用于制造具有翅片和外围侧壁的散热器的方法与流程

本发明涉及一种通过挤压制造具有翅片和外围侧壁的散热器的方法。本发明还涉及一种用于半导体装置的散热器，所述散热器通过这种挤压过程制造。此外，本发明涉及一种具有至少一个半导体元件和散热器的半导体装置。另外，本发明涉及一种具有至少一个半导体装置的功率转换器。

背景技术：

1、在这种功率转换器中，半导体装置通常固定到散热器上。将功率转换器例如理解为整流器、逆变器、转换器或直流电压转换器。半导体装置通常形成为电子模块，该电子模块具有壳体并经由固体金属底板旋拧到散热器上。此外，半导体装置能够直接与散热器连接。半导体装置能够包括但不限于绝缘栅双极晶体管(igbt)和/或金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)。

2、公开文献ep 3 933 913 a1描述一种具有至少两个功率单元的功率模块，该功率单元分别包括至少一个功率半导体和基板。为了减少功率模块所需的结构空间并且改进散热而提出：将至少一个功率半导体导体特别以材料配合的方式分别与相应的基板连接，其中，至少两个功率半导体单元的基板分别以材料配合的方式直接与共同的散热器的表面连接。

3、为了满足在这种电子模块中的高绝缘要求，借助灌封料来覆盖半导体和连接机构、例如接合线。灌封料附加地防止湿气渗透和构件腐蚀。

4、公开文献wo 2021/058212 a1描述一种用于至少一个电气部件的载体。该载体包括具有散热器表面和从该散热器表面突出的且彼此相对置的两个侧壁的散热器、两个安置在散热器表面上的彼此间隔开的密封块和在散热器表面上布置在两个密封块之间的用于至少一个电气部件的载体结构，该密封块分别在两个侧壁之间延伸并且贴靠两个侧壁的每一个。

技术实现思路

1、在此背景下，本发明的目的是：提供一种用于制造散热器的成本适宜的方法。

2、根据本发明，该目的通过一种用于通过挤压制造具有翅片和外围侧壁的散热器的方法实现，该方法包括以下步骤：提供具有基面的阴模和具有压力面的阳模，其中，阴模的基面具有开口，其中，在阳模的压力面上形成外围凹槽；将由第一金属材料制成的半成品置入阴模中；将由第二金属材料制成的材料层与阳模的压力面以能脱开的方式连接，第二金属材料具有比第一金属材料更高的导热率；经由材料层将阳模与置入阴模中的半成品接触；借助于阳模将半成品的第一金属材料压制穿过阴模的开口以形成翅片并且压制进入阳模的外围凹槽中以形成外围侧壁，其中，材料层以材料层的整个表面与半成品的第一金属材料连接，其中，通过压制形成散热器；将阳模从材料层脱开；从阴模取出散热器。

3、此外，根据本发明，该目的通过一种用于半导体装置的散热器来实现，该散热器通过这种挤压过程制造，该散热器具有：翅片，通过借助于阳模的压力面将半成品压制穿过阴模的开口来制造该翅片；外围侧壁，该侧壁布置在散热器的与翅片相对置的一侧上，并且通过将半成品压制在阳模的外围凹槽中来制造该侧壁；外围侧壁内的平坦面，该平坦面由阳模的压力面形成并且包括由第二金属材料制成的材料层。

4、此外，根据本发明，该目的通过一种具有至少一个半导体元件和这种散热器的半导体装置来实现，其中，该半导体元件以电绝缘且导热的方式与散热器连接。

5、另外，根据本发明，该目的通过一种具有至少一个这样的半导体装置的功率转换器来实现。

6、下面列出的关于该方法的优点和优选的设计方案意义上能够转用于散热器、半导体装置和功率转换器。

7、本发明基于如下考量：通过挤压制造具有外围侧壁、翅片和热扩散面的散热器来实现改进的成本位置。散热器借助于由第一金属材料制成的半成品制造。例如，第一金属材料是铝合金、特别是锻造铝合金。热扩散面借助于由第二金属材料制成的材料层制造，第二金属材料具有比第一金属材料更高的导热率。第二金属材料例如是铜或铜合金。例如，材料层设计为铜片。

8、挤压过程借助于具有基面的阴模和具有压力面的阳模来执行。根据散热器的期望形状，阴模的基面特别地能够根据散热器的所需形状设计为矩形(特别是正方形)或椭圆形(特别是圆形)形状并具有开口。开口能够但不限于设计为矩形、特别是正方形，或椭圆形、特别是圆形。在阳模的压力面上形成外围凹槽，该凹槽例如借助于切削方法、尤其通过铣削来制造。凹槽例如形成为具有矩形的或梯形的轮廓化部的阶梯形凹槽。

9、材料层以能脱开的方式连接到阳模的压力面。能脱开的连接能够例如借助于能脱开的粘合剂来粘性地进行。材料层的能脱开的粘性连接有利地防止压制过程期间的移位。在将由第一金属材料制成的半成品置入阴模中之后，阳模经由材料层与置入阴模中的半成品接触。然后，借助于阳模将半成品的第一金属材料压制通过阴模的开口以形成翅片并压制到阳模的外围凹槽中以形成外围侧壁，其中，材料层以材料层的整个表面与半成品的第一金属材料连接以形成热扩散面。散热器通过压制过程形成。该过程例如借助于杯挤压、特别是借助于杯向前挤压来进行。在另一步骤中，将阳模从材料层脱开，并将散热器从阴模中取出。在挤压后，不需要任何其他步骤，即例如连接材料层来扩散热量，使得即使对于较小的件数也能够节约成本。

10、另一实施方式提出：在压制之后，将翅片在阴模中尤其齐平地切割成一定长度。直接在挤压之后，翅片能够具有不同的长度和/或从阴模的开口中不规则地突出。通过切割、例如借助于锯割、铣削和/或切割设备，翅片被成本有效地缩短到统一的最终长度。

11、另一实施方式提出：材料层与阳模以能脱开的方式连接，使得材料层与阳模的压力面齐平。通过这样的布置，能够成本有效地制造最大尺寸的热扩散表面。

12、另一实施方式提出：材料层经由压焊连接来以材料配合的方式与第一金属材料连接。这样的连接能够鲁棒地且成本有效地制造。此外，材料层的第二金属材料和第一金属材料之间的热阻减小，特别是与焊接或烧结连接相比减小。

13、另一实施方式提出：将材料层在背离阳模的压力面的一侧上粗糙化。这样的粗糙化的表面能够成本有效地制造并且改进在材料层的第二金属材料和第一金属材料之间的互锁。

14、另一实施方式提出：材料层经由微型互锁与第一金属材料连接。特别地，粗糙化的表面能够经由微型互锁鲁棒地且成本有效地建立这种连接。

15、另一实施方式提出：阴模的开口形成为长孔，其中，将半成品的第一金属材料压制穿过阴模的长孔以形成层状的翅片。长孔可以角状或倒圆地形成。通过层状的翅片尤其在侧向的冷却流体流动的情况下能够实现最佳的散热。

16、另一实施方式提出：介电材料层以能脱开的方式连接在阳模的压力面和由第二金属材料制成的材料层之间，其中，介电材料层在压制期间以不能脱开的方式与材料层连接。介电材料层包含例如有机绝缘体。有机绝缘体能够但不限于用陶瓷材料、例如氧化铝和/或氮化铝填充。通过阳模的压力，介电材料层被成本有效且简单地与材料层压紧。

17、另一实施方式提出：阴模具有内壳表面并且阳模具有外壳表面，其中，阳模的外壳表面在压制期间相对于阴模的内壳表面齐平地平行延伸地移动。由此，避免散热器的后处理，这节省了附加的成本。

18、另一实施方式提出：将铝合金、特别是锻造铝合金用于第一金属材料。这种合金具有特别的延展性，能够生产具有高长度与间距比的翅片，从而提高冷却性能。

19、另一实施方式提出：使用含有重量份额在0.1％至1％的范围中、特别是0.1％至0.5％的范围中的硅的铝合金。铝合金能够但不限于是en aw 6060(almgsi0.5)。在通过挤压制造散热器的情况下，特别是与浇注散热器相比，能够使用如此低硅份额的铝合金，该硅份额引起导热性的改进。