CN211858626U - 冷却板 - Google Patents

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约尔马·曼尼宁
蒂莫·科伊武卢奥马
米卡·西尔文诺伊宁
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Abstract

一种冷却板，所述冷却板具有第一面(2)，所述第一面设置用于容纳待冷却的器件(3)。冷却板还包括留空部(4)，所述留空部具有内面(5)，所述留空部的内面(5)包括毛细结构。冷却板还包括盖(6)，所述盖设置用于气密地关闭所提及的留空部(4)。冷却板还具有用于将液体添加到冷却板的留空部(4)中的可关闭的开口(9)，所述开口借助所提及的盖(6)来关闭，其中所提及的第一面(2)设置用于至少部分地由所提及的盖构成。

Description

冷却板
技术领域
本实用新型涉及一种冷却板，尤其涉及一种设置用于冷却一个或个功率半导体的冷却板。
背景技术
为了冷却功率半导体器件，通常使用冷却板等，其中所述功率半导体的传热面以导热的方式抵靠冷却板的面连接。所述热量从功率半导体器件传递给冷却板，并且由冷却板再次导出到环境中。冷却板能够具有用于增大有效面积的锯齿或肋片，其中将热量更有效地传递到周围的空气中。相应地，能够利用液态介质将热量从冷却板导出，冷却板中的热量被传递到所述液态介质上。
当前的功率半导体器件显著地产生损耗，所述损耗必须从器件处消除，以便使其温度保持在允许的极限值之下。功率半导体器件能够以超过一千伏的电压接通数百安培的电流。此外，所述器件以高的接通频率起作用，其中产生显著的功率损耗。
除了单一的功率半导体器件以外，通常还使用具有两个或更多个功率半导体器件的普遍的功率半导体模块，所述功率半导体器件在内部相互连接为，使得所述模块能够用作为成品构件。功率半导体模块例如能够具有一个或多个制成的桥式电路，从所述桥式电路中例如可构成逆变器的效率。
借助已知的冷却解决方案不一定能确保：功率半导体和功率半导体模块能够在其整个电流和电压范围内使用，而不会引起过剩的温度升高。这表示：通过目前的冷却解决方案不能够充分利用功率半导体的电特性。
实用新型内容
因此，本实用新型所基于的目的是，实现一种冷却装置，使得能够解决上文提及的问题。本实用新型的目的借助一种冷却板来实现，所述冷却板具有第一面，所述第一面设置为用于容纳待冷却的器件，所述冷却板的特征在于，所述冷却板包括留空部，所述留空部包括内面，所述留空部的所述内面包括毛细结构，所述冷却板还包括盖，所述盖设置为用于气密地封闭所提及的留空部，和所述冷却板还具有可封闭的开口，以用于将液体添加到所述冷却板的留空部中，所述留空部借助所提及的盖来封闭，其中所提及的所述第一面设置为用于至少部分地由所提及的所述盖构成。本实用新型的优选的实施形式在下文中描述。
本实用新型基于下述事实：在冷却板上构成一个或多个留空部，所述留空部设置用于，用作为蒸汽室以从热源将热有效地传递给冷却板并且用于改进冷却板的性能。
如果蒸汽室直接在冷却板上构成，而不是在其上例如通过焊接安装单独的蒸汽室，那么所述结构不具有热阻，这归因于材料的限界面。因此，待通过冷却板实现的将热传递给冷却板以及在冷却板的基板中的热传播是尽可能有效的。蒸汽室直接在金属板上构成，并且其形状不受限制。由于自由的成型，在冷却时能够通过在冷却板上的期望位置处构成蒸汽室来考虑待冷却的器件的结构。
附图说明
现在，结合优选的实施形式参考附图详细阐述本实用新型，其中：
图1示出根据本实用新型的一个实施方案的冷却板的横截面；和
图2示出冷却板的一个实例以及该实例的冷却板的横截面。
具体实施方式
图1示出根据本实用新型的冷却板的一个实施方案的横截面的实例。通常，冷却板由棱镜构成，所述棱镜能够是矩形棱镜。该区段由金属制成，例如有利地由铝制成。在图1的实例中，散热片1位于所述区段的一个面上。根据本实用新型，冷却板包括第一面2，所述第一面设置用于容纳待冷却的器件3。冷却板还包括具有内面5的留空部4。在图1中示出：在该处的是分开的留空部的三个区段。然而，图1的横截面在如下部位处形成，在所述部位处根据一个实施方案存在根据支柱和相应的支撑结构，使得留空部的数量也能够为一个。
此外，在根据本实用新型的冷却板中的留空部的内面在留空部的内面上构成，并且在图1中用留空部的加黑的边缘示出。在图1中示出：冷却板如何还具有盖6，所述盖设置用于，气密地封闭所提及的留空部。本实用新型的冷却板还具有可关闭的开口，以将液体添加到冷却板的留空部中。如果留空部由所提及的盖6关闭，那么能够将液体添加到留空部中。此外，根据本实用新型，所提及的第一面2设置为，使得所述第一面至少部分地由所提及的盖构成。这表示：待冷却的器件至少部分地设置用于抵靠盖6进行安装。
根据本实用新型的结构形成用盖气密地关闭的空腔等，水、例如蒸馏水被输送给所述空腔。如果待冷却的器件增温，那么所述器件加热位于空腔或留空部中的液体，所述液体蒸发并且在空腔的较冷的面上冷凝。在蒸发时，所述液体会吸热而在冷凝时再次放热。因此，由被关闭的留空部构成的气密地关闭的空腔构成基于相变的热交换器。在留空部的内面上构成的毛细结构促进将冷凝的液体向回导入到较热的区域中，在所述较热的区域处液体再次由于热作用而蒸发。因此，两相热交换器尤其快地对变化的温度做出反应，进而即使在动态的温度变化中也能够进行有效的冷却。
根据本实用新型的一个有利的实施方案，冷却板还包括支撑结构7，所述支撑结构7设置在盖6和留空部的内面之间。支撑结构例如是支柱或类似的支撑件，其抵靠内面设置为，使得在支撑件的一个端部贴靠在内面上时，支撑件的另一端部与冷却板的第一面处于同一平面上，也就是说，支撑件的另一端部抵靠冷却板的盖。支撑结构7的目的是：如果待冷却的器件紧密地抵靠第一面安装，那么对所述盖进行支撑。此外，支撑结构将热直接从第一面传导到冷却板的结构中和留空部中。支撑结构能够在其表面上也具有毛细结构。图1示出在支撑结构的位置处的剖视图，使得所述支撑结构的构造无法从图中得出。支撑结构尤其能够具有矩形棱镜的或柱体的形状。
根据本实用新型的一个有利的实施方案，留空部的内面的毛细结构直接在冷却板的留空部的内面上构成。在金属的冷却板上构成期望形状的留空部之后，毛细结构直接构成到所构成的留空部的内面上。在早期已知的解决方案中，能够在分开的壳体产生毛细结构。这种分开的壳体又能够设置在期望的位置处。然而，分开的壳体主要构成有方形的横截面或纵截面。因此，通过根据一个有利的实施方案的结构实现了构成蒸汽室状的结构的可能性，所述蒸汽室状结构的形状与早期已知的解决方案的形状相比能够更自由地设计。
根据一个实施方案，冷却板的留空部的内面包括镍覆层。相应地，设置在留空部和盖之间的一个或多个支撑结构也包括镍覆层。设置在留空部上和可能的支撑结构上的镍覆层能够实现在留空部的和可能的支撑结构的表面上特别有效的构成方案。
根据一个实施方案，毛细结构通过烧结构成。通过激光烧结产生多孔的结构，所述多孔的结构关于在空腔内的冷凝液体用作为毛细结构，并且将所述冷凝液体向回引导至较热的区域。有利地，以在空腔内构成的毛细结构由激光烧结的铜或铝制成。通过本身已知的烧结方法，能够在直接在冷却板上构成的留空部处构成多孔的表面，所述多孔的表面用作为毛细结构。借助于激光烧结可行的是，产生多孔的和气体密封的(气密的)结构。因此，通过该方法能够实现蒸汽室的毛细结构、可能的支撑结构以及室的密封部。
图1附加地示出，如何在待冷却的器件之间，即在热源和冷却板之间设置热流体膜(TIM)8。流体膜例如能够是具有高密度的易于变形的石墨材料膜。因此，膜用于实现将热从待冷却的器件尽可能有效地传递给冷却板。
根据本实用新型的冷却板尤其适合于功率半导体模块的冷却。因此，模块具有多个发热的联接构件，并且可行的是，在考虑到发热的器件相对于模块表面的设置的情况下，借助于本实用新型的冷却板能够实现有效的冷却。能够选择性地将热传递给冷却板，使得从一个部位传递的热不像从另一部位处传递的热那么多。这对于热在冷却板上的均匀分布能够是有利的，这能够实现例如通过散热片将热从冷却板有效地进一步传递给周围空气。
图2示出本实用新型的冷却板的结构的一个实例。在图2A中以如下方式示出冷却板的面：在该处示出在冷却板上构成的留空部的位置。如从图2A中所看到的那样，留空部的形状能够变化。例如，在冷却板上构成的留空部21包括从上方，即从板表面观察具有细长的部分和几乎为方形的矩形部分的形状。在实践中，细长的部分构成热管结构(heat pipe)，所述热管结构沿其长度方向有效地传递热。方形的部分又构成热传递构件，所述热传递构件类似于蒸汽室。蒸汽室的优点是大的体积，这可确保从热源，例如功率半导体模块处的快速的热传递。图2B示出沿着图2A的线A-A的横截面。从附图中可以看到细长的部分和矩形的部分如何构成共同的气体空间。以在图2B中示出的方式，所述细长的部分不像方形的部分那样深。
图2C示出沿着图2A的线B-B的横截面。图2C示出与图2B相对应的留空部21。图2C也再次示出留空部22，所述留空部从图2A的平面视图中可见。图2示出与相同的冷却板连接的两个分开的热源23、24。
图2用于显示：根据本实用新型的冷却板实现：产生用于不同目的的不同类型的冷却结构，其中在所述冷却板上构成留空部。
对于本领域技术人员显而易见的是，在技术进步的情况下，能够以多种不同的方式来实现本实用新型的基本构思。因此，本实用新型及其实施形式不局限于上述示例。

Claims (9)

1.一种冷却板，所述冷却板具有第一面(2)，所述第一面设置为用于容纳待冷却的器件(3)，其特征在于，
所述冷却板包括留空部(4)，所述留空部包括内面(5)，
所述留空部的内面(5)包括毛细结构，
所述冷却板还包括盖(6)，所述盖设置用于气密地关闭所述留空部(4)，和
所述冷却板还具有用于将液体添加到所述冷却板的留空部(4)中的可关闭的开口(9)，所述开口借助所述盖(6)来关闭，其中所述第一面(2)设置用于至少部分地由所述盖构成。
2.根据权利要求1所述的冷却板，其特征在于，所述冷却板还包括支撑结构(7)，所述支撑结构设置在所述盖(6)和所述留空部的内面(5)之间。
3.根据权利要求2所述的冷却板，其特征在于，所述支撑结构(7)的表面包括毛细结构。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的冷却板，其特征在于，所述冷却板还包括散热片(1)。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的冷却板，其特征在于，所述留空部的内面(5)的毛细结构直接在所述冷却板的留空部的内面上构成。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的冷却板，其特征在于，所述留空部的内面(5)包括镍覆层。
7.根据权利要求2或3所述的冷却板，其特征在于，所述支撑结构(7)包括镍覆层。
8.根据权利要求5所述的冷却板，其特征在于，所述毛细结构通过激光烧结制造。
9.根据权利要求8所述的冷却板，其特征在于，所述毛细结构是激光烧结的铜或铝。
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