DE102020110937B4 - Cooling device for cooling a power semiconductor module - Google Patents
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Abstract
Kühleinrichtung zur Kühlung eines Leistungshalbleitermoduls, mit einem von einer Flüssigkeit durchströmbaren, einen Hohlraum (4) aufweisenden Gehäusebauteil (2), das eine erste Kühlplatte (3) aufweist, wobei die erste Kühlplatte (3) eine den Hohlraum (4) begrenzende erste Kühlplatteninnenfläche (3b) aufweist, mit mehreren in dem Hohlraum (4) angeordneten ersten Kühlkörpern (5), die zu einer in einer ersten Richtung (X) verlaufenden Reihe angeordnet sind, wobei die ersten Kühlkörper (5) jeweils eine erste Kühlkörpergrundplatte (5a) aufweisen, von der eine Mehrzahl von ersten Erhebungen (5b) hervorstehen, wobei die ersten Erhebungen (5b) der ersten Kühlkörper (5), mittels einer jeweiligen stoffschlüssigen Verbindung, mit der ersten Kühlplatteninnenfläche (3b) verbunden sind, wobei in der ersten Richtung (X) zwischen den ersten Kühlkörpern (5) jeweils ein erstes Kühlkörpertrennelement (7) angeordnet ist, wobei das jeweilige erste Kühlkörpertrennelement (7) an seinen den ersten Kühlkörpern (5) zugewandten beiden Seiten Auswölbungen (7a) aufweist, die in zwischen den ersten Erhebungen (5b) vorhandene Zwischenräume (5c) eingreifen.Cooling device for cooling a power semiconductor module, with a housing component (2) through which a liquid can flow and which has a cavity (4) and a first cooling plate (3), the first cooling plate (3) having a first cooling plate inner surface (4) delimiting the cavity (4). 3b), with a plurality of first heat sinks (5) arranged in the cavity (4) and arranged in a row running in a first direction (X), the first heat sinks (5) each having a first heat sink base plate (5a), from which a plurality of first elevations (5b) protrude, wherein the first elevations (5b) of the first cooling body (5) are connected to the first cooling plate inner surface (3b) by means of a respective material connection, wherein in the first direction (X) between the first heat sinks (5) in each case a first heat sink separating element (7) is arranged, the respective first heat sink separating element (7) on its first heat sinks (5) has bulges (7a) on both sides facing, which engage in intermediate spaces (5c) present between the first elevations (5b).
Description
Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung zur Kühlung eines Leistungshalbleitermoduls.The invention relates to a cooling device for cooling a power semiconductor module.
Im Betrieb eines Leistungshalbleitermoduls treten in den Leistungshalbleiterbauelementen des Leistungshalbleitermoduls elektrische Verluste auf, die zu einer Erwärmung der Leistungshalbleiterbauelemente führen. Zur Kühlung der Leistungshalbleiterbauelemente ist das Leistungshalbleitermodul techniküblich an eine von einer Kühlflüssigkeit durchströmten Kühleinrichtung thermisch leitend angekoppelt.When a power semiconductor module is in operation, electrical losses occur in the power semiconductor components of the power semiconductor module, which lead to heating of the power semiconductor components. In order to cool the power semiconductor components, the power semiconductor module is thermally conductively coupled to a cooling device through which a cooling liquid flows, as is customary in technology.
Aus der
Aus der
Aus der US 2012 / 0 006 523 A1 ist eine Kühleinrichtung mit einem Kühlfinnen aufweisenden Kühlelement, dass mittels eines Stangenpressverfahrens einfach herstellbar ist, bekannt.US 2012/0 006 523 A1 discloses a cooling device with a cooling element having cooling fins, which can be easily produced by means of a rod pressing method.
Aus der
Aus
Es ist Aufgabe der Erfindung eine zuverlässige rational herstellbare Kühleinrichtung zur Kühlung eines Leistungshalbleitermoduls zu schaffen und ein rationelles Verfahren zur Herstellung einer solchen Kühleinrichtung anzugeben.It is the object of the invention to provide a reliable, rationally manufacturable cooling device for cooling a power semiconductor module and to specify a rational method for manufacturing such a cooling device.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Kühleinrichtung zur Kühlung eines Leistungshalbleitermoduls, mit einem von einer Flüssigkeit durchströmbaren, einen Hohlraum aufweisenden Gehäusebauteil, das eine erste Kühlplatte aufweist, wobei die erste Kühlplatte eine den Hohlraum begrenzende erste Kühlplatteninnenfläche aufweist, mit mehreren in dem Hohlraum angeordneten ersten Kühlkörpern, die zu einer in einer ersten Richtungverlaufenden Reihe angeordnet sind, wobei die ersten Kühlkörper jeweils eine erste Kühlkörpergrundplatte aufweisen, von der eine Mehrzahl von ersten Erhebungen hervorstehen, wobei die ersten Erhebungen der ersten Kühlkörper, mittels einer jeweiligen stoffschlüssigen Verbindung, mit der ersten Kühlplatteninnenfläche verbunden sind, wobei in der ersten Richtung zwischen den ersten Kühlkörpern jeweils ein erstes Kühlkörpertrennelement angeordnet ist, wobei das jeweilige erste Kühlkörpertrennelement an seinen den ersten Kühlkörpern zugewandten beiden Seiten Auswölbungen aufweist, die in zwischen den ersten Erhebungen vorhandene Zwischenräume eingreifen.This object is achieved by a cooling device for cooling a power semiconductor module, having a housing component through which a liquid can flow, having a cavity, which has a first cooling plate, the first cooling plate having a first cooling plate inner surface delimiting the cavity, with a plurality of first cooling bodies arranged in the cavity , which are arranged in a row running in a first direction, the first heat sinks each having a first heat sink base plate from which a plurality of first elevations protrude, the first elevations of the first heat sinks being connected to the first cooling plate inner surface by means of a respective material connection are, wherein in the first direction between the first heat sinks in each case a first heat sink separating element is arranged, wherein the respective first heat sink separating element has bulges on its two sides facing the first heat sinks is, which intervene in existing between the first surveys interstices.
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn das Gehäusebauteil eine der ersten Kühlplatte gegenüberliegend angeordnete zweite Kühlplatte aufweist, wobei die zweite Kühlplatte eine den Hohlraum begrenzende zweite Kühlplatteninnenfläche aufweist, wobei die Kühleinrichtung mehrere in dem Hohlraum angeordnete zweite Kühlkörper aufweist, die zu einer in der ersten Richtung verlaufenden Reihe angeordnet sind, wobei die zweiten Kühlkörper jeweils eine zweite Kühlkörpergrundplatte aufweisen, von der eine Mehrzahl von zweiten Erhebungen hervorstehen, wobei die zweiten Erhebungen der zweiten Kühlkörper mittels einer jeweiligen stoffschlüssigen Verbindung mit der zweiten Kühlplatteninnenfläche verbunden sind, wobei in der ersten Richtung zwischen den zweiten Kühlkörpern jeweils ein zweites Kühlkörpertrennelement angeordnet ist, wobei das jeweilige zweite Kühlkörpertrennelement an seinen den zweiten Kühlkörpern zugewandten beiden Seiten Auswölbungen aufweist, die in zwischen den zweiten Erhebungen vorhandene Zwischenräume eingreifen.It has proven to be advantageous if the housing component has a second cooling plate arranged opposite the first cooling plate, the second cooling plate having a second cooling plate inner surface delimiting the cavity, the cooling device having a plurality of second cooling bodies arranged in the cavity, which lead to one another in the first direction running row, wherein the second heat sinks each have a second heat sink base plate, from which a plurality of second elevations protrude, the second elevations of the second heat sinks being connected to the second cooling plate inner surface by means of a respective material connection, with in the first direction between the second heatsinks in each case a second heatsink separator is arranged, wherein the respective second heatsink separator has bulges on its two sides facing the second heatsinks, which in between the intervene second surveys existing gaps.
Das erste Kühlkörpertrennelement weist an seinen den ersten Kühlkörpern zugewandten beiden Seiten Auswölbungen auf, die in zwischen den ersten Erhebungen vorhandene Zwischenräume eingreifen. Hierdurch wird beim Durchfluss der Flüssigkeit durch die Kühleinrichtung hindurch zuverlässig verhindert, dass Flüssigkeit in relevanter Menge in einer senkrecht zur ersten Richtung verlaufenden zweiten Richtung an den ersten Erhebungen vorbeifließen kann.The first heatsink separating element has bulges on its two sides facing the first heatsinks, which bulges engage in intermediate spaces present between the first elevations. As a result, when the liquid flows through the cooling device, it is reliably prevented that a relevant quantity of liquid can flow past the first elevations in a second direction running perpendicularly to the first direction.
Es erweist es sich als vorteilhaft, wenn das zweite Kühlkörpertrennelement an seinen den zweiten Kühlkörpern zugewandten beiden Seiten Auswölbungen aufweist, die in zwischen den zweiten Erhebungen vorhandene Zwischenräume eingreifen. Hierdurch wird beim Durchfluss der Flüssigkeit durch die Kühleinrichtung hindurch zuverlässig verhindert, dass Flüssigkeit in relevanter Menge in einer senkrecht zur ersten Richtung verlaufenden zweiten Richtung an den zweiten Erhebungen vorbeifließen kann.It has proven to be advantageous if the second heat sink separating element has bulges on its two sides facing the second heat sinks, which bulges engage in the intermediate spaces present between the second elevations. As a result, when the liquid flows through the cooling device, it is reliably prevented that a relevant quantity of liquid can flow past the second elevations in a second direction running perpendicularly to the first direction.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn zwischen der jeweiligen ersten und zweiten Kühlkörpergrundplatte eine Trennplatte angeordnet ist, die mit der jeweiligen ersten und zweiten Kühlkörpergrundplatte, mittels einer jeweiligen stoffschlüssigen Verbindung, verbunden ist. Hierdurch weist die Kühleinrichtung eine besonders hohe mechanische Stabilität auf.Furthermore, it proves to be advantageous if a separating plate is arranged between the respective first and second heat sink base plate, which is connected to the respective first and second heat sink base plate by means of a respective material connection. As a result, the cooling device has a particularly high level of mechanical stability.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Gehäusebauteil eine erste Stirnseite und eine zur ersten Stirnseite gegenüberliegende zweite Stirnseite aufweist, die eine jeweilige Öffnung des Gehäusebauteils zum Hohlraum umlaufen, wobei die Kühleinrichtung eine den Hohlraum begrenzende, mit der ersten Stirnseite verbundene, erste Abschlussplatte aufweist, und eine den Hohlraum begrenzende, mit der zweiten Stirnseite verbundene, zweite Abschlussplatte aufweist.Furthermore, it proves to be advantageous if the housing component has a first end face and a second end face opposite the first end face, which run around a respective opening of the housing component to the cavity, wherein the cooling device has a first end plate which delimits the cavity and is connected to the first end face , and has a second end plate which delimits the cavity and is connected to the second end face.
In diesem Zusammenhang erweist es sich als vorteilhaft, wenn die erste Abschlussplatte, mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, mit der ersten Stirnseite verbunden ist und die zweite Abschlussplatte, mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, mit der zweiten Stirnseite verbunden ist.In this context, it proves to be advantageous if the first closing plate is connected to the first end face by means of a material connection and the second end plate is connected to the second end face by means of a material connection.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die jeweilige stoffschlüssige Verbindung als Lötverbindung ausgebildet ist. Hierdurch wird eine besonders rational herstellbare Kühleinrichtung zur Kühlung eines Leistungshalbleitermoduls geschaffen, da alle oben beschriebenen stoffschlüssigen Verbindungen der Kühleinrichtung gleichzeitig zusammen durch einfaches Erhitzen, z.B. in einem Ofen, und wieder Abkühlen herstellbar sind. Vorzugsweise werden die Lötverbindungen mittels eines Vakuumlötprozesses ausgebildet.Furthermore, it has proven to be advantageous if the respective material connection is designed as a soldered connection. This creates a particularly rationally manufacturable cooling device for cooling a power semiconductor module, since all of the above-described integral connections of the cooling device can be produced simultaneously by simply heating, e.g. in an oven, and cooling again. The soldered connections are preferably formed by means of a vacuum soldering process.
Es sei angemerkt, dass das Gehäusebauteil vorzugsweise einstückig ausgebildet ist.It should be noted that the housing component is preferably formed in one piece.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die unten stehenden Figuren erläutert. Dabei zeigen:
-
1 eine Explosionsdarstellung einer Ausbildung einer erfindungsgemäßen Kühleinrichtung, -
2 eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung gemäß1 , -
3 eine perspektivische Ansicht eines ersten bzw. zweiten Kühlkörpers einer erfindungsgemäßen Kühleinrichtung, -
4 eine perspektivische Ansicht eines ersten bzw. zweiten Kühlkörpertrennelements einer erfindungsgemäßen Kühleinrichtung, -
5 eine perspektivische Darstellung einer Ausbildung der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung, wobei die Kühleinrichtung zusätzlich ein erstes und zweites Anschlusselement aufweist und -
6 eine weitere Ausbildung eines Gehäusebauteils der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung.
-
1 an exploded view of an embodiment of a cooling device according to the invention, -
2 a sectional view of the cooling device according to theinvention 1 , -
3 a perspective view of a first or second heat sink of a cooling device according to the invention, -
4 a perspective view of a first or second heat sink separating element of a cooling device according to the invention, -
5 a perspective view of an embodiment of the cooling device according to the invention, wherein the cooling device additionally has a first and second connection element and -
6 a further embodiment of a housing component of the cooling device according to the invention.
Es sei angemerkt, dass in den Figuren der Übersichtlichkeit halber die zur Ausbildung der stoffschlüssigen Verbindungen (z.B. Lötverbindungen) vorhandenen Verbindungsschichten (z.B. Lotschichten) nicht dargestellt sind.It should be noted that, for the sake of clarity, the connection layers (e.g. solder layers) present for forming the material connections (e.g. soldered connections) are not shown in the figures.
In
Die erfindungsgemäße Kühleinrichtung 1 weist zur Kühlung eines Leistungshalbleitermoduls ein von einer Flüssigkeit durchströmbaren, einen Hohlraum 4 aufweisenden, vorzugsweise einstückig ausgebildeten Gehäusebauteil 2 auf, das eine erste Kühlplatte 3 aufweist. Die erste Kühlplatte 3 weist eine den Hohlraum 4 begrenzende erste Kühlplatteninnenfläche 3b auf. Der Hohlraum 4 wird lateral von den Seitenwänden des Gehäusebauteils 2 begrenzt. Die Seitenwände des Gehäusebauteils 2 umschließen lateral den Hohlraum 4. Die erste Kühlplatte 3 bildet eine Seitenwand des Gehäusebauteils 2 aus. Das Gehäusebauteil 2 ist aus Metall, insbesondere aus Kupfer, aus einer Kupferlegierung, aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung, ausgebildet. Die erste Kühlplatte 3 weist eine der ersten Kühlplatteninnenfläche 3b gegenüberliegend angeordnete erste Kühlplattenaußenfläche 3a auf.For cooling a power semiconductor module, the
Das Gehäusebauteil 2 kann mittels eines Strangpressverfahrens auf einfache Art und Weise hergestellt werden, so dass eine große Anzahl von Gehäusebauteilen 2 rationell hergestellt werden kann. Das Gehäusebauteil 2 liegt somit vorzugsweise als stranggepresstes Gehäusebauteil vor.The
Zur Kühlung des Leistungshalbleitermoduls, das der Übersichtlichkeit halber in den Figuren nicht dargestellt ist, wird das Leistungshalbleitermodul auf der ersten Kühlplattenaußenfläche 3a angeordnet, wobei zwischen dem Leistungshalbleitermodul und der ersten Kühlplattenaußenfläche 3a, z.B. eine Wärmeleitpaste oder eine Verbindungschicht, wie z.B. eine Lotschicht, Sinterschicht oder Klebeschicht, angeordnet sein kann.To cool the power semiconductor module, which is not shown in the figures for the sake of clarity, the power semiconductor module is arranged on the first cooling plate
Die Kühleinrichtung 1 weist weiterhin einen in dem Hohlraum 4 angeordneten erste Kühlkörper 5 auf, die eine erste Kühlkörpergrundplatte 5a aufweisen, von denen eine Mehrzahl von ersten Erhebungen 5b hervorstehen. Die ersten Erhebungen 5b sind vorzugsweise als Kühlpins (siehe
Die ersten Erhebungen 5b sind, mittels einer jeweiligen stoffschlüssigen Verbindung, die vorzugweise als Lötverbindung ausgebildet ist, mit der ersten Kühlplatteninnenfläche 3b verbunden. Dabei ist vorzugsweise die der Kühlkörpergrundplatte 5a abgewandte Oberseite 5b' der ersten Erhebungen 5b, mittels einer zwischen der Oberseite 5b' der ersten Erhebungen 5b und der ersten Kühlplatteninnenfläche 3b angeordneten Verbindungschicht (nicht dargestellt), mit der ersten Kühlplatteninnenfläche 3b stoffschlüssig verbunden. Im Falle einer Lötverbindung ist die Verbindungschicht als Lotschicht ausgebildet. Durch diese stoffschlüssige Verbindung wird eine thermisch gut leitende Ankopplung der ersten Kühlkörper 5 an die erste Kühlplatte 3 ausgebildet. Weiterhin weist das Gehäusebauteil 2 keine nach außen reichenden Ausnehmungen auf, die von den ersten Kühlkörper 5 abgedeckt sind, so dass konstruktionsbedingt keine Dichtigkeitsprobleme zwischen den ersten Kühlkörpern 5 und dem Gehäusebauteil 2 auftreten können.The
Es sei angemerkt, dass ein Leistungshalbleitermodul Leistungshalbleiterbauelemente aufweist. Das jeweilige Leistungshalbleiterbauelement liegt vorzugweise in Form eines Leistungshalbleiterschalters oder einer Diode vor. Die Leistungshalbleiterschalter liegen dabei vorzugsweise in Form von Transistoren, wie z.B. IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor) oder MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) vor. Die Leistungshalbleiterbauelemente dienen vorzugsweise zum Gleich- und/oder Wechselrichten von elektrischen Spannungen. Die Leistungshalbleiterbauelemente sind vorzugsweise zu mindestens einer Halbbrückenschaltung verschaltet.It should be noted that a power semiconductor module has power semiconductor components. The respective power semiconductor component is preferably in the form of a power semiconductor switch or a diode. The power semiconductor switches are preferably in the form of transistors, such as IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) or MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors). The power semiconductor components are preferably used for rectifying and/or inverting electrical voltages. The power semiconductor components are preferably connected up to form at least one half-bridge circuit.
Die Kühleinrichtung 1 weist, wie beispielhaft in
In der ersten Richtung X ist zwischen den ersten Kühlkörpern 5 jeweils ein erstes Kühlkörpertrennelement 7 angeordnet. Wie beispielhaft in
Das Gehäusebauteil 2 weist weiterhin vorzugsweise eine der ersten Kühlplatte 3 gegenüberliegend angeordnete zweite Kühlplatte 8 auf. Die zweite Kühlplatte 8 weist eine den Hohlraum 4 begrenzende zweite Kühlplatteninnenfläche 8b auf. Die zweite Kühlplatte 8 bildet eine Seitenwand des Gehäusebauteils 2 aus. Die zweite Kühlplatte 8 weist eine der zweiten Kühlplatteninnenfläche 8b gegenüberliegend angeordnete zweite Kühlplattenaußenfläche 8a auf.The
Zur Kühlung eines weiteren Leistungshalbleitermoduls, das der Übersichtlichkeit halber in den Figuren nicht dargestellt ist, kann das weitere Leistungshalbleitermodul auf der zweiten Kühlplattenaußenfläche 8a angeordnet werden, wobei zwischen dem weiteren Leistungshalbleitermodul und der zweiten Kühlplattenaußenfläche 8a, z.B. eine Wärmeleitpaste oder eine Verbindungschicht, wie z.B. eine Lotschicht, Sinterschicht oder Klebeschicht, angeordnet sein kann.To cool a further power semiconductor module, which is not shown in the figures for the sake of clarity, the further power semiconductor module can be arranged on the second cooling plate
Die Kühleinrichtung 1 weist weiterhin vorzugsweise einen in dem Hohlraum 4 angeordneten zweiten Kühlkörper 6 auf, der eine zweite Kühlkörpergrundplatte 6a aufweist, von der eine Mehrzahl von zweiten Erhebungen 6b hervorstehen. Die zweiten Erhebungen 6b sind vorzugsweise als Kühlpins (siehe
Die zweiten Erhebungen 6b sind, mittels einer jeweiligen stoffschlüssigen Verbindung, die vorzugweise als Lötverbindung ausgebildet ist, mit der zweiten Kühlplatteninnenfläche 8b verbunden. Dabei ist vorzugsweise die der Kühlkörpergrundplatte 6a abgewandte Oberseite 6b' der zweiten Erhebungen 6b, mittels einer zwischen der Oberseite 6b' der zweiten Erhebungen 6b und der zweiten Kühlplatteninnenfläche 8b angeordneten Verbindungschicht (nicht dargestellt), mit der zweiten Kühlplatteninnenfläche 8b stoffschlüssig verbunden. Im Falle einer Lötverbindung ist die Verbindungschicht als Lotschicht ausgebildet. Durch diese stoffschlüssige Verbindung wird eine thermisch gut leitende Ankopplung des zweiten Kühlkörpers 6 an die zweite Kühlplatte 8 ausgebildet. Weiterhin weist das Gehäusebauteil 2 keine nach außen reichende Ausnehmungen auf, die vom zweiten Kühlkörper 6 abgedeckt sind, so dass konstruktionsbedingt keine Dichtigkeitsprobleme zwischen dem zweiten Kühlkörper 6 und dem Gehäusebauteil 2 auftreten können.The
Die Kühleinrichtung 1 weist vorzugsweise, wie beispielhaft in
In der ersten Richtung X ist vorzugsweise zwischen den zweiten Kühlkörpern 6 jeweils ein zweites Kühlkörpertrennelement 9 angeordnet. Wie beispielhaft in
Zwischen der jeweiligen ersten und zweiten Kühlkörpergrundplatte 5a und 6a ist vorzugsweise eine Trennplatte 10 angeordnet, die mit der jeweiligen ersten und zweiten Kühlkörpergrundplatte 5a und 6a, mittels einer jeweiligen stoffschlüssigen Verbindung, die vorzugweise jeweilig als Lötverbindung ausgebildet ist, verbunden ist. Die Trennplatte 10 ist vorzugsweise mit dem Gehäusebauteil 2 einstückig ausgebildet.A separating
Die Kühleinrichtung 1 weist vorzugsweise einen ersten und einen zweiten Flüssigkeitskanal 19 und 20 auf, die im Hohlraum 4, ausgehend von einer ersten Stirnseite 11 des Gehäusebauteils 2, vorzugsweise in der ersten Richtung X zu einer zweiten Stirnseite 12 des Gehäusebauteils 2 verlaufen, wobei der jeweilige Kühlkörper 5 bzw. 6 in der zweiten Richtung Y zwischen dem ersten und zweiten Flüssigkeitskanal 19 und 20 angeordnet ist. Die Trennplatte 10 kann, wie beispielhaft in
Die zweite Stirnseite 12 ist gegenüberliegend zur ersten Stirnseite 11 angeordnet. Die erste und zweite Stirnseite 11 und 12 umlaufen eine jeweilige Öffnung des Gehäusebauteils 2 zum Hohlraum 4, wobei die erste Stirnseite 11 die Öffnung 14 umläuft. Die Kühleinrichtung 1 weist vorzugsweise eine den Hohlraum 4 begrenzende, mit der ersten Stirnseite 11 verbundene, erste Abschlussplatte 15 auf und eine den Hohlraum 4 begrenzende, mit der zweiten Stirnseite 12 verbundene, zweite Abschlussplatte 16 auf. Die erste Abschlussplatte 15 ist, vorzugsweise mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, die vorzugsweise als Lötverbindung ausgebildet ist, mit der ersten Stirnseite 11 verbunden und die zweite Abschlussplatte 16 ist, vorzugsweise mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, die vorzugsweise als Lötverbindung ausgebildet ist, mit der zweiten Stirnseite 12 verbunden. Mittels dieser stoffschlüssigen Verbindungen, insbesondere, wenn diese als Lötverbindungen ausgebildet sind, wird eine zuverlässige Abdichtung der Abschlussplatten 15 und 16 mit dem Gehäusebauteil 2 erzielt.The
Die erste Abschlussplatte 15 weist vorzugsweise eine in der ersten Richtung X zum ersten Flüssigkeitskanal 19 fluchtend angeordnete Flüssigkeitseinlassöffnung 15a auf. Die zweite Abschlussplatte 16 weist vorzugsweise eine in der ersten Richtung X zum zweiten Flüssigkeitskanal 20 fluchtend angeordnete Flüssigkeitsauslassöffnung 16a auf.The
Die Kühleinrichtung 1 kann weiterhin, wie beispielhaft in
In
Im Betrieb der Kühleinrichtung 1 fließt die Flüssigkeit (z.B. Wasser) zur Kühlung des jeweiligen Leistungshalbleitermoduls durch die Flüssigkeitseinlassöffnung 15a in den ersten Flüssigkeitskanal 19 hinein und von dort in der zweiten Richtung Y durch die jeweiligen Kühlkörper 5 bzw. 6 hindurch in den zweiten Flüssigkeitskanal 20 hinein und von diesem durch die Flüssigkeitsauslassöffnung 16a aus dem Gehäusebauteil 2 hinaus.During operation of the
Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung einer Kühleinrichtung 1 zur Kühlung eines Leistungshalbleitermoduls mit folgenden Verfahrensschritten beschrieben.A method for producing a
In einem Verfahrensschritt a) erfolgt ein Bereitstellen eines von einer Flüssigkeit durchströmbaren, einen Hohlraum 4 aufweisenden, vorzugsweise einstückig ausgebildeten, Gehäusebauteils 2, das eine erste Kühlplatte 3 aufweist, wobei die erste Kühlplatte 3 eine den Hohlraum 4 begrenzende erste Kühlplatteninnenfläche 3b aufweist, wobei auf der ersten Kühlplatteninnenfläche 3b eine erste Lotschicht (in den Figuren nicht dargestellt) angeordnet ist.In a method step a), a
In einem weiteren Verfahrensschritt b) der vor, gleichzeitig mit oder nach Verfahrensschritt a) durchgeführt wird, erfolgt ein Bereitstellen eines ersten Kühlkörpers 5, der eine erste Kühlkörpergrundplatte 5a aufweist, von der eine Mehrzahl von ersten Erhebungen 5b hervorstehen.In a further method step b), which is carried out before, simultaneously with or after method step a), a
In einem den Verfahrensschritten a) und b) nachfolgenden Verfahrensschritt c) erfolgt ein Anordnen des ersten Kühlkörpers 5 im Hohlraum 4 derart, dass die ersten Erhebungen 5b einen mechanischen Kontakt mit der ersten Lotschicht aufweisen. Der erste Kühlkörper 5 wird hierzu vorzugsweise in ersten Richtung X in den Hohlraum 4 hineingeführt.In a method step c) following method steps a) and b), the
In einem den Verfahrensschritten c) nachfolgenden Verfahrensschritt d) erfolgt ein Erwärmen der ersten Lotschicht, so dass die erste Lotschicht schmilzt.In a method step d) following the method steps c), the first solder layer is heated, so that the first solder layer melts.
In einem den Verfahrensschritten d) nachfolgenden Verfahrensschritt e) erfolgt ein Abkühlen der ersten Lotschicht, so dass die ersten Erhebungen 5b mittels einer jeweiligen Lötverbindung mit der ersten Kühlplatteninnenfläche 3b verbunden sind.In a method step e) following the method steps d), the first solder layer is cooled, so that the
Im Verfahrensschritt b) erfolgt vorzugsweise ein Bereitstellen von mehreren ersten Kühlkörpern 5, die zu einer in einer ersten Richtung X verlaufenden Reihe angeordnet sind, und im Verfahrensschritt c) erfolgt vorzugsweise ein Anordnen der ersten Kühlkörper 5 im Hohlraum 4 derart, dass die ersten Erhebungen 5a der ersten Kühlkörper 5 einen mechanischen Kontakt mit der ersten Lotschicht aufweisen. Im Verfahrensschritt d) erfolgt vorzugsweise ein Erwärmen der ersten Lotschicht, so dass die erste Lotschicht schmilzt. Im Verfahrensschritt e) erfolgt vorzugsweise ein Abkühlen der ersten Lotschicht, so dass die ersten Erhebungen 5b der ersten Kühlkörper 5 mittels einer jeweiligen Lötverbindung mit der ersten Kühlplatteninnenfläche 3b verbunden sind. In diesem Zusammenhang erfolgt vorzugsweise beim Verfahrensschritt b) ein Bereitstellen mindestens eines ersten Kühlkörpertrennelements 7 und im Verfahrensschritt c) ein Anordnen des jeweiligen ersten Kühlkörpertrennelements 7 derart im Hohlraum 4, dass in der ersten Richtung X zwischen den ersten Kühlkörpern 5 jeweils ein erstes Kühlkörpertrennelement 7 angeordnet ist. Im Verfahrensschritt c) können vorzugsweise auch die ersten Kühlkörperabschlusstrennelemente 7' im Hohlraum 4 angeordnet werden.In method step b), a plurality of
Beim Verfahrensschritt a) weist das Gehäusebauteil 1 vorzugsweise eine der ersten Kühlplatte 3 gegenüberliegend angeordnete zweite Kühlplatte 8 auf, wobei die zweite Kühlplatte 8 eine den Hohlraum 4 begrenzende zweite Kühlplatteninnenfläche 8b aufweist. Auf der zweiten Kühlplatteninnenfläche 8b ist eine zweite Lotschicht (in den Figuren nicht dargestellt) angeordnet. Im Verfahrensschritt b) erfolgt vorzugsweise ein Bereitstellen eines zweiten Kühlkörpers 6, der eine zweite Kühlkörpergrundplatte 6a aufweist, von der eine Mehrzahl von zweiten Erhebungen 6b hervorstehen. Im Verfahrensschritt c) erfolgt vorzugsweise ein Anordnen des zweiten Kühlkörpers 6 im Hohlraum 4 derart, dass die zweiten Erhebungen 6b einen mechanischen Kontakt mit der zweiten Lotschicht aufweisen. Im Verfahrensschritt d) erfolgt vorzugsweise ein Erwärmen der zweiten Lotschicht, so dass die zweite Lotschicht schmilzt. Im Verfahrensschritt e) erfolgt vorzugsweise ein Abkühlen der zweiten Lotschicht, so dass die zweiten Erhebungen 6b mittels einer jeweiligen Lötverbindung mit der zweiten Kühlplatteninnenfläche 8b verbunden sind.In method step a), the
Im Verfahrensschritt b) erfolgt vorzugsweise ein Bereitstellen von mehreren zweiten Kühlkörpern 6, die zu einer in einer ersten Richtung X verlaufenden Reihe angeordnet sind, und im Verfahrensschritt c) erfolgt vorzugsweise ein Anordnen der zweiten Kühlkörper 6 im Hohlraum 4 derart, dass die zweiten Erhebungen 6a der ersten Kühlkörper 6 einen mechanischen Kontakt mit der zweiten Lotschicht aufweisen. Im Verfahrensschritt d) erfolgt vorzugsweise ein Erwärmen der zweiten Lotschicht, so dass die zweite Lotschicht schmilzt. Im Verfahrensschritt e) erfolgt vorzugsweise ein Abkühlen der zweiten Lotschicht, so dass die zweiten Erhebungen 6b der zweiten Kühlkörper 6 mittels einer jeweiligen Lötverbindung mit der zweiten Kühlplatteninnenfläche 8b verbunden sind.In method step b), a plurality of
Im Verfahrensschritt b) erfolgt vorzugsweise ein Bereitstellen mindestens eines zweiten Kühlkörpertrennelements 9 und im Verfahrensschritt c) erfolgt vorzugsweise ein Anordnen des jeweiligen zweiten Kühlkörpertrennelements 9 derart im Hohlraum 4, dass in der ersten Richtung X zwischen den zweiten Kühlkörpern 6 jeweils ein zweites Kühlkörpertrennelement 9 angeordnet ist.In method step b), at least one second heat
Beim Verfahrensschritt a) weist das Gehäusebauteil 1 vorzugsweise eine erste Stirnseite 11 und eine zur ersten Stirnseite 11 gegenüberliegende zweite Stirnseite 12 auf, die eine jeweilige Öffnung 14 des Gehäusebauteils 1 zum Hohlraum 4 umlaufen. In einem zwischen Verfahrensschritt b) und c) liegenden Verfahrensschritt b1) erfolgt vorzugsweise ein Bereitstellen einer ersten und zweiten Abschlussplatte 15 und 16. Im Verfahrensschritt c) erfolgt vorzugsweise ein Anordnen der ersten Abschlussplatte 15 an der ersten Stirnseite 11, wobei zwischen der ersten Abschlussplatte 15 und der ersten Stirnseite 11 eine dritte Lotschicht 17 angeordnet ist, und ein Anordnen der zweiten Abschlussplatte 16 an der zweiten Stirnseite 12, wobei zwischen der zweiten Abschlussplatte 16 und der zweiten Stirnseite 12 eine vierte Lotschicht 18 angeordnet ist. Im Verfahrensschritt d) erfolgt vorzugsweise ein Erwärmen der dritten und vierten Lotschicht 17 und 18, so dass die dritte und vierte Lotschicht 17 und 18 schmilzt. Im Verfahrensschritt e) erfolgt vorzugsweise ein Abkühlen der dritten und vierten Lotschicht 17 und 18, so dass die erste Abschlussplatte 15 mit der ersten Stirnseite 11 und die zweite Abschlussplatte 16 mit der zweiten Stirnseite 12, mittels einer jeweiligen Lötverbindung, verbunden sind. Die dritte und vierte Lotschicht 17 und 18 können z.B. in Form einer Lotfolie vorliegen.In method step a), the
Beim Verfahrensschritt a) kann zwischen der jeweiligen ersten und zweiten Kühlkörpergrundplatte 5a und 6a eine Trennplatte 10 angeordnet sein, die zur Ausbildung einer jeweiligen Lotverbindung der Trennplatte 10 mit der jeweiligen ersten und zweiten Kühlkörpergrundplatte 5a und 6a auf ihren der ersten bzw. zweiten Kühlkörpergrundplatte 5a bzw. 6a zugewandten Seiten 10a bzw. 10b jeweilig eine Lotbeschichtung aufweist.In method step a), a separating
In einem den Verfahrensschritten e) nachfolgenden Verfahrensschritt f) werden das oben beschriebene erste und zweite Anschlusselement 23 und 24 mittels Schrauben 25 mit dem Gehäusebauteil 2 verbunden, wobei zwischen dem ersten und zweiten Anschlusselement 23 und 24 und dem Gehäusebauteil 2 jeweilig eine Dichtung (nicht dargestellt) angeordnet sein kann.In a method step f) that follows method steps e), the first and
Es sei angemerkt, dass falls das Gehäusebauteil 2 mittels eines Strangpressverfahrens hergestellt wird, die im Inneren des Gehäusebauteils 2 angeordneten Lotschichten beim Strangpressen auf das Gehäusebauteil 2 plattiert werden können.It should be noted that if the
Es sei angemerkt, dass selbstverständlich Merkmale von verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, sofern sich die Merkmale nicht gegenseitig ausschließen, beliebig miteinander kombiniert werden können.It should be noted that, of course, features of different exemplary embodiments of the invention can be combined with one another as desired, provided the features are not mutually exclusive.
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