DE102014112516B3 - Power electronic system with liquid cooling device and method of manufacturing the liquid cooling device - Google Patents

Power electronic system with liquid cooling device and method of manufacturing the liquid cooling device Download PDF

Info

Publication number
DE102014112516B3
DE102014112516B3 DE102014112516.9A DE102014112516A DE102014112516B3 DE 102014112516 B3 DE102014112516 B3 DE 102014112516B3 DE 102014112516 A DE102014112516 A DE 102014112516A DE 102014112516 B3 DE102014112516 B3 DE 102014112516B3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
flow guide
heat transfer
plastic flow
cooling
electronic system
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.)
Active
Application number
DE102014112516.9A
Other languages
German (de)
Inventor
Ingo Bogen
Ludwig Hager
Ralf Ehler
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.)
Semikron GmbH and Co KG
Semikron Elektronik GmbH and Co KG
Original Assignee
Semikron GmbH and Co KG
Semikron Elektronik GmbH and Co KG
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 Semikron GmbH and Co KG, Semikron Elektronik GmbH and Co KG filed Critical Semikron GmbH and Co KG
Priority to DE102014112516.9A priority Critical patent/DE102014112516B3/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102014112516B3 publication Critical patent/DE102014112516B3/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/86Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using tape automated bonding [TAB]
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20927Liquid coolant without phase change
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3735Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/50Tape automated bonding [TAB] connectors, i.e. film carriers; Manufacturing methods related thereto
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H01L25/072Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00 the devices being arranged next to each other

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Abstract

Das erfindungsgemäße leistungselektronisches System (1) weist eineFlüssigkeitskühleinrichtung (3) sowie eine Schalteinrichtung (2) auf, wobei dieseSchalteinrichtung (2) ein Substrat (10) aufweist, auf dessen der Flüssigkeitskühleinrichtung (3) abgewandten Seite auf voneinander elektrisch isolierten Leitbahnen (14)Leistungshalbleiterbauelemente (16) angeordnet und schaltungsgerecht mittels einer Verbindungseinrichtung (18) insbesondere miteinander verbunden sind, wobei dieseFlüssigkeitskühleinrichtung (3) einen ersten (30) und einen zweiten Teilkörper (32) aufweist,zwischen denen ein Einströmvolumenbereich (34), ein Kühlvolumenbereich (36) und einAusströmvolumenbereich (38) ausgebildet werden, wobei vom ersten Teilkörper (30) eine Mehrzahl von Wärmetransportkörpern (4) in den Kühlvolumenbereich (36) hineinragen, wobeiin dem Kühlvolumenbereich (36) ein Kunststoff-Strömungsleitkörper (5) angeordnet ist, der eine Mehrzahl von Ausnehmungen (6) aufweist, wobei ein oder mehrere Wärmetransportkörper (4) in eine zugeordnete Ausnehmung (6) des Kunststoff-Strömungsleitkörpers (5) hineinreichen.The electronic power system according to the invention (1) comprises a liquid cooling device (3) and a switching device (2), said switching device (2) having a power semiconductor components on its side facing away from the liquid cooling device (3) on electrically insulated interconnects (14) (16) and in particular connected to one another by means of a connecting device (18), this liquid cooling device (3) having a first (30) and a second partial body (32) between which an inflow volume region (34), a cooling volume region (36) and an outflow volume region (38) is formed, wherein a plurality of heat transfer bodies (4) project from the first part body (30) into the cooling volume region (36), wherein in the cooling volume region (36) a plastic flow guide body (5) is arranged, which has a plurality of recesses (6), wherein one or more Rere heat transfer body (4) extend into an associated recess (6) of the plastic flow guide (5).

Description

Die Erfindung beschreibt ein leistungselektronisches System mit einer Flüssigkeitskühleinrichtung und mit einer Schalteinrichtung, wobei diese vorzugsweise als Stromrichter ausgebildet ist. Weiterhin beschreibt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkeitskühleinrichtung, insbesondere für ein derartiges leistungselektronisches System. The invention describes a power electronic system with a liquid cooling device and with a switching device, which is preferably designed as a power converter. Furthermore, the invention describes a method for producing a liquid cooling device, in particular for such a power electronic system.

Aus dem Stand der Technik, beispielhaft offenbart in der US 6,594,149 B2 , ist eine flüssigkeitsgekühlte Schaltungsvorrichtung bekannt. Diese umfasst ein Schaltmodul mit einem Schaltkreiselement und einer Schaltmodulgrundplatte, auf welcher das Schaltkreiselement angebracht ist, ein Schaltgehäuse zur Aufnahme des Schaltmoduls und eine Kühlflüssigkeitskammer zum Leiten einer Kühlflüssigkeit in Kontakt mit einer Rückseite einer Modulbasisplatte des Schaltmoduls. Ähnliche Schaltvorrichtungen mit Flüssigkeitskühleinrichtungen sind aus der DE 10 2010 043 446 B3 oder der DE 10 2010 040 610 A1 bekannt. From the prior art, disclosed by way of example in the US 6,594,149 B2 , a liquid-cooled circuit device is known. This includes a switching module having a circuit element and a switching module base plate on which the circuit element is mounted, a switching housing for receiving the switching module and a cooling liquid chamber for conducting a cooling liquid in contact with a back of a module base plate of the switching module. Similar switching devices with liquid cooling devices are known from the DE 10 2010 043 446 B3 or the DE 10 2010 040 610 A1 known.

Weiterhin ist beispielhaft aus der DE 10 2012 102 666 A1 , oder ähnlich aus der US 2006/0231236 A1 , bekannt das eine Kühleinrichtung aufgebaut aus zwei Teilkörpern am ersten Teilkörper Wärmetransportkörper aufweist, ähnlich dem oben genannten Druckschriften, und der zweite Teilkörper korrespondierende zweite Einrichtungen aufweisen kann die allgemein der Strömungsführung und Verbesserung der gesamten Kühlleistung dienen. Furthermore, by way of example from the DE 10 2012 102 666 A1 , or similar from the US 2006/0231236 A1 known that a cooling device constructed of two part bodies on the first part body heat transfer body has, similar to the above-mentioned publications, and the second part body may have corresponding second means which generally serve to guide the flow and improve the overall cooling performance.

Ein ständiger Mangel bei derartigen Systemen liegt in der unzureichenden Kühlleistung, wobei die, typischerweise thermische, Energie, die in der Regel aus Verlusten der Schalteinrichtung resultiert, an ein Kühlmedium abgeführt werden muss, um die Schalteinrichtung vor Überhitzung und damit Zerstörung zu bewahren. A constant shortcoming of such systems lies in the inadequate cooling capacity, wherein the, typically thermal, energy, which usually results from losses of the switching device, must be dissipated to a cooling medium in order to protect the switching device from overheating and thus destruction.

In Kenntnis dieser genannten Gegebenheiten liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Flüssigkeitskühleinrichtung eines leistungselektronischen Systems derart weiter zu bilden, dass der Wärmeübergang von der Schalteinrichtung des leistungselektronischen Systems auf ein Kühlmedium, genauer auf eine Kühlflüssigkeit, verbessert wird und ebenso ein Verfahren zu Herstellung einer derartigen Flüssigkeitskühleinrichtung anzugeben. In view of these conditions mentioned, the invention has for its object to further develop the liquid cooling device of a power electronic system such that the heat transfer from the switching device of the power electronic system to a cooling medium, more specifically to a cooling liquid is improved and also a method for producing such Specify liquid cooling device.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein leistungselektronisches System mit den Merkmalen des Anspruchs 1, sowie durch eine Verfahren zu Herstellung einer Flüssigkeitskühleinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen beschrieben. This object is achieved by a power electronic system having the features of claim 1, and by a method for producing a liquid cooling device with the features of claim 10. Preferred embodiments are described in the respective dependent claims.

Das erfindungsgemäße leistungselektronisches System weist eine Flüssigkeitskühleinrichtung sowie eine Schalteinrichtung auf, wobei diese Schalteinrichtung ein Substrat aufweist, auf dessen der Flüssigkeitskühleinrichtung abgewandten Seite auf voneinander elektrisch isolierten Leitbahnen Leistungshalbleiterbauelemente angeordnet und schaltungsgerecht mittels einer Verbindungseinrichtung insbesondere miteinander verbunden sind, wobei diese Flüssigkeitskühleinrichtung einen ersten und einen zweiten Teilkörper aufweist, zwischen denen ein Einströmvolumenbereich, ein Kühlvolumenbereich und ein Ausströmvolumenbereich ausgebildet sind, wobei vom ersten Teilkörper eine Mehrzahl von Wärmetransportkörpern in den Kühlvolumenbereich hineinragen, wobei in dem Kühlvolumenbereich ein Kunststoff-Strömungsleitkörper angeordnet ist, der eine Mehrzahl von Ausnehmungen aufweist, wobei ein einzelner oder mehrere Wärmetransportkörper in eine zugeordnete Ausnehmung des Kunststoff-Strömungsleitkörpers hineinreichen. The power electronic system according to the invention has a liquid cooling device and a switching device, said switching device comprises a substrate, on the liquid cooling device side facing away from each other electrically insulated interconnects power semiconductor components arranged and circuitally connected by means of a connecting device in particular, said liquid cooling means a first and a second Partial body has, between which a Einströmvolumenbereich, a cooling volume range and a Ausströmvolumenbereich are formed, projecting from the first part of body, a plurality of heat transfer bodies in the cooling volume range, wherein in the cooling volume region, a plastic flow guide body is arranged, which has a plurality of recesses, wherein a single or a plurality of heat transfer body in an associated recess of the plastic Strömu extend ngsleitkörpers.

Selbstverständlich können, sofern dies nicht per se ausgeschlossen ist, die im Singular genannten Merkmale insbesondere der Kühlvolumenbereich und der Kunststoff-Strömungsleitkörper auch mehrfach in dem erfindungsgemäßen System vorhanden sein. Of course, unless this is excluded per se, the features mentioned in the singular, in particular the cooling volume range and the plastic flow guide, may also be present multiple times in the system according to the invention.

Es kann vorteilhaft sein, wenn der Kunststoff-Strömungsleitkörper auf einer Oberfläche des zweiten Teilkörpers im Kühlvolumenbereich angeordnet oder mit diesem Teilkörper einstückig ausgebildet ist. Bei der ersten Variante, der mehrstückigen Ausgestaltung ist es weiterhin vorteilhaft, wenn der Kunststoff-Strömungsleitkörper aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet ist. It can be advantageous if the plastic flow guide body is arranged on a surface of the second part body in the cooling volume range or is formed integrally with this part body. In the first variant, the multi-piece configuration, it is also advantageous if the plastic flow guide is formed of a plastic material.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die Wärmetransportkörper eine runde, ovale, polyederförmige oder frei geformte Grundfläche auf und sind spitz oder verjüngend oder nicht verjüngend ausgebildet. In a preferred embodiment, the heat transfer body on a round, oval, polyhedral or free-shaped base and are pointed or tapered or not tapered.

Insbesondere kann das Volumen des in die Ausnehmung hineinreichenden Teils des der Ausnehmung zugeordneten Wärmetransportkörpers maximal 25%, insbesondere maximal 10% kleiner sein als das Volumen jeder Ausnehmung oder als das mittlere Volumen aller Ausnehmungen des Kunststoff-Strömungsleitkörpers. In particular, the volume of the reaching into the recess portion of the recess of the associated heat transfer body can be at most 25%, in particular at most 10% smaller than the volume of each recess or as the average volume of all recesses of the plastic flow guide.

Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn jeder Wärmetransportkörper oder im Mittel von allen Wärmetransportkörpern mindestens 20%, insbesondere mindestens 40%, des Volumens in eine zugeordnete Ausnehmung hineinreichen. Furthermore, it may be advantageous if each heat-transporting body or on average of all heat-transporting bodies extend at least 20%, in particular at least 40%, of the volume into an associated recess.

Eine weitere bevorzugte Ausführung ergibt sich, wenn die Wärmetransportkörper von der Bodenfläche der Ausnehmungen beabstandet angeordnet sind oder in einen elastischen Flächenabschnitt der Bodenfläche hineinreichen oder dort bündig anliegen. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn der Kunststoff-Strömungsleitkörper aus einem Zwei-Komponenten-Kunststoff besteht und derjenige Teil der Bodenfläche in den der Wärmetransportkörper hineinreicht aus einem elastischen Kunststoff besteht. A further preferred embodiment results when the heat transfer body of the Floor surface of the recesses are arranged spaced or extend into an elastic surface portion of the bottom surface or abut flush there. For this purpose, it is advantageous if the plastic flow guide body consists of a two-component plastic and that part of the bottom surface into which the heat transfer body extends consists of an elastic plastic.

Es kann gegebenenfalls vorteilhaft sein, wenn zwischen mindestens zwei Ausnehmungen eine Bypassleitung durch den Kunststoff-Strömungsleitkörper verläuft, wobei hierdurch ein Kanal zwischen den beiden Ausnehmungen ausgebildet wird, durch den Kühlflüssigkeit strömen kann. It may optionally be advantageous if a bypass line runs through at least two recesses through the plastic flow guide body, whereby a channel is formed between the two recesses through which cooling fluid can flow.

Eine besonders bevorzugte Ausführung liegt vor, wenn der Kunststoff-Strömungsleitkörper eine Positioniereinrichtung aufweist, die seine Lage in dem Kühlvolumenbereich festlegt. Hierdurch kann die ordnungsgemäße Funktion im Dauerbetrieb sicher gestellt werden, da der Kunststoff-Strömungsleitkörper an der gewünschten Stelle dauerhaft sicher befestigt ist. A particularly preferred embodiment is when the plastic flow guide has a positioning that determines its location in the cooling volume range. As a result, the proper function can be ensured in continuous operation, since the plastic flow guide is permanently secured securely at the desired location.

In manchen Anwendungsfällen kann es von Vorteil sein, wenn bei einer Mehrzahl von in Reihe angeordneten Schalteinrichtungen und diesen zugeordneten gleichartig ausgebildeten Kühlvolumenbereichen, die Kunststoff-Strömungsleitkörper je Kühlvolumenbereichen unterschiedlich ausgebildet sind und dadurch unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten je Kühlvolumenbereich beim Betrieb erreicht werden. In some applications, it may be advantageous if, in the case of a plurality of switching devices arranged in series and identically formed cooling volume regions assigned to them, the plastic flow guide bodies are designed differently for each cooling volume region and different flow velocities per cooling volume range are thereby achieved during operation.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer oben genannten Flüssigkeitskühleinrichtung erfolgt mittels folgender mittelbar oder unmittelbar aufeinanderfolgender Schritte:

  • a) Ausbilden und Bereitstellen eines ersten Teilkörpers und eines zweiten Teilkörpers, wobei der erste Teilkörper eine Mehrzahl von Wärmetransportkörpern aufweist, die im Bereich des sich im Verfahren ausbildenden Kühlvolumenbereich angeordnet sind;
  • b) Ausbilden und Bereitstellen eines Kunststoff-Strömungsleitkörpers mit einer Mehrzahl von Ausnehmungen, die dazu ausgebildet sind zugeordnete Wärmetransportkörper teilweise aufzunehmen;
  • c) Anordnen des ersten und zweiten Teilkörper sowie des Kunststoff-Strömungsleitkörpers derart, dass zwischen den beiden Teilkörpern ein Einströmvolumenbereich, ein Kühlvolumenbereich und ein Ausströmvolumenbereich ausgebildet werden und dass der Kunststoff-Strömungsleitkörper derart in dem Kühlvolumenbereich angeordnet ist, dass ein einzelner oder mehrere Wärmetransportkörper in eine zugeordnete Ausnehmung des Kunststoff-Strömungsleitkörpers hineinreichen;
  • d) Flüssigkeitsdichtes kraft- oder stoffschlüssiges Verbinden des ersten und zweiten Teilkörpers.
The inventive method for producing a liquid cooling device mentioned above by means of the following directly or indirectly successive steps:
  • a) forming and providing a first part body and a second part body, wherein the first part body has a plurality of heat transfer bodies, which are arranged in the region of forming in the method cooling volume range;
  • b) forming and providing a plastic flow guide body having a plurality of recesses adapted to partially receive associated heat transfer bodies;
  • c) arranging the first and second part body and the plastic flow guide such that an inflow volume range, a cooling volume range and an outflow volume range are formed between the two part bodies and that the plastic flow guide is arranged in the cooling volume range such that a single or multiple heat transfer body in extend an associated recess of the plastic flow guide;
  • d) Liquid-tight non-positive or cohesive connection of the first and second part body.

Bei diesem Verfahren kann es vorteilhaft sein, wenn der erste und gegebenenfalls auch der zweite Teilkörper mittels eines Aluminiumgussverfahrens hergestellt sind. In this method, it may be advantageous if the first and optionally also the second part body are produced by means of an aluminum casting process.

Grundsätzlich ist es bevorzugt, wenn der Kunststoff-Strömungsleitkörper in einem Kunststoffspritzverfahren hergestellt wird, da hierbei die Formgebung einfach und flexibel ist. In principle, it is preferred if the plastic flow guide body is produced in a plastic injection molding process, since in this case the shaping is simple and flexible.

Es versteht sich, dass die verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung, also des leistungselektronischen Systems wie auch des Verfahrens zur Herstellung einer Flüssigkeitskühleinrichtung hierfür, einzeln oder in beliebigen Kombinationen realisiert sein können, um Verbesserungen zu erreichen. Insbesondere sind die vorstehend genannten und hier oder im Folgenden erläuterten Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen sich nicht ausschließenden Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the various embodiments of the invention, ie the power electronic system as well as the method for producing a liquid cooling device for this purpose, can be implemented individually or in any desired combinations in order to achieve improvements. In particular, the features mentioned above and here or below can be used not only in the specified combinations, but also in other non-exclusive combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.

Weitere Erläuterungen der Erfindung, vorteilhafte Einzelheiten und Merkmale, ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den 1 bis 11 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung, oder von jeweiligen Teilen hiervon. Further explanations of the invention, advantageous details and features, will become apparent from the following description of the in the 1 to 11 schematically illustrated embodiments of the invention, or of respective parts thereof.

1 zeigt in dreidimensionaler Ansicht ein erfindungsgemäßes leistungselektronisches System, teilweise in Explosionsdarstellung. 1 shows a three-dimensional view of an inventive power electronic system, partially in an exploded view.

2 zeigt in dreidimensionaler Ansicht einen Kunststoff-Strömungsleitkörper eines erfindungsgemäßen leistungselektronischen Systems. 2 shows in three-dimensional view a plastic flow guide of a power electronic system according to the invention.

3 zeigt in dreidimensionaler Ansicht einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes leistungselektronisches System. 3 shows in three-dimensional view a section through an inventive power electronic system.

4 zeigt einen Ausschnitt eines leistungselektronischen Systems gemäß dem Stand der Technik. 4 shows a section of a power electronic system according to the prior art.

5 zeigt einen Ausschnitt einer Flüssigkeitskühleinrichtung eines erfindungsgemäßen leistungselektronischen Systems in Explosionsdarstellung. 5 shows a section of a liquid cooling device of a power electronic system according to the invention in an exploded view.

6 bis 8 zeigen verschiedene Ausschnitte von Flüssigkeitskühleinrichtungen erfindungsgemäßer leistungselektronischer Systeme. 6 to 8th show various sections of liquid cooling devices according to the invention power electronic systems.

9 bis 11 zeigten verschieden Ausführungen von Wärmetransportkörpern von Flüssigkeitskühleinrichtungen und zugeordneter Ausnehmungen von Kunststoff-Strömungsleitkörpern. 9 to 11 showed different designs of heat transfer bodies of liquid cooling devices and associated recesses of plastic flow guide bodies.

1 zeigt in dreidimensionaler Ansicht ein erfindungsgemäßes leistungselektronisches System 1, teilweise in Explosionsdarstellung. Dargestellt ist hier eine Flüssigkeitskühleinrichtung 3, bestehend aus einem ersten Teilkörper 30 und einem zweiten Teilkörper 32. Zumindest der erste Teilkörper 30 ist vorzugsweise hergestellt mittels eines Aluminiumgussverfahrens. Diese Flüssigkeitskühleinrichtung 3 weist weiterhin einen Zu- 340 und einen Ablaufanschluss 380 auf. Zwischen dem Zu- 340 und dem Ablaufanschluss 380 entstehen durch die Anordnung des zweiten Teilkörpers 32 drei aneinander angrenzende Kühlvolumenbereiche 36, jeweils mit einem Einström- 34 und einem Ausströmvolumenbereich 38. Durch die Ausgestaltung mit aneinander angrenzenden Kühlvolumenbereichen 36 bildet der einem Kühlvolumenbereich 36 zugeordnete Ausströmvolumenbereich 38 den Einströmvolumenbereich 34 des benachbarten Kühlvolumenbereichs 36 aus bzw. gehen diese ineinander über. 1 shows a three-dimensional view of an inventive power electronic system 1 , partially in exploded view. Shown here is a liquid cooling device 3 consisting of a first part body 30 and a second part body 32 , At least the first part of the body 30 is preferably produced by means of an aluminum casting process. This liquid cooling device 3 continues to have an 340 and a drain port 380 on. Between the 340 and the drain port 380 arise through the arrangement of the second body part 32 three adjoining cooling volume ranges 36 , each with an inflow 34 and an outflow volume range 38 , Due to the design with adjoining cooling volume ranges 36 forms the one cooling volume range 36 associated outflow volume range 38 the inflow volume range 34 of the adjacent cooling volume range 36 from or go into each other.

In jeden Kühlvolumenbereich 36 ragen eine Vielzahl von zylinderförmigen Wärmetransportkörpern 4 hinein. Auf der den Kühlvolumenbereichen 36 zugewandten Oberfläche 320 des zweiten Teilkörpers 32 der Flüssigkeitskühleinrichtung 3 ist jedem Kühlvolumenbereich 36 zugeordnet ein Kunststoff-Strömungsleitkörper 5, explizit dargestellt in 2, angeordnet. Dieser weist im Wesentlichen eine quaderförmige Form mit einer Mehrzahl von zylinderförmigen Ausnehmungen 6 auf. In jede dieser zylinderförmigen Ausnehmungen 6 reicht ein Wärmetransportkörper 4 zu 40% bis 60% seiner Länge und im Übrigen derart hinein, dass zwischen der Zylindermantelinnenfläche 60 der Ausnehmung 6 und der Zylindermantelaußenfläche 40 des Wärmetransportkörpers 4 ein Umströmbereich 64 frei bleibt durch den Kühlflüssigkeit strömen kann, vgl. hierzu 7. In every cooling volume range 36 protrude a plurality of cylindrical heat transfer bodies 4 into it. On the cooling volume areas 36 facing surface 320 of the second part body 32 the liquid cooling device 3 is every cooling volume range 36 assigned a plastic flow guide 5 , shown explicitly in 2 arranged. This has substantially a cuboid shape with a plurality of cylindrical recesses 6 on. In each of these cylindrical recesses 6 extends a heat transfer body 4 to 40% to 60% of its length and otherwise in that between the cylinder jacket inner surface 60 the recess 6 and the cylinder shell outer surface 40 of the heat transfer body 4 a flow area 64 remains free to flow through the coolant, see. For this 7 ,

Jedem der in Reihe angeordneten gleichartig ausgebildeten Kühlvolumenbereichen 36 ist eine Schalteinrichtung 2 zugeordnet, wobei allerdings die Kunststoff-Strömungsleitkörper 5 je Kühlvolumenbereich 36 geringfügig unterschiedlich ausgebildet sind und damit einer Temperaturänderung der Kühlflüssigkeit und damit einer notwendigen Änderung des Wärmeübertragungsverhaltens in einem nachgeschalteten Kühlvolumenbereich 36 Rechnung zu tragen. Somit werden unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten und damit ein anderes Wärmeübertragungsverhalten je Kühlvolumenbereich im Betrieb erreicht. Dies kann besonders einfach durch unterschiedliche Tiefe oder unterschiedlichen Durchmesser der Ausnehmungen erreicht werden. Each of the similarly arranged cooling volume ranges arranged in series 36 is a switching device 2 assigned, although the plastic flow guide 5 per cooling volume range 36 are formed slightly different and thus a change in temperature of the cooling liquid and thus a necessary change in the heat transfer behavior in a downstream cooling volume range 36 Take into account. Thus, different flow rates and thus a different heat transfer behavior per cooling volume range are achieved during operation. This can be achieved particularly easily by means of different depths or different diameters of the recesses.

Von der Schalteinrichtung 2 des leistungselektronischen Systems 1 sind in dieser Darstellung nur Lastanschlusselemente 20 sichtbar. From the switching device 2 of the power electronic system 1 are in this illustration only load connection elements 20 visible, noticeable.

2 zeigt in dreidimensionaler Ansicht einen, vorzugsweise mittels eines Kunststoffspritzverfahrens hergestellten, Kunststoff-Strömungsleitkörper 5 eines erfindungsgemäßen leistungselektronischen Systems 1. Explizit dargestellt sind hier neben den Ausnehmungen 6 zur Anordnung von Wärmetransportkörpern auch zwei Positioniereinrichtungen 50, die dazu vorgesehen sind die Lage des Kunststoff-Strömungsleitkörpers 5 in dem Kühlvolumenbereich 36 festzulegen. Mit anderen Worten die Positioniereinrichtungen dienen der Befestigung des Kunststoff-Strömungsleitkörpers an der gewünschten Stelle des Kühlvolumenbereichs der Flüssigkeitskühleinrichtung. 2 shows in three-dimensional view one, preferably produced by a plastic injection molding process, plastic flow guide 5 a power electronic system according to the invention 1 , Explicitly shown here are next to the recesses 6 for the arrangement of heat transfer bodies and two positioning 50 , Which are provided for the location of the plastic flow guide 5 in the cooling volume range 36 set. In other words, the positioning serve to attach the plastic flow guide at the desired location of the cooling volume range of the liquid cooling device.

3 zeigt in dreidimensionaler Ansicht einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes leistungselektronisches System 1. Hierbei besteht der erste Teilkörper 30 der Flüssigkeitskühleinrichtung 3 aus einem Grundkörper 300 und einem Einsatzkörper 302, wobei der Einsatzkörper 302 eine Vielzahl von Wärmetransportkörpern 4 aufweist und mit dem Grundkörper 300 stoffschlüssig mittels einer Schweißverbindung verbunden ist. Dies vereinfacht die Herstellung des leistungselektronischen Systems, da hier die Schalteinrichtung oder Teile hiervon auf dem Einsetzkörper 302 angeordnet sind und diese als vollständig geprüfte Baugruppe in den Grundkörper 300 eingesetzt werden kann. 3 shows in three-dimensional view a section through an inventive power electronic system 1 , Here is the first part body 30 the liquid cooling device 3 from a basic body 300 and an insert body 302 , wherein the insert body 302 a variety of heat transport bodies 4 has and with the main body 300 cohesively connected by means of a welded connection. This simplifies the production of the power electronic system, since here the switching device or parts thereof on the Einsetzkörper 302 are arranged and this as a fully tested assembly in the body 300 can be used.

Die Schalteinrichtung 2 ihrerseits weist ein Substrat 10 auf, auf dessen der Flüssigkeitskühleinrichtung 3 abgewandten Seite auf voneinander elektrisch isolierten Leiterbahnen 14 Leistungshalbleiterbauelemente 16 angeordnet und schaltungsgerecht mittels einer Verbindungseinrichtung 18 verbunden sind, vgl. auch 4. The switching device 2 in turn has a substrate 10 on which the liquid cooling device 3 side facing away from each other on electrically insulated interconnects 14 Power semiconductor components 16 arranged and circuit-wise by means of a connection device 18 are connected, cf. also 4 ,

Weiterhin dargestellt ist der Kunststoff-Strömungsleitkörper 5 analog ausgebildet zu 1 und 2. Insbesondere in der Ausschnittsvergrößerung ist erkennbar, wie die Wärmetransportkörper 4 in die jeweils zugeordnete Ausnehmung 6 des Kunststoff-Strömungsleitkörpers 5 hineinreichen, hier ohne die Bodenfläche 62 der Ausnehmung 6 zu Berühren, wodurch der Umströmbereich 64 auch in den Bereich zwischen der Zylinderdeckfläche 42 des Wärmetransportkörper 4, vgl. 7, und der Bodenfläche 62 der Ausnehmung 6 erweitert wird. Bei dieser Ausgestaltung der Flüssigkeitskühleinrichtung 3 ist das Volumen des in die Ausnehmung hineinreichenden Teils jedes Wärmetransportkörpers 10% größer als das Volumen der zugeordneten Ausnehmung des Kunststoff-Strömungsleitkörpers. Zudem reicht jeder Wärmetransportkörper zu 40% seines Volumens in eine zugeordnete Ausnehmung hinein. Also shown is the plastic flow guide 5 designed analogously to 1 and 2 , In particular, in the enlarged detail can be seen how the heat transfer body 4 in the respective associated recess 6 the plastic flow guide 5 reach in, here without the bottom surface 62 the recess 6 to touch, reducing the flow area 64 also in the area between the cylinder top surface 42 the heat transfer body 4 , see. 7 , and the bottom surface 62 the recess 6 is extended. In this embodiment of the liquid cooling device 3 the volume of the portion of each heat-transporting body extending into the recess is 10% greater than the volume of the associated recess of the plastic flow-guiding body. In addition, each heat transfer body reaches 40% of its volume into an associated recess.

4 zeigt einen Ausschnitt eines leistungselektronischen Systems mit einer Schalteinrichtung 2 und einer Flüssigkeitskühleinrichtung 3 gemäß dem Stand der Technik. Die Schalteinrichtung 2 weist hierbei ein Substrat 10 mit auf seiner der Flüssigkeitskühleinrichtung 3 abgewandten Oberfläche angeordneten Mehrzahl von Leiterbahnen 14 auf. Auf diesen Leiterbahnen 14 sind Leistungshalbleiterbauelemente 16 angeordnet und mittels einer Verbindungseinrichtung 18 schaltungsgerecht verbunden. Weiterhin sind auf dem Substrat 10 Anschlusselemente 20 zur externen Verbindung angeordnet. 4 shows a section of a power electronic system with a switching device 2 and a liquid cooling device 3 according to the prior art. The switching device 2 here has a substrate 10 with on his the liquid cooling device 3 remote surface arranged plurality of conductor tracks 14 on. On these tracks 14 are power semiconductor devices 16 arranged and by means of a connecting device 18 connected properly. Furthermore, on the substrate 10 connection elements 20 arranged for external connection.

Die Leiterbahnen 14 des Substrats 10 sind mittels einer Isolationslage 12 elektrisch von der Flüssigkeitskühleinrichtung 3 isoliert. Diese Isolationslage 12 ist allerdings thermisch leitfähig, um thermische Energie, die aus Verlusten der Schalteinrichtung, genauer der Leistungshalbleiterbauelemente 16, resultiert an ein Kühlmedium der Flüssigkeitskühleinrichtung 3 abzuführen. The tracks 14 of the substrate 10 are by means of an insulation layer 12 electrically from the liquid cooling device 3 isolated. This isolation situation 12 is, however, thermally conductive to thermal energy resulting from losses of the switching device, more specifically the power semiconductor devices 16 , results in a cooling medium of the liquid cooling device 3 dissipate.

Die Flüssigkeitskühleinrichtung 3 besteht ihrerseits aus einem ersten und einem zweiten Teilkörper 30, 32 zwischen denen ein Einströmvolumenbereich 34, ein Kühlvolumenbereich 36 und ein Ausströmvolumenbereich 38 ausgebildet sind. In dieser Ausgestaltung ist der erste Teilkörper 30 aus einem Grundkörper 300 und einem Einsatzkörper 302 ausgebildet, wobei der Einsatzkörper 302 mit dem Grundkörper 300 mittels einer Schweißverbindung 304 verbunden ist. Der Einsetzkörper 302 oder allgemeiner der erste Teilkörper 30 weist eine Mehrzahl von Wärmetransportkörpern 4 auf, die vom ersten Teilkörper 30 in den Kühlvolumenbereich 36 hineinragen. The liquid cooling device 3 consists in turn of a first and a second body part 30 . 32 between which an inflow volume range 34 , a cooling volume range 36 and an outflow volume range 38 are formed. In this embodiment, the first part body 30 from a basic body 300 and an insert body 302 formed, wherein the insert body 302 with the main body 300 by means of a welded joint 304 connected is. The insert body 302 or more generally the first part body 30 has a plurality of heat transfer bodies 4 on, that of the first part body 30 in the cooling volume range 36 protrude.

Der Flüssigkeitskühlkörper 3 ist somit derart ausgebildet, dass eine Kühlflüssigkeit durch den Einströmvolumenbereich 34 in den Kühlvolumenbereich 36 hineinströmen, diesen durchströmen und durch den Ausströmvolumenbereich 38 wieder verlassen kann. Beim Durchströmen des Kühlvolumenbereichs 36 wird thermische Energie der Schaltungseinrichtung 2 über Wärmetransportkörper 4 an die Kühlflüssigkeit abgegeben. The liquid heat sink 3 is thus designed such that a cooling liquid through the Einströmvolumenbereich 34 in the cooling volume range 36 flow in, through this and through the outflow volume range 38 can leave again. When flowing through the cooling volume range 36 is thermal energy of the circuit device 2 via heat transfer body 4 delivered to the coolant.

5 zeigt einen Ausschnitt einer Flüssigkeitskühleinrichtung 3 eines erfindungsgemäßen leistungselektronischen Systems 1 in Explosionsdarstellung. Der erste Teilkörper 30 der Flüssigkeitskühleinrichtung 3 ist hierbei identisch demjenigen gemäß 4 ausgebildet. Der zweite Kühlkörper 32 weist eine dem Kühlvolumenbereich 36 zugewandte Oberfläche 320 auf, auf der ein Kunststoff-Strömungsleitkörper 5, grundsätzlich analog demjenigen gemäß 2 angeordnet ist, wobei 6 diese Flüssigkeitskühleinrichtung 3 in normaler Darstellung zeigt. 5 shows a section of a liquid cooling device 3 a power electronic system according to the invention 1 in exploded view. The first part body 30 the liquid cooling device 3 is identical to the one according to 4 educated. The second heat sink 32 has a cooling volume range 36 facing surface 320 on, on which a plastic flow guide 5 , basically analogous to that according to 2 is arranged, wherein 6 this liquid cooling device 3 in normal view shows.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens einer Flüssigkeitskühleinrichtung 3 werden die beiden Teilkörper 30, 32 und der Kunststoff-Strömungsleitkörper 5 wie dargestellt zueinander angeordnet und anschließend flüssigkeitsdicht, vorzugsweise mittels einer Schweißverbindung miteinander verbunden. Within the scope of the production method according to the invention of a liquid cooling device 3 become the two part bodies 30 . 32 and the plastic flow guide 5 arranged as shown to each other and then liquid-tight, preferably connected to each other by means of a welded joint.

6 bis 8 zeigen verschiedene Ausschnitte von Flüssigkeitskühleinrichtungen 3 erfindungsgemäßer leistungselektronischer Systeme. Die Ausgestaltung gemäß 6 entspricht hier im Wesentlichen den Darstellungen der 1 bis 3. Hierbei ist jedem Wärmetransportkörper 4 genau eine Aussparung 6 des Kunststoff-Strömungsleitkörpers 5 zugeordnet. Zudem kann der Kunststoff-Strömungsleitkörper 5 einstückig mit dem zweiten Teilkörper 32 ausgebildet sein. Hierbei ist es dann für die Verbindung zum ersten Teilkörper 30 vorteilhaft, wenn der zweite Teilkörper 32 ebenfalls in einem Aluminiumgussverfahren hergestellt ist. Alternativ kann der zweite Teilkörper 32 samt einstückig ausgebildetem Kunststoff-Strömungsleitkörper 5 aus Kunststoff hergestellt sein und mit dem ersten Teilkörper 30 kraftschlüssig insbesondere mit einer dazwischen angeordneten Dichteinrichtung verbunden sein. 6 to 8th show different sections of liquid cooling devices 3 inventive power electronic systems. The embodiment according to 6 here corresponds essentially to the representations of 1 to 3 , Here is each heat transport body 4 exactly one recess 6 the plastic flow guide 5 assigned. In addition, the plastic flow guide 5 integral with the second part body 32 be educated. Here it is then for the connection to the first part of the body 30 advantageous if the second part body 32 also produced in an aluminum casting process. Alternatively, the second part body 32 including integrally formed plastic flow guide 5 be made of plastic and with the first part body 30 non-positively connected in particular with a sealing device arranged therebetween.

7 zeigt verschiedene, auch von einer strengen Zuordnung von Wärmetransportkörper und Ausnehmung, abweichende Ausgestaltungen. Es sind einer Ausnehmung 6 des Kunststoff-Strömungsleitkörpers 5 mehrere, hier zwei, Wärmetransportkörper 4 zugeordnet. 7 shows different, even from a strict assignment of heat transfer body and recess, deviating configurations. There is a recess 6 the plastic flow guide 5 several, here two, heat transport bodies 4 assigned.

Weiterhin kann der Wärmetransportkörper 4 bis auf die Bodenfläche 62 der Ausnehmung 6 hinabreichen. Hierbei ist es dann vorteilhaft, wenn diese einen elastischen Flächenabschnitt 620 aufweist. Furthermore, the heat transfer body 4 down to the floor area 62 the recess 6 reach down. In this case, it is advantageous if these have an elastic surface section 620 having.

Zudem kann gemäß 8 zwischen mindestens zwei Ausnehmungen 6 eine Bypassleitung 640 durch den Kunststoff-Strömungsleitkörper 5 verlaufen. Diese kann als weitere Aussparung, von derjenigen Seite des Kunststoff-Strömungsleitkörpers 5 ausgebildet sein, die auf der Oberfläche 320 des zweiten Teilkörpers 32 aufliegt. Der zweite Teilkörper 32, bzw. seine Oberfläche 320, bildet dann quasi einen Teil dieser Bypassleitung 640. In addition, according to 8th between at least two recesses 6 a bypass line 640 through the plastic flow guide 5 run. This can as a further recess, from that side of the plastic flow guide 5 be formed on the surface 320 of the second part body 32 rests. The second part body 32 , or its surface 320 , then forms almost a part of this bypass line 640 ,

Grundsätzlich können die Wärmetransportkörper 4 eine runde, ovale, polyederförmige oder frei geformte Grundfläche aufweisen und spitz oder verjüngend in Richtung des zweiten Teilkörpers 32 der Flüssigkeitskühleinrichtung 3 oder nicht verjüngend ausgebildet sein. Basically, the heat transfer body 4 have a round, oval, polyhedron-shaped or free-shaped base surface and pointed or tapered in the direction of the second part of the body 32 the liquid cooling device 3 or not be tapered.

Die Form der Aussparungen 6 des Kunststoff-Strömungsleitkörpers 5 können ganz oder teilweise mit den verschiedenen Ausbildungen der Wärmetransportkörper 4 korrespondieren. In einfacher Weise ist dies in den 1 und 3 beschrieben, wobei dort der Wärmetransportkörper und die zugeordnete Aussparung jeweils zylinderförmig ausgebildet sind. The shape of the recesses 6 the plastic flow guide 5 can be wholly or partly with the various forms of heat transfer body 4 correspond. In a simple way this is in the 1 and 3 described, where there the heat transfer body and the associated recess are each cylindrical.

Grundsätzlich ist es vorteilhaft, wenn das Volumen des in die Ausnehmung 6 hineinreichenden Teils des der Ausnehmung 6 zugeordneten Wärmetransportkörpers 4 maximal 25%, insbesondere maximal 10% kleiner ist als das Volumen jeder Ausnehmung oder als das mittlere Volumen aller Ausnehmungen des Kunststoff-Strömungsleitkörpers. Eine bevorzugte untere Grenze hierfür liegt bei minimal 2%. Basically, it is advantageous if the volume of the recess 6 reaching in part of the recess 6 associated heat transfer body 4 a maximum of 25%, in particular a maximum of 10% smaller than the volume of each recess or as the average volume of all recesses of the plastic flow guide. A preferred lower limit for this is at least 2%.

Ebenso ist es vorteilhaft, wenn jeder Wärmetransportkörper 4 oder im Mittel von allen Wärmetransportkörpern mindestens 20%, insbesondere mindestens 40%, des Volumens in eine zugeordnete Ausnehmung 6 hineinreichen. Eine bevorzugte obere Grenze hierfür liegt bei maximal 80%. It is also advantageous if each heat transfer body 4 or on average of all heat transfer bodies at least 20%, in particular at least 40%, of the volume in an associated recess 6 extend. A preferred upper limit for this is a maximum of 80%.

9 bis 11 zeigen verschieden Ausführungen von Wärmetransportkörpern 4 von Flüssigkeitskühleinrichtungen 3 und zugeordneter Ausnehmungen 6 von Kunststoff-Strömungsleitkörpern 5. 9 to 11 show different versions of heat transfer bodies 4 of liquid cooling devices 3 and associated recesses 6 of plastic flow guide bodies 5 ,

9 entspricht hierbei den Ausgestaltungen der 1 bis 3, wobei die Wärmetransportkörper 4 einen kreisrunden Querschnitt aufweisen und die jeweils zugeordneten Ausnehmungen 6 des Kunststoff-Strömungsleitkörpers 5 ebenfalls einen kreisrunden Querschnitt aufweisen. Zudem sind die Wärmetransportkörper 4 konzentrisch in den zugeordneten Ausnehmungen 6 angeordnet, dadurch bildet sich ein im Querschnitt kreisringförmiger Umströmbereich 64 aus. 9 corresponds to the embodiments of 1 to 3 , wherein the heat transfer body 4 have a circular cross section and the respective associated recesses 6 the plastic flow guide 5 also have a circular cross-section. In addition, the heat transfer body 4 concentric in the associated recesses 6 arranged, thereby forming an annular cross-section Umströmbereich 64 out.

10 zeigt Wärmetransportkörper 4 mit rautenförmigem Querschnitt die jeweils in zugeordneten rautenförmigen Ausnehmungen 6, allerdings nicht konzentrisch sondern in Strömungsrichtung 5 versetzt angeordnet sind. 10 shows heat transfer body 4 with diamond-shaped cross-section each in associated diamond-shaped recesses 6 , but not concentric but in the flow direction 5 are arranged offset.

11 zeigt Gruppen von einer Mehrzahl von Wärmetransportkörper 4, die jeweils in einer zugeordneten Ausnehmung 6 angeordnet sind. Die Verschachtelung der Wärmetransportkörper 4 verbessert die Wärmeabgabe hierbei nochmals. Es ist besonders bevorzugt, wenn die Gruppen von Wärmetransportkörpern in ihrer Position den Wärmequellen, also den Leistungshalbleiterbauelementen der Schalteinrichtung zugeordnet sind. 11 shows groups of a plurality of heat-transporting bodies 4 , each in an associated recess 6 are arranged. The nesting of the heat transfer body 4 improves the heat output here again. It is particularly preferred if the groups of heat transfer bodies are assigned in their position to the heat sources, that is to say the power semiconductor components of the switching device.

Claims (12)

Leistungselektronisches System (1) mit einer Schalteinrichtung (2) und mit einer Flüssigkeitskühleinrichtung (3), wobei die Schalteinrichtung (2) ein Substrat (10) aufweist, auf dessen der Flüssigkeitskühleinrichtung (3) abgewandten Seite auf voneinander elektrisch isolierten Leiterbahnen (14) Leistungshalbleiterbauelemente (16) angeordnet und schaltungsgerecht mittels einer Verbindungseinrichtung (18) verbunden sind, wobei die Flüssigkeitskühleinrichtung (3) einen ersten Teilkörper (30) und einen zweiten Teilkörper (32) aufweist, zwischen denen ein Einströmvolumenbereich (34), ein Kühlvolumenbereich (36) und ein Ausströmvolumenbereich (38) ausgebildet sind, wobei vom ersten Teilkörper (30) eine Mehrzahl von Wärmetransportkörpern (4) in den Kühlvolumenbereich (36) hineinragen, wobei in dem Kühlvolumenbereich (36) ein Kunststoff-Strömungsleitkörper (5) auf einer Oberfläche (320) des zweiten Teilkörpers (32) in dem Kühlvolumenbereich (36) angeordnet ist, der eine Mehrzahl von Ausnehmungen (6) aufweist, wobei ein einzelner oder mehrere Wärmetransportkörper (4) in eine zugeordnete Ausnehmung (6) des Kunststoff-Strömungsleitkörpers (5) hineinreichen. Power electronic system ( 1 ) with a switching device ( 2 ) and with a liquid cooling device ( 3 ), wherein the switching device ( 2 ) a substrate ( 10 ) on which the liquid cooling device ( 3 ) facing away from each other on electrically insulated interconnects ( 14 ) Power semiconductor components ( 16 ) arranged and circuit-wise by means of a connection device ( 18 ), wherein the liquid cooling device ( 3 ) a first part body ( 30 ) and a second partial body ( 32 ), between which an inflow volume range ( 34 ), a cooling volume range ( 36 ) and an outflow volume range ( 38 ) are formed, wherein from the first part body ( 30 ) a plurality of heat transfer bodies ( 4 ) in the cooling volume range ( 36 protrude), wherein in the cooling volume range ( 36 ) a plastic flow guide ( 5 ) on a surface ( 320 ) of the second partial body ( 32 ) in the cooling volume area ( 36 ) is arranged, which has a plurality of recesses ( 6 ), wherein a single or a plurality of heat transfer body ( 4 ) in an associated recess ( 6 ) of the plastic flow guide body ( 5 ). Leistungselektronisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wärmetransportkörper (4) eine runde, ovale, polyederförmige oder frei geformte Grundfläche aufweisen und spitz oder verjüngend oder nicht verjüngend ausgebildet sind. Power electronic system according to one of the preceding claims, wherein the heat transfer body ( 4 ) have a round, oval, polyhedral or free-shaped base surface and are pointed or tapered or not tapered. Leistungselektronisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Volumen des in die Ausnehmung (6) hineinreichenden Teils des der Ausnehmung zugeordneten Wärmetransportkörpers (4) maximal 25%, insbesondere maximal 10% kleiner ist als das Volumen jeder Ausnehmung (5) oder als das mittlere Volumen aller Ausnehmungen (5) des Kunststoff-Strömungsleitkörpers (3). Power electronic system according to one of the preceding claims, wherein the volume of the cavity in the recess ( 6 ) reaching into the part of the heat transfer body associated with the recess ( 4 ) is at most 25%, in particular at most 10% smaller than the volume of each recess ( 5 ) or as the mean volume of all recesses ( 5 ) of the plastic flow guide body ( 3 ). Leistungselektronisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder Wärmetransportkörper (4) oder im Mittel von allen Wärmetransportkörpern mindestens 20%, insbesondere mindestens 40%, des Volumens in eine zugeordnete Ausnehmung (6) hineinreichen. Power electronic system according to one of the preceding claims, wherein each heat transfer body ( 4 ) or in the mean of all heat transfer bodies at least 20%, in particular at least 40%, of the volume in an associated recess ( 6 ). Leistungselektronisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wärmetransportkörper (4) von der Bodenfläche (62) der Ausnehmungen (6) beabstandet angeordnet sind oder in einen elastischen Flächenabschnitt (620) der Bodenfläche (62) hineinreichen. Power electronic system according to one of the preceding claims, wherein the heat transfer body ( 4 ) from the bottom surface ( 62 ) of the recesses ( 6 ) are arranged spaced apart or in an elastic surface portion ( 620 ) of the floor surface ( 62 ). Leistungselektronisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen mindestens zwei Ausnehmungen (6) eine Bypassleitung (640) durch den Kunststoff-Strömungsleitkörper (5) verläuft. Power electronic system according to one of the preceding claims, wherein between at least two recesses ( 6 ) a bypass line ( 640 ) through the plastic flow guide ( 5 ) runs. Leistungselektronisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kunststoff-Strömungsleitkörper (5) eine Positioniereinrichtung (50) aufweist, die seine Lage in dem Kühlvolumenbereich (36) festlegt. Power electronic system according to one of the preceding claims, wherein the Plastic flow guide body ( 5 ) a positioning device ( 50 ) which has its position in the cooling volume range ( 36 ). Leistungselektronisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mit einer Mehrzahl von in Reihe angeordneten Schalteinrichtungen (2) und diesen zugeordneten gleichartig ausgebildeten Kühlvolumenbereichen (36), wobei die Kunststoff-Strömungsleitkörper (5) je Kühlvolumenbereich (36) unterschiedlich ausgebildet sind und dadurch unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten je Kühlvolumenbereich beim Betrieb erreicht werden. Power electronic system according to one of the preceding claims, wherein, with a plurality of switching devices ( 2 ) and their associated identically designed cooling volume ranges ( 36 ), wherein the plastic flow guide ( 5 ) per cooling volume range ( 36 ) are formed differently and thereby different flow velocities per cooling volume range are achieved during operation. Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkeitskühleinrichtung (3) mittels folgender mittelbar oder unmittelbar aufeinanderfolgender Schritte: a) Ausbilden und Bereitstellen eines ersten Teilkörpers (30) und einen zweiten Teilkörpers (32), wobei der erste Teilkörper (30) eine Mehrzahl von Wärmetransportkörpern (4) aufweist; b) Ausbilden und Bereitstellen eines Kunststoff-Strömungsleitkörpers (5) mit einer Mehrzahl von Ausnehmungen (6); c) Anordnen des ersten und weiten Teilkörpers (30, 32) sowie des Kunststoff-Strömungsleitkörpers (5) derart, dass zwischen den beiden Teilkörpern (30, 32) ein Einströmvolumenbereich (34), ein Kühlvolumenbereich (36) und einen Ausströmvolumenbereich (38) ausgebildet werden und dass der Kunststoff-Strömungsleitkörper (5) derart in dem Kühlvolumenbereich (36) angeordnet ist, dass ein einzelner oder mehrere Wärmetransportkörpern (4) in eine zugeordnete Ausnehmung (6) des Kunststoff-Strömungsleitkörpers (5) hineinreichen; d) Flüssigkeitsdichtes kraft- oder stoffschlüssiges Verbinden des ersten und zweiten Teilkörpers (30, 32). Method for producing a liquid cooling device ( 3 ) by means of the following directly or indirectly successive steps: a) forming and providing a first partial body ( 30 ) and a second partial body ( 32 ), wherein the first partial body ( 30 ) a plurality of heat transfer bodies ( 4 ) having; b) forming and providing a plastic flow guide body ( 5 ) with a plurality of recesses ( 6 ); c) arranging the first and the far body ( 30 . 32 ) as well as the plastic flow guide body ( 5 ) such that between the two partial bodies ( 30 . 32 ) an inflow volume area ( 34 ), a cooling volume range ( 36 ) and an outflow volume range ( 38 ) are formed and that the plastic flow guide ( 5 ) in the cooling volume range ( 36 ) is arranged that a single or more heat transfer bodies ( 4 ) in an associated recess ( 6 ) of the plastic flow guide body ( 5 extend into it; d) Liquid-tight non-positive or cohesive bonding of the first and second partial body ( 30 . 32 ). Verfahren nach Anspruch 9, wobei der erste Teilkörper (30) mittels eines Aluminiumgussverfahrens hergestellt wird. Method according to claim 9, wherein the first partial body ( 30 ) is produced by means of an aluminum casting process. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10; wobei der Kunststoff-Strömungsleitkörper (5) in einem Kunststoffspritzverfahren hergestellt wird. Method according to one of claims 9 or 10; wherein the plastic flow guide body ( 5 ) is produced in a plastic injection molding process. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11; wobei der erste Teilkörper (30) aus einem Grundkörper (300) und einem Einsatzkörper (302) ausgebildet ist und hierbei der Einsatzkörper (302) Wärmetransportkörper (4) aufweist und mit dem Grundkörper (300) kraft- oder stoffschlüssig verbunden ist. A method according to any one of claims 9 to 11; wherein the first part body ( 30 ) from a basic body ( 300 ) and an insert body ( 302 ) is formed and in this case the insert body ( 302 ) Heat transfer body ( 4 ) and with the main body ( 300 ) is positively or materially connected.
DE102014112516.9A 2014-09-01 2014-09-01 Power electronic system with liquid cooling device and method of manufacturing the liquid cooling device Active DE102014112516B3 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014112516.9A DE102014112516B3 (en) 2014-09-01 2014-09-01 Power electronic system with liquid cooling device and method of manufacturing the liquid cooling device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014112516.9A DE102014112516B3 (en) 2014-09-01 2014-09-01 Power electronic system with liquid cooling device and method of manufacturing the liquid cooling device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102014112516B3 true DE102014112516B3 (en) 2015-12-24

Family

ID=54768202

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102014112516.9A Active DE102014112516B3 (en) 2014-09-01 2014-09-01 Power electronic system with liquid cooling device and method of manufacturing the liquid cooling device

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102014112516B3 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016125338A1 (en) * 2016-12-22 2018-06-28 Rogers Germany Gmbh System for cooling a carrier substrate and carrier substrate provided for electrical components
WO2019219656A1 (en) * 2018-05-18 2019-11-21 Rogers Germany Gmbh System for cooling a metal-ceramic substrate, a metal-ceramic substrate and method for producing said system
DE102018208232A1 (en) * 2018-05-24 2019-11-28 Volkswagen Aktiengesellschaft Component with a cooling effect optimized by an insert element and motor vehicle with at least one component
DE102022108277A1 (en) 2022-04-06 2023-10-12 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Housing, in particular for a power electronic assembly, and arrangement therewith

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060231236A1 (en) * 2005-04-14 2006-10-19 Michael Spokoiny Heat dissipating device
DE102010040610A1 (en) * 2009-09-24 2011-05-05 GM Global Technology Operations LLC, Detroit Systems and devices with a heat sink
DE102010043446B3 (en) * 2010-11-05 2012-01-12 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Performance semiconductor system
DE102012102666A1 (en) * 2011-04-01 2012-10-04 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Heat sink and equipped with the heat sink electronic component

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060231236A1 (en) * 2005-04-14 2006-10-19 Michael Spokoiny Heat dissipating device
DE102010040610A1 (en) * 2009-09-24 2011-05-05 GM Global Technology Operations LLC, Detroit Systems and devices with a heat sink
DE102010043446B3 (en) * 2010-11-05 2012-01-12 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Performance semiconductor system
DE102012102666A1 (en) * 2011-04-01 2012-10-04 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Heat sink and equipped with the heat sink electronic component

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016125338A1 (en) * 2016-12-22 2018-06-28 Rogers Germany Gmbh System for cooling a carrier substrate and carrier substrate provided for electrical components
DE102016125338B4 (en) 2016-12-22 2018-07-12 Rogers Germany Gmbh System for cooling a carrier substrate and carrier substrate provided for electrical components
WO2019219656A1 (en) * 2018-05-18 2019-11-21 Rogers Germany Gmbh System for cooling a metal-ceramic substrate, a metal-ceramic substrate and method for producing said system
US11848248B2 (en) 2018-05-18 2023-12-19 Rogers Germany Gmbh System for cooling a metal-ceramic substrate, a metal-ceramic substrate and method for manufacturing the system
DE102018208232A1 (en) * 2018-05-24 2019-11-28 Volkswagen Aktiengesellschaft Component with a cooling effect optimized by an insert element and motor vehicle with at least one component
CN110534487A (en) * 2018-05-24 2019-12-03 大众汽车有限公司 The motor vehicle of component and band member with the cooling power optimized through insertion element
CN110534487B (en) * 2018-05-24 2023-12-29 大众汽车有限公司 Component with optimized cooling power by means of an insert element and motor vehicle with a component
DE102022108277A1 (en) 2022-04-06 2023-10-12 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Housing, in particular for a power electronic assembly, and arrangement therewith

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102010043446B3 (en) Performance semiconductor system
DE102014106134B4 (en) Cooling system for molded modules and the corresponding manufacturing process
DE102014112516B3 (en) Power electronic system with liquid cooling device and method of manufacturing the liquid cooling device
DE202016104461U1 (en) Anti-drain valve arrangement with integrated fixation function
DE102012206271A1 (en) Liquid-cooled arrangement with storable power semiconductor modules and at least one capacitor device and power semiconductor module for this purpose
DE102011121064A1 (en) Cascadeable cooling system for high speed semiconductor component, has base body whose top surface is realized such that electronic power component is directly connected to coolant, and displacement unit arranged in liquid space
DE102010040610A1 (en) Systems and devices with a heat sink
EP2654392A2 (en) In-line liquid cooled semiconductor module and assembly with the same
DE112014006676T5 (en) Power module device, power conversion device, and method of making a power module device
DE102016110043A1 (en) Liquid cooled cooling means for cooling a heat generating body, e.g. electronic components such as semiconductor devices
DE102012222011A1 (en) Power semiconductor module system
DE102012214701A1 (en) Thermoelectric device
DE102016208919A1 (en) Heat sink for cooling electronic components
EP2521432A2 (en) High performance electronics assembly with liquid cooling
DE102013109592B3 (en) Power semiconductor device
DE102006004756B4 (en) Peltier heat exchanger in modular design
DE202013011767U1 (en) Cooler for computing modules of a computer
DE102012206360A1 (en) cooler
DE112014006604T5 (en) Power module device and power conversion device
DE102016218679A1 (en) Electronic assembly with a cooling device that can be filled with a coolant
DE102018216859A1 (en) Cooling with cooling fins
DE102018208232A1 (en) Component with a cooling effect optimized by an insert element and motor vehicle with at least one component
DE102013211505A1 (en) tempering
DE102016222629A1 (en) Cooling device and method of manufacturing a cooling device
DE202014005053U1 (en) Vapor Chamber cooler

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final