DE102019204847A1 - Device for cooling electrical and / or electronic components - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung gibt eine Vorrichtung (11) zum Entwärmen von elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen (4), aufweisend eine erste Platte (1), eine zweite Platte (2) und eine Schaumstruktur (3), die zwischen der ersten Platte (1) und der zweiten Platte (2) angeordnet ist, an. Außerdem gibt die Erfindung eine Anordnung (10) und ein Verfahren zum Entwärmen von elektrischen und elektronischen Bauteilen (3) an.The invention provides a device (11) for the removal of heat from electrical and / or electronic components (4), comprising a first plate (1), a second plate (2) and a foam structure (3) which lies between the first plate (1) and the second plate (2) is arranged on. The invention also provides an arrangement (10) and a method for cooling electrical and electronic components (3).

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Gebiet der ErfindungField of invention

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, eine Anordnung und ein Verfahren zum Entwärmen von elektrischen und elektronischen Bauteilen.The present invention relates to a device, an arrangement and a method for cooling electrical and electronic components.

Beschreibung des Stands der TechnikDescription of the prior art

Bei der Kühlung eines Leistungshalbleitermoduls sind folgende Randbedingungen zu berücksichtigen: hohe Kühlleistung (anders ausgedrückt: niedriger thermischer Widerstand) bei gleichzeitig geringem Volumenfluss und Druckabfall, damit das Pumpsystem klein dimensioniert werden kann. Zudem soll die Kühlstruktur selbst ein minimales Gewicht aufweisen und neben Wasser-Glykol-Gemischen auch Öle bei sehr niedrigen und sehr hohen Temperaturen als Kühlmittel zulassen.When cooling a power semiconductor module, the following boundary conditions must be taken into account: high cooling capacity (in other words: low thermal resistance) with low volume flow and pressure drop at the same time, so that the pump system can be made small. In addition, the cooling structure itself should have a minimal weight and, in addition to water-glycol mixtures, also allow oils at very low and very high temperatures as coolants.

Funktionsprinzip eines Kühlers ist die Übergabe von an einem Ort kontinuierlich generierte Wärme (insbesondere bei einem Leistungshalbleitermodul die im Betrieb entstehende Verlustleistung) an ein Kühlmedium, das diese Wärme aufnimmt, indem es die Kühlstruktur umströmt und an einen anderen Ort abtransportiert, an dem die Wärme schließlich z.B. an die Umgebungsluft abgegeben werden kann, beispielsweise mittels eines Wärmetauschers.The functional principle of a cooler is the transfer of heat that is continuously generated at one location (especially the power loss occurring during operation in the case of a power semiconductor module) to a cooling medium, which absorbs this heat by flowing around the cooling structure and transporting it to another location, where the heat is finally generated e.g. can be released to the ambient air, for example by means of a heat exchanger.

Die Kühler können prinzipiell in Luft- und Flüssigkeitskühler unterteilt werden. Hinsichtlich der sich dabei ergebenden physikalischen Eigenschaften, benötigter Volumenstrom für die gewünschte Kühlintensität und Druckabfall bei dem Volumenstrom, unterscheiden sie sich signifikant.In principle, the coolers can be divided into air and liquid coolers. With regard to the resulting physical properties, the volume flow required for the desired cooling intensity and the pressure drop in the volume flow, they differ significantly.

Es gibt Kühler mit sehr guter Wärmeabfuhr. Diese benötigen aber einen hohen Druckabfall, damit der dazu benötigte Volumenstrom überhaupt erzeugt werden kann (z.B. Mikrokanalkühler). Andere Kühler benötigen bei mittelguter Wärmeabfuhr sehr hohe Volumenströme (beispielsweise 15 bis 30 Liter/Minute) .There are coolers with very good heat dissipation. However, these require a high pressure drop so that the required volume flow can be generated at all (e.g. microchannel cooler). Other coolers require very high volume flows (for example 15 to 30 liters / minute) with moderate heat dissipation.

Heutige Kühler besitzen keine optimale Entwärmung bzw. sind sehr teuer. Eine ausreichend gute Entwärmung ist jedoch entscheidend in Gebieten wie der Leistungselektronik, da diese direkt mit der Lebensdauer der Halbleiterchips und damit des gesamten Leistungsmodels einhergeht.Today's coolers do not have optimal cooling or are very expensive. However, a sufficiently good cooling is crucial in areas such as power electronics, since this is directly associated with the service life of the semiconductor chips and thus the entire power model.

Es gibt zahlreiche Varianten von Kühlersystemen, welche alle gemeinsam haben, dass entweder der Kühlfluidweg maximiert wird oder die Oberfläche des Kühler-Fluid-Übergangs vergrö-ßert wird.There are numerous variants of cooler systems, all of which have in common that either the cooling fluid path is maximized or the surface area of the cooler-fluid interface is enlarged.

Bei Mikrokanalkühler Rogers (Pi-Flow-Kühler) werden Kupfer-Leadframes mit zuvor geplanten Aussparungen übereinandergestapelt und mittels eines Active Metal Brazing (AMB) Prozesses verbunden. Werden die Aussparungen entsprechend ausgelegt, entstehen Kanäle, durch welche das spätere Kühlfluid laufen kann. Darunter und darüber wird über selbigen Prozess ein AMB-Substrat als Schaltungsträger aufgebracht. Nachteilig sind die hohen Kosten, da die einzelnen Leadframes entweder über Stanztechnik oder über Ätztechnik hergestellt werden müssen.With the Rogers microchannel cooler (Pi-Flow cooler), copper leadframes with previously planned cutouts are stacked on top of one another and connected using an Active Metal Brazing (AMB) process. If the recesses are designed accordingly, channels are created through which the subsequent cooling fluid can run. Below and above this, an AMB substrate is applied as a circuit carrier using the same process. The disadvantage is the high costs, since the individual lead frames have to be produced either using stamping technology or using etching technology.

Bei Pin-Fin-Kühler (zylinderförmige Kühlrippen) werden unterhalb der Bodenplatte (Al, Cu, AlSiC, ...) Pins entweder eingeschraubt, ausgefräst oder mit gegossen. Die Pins haben üblicherweise eine konische, nach unten zusammenlaufender Form, so dass der Wärmefluss an das Kühlmedium ideal ist. Vorteilig sind die beim späteren Durchlaufen des Kühlmediums entstehenden gewollten Turbulenzen, welche einen effizienten Abtransport der Wärme ermöglichen. Nachteilig sind die hohen Kosten, da die Pins entweder durch Frästechnik oder durch Gusstechnik hergestellt werden.With pin-fin coolers (cylindrical cooling fins), pins are either screwed in, milled out or cast below the base plate (Al, Cu, AlSiC, ...). The pins usually have a conical shape tapering towards the bottom, so that the heat flow to the cooling medium is ideal. The desired turbulence that occurs when the cooling medium later passes through is advantageous, as it enables the heat to be removed efficiently. The high costs are disadvantageous, since the pins are produced either by milling or by casting.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Lösung für eine verbesserte Entwärmung von elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen bereitzustellen.The object of the invention is to provide a solution for improved cooling of electrical and / or electronic components.

Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.The invention results from the features of the independent claims. The dependent claims relate to advantageous developments and refinements. Further features, possible applications and advantages of the invention emerge from the following description.

Ein Aspekt der Erfindung besteht darin, eine Lösung zur Realisierung einer Vorrichtung zum Entwärmen von elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen vorzugeschlagen, welche einerseits eine hohe Entwärmung ermöglicht und andererseits kostengünstig hergestellt werden kann.One aspect of the invention is to propose a solution for realizing a device for cooling electrical and / or electronic components, which on the one hand enables high cooling and on the other hand can be produced inexpensively.

Die Erfindung beansprucht eine Vorrichtung zum Entwärmen von elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen. Die Vorrichtung weist eine erste Platte, eine zweite Platte und eine Schaumstruktur, die zwischen der ersten Platte und der zweiten Platte angeordnet ist, auf.The invention claims a device for cooling electrical and / or electronic components. The device includes a first plate, a second plate, and a foam structure disposed between the first plate and the second plate.

In einer weiteren Ausführung sind die erste Platte und die zweite Platte aus einem Metall (z.B. Kupfer), aus einem Grafit, einer Keramik und/oder als organische Platte mit einer metallischen Beschichtung gebildet.In a further embodiment, the first plate and the second plate are formed from a metal (e.g. copper), from a graphite, a ceramic and / or as an organic plate with a metallic coating.

In einer weiteren Ausführung ist die Schaumstruktur (3) aus einem Metall (zum Beispiel zumindest teilweise Kupfer oder Aluminium), einem Grafit, einer Keramik oder aus einem Grafit mit einer metallischen Beschichtung gebildet. Aluminium hat den Vorteil, dass es wegen seiner sehr geringen Dichte für den Leichtbau verwendet werden kann.In another version, the foam structure ( 3 ) formed from a metal (for example at least partially copper or aluminum), a graphite, a ceramic or from a graphite with a metallic coating. Aluminum has the advantage that it can be used for lightweight construction because of its very low density.

Eine Schaumstruktur ist eine poröse Struktur und kann auch als Schaumstruktur bezeichnet werden. Die Schaumstruktur kann über ein verzweigtes System die Wärme gut an ein späteres Kühlfluid/ Kühlmedium (Wasser, Luft, ...) übergeben. Die Wärme wird dabei effizient in die Schaumstruktur eingeleitet. Alternativ zu einer Schaumstrukturkönnen andere Varianten eingesetzt werden, die im Verhältnis zu ihrem Volumen eine hohe Oberfläche besitzen, wie z.B. Netzstrukturen oder Geflechte.A foam structure is a porous structure and can also be referred to as a foam structure. The foam structure can easily transfer the heat to a later cooling fluid / cooling medium (water, air, ...) via a branched system. The heat is efficiently introduced into the foam structure. As an alternative to a foam structure, other variants can be used which have a high surface area in relation to their volume, e.g. Network structures or braids.

In einer weiteren Ausführung ist die zweite Platte ausgebildet, die zu entwärmenden elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen aufzunehmen. Die zweite Platte kann als Bodenplatte ausgebildet sein und bildet die zu entwärmende Wärmequelle. Zwischen den Bauteilen und der zweiten Platte kann sich eine elektrisch isolierende Schicht befinden.In a further embodiment, the second plate is designed to accommodate the electrical and / or electronic components to be cooled. The second plate can be designed as a base plate and forms the heat source to be cooled. An electrically insulating layer can be located between the components and the second plate.

Die erste Platte bildet den Boden der Vorrichtung zur Entwärmung, auch als Kühlerboden bezeichenbar.The first plate forms the bottom of the device for cooling, also known as the cooler bottom.

In einer weiteren Ausführung ist die zweite Platte aus Kupfer gebildet.In a further embodiment, the second plate is made of copper.

In einer weiteren Ausführung weist die zweite Platte Strukturelemente auf, die in die Schaumstruktur laufen. Durch die Strukturelemente kann eine effiziente Übergabe der Wärme erreicht werden.In a further embodiment, the second plate has structural elements that run into the foam structure. An efficient transfer of the heat can be achieved through the structural elements.

In einer weiteren Ausführung sind die Strukturelemente als Kühlrippen ausgebildet. Die Kühlrippen können auch als Pin-Fins bezeichnet werden. Alternativ zu den Kühlrippen können die Strukturelemente in einer Vielzahl anderer Formen ausgebildet sein. Auch die Anordnung der Strukturelemente kann in verschiedenen Varianten ausgeführt werden.In a further embodiment, the structural elements are designed as cooling ribs. The cooling fins can also be referred to as pin fins. As an alternative to the cooling fins, the structural elements can be designed in a variety of other shapes. The arrangement of the structural elements can also be carried out in different variants.

In einer weiteren Ausführung ist die Schaumstruktur als eine Vielzahl von zueinander beabstandete Kühlrippen ausgebildet. In a further embodiment, the foam structure is designed as a plurality of cooling ribs that are spaced apart from one another.

Die Kühlrippen können auch als Pin-Fins bezeichnet werden. Die Kühlrippen können zylinderförmig sein oder eine konische, nach unten zusammenlaufende Form aufweisen, so dass der Wärmefluss an das Kühlmedium ideal ist. Der Durchmesser der Kühlrippen und der Abstand zwischen den Kühlrippen kann optimal in Abhängigkeit der resultierenden mechanischen Eigenschaften und thermischen Eigenschaften gewählt werden.The cooling fins can also be referred to as pin fins. The cooling fins can be cylindrical or have a conical shape tapering downwards, so that the heat flow to the cooling medium is ideal. The diameter of the cooling fins and the distance between the cooling fins can be optimally selected depending on the resulting mechanical and thermal properties.

Die Ausführung der Schaumstruktur als eine Vielzahl von zueinander beabstandete Kühlrippen hat den Vorteil, dass der Druckabfall des Kühlers geringgehalten wird. Die Schaumstruktur kann auch in beliebigen anderen Strukturen ausgebildet sein (strukturierte Schaumstruktur). Dadurch bedeckt die Schaumstruktur nur Teilbereiche der zweiten Platte (z.B. einer Bodenplatte) ähnlich der Struktur eines Pin-Fin-Kühlers. Die strukturierte Schaumstruktur, z. B. als Schaum-Kühlrippen ausgebildet bietet den Vorteil, dass sie eine hohe Turbulenz in der gebildeten Kanalstruktur erzeugen, wodurch der Wärmeübergang vom Kühlmedium (z.B. ein Fluid) zur zweiten Platte und der Schaumstruktur deutlich verbessert wird. Die Anbindung der Schaum-Kühlrippen an die zweite Platte (z.B. die Bodenplatte) erfolgt bevorzugt durch gut wärmeleitfähige Übergänge wie z.B. Sinterung und Lötung.The design of the foam structure as a multiplicity of cooling ribs spaced apart from one another has the advantage that the pressure drop across the cooler is kept low. The foam structure can also be formed in any other structures (structured foam structure). As a result, the foam structure only covers parts of the second plate (e.g. a base plate) similar to the structure of a pin-fin cooler. The structured foam structure, e.g. B. designed as foam cooling ribs offers the advantage that they create a high level of turbulence in the channel structure formed, which significantly improves the heat transfer from the cooling medium (e.g. a fluid) to the second plate and the foam structure. The connection of the foam cooling fins to the second plate (e.g. the base plate) is preferably made by means of transitions with good thermal conductivity, Sintering and soldering.

In einer weiteren Ausführung ist die Verbindung der Schaumstruktur an die zweite Platte galvanisch ausgeführt. Das hat den Vorteil eines hohen Wärmeflusses zwischen der Schaumstruktur und der zweiten Platte.In a further embodiment, the connection of the foam structure to the second plate is carried out galvanically. This has the advantage of a high heat flow between the foam structure and the second plate.

Bei der galvanischen Anbindung wird die Schaumstruktur auf die zweite Platte (z.B. eine Bodenplatte) gelegt oder gedrückt. Die Kontaktstellen zwischen Schaumstruktur und zweiter Platte werden anschließend mittels eines Galvanikprozesses verbunden, indem im Falle eines Metallschaums der Zwischenraum durch Metallwachstum aufgefüllt wird. Somit ist gewährleistet, dass später die Wärme von der Bodenplatte über eine Metallverbindung direkt in den Metallschaum geleitet werden kann.With the galvanic connection, the foam structure is placed or pressed onto the second plate (e.g. a floor plate). The contact points between the foam structure and the second plate are then connected by means of an electroplating process, in which, in the case of metal foam, the gap is filled by metal growth. This ensures that the heat from the base plate can later be conducted directly into the metal foam via a metal connection.

In einer weiteren Ausführung ist die Verbindung der Schaumstruktur an die zweite Platte als Lötverbindung ausgebildet. Das hat den Vorteil eines hohen Wärmeflusses zwischen der Schaumstruktur und der zweiten Platte. Bei der Lötverbindung ist zu beachten, dass möglichst viele Übergabepunkte zwischen dem Lötmaterial uns dem Kupferschaum entstehen.In a further embodiment, the connection of the foam structure to the second plate is designed as a soldered connection. This has the advantage of a high heat flow between the foam structure and the second plate. When making the soldered connection, make sure that as many transfer points as possible are created between the soldering material and the copper foam.

In einer weiteren Ausführung ist die Verbindung der Schaumstruktur an die zweite Platte durch Sinterung ausgebildet.In a further embodiment, the connection of the foam structure to the second plate is formed by sintering.

Weitere Möglichkeiten zur Ausführung der Verbindung der Schaumstruktur an die zweite Platte sind Kleben und Diffusionslöten.Other options for connecting the foam structure to the second plate are gluing and diffusion soldering.

In einer weiteren Ausführung weist die Schaumstruktur zumindest teilweise eine Beschichtung auf.In a further embodiment, the foam structure at least partially has a coating.

In einer weiteren Ausführung ist die Beschichtung aus partiell vernickeltem Kupfer ausgebildet.In a further embodiment, the coating is made from partially nickel-plated copper.

Bei der Lötverbindung ist zu beachten, dass möglichst viele Übergabepunkte zwischen dem Lötmaterial uns dem z.B. Kupferschaum entstehen. Um einen derartigen Kühler herzustellen, wird als Schaumstruktur ein Metallschaum verwendet, welcher idealerweise zumindest teilweise eine Beschichtung aufweist (wie z.B. partiell vernickeltes Kupfer). Durch einen späteren Lotauftrag und Lötprozess findet eine Benetzung des nicht partiell vernickelten Teils des Metallschaums statt, so dass automatisch Lot-Pin-Fins (Kühlrippen) entstehen. Die so ausgebildeten Lot-Pin-Fins haben den Vorteil, dass der Metallschaum direkt eingebunden ist und aus dem Volumen heraus die Wärme an den Metallschaum übergeben werden kann.When making the soldered connection, it is important to ensure that as many transfer points as possible between the soldering material and the e.g. Copper foam is created. In order to produce such a cooler, a metal foam is used as the foam structure, which ideally has at least a partial coating (such as partially nickel-plated copper). Subsequent solder application and soldering process wetting the part of the metal foam that is not partially nickel-plated, so that solder pin fins (cooling fins) are automatically created. The solder pin fins designed in this way have the advantage that the metal foam is directly integrated and the heat can be transferred from the volume to the metal foam.

Die Erfindung beansprucht außerdem eine Anordnung zum Entwärmen von elektrischen und elektronischen Bauteilen. Die Anordnung weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung, elektrische und/oder elektronische Bauteile und ein Kühlmedium, das die Schaumstruktur durchströmt, auf.The invention also claims an arrangement for cooling electrical and electronic components. The arrangement has a device according to the invention, electrical and / or electronic components and a cooling medium that flows through the foam structure.

In einer weiteren Ausführung ist das Kühlmedium Wasser, ein Wassergemisch (z.B. Wasser und Glykol) und/oder Luft.In a further embodiment, the cooling medium is water, a water mixture (e.g. water and glycol) and / or air.

Die Erfindung beansprucht außerdem ein Verfahren zum Entwärmen von elektrischen und elektronischen Bauteilen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass eine erfindungsgemäße Vorrichtung von einem Kühlmedium durchströmt wird.The invention also claims a method for removing heat from electrical and electronic components, which is characterized in that a cooling medium flows through a device according to the invention.

Zusammengefasst bietet die Erfindung die folgenden Vorteile:

  • - Erreichen einer hohen Entwärmung durch (metallische) Wärmeübergange und Wärmespreizung in die Schaumstruktur
  • - Erzeugung von gewollten Fluidturbulenzen im Kühlmedium durch die Schaumstruktur
  • - Reduktion der Kosten (speziell bei der Herstellung von Löt-Pin-Fins)
  • - Erzeugung von hochfesten (metallischen) Verbindungen
  • - Hoher Freiheitsgrad an späteren Varianten der Vorrichtung zum Entwärmen von elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen (Kühlervarianten)
In summary, the invention offers the following advantages:
  • - Achieving a high level of heat dissipation through (metallic) heat transfers and heat spreading in the foam structure
  • - Generation of desired fluid turbulence in the cooling medium through the foam structure
  • - Reduction of costs (especially in the production of solder pin fins)
  • - Creation of high-strength (metallic) connections
  • - High degree of freedom in later variants of the device for cooling electrical and / or electronic components (cooler variants)

FigurenlisteFigure list

Die Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden aus den nachfolgenden Erläuterungen mehrerer Ausführungsbeispiele anhand von schematischen Zeichnungen ersichtlich.The special features and advantages of the invention are evident from the following explanations of several exemplary embodiments with the aid of schematic drawings.

Es zeigen

  • 1A eine Anordnung vor einer galvanischen Anbindung einer Schaumstruktur an eine zweite Platte,
  • 1B eine Anordnung mit einer galvanisch an eine zweite Platte angebundenen Schaumstruktur,
  • 2A eine Anordnung vor einer galvanischen Anbindung einer Schaumstruktur an Strukturen,
  • 2B eine Anordnung mit einer galvanisch an Strukturen angebundenen Schaumstruktur,
  • 3A eine Anordnung vor der Herstellung einer Lötanbindung einer Schaumstruktur,
  • 3B eine Anordnung mit einem durch eine Lötverbindung angebundener Schaumstruktur und
  • 4 eine Vorrichtung mit Schaum-Kühlrippen.
Show it
  • 1A an arrangement in front of a galvanic connection of a foam structure to a second plate,
  • 1B an arrangement with a foam structure galvanically connected to a second plate,
  • 2A an arrangement in front of a galvanic connection of a foam structure to structures,
  • 2 B an arrangement with a foam structure galvanically connected to structures,
  • 3A an arrangement prior to the production of a solder connection of a foam structure,
  • 3B an arrangement with a foam structure connected by a soldered connection and
  • 4th a device with foam cooling fins.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

1B, 2B und 3B zeigen Anordnungen 11 zum Entwärmen von elektrischen und elektronischen Bauteilen 4. Die Anordnungen 11 weisen je eine Vorrichtung 10 zum Entwärmen von elektrischen und elektronischen Bauteilen 4, elektrische und/oder elektronische Bauteile 4 und ein Kühlmedium 5 auf. Die Vorrichtungen 10 weisen je eine erste Platte 1, eine zweite Platte 2 und eine Schaumstruktur 3, die zwischen der ersten Platte 1 und der zweiten Platte 2 angeordnet ist, auf. Das Kühlmedium 5 der Anordnungen 11 durchströmt die Schaumstruktur 3. Die elektrischen und elektronischen Bauteilen 4 können z.B. ein Leistungsmodul beinhalten und stellen eine Wärmequelle dar. 1B , 2 B and 3B show arrangements 11 for cooling electrical and electronic components 4th . The orders 11 each have a device 10 for cooling electrical and electronic components 4th , electrical and / or electronic components 4th and a cooling medium 5 on. The devices 10 each have a first plate 1 , a second plate 2 and a foam structure 3 that is between the first plate 1 and the second plate 2 is arranged on. The cooling medium 5 of the orders 11 flows through the foam structure 3 . The electrical and electronic components 4th can e.g. contain a power module and represent a heat source.

1A, 2A und 3A zeigen die Vorrichtungen 10 aus 1B, 2B und 3B vor der Anbindung der Schaumstruktur 3 an die zweite Platte 2, die Schaumstruktur 3 ist zwischen der ersten Platte 1 und der zweiten Platte 2 eingelegt oder eingedrückt. Das Kühlmedium 5 ist nur in 1B, 2B und 3B dargestellt. 1A , 2A and 3A show the devices 10 out 1B , 2 B and 3B before connecting the foam structure 3 to the second plate 2 who have favourited foam structure 3 is between the first plate 1 and the second plate 2 inserted or pressed in. The cooling medium 5 is only in 1B , 2 B and 3B shown.

In 1B ist die Anordnung 11 mit einem galvanisch an eine zweite Platte 2 angebundene Schaumstruktur 3 gezeigt. Die Kontaktstellen zwischen Schaumstruktur 3 und zweiter Platte 2 sind mittels eines Galvanikprozesses verbunden, indem der Zwischenraum zwischen der Schaumstruktur 3 und der zweiten Platte 2 durch Metallwachstum aufgefüllt wurde. Somit ist gewährleistet, dass später die Wärme von der zweiten Platte 2 über eine Verbindung direkt in die Schaumstruktur 3 (z.B. ein Kupferschaum) geleitet werden kann.In 1B is the arrangement 11 with a galvanic to a second plate 2 attached foam structure 3 shown. The contact points between the foam structure 3 and second plate 2 are connected by means of an electroplating process by removing the space between the foam structure 3 and the second plate 2 was filled up by metal growth. This ensures that later the heat from the second plate 2 via a connection directly into the foam structure 3 (e.g. a copper foam) can be passed.

2B zeigt ebenfalls eine Anordnung 11 mit einem galvanisch an eine zweite Platte 2 angebundene Schaumstruktur 3. Im Unterschied zu 1B weist in 2B die zweite Platte 2 Strukturen auf. Im Beispiel in 2B sind die Strukturen als Kühlrippen 6 ausgebildet. Die Kühlrippen 6 können auch als Pin-Fins bezeichnet werden. In 2A und 2B ist jeweils eine Kühlrippe 6 mit Bezugszeichen versehen, die weiteren Strukturen der zweiten Platten 2 sind ebenfalls Kühlrippen 6. Die Kühlrippen haben den Vorteil, dass durch die zusätzlichen Strukturen eine effiziente Übergabe der Wärme stattfinden kann. Der Zwischenraum zwischen der hier metallisch ausgebildeten Schaumstruktur 3 und der zweiten Platte 2 mit den Kühlrippen 6 wurde durch Metallwachstum aufgefüllt. Somit ist gewährleistet, dass später die Wärme von der zweiten Platte 2 über eine Metallverbindung direkt in die Schaumstruktur 3 (z.B. ein Kupferschaum) geleitet werden kann. 2 B also shows an arrangement 11 with a galvanic to a second plate 2 attached foam structure 3 . In contrast to 1B points in 2 B the second plate 2 Structures on. In the example in 2 B are the structures as cooling fins 6th educated. The cooling fins 6th can also be referred to as pin fins. In 2A and 2 B is a cooling fin each 6th provided with reference numerals, the further structures of the second plates 2 are also cooling fins 6th . The cooling fins have the advantage that the additional structures enable efficient transfer of the heat. The space between the metallic foam structure 3 and the second plate 2 with the cooling fins 6th was filled up by metal growth. This ensures that later the heat from the second plate 2 directly into the foam structure via a metal connection 3 (e.g. a copper foam) can be passed.

3B zeigt eine Anordnung 11 mit einem durch eine Lötverbindung an eine zweite Platte 2 angebundene Schaumstruktur 3. Hierbei ist zu beachten, dass möglichst viele Übergabepunkte vom Lot an die Schaumstruktur 3 entstehen. Um einen derartigen Anordnung 11 herzustellen, wird wiederrum eine Schaumstruktur 3 eingelegt, welche idealerweise eine partielle Beschichtung 7 aufweist (wie z.B. partiell vernickeltes Kupfer). Ein Teil der Schaumstruktur 3 weist keine Beschichtung auf, dieser Teil ist in der Form von Kühlrippen ausgebildet. Durch einen späteren Lotauftrag und Lötprozess wird eine Benetzung des nicht partiell vernickelten Teils der Schaumstruktur 3 stattfinden, so dass automatisch Lot-Pin-Fins 8 entstehen. In 3A und 3B ist jeweils eine nur eine Kühlrippe mit Bezugszeichen (Bezugszeichen 3 in 3A und Bezugszeichen 8 in 3B) versehen, die weiteren Strukturen der zweiten Platten 2 sind ebenfalls Kühlrippen (unbeschichtete Schaumstruktur 3 oder Lot-Pin-Fins 8). Die Lot-Pin-Fins 8 haben den Vorteil, dass sie direkt in die Schaumstruktur mit partieller Beschichtung 7 eingebunden ist, und somit aus dem Volumen heraus die Wärme an die Schaumstruktur mit partieller Beschichtung 7 übergeben werden kann. 3B shows an arrangement 11 with one through a solder joint to a second plate 2 attached foam structure 3 . It is important to ensure that as many transfer points as possible from the solder to the foam structure 3 arise. To such an arrangement 11 produce a foam structure in turn 3 inserted, which ideally a partial coating 7th has (such as partially nickel-plated copper). Part of the foam structure 3 has no coating, this part is in the form of cooling fins. Subsequent solder application and soldering process wetting the part of the foam structure that is not partially nickel-plated 3 take place so that automatically solder pin fins 8th arise. In 3A and 3B is only one cooling fin with reference number (reference number 3 in 3A and reference numerals 8th in 3B) provided, the further structures of the second plates 2 are also cooling fins (uncoated foam structure 3 or solder pin fins 8th ). The solder pin fins 8th have the advantage that they are partially coated directly into the foam structure 7th is integrated, and thus the heat from the volume to the foam structure with partial coating 7th can be passed.

4 zeigt eine Vorrichtung 10 mit Schaum-Kühlrippen9. Die Schaum-Kühlrippen 9 bilden eine Vielzahl von zueinander beabstandeten Kühlrippen. In 4 ist nur eine Schaum-Kühlrippe 9 mit Bezugszeichen versehen, die anderen identisch ausgebildeten Strukturen sind ebenfalls Schaum-Kühlrippen 9. Die Schaum-Kühlrippen 9 können auch als Pin-Fins bezeichnet werden. Die Schaum-Kühlrippen 9 sind zylinderförmig und haben eine konisch nach unten zusammenlaufende Form, so dass der Wärmefluss an das Kühlmedium ideal ist. Der Durchmesser der Schaum-Kühlrippen 9 und der Abstand zwischen den Schaum-Kühlrippen 9 kann optimal in Abhängigkeit der resultierenden mechanischen Eigenschaften und thermischen Eigenschaften gewählt werden. 4th shows a device 10 with foam cooling fins 9. The foam cooling fins 9 form a plurality of cooling fins spaced apart from one another. In 4th is just a foam cooling fin 9 provided with reference numerals, the other identically designed structures are also foam cooling fins 9 . The foam cooling fins 9 can also be referred to as pin fins. The foam cooling fins 9 are cylindrical and have a conical shape that tapers downwards, so that the heat flow to the cooling medium is ideal. The diameter of the foam cooling fins 9 and the distance between the foam cooling fins 9 can be optimally selected depending on the resulting mechanical and thermal properties.

Die Ausführung der Schaum-Kühlrippen 9 hat den Vorteil, dass der Druckabfall des Kühlers geringgehalten wird. Dadurch bedeckt die Schaumstruktur nur Teilbereiche der zweiten Platte 2 (z.B. einer Bodenplatte) ähnlich der Struktur eines Pin-Fin-Kühlers. Die Schaum-Kühlrippen 9 bieten den Vorteil, dass sie eine hohe Turbulenz in der gebildeten Kanalstruktur erzeugt, wodurch der Wärmeübergang vom Kühlmedium (z.B. ein Fluid) zur zweiten Platte 9 und den Schaum-Kühlrippen 9 deutlich verbessert wird. Die Anbindung der Schaum-Kühlrippen 9 an die zweite Platte 2 erfolgt bevorzugt durch gut wärmeleitfähige Übergänge wie z.B. Sinterung und Lötung.The execution of the foam cooling fins 9 has the advantage that the pressure drop across the cooler is kept low. As a result, the foam structure only covers parts of the second plate 2 (e.g. a base plate) similar to the structure of a pin-fin cooler. The foam cooling fins 9 offer the advantage that they generate a high level of turbulence in the channel structure that is formed, whereby the heat transfer from the cooling medium (eg a fluid) to the second plate 9 and the foam cooling fins 9 is significantly improved. The connection of the foam cooling fins 9 to the second plate 2 preferably occurs through transitions with good thermal conductivity such as sintering and soldering.

Obwohl die Erfindung im Detail durch die Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung durch die offenbarten Beispiele nicht eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann daraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.Although the invention has been illustrated and described in more detail by the exemplary embodiments, the invention is not restricted by the disclosed examples and other variations can be derived therefrom by the person skilled in the art without departing from the scope of protection of the invention.

Claims (15)

Vorrichtung (10) zum Entwärmen von elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen (4), aufweisend: - eine erste Platte (1), - eine zweite Platte (2) und - ein Schaumstruktur (3), die zwischen der ersten Platte (1) und der zweiten Platte (3) angeordnet ist.Device (10) for cooling electrical and / or electronic components (4), comprising: - a first plate (1), - a second plate (2) and - A foam structure (3) which is arranged between the first plate (1) and the second plate (3). Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Platte (1) und die zweite Platte (2) aus einem Metall, einem Grafit, einer Keramik und/oder als organische Platte mit einer metallischen Beschichtung gebildet sind.Device (10) after Claim 1 , characterized in that the first plate (1) and the second plate (2) are formed from a metal, a graphite, a ceramic and / or as an organic plate with a metallic coating. Vorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaumstruktur (3) aus einem Metall, einem Grafit, einer Keramik oder aus einem Grafit mit einer metallischen Beschichtung gebildet ist.Device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the foam structure (3) is formed from a metal, a graphite, a ceramic or from a graphite with a metallic coating. Vorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Platte (2) ausgebildet ist, die zu entwärmenden elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen (4) aufzunehmen.Device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the second plate (2) is designed to accommodate the electrical and / or electronic components (4) to be cooled. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Platte (2) Strukturelemente aufweist, die in die Schaumstruktur (3) laufen.Device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the second plate (2) has structural elements which run into the foam structure (3). Vorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturelemente als Kühlrippen (6) ausgebildet sind.Device (10) after Claim 5 , characterized in that the structural elements are designed as cooling ribs (6). Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaumstruktur (3) als eine Vielzahl von zueinander beabstandete Kühlrippen (6) ausgebildet ist.Device (10) according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that the foam structure (3) is designed as a plurality of spaced apart cooling ribs (6). Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der Schaumstruktur (3) an die zweite Platte (2) galvanisch ausgeführt ist.Device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the connection of the foam structure (3) to the second plate (2) is carried out galvanically. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der Schaumstruktur (3) an die zweite Platte (2) als Lötverbindung ausgebildet ist.Device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the connection of the foam structure (3) to the second plate (2) is designed as a soldered connection. Vorrichtung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der Schaumstruktur (3) an die zweite Platte (2) durch Sinterung ausgebildet ist.Device (10) after Claim 7 , characterized in that the connection of the foam structure (3) to the second plate (2) is formed by sintering. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaumstruktur (3) zumindest teilweise eine Beschichtung (7) aufweist.Device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the foam structure (3) at least partially has a coating (7). Vorrichtung (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (7) aus partiell vernickeltem Kupfer ausgebildet ist.Device (10) after Claim 11 , characterized in that the coating (7) is made of partially nickel-plated copper. Anordnung (11) zum Entwärmen von elektrischen und elektronischen Bauteilen, aufweisend: - eine Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - elektrische und/oder elektronische Bauteile (4) und - ein Kühlmedium (5), welches die Schaumstruktur (3) durchströmt.Arrangement (11) for cooling electrical and electronic components, comprising: - A device (10) according to one of the preceding claims, - electrical and / or electronic components (4) and - A cooling medium (5) which flows through the foam structure (3). Anordnung (11) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium Wasser, ein Wassergemisch und/oder Luft ist.Arrangement (11) according to Claim 13 , characterized in that the cooling medium is water, a water mixture and / or air. Verfahren zum Entwärmen von elektrischen und elektronischen Bauteilen (4) dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 von einem Kühlmedium (5) durchströmt wird.A method for cooling electrical and electronic components (4), characterized in that a device (10) according to one of the Claims 1 to 12 a cooling medium (5) flows through it.
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