CN103796488B - 用于电基板的冷却装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种冷却装置。冷却装置包括第一外部，第一外部包括流体入口和第一外部冷却表面。第一流体转向结构与流体入口流体连通。第二外部包括流体出口和第二外部冷却表面。第二流体转向结构与流体出口流体连通。电基板连接到第一外部冷却表面和第二外部冷却表面中的至少一个。中间部与第一外部和第二外部成面对关系。中间部限定用于在第一腔和第二腔之间传递流体的孔。第一腔被限定在第一外部和中间部之间。第二腔被限定在第二外部和中间部之间。流体从电基板吸收热量。

Description

用于电基板的冷却装置
技术领域
本发明一般地涉及一种用于冷却电基板的装置和方法。
背景技术
为了冷却电基板和安装到其上的电气元件，某些现有技术使用散热器或具有用于热量耗散的散热器的外壳。
发明内容
在一个实施例中，冷却装置包括第一外部，该第一外部包括流体入口和第一外部冷却表面。第一流体转向结构与流体入口流体连通。第二外部包括流体出口和第二外部冷却表面。第二流体转向结构与流体出口流体连通。电基板连接到第一外部冷却表面和第二外部冷却表面中的至少一个。中间部与第一外部和第二外部成面对关系。中间部限定用于在第一腔和第二腔之间传递流体的孔。第一腔被限定在第一外部和中间部之间。第二腔被限定在第二外部和中间部之间。流体能够被输送通过流体入口、第一流体转向结构、第一腔、孔、第二腔、第二流体转向结构和流体出口。流体从电基板吸收热量。
在另一个实施例中，电子装置包括连接到第二外部冷却表面的第二内部电基板。流体从第一外部冷却表面和第二外部冷却表面吸收热量。
通过考虑详细的描述和附图，其它特征和方面将变得明显。
附图说明
图1是根据一个实施例的冷却装置的顶部透视图。
图2是图1中示出的冷却装置的底部透视图。
图3A是图1中示出的冷却装置的局部分解前视图。
图3B是图3A的冷却装置的一部分的放大视图。
图4A是图1中示出的冷却装置的局部分解后视图。
图4B是图4A的冷却装置的一部分的放大视图。
图5是结合图1中示出的冷却装置的示意性的系统的视图。
图6是根据另一个实施例的冷却装置的顶部透视图。
图7是根据又一个实施例的冷却装置的局部分解前视图。
在详细解释任何实施例之前，应理解的是，本公开内容的内容不限于在以下的描述中提出和在如下附图中图示的部件的结构和布置的细节。本公开内容能够具有其它实施例，并且能够被以各种方式实践或进行。本发明的进一步的实施例可以包括一个或多个从属权利要求的特征的任何结合，并且这些特征可以被共同地或单独地结合到任何独立权利要求中。如本文所限定，基板包括电介电层、导电迹线的金属层、以及一个或多个部件、电气装置、电子装置、半导体(例如，功率半导体)、电感器、电容器、集成电路或电阻。
具体实施方式
图1*5示出用于从电子组件或电气装置散热的冷却装置10。参照图1，示出的冷却装置10包括支撑结构15。
参考图2，支撑结构15包括用于连接到导体25的多个端子20。导体25可以终止于适合于电气和机械连接到相应的端子20的端子。代替地，导体25可以被连接到端子27。在一个实施例中，导体25可以包括具有介电套管30或其他突起的绝缘导线或电缆。介电套管30可以定位在导体应变消除结构35内。盖子(未示出)可以定位在端子20和导体25之上以将它们与周围环境密封隔离。导体应变消除结构35有助于减少在其中导体25沿导体25的纵向轴线40被连接到端子20，27的区域中的应变。沿着纵向轴线40的应变被接触介电套管30的导体应变消除结构35阻碍。这有助于确保导体25保持连接到端子20，27。
参考图3和图4A，第一外部45由支撑结构15支撑。多个紧固件47(图2)可被用于将第一外部45固定到支撑结构15。第一外部45包括流体入口50。
第一外部45包括第一流体转向结构55。第一流体转向结构55与流体入口50流体连通，用于接收来自流体入口50的流体。流体可以由如下的一种或更多种组成：水、乙醇、乙二醇、丙二醇、防冻液、水溶液、导热性油基溶液、制冷剂、氟类油、油或其他类型的冷却剂。参照图4A，第一流体转向结构55可以限定第一螺旋形流体路径60。第一流体转向结构55可以包括多个流体转向器65。参照图4B，第一螺旋形流体路径60，如由箭头所示(图4A)，可以部分地或完全地由弯曲壁62限定，并且被构造为使流体以大致弯曲图案或螺旋图案(例如，螺旋、螺旋歪斜、弯曲)转向。流体转向器65(例如，突起、圆柱部件、具有散热片的通道或其他冷却部件)可以沿着第一螺旋形流体路径60定位，以便于热传递。在一个实施例中，每个转向器65可以具有大致圆柱形的形状或大致椭圆形的横截面。在一个替代实施例中，一个或多个弯曲壁或曲径可以以大致螺旋图案引导流体的流动。
参考图3A，第一外部45包括第一外部冷却表面70。第一电基板75(例如，电路板)可以机械地连接到第一外部冷却表面70。在一个实施例中，第一外部冷却表面70可以处于地电势，并且电连接到基板75的接地连接。
参考图4A，第一电基板75可以包括连接到第一外部冷却表面70(图3)的第一内部电基板80。第一内部电基板80可以包括接触(例如，处于地电势的)第一外部冷却表面70的金属层85，以便于热传递。另外地或可替代地，导热性粘合剂90可以涂敷在第一内部电基板80和第一外部冷却表面70之间，以便于热传递以及粘合第一内部电基板80和第一外部冷却表面70。
第一间隔装置95可以应用于第一内部电基板80和第一外部冷却表面70之间，以便于散热到周围环境。第一间隔装置95可以包括金属或其它导热材料，以便于热传递。
第一外部电基板100可以连接到第一间隔装置95。参照图3A，电气元件105(例如，功率半导体)可以被连接到第一外部电基板100和第一内部电基板80(图4A)。
第二外部110由支撑结构体15支撑。多个紧固件47(图2)可以被用于将第二外部110固定到支撑结构15。第二外部110包括流体出口115。
第二外部110包括第二流体转向结构120。第二流体转向结构120与流体出口115流体连通，用于传递流体至流体出口115。第二流体转向结构120可以限定第二螺旋形流体路径125。第二流体转向结构120可以包括多个流体转向器127。参照图3B，第二螺旋形流体路径125，如由箭头所示(图3A)，可以由弯曲壁129部分地或完全地限定，并且被构造为使流体以大致弯曲图案或螺旋形图案(例如，螺旋、螺旋歪斜、弯曲)转向。流体转向器127(例如，突起、圆柱部件、具有散热片的通道或其他冷却部件)可以沿着第二螺旋形流体路径125定位以便于热传递。在一个实施例中，每个转向器127可以具有大致圆柱形形状或大致椭圆形横截面。在可替换实施例中，一个或多个弯曲壁或曲径可以引导流体以大致螺旋图案流动。
参考图4A，第二外部110包括第二外部冷却表面130。第二电基板135(例如，电路板)可以被连接到第二外部冷却表面130。
参考图3A，第二电基板135可以包括连接到第二外部冷却表面130的第二内部电基板140(图4A)。第二内部电基板140可以包括接触(例如，处于地电势的)第二外部冷却表面130的金属层145，以便于散热到周围环境。另外地或可替代地，热导电性粘合剂90可以被涂敷在第二内部电基板140和第二外部冷却表面130之间，以便于热传递以及粘合第二内部电基板140和第二外部冷却表面130。
第二间隔装置150可以应用在第二内部电基板140和第二外部冷却表面130之间，以便于散热到周围环境中。第二间隔装置150可以包括金属或其他导热材料，以便于热传递。
第二外部电基板155可以被连接到第二间隔装置150。参照图4A，电气元件105(例如，功率半导体)可以被连接到第二外部电基板155和第二内部电基板140(图3A)。
中间部160与第一外部45和第二外部110成面对的关系。第一外部45、中间部160和第二外部110可以使用多个紧固件或通过其它技术固定在一起。中间部160可以包括大致平面垫圈165(例如，弹性的、可变形的金属、合成聚合物、橡胶或弹性体)。
第一腔170被限定在第一外部45和中间部160之间。参照图3A，第二腔175被限定在第二外部110和中间部160之间。
中间部160限定有孔180，孔180用于在第一腔170(图4A)和第二腔175之间传递流体。可选地，可以限定多个孔180。孔180可以是被对中地设置。
参考图1-4，第一连接器185连接到流体入口50，以提供流体到冷却装置10。第二连接器190连接到流体出口115，以从冷却装置10接收流体。在一个实施例中，第一和第二连接器185，190通过第一和第二连接器185，190与流体入口和出口50，115的压合接头或配合螺纹固定到流体入口50或流体出口115。
参考图5，在热的流体进入冷却装置10的第二连接器190(图1)之后，热的流体由散热器195或其他的装置接收，用于从流体中除去热量。然后通过泵200接收被冷却流体，泵200返回被冷却流体到冷却装置10的第一连接器185(图1)，从而被冷却流体可以从它的通过第一腔170(图4A)和第二腔175(图3A)的路径吸收和传递热量。
在操作中，能够在第一和第二螺旋形流体路径60，125中输送流体通过流体入口50、第一流体转向结构55、第一腔170、孔180、第二腔175、第二流体转向结构120、流体出口115。流体支持从第一和第二电基板75，135散发热量，其中流体在通过第一腔170和第二腔175的循环期间吸收热量。
在另一个实施例中，提供一种用于冷却第一和第二电基板75，135的方法，包括引导流体流通过第一外部45的流体入口50。流体流通过第一外部45的第一流体转向结构55被转向，以从连接到第一外部45的第一外部冷却表面70的第一内部电基板80散发热量。流体流被引导通过限定在第一外部45和中间部160之间的第一腔170。流体流通过由中间部160限定的孔180被从第一腔170传递到限定在第二外部110和中间部160之间的第二腔175。流体流通过第二外部110的第二流体转向结构120被转向，以从连接到第二外部110的第二外部冷却表面130的第二内部电基板140散发热量。流体流被引导通过第二外侧部分110的流体出口115。
图6示出根据又一个实施例的冷却装置210。冷却装置210包括类似于图1*5的冷却装置10的特征并且因此，相同的部件被赋予相同附图标记加上200，并且将在下面仅详细地讨论冷却装置10和210之间的区别。
第一外部245包括流体入口250。流体入口250定位在冷却装置210的第一侧212。
第二外部310包括流体出口315。流体出口315被定位在冷却装置210的与第一侧212相反的第二侧214。与流体入口250相反地定位流体出口315减少了进入冷却装置210的被冷却流体的预加热，以增加散热效率。在此公开的冷却装置非常适合散发由安装在电子组件(例如，逆变器、电动机或电子控制器)的一个或多个基板上的元件或电装置产生的热量。进一步，具有或不具有内部突起或散热片的双螺旋形路径支持或便于经由流体有效地散发由基板的部件或电气装置产生的热量。
图7示出根据又一个实施例的冷却装置410。冷却装置410包括类似于图1-5的冷却装置10的特征。因此，相同的部件被赋予相同附图标记加上400，并且在下面仅详细讨论冷却装置10和410之间的区别。
第一外部445包括第一流体转向结构455。第二外部510包括第二流体转向结构520。第一和第二流体转向结构体455，520可以分别地限定第一和第二螺旋形流体路径460，525。第一和第二流体转向结构455，520可以分别地包括多个流体转向器465，527。所述多个流体转向器465，527可以包括微通道528。
在接下来的权利要求中提出各个特征。

Claims (20)

1.一种冷却装置，包括：
第一外部，包括流体入口、第一外部冷却表面、和与流体入口流体连通的第一流体转向结构；
第二外部，包括流体出口、第二外部冷却表面、和与流体出口流体连通的第二流体转向结构；
电基板，连接至第一外部冷却表面和第二外部冷却表面中的至少一个；和
中间部，与第一外部和第二外部成面对关系，中间部限定用于在第一腔和第二腔之间传递流体的孔，第一腔被限定在第一外部和中间部之间，第二腔被限定在第二外部和中间部之间；
其中流体能够被输送通过流体入口、第一流体转向结构、第一腔、孔、第二腔、第二流体转向结构和流体出口，以从电基板散发热量。
2.根据权利要求1所述的冷却装置，其中中间部包括平面垫圈，其中所述孔被对中地设置。
3.根据权利要求1所述的冷却装置，其中第一流体转向结构限定被构造成以螺旋图案将流体转向到所述孔的第一螺旋形流体路径，并且第二流体转向结构限定被构造成以螺旋图案将流体转向到流体出口的第二螺旋形流体路径。
4.根据权利要求3所述的冷却装置，其中第一螺旋形流体路径部分地或完全地由弯曲壁限定，并且第二螺旋形流体路径部分地或完全地由弯曲壁限定。
5.根据权利要求1所述的冷却装置，其中电基板包括连接到第一外部冷却表面的第一内部电基板。
6.根据权利要求5所述的冷却装置，进一步包括连接到第一内部电基板的第一间隔装置和连接到第一间隔装置的第一外部电基板。
7.根据权利要求1所述的冷却装置，其中电基板包括连接到第二外部冷却表面的第二内部电基板。
8.根据权利要求7所述的冷却装置，还包括连接到第二内部电基板的第二间隔装置和连接到第二间隔装置的第二外部电基板。
9.根据权利要求1所述的冷却装置，进一步包括支撑结构，该支撑结构被构造以支撑第一外部和第二外部。
10.根据权利要求9所述的冷却装置，其中支撑结构包括端子并且限定导体应变消除结构，所述端子被构造以接收与电基板电连通的导体，导体应变消除结构被构造以减少在导体上的应变。
11.根据权利要求1所述的冷却装置，其中第一流体转向结构和第二流体转向结构包括被构造以便于采用流体进行热传递的流动转向器。
12.一种电子装置，包括：
第一外部，包括流体入口、第一外部冷却表面、和与流体入口流体连通的第一流体转向结构；
第一内部电基板，连接到第一外部冷却表面；
第二外部，包括流体出口、第二外部冷却表面、和与流体出口流体连通的第二流体转向结构；
第二内部电基板，连接到第二外部冷却表面；和
中间部，与第一外部和第二外部成面对关系，中间部限定用于在第一腔和第二腔之间传递流体的孔，第一腔被限定在第一外部和中间部之间，第二腔被限定在第二外部和中间部之间；
其中流体能够被输送通过流体入口、第一流体转向结构、第一腔、孔、第二腔、第二流体转向结构和流体出口，以从第一外部冷却表面和第二外部冷却表面散发热量。
13.根据权利要求12所述的电子装置，其中第一内部电基板和第二内部电基板中的每一个包括金属层，该金属层分别地接触第一外部冷却表面和第二外部冷却表面，以便于热传递。
14.根据权利要求12所述的电子装置，还包括热传导粘合剂，该热传导粘合剂被涂敷在第一内部电基板和第一外部冷却表面之间以及第二内部电基板和第二外部冷却表面之间，以便于热传递以及将第一内部电基板和第二内部电基板粘合到相应的第一外部冷却表面和第二外部冷却表面。
15.根据权利要求12所述的电子装置，还包括被应用在第一内部电基板和第一外部冷却表面之间以及第二内部电基板和第二外部冷却表面之间的间隔装置，以便于热传递。
16.根据权利要求15所述的电子装置，其中间隔装置包括金属。
17.根据权利要求12所述的电子装置，其中所述中间部包括平面垫圈。
18.根据权利要求12所述的电子装置，其中第一流体转向结构限定被构造成以螺旋图案将流体转向到所述孔的第一螺旋形流体路径，并且第二流体转向结构限定被构造成以螺旋图案将流体转向到流体出口的第二螺旋形流体路径。
19.根据权利要求12所述的电子装置，进一步包括支撑结构，该支撑结构被构造以支撑第一外部和第二外部。
20.一种用于冷却电基板的方法，所述方法包括下述步骤：
引导流体流通过第一外部的流体入口；
通过第一外部的第一流体转向结构使流体流转向，以散热来自连接到第一外部的第一外部冷却表面的第一内部电基板的热量；
引导流体流通过被限定在第一外部和中间部之间的第一腔；
通过由中间部限定的孔将来自第一腔的流体流传递到被限定在第二外部和中间部之间的第二腔；
通过第二外部的第二流体转向结构使流体流转向，以散发来自连接到第二外部的第二外部冷却表面的第二内部电基板的热量；以及
引导流体流通过第二外部的流体出口。
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