DE102008035252B4

DE102008035252B4 - Kühleinrichtung, Kühlmittel-Umlenker eines Kühlsystems und Leistungsmodul

Info

Publication number: DE102008035252B4
Application number: DE200810035252
Authority: DE
Inventors: Brook S. Mann; George R. Woody; Terence G. Ward; David F. Nelson
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-07-30
Filing date: 2008-07-29
Publication date: 2012-10-11
Anticipated expiration: 2028-07-30
Also published as: DE102008035252A1

Abstract

Kühleinrichtung, um eine Leistungshalbleitereinrichtung mit Flüssigkeit zu kühlen, mit:
einem Kühlmittel-Umlenker (170), um flüssiges Kühlmittel zur Leistungshalbleitereinrichtung (102) zu führen, wobei der Kühlmittel-Umlenker (170) eine erste Platte (176) zum Teilen des Kühlmittel-Umlenkers (170) in einen ersten Hohlraum (174) und einen zweiten Hohlraum (182) aufweist, wobei der zweite Hohlraum (182) benachbart der Leistungshalbleitereinrichtung (102) positioniert ist,
wobei die erste Platte (176) ferner eine Öffnung enthält, um den ersten Hohlraum (174) mit dem zweiten Hohlraum (182) fluidmäßig so zu koppeln, dass das flüssige Kühlmittel in den ersten Hohlraum (174), durch die Öffnung in der ersten Platte (176) und in den zweiten Hohlraum (182) strömt, um die Leistungshalbleitereinrichtung (102) zu kühlen,
wobei der erste Hohlraum (174) eine Querschnittfläche aufweist, die in einer stromabwärtigen Richtung abnimmt, und der zweite Hohlraum (182) eine Querschnittfläche aufweist, die in der stromabwärtigen Richtung zunimmt,
wobei die Öffnung eine durch eine erste Düse (180) definierte...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kühlmittel-Umlenker für eine direkte Kühlung von Leistungshalbleitereinrichtungen zugeordneten Substraten mittels direkten Aufpralls von Strahlen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Halbleitereinrichtungen werden gewöhnlich als Schalter oder Gleichrichter in elektrischen Hochleistungsschaltungen genutzt. Als ein Beispiel werden Leistungswechselrichter/Gleichrichter, die im Folgenden nur mehr als Wechselrichter bezeichnet werden, in Elektro- und Hybrid-Elektrofahrzeugen verwendet, um dreiphasige Betriebsleistung an den elektrischen Antriebsmotor des Fahrzeugs zu liefern. Diese Halbleitereinrichtungen erzeugen während des Betriebs überschüssige Wärme. Die Leistungsanforderungen der elektrischen Fahrantriebsmotoren können z. B. über einen weiten Bereich fluktuieren. Diese Fluktuationen im Leistungsbedarf können Temperaturänderungen in den mit den Fahrantriebsmotoren verbundene Halbleitereinrichtungen hervorrufen, was eine Verschlechterung wegen der Wärme an sich oder wegen Variationen in den Expansionskoeffizienten zwischen den einzelnen Materialien zur Folge haben kann.
Aus diesem Grund werden oft die Leistungsmodule, die solche Halbleitereinrichtungen beherbergen, mit einer gewissen Form von Kühlsystem versehen. Herkömmliche Kühlsysteme verwenden gewöhnlich eine kalte Platte (z. B. eine Wärmesenke), um Wärme von der Halbleitereinrichtung weg zu übertragen. Die Wärmesenke kann einen Metallkörper (z. B. Aluminium, Kupfer etc.) mit einer flachen Oberfläche und einer beliebigen Anzahl von Vorsprüngen (”Stiftrippen” bzw. ”Pin-Fins”) aufweisen, die sich von der Halbleitereinrichtung weg erstrecken. Die flache Oberfläche der Wärmesenke wird in thermischem Kontakt mit der Halbleitereinrichtung angeordnet (z. B. an ein die Halbleitereinrichtung tragendes Substrat gelötet), und die Stiftrippen werden einer Kühlquelle, typischerweise Luft oder einem Kühlmittelfluid (z. B. Kühlwasser), ausgesetzt. Einige Kühlsysteme enthalten eine Pumpe, um Kühlmittelfluid durch das Modul zirkulieren zu lassen. Während des Betriebs wird Wärme von der Halbleitereinrichtung weg und in die Stiftrippen geleitet, welche durch das kühlende Medium konvektiv gekühlt werden.
Herkömmliche Kühlsysteme können die Leistungshalbleitereinrichtungen nicht in allen Situationen angemessen kühlen. Insbesondere können herkömmliche Kühlsysteme nicht in der Lage sein, Kühlmittel zu bestimmten Flächen bzw. Bereichen geeignet zu leiten, einschließlich jener Bereiche, die am meisten einer zusätzlichen Kühlung bedürfen mögen. Dies kann eine Folge des Unvermögens, frisches Kühlmittel zu den verschiedenen Abschnitten der Halbleitereinrichtungen zu leiten, oder des Vorhandenseins von dazwischen liegenden Schichten wie z. B. Zwischenverbindungen und isolierenden Schichten sein. Außerdem können viele herkömmliche Kühlsysteme schwierig zur fertigen, allzu kompliziert und teuer sein.
Ein Kühlsystem mit einem keilförmigen Kühlmittel-Umlenker ist in FR 2833 803 A1 offenbart.
Dementsprechend ist es die Aufgabe der Erfindung, Leistungsmodule mit Halbleitereinrichtungen und Kühlsysteme zu schaffen, die eine zufriedenstellende Kühlung ermöglichen. Außerdem ist es die Aufgabe der Erfindung, die Kühlsysteme mit Kühlmittel-Umlenkern zu versehen, die Kühlmittel zu den zweckmäßigsten Stellen leiten und die verhältnismäßig leicht und kostengünstig herzustellen sind. Andere wünschenswerte Merkmale und Eigenschaften der vorliegende Erfindung werden überdies aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen ersichtlich werden, die in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen und dem vorhergehenden technischen Gebiet und dem Hintergrund geliefert werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform wird eine Kühleinrichtung geschaffen, um eine Leistungshalbleitereinrichtung mit Flüssigkeit zu kühlen. Die Einrichtung enthält einen Kühlmittel-Umlenker, um flüssiges Kühlmittel zur Leistungshalbleitereinrichtung zu führen. Der Kühlmittel-Umlenker hat eine erste Platte zum Teilen des Kühlmittel-Umlenkers in einen ersten Hohlraum und einen zweiten Hohlraum. Der zweite Hohlraum ist benachbart zu der Leistungshalbleitereinrichtung positioniert. Die erste Platte enthält ferner eine Öffnung, um den ersten Hohlraum mit dem zweiten Hohlraum fluidmäßig zu koppeln, so dass das flüssige Kühlmittel in den ersten Hohlraum, durch die Öffnung in der ersten Platte und in den zweiten Hohlraum strömt, um die Leistungshalbleitereinrichtung zu kühlen. Der erste Hohlraum hat eine Querschnittfläche, die in stromabwärtiger Richtung im Wesentlichen abnimmt, und der zweite Hohlraum hat eine Querschnittfläche, die in der stromabwärtigen Richtung im Wesentlichen zunimmt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform enthält ein Kühlmittel-Umlenker eines Kühlsystems für eine Halbleitereinrichtung zwei Seitenwände und eine Platte, die sich zwischen den Seitenwänden erstreckt und so gewinkelt ist, dass der Kühlmittel-Umlenker im Wesentlichen keilförmig ist.
Gemäß noch einer anderen beispielhaften Ausführungsform enthält ein Leistungsmodul ein Gehäuse; eine Halbleitereinrichtung, die innerhalb des Gehäuses positioniert ist und einen Chip mit Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs) enthält, der auf einem Substrat montiert ist; und ein Kühlsystem in der Nähe der Halbleitereinrichtung, um ein flüssiges Kühlmittel zur Halbleitereinrichtung zu liefern. Das Kühlsystem enthält einen Kühlmittel-Umlenker mit einer ersten Platte, die einen ersten Hohlraum mit dem Gehäuse und einen zweiten Hohlraum mit der Halbleitereinrichtung bildet. Die erste Platte enthält ferner Düsen, um den ersten Hohlraum und den zweiten Hohlraum fluidmäßig zu koppeln, wobei die erste Platte so gewinkelt ist, dass eine Querschnittfläche des ersten Hohlraums in einer stromabwärtigen Richtung des Stroms flüssigen Kühlmittels abnimmt.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden in Verbindung mit den folgenden Zeichnungsfiguren beschrieben, worin gleiche Ziffern gleiche Elemente bezeichnen und
1 eine partielle isometrische Querschnittansicht eines Leistungsmoduls gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist;
2 eine vereinfachte Seitenquerschnittansicht des Leistungsmoduls von 1 ist; und
3 eine isometrische Draufsicht eines beispielhaften Kühlmittel-Umlenkers ist, der in einem Kühlsystem des Leistungsmoduls der 1 und 2 genutzt wird.
BESCHREIBUNG EINER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Allgemein umfassen beispielhafte Ausführungsformen, die hierin offenbart werden, Kühlsysteme für Halbleitereinrichtungen in Leistungsmodulen. Konkreter enthalten beispielhafte Ausführungsformen der Kühlsysteme einen Kühlmittel-Umlenker, der so keilförmig ist, dass Kühlmittel über die Düsen gleichmäßig verteilt wird.
1 ist eine partielle isometrische Querschnittansicht eines Leistungsmoduls 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Das Leistungsmodul 100 ist zur Verwendung an einem Elektro- oder Hybridfahrzeug beispielsweise mit einem Dreiphasen-Wechselstrom-(AC)-Elektromotor geeignet. Das Leistungsmodul 100 enthält eine oder mehrere Halbleitereinrichtungen 102, die innerhalb eines Gehäuses 108 angeordnet sind. In einer Ausführungsform kann die Halbleitereinrichtung 102 eine Wechselrichterschaltung sein, die geschalteten Wechselstrom an den Wechselstrom-Elektromotor liefert, und einen oder mehrere Chips mit Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs) 104 enthalten, die auf einem Substrat 106 wie z. B. Direkt-Bond-Kupfer (DBC) montiert sind.
Während eines Betriebs des Leistungsmoduls 100 erzeugt die Halbleitereinrichtung, insbesondere die IGBTs 104, Wärme. Ein Kühlsystem 150 ist folglich innerhalb des Gehäuses 108 vorgesehen, um die Wärme zu dissipieren bzw. abzuleiten, indem ein Kühlmittelfluid, angegeben durch Pfeile 152, durch das Gehäuse 108 und auf das Substrat 106 der Halbleitereinrichtung 102 aktiv zirkuliert. In einer Ausführungsform trifft das Kühlmittelfluid 152 direkt auf das Substrat 106. Insbesondere enthält das Kühlsystem 150 einen innerhalb des Gehäuses 108 definierten Einlassströmungsdurchgang 154, der das Kühlmittel 152 zu einem Kühlmittel-Umlenker 170 leitet. Der Kühlmittel-Umlenker 170 leitet dann das Kühlmittel 152 um, so dass Strahlen 184 des Kühlmittels 152 direkt auf die Unterseite der Halbleitereinrichtung 102 auftreffen, um leitend überschüssige Wärme zu absorbieren. Der Kühlmittel-Umlenker 170 wird im Folgenden mit Verweis auf 2 und 3 detaillierter diskutiert. Nach Berühren der Unterseite der Halbleitereinrichtung 102 fließt das Kühlmittel 152 vom Kühlmittel-Umlenker 170 in einen im Gehäuse 108 definierten Auslassströmungsdurchgang 136 ab.
Obgleich nicht veranschaulicht kann das Kühlmittelsystem 150 ferner ein Reservoir zum Ableiten von Kühlmittel 152 vom Auslassströmungsdurchgang 136 und zum Liefern von Kühlmittel 152 zum Einlassströmungsdurchgang 154 enthalten. Das Kühlsystem 150 kann ferner eine Pumpe enthalten, die mit dem Einlassströmungsdurchgang 154 und dem Auslassströmungsdurchgang 136 fluidmäßig gekoppelt ist, um das Kühlmittel 152 aktiv zirkulieren zu lassen. Die Pumpe kann eine Pumpe mit variabler Drehzahl sein, die in Verbindung mit der Abgabe der IGBTs 104 gesteuert wird. Wenn die Ausgangsleistung der IGBTs 104 zunimmt, kann sich die Drehzahl der Pumpe erhöhen, um eine Zirkulation des Kühlmittels 152 zu steigern. Alternativ dazu kann die Temperatur der IGBTs 104 mit einer Thermoelementanordnung überwacht werden, so dass die Drehzahl der Pumpe von der gemessenen Temperatur abhängt. Das Kühlsystem 150 kann für das Leistungsmodul 100 zweckbestimmt sein oder kann ein Teil eines größeren Systems wie z. B. des Kühlsystems für ein Automobil sein.
Das Kühlmittel 152 kann eine beliebige geeignete Flüssigkeit sein, einschließlich Flüssigkeiten, die nicht dielektrisch sind, da das Substrat 106 typischerweise nicht elektrisch aktiv ist. Zum Beispiel kann das Kühlmittel 152 Wasser, alltägliches Motorkühlmittel oder Automatikgetriebefluid sein.
2 ist eine vereinfachte Querschnittansicht des Leistungsmoduls 100 einschließlich Abschnitte des Kühlsystems 150 und der Halbleitereinrichtung 102. Wie oben diskutiert wurde, gibt das Kühlsystem 150 über den Kühlmittel-Umlenker 170 einen Kühlmittelstrom 152 an das Substrat 106 der Halbleitereinrichtung 102 ab. Der Kühlmittel-Umlenker 170 enthält einen Einlass 172, um das Kühlmittel 152 vom Einlassströmungsdurchgang 154 zu empfangen (1). In einigen Ausführungsformen tritt das Kühlmittel 152 mit einer Strömungsrichtung parallel zum Substrat 106 in den Einlass 172 ein. Das Kühlmittel 152 fließt vom Einlass 172 in einen ersten Hohlraum 174. Der erste Hohlraum 174 wird zumindest teilweise durch eine erste Platte 176 und eine zweite Platte 178 definiert. Die zweite Platte 178 ist im Allgemeinen parallel zum Substrat 106, und die erste Platte 176 liegt im Allgemeinen unter einem Winkel zur zweiten Platte 178 und dem Substrat 106, so dass sich die allgemeine Keilform des Kühlmittel-Umlenkers 170 ergibt. Die zweite Platte 178 kann durch das Gehäuse 108 gebildet werden, da der Kühlmittel-Umlenker 170 innerhalb des Gehäuses 108 positioniert ist, oder die zweite Platte 178 kann ein Teil des Kühlmittel-Umlenkers 170 sein.
Die relative Orientierung der ersten und zweiten Platten 176, 178 ergibt den ersten Hohlraum 174 mit einer Querschnittfläche, die in stromabwärtiger Richtung abnimmt. Die erste Platte 176 enthält eine Anzahl Düsen 180, die den ersten Hohlraum 174 mit einem zweiten Hohlraum 182 fluidmäßig koppeln, der durch die erste Platte 176 und die Unterseite des Substrats 106 gebildet wird. Die Düsen 180 sind im Wesentlichen langgestreckte Röhren, die sich in den zweiten Hohlraum 182 erstrecken. Obgleich in dieser beispielhaften Ausführungsform langgestreckte Düsen 180 veranschaulicht sind, kann eine beliebige Struktur zum fluidmäßigen Koppeln des ersten Hohlraums 174 mit dem zweiten Hohlraum 172 vorgesehen werden. In der dargestellten beispielhaften Ausführungsform erstrecken sich die Düsen 180 zu einer Stelle neben der Unterseite des Substrats 106. Als Folge der gewinkelten Eigenschaft der ersten Platte 176 nimmt die Länge der Düsen 180 in stromabwärtiger Richtung zu.
Während das Kühlmittel 152 durch die Düsen 180 strömt, werden Strahlen 184 aus dem Kühlmittel 152 gebildet. Die Strahlen 184 treffen auf das Substrat 106 und fließen dann über die erste Platte 176 aus dem zweiten Hohlraum 182 ab, wie durch die Pfeile dargestellt ist. Das Kühlmittel 152 strömt dann durch einen Auslass 186 in den Auslassströmungsdurchgang 136. Während die Strahlen 184 des Kühlmittels 152 auf das Substrat 106 auftreffen, wird von der Halbleitereinrichtung 102 durch das Substrat 106 Wärme zum Kühlmittel 152 übertragen, was somit einen Weg für konvektive Wärmedissipation schafft und die Unterseite des Substrats 106 kühlt.
Wie oben bemerkt wurde, ergibt die gewinkelte Orientierung der ersten und zweiten Platten 176, 178, die den ersten Hohlraum 174 definieren, den ersten Hohlraum 174 mit einer Querschnittfläche, die in stromabwärtiger Richtung abnimmt. Der zweite Hohlraum 182 hat eine entsprechende Querschnittfläche, die in Folge der gewinkelten Orientierung zwischen der zweiten Platte 178 und dem Substrat 106 in stromabwärtiger Richtung zunimmt. Diese Anordnung liefert eine gleichmäßige Strömungsverteilung über alle Strahlen 184. Zum Beispiel hat der äußerste stromaufwärtige Strahl in 2 ungefähr den gleichen Betrag an Kühlmittelstrom wie der äußerste stromabwärtige Strahl. Außerdem können die Düsen 180 verschieden und individuell so bemessen sein, dass die Stromraten und Druckabfälle überall gleich sind. Außerdem können die Düsen 180 so bemessen und angeordnet sein, dass sie eine beliebige gewünschte Menge an Kühlmittel 250 an jede bestimmte Stelle auf dem Substrat 106 abgeben. Mit anderen Worten können die Düsen 180 ”abgestimmt” werden auf eine Strömung in präzisen Verhältnissen und/oder Strömungsraten einschließlich ungleichmäßiger Strömungen. In einigen herkömmlichen Kühl systemen, welche einen ersten Hohlraum, dessen Querschnittfläche nicht abnimmt, oder ungeeignet bemessene Düsen aufweisen können, ist der Kühlmittelstrom typischerweise und in unerwünschter Weise an den stromabwärtigen Strahlen konzentriert. Außerdem kann die beispielhafte Anordnung von 2 einen verringerten Druckabfall zur Folge haben, da das Kühlmittel durch einen Pfad mit einer verhältnismäßig geringen Anzahl von Richtungsänderungen strömt, d. h. im Wesentlichen durch eine der Düsen 180 hoch und aus dem zweiten Hohlraum 182 abläuft. Herkömmliche Kühlsysteme können einen weitschweifigeren Weg erfordern, der unerwünschte Druckabfälle für das System zur Folge hat.
Die Düsen 180 können eine beliebige geeignete Anordnung aufweisen. In einer beispielhaften Ausführungsform sind die Düsen 180 vorzugsweise so positioniert, dass sie einen oder mehrere einzelne Strahlen 184 des Kühlmittels 152 direkt auf eine Stelle auf dem Substrat 106 richten, die den IGBTs 104 entspricht. Mit anderen Worten entspricht die Anordnung der Düsen 180 typischerweise der Anordnung der IGBTs 104. Eine oder mehrere Düsen 180 können jedem IGBT 104 entsprechen. Die Düsen 180 können auch Kühlmittel 152 zu anderen Komponenten, die mit der Halbleitereinrichtung 102 und dem Leistungsmodul 100 verbunden sind, liefern, wie z. B. Kondensatoren, Transformatoren, integrierte Schaltungen, Drahtbonds, und Verteilerschienen, die temperaturempfindlich sein können.
In einer alternativen Ausführungsform können die Düsen einen feinen oder zerstäubten Nebel anstelle eines Kühlmittelstrahls in einem ”free jet”-System mit Luft oder Gas, das die Strahldüsen umgibt, bilden. In Bezug auf Strahldüsen können Sprühdüsen eine effizientere thermische Kühlung liefern. Umgekehrt können Strahldüsen gestatten, dass die Pumpe von der Niederdruckart ist, wodurch Kosten reduziert werden und die Systemzuverlässigkeit erhöht wird. Die offenbarten Ausführungsformen können die notwendige Kühlung der Halbleitereinrichtung 102 ohne die Verwendung einer kalten Platte liefern. Stattdessen treffen die Strahlen 184 des Kühlmittels 152 direkt auf die Unterseite des Substrats 106.
Da das Kühlmittel 152 direkt auf die Wärmequelle der IGBTs 104 angewendet wird, kann die Leistungsdichte (Leistung pro Einheitsvolumen) des Leistungsmoduls 100 erhöht werden. Um durch das Kühlmittel 152 gekühlt zu werden, muss von den IGBTs 104 erzeugte Wärme nicht unnötig durch mehrere Schichten von Materialien geleitet werden, von denen einige eine niedrige thermische Leitfähigkeit aufweisen können. Vielmehr reduziert der direktere thermische Weg, der durch die Strahlkühlung geschaffen wird, die Temperatur der IGBTs 104. Verglichen mit einigen Anordnungen nach dem Stand der Technik muss der thermische Weg nicht durch eine Wärmesenke und ein thermisches Interface-Material verlaufen. Bei niedrigeren Temperaturen kann durch das Leistungsmodul 100 erhöhte Leistung zur Verfügung stehen. Außerdem verbessert eine verbesserte Kühlung die Fähigkeit des Leistungsmoduls 100 bezüglich stationärer bzw. kurzlebiger Hochleistungsfluktuationen.
3 ist eine isometrische Draufsicht des Kühlmittel-Umlenkers, der vom Leistungsmodul 100 entfernt wurde. Der Kühlmittel-Umlenker 170 hat Seitenwände 190, die den ersten und zweiten Hohlraum 174, 182 begrenzen. Allgemein sind die erste Platte 176, die Düsen 180 und die Seitenwände 190 integral aus einem einzigen Stück z. B. mit einem Spritzgussprozess geschaffen. Der Kühlmittel-Umlenker 170 kann mit beispielsweise einem thermoplastischen Material hergestellt werden. In anderen Ausführungsformen kann der Kühlmittel-Umlenker 170 aus einzelnen Stücken geschaffen werden. Als Ganzes ist der Kühlmittel-Umlenker 170 keilförmig mit einer verhältnismäßig kompakten und einfachen Konstruktion.

Claims

Kühleinrichtung, um eine Leistungshalbleitereinrichtung mit Flüssigkeit zu kühlen, mit: einem Kühlmittel-Umlenker (170), um flüssiges Kühlmittel zur Leistungshalbleitereinrichtung (102) zu führen, wobei der Kühlmittel-Umlenker (170) eine erste Platte (176) zum Teilen des Kühlmittel-Umlenkers (170) in einen ersten Hohlraum (174) und einen zweiten Hohlraum (182) aufweist, wobei der zweite Hohlraum (182) benachbart der Leistungshalbleitereinrichtung (102) positioniert ist, wobei die erste Platte (176) ferner eine Öffnung enthält, um den ersten Hohlraum (174) mit dem zweiten Hohlraum (182) fluidmäßig so zu koppeln, dass das flüssige Kühlmittel in den ersten Hohlraum (174), durch die Öffnung in der ersten Platte (176) und in den zweiten Hohlraum (182) strömt, um die Leistungshalbleitereinrichtung (102) zu kühlen, wobei der erste Hohlraum (174) eine Querschnittfläche aufweist, die in einer stromabwärtigen Richtung abnimmt, und der zweite Hohlraum (182) eine Querschnittfläche aufweist, die in der stromabwärtigen Richtung zunimmt, wobei die Öffnung eine durch eine erste Düse (180) definierte erste Öffnung mit einem ersten Durchmesser und eine durch eine zweite Düse (180) definierte zweite Öffnung mit einem zweiten Durchmesser ist, und wobei der zweite Durchmesser einen von dem ersten Durchmesser verschiedenen Wert hat.
Kühleinrichtung nach Anspruch 1, ferner mit: Seitenplatten (190), die zumindest teilweise den ersten und zweiten Hohlraum (174, 182) mit der ersten Platte (176) bilden.
Kühleinrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Platte (176) und die erste Düse (180) miteinander einstückig sind.
Kühleinrichtung nach Anspruch 1, ferner mit mehreren zusätzlichen Öffnungen, die durch mehrere zusätzliche Düsen (180) definiert werden.
Kühleinrichtung nach Anspruch 4, wobei die erste Düse (180) und die zusätzlichen Düsen (180) jeweils eine Länge aufweisen und wobei die Längen in der stromabwärtigen Richtung zunehmen.
Kühleinrichtung nach Anspruch 1, wobei das flüssige Kühlmittel durch die Öffnung in den zweiten Hohlraum (182) strömt, auf die Unterseite der Leistungshalbleitereinrichtung (102) trifft und in einen Auslass (136) strömt.
Kühleinrichtung nach Anspruch 1, wobei das flüssige Kühlmittel von einem Einlass (172) in den ersten Hohlraum (174) und direkt durch die Öffnung strömt.
Kühleinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Leistungshalbleitereinrichtung (102) ein Substrat (106) umfasst, und wobei die erste Platte (176) unter einem Winkel zum Substrat (106) der Leistungshalbleitereinrichtung (102) angeordnet ist und eine zweite Platte (178) parallel zum Substrat (106) der Leistungshalbleitereinrichtung (102) angeordnet ist.
Kühlmittel-Umlenker eines Kühlsystems für eine Halbleitereinrichtung, mit: zwei Seitenwänden (190); und einer Platte (176), die sich zwischen den Seitenwänden (190) erstreckt und so gewinkelt ist, dass der Kühlmittel-Umlenker (170) keilförmig ist, wobei die Platte (176) eine erste Fläche, die so gestaltet ist, dass sie einen ersten Hohlraum (174) mit einem Gehäuse (108) bildet, und eine zweite Fläche aufweist, die so gestaltet ist, dass sie einen zweiten Hohlraum (182) mit der Halbleitereinrichtung (102) bildet, wobei der erste Hohlraum (174) eine Querschnittfläche aufweist, die in stromabwärtiger Richtung eines Stroms von flüssigem Kühlmittel abnimmt, wobei die Platte (176) mehrere Düsen (180) enthält, um den ersten Hohlraum (174) mit dem zweiten Hohlraum (182) fluidmäßig zu koppeln, wobei die Düsen (180) eine erste Düse (180) mit einem ersten Durchmesser und eine zweite Düse (180) mit einem zweiten Durchmesser umfassen, und wobei der erste Durchmesser vom zweiten Durchmesser verschieden ist.
Kühlmittel-Umlenker nach Anspruch 9, wobei die Düsen (180) jeweils eine Länge aufweisen und die Langen in der stromabwärtigen Richtung des Stroms des flüssigen Kühlmittels zunehmen.
Leistungsmodul, mit: einem Gehäuse; einer Halbleitereinrichtung (102), die innerhalb des Gehäuses (108) positioniert ist und einen Chip (104) mit Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs) aufweist, der auf einem Substrat (106) montiert ist; und einem Kühlsystem (150) in der Nähe der Halbleitereinrichtung (102), um ein flüssiges Kühlmittel zur Halbleitereinrichtung (102) zu liefern, wobei das Kühlsystem (150) enthält: einen Kühlmittel-Umlenker (170) mit einer ersten Platte (176), der einen ersten Hohlraum (174) mit dem Gehäuse (108) und einen zweiten Hohlraum (182) mit der Halbleitereinrichtung (102) bildet, wobei die erste Platte (176) ferner Düsen (180) aufweist, die den ersten Hohlraum (174) mit dem zweiten Hohlraum (182) fluidmäßig koppeln, wobei die erste Platte (176) so gewinkelt ist, dass eine Querschnittfläche des ersten Hohlraums (174) in einer stromabwärtigen Richtung des Stroms des flüssigen Kühlmittels abnimmt, wobei die Düsen (180) eine erste Düse (180) mit einem ersten Durchmesser und eine zweite Düse (180) mit einem zweiten Durchmesser umfassen, und wobei der erste Durchmesser vom zweiten Durchmesser verschieden ist.
Leistungsmodul nach Anspruch 11, wobei der Kühlmittel-Umlenker (170) angeordnet ist, um das flüssige Kühlmittel zu dem Substrat (106) zu liefern.
Leistungsmodul nach Anspruch 11, wobei die Düsen (180) eine Anordnung aufweisen, die der Anordnung der IGBTs (104) entspricht.
Leistungsmodul nach Anspruch 11, wobei der Kühlmittel-Umlenker (170) so ausgeführt ist, dass das flüssige Kühlmittel im ersten Hohlraum (174) empfangen wird und dann durch die Düsen (180) strömt, auf das Substrat (106) trifft und aus dem zweiten Hohlraum (182) abläuft.