CN204792759U - 用于冷却半导体模块的冷却装置和电设备 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种用于冷却半导体模块(10)的冷却装置，所述半导体模块具有带有上面(111)、下面(112)和四个侧面(113)的底板(11)和至少一个半导体，所述半导体安装到底板的上面上并且与底板热连接，所述冷却装置具有至少一个冷却元件(20)，所述冷却元件具有第一配合面(21)和第二配合面(22)，所述第一配合面设置成支撑到半导体模块(10)的底板(11)的下面(112)上，所述第二配合面设置成支撑到半导体模块(10)的底板(11)的侧面(113)上。此外，本实用新型涉及一种电设备。

Description

用于冷却半导体模块的冷却装置和电设备
技术领域
本实用新型涉及一种用于冷却半导体模块的冷却装置和一种电设备。
背景技术
半导体能够作为半导体模块封装，所述半导体模块具有一个或多个半导体。半导体例如能够是二极管、晶闸管或晶体管，并且半导体模块能够具有一种或多种类型的半导体。因此，半导体模块例如能够是二极管模块、晶闸管模块、二极管/二极管模块、晶闸管/晶闸管模块或二极管/晶闸管模块。半导体模块能够具有底板，将一个或多个包含在模块中的半导体安装到所述底板上。典型地，将一个或多个包含在半导体模块中的半导体安装到底板的面上，使得模块中的一个或多个半导体与底板热连接。半导体模块也能够具有围绕模块的一个或多个半导体的封装件。可能的封装件是电绝缘的，使得仅可见半导体的连接端子。作为这种半导体模块的示例能够提及半导体模块。
图1示出半导体模块10的示例，所述半导体模块在壳体12之内具有一个或多个半导体，所述半导体安装到半导体模块的底板11的上面111上。在该图中，所述一个或多个半导体的仅连接端子14从壳体12中伸出。如果半导体模块10中的一个或多个半导体安装到半导体模块的底板上，使得模块的一个或多个半导体与半导体模块的底板11热连接，那么半导体的冷却能够设置成，使得半导体模块的底板被冷却。底板11能够由金属、如铜或铝或其他的导热材料构成。半导体模块的底板11的冷却又能够实施成，使得半导体模块10固定在冷却元件20上，使得半导体模块的底板的下面112、即与上面安装有半导体模块中的一个或多个半导体的面相对置的面贴靠冷却元件并且与其热连接。在此，在半导体模块10的一个或多个半导体中产生的热量能够从半导体模块的底板11继续通过底板的下面112引导到冷却元件20中，如在图1中借助于箭头示出的那样。
潜在的与上述冷却解决方案关联的问题是：传递热量的半导体模块的底板11的下面112的面积对于提供有效的冷却而言能够是过小的。
实用新型内容
本实用新型基于如下目的：发展一种设备，使得能够解决上述问题或至少减轻上述问题。本实用新型的目的通过一种用于冷却半导体模块的冷却装置和一种电设备来实现。本实用新型的优选的实施方式是下面的描述的主题。
本实用新型基于：冷却装置具有至少一个冷却元件，所述冷却元件具有至少一个配合面，所述配合面设置成支撑到半导体模块的底板的侧面上，以便通过半导体模块的底板的侧面在冷却元件中从底板吸收热量。
根据本实用新型的解决方案具有如下优点：如果热量能够不仅通过半导体模块的底板的下面、而且也通过半导体模块的底板的一个或多个侧面传递，在能够经由更大的总面积将热量从半导体模块的底板传递至冷却装置的一个或多个冷却元件时，半导体模块的冷却能够更有效地进行。
附图说明
现在，结合优选的实施方式参考所附的附图更加详细地阐述本实用新型，其中
图1示出根据一个实施方式的冷却装置的示例；
图2A至2C示出根据一个实施方式的冷却装置的示例；
图3示出根据一个实施方式的冷却装置的示例；
图4A至4C示出根据一个实施方式的冷却装置的示例；
图5示出根据一个实施方式的冷却装置的示例；和
图6示出根据一个实施方式的冷却装置的示例。
具体实施方式
本实用新型的应用不限制于特定的设备或系统，而是本实用新型能够结合不同的电设备和系统应用。此外，本实用新型的应用不限制于特定的使用基本频率的系统或特定的电平。
根据一个实施方式，用于冷却半导体模块的冷却装置具有至少一个冷却元件，其中所述半导体模块具有带有上面、下面和四个侧面的底板和至少一个半导体，所述半导体安装到底板的上面上并且与底板热连接，其中所述冷却元件具有第一配合面，所述第一配合面设置成支撑到半导体模块的底板的下面上，以便通过底板的下面在冷却元件中从底板吸收热量，在此，所述至少一个冷却元件具有至少一个第二配合面，所述第二配合面设置成支撑到半导体模块的底板的侧面上，以便通过底板的侧面在冷却元件中从底板吸收热量。此外，根据一个实施方式，所述至少一个冷却元件的所述至少一个第二配合面基本上垂直于所述至少一个第一配合面。
图2A至2C示出根据一个实施方式的用于冷却半导体模块10的冷却装置的示例，其中图2A是该示例的分解图，图2B是立体图并且图2C是平面图。半导体模块10的在图2A至2C中示出的示例包括带有上面111、下面112和四个侧面113的底板11和至少一个半导体，所述半导体安装到底板11的上面111上并且与底板热连接。底板11能够由金属、如铜、铝或者铜或铝合金或者由其他的导热材料构成。所述至少一个半导体在该示例中安置在壳体12中，使得所述至少一个半导体的连接端子14从壳体伸出。所述至少一个半导体例如能够是二极管、晶闸管或晶体管。冷却装置的在图2A至2C中示出的示例具有冷却元件20，所述冷却元件具有第一配合面21，所述第一配合面设置成支撑到半导体模块10的底板11的下面112上，以便通过底板的下面在冷却元件中从底板吸收热量。所述冷却元件20还具有第二配合面22，所述第二配合面设置成支撑到半导体模块10的底板11的侧面113上，以便通过底板的侧面在冷却元件中从底板吸收热量。优选地，所述至少一个第二配合面22基本上垂直于所述至少一个第一配合面21，如在根据图2A至2C的示例中示出的那样。根据一个实施方式，冷却装置具有至少一个所述冷却元件20和固定机构30，所述固定机构设置成，将安放到冷却元件上的半导体模块10压紧到冷却元件的至少一个第二配合面上。因此，在根据图2A至2C的示例中示出，能够如何通过适当的固定机构、例如螺丝或夹具将半导体模块10固定在冷却元件20上。在根据图2A至2C的示例中，半导体模块10首先借助第一螺丝13固定在冷却元件20上，使得将半导体模块10的底板11的下面112压紧到冷却元件20的第一配合面21上。此外，能够借助第二螺丝30将半导体模块沿侧向方向拧紧，使得将半导体模块10的底板11的侧面113压紧到冷却元件20的第二配合面22上。以该方式，能够不仅通过半导体模块10的底板11的下面112、而且也通过半导体模块的底板的侧面113确保到冷却元件20中的良好的热传递。在需要时，在半导体模块10和冷却元件之间的、即在面112和21以及113和22之间的连接部位处能够存在由促进热传递的材料、如冷却膏等构成的层。
图3示出根据一个实施方式的用于冷却半导体模块10的冷却装置的示例。图3的示例在其他方面对应于图2A至2C的示例，但是在图3的示例中，冷却装置除了冷却元件20之外还具有补充的第二冷却元件23，所述第二冷却元件安置到半导体模块10的另一侧上，使得当将第二螺丝30拧紧到补充的冷却元件23上时，半导体模块的底板11的另外的侧面113压紧到补充的冷却元件23上。因此，能够将热量通过半导体模块10的底板11的一个侧面113传递到冷却元件20中并且通过半导体模块10的底板11的另一个侧面113传递到补充的冷却元件23中。
根据一个实施方式，冷却装置具有至少两个所述冷却元件和固定机构，所述固定机构设置成，将冷却元件相互压紧，使得将在两个冷却元件之间安置的半导体模块压紧在冷却元件的两个第二配合面之间。图4A至4C示出根据一个实施方式的用于冷却半导体模块10的冷却装置的示例，其中图4A是该示例的分解图，图4B是立体图并且图4C是平面图。冷却装置的在图4A至4C中示出的示例具有两个冷却元件20，这两个冷却元件都具有第一配合面21，所述第一配合面设置成支撑到半导体模块10的底板11的下面112上，以便通过底板的下面在冷却元件中从底板吸收热量。每个所述冷却元件20还具有第二配合面22，所述第二配合面设置成支撑到半导体模块10的底板11的侧面113上，以便通过底板的侧面在冷却元件中从底板吸收热量。半导体模块10能够通过适当的固定机构、如螺丝或夹具固定在冷却元件20上。在根据图4A至4C的示例中，半导体模块10能够首先借助第一螺丝13固定在冷却元件20上，使得将半导体模块10的底板11的下面112压紧到冷却元件20的第一配合面21上。此外，能够借助第二螺丝31将冷却元件20沿侧向方向彼此拧紧，使得半导体模块10的底板11的两个侧面113压紧到冷却元件20的第二配合面22上。换而言之，将在两个冷却元件20之间安置的半导体模块10压紧在冷却元件20的两个第二配合面22之间。以该方式，不仅通过半导体模块10的底板11的下面112、而且也通过半导体模块的底板的两个侧面113确保到冷却元件20中的良好的热传递。在需要时，在半导体模块10和冷却元件之间的、即在面112和21以及113和22之间的连接部位处能够存在由促进热传递的材料、如冷却膏等构成的层。
图5示出根据一个实施方式的冷却装置的示例。在根据图5的示例中，冷却装置具有四个冷却元件20，所述冷却元件能够借助螺丝31或类似的固定机构沿侧向方向彼此拧紧，使得分别安置在两个冷却元件20之间的半导体模块10的底板11压紧在冷却元件20的第二配合面之间。因此，能够通过四个冷却元件20冷却三个半导体模块10。
根据一个实施方式，根据不同实施方式的冷却系统的所述至少一个冷却元件20具有至少一个基本上平坦的外面，所述外面设置成固定到设备壳体的壁上，以便将热量从冷却元件经由所述外面引导到设备壳体中。图6示出冷却装置的示例，所述冷却装置具有两个冷却元件，所述冷却元件具有基本上平坦的下部的外面，所述外面能够固定到设备壳体的壁40上，其中能够将热量从冷却元件20继续引导到设备壳体的壁40中。
根据不同实施方式的冷却系统的至少一个冷却元件20能够是气冷的冷却元件或液冷的冷却元件。在图2A至2C、3、4A至4C和6中示出的冷却装置具有设有冷却肋的气冷的冷却元件，并且在图5中示出的冷却装置具有液冷的冷却元件，所述液冷的冷却元件具有通道24，所述通道能够实现冷却液体的循环。一个或多个冷却元件20的材料能够是金属、如铝或铝合金，或者是其他导热材料。
根据一个实施方式，电设备包括：至少一个半导体模块，所述半导体模块具有带有上面、下面和四个侧面的底板和至少一个半导体，所述半导体安装到底板的上面上并且与底板热连接；和根据在上文中描述的实施方式中的一个实施方式的冷却装置。根据一个实施方式，电设备的冷却装置为每个半导体模块具有至少一个冷却元件。此外，根据一个实施方式，在电设备中，每个所述至少一个半导体模块固定在至少一个冷却元件上，使得半导体模块的底板的下面对准到冷却元件的第一配合面上，并且半导体模块的底板的至少一个侧面对准到冷却元件的至少一个第二配合面上，其中能够将热量通过底板的所述至少一个侧面和下面从半导体模块的底板传递到冷却元件中。
对于本领域技术人员显而易见的是：如果改进技术，那么本实用新型的基本构思能够以多种不同的方式实现。本实用新型和其实施方式因此不限制于上述示例，而是能够在本实用新型的范围中变化。

Claims (10)

1.一种用于冷却半导体模块(10)的冷却装置，所述半导体模块具有带有上面(111)、下面(112)和四个侧面(113)的底板(11)和至少一个半导体，所述半导体安装到所述底板的所述上面上并且与所述底板热连接，所述冷却装置具有：
至少一个冷却元件(20)，所述冷却元件具有第一配合面(21)，所述第一配合面设置成支撑到所述半导体模块(10)的所述底板(11)的所述下面(112)上，以便通过所述底板的所述下面在所述冷却元件中从所述底板吸收热量，
其特征在于，
所述至少一个冷却元件(20)具有至少一个第二配合面(22)，所述第二配合面设置成支撑到所述半导体模块(10)的所述底板(11)的侧面(113)上，以便通过所述底板的所述侧面在所述冷却元件中从所述底板吸收热量。
2.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，所述至少一个冷却元件(20)的所述至少一个第二配合面(22)基本上垂直于所述至少一个第一配合面(21)。
3.根据权利要求1或2所述的冷却装置，其特征在于，所述冷却装置具有至少一个所述冷却元件(20)和固定机构(30)，所述固定机构设置成，将安放到所述冷却元件上的所述半导体模块(10)压紧到所述冷却元件的所述至少一个第二配合面(22)上。
4.根据权利要求1或2所述的冷却装置，其特征在于，所述冷却装置具有至少两个所述冷却元件(20)和固定机构(31)，所述固定机构设置成，将所述冷却元件彼此压紧，使得将在两个冷却元件之间安置的所述半导体模块(10)压紧在所述冷却元件的两个第二配合面(22)之间。
5.根据权利要求1或2所述的冷却装置，其特征在于，每个所述至少一个冷却元件(20)具有至少一个基本上平坦的外面，所述外面设置成固定到设备壳体的壁(40)上，以便将热量从所述冷却元件经由所述外面引导到所述设备壳体中。
6.根据权利要求1或2所述的冷却装置，其特征在于，所述至少一个半导体是二极管、晶闸管或晶体管。
7.根据权利要求1或2所述的冷却装置，其特征在于，所述至少一个冷却元件(20)是气冷的冷却元件或液冷的冷却元件。
8.一种电设备，所述电设备具有：至少一个半导体模块，所述半导体模块具有带有上面(111)、下面(112)和四个侧面(113)的底板(11)和至少一个半导体，所述半导体安装到所述底板的所述上面上并且与所述底板热连接；和根据权利要求1至7中任一项所述的冷却装置。
9.根据权利要求8所述的电设备，其特征在于，所述冷却装置为每个半导体模块(10)具有至少一个冷却元件(20)。
10.根据权利要求8或9所述的电设备，其特征在于，每个所述至少一个半导体模块(10)固定在至少一个冷却元件(20)上，使得所述半导体模块的所述底板(11)的下面对准到所述冷却元件的所述第一配合面(21)上，并且所述半导体模块的所述底板的至少一个侧面(113)对准到所述冷却元件的至少一个第二配合面(22)上，其中热量能够通过所述底板的所述至少一个侧面和所述下面从所述半导体模块的所述底板传递到所述冷却元件中。
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