(57)【要約】  少なくとも１つのクーラー構造体と、金属セラミック基板上に少なくとも１つの電気構成素子を有する少なくとも１つの電気モジュールとを備える電気構成ユニット。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのクーラー構造体と、少なくとも１つの電気構成素子（６）を金属セラミック基板（４、５、４ａ、５ａ、４ｂ、５ｂ）上に有する少なくとも１つの電気モジュール（１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）を備える電気構成ユニットであって、
前記少なくとも１つのモジュール（１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）は少なくとも２つの金属セラミック基板（４、５、４ａ、５ａ、４ｂ、５ｂ）を有し、該金属セラミック基板（４、５、４ａ、５ａ、４ｂ、５ｂ）はそれぞれ少なくとも１つのセラミック層（７、１０）を有し、該セラミック層（７、１０）の少なくとも１つの表面側には少なくとも部分的に構造化された第１の金属化部（９、１２）が設けられており、
前記２つの金属セラミック基板（４、５、４ａ、５ａ、４ｂ、５ｂ）の、前記第１の金属化部（９、１２）とは反対の側はそれぞれ、アクティブクーラー（２、３、２０〜２２、３３）と少なくとも熱的に結合されており、
前記少なくとも１つの電気構成素子（６）は、前記２つの金属セラミック基板（４、５、４ａ、５ａ、４ｂ、５ｂ）の間に配置されており、少なくとも１つの金属セラミック基板（４、５、４ａ、５ａ、４ｂ、５ｂ）の第１の金属化部（９、１２）と電気的に接続されており、かつ２つの基板の第１の金属化部（９、１２）と熱的に結合されており、
１つの金属セラミック基板（４）の第１の金属化部（９）は、外側電気端子（１５、１５ａ〜１５ｄ）を形成する電気構成ユニットにおいて、
外側電気端子（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ）を形成するために、構造化された第１の金属化部（９）を備える少なくとも１つの金属セラミック基板（４）のセラミック層（７）が、モジュール（１６）および／または電気構成ユニットの外面または外輪郭を超えて引き出されている、ことを特徴とする電気構成ユニット。
【請求項２】
少なくとも１つのハシゴの横木形のクーラー構造体を備える電気構成ユニットであって、該クーラー構造体は少なくとも３つの偏平なアクティブクーラー（２０、２１、２２、２７、３３）を有し、当該アクティブクーラーは互いに平行にかつ互いに間隔を置いて配置され、冷却媒体の供給および排出のための管部材（３５、３６）の間を延在しており、
それぞれ２つのクーラー（２０、２１、２２、２７、３３）の間には、少なくとも１つの電気構成素子（６）を備える少なくとも１つのモジュール（１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）がそれぞれは位置されており、該電気構成素子は、互いに隣接する２つのクーラー（２０〜２２）と、前記モジュールの対向する２つの側で少なくとも熱的に結合されている
電気構成ユニットにおいて、
前記各モジュール（１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）は少なくとも２つの金属セラミック基板（４、５、４ａ、５ａ、４ｂ、５ｂ）を有し、該金属セラミック基板（４、５、４ａ、５ａ、４ｂ、５ｂ）はそれぞれ少なくとも１つのセラミック層（７、１０）を有し、該セラミック層（７、１０）の少なくとも１つの表面側には少なくとも部分的に構造化された第１の金属化部（９、１２）が設けられており、該セラミック層（７、１０）は当該第１の金属化部（９、１２）の反対側でそれぞれクーラー（２、３、２０〜２２、３３）の１つと少なくとも熱的に結合されており、
前記少なくとも１つの電気構成素子（６）は、それぞれのモジュール（１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）の前記２つの金属セラミック基板（４、５、４ａ、５ａ、４ｂ、５ｂ）の間に配置されており、少なくとも１つの金属セラミック基板（４、５、４ａ、５ａ、４ｂ、５ｂ）の第１の金属化部（９、１２）と電気的に接続され、かつ２つの基板の第１の金属化部（９、１２）と熱的に結合されており、
少なくとも２つのモジュール（１６）が、クーラー構造体（３２）のクーラー（３３）の上へ移動可能な１つの櫛状のモジュールユニット（１６ａ）になるよう接続されている、ことを特徴とする電気構成ユニット。
【請求項３】
少なくとも１つのクーラー構造体と、少なくとも１つの電気構成素子（６）を金属セラミック基板（４、５、４ａ、５ａ、４ｂ、５ｂ）上に有する少なくとも１つの電気モジュール（１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）を備える電気構成ユニットにおいて、
前記少なくとも１つのモジュール（１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）は少なくとも２つの金属セラミック基板（４、５、４ａ、５ａ、４ｂ、５ｂ）を有し、該金属セラミック基板（４、５、４ａ、５ａ、４ｂ、５ｂ）はそれぞれ少なくとも１つのセラミック層（７、１０）を有し、該セラミック層（７、１０）の少なくとも１つの表面側には少なくとも部分的に構造化された第１の金属化部（９、１２）が設けられており、
前記２つの金属セラミック基板（４、５、４ａ、５ａ、４ｂ、５ｂ）の、前記第１の金属化部（９、１２）とは反対の側はそれぞれ、アクティブクーラー（２、３、２０〜２２、３３）と少なくとも熱的に結合されており、
前記少なくとも１つの電気構成素子（６）は、前記２つの金属セラミック基板（４、５、４ａ、５ａ、４ｂ、５ｂ）の間に配置されており、少なくとも１つの金属セラミック基板（４、５、４ａ、５ａ、４ｂ、５ｂ）の第１の金属化部（９、１２）と電気的に接続され、かつ２つの基板の第１の金属化部（９、１２）と熱的に結合されている、ことを特徴とする電気構成ユニット。
【請求項４】
前記金属セラミック基板（４、５、４ａ、５ａ、４ｂ、５ｂ）の前記セラミック層（７、１０）には、前記第１の金属化部（９、１２）とは反対の表面側で第２の金属化部（８、１１）が設けられており、該第２の金属化部は、たとえば熱伝導性の中間層（１３、１４）を介して、それぞれのクーラーと少なくとも熱的に結合されている、ことを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項に記載の電気構成ユニット。
【請求項５】
金属セラミック基板（４）の前記第１の金属化部（９）に、前記モジュール（１６）の外面を超えて突き出た外側電気端子（１５、１５ａ〜１５ｄ）が設けられている、ことを特徴とする請求項１から４までのいずれか一項に記載の電気構成ユニット。
【請求項６】
前記電気端子（１５）は、第１の金属化部と接続されたリード、たとえばリードフレームのリードである、ことを特徴とする請求項５に記載の電気構成ユニット。
【請求項７】
電気端子を形成するために、構造化された第１の金属化部（９）を少なくとも備える少なくとも１つの金属セラミック基板（４）のセラミック層（７）が、前記モジュール（１６）および／または電気構成ユニットの外面または外輪郭を超えて引き出されており、
前記端子（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ）の領域には、前記セラミック層（７）の、前記第１の金属化部（９）とは反対の側に金属面（１７）が設けられており、該金属面は金属貫通コンタクト部（１８）を介して前記第１の金属化部と電気的かつ機械的に接続している、ことを特徴とする請求項５または６に記載の電気構成ユニット。
【請求項８】
前記セラミック層（７）には前記端子（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ）の領域で、目標破壊個所（１９）または貫通スリット（１９．１）が設けられている、ことを特徴とする請求項１から７までのいずれか一項に記載の電気構成ユニット。
【請求項９】
少なくとも１つのモジュール（１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）を電力モジュールとして構成する場合、電気電力端子（１５、１５ａ〜１５ｄ）の少なくとも外側全体が、ただ１つの金属セラミック基板（４）に設けられており、および／または前記電気構成ユニットおよび／または前記モジュール（１６）の共通の側を超えて突き出ている、ことを特徴とする請求項１から８までのいずれか一項に記載の電気構成ユニット。
【請求項１０】
前記クーラー構造体が、互いに平行かつ互いに間隔を置いて配置された少なくとも３つのクーラー（２０、２１、２２、２７、３３）を有しており、それぞれ２つのクーラー（２０、２１、２２、２７、３３）の間にはそれぞれ少なくとも１つのモジュール（１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）が配置されており、該モジュール（１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ）は互いに隣接する２つのクーラー（２０〜２２）と、モジュールの互いに対向する２つの側で少なくとも熱的に結合されている、ことを特徴とする請求項１から９までのいずれか一項に記載の電気構成ユニット。
【請求項１１】
前記クーラー（２０、２１、２２）は、スペースホルダ（２５）を介して互いに接続されており、
少なくとも複数のスペースホルダ（２５）内に設けられた開口部に、前記クーラー（２０、２１、２２）にある開口部が補充され、冷却媒体の供給および排出のためのチャネルが形成されている、ことを特徴とする請求項１から１０までのいずれか一項に記載の電気構成ユニット。
【請求項１２】
前記クーラー構造体を形成するクーラー（２、３、２０、２１、２２）は、互いに接合されたプレートの複数の面から多層に作製されている、ことを特徴とする請求項１から１１までのいずれか一項に記載の電気構成ユニット。
【請求項１３】
前記クーラー（２７、３３）は少なくとも部分的に、多数の冷却チャネル（２９、３４）を備える偏平プロフィールからなるプレート（２８）によって形成されている、ことを特徴とする請求項１から１２までのいずれか一項に記載の電気構成ユニット。
【請求項１４】
前記クーラー構造体（３２）は、たとえば管部材（３５、３６）によって形成された少なくとも２つのチャンバと、当該チャンバの間に延在する少なくとも２つの偏平なクーラー（３３）とを有し、該偏平なクーラー（３３）のクーラーチャネル（３４）が前記チャンバと接続されており、
該チャンバの長手伸長部は、前記偏平なクーラー（３３）の表面側に対して垂直または横方向に配置されている、ことを特徴とする請求項１から１３までのいずれか一項に記載の電気構成ユニット。
【請求項１５】
少なくとも２つのモジュール（１６）が、クーラー構造体（３２）のクーラー（３３）の上へ移動可能な櫛状の１つのモジュールユニット（１６）になるよう接続されている、ことを特徴とする請求項１から１４までのいずれか一項に記載の電気構成ユニット。
【請求項１６】
前記クーラー（２、３、２１、２２、２７、３３）は、偏平なプレート状のクーラーである、ことを特徴とする請求項１から１５までのいずれか一項に記載の電気構成ユニット。
【請求項１７】
前記クーラー（２、３、２１、２２、２７、３３）は、ミクロまたはマクロ冷却チャネルを備えるクーラー、とりわけ複数の空間軸に常時分岐する冷却チャネルを備えるクーラー、場合により柱と冷却チャネルに入り込む熱を伝達する平面または翼とを備えるクーラーである、ことを特徴とする請求項１から１６までのいずれか一項に記載の電気構成ユニット。
【請求項１８】
前記クーラー構造体のクーラー（２、３、２１、２２、２７、３３）は同一に構成されている、ことを特徴とする請求項１から１７までのいずれか一項に記載の電気構成ユニット。
【請求項１９】
金属セラミック基板（４ａ、５ａ）が、とりわけ電気端子（１５ａ〜１５ｄ）を形成するために共通の側または異なる側で、モジュールユニット（１６ｂ）から引き出されている、ことを特徴とする請求項１から１８までのいずれか一項に記載の電気構成ユニット。
【請求項２０】
少なくとも１つのモジュール（１６ｃ）の前記金属セラミック基板（４ｂ、５ｂ）には、該モジュールの少なくとも一方の側に、当該側を超える突き出る部分（４ｂ１、５ｂ１）が設けられており、
前記金属セラミック基板（４ｂ、５ｂ）の当該部分は、前記基板の表面側に対して平行の軸方向でも互いにずらされている、ことを特徴とする請求項１から１９までのいずれか一項に記載の電気構成ユニット。
【請求項２１】
金属セラミック基板（４７）上に電気構成素子（５１）を有する少なくとも１つのモジュールと少なくとも１つのクーラー（４２）とからなる電気構成ユニットであって、前記クーラー（４２）は、電気モジュール（４１）または前記金属セラミック基板（４７）と少なくとも熱的に結合しており、かつ冷却媒体、たとえば液体冷却媒体、たとえば水が通流することのできる冷却チャネル（４４）を有する電気構成ユニット
において、
前記少なくとも１つのクーラー（４２）は、プロフィール方向に伸長する冷却チャネルとして使用される多数のチャネルを備える金属材料製またはプラスチック製の偏平プロフィールによって形成されている、ことを特徴とする電気構成ユニット。
【請求項２２】
少なくとも１つのクーラー（２、３、２１、２２、２７、３３）または偏平プロフィールは、金属材料、たとえば銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金および／またはプラスチック、たとえばグラファイトおよび／またはカーボンナノ線維材料の形の熱伝導性改善添加物を含むプラスチックから作製されている、ことを特徴とする請求項２１に記載の電気構成ユニット。
【請求項２３】
前記冷却チャネル（２９、３４、４４）はそれぞれ、たとえば１つの管部材（３０、３１、３５、３６）によって形成されたチャンバに両側で開口している、ことを特徴とする請求項１から２２までのいずれか一項に記載の電気構成ユニット。
【請求項２４】
金属セラミック基板（４７）上に電気構成素子（５１）を有する少なくとも１つのモジュールと少なくとも１つのクーラー（４２）とからなる電気構成ユニットであって、前記クーラー（４２）は、電気モジュール（４１）または前記金属セラミック基板（４７）と少なくとも熱的に結合しており、かつ冷却媒体、たとえば液体冷却媒体、たとえば水が通流することのできる冷却チャネル（４４）を有する電気構成ユニット
において、
前記少なくとも１つのクーラー（５４、６４）は、冷却媒体が通流するクーラー内室を形成するバスタブ状の冷却素子（５５）と、該冷却素子を底部（５６）に対向する側で密に閉鎖するカバー部材（５８）とから形成されている、
【請求項２５】
前記冷却素子（５５）およびカバー部材（５８）は、好ましくは熱伝導性改善充填物を備えるアルミニウム、アルミニウム合金またはプラスチックから作製されている、ことを特徴とする請求項２４に記載の電気構成ユニット。
【請求項２６】
前記カバー部材は、好ましくはバスタブ状の前記冷却素子（５５）と同様に同じバスタブ状であり、または偏平なカバー（５８）として構成されている、ことを特徴とする請求項２４または２５に記載の電気構成ユニット。
【請求項２７】
前記カバー部材と冷却素子（５５）は、接着により、好ましくは伝熱性接着剤を使用して互いに接続されている、ことを特徴とする請求項２４から２６までのいずれか一項に記載の電気構成ユニット。
【請求項２８】
前記少なくとも１つの冷却素子（５５）は形状部材として、および／または材料引出し加工によって作製されている、ことを特徴とする請求項２４から２７までのいずれか一項に記載の電気構成ユニット。
【請求項２９】
前記少なくとも１つのモジュール（４１）は前記底部（５６）の外側に固定されている、ことを特徴とする請求項２４から２８までのいずれか一項に記載の電気構成ユニット。
【請求項３０】
前記電気モジュール（１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、４１）または該電気モジュールの金属セラミック基板（４、５、４７）は、少なくとも１つの中間層（１３、１４、５２、５３）を介してそれぞれクーラー（２、３、２７、３３、４２、５４、６４）と接続されている、ことを特徴とする請求項１から２９までのいずれか一項に記載の電気構成ユニット。
【請求項３１】
前記中間層（１３、１４）は、金属、たとえばハンダ、伝熱性接着剤または伝熱性ペーストから形成されている、ことを特徴とする請求項３０に記載の電気構成ユニット。
【請求項３２】
前記中間層は、ハンダ介在層ならびにハンダ層である、ことを特徴とする請求項３０または３１に記載の電気構成ユニット。
【請求項３３】
前記中間層は、接着剤介在層および伝熱性接着剤からなる層である、ことを特徴とする請求項３０または３１に記載の電気構成ユニット。
【請求項３４】
前記セラミック層は、Ａｌ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３＋ＺｒＯ２、ＡｌＮおよび／またはＳｉ３Ｎ４からなる、ことを特徴とする請求項１から３３までのいずれか一項に記載の電気構成ユニット。
【請求項３５】
前記各セラミック金属基板（４、５、４７）は、ＡＭＢ技術、ＤＣＢ技術および／またはＤＡＢ技術を使用して作製されている、ことを特徴とする請求項１から３４までのいずれか一項に記載の電気構成ユニット。
【請求項３６】
前記金属セラミック基板（４、５、４７）のセラミック層（７、１０、４８）は０．１５〜２．０ｍｍの範囲の厚さを有する、ことを特徴とする請求項１から３５までのいずれか一項に記載の電気構成ユニット。
【請求項３７】
少なくとも１つの金属化部（８、９、１１、１２、４９、５０）は、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金からなり、および／または０．０１２〜０．８ｍｍの範囲の厚さを有する、ことを特徴とする請求項１から３６までのいずれか一項に記載の電気構成ユニット。
【請求項３８】
少なくとも１つの金属化部は、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ、Ｗ／Ｎｉ、Ｍｏ−Ｍｎ／Ｎｉからなる単層または多層であり、および／または０．０１〜０．９ｍｍの範囲の厚さを有する、ことを特徴とする請求項１から３７までのいずれか一項に記載の電気構成ユニット。
【請求項３９】
前記ハンダ介在層は、Ｎｉ、Ｃｕおよび／またはＮｉＰからなり、および／またはコールドスプレー、プラズマ溶射、および／または火炎溶射により施与されている、ことを特徴とする請求項１から３８までのいずれか一項に記載の電気構成ユニット。
【請求項４０】
前記接着剤介在層はＡｌ２Ｏ３により形成され、および／または０．０１〜０．１ｍｍの範囲の厚さを有する、ことを特徴とする請求項１から３９までのいずれか一項に記載の電気構成ユニット。
【請求項４１】
前記ハンダ層は、Ｓｎ合金、Ｐｂ合金、Ｂｉ合金、Ｉｎ合金および／またはＡｇからなり、および／または０．０２〜０．５ｍｍの範囲の厚さを有する、ことを特徴とする請求項１から４０までのいずれか一項に記載の電気構成ユニット。
【請求項４２】
前記ハンダ介在層は、膨張率が７〜１２ｐｐｍの金属材料、たとえばＣｕＷおよび／またはＣｕＭｏからなる、ことを特徴とする請求項１から４１までのいずれか一項に記載の電気構成ユニット。
【請求項４３】
基板（４、５、４ａ、５ａ、４ｂ、５ｂ）が少なくとも１つの中間層を介してクーラー（２、３、２７、３３、４２、５４、６４）にボンディングされている場合、該中間層に隣接するクーラー壁の厚さは、温度に起因する機械的応力がクーラー壁の柔軟性によって補償され、少なくとも１つの中間層から遠ざけられているように、または少なくとも十分に遠ざけられているように小さく選択されており、
前記クーラー壁の厚さはたとえば０．２ｍｍから１．５ｍｍの範囲にある、ことを特徴とする請求項１から４２までのいずれか一項に記載の電気構成ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１、２、３、１９または２２前文による冷却される電気または電子構成ユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
たとえば金属層または金属シート（たとえば銅薄板または銅シート）を互いに、および／またはセラミックまたはセラミック層と接続するためのいわゆる「ＤＣＢ法」（ダイレクトカッパーボンド技術）は公知であり、ここでは表面に金属と反応ガス、好ましくは酸素との化学化合物からなる層または被覆部（溶解層）を有する金属薄板、銅薄板、または金属シートまたは銅シートが使用される。ここではたとえば特許文献１または特許文献２に記載された方法では、この層またはこの被覆部（溶解層）が、金属（たとえば銅）の溶解温度以下の溶解温度で共融混合物を形成する。すなわちシートをセラミックの上に載せ、層全体を加熱することにより、これらは、金属または銅の溶解により実質的に溶解層または酸化物層の領域でだけ互いに結合することができる。
【０００３】
このＤＣＢ法は、たとえば以下の方法ステップを有する。
・均等な銅酸化物層が形成されるように銅シートを酸化するステップ；
・銅シートをセラミック層の上に載せるステップ；
・結合物を、約１０２５〜１０８３℃の間の処理温度、たとえば約１０７１℃に加熱するステップ；
・室温に冷却するステップ。
【０００４】
さらに、たとえば金属化部を形成する金属層または金属シート、とりわけ銅層または銅シートをセラミック材料と結合するためのいわゆる活性ろう付け法またはＡＭＢ法（特許文献３、特許文献４）が公知である。金属セラミック基板を作製するためにも特別に使用されるこの方法では、約８００〜１０００℃の温度で、金属シート、たとえば銅シートとセラミック基板、たとえば窒化アルミニウム・セラミックとの間の接合部が硬ロウを使用して形成され、この硬ろうは銅、銀および／または金のような主成分に加えて活性金属も含んでいる。たとえばＨｆ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃｅの群からの少なくとも１つの元素であるこの活性金属は、化学反応によりロウ材とセラミックとの間の接合部を形成し、一方、ロウ材と金属との間の接合部は金属性硬ロウ接合部である。
【０００５】
さらにとりわけ導体路、接触面等の金属化部を厚シート技術（厚膜技術）で形成するさらなる方法が公知であり、この方法では金属化部の金属を含むペーストが、たとえばシルクスクリーン印刷法で絶縁基板（セラミック層）に施与され、引き続き加熱により取り込まれる。
【０００６】
さらに冷却された電気または電子構成ユニットが公知であり、この構成ユニットはもっとも簡単な場合、それぞれ少なくとも１つの電気的または電子的モジュールとクーラー、たとえばアクティブクーラーとからなる。
【０００７】
電気的または電子的モジュールとは、本発明の意味では、少なくとも金属セラミック基板からなるとりわけ単純なまたは複雑な電気または電子回路であって、それぞれ少なくとも１つの電気的または電子的構成素子と電力構成素子、たとえばダイオード、トランジスタ、ＩＧＢＴ、サイリスタ等のような半導体構成素子を備えるものをいう。
【０００８】
アクティブクーラーとは本発明の意味では、ガス状および／または蒸気状および／または液状の冷却媒体（たとえば水、場合により添加剤を含有する）が通流することのできるそれぞれ少なくとも１つの冷却チャネルを備えるクーラーである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第３７４４１２０号
【特許文献２】ドイツ特許第２３１９８５４号
【特許文献３】ドイツ公開公報第２２１３１１５号
【特許文献４】欧州公開公報第１５３６１８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、少なくとも１つのモジュールと、少なくとも１つの電気または電子構成素子、とりわけ少なくとも１つの電力構成素子との最適の冷却を保証する、および／またはとくに安価な製造を可能にする電気または電子構成ユニットを提示することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この課題の解決のために、請求項１、２、３、１９または２２に対応する電気構成ユニットが実施される。
【００１２】
本発明の改善形態では、電気構成ユニットがたとえば次のように構成されている。
【００１３】
金属セラミック基板のセラミック層に、第１の金属化部とは反対の表面側で第２の金属化部が設けられており、この第２の金属化部は、たとえば熱伝導性の中間層を介して、それぞれのクーラーと少なくとも熱的に結合されており、
および／または
金属セラミック基板の第１の金属化部に、モジュールの外面を超えて突き出た外側電気端子が設けられており、
および／または
この電気端子は、第１の金属化部と接続されたリード、たとえばリードフレームのリードであり、
および／または
電気端子を形成するために、第１の金属化部の構造化部を少なくとも備える少なくとも１つの金属セラミック基板のセラミック層が、モジュールおよび／または電気構成ユニットの外面または外輪郭を超えて引き出されており、第１の金属化部とは反対の側のセラミック層の上の端子領域に金属面が設けられており、該金属面は途切れのない金属貫通コンタクト部を介して第１の金属化部と電気的かつ機械的に接続されており、
および／または
セラミック層には端子領域で、目標破壊個所または貫通スリットが設けられており、
および／または
少なくとも１つのモジュールが電力モジュールとして構成される場合、電気電力端子の少なくとも外側全体がただ１つの金属セラミック基板に設けられており、および／または電気構成ユニットおよび／またはモジュールの共通の側を超えて突き出ており、
および／または
クーラー構造体が、互いに平行かつ互いに間隔を置いて配置された少なくとも３つのクーラーを有し、それぞれ２つのクーラーの間にはそれぞれ少なくとも１つのモジュールが配置されており、該モジュールは互いに隣接する２つのクーラーと、モジュールの互いに対向する２つの側で少なくとも熱的に結合されており、
および／または
クーラーはスペースホルダを介して互いに接続されており、
および／または
少なくとも複数のスペースホルダ内に設けられた開口部に、クーラーにある開口部が補充され、冷却媒体の供給および排出のためのチャネルを形成しており、
および／または
クーラー構造体を形成するクーラーは、互いに接合されたプレートの複数の面から多層に作製されており、
および／または
クーラーは少なくとも部分的に、多数の冷却チャネルを備える偏平プロフィールからなるプレートによって形成されており、
および／または
クーラー構造体は、たとえば管部材により形成された少なくとも２つのチャンバと、当該チャンバ間に伸長する少なくとも２つの偏平なクーラーとを有し、該偏平なクーラーの冷却チャネルは前記チャンバと接続されており、該チャンバの長手伸長部は、偏平なクーラーの上側に対して垂直または横方向に配置されており、
および／または
少なくとも２つのモジュールが、クーラー構造体のクーラーの上へ移動可能な櫛状の１つのモジュールユニットになるよう接続されており、
および／または
クーラーは、偏平なプレート状のクーラーであり、
および／または
前記クーラーは、ミクロまたはマクロ冷却チャネルを備えるクーラー、とりわけ複数の空間軸に常時分岐する冷却チャネルを備えるクーラー、場合により柱と冷却チャネルに入り込む熱を伝達する平面または翼とを備えるクーラーであり、
および／または
当該クーラー構造体のクーラーは同じに構成されており、
および／または
金属セラミック基板が、とりわけ電気端子を形成するために共通の側または異なる側でモジュールユニット（１６ｂ）から引き出されており、
および／または
少なくとも１つのモジュールの金属セラミック基板には、該モジュールの少なくとも一方の側で当該側を超えて突き出た部分が設けられており、金属セラミック基板の当該部分は、基板の表面側に対して平行の軸方向でも互いにずらされており、
および／または
少なくとも１つのクーラーまたは偏平プロフィールは、金属材料、たとえば銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金および／またはプラスチック、たとえばグラファイトおよび／またはカーボンナノ線維材料の形の熱伝導性改善添加物を含むプラスチックから作製されており、
および／または
冷却チャネルはそれぞれ、たとえば１つの管部材によって形成されたチャンバに両側で開口しており、
および／または
冷却素子およびカバー部材は、好ましくは熱伝導性改善充填物を備えるアルミニウム、アルミニウム合金またはプラスチックから作製されており、
および／または
カバー部材は、好ましくはバスタブ状の冷却素子と同様に同じバスタブ状であり、または偏平なカバーとして構成されており、
および／または
カバー部材と冷却素子は、接着により、好ましくは伝熱性接着剤を使用して互いに接続されており、
および／または
少なくとも１つの冷却素子は形状部材として、および／または材料引出し加工によって作製されており、
および／または
少なくとも１つのモジュールが底部の外側に固定されており、
および／または
電気モジュールまたはその金属セラミック基板は、少なくとも１つの中間層を介してそれぞれクーラーと接続されており、
および／または
該中間層は、金属、たとえばハンダ、伝熱性接着剤または伝熱性ペーストから形成されており、
および／または
前記中間層は、ハンダ介在層ならびにハンダ層であり、
および／または
前記中間層は、接着剤介在層および伝熱性接着剤からなる層であり、
および／または
前記セラミック層は、Ａｌ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３＋ＺｒＯ２、ＡｌＮおよび／またはＳｉ３Ｎ４からなり、
および／または
前記各セラミック金属基板は、ＡＭＢ技術、ＤＣＢ技術および／またはＤＡＢ技術を使用して作製されており、
および／または
前記金属セラミック基板のセラミック層は０．１５〜２．０ｍｍの範囲の厚さを有し、
および／または
少なくとも１つの金属化部は、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金からなり、および／または０．０１２〜０．８ｍｍの範囲の厚さを有し、
および／または
少なくとも１つの金属化部は、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔ、Ｗ／Ｎｉ、Ｍｏ−Ｍｎ／Ｎｉからなる単層または多層であり、および／または０．０１〜０．９ｍｍの範囲の厚さを有し、
および／または
前記ハンダ介在層は、Ｎｉ、Ｃｕおよび／またはＮｉＰからなり、および／またはコールドスプレー、プラズマ溶射、および／または火炎溶射によって施与され、
および／または
前記接着剤介在層はＡｌ２Ｏ３により形成され、および／または０．０１〜０．１ｍｍの範囲の厚さを有し、
および／または
前記ハンダ層は、Ｓｎ合金、Ｐｂ合金、Ｂｉ合金、Ｉｎ合金および／またはＡｇからなり、および／または０．０２〜０．５ｍｍの範囲の厚さを有し、
および／または
前記ハンダ介在層は、膨張率が７〜１２ｐｐｍの金属材料、たとえばＣｕＷおよび／またはＣｕＭｏからなり、
および／または
基板が少なくとも１つの中間層を介してクーラーにボンディングされている場合、中間層に隣接するクーラー壁の厚さは、温度に起因する機械的応力がクーラー壁の柔軟性によって補償され、少なくとも１つの中間層から遠ざけられているように、または少なくとも十分に遠ざけられているように小さく選択されており、
および／または
前記クーラー壁の厚さはたとえば０．２ｍｍから１．５ｍｍの範囲にあり、
前記の特徴はそれぞれ単独でも、任意の組合せでも設けることができる。
【００１４】
本発明の改善形態、利点および適用可能性は、以下の実施例の説明および図面から明らかとなる。ここで、本発明の基本的対象について説明するすべての特徴および／または図面に示されるすべての特徴は、それ自体でもまたは任意の組合せでも、請求項におけるそれらの概要またはそれらの引用に依存するものではない。請求項の内容も、明細書の構成部分である。
【００１５】
本発明を以下、図面に基づき実施例について詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明による電気または電子構成ユニットの簡素化した概略図および断面図である。
【図２】図１の構成ユニットの種々の端子（ターミナル）の個別の詳細断面図である。
【図３】図１の構成ユニットの種々の端子（ターミナル）の個別の詳細断面図である。
【図４】図１の構成ユニットの種々の端子（ターミナル）の個別の詳細断面図である。
【図５】図１の構成ユニットの種々の端子（ターミナル）の個別の詳細断面図である。
【図６】本発明の構成ユニットの別の実施形態の、図１と同様の図である。
【図７】図６の構成ユニットの平面図である。
【図８】図１および／または図６の構成ユニットで使用するためのアクティブクーラーの可能な実施例を示す部分斜視図である。
【図９】本発明による構成ユニットで使用されるアクティブクーラーの部分図および平面図である。
【図１０】本発明による構成ユニットで使用されるアクティブクーラーの部分図および平面図である。
【図１１】図９と１０のクーラー構造体のエレメントを、複数のモジュールを含むモジュールユニットとともに示す斜視図である。
【図１２】偏平プロフィールにより形成された偏平なクーラーを備える電気または電子構成ユニットの平面図である。
【図１３】図１２の電子構成ユニットの断面図である。
【図１４】本発明の電気または電子構成ユニットで使用するための偏平なクーラーの斜視展開図である。
【図１５】本発明の別の実施形態での、図１と同様の図である。
【図１６】本発明の電子構成ユニットの金属セラミック基板の平面図である。
【図１７】本発明の電気または電子構成ユニットで使用するための偏平なクーラーの簡素化した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１に一般的に１により示された電子構成ユニットは、実質的に、クーラー構造体を形成する２つの外側偏平プレート状のクーラー２および３と、２つの金属セラミック基板４および５と、複数の電気または電子構成素子６とからなり、ここでクーラー２および３は、図示の実施形態ではアクティブクーラーとして、すなわち冷却媒体が通流することのできるクーラーとして、たとえば液冷クーラーとして構成されている。
【００１８】
図１の上側クーラー２につながる金属セラミック基板４はセラミック層７を有し、このセラミック層７の一方の表面側には途切れのない金属化部８が設けられており、他方の表面側には導体路、接触面等を形成する構造化された金属化部９が設けられている。
【００１９】
同じように金属セラミック基板５はセラミック層１０からなり、このセラミック層１０の下方は途切れのない金属化部１１であり、上方は導体路、接触面等を形成するために構造化された金属化部１１である。
【００２０】
２つの金属セラミック基板４と５の間、または２つの構造化された金属化部９と１２の間には構成素子６が配置されており、構成素子６への電気端子を形成する金属化部がこの構成素子６と適切なやり方で、たとえばハンダによって熱的かつ電気的に接続されている。
【００２１】
外側にある途切れのない金属化部８と１１は、少なくとも熱伝導性にクーラー２または３とそれぞれ全面で接続されている。すなわちたとえばそれぞれハンダ層、たとえば軟ハンダ層、伝熱接着剤からなる層、または伝熱ペーストである熱伝導性の中間層１３または１４を介して接続されている。基本的に、中間層１３と１４は多層に構成することもでき、たとえばクーラー２と３の上のハンダ介在層とハンダ層、またはクーラー２と３の上の接着剤介在層と伝熱性接着剤層からなる。中間層１３と１４が伝熱ペーストからなる場合、適切な措置により、たとえば緊張装置によって、２つのクーラー２と３が中間層１３と１４を介してモジュールユニット１６の上側と下側に押し付けられて当接するようにする。
【００２２】
セラミック層７と１０は、たとえばＡｌ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３＋ＺｒＯ２、ＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４、または前記セラミックの１つまたは複数の組合せからなる。
【００２３】
金属化部８、９、１１および１２は、たとえば銅または銅合金、またはアルミニウムまたはアルミニウム合金製であり、これらは適切なボンディング法により、たとえばダイレクトボンディング法、活性ろう付けボンディング法を使用して、または接着剤を使用してそれぞれのセラミック層に取り付けられており、または厚膜技術で作製された金属化部である。
【００２４】
電気端子（ターミナル）、とりわけ構成ユニット１のための電力端子は、好ましくは２つの金属セラミック基板の１つにだけ、すなわち図示の実施形態では金属セラミック基板４に設けられている。これはたとえば対応する金属化部９を引き出すことにより、または構造化された金属化部９と適切なやり方で接続されており、たとえばリードフレームからの打ち抜きによって形成された別個のリードまたは端子１５を引き出すことにより設けられる。
【００２５】
２つの金属セラミック基板４と５およびこれらの間に配置された構成素子を形成するモジュールが、図１では一般的に１６により示されている。このモジュールは実際的な実施では電気絶縁された流延材料によって密に鋳込まれており、とりわけこのようにしてこの流延材料は、金属セラミック基板４と５および構成素子６の間に発生する中空空間全体を完全に満たしている。すなわち電気端子１５だけが鋳込まれたモジュール１６から側方に突き出ており、クーラー２と３への熱的接触のための金属化部８と１１は露出している。
【００２６】
電子構成ユニット１は、モジュール１６または構成素子６がとくに効率的に両側で冷却されるという利点を有する。すなわち上側でも下側でも冷却される。モジュール１６は２つのクーラー２と３の間に配置されているから、電気構成ユニット１は熱的なインタフェースモジュールであるともいえる。
【００２７】
ここまでは、外側端子１５が構造化された金属化部９によって、またはそこの金属面と接続されたリードによって形成されていることを前提にした。図２〜５は、外側端子１５ａ〜１５ｄを形成するための別の手段を簡素化して断面図に示すものであり、ここではセラミック層７が、それぞれの端子を形成する少なくとも１つの金属化部とともに、流延材料により形成されたモジュール１６のハウジングから引き出されている。
【００２８】
図２に１５ａで示した端子は、下方の構造化された金属化部９と、上方の金属化部８の構造化によって形成された金属面１７と、金属化部９と金属面１７をセラミック層７内の開口の領域で接続する貫通コンタクト部１８とから形成されている。これによって端子１５ａへの外側電気接続は金属化部９と金属層１７の互いに相反する側で締め付けることにより、セラミック層７を破損するおそれなしで行うことができる。ここで貫通コンタクト部１８は電気接続を行うだけでなく、同時に機械的支持部としても用いられる。
図３は、端子１５ｂの別の実施形態を示し、この端子１５ｂは端子１５ａとは、セラミック層７内に目標破壊個所１９が形成されている点でだけ相違する。この目標破壊個所１９は、流延材料によって形成されたモジュール１６のハウジングの外に設けられており、セラミック層７の破壊耐性を上回る力が端子１５ｂに作用するとセラミック層７が重要でない領域で、すなわち目標破壊個所１９で割れるように設けられている。
【００２９】
図４に示された端子１５ｃは端子１５ｂとは実質的に、セラミック層７内の目標破壊個所１９の代わりにスリット１９、１が取り付けられている点で異なり、したがって端子１５ｃに作用する、セラミック層７の破壊耐性を上回る外側の力がセラミック層７の領域に作用することはできない。
【００３０】
最後に図５は、金属面の１つ、たとえば上側金属面１７と貫通コンタクト部１８とが省略されている点で端子１５ｂおよび１５ｃとは異なる端子１５ｄを示す。しかし基本的に図５の実施形態で、上側金属化部１７を設けることもできる。
【００３１】
図６と７は、別の実施形態としての電気構成ユニット１ａを示す。この電気構成ユニット１ａは、電気構成ユニット１とはまず、全部で３つのクーラー２０〜２３と２つのモジュール１６が設けられている点で異なる。すなわちクーラー２０〜２２およびこれらの間に配置されたモジュールユニット１６は積層された配置またはクーラー構造体を形成し、したがって各モジュール１６の上側および下側はクーラー２０と２１または２１と２２と、たとえばここでも中間層を介して熱的に結合している。
【００３２】
クーラー２０〜２２も同様に、偏平なプレート状のアクティブクーラーである。すなわち冷却媒体が通流するクーラーである。冷却媒体を供給するために、構成ユニット１ａの上側には接続部２３と２４が設けられており、接続部２３と２４は、クーラー２０〜２２の開口部およびクーラー２０〜２２に対して間隔を置いたスペースホルダ２５とともに、冷却媒体を供給および排出するための分配チャネルを形成する。Ｏリングまたはパッキンリング２６により、クーラー２０〜２２と接続部２３、２４またはスペースホルダ２５との移行部は外に向かって密閉されている。詳細に図示しない結合手段または緊張手段により、個々のエレメントは互いに構成ユニット１ａに、またはクーラー２０〜２２を有するクーラー構造体に互いに緊張および／または結合されている。基本的に、とりわけクーラー２０〜２２、接続部２３と２４、ならびにスペースホルダ２５によって形成されたクーラー構造体は小型であり、たとえばハンダ付けまたは他の適切なやり方で作製することができる。
【００３３】
構成ユニット１ａも同様に、モジュール１６またはそこにある構成素子６を両側で、したがって強力に効率的に冷却する利点を有する。
【００３４】
図６と７に図示した実施形態では、偏平なクーラー２０〜２２が平面図では矩形に構成されている。接続部２３、２４、およびこれらの接続部と、スペースホルダ２５と、クーラー２０〜２２内の開口部とによって形成されたチャネルは、それぞれ矩形のクーラー２０〜２２またはクーラー構造体の幅狭側にある。図７でも１５により示した電気端子は、平面図で矩形のクーラー構造体の一方または両方の長手側で案内されている。
【００３５】
クーラー２、３ならびに２０〜２２は好ましくは金属材料、たとえば銅または銅合金またはアルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、とりわけ冷却媒体が通流するそのクーラー内部構造に関しても種々のやり方で構成することができる。たとえばクーラーは、金属材料製の互いに結合された複数の偏平なプレートからなり、ここで内側プレートはミクロチャネルまたはマクロチャネルまたは冷却チャネルを形成するために構造化されている。すなわち場合によっては、それぞれのクーラーの上側と下側を結合し、冷却媒体が還流する柱と、冷却媒体流に入り込む付加的な翼状の冷却面等とを有する。
【００３６】
図８は、偏平でプレート状のアクティブクーラー２７をかなり概略的に示す。このクーラー２７は、クーラー２と３または２０〜２２の代わりに使用することができ、金属材料製の偏平プロフィールを使用することでとくに安価に作製される。クーラー２７は実質的に、偏平プロフィールから形成された正方形または矩形のプレート２８からなり、このプレート２８内には、この偏平プロフィール内にすでに設けられていて、冷却媒体が通流することのできる複数の冷却チャネル２９が形成されており、この冷却チャネル２９は一方の周囲側から対向する周囲側に達している。冷却媒体を供給および排出するために、スリットの入った２つの長手の管部材３０と３１が用いられる。この管部材へは、プレート２８の冷却チャネル２９の開口部を有する側が入り込み、プレート２８はこの管部材とこの側で密に接続している。これにより、冷却媒体は管部材３０またはこの管部材の内室を介して冷却チャネル２９に流入することができ、管部材３１またはこの管部材の内室を介して冷却チャネル２９から流出することができる。
【００３７】
クーラー構造体内では、２つのクーラー２７がそのプレート２８とともに互いに間隔を置いており、かつ少なくとも１つのモジュールをこれらプレート２８の間に収容し、モジュール１６を両側で冷却するために互いに平行に配置されている。このクーラー構造体を形成するために、少なくとも２つのクーラー２７の管部材は一方の端部で閉鎖されており、他方の端部では冷却媒体を供給または排出するための１つの共通のチャネルとそれぞれ接続されている。
【００３８】
図９〜１１は、これらの図では一般的に３２により示した、電気構成ユニット１ｂのクーラー構造体を簡素化して示す。このクーラー構造体はここでも、偏平なプレート状の複数のクーラー３３からなり、それぞれ少なくとも１つのモジュール１６をそれぞれ２つのクーラー３３の間に収容し、両側で冷却するためにこれらは互いに平行に、互いに間隔を置いて配置されている。プレート状で平面図ではたとえば矩形のクーラー３３は、もっとも簡単な場合にはやはり金属プレートであり、たとえば銅、銅合金またはアルミニウムまたはアルミニウム合金製であり、好ましくは内側に多数のチャネルが形成された偏平プロフィールから作製されている。そしてこれらのチャネルは、各クーラー３３において一方のプレート縁部から対向するプレート縁部まで延在しており、これらのプレート縁部で開口する冷却チャネル３４を形成する。冷却チャネル３４が開口しているプレート縁部では、クーラー３３が矩形のスリットを通って管部材３５および３６に入り込んでおり、そこで管部材と密に結合している。したがって冷却媒体を管部材３５と３６およびクーラー３３の間で供給および排出するための、外に向かって密閉された結合部が達成される。２つの管部材３５と３６の軸は互いに平行であり、互いに間隔を置いており、かつクーラー３３の上側および下側の面に対して垂直に配置されている。
【００３９】
少なくとも２つのクーラー３３、好ましくは３つ以上のクーラー３３と、それぞれ２つのクーラー３３の間に嵌め込まれたモジュール１６を有する電気構成ユニット１ｂを製造するために、まず、クーラー３３と管部材３５、３６により形成されるクーラー構造体３２が作製され、続いて互いに対向するクーラー３３の間の間隔がモジュール１６の厚さに正確に対応するよう、すなわち外側金属化部８と１１の外面の間隔に正確に対応するよう後処理される。クーラー構造体３２この後処理は、たとえば管部材３５と３６をその軸方向で適切に圧縮することによって行われる。そのために、クーラー３３の間に校正ピース、すなわち適切な材料、たとえば金属製の形状部材であって、その厚さがモジュール１６の厚さに正確に対応し、したがって管部材３５と３６の圧縮中にクーラー３３の間の間隔を規定する形状部材が嵌め込まれる。これに続いて校正ピースは取り出され、モジュール１６を個々のクーラー３３の間に取り付けることができる。
【００４０】
ここまでは、偏平なプレート状クーラー３３の冷却チャネル構造体が多数の冷却チャネル３４によって形成されていることを前提にした。もちろん別の冷却チャネル構造体も可能である。とりわけ、クーラー３３を偏平で互いに結合された複数の金属層から多層に作製することも可能であり、この場合、内側金属層は、何重にも分岐する内側冷却チャネル構造体を形成する竹に構造化されているか、または開口部が設けられている。
【００４１】
モジュール１６をそれぞれ個別に、互いに隣接する２つのクーラー３３の間の中間室に取り付けることができる。またはモジュール１６を櫛状のモジュールユニット１６ａに互いに結合することができ、このモジュールユニット１６ａはクーラー３３および管部材３５と３６により形成されるクーラー構造体３２の上に側方から押し込まれるか、または載置される。櫛状のモジュールユニット１６ａは、複数のモジュール１６からなる。互いに間隔を置いたモジュール１６は、その長手側の一方で互いに結合されている。他方の長手側では、モジュール１６の間に形成された中間室が開放している。したがってモジュールユニット１６ａはこの側で、管部材３５と３６との間にハシゴの横木の形で延在するクーラー３３に前方横方向から載置することができ、これにより多数のモジュール１６をクーラーユニット３２にとりわけ簡単に取り付けることが実現できる。
【００４２】
櫛状のモジュールユニット１６ａは、たとえばその外側の成型に関しては直方体のブロックとして実施されており、このブロックの一方の側には、互いに対向する２つの端面側に開放した多数の溝１６．１が設けられている。これらの溝１６．１は、互いに平行かつ互いに間隔を置いており、図示の実施形態ではブロックの２つの周囲側に対して平行に延在している。各溝１６．１の両側にはそれぞれ１つのモジュール１６がある。ブロックの閉鎖された側の領域では、ブロック内をたとえば電気接続路が延在する。
【００４３】
とりわけ車両製造業での適用にためには、この場合とくにアルミニウムまたはアルミニウム合金から作製された機関ブロックのごく近傍またはこの機関ブロックでは、クーラー１、３、２７、３３およびクーラー構造体ならびにそれらの別のエレメントがアルミニウムまたはアルミニウム合金から作製されており、これにより異なる金属の組合せに起因する腐食が回避される。
【００４４】
図１２と１３は、本発明の別の実施形態として、電気または電子モジュール４１と偏平なプレート状のクーラー４２とを備える、冷却される電子構成ユニット４０を示す。偏平なプレート状のクーラー４２は、偏平プロフィールにより形成された偏平の、図示の実施形態では実質的に長方形の冷却プレート４２からなり、この冷却プレート４２は多数の冷却チャネル４４を備える。冷却チャネル４４は、ここでもプレート縁部から対向するプレート縁部に伸長しており、この対向するプレート縁部で開放しており、偏平プロフィール内にすでに存在するチャネルによって形成されている。冷却媒体を供給および排出するために、２つの管部材４５と４６が用いられる。この管部材の間には冷却プレート４２が配置されており、それらの軸は互いに平行かつ互いに間隔を置いて設けられている。２つの管部材４５と４６は、冷却チャネル４４がそれぞれ管部材４５と４６内に形成されたチャネルに密に開口するように冷却プレート４２に固定されている。図示の実施形態では、管部材４５が冷却媒体の供給のために、管部材４６が排出のために用いられる。冷却チャネル４４は、冷却プレート４３の表面側に対して平行にずらされている。しかし付加的に、プレート厚さ方向にも互いにずらすことができる。もちろん冷却プレート４３は他の成型を有することもできる。
【００４５】
冷却プレート４３の上側には、電気または電子モジュール４１が設けられている。後者は実質的に、セラミック層４８と、セラミック層４８の両方の表面側にある金属化部４９、５０とを備える金属セラミック基板４７からなる。上側の金属化部４９は、導体路、接触面等を形成するために構造化されている。下側の金属化部５０は、通しで実施されている。金属化部４９の上には、電気構成素子、たとえば半導体構成素子５１、すなわち少なくとも１つの電力構成素子が設けられている。
【００４６】
電気モジュール４１は金属化部５０と機械的に、とりわけ冷却プレート４２と熱的に結合されている。そのために冷却プレート４３の上側には、図示の実施形態でハンダ介在層５２が設けられており、ハンダ介在層５２にはハンダ付けにより、またはハンダ層５３の上で、金属セラミック基板４７が金属化部５０と固定されている。基本的に金属セラミック基板４７または電気モジュール４１を、伝熱性接着剤を使用して冷却プレート４３に固定することができる。この場合、ハンダ介在層５２は省略され、ハンダ層５３の代わりに伝熱性接着剤からなる層が設けられている。
【００４７】
とりわけ車両製造業での適用にためには、この場合とくにアルミニウムまたはアルミニウム合金から作製された機関ブロックのごく近傍またはこの機関ブロックでは、クーラー４２およびとくに冷却プレート４３がアルミニウムまたはアルミニウム合金から作製されており、これにより異なる金属の組合せに起因する腐食が回避される。
【００４８】
電気モジュール４１のセラミック層４８のセラミックは、たとえばＡｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４またはＡｌ２Ｏ３＋ＺｒＯ２である。基本的にそれらの組合せも使用することができる。セラミック層４８の厚さはたとえば０．１５ｍｍから２．０ｍｍの範囲にある。金属化部４９は、たとえば銅または銅合金からなり、約０．０１２〜０．８ｍｍの範囲の厚さを有する。金属化部５０は、たとえばＡｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｐｔからなり、０．０１〜０．０９ｍｍの範囲の厚さを有する。ハンダ介在層５２は、存在する場合には、Ｎｉ、Ｃｕ、ＮｉＰからなり、たとえば導電的におよび／またはコールドスプレーおよび／またはプラズマ溶射および／または火炎溶射により施与される。
【００４９】
ハンダ介在層はたとえば、金属セラミック層４７がハンダによって固定されるべき個所にだけ施与される。基本的に、ハンダ介在層５２をクーラー４２または冷却プレート４３の上側全体の上に設けることもできる。
【００５０】
電気モジュール４１と冷却プレート４３との間の接続を、伝熱性接着剤を使用して行う場合、冷却プレート４３の上側の少なくとも接続が行われるべき個所に接着剤介在層を設けるのが好ましい。この接着剤介在層はたとえばＡｌ２Ｏ３からなり、約０．０１〜０．１ｍｍの範囲の厚さを有し、たとえば陰イオン酸化によって形成される。
【００５１】
ハンダ層５３はたとえば０．０２〜０．５ｍｍの範囲の厚さを有する。ハンダとしてたとえばＳｎ合金またはＡｇからなる層（２００〜４００℃と圧力の下で焼成される）が適する。好ましくはハンダ介在層に対しては、熱膨張率が７〜１２ｐｐｍの金属材料、たとえばＣｕＷまたはＣｕＭｏが使用される。
【００５２】
図１４は、偏平でバスタブ状の下側、または底部５６と周縁部５７を備える冷却素子５５と、冷却素子５５の開放側の上に載置されたカバー５８からなるクーラー５４を簡素化して斜視図に示す。図示の実施形態では、クーラー５４およびその冷却素子ならびにカバー５８が平面図では矩形に構成されている。底部５６の内面には突起５９が成形されており、これらの突起５９は図示の実施形態では菱形の断面を有し、互いに間隙がずらされた複数の列に、冷却素子５５の長い方の周囲側に対して平行に配置されている。突起５９は互いに間隔を置いており、これによりクーラー５４を通流する冷却媒体に対する流路を形成し、その菱形の大きい方の対角が冷却素子５５の長い方の周囲側に対してそれぞれ平行に配向されている。これらの突起５９は、冷却素子５５の２つの幅狭側の領域に、該当する幅狭側から間隔を置いて終端している。したがって各幅狭側とクーラー構造体６０との間では、閉鎖されたクーラー５４の内室にそれぞれ１つのチャンバ６１および６２が形成されており、それらのうちのたとえばチャンバ６１が冷却媒体をクーラー構造体６０に供給し分配するために、チャンバ６２がクーラー構造体６０を通流した後の冷却媒体を収集するために用いられる。２つのチャンバ６１と６２は、図示の実施形態ではカバー５８に設けられた開口部６３の接続部を介して外部の冷却媒体循環回路に接続することができる。クーラー５４が閉鎖されている場合、突起５９はそれぞれカバー５８の内側まで達し、そこで好ましくはカバーと結合されている。
【００５３】
クーラー５４またはその冷却素子５５および／またはカバー５６は、金属材料、たとえば銅、銅合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金から作製されており、とりわけ冷却素子５５はたとえば鋳造および／またはフライス加工によって作製されている。基本的に、とりわけたとえば冷却素子５５をたとえば銅から、ＤＣＢ技術を使用して作製することもできる。すなわち底部５６を形成するプレートと、縁部５７を形成するフレームと、突起５９を形成する形状部材とから作製される。
【００５４】
さらにクーラー５４、およびここではとくにその冷却素子５５をプラスチック、たとえばエポキシ樹脂から、好ましくは熱伝導性を向上させる少なくとも１つの添加物、たとえばグラファイトおよび／または炭素ナノ線維を含むプラスチックから作製することができる。
【００５５】
カバー５４と冷却素子５５との接続は、クーラー５４に使用される材料に応じて、たとえばＤＣＢ技術、ハンダ付け、または接着によって行われる。
【００５６】
クーラー５４の上、ここでは好ましくは開口部６３と反対側の冷却素子５５の下側には、やはり少なくとも１つの電気モジュール、たとえば電気モジュール４１が、前に図１２と１３に関連して説明したのと同じように固定されている。
【００５７】
クーラー５４は、互いに対向する側にそれぞれ１つの冷却面を形成する。さらに、クーラー５４を電気構成ユニットに多重に設けることができる。この場合、クーラー間にはそれぞれ電気構成素子またはモジュールユニットまたはモジュールがクーラー５４と積層して設けられている。
【００５８】
図１５は、図１と同じような図示で電子構成ユニット１ｃを示す。この電子構成ユニット１ｃもとりわけ、２つの外側クーラー２と３、金属セラミック基板４と５に対応する２つの金属セラミック基板４ａと５ａ、ならびに電気構成素子６を有し、金属セラミック基板４ａと５ａは、それぞれ中間層１３と１４を介してクーラー２と３に接続されている。構成ユニット１ｃは構成ユニット１とは実質的に、電気端子を形成するために少なくともセラミック７または１９が、内側にある金属化部９または１２とともに少なくとも側方でモジュールユニット１６ｂから引き出されている点で異なる。ここで電気端子は、詳細には端子１５ａ〜１５ｄに対応して実施されている。
【００５９】
図１６は、金属セラミック基板４、５に対応する基板４ｂと５ｂのセラミック層の縁部領域にそれぞれ、この縁部領域を超えて突き出た部分４ｂ１と５ｂ１が設けられているモジュールユニット１６ｃを示す。この部分４ｂ１は部分５ｂ１に対して、図１６の平面図で両方の部分が可視であるようにずらされている。セラミック層の上に設けられた金属化部も対応して構成されている。この金属化部は部分４ｂ１と５ｂ１に外側端子を、たとえば端子１５ａ〜１５ｄの１つに対応する構成で形成する。
【００６０】
図１７は、偏平なクーラー６４を簡素化した断面図に示す。このクーラー６４は、開口側が互いにつながっており、互いに密に結合している２つのバスタブ状の冷却素子５５からなる。２つのバスタブ状の冷却素子５５によって形成され、外に向かって閉鎖されたクーラー６４の内室には、一方の冷却素子５５にある各突起５９が他方の冷却素子５５にある突起５９につながるように突起５９が配置されている。ここで好ましくは突起５９は、それぞれたとえば伝熱性接着剤の使用、ハンダ付けまたはその他の適切なやり方で互いに熱的にも結合されてる。
【００６１】
クーラー６４は、互いに対向する側にそれぞれ１つの冷却面を形成する。さらに、クーラー６４を電気構成ユニットに多重に設けることができる。この場合、クーラー６４間にはそれぞれ電気構成素子またはモジュールユニットまたはモジュールがクーラー６４と積層して設けられている。
【００６２】
電気構成素子またはユニットが１つの接続層または複数の接続層を介して、たとえばハンダ層を介してそれぞれクーラーと、またはその冷却素子と結合されている場合、たとえばクーラー２、３、２０〜２２、３３、５４または６４と結合されている場合、この接続層またはハンダ層に続くクーラーの壁の壁厚を非常に薄く構成するのが有利である。すなわち、とりわけクーラーの温度変化に起因する機械的応力がクーラーの薄い壁の柔軟性によって、したがってクーラー内で均衡され、これにより接続層またはハンダ層に伝達されないように薄くする。本発明のこの実施形態は、温度に起因する、または温度変動により形成される機械的応力はたとえば金属製のクーラーの薄い壁によって、材料品質および／または材料安定性を損なうことなしに、温度に起因して変化する機械的応力によってより早期に破壊される、隣接した接続層またはハンダ層の場合よりも格段に良好に吸収し、均衡することができるという認識に基づく。この実施形態により、電気構成ユニットの寿命を格段に改善することができる。ここで接続層またはハンダ層に隣接するクーラーの壁厚は、クーラーが金属、たとえば銅またはアルミニウムから形成される場合、好ましくは０．２ｍｍから１．５ｍｍの範囲にある。
【００６３】
本発明を前記実施例に則して説明した。しかし本発明の基礎となる発明の技術思想を逸脱することなく、さらなる変更ならびにバリエーションが可能であることは自明である。
【符号の説明】
【００６４】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ  電気構成ユニット
２、３  クーラー
４、５  金属セラミック基板
４ａ、５ａ、４ｂ、５ｂ  金属セラミック基板
４ｂ１、５ｂ１  突起
６  電気構成素子、半導体構成素子
７  セラミック層
８、９  金属化部
１０  セラミック層
１１、１２  金属化部
１３、１４  中間層
１５、１５ａ〜１５ｄ  外側電気端子
１６  モジュールまたはモジュールユニット
１６ａ  櫛状のモジュールユニット
１６ｂ、１６ｃ  モジュールまたはモジュールユニット
１６．１  溝
１７  金属面
１８  貫通コンタクト部
１９  目標破壊個所
１９．１  スリット
２０、２１、２２  クーラー
２３、２４  冷却媒体用の接続部
２５  スペースホルダ
２６  パッキンリング
２７  クーラー
２８  プレート状の冷却素子
２９  冷却チャネル
３０、３１  管部材
３２  クーラーユニット
３３  クーラーまたは冷却素子
３４  冷却チャネル
３５、３６  管部材
４０  電気構成ユニット
４１  電気モジュール
４２  クーラー
４３  冷却プレート
４４  冷却チャネル
４５、４６  管部材
４７  金属セラミック基板
４８  セラミック層
４９、５０  金属化部
５１  電気構成素子
５２  ハンダ介在層
５３  ハンダ層
５４  クーラー
５５  バスタブ状の下部または冷却素子
５６  底部
５７  縁部
５８  カバー
５９  突起
６０  クーラー構造体
６１、６２  チャンバ
６３  開口部
６４  クーラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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