DE102013203532A1 - Bauteilekühlung - Google Patents
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Abstract
Beschrieben wird eine Bauteilekühlung eines auf einer Grundplatte sitzenden elektrischen Bauteils, insbesondere eines Leistungsbauteiles in Form eines Chip (C), wobei das Bau-teil (C) über auf der der abgewandten Seite der Grundplatte (GP) verlaufende Leitungen (BD) elektrisch kontaktiert ist, wobei eine der elektrischen Leitungen (BD) mit einer Kühleinrichtung verbunden ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Bauteilekühlung der Art von Anspruch 1.
- Elektronische Bauteile entwickeln während des Betriebs Wärme, die zur Erhaltung der Funktionssicherheit abgeführt werden muss. Im Bereich KFZ-Elektronik werden insbesondere IGBT-Module (insulated-gate bipolar transistor), MOSFETs für Schaltvorgänge benutzt. Durch die z.T. beträchtlichen Ströme entsteht Abwärme, die abgeleitet werden muss, um bauteilschädigende Erwärmungen zu verhindern. Üblich ist die Anordnung der Abwärme entwickelnden Bauteile in Kontakt mit Kühlkörpern.
- Die
DE 10 2004 018 469 B3 sieht eine Leistungshalbleiterschaltung mit einem flach Leistungsmodul vor. Das Leistungshalbleitermodul ist direkt auf einer Deckschiene einer stromführenden Verschienung angeordnet. Eine Kühleinrichtung ist in der Verschienung integriert. Die Kühleinrichtung verläuft zwischen Bauelement und den das Element tragenden Stromschienen. - Die
DE 93 07 464 U1 beschreibt eine Vorrichtung zum Einspannen von scheibenförmigen Halbleiterbauelementen, die entlang einer Stromschiene angeordnet sind. In der Stromschiene sind Kühlkanäle angeordnet. - Aus der
DE 43 38 277 A1 ist ein flüssigkeitsgekühltes Stromrichtermodul mit einem Leistungshalbleiter bekannt, bei welchem die Bauteile auf einem Isolierbaugruppenträger mit einer Strompfadverschienung angeordnet sind. - Bei der
DE 10 2008 063 724 A1 und derDE 10 2008 061 489 A1 sind Sammelschienenanordnungen mit einer eingebauten Kühlung vorgesehen. Der Entwärmungsweg folgt über die die Bauteile tragende Grundplatte und die Verschienung. - Die Stromschiene der
DE 197 15 178 A1 trägt zur Wärmeabgabe einen Kühlkörper. - Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Bauteilekühlung in gegenüber den bekannten Lösungen verbesserter Ausführung vorzuschlagen.
- Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale von Anspruch 1. Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
- Die Erfindung sieht eine Bauteilekühlung eines auf einer Grundplatte sitzenden elektrischen Bauteils vor, wobei das Bauteil über auf der der abgewandten Seite der Grundplatte verlaufende Leitungen elektrisch kontaktiert ist, wobei eine der elektrischen Leitungen eine Kühleinrichtung aufweist bzw. mit einer solchen verbunden ist.
- Bevorzugt erfolgt die Kühlung über eine Stromschiene, welche oberhalb der das Bauteil tragenden Anordnung sitzt und in ihrer Dimensionierung zur Ableitung eines vorgesehenen Wärmestromes ausgeführt ist. Die Bonddrähte des Chip sind zu einer, mehreren Stromschienen geführt. Die Kontakte der Bonddrähte zum Chip sind zwar kleinflächig, durch das gut wärmeleitende Material (Kupfer) erfolgt auf diesem Weg eine Entwärmung, das thermische Niveau des Chip wird spürbar gesenkt.
- Eine weitere bevorzugte Ausführung der Erfindung sieht eine Ergänzung der Stromschienen mit Kühlkanälen vor. Diese Erweiterung erhöht den Bauraum der Stromschienen, jedoch kann so eine Kühlung, eine Entwärmung sehr nahe am Chip realisiert werden, wobei ein vorhandener Kühlkreislauf genutzt wird.
- Bei üblicher Anordnung von elektronischen Leistungsbauelementen erfolgt die Entwärmung über eine Grundplatte, die das Bauelement trägt. Zusätzlich kann an der Rückseite der Grundplatte, auf der dem Bauteil abgewandten Seite ein Kühlkörper angeordnet sein.
- Die Erfindung sieht eine zusätzliche Entwärmung, eine Wärmeabfuhr oberhalb der Grundplatte vor. Vorzugsweise werden die Bonddrähte des Chip genutzt, wozu diese in Wärmekontakt mit einer Stromschiene gebracht werden.
- Des Weiteren wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnungen beschrieben.
-
1 zeigt einen Chip C, der in gutem Wärmekontakt auf einer Grundplatte GP angeordnet ist. Der Chip C sitzt über eine DBC-Schicht (Directed Bonded Copper) sowie einer Lotschicht LS auf der Grundplatte GP. Diese Grundplatte GP weist an ihrer Rückseite – der dem Chip C abgewandten Seite – einen Kühlkörper KK auf. Der Kühlkörper KK ist über eine Wärmeleitpaste WLP in gutem thermischen Kontakt mit der Grundplatte GP über Schrauben verbunden. Dadurch erfolgt ein erster und auch wesentlicher Wärmetransport vom Chip C über dessen Rückseite und die Grundplatte GP in den Kühlkörper KK. Dieser Wärmetransport ist in1 mit den nach unten in den Kühlkörper KK weisenden Pfeilen angedeutet. - Der Chip C ist über eine Anzahl Bonddrähte BD kontaktiert. Über in Form von Stromschienenkörpern SK gestalteter Anschlüsse A erfolgt die elektrische Verbindung zu mit dem Chip C zusammenwirkenden Komponenten. Die Anschlüsse A sind in der Dimensionierung für einen Wärmetransport ausgelegt, d.h. in Querschnitt und Material entsprechend gestaltet. Die Anschlüsse A sehen mit einer nicht dargestellten Temperatursenke in Verbindung, so dass die vom Chip C über dessen Bonddrähte abgegebene Wärme abgeführt wird. Dieser Wärmestrom ist durch die in der
1 wiedergegebenen und nach oben weisenden Pfeile angedeutet. - Die
2 und3 zeigen den erfindungsgemäßen Stromschienenkörper SK in perspektivischer sowie in geschnittener Darstellung. Der Stromschienenkörper SK weist Kontakte auf, die der Verbindung mit dem Chip dienen. Über die Bonddrähte BD aber auch die über die DBC abgeleitete Wärme des Chip C nimmt der Stromkörper SK Wärme auf, welche durch in seinem Inneren verlaufende Kühlmittelkanäle weitergeleitet wird. -
3 zeigt einen Schnitt durch den Stromschienenkörper SK nach2 . Im Inneren weist der aus einem Kunststoff gefertigte Stromschienenkörper SK zwei Leiterbahnen LB1, LB2 auf, denen insgesamt drei Kühlmittelkanäle KK1, KK2, KK3 zugeordnet sind. Über diese Kühlmittelkanäle KK1, KK2, KK3 erfolgt der Wärmetransport der über die Bonddrähte BD sowie den Flächenkontakt des Stromschienenkörpers SK eingebrachten Wärmemenge. - Die von einem Kühlmittelfluid durchflossenen Kühlmittelkanäle KK1, KK2, KK3 stehen mit einem vorhandenen Kühlsystem der Elektronik in Kontakt und geben ihre im Bereich des Chip C aufgenommene Wärme an diese Wärmesenke ab.
- Bezugszeichen
-
-
- C
- Chip
- BD
- Bonddraht
- GP
- Grundplatte
- DBC
- Directed Bonded Copper
- LS
- Lotschicht
- KK
- Kühlkörper
- WLP
- Wärmeleitpaste
- A
- Anschluss
- SK
- Stromschienenkörper
- LB1, LB2
- Leiterbahn elektrisch
- KK1, KK2, KK3
- Kühlmittelkanal
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- 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.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102004018469 B3 [0003]
- DE 9307464 U1 [0004]
- DE 4338277 A1 [0005]
- DE 102008063724 A1 [0006]
- DE 102008061489 A1 [0006]
- DE 19715178 A1 [0007]
Claims (7)
- Bauteilekühlung eines auf einer Grundplatte sitzenden elektrischen Bauteils, insbesondere eines Leistungsbauteiles in Form eines Chip (C), wobei das Bauteil (C) über auf der der abgewandten Seite der Grundplatte (GP) verlaufende Leitungen (BD) elektrisch kontaktiert ist, und wobei eine der elektrischen Leitungen (BD) mit einer Kühleinrichtung verbunden ist.
- Bauteilekühlung nach Anspruch 1, die elektrische Leitung (BD) ist in einen Anschluss (A) geführt, der als Wärmeleiter ausgebildet ist.
- Bauteilekühlung nach Anspruch 1, der Anschluss (A) ist als einen Stromschienenkörper (SK) ausgebildet und weist einen von einem Kühlmittel durchströmten Kühlmittelkanal (KK1, KK2, KK3) auf.
- Bauteilekühlung nach Anspruch 3, der Stromschienenkörper (SK) weist eine Anzahl elektrischer Leiterbahnen (LB1, LB2) sowie eine Anzahl Kühlmittelkanäle (KK1, KK2, KK3) auf.
- Bauteilekühlung nach Anspruch 4, die elektrischen Leiterbahnen (LB1, LB2) sowie die Kühlmittelkanäle (KK1, KK2, KK3) sind paarweise abwechselnd angeordnet.
- Bauteilekühlung nach Anspruch 3, 4 oder 5, der Stromschienenkörper (SK) ist aus Kunststoff gefertigt.
- Bauteilekühlung nach Anspruch 3, 4, 5 oder 6, der Kühlmittelkanal (KK1, KK2, KK3) des Stromschienenkörpers (SK) steht mit einem Kühlungssystem der Elektronik in Verbindung.
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DE (1) | DE102013203532A1 (de) |
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