功率电子应用中传热的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及在功率电子应用中传热的方法。更具体地，本发明涉及金属箱在功率 电子应用中作为热界面材料（thermal interface material)的用途。
【背景技术】
[0002] 在通常用于对高电流进行转换的功率电子装置中所使用的功率电子部件和模块 需要保持低于一定温度。功率电子模块包括多个开关部件，例如功率二极管或绝缘栅双极 晶体管（IGBT)。包括功率电子部件的装置的实例为逆变器（inverter)。逆变器通过以高 频率对直流电压脉冲进行转换产生交流电压至负载。每次操作逆变器的开关时，在开关中 会耗散相当大的功率。
[0003] 通常，部件或模块的基板热连接至散热器，使得在模块或部件中生成的热通过基 板传导至散热器。通常设置热界面材料（??Μ)以建立从热生成部件或模块的基板至散热器 的传热。存在通常用于这些应用的各种各样的TIM，包括热油脂、相变材料、热胶带和金属 箱。
[0004] WO 2007/050712 A2公开了一种用于促进从集成电路装置至散热器的散热的导热 的图案化金属箱。该金属箱由如下金属的合金形成：铅、铟、锡和其他延展性金属。
[0005] 此外，基于金属铟的金属??Μ在IGBT应用中是已知的。这样的??Μ的实例是 市售的来自铟泰科技（Indium Corporation)的金属箱形式的:tog?产品。 Heat-Spring产品的缺点是由于在箱中含有大量铟所以昂贵。此外，在箱中的大量铟使得箱 易碎，因此必须小心地进行箱在散热器和模块的基板之间的安装，原因是在安装过程中易 碎的箱容易破裂。
[0006] 对于适合于在功率电子应用中使用的便宜的、有效的、可靠的、稳定的、易操作的 热界面材料存在需求。
【发明内容】
[0007] 本发明的一个目的是提供一种在功率电子应用中传热的方法，其中使用独立的金 属箱作为在热生成部件的基板和散热器之间的热界面材料，该金属箱包含基于在金属箱中 所包含的金属总量的至少约50%的锡。
[0008] 本发明的另一目的是一种用于制造功率电子组件的方法，该方法包括如下步骤：
[0009] -设置独立的金属箱，该独立的金属箱包含基于在金属箱中所包含的金属总量的 至少约50 %的锡；
[0010]-在被金属箱覆盖的散热器上设置热生成部件或模块的基板以提供功率电子装 置；
[0011] -对功率电子组件施加夹持力以提供冷却的功率电子组件。
[0012] 本发明的又一目的是金属箱的在功率电子应用中用于传热的用途，该金属箱包含 基于在金属箱中所包含的金属总量的至少约50%的锡，特别地至少约90%的锡，更特别地 至少约99. 9 %的锡。
[0013] 出人意料地发现，在功率电子应用中利用含有大量更便宜的锡的金属箱获得了与 现有技术的铟基金属箱相同的效果。铟具有比锡更好的热导率并且在功率电子应用中无需 施加高的夹持力。只要所施加的夹持力足够，即可实现锡基金属箱的良好的传热特性。
[0014] 本发明提供了一种在功率电子应用中借助于金属箱来传热的改进的装置。在本发 明中所使用的金属箱是便宜的、有效的、可靠的、稳定的、易操作的热界面材料，其可以容易 地安装在被冷却部件或模块的基板和散热器之间。金属箱不会表现出粘性??Μ通常发生的 栗出（pump-out)现象。
【附图说明】
[0015] 图1示出了包括IGBT模块、本发明的传热金属箱、以及散热器的组件的简化的实 例。
【具体实施方式】
[0016] 本发明的一个目的是提供一种在功率电子应用中传热的方法，其中使用独立的金 属箱作为在热生成部件的基板和散热器之间的热界面材料，该金属箱包含基于在金属箱中 所包含的金属总量的至少约50%的锡。
[0017] 在一个实施方案中，金属箱包含基于在金属箱中所包含的金属总量的至少约90% 的锡。在另一实施方案中，金属箱包含基于在金属箱中所包含的金属总量的至少约99. 9% 的锡。
[0018] 除了锡（Sn)之外，金属箱还包含一种或更多种其他延展性金属。在一个实施方案 中，其他延展性金属的量至多为约50 %。在另一实施方案中，该量至多为约10 %。在又一实 施方案中，该量至多为约〇. 1%。在一个实施方案中，其他延展性金属选自银（Ag)、铝（Al)、 砷（As)、金（Au)、铋（Bi)、镉（Cd)、铬（Cr)、铜（Cu)、铁（Fe)、汞（Hg)、铟（In)、镍（Ni)、铅 (Pb)及其混合物中。
[0019] 金属箱具有使得金属箱能够很好地适应表面不均匀性的柔软性和可成形性。
[0020] 在本发明中所使用的金属箱是无脂的且无油的。
[0021] 金属箱未熔融或未改变其物质状态。
[0022] 金属箱可以设置为单层箱或多层箱。在金属箱包括多于一层的情况下，这些层的 组成可以彼此相似或不同。在一个实施方案中，金属箱为单层箱。
[0023] 在一个实施方案中，金属箱的至少一个外表面是被图案化的。金属箱可以具有各 种类型的图案化表面。例如在WO 2007/050712 A2中描述了适合的图案化表面。图案化表 面可以是一致的或不一致的。单面或双面图案化表面促进金属箱更好的适应金属箱所附接 表面的不均匀性。图案化表面由此提供了从热生成部件至散热器的增强的散热。
[0024] 通常金属箱的厚度在约50 μ m至约200 μ m的范围内。在一个实施方案中，该厚度 在约100 μ m至约150 μ m的范围内。在另一实施方案中，该厚度为约150 μ m。
[0025] 在一个实施方案中，金属箱设置成卷的形式。在另一实施方案中，金属箱设置成 片。
[0026] 金属箱可以用在需要热界面材料的任何功率电子应用中，其中热界面材料用于从 热生成部件或模块至散热器传热。在实施方案中，热生成部件是绝缘栅双极晶体管（IGBT)。 在另一实施方案中，热生成模块是包括一个或多个电子开关部件例如二极管或IGBT的功 率电子模块。<