BR102012015581A2 - Dispositivo de resfriamento, módulo de energia e método - Google Patents

Dispositivo de resfriamento, módulo de energia e método Download PDF

Info

Publication number
BR102012015581A2
BR102012015581A2 BR102012015581-8A BR102012015581A BR102012015581A2 BR 102012015581 A2 BR102012015581 A2 BR 102012015581A2 BR 102012015581 A BR102012015581 A BR 102012015581A BR 102012015581 A2 BR102012015581 A2 BR 102012015581A2
Authority
BR
Brazil
Prior art keywords
full
inlet
space
pipe channels
refrigerant
Prior art date
Application number
BR102012015581-8A
Other languages
English (en)
Inventor
Richard Alfred Beaupre
Joseph Lucian Smolenski
Gerstler William Dwight
Xiaochun Shen
Original Assignee
Gen Electric
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Gen Electric filed Critical Gen Electric
Publication of BR102012015581A2 publication Critical patent/BR102012015581A2/pt

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49815—Disassembling
    • Y10T29/49817—Disassembling with other than ancillary treating or assembling

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Abstract

DISPOSITIVO DE RESFRIAMENTO PARA UM MÓDULO DE ENERGIA, MÓDULO DE ENERGIA E MÉTODO. Trata-se de um dispositivo de resfriamento para um módulo de energia que tem um módulo eletrônico disposto em uma placa de base por meio de um substrato. O dispositivo de resfriamento inclui uma placa de dissipador de calor que tem pelo menos um segmento de resfriamento. O segmento de resfriamento inclui um espaço cheio de entrada para a entrada de um meio de resfriamento, uma pluralidade de canais de tubulação de entrada, uma pluralidade de canais de tubulação de saída e um espaço cheio de saída. A pluralidade de canais de tubulação de entrada são acoplados ortogonalmente ao espaço cheio de entrada para receber o meio de resfriamento a partir do espaço cheio de entrada. A pluralidade de canais de tubulação de saída são dispostos de modo paralelo aos canais de tubulação de entrada. O espaço cheio de saída é acoplado ortogonalmente à pluralidade de canais de tubulação de saída para a exaustão do meio de resfriamento. Uma pluralidade de milicanais são dispostos na placa de base ortogonalmente aos canais de tubulação de entrada e de saída. A pluralidade de milicanais direcionam o meio de resfriamento da pluralidade de canais de tubulação de entrada para a pluralidade de canais de tubulação de saída.

Description

"DISPOSITIVO DE RESFRIAMENTO, MÓDULO DE ENERGIA E MÉTODO"
Antecedentes
A invenção refere-se, em geral, a dispositivos de resfriamento e, mais particularmente, a um dispositivo de resfriamento dotado de milicanais integrados para um módulo de energia.
A eletrônica de energia refere-se à aplicação de eletrônica de estado sólido relacionada ao controle e à conversão de energia elétrica. Essa conversão é tipicamente realizada através de dispositivos de silício, carbureto de silício e nitreto de gálio que são embalados em módulos de energia. Um dos fatores associados aos módulos de energia é a geração de calor. Embora o calor gerado pelos módulos de energia se deva a muitos fatores, o mesmo se refere, em geral, ao fato de que a eficiência do módulo de energia é sempre inferior a 100 por cento, e a perda de eficiência é tipicamente gerada como calor. Infelizmente, o desempenho do módulo de energia tende a erodir em temperaturas elevadas.
Um fator adicional para o gerenciamento térmico refere-se à embalagem de diversos dispositivos em pequenas dimensões. A densidade de energia, com a qual os dispositivos e, portanto, o módulo podem operar, depende dessa capacidade de remover esse calor gerado. A forma comum de gerenciamento térmico de eletrônica de energia ocorre através de dissipadores de calor. Os dissipadores de calor operam através da transferência do calor para longe da fonte de calor do módulo de energia, mantendo, desse modo, a fonte de calor em uma temperatura relativa mais baixa. Há vários tipos de dissipadores de calor conhecidos no campo de gerenciamento térmico, incluindo dispositivos resfriados por ar e resfriados por líquido.
Um exemplo do gerenciamento térmico de um módulo de energia inclui a fixação de um dissipador de calor com tubos incorporados para fornecer resfriamento por líquido do módulo de energia. O dissipador de calor é tipicamente uma estrutura metálica, como alumínio ou cobre. Um meio refrigerante, como água, atravessa os tubos para resfriar o módulo de energia. O dissipador de calor é tipicamente acoplado à base do módulo de energia com um material de interface térmica (TIM) disperso entre os mesmos. O material de interface térmica pode compreender graxas térmicas, blocos térmicos maleáveis ou similares. Os dispositivos de resfriamento convencionais têm grandes gradientes térmicos e quedas de alta pressão através dos dispositivos. Ademais, os dispositivos de resfriamento convencionais têm grande resistência térmica, a qual limita níveis de operação do módulo de energia. Há uma necessidade por um dispositivo de resfriamento
aprimorado.
Breve descrição De acordo com uma realização exemρIificadora da presente invenção, é descrito um dispositivo de resfriamento de um módulo de energia que tem um módulo eletrônico disposto em uma placa de base através de um substrato. O dispositivo de resfriamento inclui uma placa dissipadora de calor que tem pelo menos um segmento de resfriamento. O segmento de resfriamento inclui um espaço cheio de entrada para a entrada de um meio refrigerante. Uma pluralidade de canais de tubulação de entrada é acoplada ortogonalmente ao espaço cheio de entrada para receber o meio refrigerante a partir do espaço cheio de entrada. Uma pluralidade de canais de tubulação de saída é disposta de modo paralelo aos canais de tubulação de entrada. Um espaço cheio de saída é acoplado ortogonalmente à pluralidade de canais de tubulação de saída para a exaustão do meio refrigerante. Uma pluralidade de milicanais é disposta na placa de base ortogonalmente aos canais de tubulação de entrada e saída. A pluralidade de milicanais direciona o meio refrigerante da pluralidade de canais de tubulação de entrada à pluralidade de canais de tubulação de saída. De acordo com outra realização exemplificadora da presente invenção, é descrito um módulo de energia que tem um dispositivo de resfriamento exemplificativo.
De acordo com outra realização exemplificadora da presente invenção, um método inclui o direcionamento de um meio refrigerante através de um espaço cheio de entrada de pelo menos um segmento de resfriamento de uma placa dissipadora de calor. O método também inclui o direcionamento do meio refrigerante do espaço cheio de entrada a uma pluralidade de canais de tubulação de entrada acoplada ortogonalmente ao espaço cheio de entrada em pelo menos um segmento de resfriamento da placa dissipadora de calor. O método também inclui o direcionamento do meio refrigerante da pluralidade de canais de tubulação de entrada a uma pluralidade de canais de tubulação de saída disposta de modo paralelo aos canais de tubulação de entrada em pelo menos um segmento de resfriamento da placa dissipadora de calor através de uma pluralidade de milicanais disposta na placa de base ortogonalmente aos canais de tubulação de entrada e de saída de modo a resfriar um módulo eletrônico montado em uma placa de base através de um substrato. O método também inclui a exaustão do meio refrigerante da pluralidade de canais de tubulação de saída através de um espaço cheio de saída acoplado ortogonalmente à pluralidade de canais de tubulação de saída.
De acordo com outra realização exemplificadora da presente invenção, é descrito um método de fabricação de um dispositivo de resfriamento exemplificativo para um módulo de energia.
Desenhos
Essas e outras características, aspectos e vantagens da presente
invenção serão mais bem compreendidos quando a descrição detalhada a seguir for lida com referência aos desenhos anexos, em que caracteres similares representam partes similares em todos os desenhos, nos quais: A Figura 1 é uma vista em seção transversal de um módulo de energia, de acordo com uma realização exemplificadora da presente invenção;
A Figura 2 é uma vista em perspectiva desmontada de um módulo de energia que tem um dispositivo de resfriamento, de acordo com uma realização exemplificadora da presente invenção;
A Figura 3 é uma representação diagramática de um dispositivo de resfriamento de um módulo de energia, de acordo com uma realização exemplificadora da presente invenção; e
A Figura 4 é uma vista em perspectiva de um dispositivo de resfriamento, de acordo com uma realização exemplificadora da presente invenção.
Descrição Detalhada
Conforme discutido de acordo com as realizações discutidas neste documento, descreve-se um dispositivo de resfriamento para um módulo de energia. Em certas realizações, o dispositivo de resfriamento inclui uma placa dissipadora de calor que tem pelo menos um segmento de resfriamento. O segmento de resfriamento inclui um espaço cheio de entrada para a entrada de um meio refrigerante. Uma pluralidade de canais de tubulação de entrada é acoplada ortogonalmente ao espaço cheio de entrada para receber o meio refrigerante a partir do espaço cheio de entrada. Uma pluralidade de canais de tubulação de saída é disposta de forma paralela aos canais de tubulação de entrada. Um espaço cheio de saída é acoplado ortogonalmente à pluralidade de canais de tubulação de saída para a exaustão do meio refrigerante. Uma pluralidade de milicanais é disposta na placa de base do módulo de energia ortogonalmente aos canais de tubulação de entrada e de saída. A pluralidade de milicanais direciona o meio refrigerante da pluralidade de canais de tubulação de entrada à pluralidade de canais de tubulação de saída. Deve ser observado, neste documento, que os aspectos da presente invenção referem- se geralmente a dissipadores de calor, pilhas e aparelhos que usam dissipadores de calor e, mais especificamente, dissipadores de calor de milicanal. Deve ser observado, neste documento, que um "milicanal" tem uma largura e altura na ordem dos milímetros em cada dimensão.
Em referência à Figura 1, um módulo de energia 10 inclui um
módulo eletrônico 12 que gera calor durante a operação, uma placa de base 14, um substrato 15 e uma placa dissipadora de calor 16. O módulo eletrônico 12 é disposto na placa de base 14 através do substrato 15. A placa de base 14 está disposta na placa dissipadora de calor 16. Em uma realização, o módulo eletrônico 12 é padronizado, tal como uma peça comercial de prateleira (COTS), de modo que o formato, os orifícios e as características do módulo eletrônico 12 sejam adaptados à placa de base 14. Adicionalmente, a placa dissipadora de calor 16 pode também ser padronizada de modo que o formato, orifícios e características da placa dissipadora de calor 16 sejam adaptados à placa de base 14. Exemplos não limitadores do módulo eletrônico 12 podem incluir transistores bipolares de porta isolada (IGBT), transistores de efeito de campo metal-óxido-semicondutor (MOSFET), diodos, transistores de efeito de campo metal-semicondutor (MESFET) e transistores de alta mobilidade de elétrons (HEMT) usados em aplicações não limitadas a aplicações automotivas, aplicações de óleo e gás, ou similares. De acordo com as realizações da presente invenção, o dispositivo eletrônico pode ser fabricado a partir de uma variedade de semicondutores, sendo que exemplos não limitadores dos mesmos incluem silício, carboneto, nitreto de gálio e arsenieto de gálio.
O substrato 15 é fornecido para evitar curtos-circuitos elétricos e
realizar troca de calor entre a placa de base 14 e o módulo eletrônico 12. Em uma realização, o substrato 15 é uma camada condutora térmica e isolada eletricamente, tal como uma camada de cerâmica. Os exemplos não limitadores da camada de cerâmica podem incluir oxido de alumínio, nitreto de alumínio, óxido de berílio e nitreto de silício. Em uma realização específica, a camada de cerâmica 15 pode ser ligada à placa de base 14 e ao módulo eletrônico 12 através das camadas condutoras superiores e inferiores (por exemplo, camadas de cobre), isto é, o substrato 15 pode ter um cobre ligado diretamente (DBC), ou uma estrutura de brasagem de metal ativa (AMB). Em outras palavras, uma camada condutora superior pode ser disposta entre o módulo eletrônico 12 e a camada de cerâmica 15 e uma camada condutora inferior pode ser disposta entre a camada de cerâmica 15 e a placa de base. Em uma realização específica, uma camada de alumínio, uma camada de ouro, uma camada de prata ou uma camada de liga podem ser preferenciais, ao invés da camada de cobre. Em outra realização, a placa de base 14 pode ser diretamente ligada ao substrato 15. O substrato 15 pode ser acoplado à placa de base 14 e ao módulo eletrônico 12 com o uso de uma série de técnicas, incluindo, mas sem limitação, brasagem, ligação, ligação por difusão, soldagem ou contato por pressão, como preensão, de forma a prover um simples processo de montagem. Deve ser observado, neste documento, que uma disposição exemplificadora na Figura 1 é ilustrativa, e a invenção não é, por nenhum meio, limitada por essa disposição. Em referência à Figura 2, uma vista desmontada do módulo de
energia 10 é ilustrada. Conforme discutido anteriormente, a placa de base 14 se situa na placa dissipadora de calor 16. A placa dissipadora de calor 16 tem uma superfície dissipadora de calor 18 disposta que se volta para uma superfície da placa 20 da placa de base 14. A superfície dissipadora de calor 18 tem uma pluralidade de orifícios 22 e a superfície da placa 20 tem uma pluralidade de orifícios correspondentes 24 formada no mesmo. Fechos podem ser acoplados aos orifícios 22, 24 para acoplar de modo separável a superfície dissipadora de calor 18 à superfície da placa 20. Na realização ilustrada, a placa dissipadora de calor 16 inclui uma pluralidade de segmentos de resfriamento 26 dispostos na superfície dissipadora de calor 18. Em uma realização, a pluralidade de segmentos de resfriamento 26 é embutida na superfície dissipadora de calor 18 da placa dissipadora de calor 16. A placa de base 14 inclui conjuntos de milicanais 28 dispostos na superfície da placa 20. Cada conjunto de milicanais 28 é posicionado de modo a sobrepor o segmento de resfriamento correspondente 26. Nas realizações da invenção, cada um dos milicanais 28 está embutido na superfície da placa 20 da placa de base 14 formando recessos na superfície da placa 20. Na realização ilustrada, a placa dissipadora de calor 16 tem uma forma retangular. Deve ser observado que a placa exemplificadora dissipadora de calor 16 na Figura 2 é ilustrativo, e a placa dissipadora de calor 16 pode também ter outras formas, como forma circular, triangular ou poligonal. Os segmentos de resfriamento 26 e o conjunto de milicanais 28 formam, juntos, um dispositivo de resfriamento para o módulo de energia 10. Em realizações da invenção, o dispositivo de resfriamento está configurado de modo a refrigerar o módulo eletrônico 12. O dispositivo de resfriamento é ilustrado e descrito em mais detalhes na Figura 4.
A placa dissipadora de calor 16 pode incluir pelo menos um material de condução térmica, em que exemplos não limitadores podem incluir cobre, alumínio, níquel, molibdênio, titânio e ligas dos mesmos. Em algumas realizações, a placa dissipadora de calor 16 pode incluir compostos de matrizes de metal, como silício de alumínio, carbonetos de silício de alumínio, grafite de alumínio e grafite de cobre. Em outras realizações, a placa dissipadora de calor 16 pode incluir cerâmicas, como óxido de alumínio e cerâmica de nitreto de silício. Alternativamente, a placa dissipadora de calor 16 pode incluir pelo menos um material termoplástico.
Na disposição exemplificadora da Figura 2, cada segmento de resfriamento 26 é acoplado ao conjunto corresponde de milicanais 28. O acoplamento entre o segmento de resfriamento 26 e o conjunto de milicanais 28 é explicado em mais detalhes com referência às Figuras 3 e 4. Cada segmento de resfriamento 26 é circundado por uma vedação 31 para evitar o vazamento de resfriamento no segmento de resfriamento correspondente 26 e proporcionar uma forte vedação do liquido. A tampa 31 pode incluir uma junta, um anel em O ou qualquer outro tipo de vedação, como ligação metalúrgica, com função similar. Um meio refrigerante circula pelo segmento de resfriamento 26 e pelo conjunto de milicanais 28 para permitir a troca de calor entre a placa de base 14 e a placa dissipadora de calor 16. Em certas realizações, similares à placa dissipadora de calor 16, a placa de base 14 também pode incluir pelo menos um material condutor térmico, em que exemplos não limitadores podem incluir um grafite pirolítico térmico (TPG), cobre, alumínio, níquel, molibdênio, titânio e ligas de cobre, alumínio, níquel, molibdênio, titânio. Em algumas realizações, a placa de base 14 também pode incluir compostos de matriz de metal, como carboneto de silício de alumínio, grafite de alumínio, e grafite de cobre. Em outra realização, a placa de base 14 pode incluir cerâmicas, como óxido de alumínio e cerâmica de nitreto de silício. Em uma realização específica, a placa de base 14 pode também incluir pelo menos um material termoplástico.
Em referência à Figura 3, uma porção do segmento de resfriamento 26 e um milicanal 28 são ilustrados. Na realização ilustrada, a porção do segmento de resfriamento 26 inclui um espaço cheio de entrada 32 que tem uma primeira extremidade 31 e uma segunda extremidade 33, e um canal de tubulação de entrada 34 acoplado ortogonalmente à segunda extremidade 33 do espaço cheio de entrada 32. Embora somente um único canal de tubulação de entrada 34 seja mostrado, o segmento de resfriamento 26 terá tipicamente múltiplos canais de tubulação de entrada. Dois canais de tubulação de saída 36 são dispostos de forma paralela ao canal de tubulação de entrada 34. Em uma realização, o canal de tubulação de entrada 34 e os canais de tubulação de saída 36 têm as mesmas dimensões. Cada canal de tubulação de saída 36 inclui uma extremidade 35 e outra extremidade 37. Um espaço cheio de saída 38 é acoplado ortogonalmente à extremidade 37 dos canais de tubulação de saída 36. O espaço cheio de saída 38 pode ter as mesmas dimensões que as do espaço cheio de entrada 32. Conforme discutido anteriormente, a placa de base 14 inclui conjuntos de milicanais 28 dispostos na superfície da placa. Na realização ilustrada, um milicanal 28 é mostrado. Os milicanais 28 são dispostos ortogonalmente aos canais de tubulação de entrada e de saída 34, 36. Em algumas realizações, os milicanais 28 são acoplados diretamente aos canais de tubulação de entrada e de saída 34, 36. Em outras certas realizações, os milicanais 28 são acoplados através de caminhos de conexão (não mostrados) aos canais de tubulação de entrada e de saída 34, 36. Em uma realização específica, o milicanal tem uma largura de 1 mm e uma profundidade de 3 mm. Deve ser observado, neste documento, que o canal de tubulação de entrada 34 tem uma seção transversal afunilada a partir da extremidade 33 do espaço cheio de entrada 32 que segue em direção aos milicanais 28. Adicionalmente, o canal de tubulação de saída 36 tem uma seção transversal afunilada a partir da extremidade 37 que segue em direção ao milicanais 28.
Em certas realizações da invenção, os milicanais 28 podem ter uma transversal quadrada ou retangular. Os exemplos não limitadores das seções transversais dos milicanais 28 podem também incluir seções transversais circulares, triangulares, trapezoidais e em forma de U. Os milicanais 28 podem ser fundidos, fresados ou entalhados, e podem ser lisos ou ásperos na placa de base. Os milicanais ásperos podem ter uma área de superfície relativamente maior para aumentar a turbulência de um meio refrigerante 40 de modo a aumentar a transferência térmica nos exemplos. Em exemplos não limitadores, os milicanais 28 podem empregar características como covinhas, protuberâncias, ou similares nos mesmos na para aumentar a aspereza do mesmo. De forma similar aos milicanais 28, os canais de tubulação 34, 36 pode também ter uma variedade de formas de seções transversais que incluem, mas sem limitação, seções transversais redondas, circulares, triangulares, trapezoidais e quadradas/retangulares. A geometria dos espaços cheios 32, 38, dos canais de tubulação 34, 36 e dos milicanais 28 pode ser projetada com base na aplicação, no tipo de meio refrigerante usado e também na temperatura do ambiente. O número de canais de tubulação 34, 36 e milicanais 28 pode variar dependendo da aplicação.
Em uma operação exemplificadora, o meio refrigerante 40 entra nos canais de tubulação de entrada 34 através do espaço cheio de entrada 32. Uma fonte de suprimento (não mostrada) é usada para bombear o meio refrigerante 40 ao espaço cheio de entrada 32. O meio refrigerante 40 é, então, direcionado dos canais de tubulação de entrada 34 aos canais de tubulação de saída 36 através dos os milicanais 28 da placa de base. Após isso acontecer, o meio refrigerante 40 é conduzido a partir dos canais de tubulação de saída através do espaço cheio de saída 38. Deve ser observado, neste documento, que a entrada do meio refrigerante 40 no espaço cheio de entrada 32 e a exaustão do meio refrigerante 40 a partir do espaço cheio de saída 38 seguem ao longo da mesma direção 42. Em uma realização, o meio refrigerante 40 inclui uma mistura de propileno glicol e água. Em uma realização específica, o meio refrigerante 40 pode incluir 60 por cento do peso do propileno glicol e 40 do cento por peso de água. O meio refrigerante 40 pode incluir outros líquidos de condutores elétricos ou não condutores. Em outra realização, o meio refrigerante 40 pode incluir um meio gasoso. Consequentemente, quando o módulo eletrônico 12 e a placa de base 14 são dispostos na placa dissipadora de calor 16, o meio refrigerante 40 flui através da placa dissipadora de calor e os milicanais 28 da placa de base permite o resfriamento do módulo eletrônico.
A configuração do segmento de resfriamento 26, discutida neste documento, a qual se refere especificamente às disposições paralelas dos canais de tubulação de entrada 34 e dos canais de tubulação de saída 36, às seções transversais estreitas dos canais (34, 36), às disposições ortogonais dos espaços cheios (32, 38) e aos milicanais 28, apresenta uma área de fluxo relativamente larga, a qual resulta em uma velocidade de fluxo constante e baixa queda de pressão pelo seguimento 26. O gradiente térmico através do seguimento 26 é minimizado. A resistência térmica e a resistividade térmica do módulo de energia é mínima, permitindo que o módulo de energia seja operado
em níveis mais altos de energia. Conforme observado abaixo:
.. . . . alteração de temperatura
quantidade de energia=--—-
resistência térmica (perdas)
Sendo assim, o nível de energia do módulo aumenta com baixa resistência térmica e altas mudanças na temperatura.
Em referência à Figura 4, o dispositivo de resfriamento 30 é ilustrado de acordo com uma realização exemplificadora da presente invenção. Na realização ilustrada, o dispositivo de resfriamento 30 inclui o segmento de resfriamento 26 da Figura 3, o qual tem o espaço cheio de entrada 32 e uma pluralidade de canais de tubulação de entrada 34 acoplados ortogonalmente ao espaço cheio de entrada 32. O dispositivo 30 também inclui uma pluralidade de canais de tubulação de saída 36 disposta de forma paralela à pluralidade de canais de tubulação de entrada 34. O espaço cheio de saída 38 é acoplado ortogonalmente à pluralidade de canais de tubulação de saída 36. Conforme discutido anteriormente, a placa de base inclui conjuntos de milicanais 28 dispostos na superfície da placa 20. Na realização ilustrada, um conjunto de milicanais 28 é mostrado. O conjunto de milicanais 28 é disposto ortogonalmente à pluralidade de canais de tubulação de entrada e de saída 34, 36. Conforme discutido antes, a pluralidade de canais de tubulação de entrada 34 tem uma seção transversal estreita a partir do espaço cheio de entrada 32 em direção ao conjunto de milicanais 28. Adicionalmente, a pluralidade de canais de tubulação de saída 36 tem uma seção transversal estreita a partir do espaço cheio de saída 38 em direção ao conjunto de milicanais 28.
Consequentemente, para os exemplos de disposições, quando a placa dissipadora de calor é acoplada à placa de base e o meio refrigerante 40 é seqüencialmente direcionado através do espaço cheio de entrada 32, da pluralidade de canais de tubulação de entrada 34, do conjunto de milicanais 28, da pluralidade de canais de tubulação de saída 36 e do espaço cheio de saída 38, há troca de calor entre a placa de base e a placa dissipadora de calor que resulta de modo a resfriar o módulo eletrônico. A vedação fornece uma forte vedação do liquido sobre o segmento de resfriamento da placa dissipadora de calor.
Em referência às Figuras 1 a 4, em algumas realizações, a placa de base 14 que tem conjuntos de milicanais 28 e a placa dissipadora de calor 16 que tem a pluralidade de segmentos de resfriamento 26 podem ser pré- fabricadas. Em outras certas realizações, o dispositivo de resfriamento 30 pode ser fundido, fresado ou entalhado em um módulo existente de energia. Por exemplo, em referência às Figuras 1 e 2, a placa de base 14 pode ser destacada do substrato 15. Uma placa dissipadora de calor existente (não mostrada) pode ser, então, destacada da placa de base 14. Uma pluralidade de milicanais 28 pode se formar na superfície da placa 20 da placa de base 14. A placa dissipadora de calor existente pode ser, então, substituída pela placa dissipadora de calor 16 que tem uma pluralidade de segmentos de resfriamento 26 formada na superfície dissipadora de calor 18. A placa dissipadora de calor 16 pode ser, então, acoplada à placa de base 14 de modo que a superfície da placa 20 cobre a superfície dissipadora de calor 18. A placa de base 14 pode ser, então, acoplada ao substrato 15. Deve ser observado, neste documento, que, em tal realização, a seqüência de eventos na fabricação pode variar dependendo do requerimento. O módulo de energia que tem a disposição exemplificadora de resfriamento descrita neste documento tem uma resistência térmica e uma resistividade térmica menores e uma capacidade térmica maior do que os módulos de energia apresentados anteriormente.
Embora somente certas características da invenção tenham sido ilustradas e descritas neste documento, muitas modificações e mudanças ocorrerão aos versados na técnica. Deve ser compreendido, portanto, que as reivindicações anexas se destinam a abranger tais modificações e mudanças como integrantes do verdadeiro espírito da invenção.

Claims (21)

1. DISPOSITIVO DE RESFRIAMENTO, para um módulo de energia que compreende um módulo eletrônico disposto em uma placa de base por meio de um substrato; sendo que o dispositivo de resfriamento compreende: uma placa dissipadora de calor que inclui pelo menos um segmento de resfriamento que compreende: um espaço cheio de entrada para a entrada de um meio refrigerante; uma pluralidade de canais de tubulação de entrada acoplados ortogonalmente ao espaço cheio de entrada para receber o meio refrigerante do espaço cheio de entrada; uma pluralidade de canais de tubulação de saída dispostos de modo paralelo aos canais de tubulação de entrada; e um espaço cheio de saída acoplado ortogonalmente à pluralidade de canais de tubulação de saída para a exaustão do meio refrigerante; e uma pluralidade de milicanais dispostos na placa de base ortogonalmente aos canais de tubulação de entrada e de saída; em que a pluralidade de milicanais direcionam o meio refrigerante da pluralidade de canais de tubulação de entrada para a pluralidade de canais de tubulação de saída.
2. DISPOSITIVO DE RESFRIAMENTO, de acordo com reivindicação 1, em que a placa dissipadora de calor compreende uma superfície de dissipador de calor que tem o pelo menos um segmento de resfriamento disposto na mesma.
3. DISPOSITIVO DE RESFRIAMENTO, de acordo com reivindicação 2, em que a placa de base compreende uma superfície de placa que tem a pluralidade de milicanais dispostos na mesma.
4. DISPOSITIVO DE RESFRIAMENTO, de acordo com reivindicação 3, em que a superfície de dissipador de calor é disposta voltada para a superfície de placa.
5. DISPOSITIVO DE RESFRIAMENTO, de acordo com reivindicação 1, em que a placa dissipadora de calor inclui uma vedação disposta circundando o pelo menos um segmento de resfriamento.
6. DISPOSITIVO DE RESFRIAMENTO, de acordo com reivindicação 1, em que o espaço cheio de entrada é disposto de modo paralelo ao espaço cheio de saída.
7. DISPOSITIVO DE RESFRIAMENTO, de acordo com reivindicação 6, em que a entrada do meio refrigerante no espaço cheio de entrada e a exaustão do meio refrigerante do espaço cheio de saída ocorrem ao longo de uma mesma direção.
8. DISPOSITIVO DE RESFRIAMENTO, de acordo com reivindicação 1, em que a pluralidade de canais de tubulação de entrada são dispostos de modo paralelo entre si.
9. DISPOSITIVO DE RESFRIAMENTO, de acordo com reivindicação 1, em que a pluralidade de canais de tubulação de saída são dispostos de modo paralelo entre si.
10. DISPOSITIVO DE RESFRIAMENTO, de acordo com reivindicação 1, em que cada canal de tubulação de entrada entre a pluralidade de canais de tubulação de entrada tem um afunilamento em corte transversal a partir do espaço cheio de entrada em direção ao espaço cheio de saída.
11. DISPOSITIVO DE RESFRIAMENTO, de acordo com reivindicação 1, em que cada canal de tubulação de saída entre a pluralidade de canais de tubulação de saída tem um afunilamento em corte transversal a partir do espaço cheio de saída em direção ao espaço cheio de entrada.
12. DISPOSITIVO DE RESFRIAMENTO, de acordo com reivindicação 1, em que o meio refrigerante compreende uma mistura de propileno glicol e água.
13. MÓDULO DE ENERGIA, que compreende: uma placa de base; um módulo eletrônico montado na placa de base por meio de um substrato, e um dispositivo de resfriamento para resfriar o módulo eletrônico; sendo que o dispositivo de resfriamento compreende: uma placa dissipadora de calor acoplada à placa de base e que inclui pelo menos um segmento de resfriamento que compreende: um espaço cheio de entrada para a entrada de um meio refrigerante; uma pluralidade de canais de tubulação de entrada acoplados ortogonalmente ao espaço cheio de entrada para receber o meio refrigerante do espaço cheio de entrada; uma pluralidade de canais de tubulação de saída dispostos de modo paralelo aos canais de tubulação de entrada; e um espaço cheio de saída acoplado ortogonalmente à pluralidade de canais de tubulação de saída para a exaustão do meio refrigerante; e uma pluralidade de milicanais dispostos na placa de base ortogonalmente aos canais de tubulação de entrada e de saída; em que a pluralidade de milicanais direcionam o meio refrigerante da pluralidade de canais de tubulação de entrada para a pluralidade de canais de tubulação de saída.
14. MÓDULO DE ENERGIA, de acordo com reivindicação 13, em que a placa dissipadora de calor compreende uma superfície de dissipador de calor que tem o pelo menos um segmento de resfriamento disposto na mesma.
15. MÓDULO DE ENERGIA, de acordo com reivindicação 14, em que a placa de base compreende uma superfície de placa que tem a pluralidade de milicanais dispostos na mesma.
16. MÓDULO DE ENERGIA, de acordo com reivindicação 15, em que a superfície de dissipador de calor é disposta voltada para a superfície de placa.
17. MÓDULO DE ENERGIA, de acordo com reivindicação 13, em que a placa dissipadora de calor inclui uma vedação disposta circundando o pelo menos um segmento de resfriamento.
18. MÓDULO DE ENERGIA, de acordo com reivindicação 13, em que o espaço cheio de entrada é disposto de modo paralelo ao espaço cheio de saída.
19. MÓDULO DE ENERGIA, de acordo com reivindicação 6, em que a entrada do meio refrigerante no espaço cheio de entrada e a exaustão do meio refrigerante do espaço cheio de saída ocorrem ao longo de uma mesma direção.
20. MÉTODO, que compreende: direcionar um meio refrigerante por meio de um espaço cheio de entrada de pelo menos um segmento de resfriamento de uma placa dissipadora de calor; direcionar o meio refrigerante do espaço cheio de entrada para uma pluralidade de canais de tubulação de entrada acoplados ortogonalmente ao espaço cheio de entrada no pelo menos um segmento de resfriamento da placa dissipadora de calor; direcionar o meio refrigerante da pluralidade de canais de tubulação de entrada para uma pluralidade de canais de tubulação de saída dispostos de modo paralelo ao canais de tubulação de entrada no pelo menos um segmento de resfriamento da placa dissipadora de calor por meio de uma pluralidade de milicanais dispostos na placa de base ortogonalmente aos canais de tubulação de entrada e de saída para resfriar um módulo eletrônico montado em uma placa de base por meio de um substrato; em que a placa dissipadora de calor é acoplada à placa de base; exaurir o meio refrigerante da pluralidade de canais de tubulação de saída por meio de um espaço cheio de saída acoplado ortogonalmente à pluralidade de canais de tubulação de saída.
21. MÉTODO, que compreende: remover uma placa de base de um substrato que tem um módulo eletrônico disposto na mesma; formar pelo menos um segmento de resfriamento em uma placa dissipadora de calor que compreende: formar um espaço cheio de entrada para a entrada de um meio refrigerante; formar uma pluralidade de canais de tubulação de entrada acoplados ortogonalmente ao espaço cheio de entrada para receber o meio refrigerante do espaço cheio de entrada; formar uma pluralidade de canais de tubulação de saída dispostos de modo paralelo aos canais de tubulação de entrada; e formar um espaço cheio de saída acoplado ortogonalmente à pluralidade de canais de tubulação de saída para a exaustão do meio refrigerante; e formar uma pluralidade de milicanais dispostos na placa de base ortogonalmente aos canais de tubulação de entrada e de saída para direcionar o meio refrigerante da pluralidade de canais de tubulação de entrada para a pluralidade de canais de tubulação de saída; e acoplar, de modo destacável, a placa dissipadora de calor à placa de base.
BR102012015581-8A 2011-06-24 2012-06-25 Dispositivo de resfriamento, módulo de energia e método BR102012015581A2 (pt)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/168,030 US8982558B2 (en) 2011-06-24 2011-06-24 Cooling device for a power module, and a related method thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
BR102012015581A2 true BR102012015581A2 (pt) 2013-10-29

Family

ID=46940202

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BR102012015581-8A BR102012015581A2 (pt) 2011-06-24 2012-06-25 Dispositivo de resfriamento, módulo de energia e método

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8982558B2 (pt)
EP (1) EP2538440B1 (pt)
JP (1) JP6050617B2 (pt)
CN (1) CN102869236B (pt)
BR (1) BR102012015581A2 (pt)
CA (1) CA2780658C (pt)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2523215B1 (en) * 2011-05-13 2015-02-18 ABB Oy Liquid cooling element
TWI489741B (zh) * 2013-12-20 2015-06-21 Ind Tech Res Inst 具有散熱功能之馬達驅控器及其散熱方法
US20150195951A1 (en) * 2014-01-06 2015-07-09 Ge Aviation Systems Llc Cooled electronic assembly and cooling device
US10576589B2 (en) * 2014-09-30 2020-03-03 The Boeing Company Cooling system for use with a power electronics assembly and method of manufacturing thereof
US9865522B2 (en) 2014-11-18 2018-01-09 International Business Machines Corporation Composite heat sink structures
US9345169B1 (en) 2014-11-18 2016-05-17 International Business Machines Corporation Liquid-cooled heat sink assemblies
JP6578014B2 (ja) 2014-12-08 2019-09-18 ジョンソン コントロールズ テクノロジー カンパニーＪｏｈｎｓｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｍｐａｎｙ 構造フレーム冷却マニホルド
US9538691B2 (en) * 2015-04-15 2017-01-03 Ford Global Technologies, Llc Power inverter for a vehicle
US10265812B2 (en) 2015-08-12 2019-04-23 International Business Machines Corporation Liquid-cooled, composite heat sink assemblies
US9980415B2 (en) * 2015-08-20 2018-05-22 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Configurable double-sided modular jet impingement assemblies for electronics cooling
CN106785823A (zh) * 2017-03-24 2017-05-31 武汉大学 一种用于高功率光纤激光器的扰流式微通道散热器
CN107101358A (zh) * 2017-06-06 2017-08-29 广东美的暖通设备有限公司 空调器的电控箱及空调器
US10822096B2 (en) * 2018-03-30 2020-11-03 Ge Aviation Systems Llc Avionics cooling module
CN113437031B (zh) * 2021-06-17 2024-06-07 西北工业大学 一种基于液态金属的嵌入式微通道散热装置
US11723173B1 (en) * 2022-03-23 2023-08-08 Rolls-Royce Corporation Stacked cold plate with flow guiding vanes and method of manufacturing
CN115055952B (zh) * 2022-07-06 2024-03-08 珠海格力电器股份有限公司 用于功率器件装配的螺钉自动旋拧装置及旋拧方法

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07114250B2 (ja) * 1990-04-27 1995-12-06 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレイション 熱伝達システム
US5099910A (en) 1991-01-15 1992-03-31 Massachusetts Institute Of Technology Microchannel heat sink with alternating flow directions
US5099311A (en) * 1991-01-17 1992-03-24 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Microchannel heat sink assembly
US5727618A (en) * 1993-08-23 1998-03-17 Sdl Inc Modular microchannel heat exchanger
US5801442A (en) 1996-07-22 1998-09-01 Northrop Grumman Corporation Microchannel cooling of high power semiconductor devices
US7482638B2 (en) * 2003-08-29 2009-01-27 Philips Lumileds Lighting Company, Llc Package for a semiconductor light emitting device
DK176137B1 (da) 2003-10-27 2006-09-25 Danfoss Silicon Power Gmbh Flowfordelingsenhed og köleenhed med bypassflow
US6992382B2 (en) * 2003-12-29 2006-01-31 Intel Corporation Integrated micro channels and manifold/plenum using separate silicon or low-cost polycrystalline silicon
US7212405B2 (en) 2004-05-27 2007-05-01 Intel Corporation Method and apparatus for providing distributed fluid flows in a thermal management arrangement
US7190580B2 (en) 2004-07-01 2007-03-13 International Business Machines Corporation Apparatus and methods for microchannel cooling of semiconductor integrated circuit packages
US7353859B2 (en) * 2004-11-24 2008-04-08 General Electric Company Heat sink with microchannel cooling for power devices
US7836940B2 (en) 2005-06-29 2010-11-23 Microvection, Inc. Microchannel cooling device for small heat sources
KR100677617B1 (ko) * 2005-09-29 2007-02-02 삼성전자주식회사 히트싱크 어셈블리
US7427566B2 (en) * 2005-12-09 2008-09-23 General Electric Company Method of making an electronic device cooling system
US20070131659A1 (en) * 2005-12-09 2007-06-14 Durocher Kevin M Method of making an electronic device cooling system
US20070153474A1 (en) * 2005-12-29 2007-07-05 Jesper Alexander Andersen Cooling system and method of use
US7331378B2 (en) * 2006-01-17 2008-02-19 Delphi Technologies, Inc. Microchannel heat sink
JP5120604B2 (ja) 2007-05-22 2013-01-16 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 半導体モジュール及びインバータ装置
JP5099417B2 (ja) 2007-05-22 2012-12-19 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 半導体モジュール及びインバータ装置
JP5182604B2 (ja) * 2007-05-24 2013-04-17 三菱マテリアル株式会社 パワーモジュール用冷却器
DE602008002507D1 (de) * 2007-08-27 2010-10-28 Abb Research Ltd Wärmetauscher für Komponenten der Leistungselektronik
US20100175857A1 (en) 2009-01-15 2010-07-15 General Electric Company Millichannel heat sink, and stack and apparatus using the same
US7898807B2 (en) 2009-03-09 2011-03-01 General Electric Company Methods for making millichannel substrate, and cooling device and apparatus using the substrate
US20100302734A1 (en) * 2009-05-29 2010-12-02 General Electric Company Heatsink and method of fabricating same
US8902589B2 (en) * 2010-04-21 2014-12-02 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor module and cooler
JP5692368B2 (ja) * 2011-04-26 2015-04-01 富士電機株式会社 半導体モジュール用冷却器及び半導体モジュール

Also Published As

Publication number Publication date
CN102869236A (zh) 2013-01-09
CN102869236B (zh) 2017-03-01
JP2013016794A (ja) 2013-01-24
EP2538440A3 (en) 2017-12-27
EP2538440A2 (en) 2012-12-26
CA2780658A1 (en) 2012-12-24
EP2538440B1 (en) 2020-05-06
CA2780658C (en) 2019-08-06
US8982558B2 (en) 2015-03-17
US20120327603A1 (en) 2012-12-27
JP6050617B2 (ja) 2016-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
BR102012015581A2 (pt) Dispositivo de resfriamento, módulo de energia e método
Jörg et al. Direct single impinging jet cooling of a MOSFET power electronic module
TWI525300B (zh) 功率模組用複合式散熱器組件
US6708501B1 (en) Cooling of electronics by electrically conducting fluids
JP5423625B2 (ja) Ｅｈｄ流体を用いた冷却装置
JP2012044183A (ja) 螺旋状マニホルドを備えた一体型ヒートシンク
US20150022975A1 (en) Method and system for an immersion boiling heat sink
CN110557927A (zh) 散热器以及制造散热器的方法
JP2010278438A (ja) ヒートシンク並びにその製作方法
JP2016540371A (ja) 熱を放散する装置
TW200528014A (en) Variable density graphite foam heat sink
CN110660762A (zh) 热传递结构、电力电子模块及其制造方法以及冷却元件
JP2015015274A (ja) 電力用半導体装置
JP5667739B2 (ja) ヒートシンクアセンブリ、半導体モジュール及び冷却装置付き半導体装置
JP2008278576A (ja) パワー半導体素子の冷却装置
JP2001284513A (ja) パワー半導体装置
US10896865B2 (en) Power electronics modules including an integrated cooling channel extending through an electrically-conductive substrate
JP2011159663A (ja) 半導体装置
JP2008235572A (ja) 電子部品冷却装置
CN211125625U (zh) 液冷散热组件、液冷散热装置及电力电子设备
RU2516227C2 (ru) Теплоотвод и блок для плоских корпусов, обеспечивающий охлаждение и компоновку
JP2020136519A (ja) 半導体装置
JP7238635B2 (ja) 電力変換装置及び冷却システム
WO2021027454A1 (zh) 一种散热装置及基站
TWI831707B (zh) 液冷板組件及伺服器

Legal Events

Date Code Title Description
B03A Publication of an application: publication of a patent application or of a certificate of addition of invention
B06F Objections, documents and/or translations needed after an examination request according art. 34 industrial property law
B06U Preliminary requirement: requests with searches performed by other patent offices: suspension of the patent application procedure
B07A Technical examination (opinion): publication of technical examination (opinion)
B09B Decision: refusal
B09B Decision: refusal

Free format text: MANTIDO O INDEFERIMENTO UMA VEZ QUE NAO FOI APRESENTADO RECURSO DENTRO DO PRAZO LEGAL