DE102018220998A1 - Power electronics assembly with efficient cooling - Google Patents

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Abstract

Offenbart wird eine Leistungselektronikanordnung (100, 101), aufweisend:
- ein leistungselektronisches Bauelement (9);
- ein Wärmeleitelement (11, 13);
- einen Schaltungsträger (1) zum Tragen des Bauelements (9), der ein Durchgangsloch (2, 14) zur Aufnahme des Wärmeleitelements (11, 13) aufweist;
- einen Kühlkörper (7) zur Kühlung der Leistungselektronikanordnung, der ein Sackloch (3) zur Aufnahme des Wärmeleitelements (11, 13) aufweist;
- wobei der Schaltungsträger (1) auf dem Kühlkörper (7) aufliegt und mit dem Kühlkörper (7) thermisch verbunden ist;
- das Wärmeleitelement (11, 13) in dem Durchgangsloch (2, 14) und dem Sackloch (3) angeordnet ist, mit dem Kühlkörper (7) an zwei oder mehr dem Kühlkörper (7) zugewandten Seiten thermisch verbunden ist und auf einer von dem Kühlkörper (7) abgewandten Seite eine Verbindungsfläche (4) aufweist; und
- das Bauelement (9) auf der Verbindungsfläche (4) aufliegt und mit dem Wärmeleitelement (11, 13) direkt thermisch verbunden ist.

Figure DE102018220998A1_0000
A power electronics arrangement (100, 101) is disclosed, comprising:
- A power electronic component (9);
- A heat-conducting element (11, 13);
- A circuit carrier (1) for carrying the component (9), which has a through hole (2, 14) for receiving the heat-conducting element (11, 13);
- A heat sink (7) for cooling the power electronics arrangement, which has a blind hole (3) for receiving the heat-conducting element (11, 13);
- The circuit carrier (1) rests on the heat sink (7) and is thermally connected to the heat sink (7);
- The heat-conducting element (11, 13) in the through hole (2, 14) and the blind hole (3) is arranged with the heat sink (7) on two or more sides of the heat sink (7) facing thermally and on one of which Heat sink (7) facing away from a connecting surface (4); and
- The component (9) rests on the connecting surface (4) and is directly thermally connected to the heat-conducting element (11, 13).
Figure DE102018220998A1_0000

Description

Technisches Gebiet:Technical field:

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leistungselektronikanordnung mit einer effizienten Kühlung, insb. für ein Hybridelektro-/Elektrofahrzeug.The present invention relates to a power electronics arrangement with efficient cooling, especially for a hybrid electric / electric vehicle.

Stand der Technik und Aufgabe der Erfindung:

  • Leistungselektronikanordnungen, insb. für Hybridelektro-/Elektrofahrzeuge, weisen funktionsbedingt hohe Verlustleistungen und somit starke Abwärme auf, die zeitnah zu deren Entstehung von den Leistungselektronikanordnungen abgeführt werden müssen.
  • Damit besteht die Aufgabe der vorliegenden Anmeldung darin, eine Möglichkeit bereitzustellen, mit der eine Leistungselektronikanordnung effizient gekühlt werden kann.
PRIOR ART AND OBJECT OF THE INVENTION:
  • Power electronics assemblies, especially for hybrid electric / electric vehicles, have high power losses due to their function and thus strong waste heat, which must be dissipated by the power electronics assemblies shortly before they arise.
  • The object of the present application is therefore to provide a possibility with which a power electronics arrangement can be cooled efficiently.

Beschreibung der Erfindung:

  • Diese Aufgabe wird durch Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Leistungselektronikanordnung bereitgestellt.
Description of the invention:
  • This object is solved by the subject matter of claim 1. Advantageous refinements are the subject of the dependent claims.
  • According to a first aspect of the invention, a power electronics arrangement is provided.

Die Leistungselektronikanordnung weist mindestens ein leistungselektronisches Bauelement, mindestens ein Wärmeleitelement und mindestens einen Schaltungsträger zum Tragen des Bauelements sowie mindestens einen Kühlkörper zur Kühlung der Leistungselektronikanordnung auf. Der Schaltungsträger weist mindestens ein Durchgangsloch zur Aufnahme des Wärmeleitelements auf. Der Kühlkörper weist mindestens ein Sackloch zur Aufnahme des Wärmeleitelements auf. Der Schaltungsträger liegt auf dem Kühlkörper auf und ist mit dem Kühlkörper thermisch verbunden.The power electronics arrangement has at least one power electronics component, at least one heat-conducting element and at least one circuit carrier for supporting the component and at least one heat sink for cooling the power electronics arrangement. The circuit carrier has at least one through hole for receiving the heat-conducting element. The heat sink has at least one blind hole for receiving the heat-conducting element. The circuit carrier rests on the heat sink and is thermally connected to the heat sink.

Das Wärmeleitelement ist in dem Durchgangsloch und dem Sackloch angeordnet und mit dem Kühlkörper an zwei oder mehr dem Kühlkörper zugewandten Seiten thermisch verbunden. Mit anderen Worten, das Wärmeleitelement erstreckt sich von dem Durchgangsloch bis zu dem Sackloch. Das Wärmeleitelement weist auf einer von dem Kühlkörper abgewandten Seite eine Verbindungsfläche auf. Das Bauelement liegt auf der Verbindungsfläche auf und ist mit dem Wärmeleitelement direkt thermisch verbunden.The heat conducting element is arranged in the through hole and the blind hole and is thermally connected to the heat sink on two or more sides facing the heat sink. In other words, the heat-conducting element extends from the through hole to the blind hole. The heat-conducting element has a connecting surface on a side facing away from the heat sink. The component lies on the connecting surface and is directly thermally connected to the heat-conducting element.

Hierbei ist ein Schaltungsträger Träger für (leistungs-)elektronische Bauelemente. Sie dienen der mechanischen Befestigung und elektrischen Verbindung für die (leistungs-)elektronischen Bauelemente.Here, a circuit carrier is a carrier for (power) electronic components. They are used for mechanical fastening and electrical connection for the (performance) electronic components.

Hierbei bedeutet der Ausdruck „eine direkte thermische Verbindung“, dass die thermische Verbindung (insb. nur) über eine gut wärmeleitende direkte Verbindung, mittels bspw. Löten, Schweißen oder Kleben, hergestellt sind, insb. ohne bzw. mit einem nur vernachlässigbar geringen thermischen Widerstand der Verbindung.Here, the expression “a direct thermal connection” means that the thermal connection (in particular only) is established via a good heat-conducting direct connection, for example by means of soldering, welding or gluing, in particular without or with only a negligibly low thermal connection Resistance of connection.

Dadurch, dass das Wärmeleitelement einerseits mit dem wärmeerzeugenden Bauelement über die Verbindungsfläche direkt thermisch verbunden ist und andererseits sich durch das Durchgangsloch an dem Schaltungsträger und bis zu dem Sackloch in dem Kühlkörper erstreckt, bildet dies einen direkten Wärmeübertragungsweg von dem Bauelement zu dem Kühlkörper. Dadurch, dass das Wärmeleitelement in dem Sackloch mit dem Kühlkörper an zwei oder mehr dem Kühlkörper zugewandten Seiten und somit dreidimensional thermisch verbunden ist, erfolgt die Wärmeübertragung von dem Wärmeleitelement an den Kühlkörper nicht nur über eine Kontaktebene (bspw. nur eine Stirnfläche des Wärmeleitelements), sondern über gesamte Oberflächen des im Sackloch befindlichen Abschnitts des Wärmeleitelements. Dies ermöglicht eine flächig ausgedehnte dreidimensionale Wärmeübertragung von dem Wärmeleitelement an den Kühlkörper mit einer verbesserten Temperaturspreizung.The fact that the heat-conducting element is on the one hand directly thermally connected to the heat-generating component via the connecting surface and on the other hand extends through the through hole on the circuit carrier and up to the blind hole in the heat sink, this forms a direct heat transfer path from the component to the heat sink. Because the heat-conducting element in the blind hole is thermally connected to the heat sink on two or more sides facing the heat sink and thus three-dimensionally, the heat transfer from the heat-conducting element to the heat sink does not only take place via a contact plane (for example only one end face of the heat-conducting element), but over entire surfaces of the section of the heat-conducting element located in the blind hole. This enables an extensive three-dimensional heat transfer from the heat-conducting element to the heat sink with an improved temperature spread.

Damit ist eine Möglichkeit bereitgestellt, mit der eine Leistungselektronikanordnung effizient gekühlt werden kann.This provides a possibility with which a power electronics arrangement can be cooled efficiently.

Das leistungselektronische Bauelement kann dabei über seine thermisch leitende Verbindungsfläche auf der von dem Kühlkörper abgewandten Stirnfläche des Wärmeleitelements körperlich und somit auch thermisch gut leitend angebunden werden. Sind die Verbindungsfläche des Bauelements und die Stirnfläche des Wärmeleitelements als lötfähige Verbindungsflächen ausgebildet, so kann das Bauelement über seine Verbindungsfläche direkt auf der Stirnfläche des Wärmeleitelements aufgelötet werden.The power electronic component can be physically and thus also thermally well-connected via its thermally conductive connection surface on the end face of the heat-conducting element facing away from the heat sink. If the connection surface of the component and the end surface of the heat-conducting element are designed as solderable connection surfaces, the component can be soldered directly onto the end surface of the heat-conducting element via its connection surface.

Bspw. ist das Wärmeleitelement mit dem Schaltungsträger einstückig ausgebildet. Insb. ist das Wärmeleitelement in dem Schaltungsträger integriert. Das Wärmeleitelement kann dabei auf verschiedenste Art und Weise in dem Durchgangsloch angeordnet und mit dem Schaltungsträger körperlich verbunden sein. Bspw. ist das Wärmeleitelement an dem Schaltungsträger verlötet oder in dem Durchgangsloch eingepresst.E.g. the heat-conducting element is formed in one piece with the circuit carrier. Esp. the heat-conducting element is integrated in the circuit carrier. The heat-conducting element can be arranged in the through hole in a wide variety of ways and can be physically connected to the circuit carrier. E.g. the heat-conducting element is soldered to the circuit carrier or pressed into the through hole.

Bspw. ist die Verbindungsfläche des Wärmeleitelements zu einer von dem Kühlkörper abgewandten Oberfläche des Schaltungsträgers flächenbündig ausgebildet ist. Dies ermöglicht eine planare elektrische Anbindung des Bauelements mit dem Schaltungsträger bzw. Leiterbahnen auf dem Schaltungsträger und zugleich der thermischen Anbindung des Bauelements mit dem Wärmeleitelement.E.g. is the connection surface of the heat-conducting element to one of the heat sink facing surface of the circuit carrier is flush. This enables a planar electrical connection of the component to the circuit carrier or conductor tracks on the circuit carrier and at the same time the thermal connection of the component to the heat-conducting element.

Bspw. ist das Wärmeleitelement aus einem Metall oder einer Metalllegierung oder einer wärmeleitenden Keramik oder Aluminium oder einer Aluminiumlegierung oder Kupfer oder einer Kupferlegierung ausgebildet. Das Wärmeleitelement kann bspw. als ein zylindrischer Pin oder mit einem stangenförmigen Profil, wie z. B. Stab, ausgebildet sein.E.g. the heat-conducting element is formed from a metal or a metal alloy or a heat-conducting ceramic or aluminum or an aluminum alloy or copper or a copper alloy. The heat-conducting element can, for example, as a cylindrical pin or with a rod-shaped profile, such as. B. rod, be formed.

Bspw. ist die Verbindungsfläche des Wärmeleitelements als eine lötfähige Fläche ausgebildet ist, und das Bauelement eine flächig ausgedehnte Lötfläche aufweist, die auf der Verbindungsfläche aufgelötet ist.E.g. the connection surface of the heat-conducting element is designed as a solderable surface, and the component has a flat, extended soldering surface that is soldered onto the connection surface.

Bspw. ist das Wärmeleitelement zylinderförmig ausgebildet. Entsprechend weisen das Durchgangsloch und das Sackloch bspw. ein entsprechendes negatives weitgehend konturentreues zylinderförmiges Profil auf.E.g. the heat-conducting element is cylindrical. Correspondingly, the through hole and the blind hole have, for example, a corresponding negative cylindrical contour which is largely true to the contour.

Bspw. weist das Wärmeleitelement quer zu dessen Haupterstreckungsrichtung betrachtet einen T-förmigen Querschnitt auf. Analog zu dem Wärmeleitelement weist das Durchgangsloch bspw. in der Haupterstreckungsrichtung betrachtet einen T-förmigen Querschnitt auf.E.g. the heat-conducting element, viewed transversely to its main direction of extension, has a T-shaped cross section. Analogous to the heat-conducting element, the through hole has a T-shaped cross section, for example, viewed in the main direction of extension.

Bspw. weist das Wärmeleitelement an einem von dem Schaltungsträger abgewandten Ende einen konvexen oder kugelsegmentförmigen Endabschnitt auf. Analog weist das Sackloch bspw. eine zu dem Endabschnitt korrespondierende konkave oder kugelsegmentflächenförmige Bodenfläche auf.E.g. the heat-conducting element has a convex or spherical segment-shaped end section at an end facing away from the circuit carrier. Analogously, the blind hole has, for example, a concave or spherical segment-shaped bottom surface corresponding to the end section.

Bspw. weist die Leistungselektronikanordnung ferner ein verformbares Wärmeleitmaterial (auf Englisch „Thermal Interface Material, TIM“) auf, das zwischen dem Wärmeleitelement und dem Kühlkörper und somit in dem Sackloch angeordnet ist und das Wärmeleitelement und den Kühlkörper miteinander thermisch verbindet und zugleich Fertigungstoleranzen zwischen dem Wärmeleitelement und dem Kühlkörper ausgleicht.E.g. The power electronics arrangement also has a deformable heat-conducting material (in English “Thermal Interface Material, TIM”), which is arranged between the heat-conducting element and the heat sink and thus in the blind hole and thermally connects the heat-conducting element and the heat sink to one another and at the same time manufacturing tolerances between the heat-conducting element and balances the heat sink.

Bspw. weist der Kühlkörper ferner einen Kühlkanal zum Durchleiten einer Kühlflüssigkeit oder eines Kühlwassers und mindestens einen Vorsprung auf, der sich von der Kühlflüssigkeit oder dem Kühlwasser an zwei oder mehr Seiten umströmbar in den Kühlkanal erstreckt. Dabei befindet sich das Sackloch in dem Vorsprung.E.g. the heat sink further has a cooling channel for passing a cooling liquid or a cooling water and at least one projection which extends around the cooling liquid or the cooling water on two or more sides into the cooling channel. The blind hole is in the projection.

FigurenlisteFigure list

Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung Bezug nehmend auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

  • 1 in einer schematischen Querschnittdarstellung einen Abschnitt einer Leistungselektronikanordnung eines Hybridelektro-/Elektrofahrzeugs gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung; und
  • 2 in einer weiteren schematischen Querschnittdarstellung einen Abschnitt einer weiteren Leistungselektronikanordnung eines Hybridelektro-/Elektrofahrzeugs gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the accompanying drawing. Show:
  • 1 a schematic cross-sectional view of a portion of a power electronics assembly of a hybrid electric / electric vehicle according to a first exemplary embodiment of the invention; and
  • 2nd In a further schematic cross-sectional illustration, a section of a further power electronics arrangement of a hybrid electric / electric vehicle according to a second exemplary embodiment of the invention.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen:Detailed description of the drawings:

1 zeigt in einer schematischen Querschnittdarstellung einen Abschnitt einer Leistungselektronikanordnung 100 eines Hybridelektro-/Elektrofahrzeugs gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. 1 shows a section of a power electronics arrangement in a schematic cross-sectional illustration 100 of a hybrid electric / electric vehicle according to a first exemplary embodiment of the invention.

Die Leistungselektronikanordnung 100, bspw. ausgebildet als ein Inverter, weist einen Kühlkörper 7 zur Kühlung der Leistungselektronikanordnung 100 und einen Schaltungsträger 1 mit leistungselektronischen Bauelementen 9, wie z. B. Leistungshalbleiterschalter, auf.The power electronics assembly 100 , for example formed as an inverter, has a heat sink 7 for cooling the power electronics arrangement 100 and a circuit carrier 1 with power electronic components 9 , such as B. power semiconductor switch on.

Der Kühlkörper 7 ist bspw. aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet und weist einen Kühlkanal 6 zum Durchleiten eines Kühlwassers auf. Ferner weist der Kühlkörper 7 mehrere domförmig oder Kühlpin-artig ausgebildete Vorsprünge 10 auf, die sich von dem Kühlwasser an zwei oder mehr Seiten umströmbar in den Kühlkanal 6 erstrecken. Der Kühlkörper 7 weist Sacklöcher 3 zur Aufnahme von nachfolgend zu beschreibenden Wärmeleitelementen 11 auf, die zylinderförmig ausgebildet sind und sich jeweils in einem der Vorsprünge 10 befinden.The heat sink 7 is formed, for example, from aluminum or an aluminum alloy and has a cooling channel 6 to pass cooling water through. Furthermore, the heat sink 7 several dome-shaped or cooling pin-like projections 10th on which the cooling water flows around on two or more sides in the cooling channel 6 extend. The heat sink 7 has blind holes 3rd to accommodate heat-conducting elements to be described below 11 on, which are cylindrical and each in one of the projections 10th are located.

Der Schaltungsträger 1 liegt über eine thermisch leitende Oberfläche auf einer planen Oberfläche des Kühlkörpers 7 auf und ist über ein verformbares Wärmeleitmaterial 8 (auf Englisch „Thermal Interface Material, TIM“), wie z. B. Wärmeleitpaste, mit dem Kühlkörper 7 thermisch verbunden, das zwischen dem Schaltungsträger 1 und dem Kühlkörper KK angebracht ist.The circuit carrier 1 lies over a thermally conductive surface on a flat surface of the heat sink 7 on and is over a deformable heat conducting material 8th (in English "Thermal Interface Material, TIM"), such as. B. thermal paste, with the heat sink 7 thermally connected that between the circuit carrier 1 and the heat sink KK is attached.

Auf einer von dem Kühlkörper 7 abgewandten Seite weist der Schaltungsträger 1 eine Oberfläche 5 auf, auf der die leistungselektronischen Bauelemente 9 angeordnet sind und über Leiterbahnen, die ebenfalls auf der Oberfläche 5 ausgebildet sind, miteinander und mit internen und/oder externen Schaltungskomponenten elektrisch verbunden sind. Der Schaltungsträger 1 weist ein oder mehrere zylinderförmige Durchgangslöcher 2 auf, die sich zwischen den beiden Oberflächen des Schaltungsträgers 1 erstrecken und zur Aufnahme der zuvor genannten Wärmeleitelemente 11 dienen. Der Schaltungsträger 1 ist auf dem Kühlkörper 7 derart platziert, dass die Durchgangslöcher 2 des Schaltungsträgers 1 und mit den jeweiligen korrespondierenden Sacklöchern 3 des Kühlkörpers 7 weitgehend fluchten.On one of the heat sinks 7 has the circuit carrier 1 a surface 5 on which the power electronic components 9 are arranged and via conductor tracks, which are also on the surface 5 are trained are electrically connected to one another and to internal and / or external circuit components. The circuit carrier 1 has one or more cylindrical through holes 2nd on, which is between the two surfaces of the circuit carrier 1 extend and for receiving the aforementioned heat-conducting elements 11 serve. The circuit carrier 1 is on the heat sink 7 placed so that the through holes 2nd of the circuit carrier 1 and with the corresponding corresponding blind holes 3rd of the heat sink 7 largely aligned.

Funktionsbedingt weist die Leistungselektronikanordnung 100 bzw. die leistungselektronischen Bauelemente 9 während des Betriebs Verlustleistungen und somit störende Abwärme auf, die über den Kühlkörper 7 bzw. das durch den Kühlkanal 6 fließende Kühlwasser abgeführt werden müssen.The power electronics arrangement has a function-related function 100 or the power electronic components 9 power losses during operation and thus annoying waste heat, which is transmitted through the heat sink 7 or through the cooling channel 6 flowing cooling water must be removed.

Zur effizienten Wärmeabführung von den Bauelementen 9 über den Kühlkörper 7 zu dem Kühlwasser weist die Leistungselektronikanordnung 100 Wärmeleitelemente 11 auf, die ebenfalls zylinderförmig ausgebildet sind und sich durch die jeweiligen Durchgangslöcher 2 und die jeweiligen Sacklöcher 3 erstrecken und bis zu Lochböden der jeweiligen Sacklöcher 3 reichen.For efficient heat dissipation from the components 9 over the heat sink 7 the power electronics arrangement points to the cooling water 100 Thermally conductive elements 11 on, which are also cylindrical and through the respective through holes 2nd and the respective blind holes 3rd extend and up to perforated bottoms of the respective blind holes 3rd pass.

Dabei sind die Wärmeleitelemente 11 aus einem Metall oder einer Metalllegierung oder einer wärmeleitenden Keramik, insb. aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung oder Kupfer oder einer Kupferlegierung ausgebildet. Ferner sind die Wärmeleitelemente 11 jeweils in einem der Durchgangslöcher 2 einpresst und somit mit dem Schaltungsträger 1 einstückig ausgebildet. Außerdem sind die Wärmeleitelemente 11 bzw. deren jeweiliger in dem Sackloch 3 befindlicher Teil an allen (zwei oder mehr) dem Kühlkörper 7 bzw. den Innenwänden der jeweiligen Sacklöcher 3 zugewandten Seiten mit den Innenwänden der jeweiligen Sacklöcher 3 und somit mit dem Kühlkörper 7 mehrdimensional thermisch verbunden.Thereby are the heat conducting elements 11 made of a metal or a metal alloy or a heat-conducting ceramic, in particular of aluminum or an aluminum alloy or copper or a copper alloy. Furthermore, the heat-conducting elements 11 each in one of the through holes 2nd pressed in and thus with the circuit carrier 1 integrally formed. In addition, the heat conducting elements 11 or their respective in the blind hole 3rd part located on all (two or more) of the heat sink 7 or the inner walls of the respective blind holes 3rd facing sides with the inner walls of the respective blind holes 3rd and thus with the heat sink 7 Multi-dimensionally thermally connected.

Optional weisen die Wärmeleitelemente 11 an jeweiligem von dem Schaltungsträger 1 abgewandten Ende einen konvexen oder kugelsegmentförmigen Endabschnitt auf. Analog weisen die Sacklöcher 3 jeweils eine zu dem Endabschnitt der Wärmeleitelemente 11 korrespondierende konkave oder kugelsegmentflächenförmige Bodenfläche und somit ein negatives weitgehend konturentreues Profil auf.Optionally, the heat conducting elements 11 on each of the circuit carriers 1 opposite end on a convex or spherical segment-shaped end portion. The blind holes face the same way 3rd one each to the end section of the heat-conducting elements 11 corresponding concave or spherical segment-shaped bottom surface and thus a negative largely contour-true profile.

Die Wärmeleitelemente 11 weisen auf jeweiliger von dem Kühlkörper 7 abgewandten Seite jeweils eine thermische Verbindungsfläche 4 auf, auf der jeweils eins der leistungselektronischen Bauelemente 9 aufliegen und mit den jeweiligen Wärmeleitelementen 11 thermisch verbunden sind. Im Falle, dass die Wärmeleitelemente 11 aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet sind, sind die jeweiligen Verbindungsflächen 4 als lötfähige Flächen bspw. aus Kupfer oder einer Kupferlegierung ausgebildet. Die Bauelemente 9 weisen jeweils eine entsprechend flächig ausgedehnte Lötfläche 12 auf, die auf den Verbindungsflächen 4 der jeweiligen korrespondierenden Wärmeleitelemente 11 aufgelötet sind. Dabei sind die Verbindungsflächen 4 der Wärmeleitelemente 11 zu der Oberfläche 5 des Schaltungsträgers 1 flächenbündig ausgebildet, sodass die jeweiligen Bauelemente 9 über deren jeweiligen gesamten Unterseiten auf den Verbindungsflächen 4 der jeweiligen korrespondierenden Wärmeleitelemente 11 und der Oberfläche 5 des Schaltungsträgers 1 aufliegen und mit den Wärmeleitelementen 11 thermisch und mit den oben genannten Leiterbahnen auf der Oberfläche 5 des Schaltungsträgers 1 elektrisch verbunden sind.The heat conducting elements 11 point to each of the heat sink 7 opposite side each have a thermal connection surface 4th on one of each of the power electronic components 9 rest and with the respective heat-conducting elements 11 are thermally connected. In the event that the heat-conducting elements 11 are made of aluminum or an aluminum alloy, the respective connecting surfaces 4th formed as solderable surfaces, for example made of copper or a copper alloy. The components 9 each have a correspondingly extensive soldering area 12 on that on the connecting surfaces 4th of the corresponding heat-conducting elements 11 are soldered on. Here are the connecting surfaces 4th the heat conducting elements 11 to the surface 5 of the circuit carrier 1 flush, so that the respective components 9 over their respective entire sub-pages on the connecting surfaces 4th of the corresponding heat-conducting elements 11 and the surface 5 of the circuit carrier 1 rest and with the heat-conducting elements 11 thermally and with the above-mentioned conductor tracks on the surface 5 of the circuit carrier 1 are electrically connected.

Zwischen den Wärmeleitelementen 11 und den jeweiligen korrespondierenden Sachlöchern 3 weist die Leistungselektronikanordnung 100 ferner das Wärmeleitmaterial 8 auf, das Zwischenräume zwischen den jeweiligen Wärmeleitelementen 11 und den jeweiligen korrespondierenden Sachlöchern 3 füllt. Dadurch verbindet das Wärmeleitmaterial 8 die Wärmeleitelemente 11 und die jeweiligen korrespondierenden Sachlöcher 3 miteinander thermisch. Ferner gleicht das Wärmeleitmaterial 8 Fertigungstoleranzen zwischen den Wärmeleitelementen 11 und dem Kühlkörper 7 bzw. den jeweiligen korrespondierenden Sachlöchern 3 aus.Between the heat conducting elements 11 and the corresponding corresponding factual holes 3rd has the power electronics assembly 100 also the heat conducting material 8th on, the spaces between the respective heat-conducting elements 11 and the corresponding corresponding factual holes 3rd fills. This connects the heat conducting material 8th the heat conducting elements 11 and the respective corresponding factual holes 3rd with each other thermally. Furthermore, the heat conducting material is the same 8th Manufacturing tolerances between the heat-conducting elements 11 and the heat sink 7 or the respective corresponding factual holes 3rd out.

Die Abführung der Abwärme von den leistungselektronischen Bauelementen 9 erfolgt über die jeweiligen korrespondierenden Wärmeleitelemente 11, mit denen die Bauelemente 9 über die flächig ausgedehnte Lötflächen 12 thermisch verbunden sind. Die Wärmeleitelemente 11 nehmen die Abwärme von den leistungselektronischen Bauelementen 9 auf und leiten diese über die mehrdimensionale thermische Verbindung zu den Wänden der jeweiligen korrespondierenden Sachlöcher 3 und somit zu dem Kühlkörper 7. Die Abwärme wird dann von den jeweiligen Vorsprüngen 10 am Kühlkörper 7, die von dem durch den Kühlkanal 6 strömenden Kühlwasser umströmt werden, an das Kühlwasser abgegeben. Durch die direkten flächig ausgedehnten thermischen Anbindungen von den jeweiligen Bauelementen 9 zu den jeweiligen korrespondierenden Wärmeleitelementen 11 und die mehrdimensionalen thermischen Verbindungen von den Wärmeleitelementen 11 zu dem Kühlkörper 7 weisen die Wärmeübertragungswege von den Bauelementen 9 zu dem Kühlkörper 7 eine optimale Temperaturspreizung auf, was eine effiziente Kühlung der Bauelemente 9 und somit der Leistungselektronikanordnung 100 ermöglicht.The removal of the waste heat from the power electronic components 9 takes place via the respective corresponding heat-conducting elements 11 with which the components 9 over the extensive soldering areas 12 are thermally connected. The heat conducting elements 11 take the waste heat from the power electronic components 9 and conduct this via the multi-dimensional thermal connection to the walls of the corresponding corresponding holes 3rd and thus to the heat sink 7 . The waste heat is then from the respective projections 10th on the heat sink 7 that by the through the cooling channel 6 flowing cooling water are released to the cooling water. Due to the direct extensive thermal connections of the respective components 9 to the corresponding heat-conducting elements 11 and the multi-dimensional thermal connections from the heat conducting elements 11 to the heat sink 7 point the heat transfer paths from the components 9 to the heat sink 7 an optimal temperature spread on what efficient cooling of the components 9 and thus the power electronics arrangement 100 enables.

2 zeigt in einer weiteren schematischen Querschnittdarstellung einen Abschnitt einer weiteren Leistungselektronikanordnung 101 eines Hybridelektro-/Elektrofahrzeugs gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. 2nd shows in a further schematic cross-sectional view a section of a further power electronics arrangement 101 of a hybrid electric / electric vehicle according to a second exemplary embodiment of the invention.

Die Leistungselektronikanordnung 101 in 2 unterscheidet sich von der in 1 dargestellten Leistungselektronikanordnung 100 dadurch, dass diese Wärmeleitelemente 13 aufweist, die quer zu dessen Haupterstreckungsrichtung 15 betrachtet einen T-förmigen Querschnitt aufweisen. Ferner weist die Leistungselektronikanordnung 101 einen Schaltungsträger 1 mit Durchgangslöcher 14 auf, das in der Haupterstreckungsrichtung 15 betrachtet analog zu den Wärmeleitelementen 13 ebenfalls einen T-förmigen Querschnitt aufweisen.The power electronics assembly 101 in 2nd differs from that in 1 illustrated power electronics arrangement 100 in that these heat-conducting elements 13 has, which is transverse to its main direction of extension 15 considered to have a T-shaped cross section. Furthermore, the power electronics arrangement 101 a circuit carrier 1 with through holes 14 on that in the main extension direction 15 considered analogous to the heat conducting elements 13 also have a T-shaped cross section.

Durch die T-förmige bzw. stufenförmige Ausformung weisen die Wärmeleitelemente 13 auf einer von dem Kühlkörper 7 abgewandten Seite eine vergleichsweise größere Verbindungsfläche 4 auf, die eine entsprechend flächig ausgedehnte thermische Verbindung und somit eine effiziente Wärmeaufnahme ermöglicht.Due to the T-shaped or stepped shape, the heat-conducting elements have 13 on one of the heat sinks 7 opposite side a comparatively larger connection area 4th on, which enables a correspondingly extensive thermal connection and thus efficient heat absorption.

Claims (10)

Leistungselektronikanordnung (100, 101), aufweisend: - ein leistungselektronisches Bauelement (9); - ein Wärmeleitelement (11, 13); - einen Schaltungsträger (1) zum Tragen des Bauelements (9), der ein Durchgangsloch (2, 14) zur Aufnahme des Wärmeleitelements (11, 13) aufweist; - einen Kühlkörper (7) zur Kühlung der Leistungselektronikanordnung, der ein Sackloch (3) zur Aufnahme des Wärmeleitelements (11, 13) aufweist; - wobei der Schaltungsträger (1) auf dem Kühlkörper (7) aufliegt und mit dem Kühlkörper (7) thermisch verbunden ist; - das Wärmeleitelement (11, 13) in dem Durchgangsloch (2, 14) und dem Sackloch (3) angeordnet ist, mit dem Kühlkörper (7) an zwei oder mehr dem Kühlkörper (7) zugewandten Seiten thermisch verbunden ist und auf einer von dem Kühlkörper (7) abgewandten Seite eine Verbindungsfläche (4) aufweist; und - das Bauelement (9) auf der Verbindungsfläche (4) aufliegt und mit dem Wärmeleitelement (11, 13) direkt thermisch verbunden ist.Power electronics assembly (100, 101), comprising: - A power electronic component (9); - A heat-conducting element (11, 13); - A circuit carrier (1) for supporting the component (9), which has a through hole (2, 14) for receiving the heat-conducting element (11, 13); - A heat sink (7) for cooling the power electronics arrangement, which has a blind hole (3) for receiving the heat-conducting element (11, 13); - The circuit carrier (1) rests on the heat sink (7) and is thermally connected to the heat sink (7); - The heat-conducting element (11, 13) in the through hole (2, 14) and the blind hole (3) is arranged with the heat sink (7) on two or more sides of the heat sink (7) facing thermally and on one of which Heat sink (7) facing away from a connecting surface (4); and - The component (9) rests on the connecting surface (4) and is directly thermally connected to the heat-conducting element (11, 13). Leistungselektronikanordnung (100, 101) nach Anspruch 1, wobei das Wärmeleitelement (11, 13) mit dem Schaltungsträger (1) einstückig ausgebildet ist.Power electronics arrangement (100, 101) according to Claim 1 , The heat conducting element (11, 13) being formed in one piece with the circuit carrier (1). Leistungselektronikanordnung (100, 101) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Verbindungsfläche (4) des Wärmeleitelements (11, 13) zu einer von dem Kühlkörper (7) abgewandten Oberfläche (5) des Schaltungsträgers (1) flächenbündig ausgebildet ist.Power electronics arrangement (100, 101) according to Claim 1 or 2nd The connecting surface (4) of the heat-conducting element (11, 13) is flush with a surface (5) of the circuit carrier (1) facing away from the heat sink (7). Leistungselektronikanordnung (100, 101) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Wärmeleitelement (11, 13) aus einem Metall oder einer Metalllegierung oder einer wärmeleitenden Keramik oder Aluminium oder einer Aluminiumlegierung oder Kupfer oder einer Kupferlegierung ausgebildet ist.Power electronics arrangement (100, 101) according to one of the preceding claims, wherein the heat-conducting element (11, 13) is formed from a metal or a metal alloy or a heat-conducting ceramic or aluminum or an aluminum alloy or copper or a copper alloy. Leistungselektronikanordnung (100, 101) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Verbindungsfläche (4) des Wärmeleitelements (11, 13) als eine lötfähige Fläche ausgebildet ist, und das Bauelement (9) eine flächig ausgedehnte Lötfläche (12) aufweist, die auf der Verbindungsfläche (4) aufgelötet ist.Power electronics arrangement (100, 101) according to any one of the preceding claims, wherein the connecting surface (4) of the heat-conducting element (11, 13) is designed as a solderable surface, and the component (9) has an area-wide soldering surface (12) on the Connection surface (4) is soldered. Leistungselektronikanordnung (100, 101) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Wärmeleitelement (11, 13) zylinderförmig ausgebildet ist.Power electronics arrangement (100, 101) according to one of the preceding claims, wherein the heat-conducting element (11, 13) is cylindrical. Leistungselektronikanordnung (101) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Wärmeleitelement (13) quer zu dessen Haupterstreckungsrichtung (15) betrachtet einen T-förmigen Querschnitt aufweist, wobei das Durchgangsloch (14) in der Haupterstreckungsrichtung (15) betrachtet analog zu dem Wärmeleitelement (13) ebenfalls einen T-förmigen Querschnitt aufweist.Power electronics arrangement (101) according to one of the preceding claims, wherein the heat-conducting element (13), viewed transversely to its main direction of extension (15), has a T-shaped cross section, the through-hole (14) in the main direction of extension (15), viewed analogously to the heat-conducting element (13 ) also has a T-shaped cross section. Leistungselektronikanordnung (100, 101) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Wärmeleitelement (11, 13) an einem von dem Schaltungsträger (1) abgewandten Ende einen konvexen oder kugelsegmentförmigen Endabschnitt aufweist, wobei das Sackloch (3) eine zu dem Endabschnitt korrespondierende konkave oder kugelsegmentflächenförmige Bodenfläche aufweist.Power electronics arrangement (100, 101) according to one of the preceding claims, wherein the heat-conducting element (11, 13) has a convex or spherical segment-shaped end section at an end facing away from the circuit carrier (1), the blind hole (3) having a concave or corresponding to the end section has spherical segment-shaped bottom surface. Leistungselektronikanordnung (100, 101) nach einem der vorangehenden Ansprüche, die ferner ein verformbares Wärmeleitmaterial (8) aufweist, das zwischen dem Wärmeleitelement (11, 13) und dem Kühlkörper (7) und somit in dem Sackloch (3) angeordnet ist und das Wärmeleitelement (11, 13) und den Kühlkörper (7) miteinander thermisch verbindet und zugleich Fertigungstoleranzen zwischen dem Wärmeleitelement (11, 13) und dem Kühlkörper (7) ausgleicht.Power electronics arrangement (100, 101) according to one of the preceding claims, further comprising a deformable heat-conducting material (8), which is arranged between the heat-conducting element (11, 13) and the heat sink (7) and thus in the blind hole (3), and the heat-conducting element (11, 13) and the heat sink (7) thermally connects one another and at the same time compensates for manufacturing tolerances between the heat-conducting element (11, 13) and the heat sink (7). Leistungselektronikanordnung (100, 101) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Kühlkörper (7) ferner aufweist: - einen Kühlkanal (6) zum Durchleiten einer Kühlflüssigkeit oder eines Kühlwassers; - einen Vorsprung (10), der sich von der Kühlflüssigkeit oder dem Kühlwasser an zwei oder mehr Seiten umströmbar in den Kühlkanal (6) erstreckt; - wobei das Sackloch (3) sich in dem Vorsprung (10) befindet.Power electronics assembly (100, 101) according to one of the preceding claims, wherein the heat sink (7) further comprises: - A cooling channel (6) for passing a cooling liquid or cooling water; - A projection (10) which extends around the cooling liquid or the cooling water on two or more sides into the cooling channel (6); - The blind hole (3) is located in the projection (10).
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