DE102013201622A1 - Apparatus for cooling power-electronic device e.g. frequency converter, has heat sink that is provided with specific cooling surface larger than preset cooling surface, coupled directly with electronic device through another heat sink - Google Patents

Apparatus for cooling power-electronic device e.g. frequency converter, has heat sink that is provided with specific cooling surface larger than preset cooling surface, coupled directly with electronic device through another heat sink Download PDF

Info

Publication number
DE102013201622A1
DE102013201622A1 DE201310201622 DE102013201622A DE102013201622A1 DE 102013201622 A1 DE102013201622 A1 DE 102013201622A1 DE 201310201622 DE201310201622 DE 201310201622 DE 102013201622 A DE102013201622 A DE 102013201622A DE 102013201622 A1 DE102013201622 A1 DE 102013201622A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
cooling
heat sink
plate
cooling surface
electronic device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE201310201622
Other languages
German (de)
Inventor
Ingolf Hoffmann
Norbert Huber
Stephan Ippisch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DE201310201622 priority Critical patent/DE102013201622A1/en
Publication of DE102013201622A1 publication Critical patent/DE102013201622A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3735—Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3736—Metallic materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/40—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs
    • H01L23/4006—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs with bolts or screws
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2039—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body
    • H05K7/20509—Multiple-component heat spreaders; Multi-component heat-conducting support plates; Multi-component non-closed heat-conducting structures
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20927—Liquid coolant without phase change
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Abstract

The apparatus has cooling units (1-4) that are provided with a cavity of which a cooling medium can flow through. One side of the cooling unit is provided with a preset cooling surface. A heat sink (8) is directly mounted on preset cooling surface. The material the main component of the heat sink is different than the material of the main component of the cooling unit. The heat sink is provided with a specific cooling surface (9) coupled directly with a power-electronic device (6,7) through another heat sink. The specific cooling surface is larger than the preset cooling surface.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung zum Kühlen einer leistungselektronischen Einrichtung mit einer Kühlanordnung, die einen Hohlraum, welcher von einem Kühlmedium durchströmbar ist, und an einer Seite der Kühlanordnung eine die gesamte Seite überspannende Kühloberfläche besitzt. Unter einer leistungselektronischen Einrichtung wird hier insbesondere ein Frequenzumrichter verstanden. The present invention relates to a cooling device for cooling a power electronic device having a cooling arrangement, which has a cavity which can be traversed by a cooling medium, and on one side of the cooling arrangement has a cooling surface spanning the entire side. Under a power electronic device is understood in particular a frequency converter.

Frequenzumrichter und andere leistungselektronische Anlagen werden bei großen Leistungen mittels von Wasser umspülten Kühlplatten entwärmt. Die direkte Kühlung mit Seewasser ist aus Korrosionsgründen bislang unüblich. Frequency converters and other power electronic systems are cooled at high power by means of water cooled cooling plates. The direct cooling with seawater is so far uncommon for corrosion reasons.

Aus der nachveröffentlichten Druckschrift DE 10 2001 079 637 ist jedoch ein Verfahren zur Herstellung einer seewasserfesten Kühlplatte und eine entsprechende Vorrichtung bekannt. Die Vorrichtung besteht aus mindestens zwei solcher Platten jeweils mit Ausnehmungen, wobei die beiden Platten übereinander so angeordnet sind, dass sich die Ausnehmungen der einen Platte mit den Ausnehmungen der anderen Platte überlappen. Dabei werden durchgehend Kühlkanäle entlang einer Längsrichtung in einer Ebene der Platte ausgebildet. Die Kühlvorrichtung besteht typischerweise aus vier Platten, nämlich einer Grundplatte und einer Deckplatte sowie dazwischen angeordneten zwei Platten mit den Ausnehmungen, wie dies im Zusammenhang mit 1 näher erläutert werden wird. Sämtliche Platten sind aus einer CuNiFe-Legierung hergestellt. Somit lässt sich eine korrosionsfeste Kühlvorrichtung schaffen, welche einfach herstellbar ist und in offenen Kühlwasserkreisläufen mit Seewasser betrieben werden kann. Zu- und Abführungen für ein Fluid können in der Grund- und/oder Deckplatte vorgesehen sein, wobei diese in fluidischem Kontakt mit den Kühlkanälen der dazwischen befindlichen Platten mit den Ausnehmungen stehen. Speziell kann eine zwischen der Grund- und Deckplatte befindliche Platte Y-förmige Ausnehmungen und Anschlusskanäle besitzen. Über die Zu- und Abführungen können Fluide in eine darüber oder darunter liegende Platte zu- bzw. abgeführt werden. Die Y-förmigen Ausnehmungen können jeweils aus geraden, gleichlangen Teilen mit einer Länge im Bereich von z.B. 5 mm bis 30 mm ausgebildet sein, welche sich an einem Ende berühren und gegeneinander um 120° gedreht angeordnet sind. Die Ausnehmungen können aber auch andere Formen, wie z.B. Dreiecksform, kreisrunde Form oder T-Form aufweisen. Die Ausnehmungen sind vollständig durchgehend durch eine Platte, z.B. ein rechteckiges, dünnes CuNi10Fe-Blech mit einer Dicke im Bereich von z.B. 4 mm ausgebildet. Sie können in das Blech gestanzt, gefräst, durch einen Laser ausgeschnitten oder durch andere Verfahren ausgebildet werden. Die Ausnehmungen sind so angeordnet, dass sie ein regelmäßiges Muster ausbilden und jeweils einen Abstand zum nächsten Nachbarn aufweisen, welcher kleiner einer einfachen oder zumindest kleiner einer doppelten Schenkellänge der Ausnehmung ist. Die Verwendung von mehrschichtigen Aufbauten mit den mehreren Platten aus einer CuNiFe-Legierung (insbesondere CuNi10Fe) und die Erstellung von Kühlkanälen durch übereinander angeordneten und übereinander verbundenen Platten mit ihren Ausnehmungen zur Bildung von durchgehenden Kühlkanälen ermöglicht eine einfachere Herstellung als bei Verwendung von rohrförmigen Kühlschlangen aus einem Material, jeweils eingebettet in einer Platte eines zweiten, nicht korrosionsfesten Materials. From the post-published publication DE 10 2001 079 637 However, a method for producing a seawater-resistant cooling plate and a corresponding device is known. The device consists of at least two such plates each with recesses, wherein the two plates are arranged one above the other so that the recesses of one plate overlap with the recesses of the other plate. In this case, cooling channels are formed continuously along a longitudinal direction in a plane of the plate. The cooling device typically consists of four plates, namely a base plate and a cover plate and arranged therebetween two plates with the recesses, as in connection with 1 will be explained in more detail. All plates are made of a CuNiFe alloy. Thus, a corrosion resistant cooling device can be created, which is easy to manufacture and can be operated in open cooling water circuits with seawater. Inlets and outlets for a fluid can be provided in the base and / or cover plate, wherein these are in fluidic contact with the cooling channels of the plates located therebetween with the recesses. Specifically, a plate located between the base and top plates may have Y-shaped recesses and connection channels. The inlets and outlets can be used to supply or remove fluids to a plate above or below. The Y-shaped recesses may each be formed of straight, equal parts with a length in the range of eg 5 mm to 30 mm, which touch at one end and are mutually rotated by 120 °. The recesses may also have other shapes, such as triangular shape, circular shape or T-shape. The recesses are completely formed by a plate, for example a rectangular, thin CuNi10Fe sheet having a thickness in the range of, for example, 4 mm. They can be stamped into the sheet metal, milled, cut by a laser or formed by other methods. The recesses are arranged so that they form a regular pattern and each have a distance to the nearest neighbor, which is smaller than a single or at least smaller than a double leg length of the recess. The use of multi-layered structures with the multiple plates of a CuNiFe alloy (in particular CuNi10Fe) and the creation of cooling channels by superimposed and interconnected plates with their recesses to form continuous cooling channels allows for easier production than when using tubular cooling coils from a Material, each embedded in a plate of a second, non-corrosion-resistant material.

Der Aufbau führt zu einem verhältnismäßig hohen Gesamtgewicht der Kühlvorrichtung. Zudem führt der Einsatz einer großen Menge an CuNiFe-Legierung zu hohen Einzelkosten der Kühlvorrichtung. The construction leads to a relatively high total weight of the cooling device. In addition, the use of a large amount of CuNiFe alloy leads to high unit costs of the cooling device.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, die Möglichkeit zu eröffnen, das Gesamtgewicht einer Kühlvorrichtung sowie deren Herstellungskosten zu senken. The object of the present invention is therefore to open up the possibility of reducing the total weight of a cooling device and its production costs.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Kühlvorrichtung zum Kühlen einer leistungselektronischen Einrichtung mit Kühlanordnung, die einen Hohlraum, welcher von einem Kühlmedium durchströmbar ist, und an einer Seite der Kühlanordnung eine die gesamte Seite überspannende erste Kühloberfläche besitzt, sowie mit einem Kühlkörper, der direkt auf die erste Kühloberfläche montiert ist, wobei der materielle Hauptbestandteil des Kühlkörpers aus einem anderen Material besteht als der materielle Hauptbestandteil der Kühlanordnung, der Kühlkörper eine zweite Kühloberfläche besitzt, mit der die leistungselektronische Einrichtung direkt oder über einen weiteren Kühlkörper koppelbar ist, und die zweite Kühloberfläche größer ist als die erste Kühloberfläche. According to the invention this object is achieved by a cooling device for cooling a power electronic device with cooling arrangement, which has a cavity which can be traversed by a cooling medium, and on one side of the cooling arrangement has a first cooling surface spanning the entire side, and with a heat sink directly on the first cooling surface is mounted, wherein the main material component of the heat sink is made of a different material than the main material component of the cooling arrangement, the heat sink has a second cooling surface, with the power electronic device is coupled directly or via another heat sink, and the second cooling surface larger is considered the first cooling surface.

In vorteilhafter Weise wird also an die Kühlanordnung ein Kühlkörper montiert, der eine größere Kühloberfläche besitzt als die Kühlanordnung selbst. Dadurch steht mehr Fläche zum Kühlen von Bauteilen der leistungselektronischen Einrichtung zur Verfügung. Die Kühlanordnung kann also kleiner ausgebildet sein, denn der Kühlkörper führt die Wärme von etwaigen Bauteilen der leistungselektronischen Einrichtung zur Kühlanordnung ab. Wenn die Kühlanordnung aus einer seewasserbeständigen CuNiFe-Legierung und der Kühlkörper aus Aluminium gefertigt ist, lässt sich gegenüber der Variante, dass die Kühlvorrichtung ausschließlich aus einer CuNiFe-Legierung hergestellt ist, Gewicht und Kosten einsparen. Der erfindungsgemäße Aufbau der Kühlvorrichtung eröffnet also entsprechendes Einsparungspotential. Advantageously, therefore, a heat sink is mounted to the cooling arrangement, which has a larger cooling surface than the cooling arrangement itself. Thereby more surface is available for cooling components of the power electronic device. The cooling arrangement can thus be made smaller, because the heat sink dissipates the heat from any components of the power electronic device to the cooling arrangement. When the cooling arrangement is made of a seawater-resistant CuNiFe alloy and the heat sink is made of aluminum, weight and cost can be saved compared to the variant that the cooling device is made exclusively of a CuNiFe alloy. The structure of the cooling device according to the invention thus opens up corresponding savings potential.

Vorzugsweise besitzt die Kühlanordnung mehrere zueinander parallelen Platten, der Kühlkörper ist plattenförmig und er ist parallel zu den Platten der Kühlanordnung angeordnet. Damit lässt sich eine sehr einfache Herstellung und ein einfacher Aufbau der Kühlvorrichtung realisieren, insbesondere wenn die Platten der Kühlanordnung gleiche Abmessungen besitzen. Preferably, the cooling arrangement has a plurality of mutually parallel plates, the heat sink is plate-shaped and it is arranged parallel to the plates of the cooling arrangement. This makes it possible to realize a very simple production and a simple construction of the cooling device, in particular if the plates of the cooling arrangement have the same dimensions.

Die Kühlanordnung kann größtenteils aus einer CuNiFe-Legierung bestehen. Diese zeigt große Vorteile hinsichtlich der Beständigkeit gegenüber Seewasser. The cooling arrangement can largely consist of a CuNiFe alloy. This shows great advantages in terms of resistance to seawater.

Der Kühlkörper kann größtenteils aus Aluminium oder Kupfer bestehen. Diese Materialien sind günstig herzustellen und besitzen eine hohe Wärmeleitfähigkeit. The heat sink can be made mostly of aluminum or copper. These materials are inexpensive to manufacture and have a high thermal conductivity.

In einer speziellen Ausführungsform ist der Kühlkörper in einem Teilabschnitt mit einer CuNiFe-Legierung beschichtet. In diesem Fall kann der Kühlkörper selbst eine Deckschicht der Kühlanordnung zum Verschließen des Hohlraums bilden. Insbesondere sollte dabei an den Hohlraum der Kühlanordnung kein anderer Abschnitt des Kühlkörpers außer der Teilabschnitt mit der Beschichtung aus der CuNiFe-Legierung angrenzen. Dadurch ist wiederum die hohe Seewasserbeständigkeit gewährleistet. In a special embodiment, the heat sink is coated in a section with a CuNiFe alloy. In this case, the heat sink itself may form a cover layer of the cooling arrangement for closing the cavity. In particular, no other portion of the heat sink besides the partial portion with the coating of the CuNiFe alloy should adjoin the cavity of the cooling arrangement. This in turn ensures the high seawater resistance.

Außerdem ist von Vorteil, wenn die Kühlanordnung zwei Platten mit Ausnehmungen besitzt, und die Ausnehmungen den Hohlraum bilden. Derartige Platten mit Ausnehmungen lassen sich sehr einfach beispielsweise durch Ausstanzen herstellen und ebenso einfach montieren. It is also advantageous if the cooling arrangement has two plates with recesses, and the recesses form the cavity. Such plates with recesses can be very easily produced, for example by punching and just as easy to assemble.

Darüber hinaus kann auch eine Platte der Kühlanordnung mit einer CuNiFe-Legierung beschichtet sein. Dies eröffnet die Möglichkeit, dass die so beschichtete Platte aus einem günstigeren Material, z.B. Aluminium oder Kupfer, hergestellt wird und anschließend nur die widerstandsfähige CuNiFe-Beschichtung erhält. In addition, a plate of the cooling arrangement may be coated with a CuNiFe alloy. This opens up the possibility that the thus coated plate may be made of a more favorable material, e.g. Aluminum or copper, and then only the resistant CuNiFe coating is obtained.

Außerdem kann der plattenförmige Kühlkörper an zwei seiner gegenüberliegenden Seiten mit jeweils mindestens einem Bauelement der leistungselektronischen Einrichtung bestückt sein. Dies ist dann möglich, wenn der plattenförmige Kühlkörper über die erste Kühloberfläche der Kühlanordnung hinausragt und daher an beiden Plattenseiten bestückt werden kann. Damit erhöht sich der Freiheitsgrad bei der Anordnung von zu kühlenden Bauteilen. In addition, the plate-shaped heat sink can be equipped on two of its opposite sides, each with at least one component of the power electronic device. This is possible if the plate-shaped heat sink protrudes beyond the first cooling surface of the cooling arrangement and can therefore be equipped on both sides of the plate. This increases the degree of freedom in the arrangement of components to be cooled.

Zudem kann der Kühlkörper mit einer Heatpipe ausgestattet sein. Diese sorgt für einen verbesserten Wärmetransport beispielsweise vom Rand des Kühlkörpers hin zur Kühlanordnung. In addition, the heat sink can be equipped with a heat pipe. This ensures improved heat transfer, for example, from the edge of the heat sink to the cooling arrangement.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen: The present invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying drawings, in which:

1 eine Kühlvorrichtung in Plattenstruktur gemäß dem Stand der Technik; 1 a cooling device in plate structure according to the prior art;

2 eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung mit einer Kupfer-Platte als Kühlkörper; 2 a cooling device according to the invention with a copper plate as a heat sink;

3 eine Kühlvorrichtung mit Aluminium-Platte einschließlich CuNiFe-Beschichtung; 3 a cooling device with aluminum plate including CuNiFe coating;

4 eine Kühlvorrichtung mit zusätzlicher Kupfer- Platte; 4 a cooling device with additional copper plate;

5 eine der 3 ähnliche Kühlvorrichtung mit zusätzlicher Aluminium-Platte; 5 one of the 3 similar cooling device with additional aluminum plate;

6 eine Kühlvorrichtung mit Aluminium-Bodenplatte und Aluminium-Deckplatte, die jeweils mit CuNiFe beschichtet sind. 6 a cooling device with aluminum base plate and aluminum cover plate, each coated with CuNiFe.

7 die Variante von 6, jedoch mit zusätzlicher Aluminium-Platte; 7 the variant of 6 but with additional aluminum plate;

8 eine Befestigungsmöglichkeit eines Elektronikbauteils auf dem Kühlkörper; 8th a mounting option of an electronic component on the heat sink;

9 eine Kühlvorrichtung mit Heatpipe und 9 a cooler with heatpipe and

10 eine Befestigungsmöglichkeit eines Elektronikbauteils auf der Kühlvorrichtung von 9. 10 an attachment of an electronic component on the cooling device of 9 ,

Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Zunächst wird jedoch anhand von 1 eine Kühlvorrichtung gemäß dem Stand der Technik zum besseren Verständnis der Erfindung näher erläutert. The embodiments described in more detail below represent preferred embodiments of the present invention. First, however, based on 1 a cooling device according to the prior art for a better understanding of the invention explained in more detail.

1 stellt eine mehrschichtige Kühlvorrichtung bestehend aus mehreren Platten dar. Auf einer Bodenplatte 1 befindet sich eine erste Kühlkanalplatte 2 und darüber eine zweite Kühlkanalplatte 3. Darüber befindet sich als vierte Platte eine Deckplatte 4. Die vier Platten sind hier jeweils rechteckig und besitzen die gleichen lateralen Abmessungen. Gegebenenfalls ist die Dicke der vier Platten gleich. Die Platte auf der Wärmeeintragsseite ist vorzugsweise aber dünner gestaltet. Auch die auf der gegenüberliegenden Seite abschließende Platte kann dünner gestaltet werden, um einen möglichst leichten Kühlkörper zu erhalten. 1 represents a multi-layer cooling device consisting of several plates. On a bottom plate 1 there is a first cooling channel plate 2 and about a second cooling channel plate 3 , Above this there is a cover plate as the fourth plate 4 , The four plates here are each rectangular and have the same lateral dimensions. Optionally, the thickness of the four plates is the same. The plate on the heat input side is preferably designed but thinner. Also, the final plate on the opposite side can be made thinner in order to obtain the lightest possible heat sink.

Im Inneren der beiden Kühlkanalplatten 2 und 3 ist ein aus Kühlkanälen bestehender Hohlraum ausgebildet, der in 1 nicht zu sehen ist. Der Hohlraum entsteht wie eingangs im Zusammenhang mit der Druckschrift DE 10 2011 079 637 dargelegt wurde. Die Grund- bzw. Bodenplatte 1 und die Deckplatte 4 schließen den Hohlraum nach unten und oben ab. Im Betrieb sind häufig Mindestanforderungen an die Kühlkanalgeometrien gegeben, um beispielsweise die Wahrscheinlichkeit einer Verstopfung zu minimieren. Inside the two cooling channel plates 2 and 3 is formed of cooling channels existing cavity in 1 not visible. The cavity is formed as initially in connection with the publication DE 10 2011 079 637 set out has been. The base plate 1 and the cover plate 4 close the cavity down and up. In operation, minimum cooling channel geometries are often required, for example, to minimize the likelihood of clogging.

Der Hohlraum wird von einem Kühlmedium durchflossen. Insbesondere kann das Kühlmedium Seewasser sein, das durch seinen Salzgehalt sehr aggressiv ist. daher sind die Platten 1 bis 4 beispielsweise aus einer CuNiFe-Legierung, insbesondere aus CuNi10Fe hergestellt. Im Inneren der aus den Platten 1 bis 4 gebildeten Kühlanordnung kann das Kühlmedium zwischen den Platten 1 und 4 strömen. Zu- und Abläufe sind in 1 nicht eingezeichnet. Sie können sich in einer oder mehreren der Platten 1 bis 4 befinden. The cavity is traversed by a cooling medium. In particular, the cooling medium may be seawater, which is very aggressive due to its salt content. therefore the plates are 1 to 4 for example, made of a CuNiFe alloy, in particular of CuNi10Fe. Inside the out of the plates 1 to 4 formed cooling arrangement, the cooling medium between the plates 1 and 4 stream. Inflows and outflows are in 1 not shown. They can be in one or more of the plates 1 to 4 are located.

Die quaderförmige Kühlanordnung besitzt eine erste Kühloberfläche 5, die einer der beiden größten Seiten des Quaders entspricht. Auf der Kühloberfläche 5 können in unmittelbarer Berührung oder zumindest in thermischem Kontakt eines oder mehrere Bauelemente einer leistungselektronischen Einrichtung zur Kühlung befestigt werden. Im vorliegenden Beispiel von 1 sind mehrere Elektronikbauteile 6 mit geringen thermischen Verlusten und einige Elektronikbauteile 7 mit hohen thermischen Verlusten auf der Kühloberfläche 5 angeordnet. The cuboid cooling arrangement has a first cooling surface 5 , which corresponds to one of the two largest sides of the cuboid. On the cooling surface 5 can be mounted in direct contact or at least in thermal contact of one or more components of a power electronic device for cooling. In the present example of 1 are several electronic components 6 with low thermal losses and some electronic components 7 with high thermal losses on the cooling surface 5 arranged.

Die quaderförmige Kühlanordnung mit ihren CuNiFe-Platten und der effektiven (erste) Kühloberfläche 5 ist verhältnismäßig voluminös und verursacht auf Grund der teuren Legierung auch hohe Herstellungskosten. Aus diesem Grund werden erfindungsgemäß modifizierte Kühlvorrichtungen gemäß den 2 bis 10 bereitgestellt. The cuboid cooling arrangement with its CuNiFe plates and the effective (first) cooling surface 5 is relatively bulky and causes high production costs due to the expensive alloy. For this reason, according to the invention modified cooling devices according to the 2 to 10 provided.

In dem Beispiel von 2 ist zur Kühlung der gleichen Elektronikbauteile 6, 7 eine Kühlvorrichtung mit verminderter Baugröße vorgesehen. Als Kühlanordnung mit den Platten 1 bis 4 dient ein Aufbau wie derjenige von 1. Der plattenförmige Aufbau ist jedoch nicht erfindungswesentlich. Die Kühlanordnung ist allerdings in ihren die effektive Kühlfläche (erste Kühloberfläche 5) betreffenden Abmessungen verkleinert. Insbesondere entspricht die Erstreckung der ersten Kühloberfläche der Kühlanordnung 1 bis 4 in etwa der Fläche, die die Elektronikbauteile 7 mit hohen thermischen Verlusten beanspruchen. In dem Beispiel von 2 ist dies daraus ersichtlich, dass sich die Kühlanordnung 1 bis 4 nur unterhalb der Elektronikbauteile 7, nicht aber unterhalb der Elektronikbauteile 6 befindet. In the example of 2 is for cooling the same electronic components 6 . 7 a cooling device provided with a reduced size. As a cooling arrangement with the plates 1 to 4 serves a structure like that of 1 , However, the plate-shaped structure is not essential to the invention. However, the cooling arrangement is in their effective cooling surface (first cooling surface 5 ) dimensions reduced. In particular, the extension of the first cooling surface corresponds to the cooling arrangement 1 to 4 in about the area that the electronic components 7 claim with high thermal losses. In the example of 2 This is apparent from the fact that the cooling arrangement 1 to 4 just below the electronic components 7 , but not below the electronic components 6 located.

Auf der Deckplatte 4 der Kühlanordnung befindet sich ein Kühlkörper 8. Dieser Kühlkörper 8 steht unmittelbar mit der in 2 nicht sichtbaren ersten Kühloberfläche 5 der Kühlanordnung 1 bis 4 in Berührung. Wärme wird also direkt von dem Kühlkörper 8 in die Kühlanordnung 1 bis 4 eingeleitet. On the cover plate 4 the cooling arrangement is a heat sink 8th , This heat sink 8th is directly related to in 2 invisible first cooling surface 5 the cooling arrangement 1 to 4 in touch. Heat is therefore directly from the heat sink 8th in the cooling arrangement 1 to 4 initiated.

Der Kühlkörper 8 ist hier plattenförmig ausgebildet und besitzt eine zweite Kühloberfläche 9, die deutlich größer ausgebildet ist als die erste Kühloberfläche 5 der Kühlanordnung 1 bis 4. Dies bedeutet, dass die größte Seite der hier quaderförmigen Kühlanordnung kleiner ist als die größte Seite des hier plattenförmigen Kühlkörpers 8. Aus Effizienzgründen deckt jedoch der Kühlkörper 8 die komplette erste Kühloberfläche 5 bzw. die größte Seite der quaderförmigen Kühlanordnung ab. Im Beispiel von 2 ist der Kühlkörper 8 mehr als doppelt so breit wie die Kühlanordnung 1 bis 4. The heat sink 8th is here plate-shaped and has a second cooling surface 9 , which is designed significantly larger than the first cooling surface 5 the cooling arrangement 1 to 4 , This means that the largest side of the here cuboid cooling arrangement is smaller than the largest side of the plate-shaped heat sink here 8th , For efficiency reasons, however, the heat sink covers 8th the complete first cooling surface 5 or the largest side of the cuboid cooling arrangement. In the example of 2 is the heat sink 8th more than twice as wide as the cooling arrangement 1 to 4 ,

Die Geometrie der Kühlanordnung 1 bis 4 ist keineswegs auf die Quaderform beschränkt. Vielmehr eignen sich für eine Kühlanordnung alle Geometrien, solange sie zur Wärmeübertragung an die Geometrie des Kühlkörpers angepasst sind. Beispielsweise kann die erste Kühloberfläche 5 auch dreieckig und/oder gewölbt sein. The geometry of the cooling arrangement 1 to 4 is by no means limited to the cuboid shape. Rather, all geometries are suitable for a cooling arrangement, as long as they are adapted for heat transfer to the geometry of the heat sink. For example, the first cooling surface 5 also triangular and / or curved.

Der Kühlkörper 8 ist vorzugsweise aus einem kostengünstigeren Material hergestellt als der wesentliche Bestandteil der Kühlanordnung 1 bis 4. Jedenfalls besteht der Kühlkörper 8 ganz oder größtenteils aus einem anderen Material als das Hauptmaterial der Kühlanordnung 1 bis 4. Das Material des Kühlkörpers 8 sollte auch gut wärmeleitend sein. Beispielsweise eignet sich Kupfer oder Aluminium als passendes Material. Im konkreten Beispiel kann die Kühlanordnung aus CuNiFe-Platten und der Kühlkörper 8 aus einer Cu-Platte bestehen. Allgemeiner kann der materielle Hauptbestandteil der Kühlanordnung aus einer CuNiFe-Legierung und der materielle Hauptbestandteil des Kühlkörpers aus Cu oder Al bestehen. The heat sink 8th is preferably made of a less expensive material than the essential part of the cooling arrangement 1 to 4 , In any case, there is the heat sink 8th entirely or mostly of a different material than the main material of the cooling arrangement 1 to 4 , The material of the heat sink 8th should also be good heat conducting. For example, copper or aluminum is suitable as a suitable material. In the concrete example, the cooling arrangement of CuNiFe plates and the heat sink 8th consist of a copper plate. More generally, the main material component of the cooling arrangement may be a CuNiFe alloy and the main material component of the heat sink may be Cu or Al.

Dadurch, dass die der Kühlanordnung 1 bis 4 zugeordnete Seite des Kühlkörpers 8 nicht komplett mit der Kühlanordnung bedeckt ist, steht eine der zweiten Kühloberfläche 9 gegenüberliegende, in 2 nicht sichtbare dritte Kühloberfläche (Unterseite des plattenförmigen Kühlkörpers 8) zur Bestückung mit Elektronikbauteilen 6 zur Verfügung. Damit erhöht sich die Gestaltungsfreiheit bei der Anordnung der Elektronikbauteile 6 auf dem Kühlkörper 8 zusätzlich. Thereby, that of the cooling arrangement 1 to 4 associated side of the heat sink 8th is not completely covered with the cooling arrangement, is one of the second cooling surface 9 opposite, in 2 invisible third cooling surface (underside of the plate-shaped heat sink 8th ) for equipping with electronic components 6 to disposal. This increases the design freedom in the arrangement of the electronic components 6 on the heat sink 8th additionally.

Die Wärmeabfuhr der Elektronikbauteile 7 mit hohen thermischen Verlusten erfolgt also auf kurzem Weg durch den Kühlkörper 8 hindurch im Wesentlichen senkrecht zu der zweiten Kühloberfläche 9 zur Kühlanordnung 1 bis 4. Die Abwärme der Elektronikbauteile 6 mit geringen thermischen Verlusten wird hingegen zunächst parallel zu der zweiten Kühloberfläche in dem Kühlkörper 8 bis in denjenigen Bereich geführt, an den die Kühlanordnung 1 bis 4 direkt angrenzt. Anschließend wird der Wärmestrom in eine Richtung umgelenkt, die zumindest eine Komponente senkrecht zur zweiten Kühloberfläche 9 besitzt. The heat dissipation of electronic components 7 With high thermal losses thus takes place on a short path through the heat sink 8th therethrough substantially perpendicular to the second cooling surface 9 to the cooling arrangement 1 to 4 , The waste heat of the electronic components 6 with low thermal losses, however, is initially parallel to the second cooling surface in the heat sink 8th led to the area to which the cooling arrangement 1 to 4 directly borders. Subsequently, the heat flow is deflected in one direction, the at least one component perpendicular to the second cooling surface 9 has.

In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung dargestellt. Hier wie auch bei den weiteren Ausführungsbeispielen besteht die geometrische Gestaltungsfreiheit wie in dem Beispiel von 2. In 3 is a further embodiment of a cooling arrangement according to the invention shown. Here, as in the other embodiments, the geometric freedom of design exists as in the example of 2 ,

Die Ausführungsform von 3 unterscheidet sich von derjenigen von 2 lediglich darin, dass auf die Deckplatte 4 verzichtet ist und stattdessen ein mit der Kühlkanalplatte 3 in Berührung stehender Abschnitt des Kühlkörpers 8 mit einer korrosionsbeständigen Schicht, insbesondere einer CuNiFe-Schicht 10 beschichtet ist. Die Schicht 10 verhindert, dass das Material, aus dem der Kühlkörper 8 hauptsächlich aufgebaut ist, direkt mit dem Kühlmedium in Kontakt gerät. Hierdurch kann verhindert werden, dass beispielsweise Seewasser als Kühlmedium das Kupfer des Kühlkörpers 8 angreift. Speziell dieses Ausführungsbeispiel lässt erkennen, dass gegenüber der bekannten Struktur von 1 eine Volumen- bzw. Gewichtseinsparung möglich ist, denn die drei untersten Platten der Kühlanordnung sind auf den Bereich der Elektronikkomponenten 7 mit hoher thermischer Leistungsabgabe verkleinert. Die Funktion der Deckplatte übernimmt hier der plattenförmige Kühlkörper 8. Die Elektronikkomponenten 6 mit geringer thermischer Leistungsabgabe sind wie in dem Beispiel von 2 über Wärmeleitung in dem Bereich des Kühlkörpers ohne unmittelbar darunterliegende Kühlkanäle angebracht. The embodiment of 3 is different from that of 2 just in that on the cover plate 4 is omitted and instead one with the cooling channel plate 3 in contact portion of the heat sink 8th with a corrosion-resistant layer, in particular a CuNiFe layer 10 is coated. The layer 10 prevents the material from which the heat sink 8th is mainly constructed, directly in contact with the cooling medium. This can prevent, for example, seawater as the cooling medium, the copper of the heat sink 8th attacks. Specifically, this embodiment shows that over the known structure of 1 a volume or weight saving is possible, because the three lowest plates of the cooling arrangement are on the range of electronic components 7 reduced with high thermal output. The function of the cover plate takes over here the plate-shaped heat sink 8th , The electronic components 6 with low thermal output are as in the example of 2 attached via heat conduction in the region of the heat sink without immediately underlying cooling channels.

Die Ausführungsform von 4 zeigt zwei weitere Gestaltungsvarianten gegenüber der Ausführungsform von 2. Zum einen symbolisiert diese Ausführungsform, dass die Kühlanordnung 1 bis 4 nicht an einer festen Stelle des Kühlkörpers 8 angeordnet sein muss. Vielmehr ist es zweckmäßig, die Kühlanordnung genau dort zu platzieren, wo der Wärmeeintrag in den Kühlkörper 8 am größten ist, insbesondere unter denjenigen Elektronikbauteilen 7 mit hohen thermischen Verlusten. Dies bedeutet, dass der Kühlkörper 8 an mehreren Seiten (beispielsweise auch drei oder vier) über die Kühlanordnung 1 bis 4 hinausragen kann. The embodiment of 4 shows two further design variants over the embodiment of 2 , On the one hand, this embodiment symbolizes that the cooling arrangement 1 to 4 not at a fixed location of the heat sink 8th must be arranged. Rather, it is expedient to place the cooling arrangement exactly where the heat input into the heat sink 8th is greatest, especially among those electronic components 7 with high thermal losses. This means that the heat sink 8th on several sides (for example, three or four) on the cooling arrangement 1 to 4 can protrude.

Die Ausführungsform von 4 zeigt darüber hinaus die Möglichkeit, dass zwischen den Elektronikbauteilen und dem Kühlkörper 8 ein weiterer beispielsweise plattenförmiger Zusatzkühlkörper 11 angeordnet sein kann. Beispielsweise dient der zusätzliche Kühlkörper 11 dazu, die Wärmekapazität des ersten Kühlkörpers 8 zu erhöhen, um so dynamische Spitzen beim Wärmeeintrag rascher abbauen zu können. Darüber hinaus kann ein derartiger zusätzlicher Kühlkörper 11 dazu dienen, den Querschnitt des Kühlkörpers 8 senkrecht zu der zweiten Kühloberfläche 9 zu erhöhen. Damit lassen sich Wärmeströme parallel zur zweiten Kühloberfläche 9 fördern. The embodiment of 4 also shows the possibility that between the electronic components and the heat sink 8th another example plate-shaped additional heat sink 11 can be arranged. For example, the additional heat sink is used 11 in addition, the heat capacity of the first heat sink 8th increase, so as to reduce dynamic peaks in the heat input more quickly. In addition, such an additional heat sink 11 serve the cross section of the heat sink 8th perpendicular to the second cooling surface 9 to increase. This allows heat flows parallel to the second cooling surface 9 promote.

Das Beispiel von 5 zeigt eine Kombination der vorhergehenden Beispiele von 3 und 4. Der Kühlkörper 8 mit seiner korrosionsfesten Beschichtung 10 (insbesondere CuNiFe-Beschichtung) stellt also die Deckplatte der übrigen Kühlanordnung 1 bis 3 dar. Gleichzeitig sorgt der zusätzliche Kühlkörper 11 oberhalb der Kühlanordnung für gleichmäßigere Wärmeverteilung unter den Elektronikbauteilen 7 mit hohen thermischen Verlusten. The example of 5 shows a combination of the preceding examples of 3 and 4 , The heat sink 8th with its corrosion-resistant coating 10 (In particular CuNiFe coating) thus provides the cover plate of the rest of the cooling arrangement 1 to 3 At the same time provides the additional heat sink 11 above the cooling arrangement for more even heat distribution among the electronic components 7 with high thermal losses.

Der plattenförmige Kühlkörper 8 und der zusätzliche Kühlkörper 11 müssen nicht wie in dem Beispiel von 4 aus Cu gefertigt sein. Vielmehr können sie beispielsweise auch aus Al bestehen. The plate-shaped heat sink 8th and the additional heat sink 11 do not have to like in the example of 4 be made of Cu. Rather, they can for example consist of Al.

In 6 ist eine Weiterentwicklung der Ausführungsform von 3 wiedergegeben. Der Unterschied besteht lediglich darin, dass die Bodenplatte 1 der Kühlanordnung variiert ist. In dem Beispiel von 6 ist nämlich als Bodenplatte keine CuNiFe-Platte sondern beispielsweise eine Al- oder Cu-Platte mit einer CuNiFe-Beschichtung vorgesehen. Diese oder eine andere korrosionsfeste Beschichtung 10 sorgt dafür, dass das Kühlsystem bzw. der Hohlraum in den Kühlkanalplatten 2, 3 auch nach unten hin korrosionsbeständig abgeschlossen ist. Außerdem sind die Materialkosten einer derart beschichteten Bodenplatte 1 geringer als diejenigen einer massiven CuNiFe-Platte. Falls die Bodenplatte 1 hauptsächlich aus Al besteht, lässt sich hierdurch außerdem eine Gewichtsersparnis erzielen. In 6 is a further development of the embodiment of 3 played. The only difference is that the bottom plate 1 the cooling arrangement is varied. In the example of 6 Namely, as a bottom plate no CuNiFe plate but, for example, an Al or Cu plate provided with a CuNiFe coating. This or another corrosion resistant coating 10 ensures that the cooling system or the cavity in the cooling channel plates 2 . 3 is also corrosion-resistant finished down. In addition, the material costs of such a coated base plate 1 lower than those of a solid CuNiFe plate. If the bottom plate 1 mainly made of Al, this can also achieve a weight savings.

Das Ausführungsbeispiel von 7 stellt wiederum eine Kombination der Ausführungsbeispiele von 5 und 6 dar. Demnach sind also sowohl die Bodenplatte 1 als auch die Deckplatte (hier Kühlkörper 8) der Kühlanordnung als Al- bzw. Cu-Platten jeweils mit korrosionsfester Beschichtung 10 realisiert. Außerdem befindet sich zwischen den Elektronikbauteilen 7 mit hohen thermischen Verlusten und dem Kühlkörper 8 der zusätzliche Kühlkörper 11 zur weiteren Wärmeverteilung. The embodiment of 7 again represents a combination of the embodiments of 5 and 6 Thus, therefore, both the bottom plate 1 as well as the cover plate (here heat sink 8th ) of the cooling arrangement as Al or Cu plates, each with a corrosion-resistant coating 10 realized. It is also located between the electronic components 7 with high thermal losses and the heat sink 8th the additional heat sink 11 for further heat distribution.

8 zeigt eine Befestigungsmöglichkeit einer Elektronikkomponente 6 auf dem Kühlkörper 8. Da der plattenförmige Kühlkörper 8 hier mit einer seiner größten Flächen über die Kühlanordnung 1 bis 4 bzw. 1 bis 3 hinausragt, können die Elektronikbauteile 6 mit geringen thermischen Verlusten anders (ggf. einfacher) an dem Kühlkörper 8 befestigt werden als die Elektronikbauteile 7 mit hohen thermischen Verlusten direkt über der Kühlanordnung. In dem Beispiel von 8 ist das Elektronikbauteil 6 lediglich mit zwei Durchgangsschrauben 12 (einschließlich Muttern) an dem Kühlkörper 8 befestigt. Da die Unterseite des Kühlkörpers 8, d.h. die dritte Kühloberfläche 13, nicht von der Kühlanordnung bedeckt ist, kann der Kopf der Schraube 12 bzw. die Mutter über die Unterseite hinausstehen. Die Montage des Kühlkörpers wird insbesondere deswegen vereinfacht, da keine Rücksicht auf vom Kühlmedium freibleibende Flächen genommen werden muss. 8th shows a mounting option of an electronic component 6 on the heat sink 8th , As the plate-shaped heat sink 8th here with one of its largest surfaces over the cooling arrangement 1 to 4 respectively. 1 to 3 protrudes, the electronic components 6 with low thermal losses differently (possibly easier) on the heat sink 8th be attached as the electronic components 7 with high thermal losses directly over the cooling arrangement. In the example of 8th is the electronic component 6 only with two through bolts 12 (including nuts) on the heat sink 8th attached. Because the bottom of the heat sink 8th ie the third cooling surface 13 , Not covered by the cooling arrangement, the head of the screw can 12 or stand the mother over the bottom. The assembly of the heat sink is particularly simplified because no consideration must be taken to the cooling medium remaining free surfaces.

In 9 ist das Ausführungsbeispiel von 5 dahingehend weiterentwickelt, dass der Kühlköper 8 zusätzlich eine oder mehrere Heatpipes 14 aufweist. Derartige Heatpipes können auch in dem zusätzlichen Kühlkörper 11 vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich zu den Heatpipes können auch sogenannte „Cold plates„ in den Kühlkörpern 8, 11 vorgesehen sein. Daneben können die Kühlkörper auch aus anderen gut wärmeleitenden Materialien als Cu oder Al bestehen. In 9 is the embodiment of 5 further developed so that the heat sink 8th additionally one or more heatpipes 14 having. Such heatpipes can also in the additional heat sink 11 be provided. As an alternative or in addition to the heat pipes, so-called "cold plates" can also be used in the heat sinks 8th . 11 be provided. In addition, the heat sink can also consist of other good heat conducting materials as Cu or Al.

10 zeigt eine Montagemöglichkeit eines Elektronikbauteils 6 mit geringen thermischen Verlusten ähnlich wie in dem Beispiel von 8. Es ist aus 10 jedoch deutlich zu entnehmen, dass die Heatpipes 14 zwischen den Schrauben 12 unter dem Elektronikbauteil 6 verlaufen, wodurch der Kühlkörper 8 unterhalb des Elektronikbauteils 6 optimal entwärmt wird. 10 shows a mounting option of an electronic component 6 with low thermal losses similar to the example of 8th , It is off 10 However, it can be clearly seen that the heatpipes 14 between the screws 12 under the electronic component 6 extend, causing the heat sink 8th below the electronic component 6 is optimally cooled.

Wie bereits durch die obigen Ausführungsbeispiele angedeutet wurde, lassen sich die Konstruktionsprinzipien der verschiedenen Ausführungsformen nach Belieben kombinieren. As already indicated by the above embodiments, the design principles of the various embodiments can be combined as desired.

Die obigen Ausführungsbeispiele beziehen sich allesamt auf einen mehrschichtigen Aufbau der Kühlvorrichtung, bei dem die Platten 2 und 3 Ausnehmungen für ein Kanalsystem aufweisen. Die Platten sind miteinander fest verbunden. Mögliche Verbindungen lassen sich durch flächiges Löten, flächiges Hartlöten, Punktschweißen über die Fläche und Dichtschweißen am Außenrand erzielen. Auch hierzu wird insbesondere auf das Herstellungsverfahren gemäß DE 10 2011 079 637 verwiesen. The above embodiments all relate to a multilayer structure of the cooling device in which the plates 2 and 3 Have recesses for a channel system. The plates are firmly connected. Possible connections can be achieved by surface soldering, surface brazing, spot welding over the surface and sealing welding on the outer edge. Also for this purpose, in particular to the manufacturing process according to DE 10 2011 079 637 directed.

Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, dass die Kühlvorrichtung bzw. die Kühlanordnung schichtartig mit Platten aufgebaut ist. Vielmehr kann die Kühlanordnung selbst einteilig sein und mit einem plattenförmigen oder nichtplattenförmigen Kühlkörper verbunden sein. However, the present invention is not limited to that the cooling device or the cooling arrangement is constructed in layers with plates. Rather, the cooling arrangement itself may be in one piece and connected to a plate-shaped or non-plate-shaped heat sink.

Aus Herstellungsgründen sind jedoch obige Ausführungsformen bevorzugt, die sich gegenüber dem Stand der Technik (1) auf eine modifizierte Gestaltung der Deckschicht der Kühlanordnung beziehen. Diese modifizierte Deckschicht kann, wie dargestellt wurde, beispielsweise aus einer Al-Platte mit einer CuNiFe-Beschichtung (z.B. Auftrag durch ein thermisches Spritzverfahren) (vgl. 3, 5, 9) oder aus einer dünnen Cu-NiFe-Platte mit darauf befestigter Cu-Platte bestehen (z.B. vakuum-hartgelötet)(vgl. 2 und 4). Auch der Ersatz der Bodenschicht der Kühlplatte ist für den Fall einer beschichteten Al-Platte denkbar (vgl. 6 und 7). For manufacturing reasons, however, above embodiments are preferred, which are compared to the prior art ( 1 ) relate to a modified design of the cover layer of the cooling arrangement. As has been shown, this modified covering layer can be made, for example, from an Al plate with a CuNiFe coating (for example application by a thermal spraying method) (cf. 3 . 5 . 9 ) or a thin Cu-NiFe plate with Cu plate attached thereto (eg vacuum brazed) (cf. 2 and 4 ). Also, the replacement of the bottom layer of the cooling plate is conceivable in the case of a coated Al plate (see. 6 and 7 ).

Dabei lassen sich zwei prinzipielle Gestaltungsmöglichkeiten unterscheiden:

  • a) Eine Variante mit durchgehender, dickerer Deckschicht mit großer Querschnittsfläche und damit guter Wärmeleitung. Die Dicke der Deckplatte ist dabei z.B. festgelegt durch die mechanischen Montageanforderungen der Elektronikkomponenten (vgl. 2, 3 und 6).
  • b) Bei einer anderen Variante ist eine geteilte Deckschicht aus einer verdickten Deckschicht im Bereich der (Wasser-)Kühlung und einer reduzierten Schichtdicke im Montagebereich der Elektronikkomponenten mit verringerter Leistungsabgabe vorgesehen (vgl. 4, 5 und 7). Die freie Bestückbarkeit wird zum einen durch die Verdickung, deren Größe bedingt ist durch die mechanischen Montageanforderungen der Elektronikkomponenten mit hohen thermischen Verlusten und zum anderen im Bereich der dünneren Platte mit den Elektronikkomponenten mit geringerer thermischer Verlustleistung durch eine durchgehende Verschraubung mit Mutter sichergestellt (vgl. 8 und 10).
There are two basic design options:
  • a) A variant with a continuous, thicker cover layer with a large cross-sectional area and thus good heat conduction. The thickness of the cover plate is determined, for example, by the mechanical assembly requirements of the electronic components (cf. 2 . 3 and 6 ).
  • b) In another variant, a divided cover layer of a thickened cover layer in the area of (water) cooling and a reduced layer thickness in the assembly area of the electronic components is provided with reduced power output (cf. 4 . 5 and 7 ). The free placement is on the one hand by the thickening, the size of which is ensured by the mechanical assembly requirements of the electronic components with high thermal losses and the other in the thinner plate with the electronic components with lower thermal dissipation through a continuous screw with nut (see. 8th and 10 ).

In vorteilhafter Weise besteht durch die Erfindung die Möglichkeit der Reduktion der Größe der Kühlanordnung auf die Komponenten mit hoher thermischer Leistungsabgabe sowie der thermischen Anbindung der Komponenten mit geringer thermischer Leistungsabgabe über Wärmeleitung einer durchgehenden Platte bzw. einen durchgehenden Kühlkörper. Damit werden ein reduziertes Gewicht der Kühlvorrichtung sowie reduzierte Einzelkosten erreicht. Da die Kühlvorrichtung nicht auf korrosionsbeständige Materialien beschränkt ist, können auch Materialien mit erhöhter Wärmeleitfähigkeit (z.B. Al oder Cu) eingesetzt werden, wodurch sich eine Verringerung der Plattenabmessungen ergeben kann, da Elektronikbauteile mit geringerer thermischer Leistungsabgabe über Wärmeleitung mitgekühlt werden können. Advantageously, by the invention, the possibility of reducing the size of the cooling arrangement on the components with high thermal output and the thermal connection of the components with low thermal output via heat conduction of a continuous plate or a continuous heat sink. This achieves a reduced weight of the cooling device and reduced individual costs. Since the cooling device is not limited to corrosion resistant materials, materials having increased thermal conductivity (e.g., Al or Cu) may also be used, which may result in a reduction in plate dimensions because electronic components having lower thermal output can be co-cooled by heat conduction.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102001079637 [0003] DE 102001079637 [0003]
  • DE 102011079637 [0029, 0052] DE 102011079637 [0029, 0052]

Claims (10)

Kühlvorrichtung zum Kühlen einer leistungselektronischen Einrichtung (6, 7) mit – Kühlanordnung (1 bis 4), die einen Hohlraum, welcher von einem Kühlmedium durchströmbar ist, und an einer Seite der Kühlanordnung (1 bis 4) eine die gesamte Seite überspannende erste Kühloberfläche (5) besitzt, gekennzeichnet durch – einen Kühlkörper (8), der direkt auf die erste Kühloberfläche (5) montiert ist, wobei – der materielle Hauptbestandteil des Kühlkörpers (8) aus einem anderen Material besteht als der materielle Hauptbestandteil der Kühlanordnung (1 bis 4), – der Kühlkörper (8) eine zweite Kühloberfläche (9) besitzt, mit der die leistungselektronische Einrichtung (6, 7) direkt oder über einen weiteren Kühlkörper (11) koppelbar ist, und – die zweite Kühloberfläche (9) größer ist als die erste Kühloberfläche (5). Cooling device for cooling a power electronic device ( 6 . 7 ) with - cooling arrangement ( 1 to 4 ), which can flow through a cavity through which a cooling medium and on one side of the cooling arrangement (FIG. 1 to 4 ) a first cooling surface spanning the entire side ( 5 ), characterized by - a heat sink ( 8th ) directly onto the first cooling surface ( 5 ), wherein - the main material component of the heat sink ( 8th ) consists of a material other than the main material component of the cooling arrangement ( 1 to 4 ), - the heat sink ( 8th ) a second cooling surface ( 9 ), with which the power electronic device ( 6 . 7 ) directly or via another heat sink ( 11 ), and - the second cooling surface ( 9 ) is larger than the first cooling surface ( 5 ). Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kühlanordnung (1 bis 4) mehrere zueinander parallele Platten aufweist, der Kühlkörper (8) plattenförmig ist und parallel zu den Platten der Kühlanordnung (1 bis 4) angeordnet ist. Cooling device according to claim 1, wherein the cooling arrangement ( 1 to 4 ) has a plurality of mutually parallel plates, the heat sink ( 8th ) is plate-shaped and parallel to the plates of the cooling arrangement ( 1 to 4 ) is arranged. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kühlanordnung (1 bis 4) als materiellen Hauptbestandteil eine CuNiFe-Legierung besitzt. Cooling device according to claim 1 or 2, wherein the cooling arrangement ( 1 to 4 ) as a main material component has a CuNiFe alloy. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kühlkörper (8) als materiellen Hauptbestandteil Al oder Cu besitzt. Cooling device according to one of the preceding claims, wherein the heat sink ( 8th ) as the main material Al or Cu. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kühlkörper (8) in einem Teilabschnitt mit einer Cu-NiFe-Legierung beschichtet (10) ist. Cooling device according to one of the preceding claims, wherein the heat sink ( 8th ) is coated in one section with a Cu-NiFe alloy ( 10 ). Kühlvorrichtung nach Anspruch 5, wobei an den Hohlraum der Kühlanordnung (1 bis 4) kein anderer Abschnitt des Kühlkörpers (8) außer dem Teilabschnitt mit der Beschichtung (10) aus der CuNiFe-Legierung angrenzt. Cooling device according to claim 5, wherein the cavity of the cooling arrangement ( 1 to 4 ) no other section of the heat sink ( 8th ) except the subsection with the coating ( 10 ) of the CuNiFe alloy adjacent. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Kühlanordnung (1 bis 4) zwei Platten (2, 3) mit Ausnehmungen besitzt, und die Ausnehmungen den Hohlraum bilden. Cooling device according to one of claims 2 to 6, wherein the cooling arrangement ( 1 to 4 ) two plates ( 2 . 3 ) has recesses, and the recesses form the cavity. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei eine Platte (1) der Kühlanordnung (1 bis 4) mit einer CuNiFe-Legierung beschichtet ist. Cooling device according to one of claims 2 to 7, wherein a plate ( 1 ) of the cooling arrangement ( 1 to 4 ) is coated with a CuNiFe alloy. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei der plattenförmige Kühlkörper (8) an zwei seiner gegenüberliegenden Seiten (9, 13) mit jeweils mindestens einem Bauelement der leistungselektronischen Einrichtung bestückt ist. Cooling device according to one of claims 2 to 8, wherein the plate-shaped heat sink ( 8th ) on two of its opposite sides ( 9 . 13 ) is equipped with at least one component of the power electronic device. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kühlkörper (8) mit einer Heatpipe (14) ausgestattet ist. Cooling device according to one of the preceding claims, wherein the heat sink ( 8th ) with a heat pipe ( 14 ) Is provided.
DE201310201622 2013-01-31 2013-01-31 Apparatus for cooling power-electronic device e.g. frequency converter, has heat sink that is provided with specific cooling surface larger than preset cooling surface, coupled directly with electronic device through another heat sink Withdrawn DE102013201622A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201310201622 DE102013201622A1 (en) 2013-01-31 2013-01-31 Apparatus for cooling power-electronic device e.g. frequency converter, has heat sink that is provided with specific cooling surface larger than preset cooling surface, coupled directly with electronic device through another heat sink

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201310201622 DE102013201622A1 (en) 2013-01-31 2013-01-31 Apparatus for cooling power-electronic device e.g. frequency converter, has heat sink that is provided with specific cooling surface larger than preset cooling surface, coupled directly with electronic device through another heat sink

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102013201622A1 true DE102013201622A1 (en) 2014-07-31

Family

ID=51163573

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE201310201622 Withdrawn DE102013201622A1 (en) 2013-01-31 2013-01-31 Apparatus for cooling power-electronic device e.g. frequency converter, has heat sink that is provided with specific cooling surface larger than preset cooling surface, coupled directly with electronic device through another heat sink

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102013201622A1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE29510335U1 (en) * 1995-06-26 1995-08-24 Siemens Ag Electronic combined logic power module
US20100296239A1 (en) * 2008-05-21 2010-11-25 Monem H Alyaser Thermal interposer liquid cooling system
DE102009056290A1 (en) * 2009-11-30 2011-06-09 Alphacool Gmbh Device for cooling e.g. micro processor, arranged on printed circuit board i.e. graphic card, of computer, has connecting unit i.e. blind hole, cooperating with another connecting unit i.e. thread, for removable mounting of coolers
DE102011079637A1 (en) 2011-07-22 2013-01-24 Siemens Aktiengesellschaft Process for the preparation of a seawater-resistant cooling plate and apparatus produced by this method and their use

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE29510335U1 (en) * 1995-06-26 1995-08-24 Siemens Ag Electronic combined logic power module
US20100296239A1 (en) * 2008-05-21 2010-11-25 Monem H Alyaser Thermal interposer liquid cooling system
DE102009056290A1 (en) * 2009-11-30 2011-06-09 Alphacool Gmbh Device for cooling e.g. micro processor, arranged on printed circuit board i.e. graphic card, of computer, has connecting unit i.e. blind hole, cooperating with another connecting unit i.e. thread, for removable mounting of coolers
DE102011079637A1 (en) 2011-07-22 2013-01-24 Siemens Aktiengesellschaft Process for the preparation of a seawater-resistant cooling plate and apparatus produced by this method and their use

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Cunifer - Behandlung und Pflege. Technical Bulletin 2005/05. www.vecom.de *
Kupfer-Legierungen Werkstoffeigenschaften. Wieland Werke AG 2002. www.wieland-thermalsolutions.de *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4131739C2 (en) Cooling device for electrical components
DE10125636B4 (en) Cooler for electrical and / or electronic components
DE60202476T2 (en) PCB WITH AN INSULATED METALLIC SUBSTRATE WITH AN INTEGRATED COOLING SYSTEM
DE19519740A1 (en) Heat exchanger
DE102004003790A1 (en) Heat exchangers, in particular oil / coolant coolers
DE102006019376A1 (en) Power radiator for e.g. insulated gate bipolar transistor component of inverter, has cooling plate, where one set of fins exhibits heat conductive material different from other set of fins and ends of fins are inserted into cooling plate
DE10324190B4 (en) heat exchangers
EP3016114B1 (en) Cooled electrical resistor
EP3997730B1 (en) Method for producing a cooling element, and cooling element produced using such a method
DE102013201622A1 (en) Apparatus for cooling power-electronic device e.g. frequency converter, has heat sink that is provided with specific cooling surface larger than preset cooling surface, coupled directly with electronic device through another heat sink
EP3494294B1 (en) Electrically heatable honeycomb body for exhaust gas treatment having a plurality of heating elements
DE102018210141A1 (en) Diode laser arrangement and method for producing a diode laser arrangement
EP2167895A1 (en) Heat exchanger
EP2166569A1 (en) Cooling device for a power component
DE102007017623B4 (en) Mounting plate for electrical or electronic components
WO2016096131A1 (en) Multilayer printed circuit board having a thermally conductive element
DE102011089891B4 (en) Circuit carrier and method for producing a circuit carrier, circuit arrangement with a circuit carrier
EP3459110B1 (en) Cooling box unit and power electronics device having a cooling box unit
DE102007003920A1 (en) Liquid radiator for one or multiple electrical or electronic units, has lower cooling plate and upper cooling plate, where one or multiple cooling units are arranged and coolant channels are designed as slots
DE102020108106B4 (en) Arrangement for increasing the performance of a power module
WO2013014028A1 (en) Method for producing a saltwater-proof cooling plate, and device produced by means of said method and the use thereof
DE102018118925A1 (en) Fan with heat sink
WO2023134815A1 (en) Cooling body having a heat pipe for an electronic component, and corresponding assembly
DE102011117132A1 (en) Cooling device e.g. vapor chamber cooler has support rod in which mounting hole is formed at specific position and passing through main portion
DE102010048529A1 (en) Cooling structure for electronic component e.g. transistor, has heat distributor whose side surfaces are rounded or tapered so that side surfaces of heat distributor are partially arranged on base portion

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R005 Application deemed withdrawn due to failure to request examination