 基底和散热板上。水冷散热件布置在散热板的下面。緩冲层具有的热 膨胀系数介于绝缘基底的热膨胀系数与散热件的热膨胀系之间。緩冲 层吸收绝缘基底与散热件之间的热变形水平的差异。这就降低了在绝 纟彖基底中产生的内应力。
在用于包括产生大量热的半导体器件的电源组的散热装置中，需 要改善用于降低当受热体发热时所产生的应力的功能，而不降低冷却 效率。
发明内容
本发明提供一种散热装置，其具有改进的用于减少热应力的功能 而未P争低冷却效率。
本发明的 一方面是设有绝缘基底的散热装置，该绝缘基底包括用 作受热体接收表面的第一表面和与该第一表面相对的第二表面。金属 电路层形成于该第一表面上，金属层形成于该第二表面上。散热件热 联接(thermally coupled)到该绝缘基底的第二表面上。
散热件包括上壳和下壳，并用作包括冷却通道的液体冷却器件。
3应力P务低部件由高导热性材料形成，并布置在绝缘基底的金属层与上 壳之间。该应力降低部件包括应力吸收穴，并以金属结合的方式结合 到绝缘基底和散热件上。该上壳包括接触该应力降低部件的第一部分 和由该上壳的其余部分限定的第二部分。该第 一部分和第二部分各具 有某厚度，其中，该第一部分的厚度小于该第二部分的厚度。
通过以下描述，本发明的其他方面以及优点将变得显而易见。以 下描述结合附图并通过示例来示意本发明原理。
通过参考对所提供的优选实施例的以下描述以及附图，可以更好
地理解本发明及其目的与优点，在附图中
图1是显示了根据本发明的散热装置的一个优选实施例的纵向剖 视图2是显示了根据本发明的散热装置的又一实施例的纵向剖视
图3是显示了根据本发明的散热装置的另 一个实施例的纵向剖视 图；以及
图4是显示了根据本发明的散热装置的再一个实施例的纵向剖视图。
具体实施例方式
置的一个优选实施例。下文中，用语"铝，，除了包括純铝之外，还包 括铝合金。
如图l所示，散热装置包括绝缘基底10和散热件40。绝缘基底 10包括用作受热体接收表面的第一表面(上表面)以及与该第一表面相 对的第二表面，应力降低部件30布置在绝缘基底10与散热件40之 间。应力P争低部件30以金属结合的方式结合到绝缘基底10和散热件40上。散热件40和绝缘基底10彼此热联接。
绝缘基底10包括绝缘陶瓷基底13、金属电路层11以及金属层 l2。金属电路层11形成于陶瓷基底13的第一表面(受热体接收表面) 上。金属层12由铝制成且形成于陶瓷基底13的第二表面上。陶瓷基 底13由例如氮化铝、氧化铝以及氮化硅等形成。
用作受热体的半导体器件20(半导体芯片)被焊接并结合到绝缘基 底10的受热体接收表面上。IGBT、金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET)以及二极管等可用作半导体器件20。
散热件40包括上壳41和下壳42。上壳41和下壳42通过钎焊等 而以金属结合的方式结合为堆叠在一起的状态。冷却翅片等布置在散 热件40中以形成冷却剂通道40a，该冷却剂通道延伸穿过散热件40， 以便以冷却剂通道40a的部分〗皮此平4亍的方式迂回。冷却剂流过冷却 剂通道40a，以冷却受热体。以这种方式，散热件40起到了液体型冷 却器件的作用，该液体型冷却器件包括用作冷却通道的冷却剂通道 40a,冷却剂通道40a包括入口和出口 ，该入口和出口可以连接到布置 在车辆中的冷却剂回路。散热件40的冷却能力被设置为使得当半导 体器件20被驱动且被力口热时，由半导体器件20所产生的热通过绝缘 基底10及应力降低部件30而传递到散热件40并顺畅地散失。散热 件40的上壳41由铝形成。在优选实施例中，上壳41和下壳42都由 铝形成。
应力降低部件30布置在绝缘基底10的金属层12与散热件40之 间。应力降低部件30以金属结合的方式结合到绝缘基底10和散热件 40上。更具体地说，绝缘基底10、应力降低部件30与上壳41被钎 焊且被结合在一起。由具有高导热性的材料形成的应力降低部件30 包括由多个孔30a形成的应力吸收穴。更具体地说，应力降低部件30 由孔30a延伸穿过其中的铝板形成。
现在将讨;仑散热件40的具有厚度t的上壳41。
散热件40(即上壳41)的面朝应力降低部件30的表面，具有比应力降低部件30的面朝散热件40的表面的面积更大的面积。上壳41 包括与应力降^f氐部件30相接触的第一部分和由上壳41的其余部分而 非第一部分所限定的第二部分。与应力降低部件30相接触的第一部 分包括与应力降低部件30的孔30a相对应的部分。从该散热件的厚度 方向上观察，第一部分是上壳41的自应力降低部件30的轮廓向内的 区。从该散热件的厚度方向上观察，第二部分是上壳41的自应力降 低部件30的轮廓向外的区。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。
更具体地说，在上壳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，应力降低部件30具有lmm的厚度t3。
上壳41的面朝应力降低部件30的表面在该第一部分处相对于该 第二部分凹陷。该凹陷部分接收应力降低部件30。
现在将讨论散热装置的操作。
散热装置被安装在混合型车辆等之中。散热件40通过管而连接 到冷却剂回路(未示出)上，泵和散热器布置在冷却剂回路内，该散热 器包括风扇，该风扇由马达旋转并高效地散热。
当半导体器件20在散热装置上被驱动时，半导体器件20产生热。 由半导体器件20产生的热通过绝缘基底10和应力降^^部件30而传 递到散热件40上，从而当冷却剂流过散热件40时发生热交换。这就 释放了来自散热装置的热。也就是说，传递到散热件40上的热进一 步传递并释^:到流过冷却剂通道40a的冷却剂中。散热件40由流过冷 却剂通道40a的冷却剂强制冷却。因此，温度梯度在从半导体器件20 延伸到散热件40的热传递路径中增加，并且由半导体器件20所产生 的热通过绝缘基底10和应力降^f氐部件30而有效地散失。
包括由多个孔30a限定的应力吸收穴的应力降低部件30，降低了 当半导体器件20产生热时所产生的热应力。在上壳41中，小于第二 部分厚度tl的第一部分厚度t2降低了上壳41的刚度，从而上壳41 也降低了热应力。就是说，水冷却散热件40也降低了热应力。此外，在上壳41中，第一部分的厚度t2小于第二部分的厚度tl。这就缩短 了半导体器件20与冷却剂通道40a之间的距离，并提高了冷却效率。 该优选实施例具有以下所述的优点；
(1) 由高导热性材料形成并包括应力吸收穴(孔30a)的应力降低部 件30，布置在绝缘基底10的金属层12与散热件40之间，该散热件 40是液体冷却器件。此外，应力降低部件30以金属结合的方式结合 到绝缘基底10和散热件40上。在上壳41中，第一部分的厚度t2小 于第二部分的厚度tl，因此，散热装置的用于降低热应力的功能得以 改善而未降低冷却效率。
(2) 金属层12和上壳41由铝形成，应力降低部件30由包括孔30a 的铝板形成。因此，铝可以钎焊(以金属结合的方式结合)在一起。此 外，应力降低部件30的孔30a用来形成应力吸收穴。
本领域的技术人员应该清楚，在不背离本发明的精神或范围的前 提，本发明可以被实施为许多其他的特定形式。具体而言，应当理解 本发明可以实施为以下形式。
如图2所示，应力降低部件30可以是具有面朝绝缘基底10、包 括多个凹部30b的表面的铝板。或者，如图3所示，应力降低部件30 可以是具有面朝散热件40、包括多个凹部30c的表面的铝板。作为另 外的选择，参看图4，应力降低部件30可以是具有面朝绝缘基底10、 包括多个凹部30d的表面，且具有面朝散热件40、包括多个凹部30e 的表面的铝板。以这种方式，金属层12和上壳41由铝形成，应力降 低部件30由铝板形成，该铝板在面朝绝缘基底10的表面以及面朝散 热件40的表面的至少两者之一中包括凹部。在这种情况下，铝可以 钎焊(以金属结合的方式结合)在一起，此外，应力吸收穴可以由多个 穴形成。
冷却剂流过用作液体冷却器件的散热件40。作为替代，诸如酒精 的其它冷却液体也可流过散热件40。
本实例和实施例应理解为是示例性的而非限制性的，并且本发明
7并不局限于本文中所给出的细节，而是可以在所附的权利要求的范围 和等效物范围内进行修改。
权利要求
1. 一种散热装置，其包括绝缘基底，其包括用作受热体接收表面的第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，金属电路层形成于所述第一表面上，金属层形成于所述第二表面上；散热件，其热联接到所述绝缘基底的第二表面上，所述散热件包括上壳和下壳，并用作包括冷却通道的液体冷却器件；以及应力降低部件，其由高导热性材料形成，并布置在所述绝缘基底的金属层与所述上壳之间，所述应力降低部件包括应力吸收穴，并以金属结合的方式结合到所述绝缘基底和所述散热件上；其中，所述上壳包括接触所述应力降低部件的第一部分以及由所述上壳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. 根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于， 所述金属层和所述上壳由铝形成；并且所述应力降低部件由包括多个孔的铝板形成。
3. 根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于， 所述金属层和所述上壳由铝形成；并且所述应力降低部件由铝板形成，所述铝板在面朝所述绝缘基底的 表面以及面朝所述散热件的表面的至少两者之一中包括多个凹部。
4. 根据权利要求1到3中任一项所述的散热装置，其特征在于， 所述上壳具有面朝所述应力降低部件的表面，所述面朝应力降低部件 的表面在与所述第一部分相对应的部分处相对于与所述第二部分相 对应的部分凹陷。
全文摘要
本发明涉及一种散热装置，该散热装置包括绝缘基底、散热件以及应力降低部件。该绝缘基底包括用作受热体接收表面的第一表面和与该第一表面相对的第二表面。该散热件热联接到该绝缘基底的第二表面上。包括上壳和下壳的散热件用作包括冷却通道的液体冷却器件。应力降低部件布置在绝缘基底与上壳之间。该应力降低部件包括应力吸收穴。该上壳包括接触该应力降低部件的第一部分以及由该上壳的其余部分限定的第二部分。该第一部分具有某厚度，该厚度小于该第二部分的厚度。
文档编号H01L23/34GK101442032SQ200810182280
公开日2009年5月27日 申请日期2008年11月21日 优先权日2007年11月21日
发明者山内忍, 森昌吾, 田村忍 申请人:株式会社丰田自动织机;昭和电工株式会社