CN102017825A - 用于多个功率模块的冷却装置 - Google Patents

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Abstract

用于多个功率模块(16)的冷却装置，具有导热的被冷却介质流通的本体(15)，其中该冷却装置外侧在被冷却介质流通的本体的第一壳体罩上具有冷却肋片(14)，用于相邻地容纳多个功率模块，其中每个单个的冷却肋片设置成在所述多个功率模块的其中一个的至少上侧面或者下侧面上产生固定的导热接触，并且其中该壳体罩在内侧在相应的冷却肋片的区域中具有用于与冷却介质的位于被冷却介质流通的本体的内部的体积形成流体连接的机构。

Description

用于多个功率模块的冷却装置
技术领域
本发明涉及一种按照独立权利要求前序部分的用于多个功率模块的冷却装置。
背景技术
对于例如由DE 10358641A1已知的冷却装置，该冷却装置的造型非常昂贵，因此成本紧张并且单个模块的装配复杂。此外这里出现此问题，即冷却效果不能稳定地达到在所有模块上均匀。
一种替代方案，即直接冷却，具有此缺点，即充满水的区域需要在电子元件的附近的密封，并且由于具有长的电子元件使用时间和高的损害的使用条件可能意味着它的失效，可能泄露的危险迄今在现有技术中导致，通常放弃开放的水冷却器。传统的具有冷却板的方法只允许模块平面布置，并且由此需要比堆叠的结构大非常多的基础面积。此外这里模块装配也是昂贵的。
US 6,542,365B2已经描述了一种具有弹性区段的冷却蛇管，其中半导体装置固定在冷却蛇管的中间和端部区段之间。这种复杂的结构具有提高的泄露风险，因为冷却介质通道多次弯曲并且受到机械影响。这种布置此外由于它的复杂性只能以高的费用生产。
最后还要引用申请人的EP 1815514B1，它已经涉及流量分配模块，其中功率模块的基板布置在壳体的空腔中。特殊的入口分配器和出口分配器形成流量连接。由于相同的模块几何形状，它们具有相同的流动阻力，从而在一定的距离下，也就是说在多个模块的情况下，它可能由于在相应的入口中的不等高的分压力产生不同的流量。
发明内容
因此本发明提出此任务，即提供一种冷却装置，它可以以节约空间且可简单装配的方式实现多个功率模块的堆叠的结构，并且在此同时以可靠的方式无泄漏危险地实现在所有模块上相同的冷却功率。
根据本发明它通过独立权利要求的特征解决。从属权利要求描述本发明有利的实施方案。
特别是由此，即冷却装置在一侧设置用于相邻地容纳多个功率模块的冷却肋片，其中每个单个的冷却肋片设置成在多个功率模块的其中一个的至少上侧面或下侧面上产生固定的导热接触，并可以获得非常节约空间的布置，如果中间的冷却肋片设置成顶压在相邻的功率模块的上侧面和下侧面上，这可以特别好地控制。在此要考虑，端部肋片当然分别只冷却一个功率模块，并且该功率模块也可以这样布置，即上侧面朝向上侧面对齐或者下侧面朝向下侧面对齐，只要人们总体上看能够对功率电子装置产生上侧面和下侧面的明确定义。
压紧力可以借助于楔块施加在功率电子装置模块上，从而产生此必要性，即无论如何端部肋片必须机械地特别支撑，如它例如可以通过支撑肋片实现，它不直接与功率电子装置模块接触，但是保护其防止垂直于端部肋片向外弯曲。
通过模块的简单的堆叠布置此外可以，实现简单的电感少的总线。并且模块(以及楔块)总体机械地防止相对打滑。
此外得出此优点，即水冷却装置的密封可以实现在远离模块的侧面上空间远地与电子元件隔开，从而可以设置多个密封层。尽管如此还产生具有简单的装配的紧凑的节约空间的结构，因为所有模块接口都很好可见。
通过平行的布置得出优化的冷却介质分配，它还可以进一步通过在冷却装置的承载肋片的板条区域中的塑料插件优化。因为冷却介质以相同的温度进入每个冷却腔，相对在现有技术中的布置产生均匀的冷却，在现有技术中冷却介质流过多个串联连接的冷却装置。
堆叠模块的相邻的布置在这种情况下意味着，其互相平行地成列地以平侧面互相朝向如堆叠一样对齐。在这种情况下肋片有利地具有如功率模块大约相同的尺寸，其中不过它由于对其优选设置的用于形成通道的壁体的插入件而设计得比功率模块厚。在功率模块的尺寸上的超出大约会使装配困难，不过另一方面有时机械地以有利的方式保护连接。
通过楔块(它又有利地与在功率模块中的相应的导轨对应地构造，它通过经过所有冷却肋片上的可利用螺栓固定的封闭板来固定)可以实现功率模块在冷却装置中的导热的固定的接触。楔块的材料在此可以如模块的材料匹配冷却装置的膨胀，特别是承载肋片的基础板条的膨胀。
单个的肋片可以设计成可取下的，例如通过螺栓固定或者它可以是储水罐的盖体的集成的组成部分，其中在另一种优选的实施方式中，它可以设计成内部空心的，以容纳构成水通道的板片。不过它也可以容纳热管或者由特别导热的材料制成。
模块在三维冷却体上的连接借助于压紧在TIM(热界面材料)层上实现是优选的，不过同样也可以设置借助于粘结、钎焊或者加压烧结的连接。对此又存在合适的连接材料和涂层，它由钎焊或者加压烧结技术已知，也就是说，具有Ni涂层或者加压烧结的表面的AlSiC冷却体。这种材料融合连接相对前面描述的TIM层实施方案产生特别有利的热传导，并且特别适用于模块冷却功率要求特别高的应用情况。
附图说明
本发明其它的优点和特征由下面的优选实施例说明给出。图中示出：
图1示出了在组装状态下的根据本发明的结构，
图2示出了在图1中不能看出的设置在内部的特征，即从下方插入单个冷却肋片中的板片，
图3示出了可以用于冷却介质输入和输出的底部件，
图4、5和6从侧面、端面和上方示出了根据本发明的结构，其中可以很好地看出固定楔块的板条，
图7示意示出了功率模块的装配，其中最后的冷却元件被设在最后的和端部肋片之间保留的空间之间，并且紧接着楔块从上方插入，并且拧上用于固定的板条。从下方还要在冷却肋片中设有构成通道的板片。
图8是在图7中不可看出的背侧的示意图，它示出了结构化的进入肋片空腔中的插入件。
具体实施方式
在图1中可看出的围绕冷却装置10的外部框架12用于布置其它的部件。
该装置以及特别是单个的冷却肋片14(它们平行并相邻于每个功率模块16布置)大约和功率模块同样高，以紧密接触所有其中能产生热量的区域。
例如在图中，六个功率模块16被七个冷却肋片14包围，并且分别外侧的冷却肋片14还分别具有两个支撑棱18。建议用铝作为冷却体的材料，其它的材料也可以考虑。
未在图1中看出的是在图2中示出的特征，即在单个的冷却肋片中从下方插入的用于构成冷却介质通道的板片20以及布置在肋片上方的具有用于固定楔块的螺栓连接的覆盖板条22。
冷却装置具有很好识别的外侧在冷却介质流通的本体15的第一壳体罩24上的多个冷却肋片14，用于容纳多个功率模块16(优选在每两个冷却肋片14之间设置一个)，其中每个单个的冷却肋片14设置用于，在所述多个功率模块16的其中一个的至少上侧面或下侧面上形成固定的导热接触，并且壳体罩在内侧面上在相应的冷却肋片14的区域中具有机构，用于与冷却介质的位于被冷却介质流通的本体的内部的体积形成流体连接。
在图3中最后示例显示了底部件，即第二壳体罩31，它用于冷却介质输入和输出。通过伸入内部空间的板条32，在背侧设置在侧面上的入口/出口34与盖体的中间区域30流体连接，而它与边缘区域38隔开。与在壳体罩31的另外的窄侧面上的出口/入口36连接的边缘区域38在两个长侧面上几乎延伸到端部。在边缘区域38和中间区域30之间的流体连接只可以通过内部空心的冷却肋片14实现，它搭接所述两个区域。通过在冷却肋片14内部的结构20，在冷却介质重新离开冷却肋片之前，冷却介质附加地还传输到冷却肋片14的所有区域中。
图4从侧面示出了根据本发明的结构，其中可以很好地看出固定楔块40的板条22。
在图5中示意示出了装配，其中最后的冷却元件设在最后的和端部肋片之间保留的空间之间，紧接着楔块40从上面插入并且拧上板条22以固定。在板条22的下方可以看出弹性元件50，它分别弹性地压紧楔块40，从而它保证功率模块与冷却肋片的热接触。从下面还如在图2中所示在冷却肋片中设有构成通道的板片20(图8)。
设置在功率模块旁边的用于夹紧固定封装的功率模块的楔块通过例如在生产过程中弯拱的扁平区段以弹性作用产生弹性的持续压力。除了粘结和/或夹紧还可以通过钎焊、熔焊或者加压烧结或者类似的技术固定模块。弹性的区段也可利用其中一种技术直接设在冷却肋片上。
由此用于多个功率模块的冷却装置在它的最简单的设计方案中具有导热的被冷却介质流通的本体，其中该冷却装置在一侧具有相应的冷却肋片，用于相邻地容纳所述多个功率模块，其中每个单个的冷却肋片设置成在其中一个功率模块的至少上侧面或下侧面上产生固定的导热接触。这就是说，优选中间的冷却肋片设置用于，除了与所述多个功率模块中的其中一个的上侧面或者下侧面以外，同样与所述多个功率模块中的相邻的另外的功率模块的上侧面或者下侧面产生固定的导热接触。
在此在一种优选的实施方案中，功率模块互相平行地取向，堆叠形地布置，从而功率模块的电接头侧面在冷却肋片之间伸出。
冷却肋片以高度和宽度在冷却介质流通的基础壳体上的几何形状的对称性优选对应功率模块的相应的尺寸。
在此单个的冷却肋片可以可取下地固定在冷却装置上，并且设有用于冷却介质通道17的单独的冷却介质入口和出口。
此外冷却肋片14可以是内部空心的，用于容纳插入板片，所述插入板片设有形成流体通道的结构(Relief)，特别是用于强制导引冷却介质通过肋片。
一列相邻冷却肋片的相应的最后的冷却肋片可以设置横向加强肋片，用于承受功率模块在冷却肋片之间的夹紧力。在此可以考虑，设置多列冷却肋片。最后建议，在每两个冷却肋片之间，在功率模块旁边，在装配时利用楔块来夹紧固定封装的功率模块。它可以由塑料，或者也可以由导热良好的材料制成。

Claims (11)

1.用于冷却多个电功率模块(16)的冷却器，其具有导热的本体(15)，该本体具有可被冷却介质流通的通道(17)，其特征在于，
所述本体(15)在一侧具有肋片形的冷却元件(14)，
其中每个肋片形的冷却元件(14)能与所述多个要被冷却的电功率模块(16)的其中一个的至少上侧面或者下侧面导热连接，并且
所述本体(15)在另一侧上具有能与可流过通道(17)的内部的冷却介质连接的机构。
2.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，中间的冷却肋片(14)设置成不仅与所述多个功率模块(16)的其中一个的上侧面或者下侧面产生固定的导热接触，还与所述多个功率模块中的另外的功率模块的上侧面或者下侧面产生固定的导热接触。
3.根据权利要求1或2所述的冷却装置，其特征在于，所述功率模块互相平行地取向，堆叠形地布置，从而功率模块的电接头在侧面在冷却肋片(14)之间伸出。
4.根据前述权利要求中任一项所述的冷却装置，其特征在于，所述单个的冷却肋片(14)可取下地固定在冷却装置上，并且设有单独的冷却介质入口和出口。
5.根据前述权利要求中任一项所述的冷却装置，其特征在于，所述冷却肋片(14)在被冷却介质流过的基础壳体上具有对应功率模块的相应尺寸的高度和宽度。
6.根据前述权利要求中任一项所述的冷却装置，其特征在于，冷却肋片(14)内部是空心的，用于容纳设有形成流体通道的结构的插入板片，用于强制导引冷却介质通过肋片。
7.根据前述权利要求中任一项所述的冷却装置，其特征在于，一列相邻冷却肋片的相应最后的冷却肋片设有横向加强肋片，以承受功率模块在肋片之间的夹紧力。
8.根据前述权利要求中任一项所述的冷却装置，其特征在于，在每两个冷却肋片之间在功率模块旁边设有楔块，用于利用弹性作用来夹紧固定封装的功率模块，以产生弹性的持续压力。
9.根据前述权利要求中任一项所述的冷却装置，其特征在于，所述在每两个冷却肋片(14)之间在功率模块旁边设置的楔块设有共用的板条，用于夹紧固定封装的功率模块，所述板条具有至少一个板簧或者簧片，用于在至少各一个楔块上在插入方向上产生弹性作用，以产生弹性的持续压力。
10.根据权利要求8或9所述的冷却装置，其特征在于，所述在每两个冷却肋片(14)之间在功率模块旁边设置的楔块由导热良好的材料制成。
11.根据前述权利要求中任一项所述的冷却装置，其特征在于，利用承载肋片的壳体罩构成冷却装置的本体的第二罩壳形的盖体，为了在所有冷却肋片上以相同的进入温度平行分配冷却介质，具有中央的中心布置在壳体盖体上的通过棱边预先确定的第一流动区域以及边缘侧的同样包括所有冷却肋片的第二流动区域，其中通过位于肋片中的第三流动区域使冷却介质流通所有肋片，其中对所有冷却肋片存在流通的冷却介质的相同温度。
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