DE102020107220A1 - Device for cooling electronic components - Google Patents

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DE102020107220A1 DE102020107220.1A DE102020107220A DE102020107220A1 DE 102020107220 A1 DE102020107220 A1 DE 102020107220A1 DE 102020107220 A DE102020107220 A DE 102020107220A DE 102020107220 A1 DE102020107220 A1 DE 102020107220A1
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (100) zur Kühlung eines elektronischen Bauteils (200), mit einer ersten Lage (110), die dazu eingerichtet ist, auf einem zu kühlenden elektronischen Bauteil (200) angeordnet zu werden, mit einer zweiten Lage (120), die auf einer bauteilabgewandten Seite der ersten Lage (110) angeordnet ist, mit einer dritten Lage (130), die auf einer der ersten Lage (110) abgewandten Seite der zweiten Lage (120) angeordnet ist, wobei zwischen der ersten Lage (110) und der zweiten Lage (120) ein erster Kanal (101) gebildet wird, wobei zwischen der zweiten Lage (120) und der dritten Lage (130) ein zweiter Kanal (102) gebildet wird, wobei der erste Kanal (101) in Fluidverbindung mit zweitem Kanal (102) steht.The present invention relates to a device (100) for cooling an electronic component (200), with a first layer (110), which is designed to be arranged on an electronic component (200) to be cooled, with a second layer (120) ), which is arranged on a side of the first layer (110) facing away from the component, with a third layer (130) which is arranged on a side of the second layer (120) facing away from the first layer (110), wherein between the first layer ( 110) and the second layer (120) a first channel (101) is formed, a second channel (102) being formed between the second layer (120) and the third layer (130), the first channel (101) in Fluid connection with the second channel (102) is.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung elektronischer Bauteile.The present invention relates to a device for cooling electronic components.

Stand der TechnikState of the art

Als elektrische bzw. elektronische Bauteile seien im vorliegenden Zusammenhang einzelne Elektronikelemente bzw. Elektronikkomponenten wie Mikroprozessoren oder Leistungsschalter wie Dioden, Transistoren usw., gleichermaßen zu verstehen wie Elektronikeinheiten oder Elektronikmodule, welche aus einer Vielzahl verschiedener derartiger Komponenten zusammengesetzte sind, beispielsweise Spannungswandler, Stromrichter (Gleich- und/oder Wechselrichter), Mikrocontroller, Steuergeräte, Batterien usw.In the present context, electrical or electronic components are to be understood as individual electronic elements or electronic components such as microprocessors or power switches such as diodes, transistors etc. - and / or inverters), microcontrollers, control devices, batteries, etc.

In derartigen Bauteilen finden verlustbehaftete Energiewandlungsprozesse statt, im Zuge derer teils hohe Verlustleistungen in Form von Wärme auftreten. Für einen sicheren Betrieb und ferner eine lange Lebensdauer ist es von Bedeutung, derartige Verlustleistungen effektiv abführen zu können.Lossy energy conversion processes take place in such components, in the course of which high power losses occur in the form of heat. For safe operation and also a long service life, it is important to be able to dissipate such power losses effectively.

Zu diesem Zweck sind Kühlvorrichtungen bzw. Kühlkörper bekannt, auf welchen elektronische Bauteile angeordnet werden können und welche zumeist von einem Kühlmedium durchströmt werden, welches Abwärme der Bauteile aufnimmt und abführt.For this purpose, cooling devices or heat sinks are known on which electronic components can be arranged and which are mostly flowed through by a cooling medium which absorbs and dissipates waste heat from the components.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund werden eine Vorrichtung zur Kühlung eines elektronischen Bauteils sowie ein elektronisches Bauteil mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. Against this background, a device for cooling an electronic component and an electronic component with the features of the independent claims are proposed. Advantageous refinements are the subject matter of the subclaims and the description below.

Die Kühlvorrichtung weist eine erste Lage, eine zweite Lage und eine dritte Lage auf. Die erste Lage ist dazu eingerichtet, auf einem zu kühlenden elektronischen Bauteil angeordnet zu werden. Die zweite Lage ist auf einer bauteilabgewandten Seite der ersten Lage angeordnet. Die dritte Lage ist auf einer der ersten Lage abgewandten Seite der zweiten Lage angeordnet. Zwischen der ersten Lage und der zweiten Lage wird ein erster Kanal gebildet und zwischen der zweiten Lage und der dritten Lage ein zweiter Kanal. Der erste Kanal steht in Fluidverbindung mit dem zweiten Kanal, insbesondere über Öffnungen in der zweiten Lage.The cooling device has a first layer, a second layer and a third layer. The first layer is designed to be arranged on an electronic component to be cooled. The second layer is arranged on a side of the first layer facing away from the component. The third layer is arranged on a side of the second layer facing away from the first layer. A first channel is formed between the first layer and the second layer and a second channel is formed between the second layer and the third layer. The first channel is in fluid connection with the second channel, in particular via openings in the second layer.

Durch die jeweilige Form der drei Lagen und deren Positionen relativ zueinander können zwei Kühlkanäle mit einer jeweils individuellen, zweckmäßigen Form gebildet werden, durch welche jeweils auf zweckmäßige Weise ein Kühlfluid geleitet werden kann. In dem ersten Kanal kann ein Kühlfluid insbesondere direkt über das zu kühlende Bauteil geführt werden und dort effektiv Abwärme direkt an den Stellen aufnehmen, an welchen sie erzeugt wird. Durch den zweiten Kanal kann insbesondere ein frisches Kühlfluid in die Vorrichtung geleitet werden, welches durch die Fluidverbindung zwischen erstem und zweitem Kanal in den ersten Kanal geleitet werden kann. Insbesondere kann somit stets frisches, kühles Kühlmittel gleichmäßig über den ersten Kanal verteilt werden. Der zweite Kanal stellt insbesondere einen Zufluss bzw. eine Kaltseite dar, der erste Kanal insbesondere einen Abfluss bzw. eine Heißseite.Due to the respective shape of the three layers and their positions relative to one another, two cooling channels can be formed, each with an individual, expedient shape, through which a cooling fluid can be passed in an expedient manner. In the first channel, a cooling fluid can in particular be guided directly over the component to be cooled and there effectively absorb waste heat directly at the points at which it is generated. In particular, a fresh cooling fluid can be passed through the second channel into the device, which fluid can be passed into the first channel through the fluid connection between the first and second channel. In particular, fresh, cool coolant can thus always be distributed evenly over the first channel. The second channel represents in particular an inflow or a cold side, the first channel in particular an outflow or a hot side.

Bei den drei verschiedenen Lagen handelt es sich zweckmäßigerweise jeweils um einen Film bzw. eine Schicht, insbesondere jeweils aus einem Kunststoff, insbesondere ein Thermoplast wie z.B. PET, PS, PP, PVC usw., oder einem Metall. Die drei Lagen sind insbesondere jeweils in einem vorgegebenen Abstand zueinander angeordnet und ferner insbesondere parallel oder zumindest im Wesentlichen parallel zueinander. Die Formen der drei Lagen können einander entsprechen, können jedoch auch unterschiedlich ausgestaltet sein. Die Form der ersten Lage entspricht besonders zweckmäßig der Form des zu kühlenden Bauteils, so dass die erste Lage und somit die Kühlvorrichtung direkt auf dem Bauteil angeordnet werden kann. Die Form der zweiten Lage kann insbesondere identisch oder zumindest im Wesentlichen identisch zu der Form der ersten Lage sein oder zumindest ähnlich zu dieser ausgestaltet sein. Die dritte Lage kann insbesondere eine flache, ebene bzw. im Wesentlichen zweidimensionale Form aufweisen. Insbesondere kann der Abstand zwischen der ersten und zweiten Lage geringer sein als der Abstand zwischen der zweiten und dritten Lage.The three different layers are expediently each a film or a layer, in particular each made of a plastic, in particular a thermoplastic such as PET, PS, PP, PVC, etc., or a metal. The three layers are in particular each arranged at a predetermined distance from one another and furthermore in particular parallel or at least substantially parallel to one another. The shapes of the three layers can correspond to one another, but can also be designed differently. The shape of the first layer particularly expediently corresponds to the shape of the component to be cooled, so that the first layer and thus the cooling device can be arranged directly on the component. The shape of the second layer can in particular be identical or at least substantially identical to the shape of the first layer or at least be designed in a similar manner to it. The third layer can in particular have a flat, planar or essentially two-dimensional shape. In particular, the distance between the first and second layers can be smaller than the distance between the second and third layers.

Durch die vorliegende Vorrichtung kann eine besonders effektive Kühlung des elektronischen Bauteils erreicht werden. Durch die Verwendung von zwei Kanälen kann eine Trennung zwischen Kalt- und Warmseite vorgenommen werden. Mit Hilfe des zweiten Kanals kann dem ersten Kanal stets frisches Fluid zugeführt werden, welches wiederum gleichmäßig über dem Bauteil verteilt werden kann.A particularly effective cooling of the electronic component can be achieved by the present device. By using two channels, a separation can be made between the cold and warm sides. With the help of the second channel, fresh fluid can always be supplied to the first channel, which in turn can be evenly distributed over the component.

Insbesondere handelt es sich bei dem zu kühlenden elektronischen Bauteil im vorliegenden Zusammenhang um ein Elektronikmodul aus einer Vielzahl einzelner Elektronikelementen bzw. Elektronikkomponenten. In besonders vorteilhafter Weise ist eine Vielzahl verschiedener Elektronikkomponenten wie Dioden, Transistoren usw. auf einer gemeinsamen Leiterplatte angeordnet. Die Kühlvorrichtung ist vorzugsweise direkt auf dem zu kühlenden elektronischen Bauteil angeordnet, besonders bevorzugt direkt auf den einzelnen Elektronikkomponenten. Zweckmäßigerweise ist kein weiteres Element zwischen der Kühlvorrichtung und dem zu kühlenden Bauteil vorgesehen, beispielsweise kein Gehäuse. Die erste Lage der Kühlvorrichtung steht insbesondere direkt mit den Elektronikkomponenten in Berührung. Abwärme kann somit effektiv von der Kühlvorrichtung aufgenommen und abgeführt werden.In particular, the electronic component to be cooled in the present context is an electronic module made up of a large number of individual electronic elements or electronic components. In a particularly advantageous manner, a large number of different electronic components such as diodes, transistors, etc. are arranged on a common printed circuit board. The cooling device is preferably arranged directly on the electronic component to be cooled, particularly preferably directly on the individual electronic components. Appropriately, there is no further element provided between the cooling device and the component to be cooled, for example no housing. The first layer of the cooling device is in particular in direct contact with the electronic components. Waste heat can thus be effectively absorbed and dissipated by the cooling device.

Vorteilhafterweise isoliert die erste Lage den ersten Kanal und den zweiten Kanal mediendicht gegenüber dem zu kühlenden elektronischen Bauteil. Somit kann problemlos ein flüssiges Kühlmedium auf der Außenseite des elektronischen Bauteils geführt werden, ohne dass die einzelnen Elektronikkomponenten in direkten Kontakt mit der Kühlflüssigkeit kommen und ohne dass es somit zu einer Beschädigung der Komponenten kommt.The first layer advantageously insulates the first channel and the second channel in a media-tight manner with respect to the electronic component to be cooled. In this way, a liquid cooling medium can be routed to the outside of the electronic component without any problems, without the individual electronic components coming into direct contact with the cooling liquid and without the components being damaged.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung entspricht eine Form der ersten Lage einer Form des zu kühlenden elektronischen Bauteils, insbesondere zumindest im Wesentlichen. Die erste Lage ist besonders bevorzugt dazu eingerichtet, formschlüssig mit dem zu kühlenden elektronischen Bauteil verbunden zu werden. Insbesondere liegt die erste Lage formschlüssig an den einzelnen Elektronikkomponenten des Bauteils an. Durch die Summe der Abdrücke aller Elektronikkomponenten in der ersten Lage entsteht insbesondere eine große Oberfläche, durch welche eine effektive Entwärmung ermöglicht wird.According to a particularly preferred embodiment, a shape of the first layer corresponds to a shape of the electronic component to be cooled, in particular at least substantially. The first layer is particularly preferably designed to be positively connected to the electronic component to be cooled. In particular, the first layer lies in a form-fitting manner on the individual electronic components of the component. The sum of the imprints of all electronic components in the first layer creates a large surface in particular, which enables effective heat dissipation.

Vorzugsweise wird die erste Lage durch Schrumpfen oder Vakuum-Thermoformen geformt. Somit kann die Form der ersten Lage besonderes effektiv an die Form des zu kühlenden Bauteils angepasst werden. Insbesondere kann somit auf besonderes effektive Weise erreicht werden, dass die erste Lage an den einzelnen Elektronikkomponenten anliegt und formschlüssig mit dem elektronischen Bauteil verbindbar ist. Im Zuge des Schrumpfens oder Vakuum-Thermoformens können insbesondere dünne Kunststofffolien in eine gewünschte Form gebracht werden. Beim Schrumpfen wird die Folie zunächst auf das Bauteil aufgebracht und dann erwärmt, so dass sie schrumpft und sich an das Bauteil anschmiegt (vgl. Schrumpfschlauch). Beim Vakuum-Thermoformen wird die Folie zunächst erwärmt und anschließend unter Vakuum an die Form eines entsprechenden Formwerkzeugs bzw. Negativs angepasst.Preferably the first layer is formed by shrinking or vacuum thermoforming. The shape of the first layer can thus be adapted particularly effectively to the shape of the component to be cooled. In particular, it can thus be achieved in a particularly effective way that the first layer lies against the individual electronic components and can be connected to the electronic component in a form-fitting manner. In the course of shrinking or vacuum thermoforming, thin plastic films in particular can be brought into a desired shape. When shrinking, the film is first applied to the component and then heated so that it shrinks and clings to the component (see shrink tubing). In vacuum thermoforming, the film is first heated and then adapted to the shape of a corresponding molding tool or negative under vacuum.

Vorteilhafterweise ist wenigstens eine Öffnung in der zweiten Lage vorgesehen, durch welche die Fluidverbindung zwischen dem ersten Kanal und dem zweiten Kanal hergestellt ist. Besonders zweckmäßig ist eine Vielzahl derartiger Öffnungen vorgesehen und ferner sind die Öffnungen zweckmäßigerweise an vorgegebenen Positionen vorgesehen, so dass der erste Kanal für eine möglichst effektive Kühlung des Bauteils mit frischem Kühlfluid versorgt werden kann. Die Öffnungen können besonders zweckmäßig an speziellen Stellen vorgesehen werden, an welchen das elektronische Bauteil jeweils besonders Kühlung bedarf.At least one opening is advantageously provided in the second layer, through which the fluid connection between the first channel and the second channel is established. A multiplicity of such openings is particularly expediently provided and, furthermore, the openings are expediently provided at predetermined positions, so that the first channel can be supplied with fresh cooling fluid for the most effective possible cooling of the component. The openings can be provided particularly expediently at special points at which the electronic component requires particular cooling.

Besonders vorteilhaft ist die wenigstens eine Öffnung jeweils zur Anordnung relativ zu, insbesondere über bzw. nahe bei, einer Wärmequelle des zu kühlenden elektronischen Bauteils vorgesehen. Als derartige Wärmequellen seien im vorliegenden Zusammenhang insbesondere Elektronikkomponenten zu verstehen, welche eine hohe Menge an Abwärme produzieren, welche von der Kühlvorrichtung abgeleitet werden soll. Somit kann durch die Vielzahl der Öffnungen jeweils an derartigen Stellen frisches, kühles Kühlfluid in den ersten Kanal geführt werden, welche direkt an den Wärmequellen des elektronischen Bauteils anliegen.It is particularly advantageous for the at least one opening to be provided relative to, in particular above or close to, a heat source of the electronic component to be cooled. In the present context, such heat sources are to be understood in particular as electronic components which produce a large amount of waste heat which is to be diverted from the cooling device. Thus, through the plurality of openings, fresh, cool cooling fluid can be fed into the first channel at such points in each case, which coolant are in direct contact with the heat sources of the electronic component.

Bevorzugt ist der zweite Kanal dazu eingerichtet, mit einer Kühlmittelzufuhr verbunden zu werden. Der erste Kanal ist vorzugsweise dazu eingerichtet, mit einer Kühlmittelabfuhr verbunden zu werden. Frisches Kühlfluid kann zweckmäßigerweise dem zweiten Kanal über die Kühlmittelzufuhr zugeführt werden, über die Fluidverbindung bzw. die Vielzahl der Öffnungen jeweils in den ersten Kanal geleitet werden, dort über ein zu kühlendes Bauteil geführt und mittels der Kühlmittelabfuhr aus dem ersten Kanal abgeführt werden. Besonders zweckmäßig kann das Kühlfluid zwischen Kühlmittelzufuhr (Einlass, Kaltseite) und Kühlmittelabfuhr (Auslass, Heißseite) in einer Art Parallelschaltung bzw. in einem Gegenstrom zueinander geführt werden. Zweckmäßigerweise kann an gegenüberliegenden Enden des zweiten Kanals mit Hilfe der Kühlmittelzufuhr jeweils Kühlfluid in den zweiten Kanal geleitet werden, so dass das Kühlfluid von diesen Enden aus jeweils in Richtung des anderen Endes bzw. in Richtung eines Mittelpunkts des zweiten Kanals fließt. Entsprechend kann zweckmäßigerweise mit der Kühlmittelabfuhr Kühlfluid jeweils an gegenüberliegenden Enden des ersten Kanals abgeführt werden. Nachdem Kühlfluid von dem zweiten Kanal durch die Öffnungen in den ersten Kanal übergeht, fließt das Kühlfluid dort in Richtung der gegenüberliegenden Enden. Somit fließt das Kühlfluid in dem ersten Kanal und dem zweiten Kanal besonders zweckmäßig in entgegengesetzten Richtungen.The second channel is preferably set up to be connected to a coolant supply. The first channel is preferably designed to be connected to a coolant discharge. Fresh cooling fluid can expediently be supplied to the second channel via the coolant supply, passed into the first channel via the fluid connection or the plurality of openings, passed there via a component to be cooled and discharged from the first channel by means of the coolant discharge. Particularly expediently, the cooling fluid can be routed between the coolant supply (inlet, cold side) and the coolant discharge (outlet, hot side) in a kind of parallel connection or in a countercurrent to one another. Appropriately, cooling fluid can be conducted into the second channel at opposite ends of the second channel with the aid of the coolant supply, so that the cooling fluid flows from these ends in the direction of the other end or in the direction of a center point of the second channel. Accordingly, with the coolant discharge, cooling fluid can expediently be discharged at opposite ends of the first channel. After cooling fluid passes from the second channel through the openings into the first channel, the cooling fluid flows there in the direction of the opposite ends. Thus, the cooling fluid in the first channel and the second channel particularly expediently flows in opposite directions.

Somit kann insbesondere verhindert werden, dass das Kühlfluid nur in einer Richtung linear bzw. in einer Serienschaltung zwischen Ein- und Auslass über das zu kühlende Bauteil geführt wird. Bei einer derartigen Serienschaltung kann es zu einem Temperaturgradienten in dem Kühlfluid zwischen Ein- und Auslass kommen. Stromabwärts gelegenen Bereichen können dann gegebenenfalls nur mit erwärmten Kühlfluid überströmt werden und gegebenenfalls nicht mehr ausreichend gekühlt werden. Im Gegensatz dazu kann in der vorliegenden Vorrichtung durch Parallelschaltung des Kühlfluids zwischen Einlass und Auslass sowie durch die zweckmäßige Anordnung der Öffnungen als Übergang zwischen erstem und zweitem Kanal zweckmäßigerweise jede Elektronikkomponente des Bauteils mit Kühlfluid mit identischer oder zumindest im Wesentlichen mit identischer Temperatur in Kontakt gebracht werden. Somit kann insbesondere eine gleichmäßige, möglichst homogene Temperaturverteilung über dem zu kühlenden elektronischen Bauteil erreicht werden.In this way, it is possible in particular to prevent the cooling fluid from being guided over the component to be cooled in only one direction, linearly or in a series connection between the inlet and the outlet. With such a series connection, a temperature gradient can occur in the cooling fluid between the inlet and the outlet. Areas located downstream can then possibly only be overflowed with heated cooling fluid and possibly no longer be adequately cooled. in the In contrast to this, in the present device, by connecting the cooling fluid in parallel between inlet and outlet and by the appropriate arrangement of the openings as a transition between the first and second channel, each electronic component of the component can expediently be brought into contact with cooling fluid at an identical or at least substantially identical temperature. In this way, in particular, a uniform, as homogeneous as possible, temperature distribution over the electronic component to be cooled can be achieved.

Vorzugsweise sind die erste Lage, die zweite Lage und die dritte Lage jeweils aus einem Kunststoff oder einem Metall gefertigt. Insbesondere kann für jede der Lagen jeweils auch ein unterschiedlicher Werkstoff gewählt werden, insbesondere jeweils mit verschiedenen thermischen Eigenschaften. Beispielsweise können eine oder mehrere der Lagen jeweils aus Blech geformt sein. Jedoch kann es sich bei einer oder mehreren der Lagen jeweils auch um eine Kunststofflage oder Kunststoffplatte handeln, welche insbesondere elektrisch isolierend wirken. Die erste Lage ist vorzugsweise aus einem Kunststoff gefertigt, welche insbesondere elektrisch isolierend wirkt und welche ferner insbesondere durch Schrumpfen oder Vakuum-Thermoformen geformt ist.Preferably, the first layer, the second layer and the third layer are each made of a plastic or a metal. In particular, a different material can be selected for each of the layers, in particular each with different thermal properties. For example, one or more of the layers can each be formed from sheet metal. However, one or more of the layers can in each case also be a plastic layer or plastic plate, which in particular have an electrically insulating effect. The first layer is preferably made of a plastic, which in particular has an electrically insulating effect and which is also formed in particular by shrinking or vacuum thermoforming.

Bevorzugt weist die zweite Lage eine größere Dicke bzw. Wandstärke und/oder eine geringere thermische Leitfähigkeit auf als die erste Lage. Somit kann die Wärmeübertragung zwischen Heißseite und Kaltseite reduziert werden und es kann insbesondere verhindert werden, dass frisches Kühlfluid in dem zweiten Kanal durch warmes Kühlfluid in dem ersten Kanal erwärmt wird.The second layer preferably has a greater thickness or wall thickness and / or a lower thermal conductivity than the first layer. The heat transfer between the hot side and the cold side can thus be reduced and, in particular, it can be prevented that fresh cooling fluid in the second channel is heated by warm cooling fluid in the first channel.

In besonders bevorzugter Weise eignet sich die Kühlvorrichtung für ein elektrisches bzw. elektronisches Bauteile im (Kraft-)Fahrzeugbereich, insbesondere für Steuergeräte, Endstufen, Stromrichter bzw. allgemein Halbleiterschaltungen, Batteriemodule usw. Durch die Vorrichtung kann eine effektive Kühlung derartiger Bauteile ermöglicht werden, wodurch wiederum ein sicherer, effektiver Betrieb des Fahrzeugs bzw. einzelner Fahrzeugfunktionen erreicht werden kann. Ferner können Verschleiß gering gehalten und die Lebensdauer erhöht werden, wodurch kostspielige Reparaturen und Werkstattaufenthalte vermieden werden können.In a particularly preferred manner, the cooling device is suitable for an electrical or electronic component in the (motor) vehicle sector, in particular for control devices, output stages, converters or, in general, semiconductor circuits, battery modules, etc. The device enables such components to be effectively cooled, whereby in turn, safe, effective operation of the vehicle or individual vehicle functions can be achieved. Furthermore, wear can be kept low and the service life can be increased, which means that costly repairs and visits to the workshop can be avoided.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and embodiments of the invention emerge from the description and the accompanying drawing.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.The invention is shown schematically in the drawing using exemplary embodiments and is described below with reference to the drawing.

FigurenlisteFigure list

  • 1 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Kühlung eines elektronischen Bauteils. 1 shows schematically a preferred embodiment of a device according to the invention for cooling an electronic component.

Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention

In 1 ist eine Kühlvorrichtung 100 für ein elektronisches Bauteil 200 schematisch dargestellt.In 1 is a cooling device 100 for an electronic component 200 shown schematically.

Das elektronische Bauteil 200 ist als eine Leiterplatte 201 ausgebildet, auf welcher eine Vielzahl von Elektronikkomponenten 210, 220 angeordnet sind. Die einzelnen, unterschiedlichen Elektronikkomponenten 210, 220 können beispielsweise als Mikroprozessoren, Leistungsschalter usw. ausgebildet sein. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in 1 nur zwei derartige Elektronikkomponenten 210, 220 dargestellt. Es versteht sich jedoch, dass noch eine Vielzahl weiterer unterschiedlicher Elektronikkomponenten auf der Leiterplatte vorgesehen sein kann. Das elektrische Bauteil 200 ist insbesondere zur Verwendung in einem (Kraft-)Fahrzeug vorgesehen, beispielsweise in einem Steuergerät, einem Stromrichter bzw. Inverter, einer Endstufe usw.The electronic component 200 is called a circuit board 201 formed on which a variety of electronic components 210 , 220 are arranged. The individual, different electronic components 210 , 220 can be designed as microprocessors, power switches, etc., for example. For the sake of clarity, in 1 only two such electronic components 210 , 220 shown. It goes without saying, however, that a large number of other different electronic components can be provided on the circuit board. The electrical component 200 is intended in particular for use in a (motor) vehicle, for example in a control unit, a power converter or inverter, an output stage, etc.

Die Kühlvorrichtung 100 weist eine erste Lage 110, eine zweite Lage 120 und eine dritte Lage 130 auf. Die erste Lage ist auf dem zu kühlenden elektronischen Bauteil 200 angeordnet, insbesondere direkt auf den Elektronikkomponenten 210, 220. Eine Form der ersten Lage 110 ist dabei der Oberfläche des elektronischen Bauteils 200 angepasst. Zu diesem Zweck ist die erste Lage 110 als eine Kunststoffschicht ausgebildet, welche durch Vakuum-Thermoformen an die Oberfläche des elektronischen Bauteils 200 angepasst wurde.The cooler 100 has a first layer 110 , a second layer 120 and a third layer 130 on. The first layer is on the electronic component to be cooled 200 arranged, in particular directly on the electronic components 210 , 220 . A form of the first tier 110 is the surface of the electronic component 200 customized. To this end, the first layer is 110 formed as a plastic layer, which is attached to the surface of the electronic component by vacuum thermoforming 200 has been adjusted.

Die zweite Lage 120 ist auf einer bauteilabgewandten Seite der ersten Lage 110 angeordnet. Beispielsweise ist die zweite Lage 120 ebenfalls aus einem Kunststoff ausgebildet, ist jedoch zweckmäßigerweise thermisch schlechter leitend als die erste Lage 110, z.B. weil sie dicker ist, d.h. eine größere Wandstärke hat. Die dritte Lage ist auf einer der ersten Lage 110 abgewandten Seite der zweiten Lage 120 angeordnet und ist beispielsweis aus einem Metall gefertigt, beispielsweise als dünnes Blech. Sie stellt hier die Außenseite der Kühlvorrichtung dar und sollte eine gewisse Stabilität und Robustheit aufweisen, um Beschädigungen der Kühlvorrichtung zu vermeiden.The second layer 120 is on a side of the first layer facing away from the component 110 arranged. For example, is the second layer 120 also formed from a plastic, but is expediently less thermally conductive than the first layer 110 , for example because it is thicker, ie has a greater wall thickness. The third layer is on top of one of the first layers 110 facing away from the second layer 120 arranged and is made, for example, of a metal, for example as a thin sheet. Here it represents the outside of the cooling device and should have a certain stability and robustness in order to avoid damage to the cooling device.

Zwischen der ersten Lage 110 und der zweiten Lage 120 wird ein erster Kanal 101 gebildet und zwischen der zweiten Lage 120 und der dritten Lage 130 ein zweiter Kanal 102. Der erste Kanal 101 steht in Fluidverbindung mit zweitem Kanal 102. Diese Fluidverbindung zwischen erstem und zweitem Kanal 101, 102 ist durch eine Vielzahl von Öffnungen 125 in der zweiten Lage 120 hergestellt. Diese Öffnungen sind zweckmäßigerweise jeweils in der Nähe von Wärmequellen des zu kühlenden elektronischen Bauteils 200 vorgesehen, insbesondere bei den einzelnen Elektronikkomponenten 210, 220.Between the first layer 110 and the second layer 120 becomes a first channel 101 formed and between the second layer 120 and the third layer 130 a second channel 102 . The first channel 101 is in fluid communication with the second channel 102 . This fluid connection between the first and second channel 101 , 102 is through a variety of openings 125 in the second layer 120 manufactured. These openings are expediently each in the vicinity of heat sources of the electronic component to be cooled 200 provided, especially for the individual electronic components 210 , 220 .

Ferner ist das elektronische Bauteil durch die erste Lage 110 mediendicht gegenüber dem ersten und dem zweiten Kanal 101, 102 isoliert. Somit kann eine Kühlflüssigkeit in dem ersten Kanal über das elektronische Bauteil 200 geführt werden, so dass die von den Elektronikkomponenten 210, 220 erzeugte Abwärme abgeführt werden kann, ohne dass es zu einer Beschädigung des Bauteils 200 kommt.Furthermore, the electronic component is through the first layer 110 media-tight to the first and second channels 101 , 102 isolated. In this way, a cooling liquid can pass through the electronic component in the first channel 200 be guided so that by the electronic components 210 , 220 The waste heat generated can be dissipated without damaging the component 200 comes.

Zu diesem Zweck ist der zweite Kanal 102, z.B. jeweils an gegenüberliegenden Enden, mit einer Kühlmittelzufuhr 140 verbunden und der erste Kanal 101 ist entsprechend, z.B. ebenfalls an jeweils gegenüberliegenden Enden, mit einer Kühlmittelabfuhr 150 verbunden. Über die Kühlmittelzufuhr 140 wird ein Kühlfluid in den zweiten Kanal eingeführt (Kaltseite), welches über die Öffnungen 125 direkt zu den Abwärme erzeugenden Elektronikkomponenten 210, 220 in den ersten Kanal 101 geleitet wird. In dem ersten Kanal 101 wird das Kühlfluid über das elektronische Bauteil geleitet und durch die Kühlmittelabfuhr 150 abgeleitet (Heißseite).For this purpose is the second channel 102 , for example at opposite ends, with a coolant supply 140 connected and the first channel 101 is correspondingly, for example also at opposite ends, with a coolant discharge 150 tied together. Via the coolant supply 140 a cooling fluid is introduced into the second channel (cold side), which flows through the openings 125 directly to the electronic components that generate waste heat 210 , 220 in the first channel 101 is directed. In the first channel 101 the cooling fluid is directed over the electronic component and through the coolant discharge 150 derived (hot side).

In dem ersten und zweiten Kanal 101, 102 werden somit beispielsweise entgegengesetzt fließende Fluidströmungen erzeugt. Durch die Öffnungen 125 wird Kühlmittel mit im Wesentlichen identischer Temperatur an den Wärmequellen des Bauteils 200 vorbeigeführt und gleichmäßig über dem Bauteil 200 verteilt. Durch die geringere thermische Leitfähigkeit der zweiten Lage 120 kann ferner verhindert werden, dass das Kühlfluid in dem zweiten Kanal 102 durch das erwärmte Kühlfluid in dem ersten Kanal 101 erhitzt wird.In the first and second channel 101 , 102 thus, for example, oppositely flowing fluid flows are generated. Through the openings 125 becomes coolant with essentially the same temperature at the heat sources of the component 200 passed and evenly over the component 200 distributed. Due to the lower thermal conductivity of the second layer 120 can also be prevented that the cooling fluid in the second channel 102 by the heated cooling fluid in the first channel 101 is heated.

Claims (11)

Vorrichtung (100) zur Kühlung eines elektronischen Bauteils (200), mit einer ersten Lage (110), die dazu eingerichtet ist, auf einem zu kühlenden elektronischen Bauteil (200) angeordnet zu werden, mit einer zweiten Lage (120), die auf einer bauteilabgewandten Seite der ersten Lage (110) angeordnet ist, mit einer dritten Lage (130), die auf einer der ersten Lage (110) abgewandten Seite der zweiten Lage (120) angeordnet ist, wobei zwischen der ersten Lage (110) und der zweiten Lage (120) ein erster Kanal (101) gebildet wird, wobei zwischen der zweiten Lage (120) und der dritten Lage (130) ein zweiter Kanal (102) gebildet wird, wobei der erste Kanal (101) in Fluidverbindung mit zweitem Kanal (102) steht.Device (100) for cooling an electronic component (200), with a first layer (110) which is set up to be arranged on an electronic component (200) to be cooled, with a second layer (120) which is arranged on a side of the first layer (110) facing away from the component, with a third layer (130) which is arranged on a side of the second layer (120) facing away from the first layer (110), wherein a first channel (101) is formed between the first layer (110) and the second layer (120), wherein a second channel (102) is formed between the second layer (120) and the third layer (130), wherein the first channel (101) is in fluid communication with the second channel (102). Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei die erste Lage (110) den ersten Kanal (101) und den zweiten Kanal (102) mediendicht gegenüber dem zu kühlenden elektronischen Bauteil (200) isoliert.Device (100) according to Claim 1 , wherein the first layer (110) insulates the first channel (101) and the second channel (102) in a media-tight manner from the electronic component (200) to be cooled. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Form der ersten Lage (110) einer Form des zu kühlenden elektronischen Bauteils (200) entspricht oder zumindest im Wesentlichen entspricht.Device (100) according to Claim 1 or 2 , wherein a shape of the first layer (110) corresponds to or at least substantially corresponds to a shape of the electronic component (200) to be cooled. Vorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Lage (110) durch Schrumpfen oder Vakuum-Thermoformen geformt wird.Apparatus (100) according to any one of the preceding claims, wherein the first layer (110) is formed by shrinking or vacuum thermoforming. Vorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine Öffnung (125) in der zweiten Lage (120) vorgesehen ist, durch welche die Fluidverbindung zwischen dem ersten Kanal (101) und dem zweiten Kanal (102) hergestellt ist.Device (100) according to one of the preceding claims, wherein at least one opening (125) is provided in the second layer (120) through which the fluid connection between the first channel (101) and the second channel (102) is established. Vorrichtung (100) nach Anspruch 5, wobei die wenigstens eine Öffnung (125) jeweils zur Anordnung relativ zu einer Wärmequelle (210, 220) des zu kühlenden elektronischen Bauteils (200) vorgesehen ist.Device (100) according to Claim 5 wherein the at least one opening (125) is provided for arrangement relative to a heat source (210, 220) of the electronic component (200) to be cooled. Vorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der zweite Kanal (102) dazu eingerichtet ist, mit einer Kühlmittelzufuhr (140) verbunden zu werden, und wobei der erste Kanal (110) dazu eingerichtet ist, mit einer Kühlmittelabfuhr (150) verbunden zu werden.Device (100) according to one of the preceding claims, wherein the second channel (102) is set up to be connected to a coolant supply (140), and wherein the first channel (110) is set up to be connected to a coolant discharge (150) to become. Vorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Lage (110), die zweite Lage (120) und die dritte Lage (130) jeweils aus einem Kunststoff oder einem Metall gefertigt sind.Device (100) according to one of the preceding claims, wherein the first layer (110), the second layer (120) and the third layer (130) are each made of a plastic or a metal. Vorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zweite Lage (120) eine größere Dicke aufweist als die erste Lage (110) und/oder wobei die zweite Lage (120) eine geringere thermische Leitfähigkeit aufweist als die erste Lage (110).Device (100) according to one of the preceding claims, wherein the second layer (120) has a greater thickness than the first layer (110) and / or wherein the second layer (120) has a lower thermal conductivity than the first layer (110) . Elektronisches Bauteil (200) mit einer Vorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche.Electronic component (200) having a device (100) according to one of the preceding claims. Elektronisches Bauteil (200) nach Anspruch 10, das als eine Leiterplatte (201) mit einer Vielzahl von Elektronikkomponenten (210, 220) oder als Batteriezelle ausgebildet ist und wobei die erste Lage (110) auf der Vielzahl von Elektronikkomponenten (210, 220) bzw. auf der Batteriezelle angeordnet ist.Electronic component (200) according to Claim 10 , which is designed as a printed circuit board (201) with a plurality of electronic components (210, 220) or as a battery cell and wherein the first layer (110) is arranged on the plurality of electronic components (210, 220) or on the battery cell.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20090101316A1 (en) 2007-10-18 2009-04-23 Evga Corporation Heat dissipating assembly with reduced thermal gradient
US20150369545A1 (en) 2013-01-18 2015-12-24 Taisei Plas Co., Ltd. Heat exchanger and method for manufacturing same

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