DE102021102944A1

DE102021102944A1 - Cooling device with improved EMC behavior

Info

Publication number: DE102021102944A1
Application number: DE102021102944.9A
Authority: DE
Inventors: Bastian Arndt; Peter OLBRICH
Original assignee: AVL Software and Functions GmbH
Current assignee: AVL Software and Functions GmbH
Priority date: 2021-02-09
Filing date: 2021-02-09
Publication date: 2022-08-11

Abstract

Es wird eine Kühlvorrichtung für einen Halbleiter vorgeschlagen, der einen ersten Kühlkörper und einen von dem ersten Kühlkörper galvanisch getrennt und räumlich beabstandeten zweiten Kühlkörper aufweist.Um eine hohe Störsicherheit im Hinblick auf hochfrequente Signale oder ein hochfrequentes Störspektrum zu erreichen wird vorgeschlagen, dass der zweite Kühlkörper mit dem ersten Kühlkörper durch ein Wärmeleitrohr wärmeleitend verbunden ist und der zweite Kühlkörper von dem ersten Kühlkörper durch einen Ferrit und/oder ein permittives Material mit einem relativ kleinen Permittivitätsfaktor getrennt ist.A cooling device for a semiconductor is proposed, which has a first heat sink and a second heat sink which is galvanically isolated from the first heat sink and is spatially spaced apart is thermally conductively connected to the first heatsink by a heat pipe and the second heatsink is separated from the first heatsink by a ferrite and/or a permittive material with a relatively small permittivity factor.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für einen Halbleiter mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to a cooling device for a semiconductor having the features of the preamble of claim 1.

Halbleiter, insbesondere Leistungshalbleiter, produzieren im Betrieb eine thermische Verlustleistung, die zu einer unerwünschten Erwärmung des Halbleiters führt. Diese Verlustleistung muss durch Kühlung von dem Halbleiter abgeführt werden. Für eine effiziente Kühlung ist dabei ein gewisses Mindestvolumen als Bauraum notwendig. Sofern der Halbleiter für Hochfrequenzschaltungen eingesetzt wird oder beispielsweise als ein Schalter eingesetzt wird, der ein hochfrequentes Störspektrum produziert, kann dies dazu führen, dass ein unerwünschtes hochfrequentes Störspektrum erzeugt wird, welches sich über das für die Kühlung erforderliche Volumen hinaus ausbreitet und möglicherweise in andere elektronische Bauteile und/oder Schaltungen einstrahlen kann.Semiconductors, in particular power semiconductors, produce thermal power loss during operation, which leads to undesirable heating of the semiconductor. This power loss must be dissipated by cooling the semiconductor. A certain minimum volume is required as installation space for efficient cooling. If the semiconductor is used for high-frequency circuits or, for example, used as a switch that produces a high-frequency noise spectrum, this can result in the generation of an unwanted high-frequency noise spectrum, which spreads beyond the volume required for cooling and possibly into other electronics Components and / or circuits can radiate.

Daher ist es notwendig, die Kühlung des Halbleiters derart auszulegen, dass eventuelle hochfrequente Störspannung reduziert wird.It is therefore necessary to design the cooling of the semiconductor in such a way that any high-frequency interference voltage is reduced.

Das Dokument DE 28 01 875 A1 beschreibt einen Kühlkörper für ein Hochfrequenzbauelement, wobei der Kühlkörper als Sperrkreis für eine bestimmte Frequenz ausgebildet ist, um eine Ausbreitung von hochfrequenten Störungen über den Kühlkörper zu verhindern.The document DE 28 01 875 A1 describes a heat sink for a high-frequency component, the heat sink being designed as a blocking circuit for a specific frequency in order to prevent high-frequency interference from propagating via the heat sink.

Aus dem Dokument EP 0 191 419 B1 ist eine Kühlanordnung für einen Leistungshalbleiter bekannt, wobei der Leistungshalbleiter auf einer Trägerplatte aus metallisierter Keramik montiert ist. Die Trägerplatte aus metallisierter Keramik weist keine besonders gute Wärmeleitfähigkeit auf. Deswegen ist in dem Dokument vorgeschlagen, unterhalb dieser Trägerplatte eine Heatpipe zu installieren, welche die Wärme des Leistungshalbleiters flächig über die Fläche der Trägerplatte verteilt. Die Heatpipe selbst ist wiederum in wärmeleitendem Kontakt mit einer Grundplatte, um die von dem Leistungshalbleiter abgegebene Wärme an die Grundplatte weiterzuleiten. Dieses Dokument beschreibt eine effektive Kühlung eines Leistungshalbleiters, basierend auf einer Heatpipe, allerdings besteht bei dieser Kühlanordnung der Nachteil, dass sich hochfrequente Störungen ungehindert in die Grundplatte ausbreiten können und von dort in weitere Bauteile eingestrahlt werden.From the document EP 0 191 419 B1 a cooling arrangement for a power semiconductor is known, the power semiconductor being mounted on a carrier plate made of metallized ceramic. The carrier plate made of metallized ceramic does not have particularly good thermal conductivity. For this reason, the document proposes installing a heat pipe underneath this carrier plate, which heat pipe distributes the heat of the power semiconductor flat over the surface of the carrier plate. The heat pipe itself is in turn in thermally conductive contact with a base plate in order to transfer the heat given off by the power semiconductor to the base plate. This document describes effective cooling of a power semiconductor based on a heat pipe, but this cooling arrangement has the disadvantage that high-frequency interference can spread unhindered into the base plate and from there be radiated into other components.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlvorrichtung für einen Halbleiter zu schaffen, die bei einem geringen Bauvolumen eine effektive Kühlung des Halbleiters ermöglicht und zugleich eine gute Unterdrückung für hochfrequente Störsignale besitzt. Insbesondere soll die Kühlvorrichtung für Elektrofahrzeuge einsetzbar sein, beispielsweise in einer Stromversorgung für den Antriebsmotors eines Elektrofahrzeugs und dabei gleichzeitig die Einhaltung von EMV-Vorschriften ermöglichen, ohne dass dafür ein großes Volumen oder ein entsprechend großer Bauraum benötigt wird.The invention is based on the object of creating a cooling device for a semiconductor which, with a small overall volume, enables effective cooling of the semiconductor and at the same time has good suppression of high-frequency interference signals. In particular, the cooling device should be able to be used for electric vehicles, for example in a power supply for the drive motor of an electric vehicle, and at the same time enable compliance with EMC regulations without requiring a large volume or a correspondingly large installation space.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kühlvorrichtung für einen Halbleiter mit den Merkmalen des Anspruchs 1, sowie durch ein Elektrofahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst.According to the invention, this object is achieved by a cooling device for a semiconductor having the features of claim 1 and by an electric vehicle having the features of claim 16 .

Erfindungsgemäß ist eine Kühlvorrichtung für einen Halbleiter vorgesehen, der mit einer hochfrequenten Spannung beaufschlagt wird und/oder der ein hochfrequentes Störspektrum erzeugt, umfassend einen ersten Kühlkörper, der mit dem Halbleiter wärmeleitend verbunden ist und mit einem zweiten Kühlkörper, der im wärmeleitenden Kontakt mit dem ersten Kühlkörper steht und von dem ersten Kühlkörper und dem Halbleiter galvanisch getrennt ist und zu diesem räumlich beabstandet angeordnet ist. Wesentlich dabei ist, dass der zweite Kühlkörper mit dem ersten Kühlkörper durch ein Wärmeleitrohr oder eine Heatpipe wärmeleitend verbunden ist und der zweite Kühlkörper von dem ersten Kühlkörper durch einen Ferrit und/oder ein permittives Material mit einem relativen Permittivitätsfaktor, dessen Betrag kleiner als 3 ist, vorzugsweise kleiner als 2 ist, höchst vorzugsweise kleiner als 1 ist, oder einem Material welches im relevanten Frequenzbereich einen hohen Verlustfaktor besitzt, getrennt ist.According to the invention, a cooling device is provided for a semiconductor which is subjected to a high-frequency voltage and/or which generates a high-frequency interference spectrum, comprising a first heat sink which is thermally conductively connected to the semiconductor and a second heat sink which is in thermally conductive contact with the first Heatsink is and is electrically isolated from the first heatsink and the semiconductor and is arranged spatially spaced from this. It is essential that the second heat sink is thermally conductively connected to the first heat sink by a heat pipe or a heat pipe and the second heat sink is separated from the first heat sink by a ferrite and/or a permitting material with a relative permittivity factor whose amount is less than 3. is preferably less than 2, most preferably less than 1, or a material which has a high loss factor in the relevant frequency range.

Als permittives Material kann vorzugweise Aluminiumoxid, thermisches Silizium PPL, PE, Kunststoffe, Teflon, Luft und/oder Luftschaum verwendet werden.Aluminum oxide, thermal silicon PPL, PE, plastics, Teflon, air and/or air foam can preferably be used as the permitting material.

Als Material mit hohem Verlustfaktor kann vorzugweise PVC, Kohlefaser, Epoxidharz, Luft und/oder Silikon verwendet werden. Vorzugsweise weist das Material einen ESR Wert (Equivalent Series Resistance; innerer Verlustwiderstand) von größer 500 mΩ vorzugsweise größer 3 Ω auf. Der Fachmann wird gemäß einer gewünschten Dämpfung den Abstand variieren und für eine höhere Dämpfung einen größeren Abstand wählen, beispielsweise größer 2 mm, vorzugweise größer 3 mm, höchst vorzugsweise größer 4 mm.PVC, carbon fiber, epoxy resin, air and/or silicone can preferably be used as the material with a high loss factor. The material preferably has an ESR value (equivalent series resistance; internal loss resistance) of greater than 500 mΩ, preferably greater than 3 Ω. The person skilled in the art will vary the distance according to a desired damping and choose a larger distance for a higher damping, for example greater than 2 mm, preferably greater than 3 mm, most preferably greater than 4 mm.

Vorzugweise gilt bei Ausgestaltungen, bei welchen die zwei Kühlkörper mit dazwischenliegendem Isolator einen Plattenkondensator ausbilden, als Obergrenze des Abstands eine Größe von 2 cm, höchst vorzugweise darf der Abstand maximal 10 % der Kantenlänge des Kühlkörpers sein.In configurations in which the two heat sinks form a plate capacitor with an insulator in between, the upper limit of the distance is preferably 2 cm, most preferably the distance may be a maximum of 10% of the edge length of the heat sink.

Unter dem Merkmal, dass der zweite Kühlkörper von dem ersten Kühlkörper durch einen Ferrit und/oder ein permittives Material mit einem relativen Permittivitätsfaktor, dessen Betrag kleiner als 3 ist, vorzugsweise kleiner als 2 ist, höchst vorzugsweise kleiner als 1 ist, getrennt ist wird insbesondere eine Anordnung verstanden, bei der zwischen dem ersten Kühlkörper und dem zweiten Kühlkörper der Ferrit und/oder das permittive Material angeordnet ist, vorzugsweise derart, dass eine direkte Einstrahlung von hochfrequenter Energie von dem ersten Kühlkörper in den zweiten Kühlkörper nur unter Durchdringung einer Schicht des Ferrits und/oder des permittiven Materials erfolgen kann. Vorzugsweise kann der Ferrit in dem Zwischenraum zwischen dem ersten Kühlkörper und dem zweiten Kühlkörper als eine durchgehende oder geschlossene Zwischenschicht angeordnet sein, oder den Zwischenraum vollständig ausfüllen. In letzterem Fall können die beiden Kühlkörper durch den Ferrit und/oder das permittive Material verbunden sein. Insbesondere wird unter räumlich getrennt verstanden, dass sich der erste Kühlkörper und der zweite Kühlkörper nicht berühren.Under the feature that the second heatsink is separated from the first heatsink by a ferrite and/or a permittive material with a relative permittivity factor, the amount of which is less than 3, preferably less than 2, most preferably less than 1, is in particular an arrangement in which the ferrite and/or the permitting material is arranged between the first heat sink and the second heat sink, preferably in such a way that high-frequency energy can be radiated directly from the first heat sink into the second heat sink only by penetrating a layer of the ferrite and/or the permittive material. The ferrite can preferably be arranged in the space between the first heat sink and the second heat sink as a continuous or closed intermediate layer, or can completely fill the space. In the latter case, the two heat sinks can be connected by the ferrite and/or the permittive material. In particular, spatially separated means that the first heat sink and the second heat sink do not touch.

Vorzugsweise sind in einer Ausgestaltung luftbasierte Kühlkörper vorgesehen, bei denen der Wärmetransport vom Kühlkörper zur Wärmesenke über das Wärmeleitrohr oder die Heatpipe stattfindet. Die Kühlwirkung erfolgt durch eine Konvektion in Luft oder durch Wärmestrahlung in die Umgebungsluft.In one embodiment, air-based heat sinks are preferably provided, in which the heat is transported from the heat sink to the heat sink via the heat pipe or the heat pipe. The cooling effect occurs through convection in the air or through heat radiation into the ambient air.

Alternativ oder ergänzend können auch flüssigkeitsbasierende Kühlkörper vorgesehen sein, bei denen der Wärmetransport vom Kühlkörper oder dem zu kühlenden Halbleiter zu einer Wärmesenke über ein flüssiges Medium erfolgt. Als flüssiges Medium kann beispielsweise Wasser oder ein Öl verwendet werden. Die Kühlwirkung erfolgt, vorzugsweise zum größten Teil in der Wärmesenke, d.h. dem zweiten Kühlkörper, durch eine Konvektion in Luft oder durch Wärmestrahlung in die Umgebungsluft.Alternatively or additionally, liquid-based heat sinks can also be provided, in which the heat is transported from the heat sink or the semiconductor to be cooled to a heat sink via a liquid medium. Water or an oil, for example, can be used as the liquid medium. The cooling effect takes place, preferably for the most part in the heat sink, i.e. the second heat sink, by convection in air or by heat radiation into the ambient air.

Vorzugsweise wird hier unter Störungen verstanden, dass es sich hierbei um Störungen handelt, welche durch nichtgalvanisch leitende Verbindungen übertragen werden. Insbesondere solche Störungen, welche durch magnetische Kopplung oder elektrostatische Kopplungen übertragen werden.Interference is preferably understood here to mean interference that is transmitted through non-galvanically conductive connections. In particular, interference that is transmitted through magnetic coupling or electrostatic coupling.

Vorzugsweise können in einer Ausgestaltung auch mehrere der zweiten Kühlkörper vorgesehen sein, beispielsweise um die Wärme des ersten, mit einem oder mehreren Halbleitern verbundenen Kühlkörpers an mehrere Wärmesenken zu leiten. Dabei ist dann vorgesehen, dass jeder der zweiten Kühlkörper durch ein Wärmeleitrohr oder eine Heatpipe mit dem ersten Kühlkörper wärmeleitend verbunden ist und jeder der zweiten Kühlkörper von dem ersten Kühlkörper jeweils durch einen Ferrit und/oder ein permittives Material mit einem relativen Permittivitätsfaktor, dessen Betrag kleiner als 3 ist, vorzugsweise kleiner als 2 ist, höchst vorzugsweise kleiner als 1 ist, getrennt ist.In one configuration, a plurality of the second heat sinks can preferably also be provided, for example in order to conduct the heat of the first heat sink, which is connected to one or more semiconductors, to a plurality of heat sinks. It is then provided that each of the second heat sinks is thermally conductively connected to the first heat sink by a heat pipe or a heat pipe and each of the second heat sinks is connected to the first heat sink by a ferrite and/or a permittive material with a relative permittivity factor, the amount of which is smaller than 3, preferably less than 2, most preferably less than 1 is separated.

Durch die zueinander beabstandeten ersten und zweiten Kühlkörper wird eine Anordnung geschaffen, bei der es grundsätzlich möglich ist, dass hochfrequente Störung von dem ersten Kühlkörper in den zweiten Kühlkörper einstrahlt. Um diese Störung zu verringern, kann durch einen zwischen den beiden Kühlkörpern angeordneten Ferrit die Güte dieser Anordnung für die hochfrequente Störung reduziert werden, sodass zumindest ein Teil der hochfrequenten Störung in Wärme umgewandelt wird, bevor diese Störung den zweiten Kühlkörper erreichen kann. Durch die Verwendung eines Materials mit einem kleinen Permittivitätsfaktor, wobei sich kleiner Permittivitätsfaktor zumindest auf den Betrag des Permittivitätsfaktors in einem Bereich der Frequenz der relevanten hochfrequenten Störung bezieht, wird die Kopplungskapazität zwischen den beiden Kühlkörpern verringert, sodass die auf den zweiten Kühlkörper übertragene Energie der hochfrequenten Störung möglichst klein gehalten wird.The spaced-apart first and second heat sinks create an arrangement in which it is fundamentally possible for high-frequency interference to radiate from the first heat sink into the second heat sink. In order to reduce this interference, the quality of this arrangement for the high-frequency interference can be reduced by a ferrite arranged between the two heat sinks, so that at least part of the high-frequency interference is converted into heat before this interference can reach the second heat sink. By using a material with a small permittivity factor, where small permittivity factor refers to at least the magnitude of the permittivity factor in a range of the frequency of the relevant high-frequency interference, the coupling capacitance between the two heatsinks is reduced, so that the energy of the high-frequency transmitted to the second heatsink disruption is kept as small as possible.

Die Frequenz der hochfrequenten Spannungen oder hochfrequenten Störungen kann in einem Bereich von 1 Khz bis zu 10Mhz, vorzugsweise bis zu 100Mhz oder bis in den Ghz Bereich reichen, je nach zu erfüllenden EMV-Anforderungen. Der für einen bestimmten Anwendungsfall relevante Frequenzbereich kann ein Spektrum innerhalb dieses Bereichs sein. Das Spektrum wird insbesondere durch die verwendeten Nutzfrequenzen und den durch Nichtlinearitäten entstehenden Störfrequenzen bzw. durch bei Schaltvorgängen entstehende Grund- bzw. Arbeitsfrequenzen und Transienten bestimmt.The frequency of the high-frequency voltages or high-frequency interference can range from 1 kHz to 10 MHz, preferably up to 100 MHz or into the GHz range, depending on the EMC requirements to be met. The frequency range relevant for a specific application can be a spectrum within this range. The spectrum is determined in particular by the useful frequencies used and the interference frequencies caused by non-linearities or by fundamental or working frequencies and transients occurring during switching processes.

Es kann vorgesehen sein, dass zur Trennung der beiden Kühlkörper entweder nur ein Ferrit verwendet wird, oder nur ein Material mit einem Permittivitätsfaktor, dessen Betrag zumindest im relevanten Frequenzbereich klein ist, vorzugsweise kleiner als 3, insbesondere kleiner als 2, höchst vorzugsweise kleiner als 1 ist, verwendet wird. Es kann auch eine Mischung aus beiden Materialien verwendet werden, beispielsweise als eine Matrix aufweisend Ferrit und das Material mit geringem Permittivitätsfaktor, wobei die Matrix zwischen den beiden Kühlkörpern angeordnet ist.It can be provided that either only one ferrite is used to separate the two heat sinks, or only one material with a permittivity factor whose amount is small at least in the relevant frequency range, preferably less than 3, in particular less than 2, most preferably less than 1 is, is used. A mixture of both materials can also be used, for example as a matrix comprising ferrite and the material with a low permittivity factor, with the matrix being arranged between the two heat sinks.

Der Ferrit und/oder das Material mit einem Permittivitätsfaktor, dessen Betrag zumindest im relevanten Frequenzbereich klein ist, vorzugsweise kleiner als 3, insbesondere kleiner als 2, höchst vorzugsweise kleiner als 1 ist, kann beispielsweise als eine massive Platte oder als ein 3D-Formkörper ausgebildet sein und zwischen dem ersten und dem zweiten Kühlkörper angeordnet werden. Insbesondere kann der Ferrit und/oder das permittive Material als Abstandshalter zwischen dem ersten Kühlkörper und dem zweiten Kühlkörper ausgebildet sein.The ferrite and / or the material with a permittivity factor, the amount of which is small at least in the relevant frequency range, preferably less than 3, in particular less than 2, most preferably less than 1, for example as be formed as a solid plate or as a 3D shaped body and are arranged between the first and the second heat sink. In particular, the ferrite and/or the permitting material can be designed as a spacer between the first heat sink and the second heat sink.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass zwischen dem ersten Kühlkörper und dem zweiten Kühlkörper zumindest im Bereich der Frequenz der hochfrequenten Spannung und/oder im Bereich der Frequenz des hochfrequenten Störspektrums eine hohe Impedanz ausgebildet ist, um den zweiten Kühlkörper von dem ersten Kühlkörper gegen hochfrequente Störung abzuschirmen. Eine hohe Impedanz bedeutet hier, dass die Impedanz einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung höher ist als die Impedanz einer Kühlvorrichtung ohne Ferrit zwischen den beiden Kühlkörpern bei ansonsten gleicher Anordnung bzw. gleichen Abmessungen.Provision is preferably made for a high impedance to be formed between the first heat sink and the second heat sink, at least in the range of the frequency of the high-frequency voltage and/or in the range of the frequency of the high-frequency interference spectrum, in order to shield the second heat sink from the first heat sink against high-frequency interference. A high impedance means here that the impedance of a cooling device according to the invention is higher than the impedance of a cooling device without ferrite between the two heat sinks with otherwise the same arrangement or the same dimensions.

Um die von dem ersten Kühlkörper auf den zweiten Kühlkörper übertragene Störung zu reduzieren, könnte beispielsweise auch deren Abstand zueinander vergrößert werden. Dieses verbietet sich jedoch, da mit vergrößertem Abstand auch die Wärmeübertragung reduziert und damit die Kühlleistung für den Halbleiter verringert wird. Um dennoch eine entsprechende Kühlleistung für den Halbleiter bereitzustellen, ist in einer Ausgestaltung vorzugsweise vorgesehen, dass sich das Wärmeleitrohr oder die Heatpipe von dem ersten Kühlkörper über einen Zwischenraum hinweg bis zu dem zweiten Kühlkörper erstreckt.In order to reduce the interference transmitted from the first heat sink to the second heat sink, their distance from one another could also be increased, for example. However, this is not possible, since the heat transfer is also reduced with an increased distance and thus the cooling capacity for the semiconductor is reduced. In order nevertheless to provide a corresponding cooling capacity for the semiconductor, one embodiment preferably provides that the heat pipe or the heat pipe extends from the first heat sink across a gap to the second heat sink.

Vorzugsweise wird in einer Ausgestaltung unter Wärmerohr ein aus Vollmaterial bestehender Übertragungskörper verstanden, welcher einen effizienten Wärmetransport durch dessen Materialeigenschaften entlang der Erstreckung des Wärmerohrs ermöglicht.In one configuration, a heat pipe is preferably understood to mean a transfer body made of solid material, which enables efficient heat transport due to its material properties along the extent of the heat pipe.

Vorzugsweise kann in einer alternativen Ausgestaltung unter Wärmerohr ein dünnwandiges Rohr verstanden werden, in dessen Innerem ein flüssiges Medium enthalten ist, das einen effizienten Wärmetransport durch die Materialeigenschaften der Flüssigkeit entlang einer Erstreckung des Wärmerohrs ermöglicht. Vorzugsweise kann der Wärmetransport im Wärmerohr sowohl durch die Materialeigenschaften der Flüssigkeit und auch des Rohrs erfolgen.In an alternative embodiment, a heat pipe can preferably be understood to mean a thin-walled pipe, the interior of which contains a liquid medium that enables efficient heat transport through the material properties of the liquid along an extension of the heat pipe. The heat transport in the heat pipe can preferably take place both through the material properties of the liquid and also of the pipe.

Vorzugsweise kann unter Wärmerohr bzw. Heatpipe ein geschlossenes dünnwandiges Rohr verstanden werden, in dessen Innerem ein Medium enthalten ist, das infolge von Wärmeeinträgen verdampft und als Dampfphase einen effizienten Wärmetransport entlang einer Erstreckung des Wärmerohrs bzw. der Heatpipe ermöglicht.A heat pipe can preferably be understood to mean a closed, thin-walled tube inside which a medium is contained which evaporates as a result of heat input and, as a vapor phase, enables efficient heat transport along an extension of the heat pipe or heat pipe.

Vorzugsweise kann das Wärmeleitrohr oder die Heatpipe eine bestimmte Breite und eine die Breite um ein Mehrfaches übersteigende Länge aufweisen und der zweite Kühlkörper einen Abstand zu dem ersten Kühlkörper von mindestens der doppelten Breite des Wärmeleitrohrs oder der Heatpipe aufweisen.The heat pipe or the heat pipe can preferably have a specific width and a length that exceeds the width by a multiple and the second heat sink can have a distance from the first heat sink of at least twice the width of the heat pipe or the heat pipe.

In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das Wärmeleitrohr oder die Heatpipe in wärmeleitendem Kontakt mit dem ersten Kühlkörper und dem zweiten Kühlkörper steht, vorzugsweise von dem ersten Kühlkörper und/oder dem zweiten Kühlkörper galvanisch getrennt ausgebildet ist.In one configuration it can be provided that the heat pipe or the heat pipe is in thermally conductive contact with the first heat sink and the second heat sink, preferably being formed electrically isolated from the first heat sink and/or the second heat sink.

Beispielsweise kann der Ferrit und/oder das permittive Material einen zwischen dem ersten Kühlkörper und dem zweiten Kühlkörper befindlichen Zwischenraum ausfüllen, insbesondere vollständig ausfüllen.For example, the ferrite and/or the permitting material can fill, in particular completely fill, an intermediate space located between the first heat sink and the second heat sink.

Eine Heatpipe besteht in der Regel aus einem Material, welches Wärme und vorzugsweise auch elektrischen Strom und vorzugsweise auch hochfrequente Störungen sehr gut leitet. Um die Heatpipe gegen elektrischen Strom zu isolieren können in bekannter Weise dünne Isolatoren verwendet werden wie bspw. Glimmer oder dünnes Silikon. Um bei einer Verwendung eines Wärmerohrs oder einer Heatpipe auch eine hohe Störfestigkeit hinsichtlich hochfrequenter Störungen zu erhalten, wird beispielsweise ein Ferrit verwendet, der die Ausbreitung von hochfrequenten Störungen entlang des Wärmerohrs oder der Heatpipe eindämmt.A heat pipe is usually made of a material that conducts heat and preferably also electricity and preferably also high-frequency interference very well. In order to insulate the heat pipe against electrical current, thin insulators such as mica or thin silicone can be used in a known manner. In order to also obtain a high level of immunity to high-frequency interference when using a heat pipe or a heat pipe, a ferrite is used, for example, which curbs the propagation of high-frequency interference along the heat pipe or the heat pipe.

Vorzugsweise kann zwischen dem Halbleiter und dem ersten Kühlkörper ein weiterer Isolator angeordnet sein. Vorzugsweise ist der weitere Isolator ein Glimmer oder dünnes Silikon oder Ähnliches.A further insulator can preferably be arranged between the semiconductor and the first heat sink. Preferably the further insulator is a mica or thin silicone or the like.

In einer vorzugsweisen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das Wärmeleitrohr oder die Heatpipe sich innerhalb des Ferrits und/oder des permittiven Materials erstreckt, vorzugsweise vollständig in den Ferrit und/oder das permittive Material eingebettet ist, insbesondere von diesem umschlossen ist. Durch eine Einbettung des Wärmeleitrohrs oder der Heatpipe in den zwischen dem ersten Kühlkörper und dem zweiten Kühlkörper angeordneten Ferrit und/oder das permittive Material lässt sich eine besonders kompakte Bauweise der Kühlvorrichtung erzielen.In a preferred embodiment, it can be provided that the heat pipe or the heat pipe extends within the ferrite and/or the permitting material, is preferably completely embedded in the ferrite and/or the permitting material, in particular is surrounded by it. By embedding the heat pipe or the heat pipe in the ferrite and/or the permittive material arranged between the first heat sink and the second heat sink, a particularly compact design of the cooling device can be achieved.

Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass das Wärmeleitrohr oder die Heatpipe den Ferrit und/oder das permittive Material aufweist, oder mit diesem unlösbar verbunden ist.Alternatively or in addition, it can be provided that the heat pipe or the heat pipe has the ferrite and/or the permittive material, or is permanently connected to it.

Vorzugsweise ist auch denkbar, dass ein Wandabschnitt des Wärmeleitrohrs oder der Heatpipe aus dem Ferrit und/oder dem permittiven Material ausgebildet ist.Preferably, it is also conceivable that a wall section of the heat pipe or the heat pipe is formed from the ferrite and/or the permittive material.

In einer beispielhaften Ausgestaltung kann das Wärmeleitrohr oder die Heatpipe eine geschlossene Hülle aufweisen, die in ihrem Inneren zumindest abschnittsweise den Ferrit und/oder das permittive Material aufweist und dasselbe umschließt.In an exemplary configuration, the heat pipe or the heat pipe can have a closed shell, which has the ferrite and/or the permittive material in its interior at least in sections and encloses the same.

Insbesondere kann das Wärmeleitrohr oder die Heatpipe eine geschlossene Hülle aufweisen, die zumindest abschnittsweise von einem Ring, aufweisend den Ferrit und/oder das permittive Material, umschlossen ist, vorzugsweise dass der Ring als ein geschlossener Ring oder als ein Ring mit einem Luftspalt oder als ein klappbarer Ring ausgebildet ist.In particular, the heat pipe or the heat pipe can have a closed shell which is enclosed at least in sections by a ring containing the ferrite and/or the permittive material, preferably that the ring is a closed ring or a ring with an air gap or a collapsible ring is formed.

Es hat sich gezeigt, dass eine besonders hohe Störstrahlunterdrückung erzielt werden kann, wenn beispielsweise vorgesehen ist, dass der Ferrit und/oder das permittive Material ein Schirmgehäuse ausbildet, indem es den ersten Kühlkörper und den Halbleiter umschließt, vorzugsweise geschlossen umschließt.It has been shown that a particularly high suppression of interference beams can be achieved if, for example, it is provided that the ferrite and/or the permitting material forms a shielding housing by enclosing the first heat sink and the semiconductor, preferably in a closed manner.

Insbesondere kann der erste Kühlkörper und/oder der zweite Kühlkörper aus einem Metall oder einer Metalllegierung ausgebildet sein, vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung oder einer Kupferlegierung ausgebildet sein.In particular, the first heat sink and/or the second heat sink can be made of a metal or a metal alloy, preferably made of an aluminum alloy or a copper alloy.

Um eine bauraumsparende Anordnung zu schaffen, kann in einer Ausgestaltung vorgesehen sein, dass der zweite Kühlkörper als ein geschlossenes Gehäuse ausgebildet ist, in dessen Innenraum der erste Kühlkörper und der Halbleiter aufgenommen sind.In order to create a space-saving arrangement, it can be provided in one configuration that the second heat sink is designed as a closed housing, in the interior of which the first heat sink and the semiconductor are accommodated.

In einer vorzugsweisen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Heatpipe und/oder das Wärmeleitrohr vollständig oder zumindest abschnittsweise aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet ist/sind, und dass das elektrisch leitfähige Material der Heatpipe und/oder des Wärmeleitrohrs über Y-Kondensatoren mit einer oder mehreren Leitungen, vorzugsweise HV (Hoch-Volt) Leitungen verbunden ist/sind. Die Leitungen, vorzugweise HV Leitungen können mit dem Halbleiter verbunden sein oder auch mit anderen elektrischen Bauteilen verbunden sein. Vorzugsweise kann es sich bei den anderen elektrischen Bauteilen um eine Traktionsbatterie oder einen Wechselrichter oder einen DC/DC-Wandler oder ein Ladegerät eines Elektrofahrzeugs handeln.In a preferred embodiment, it can be provided that the heat pipe and/or the heat pipe is/are formed completely or at least in sections from an electrically conductive material, and that the electrically conductive material of the heat pipe and/or the heat pipe is/are connected via Y-capacitors with one or several lines, preferably HV (high-voltage) lines is / are connected. The lines, preferably HV lines, can be connected to the semiconductor or to other electrical components. The other electrical components can preferably be a traction battery or an inverter or a DC/DC converter or a charger of an electric vehicle.

Insbesondere kann eine Wärmeleitung zwischen dem ersten Kühlkörper und dem zweiten Kühlkörper erfolgen, indem ein flüssiges Medium durch das Wärmeleitrohr von dem ersten Kühlkörper zu dem zweiten Kühlkörper strömt. In particular, heat can be conducted between the first heat sink and the second heat sink by a liquid medium flowing through the heat pipe from the first heat sink to the second heat sink.

Vorzugsweise kann die Strömung des flüssigen Mediums durch Konvektion oder durch eine Pumpe angetrieben werden.Preferably, the flow of the liquid medium can be driven by convection or by a pump.

Eine Anwendung der Kühlvorrichtung gemäß einem der vorstehend beschriebenen Beispiele kann beispielsweise für einen aktiven Filter einer Stromversorgung eines Traktionsmotors eines Elektrofahrzeugs erfolgen.The cooling device according to one of the examples described above can be used, for example, for an active filter of a power supply of a traction motor of an electric vehicle.

Ebenso kann vorgesehen sein, die Kühlvorrichtung bei einem Elektrofahrzeug mit einer Stromversorgung umfassend eine Traktionsbatterie, einen Traktionsmotor, sowie einen den Traktionsmotor ansteuernden Inverter und eine die Traktionsbatterie mit dem Inverter verbindende elektrische Leitung anzuwenden.Provision can also be made for the cooling device to be used in an electric vehicle with a power supply comprising a traction battery, a traction motor and an inverter driving the traction motor and an electrical line connecting the traction battery to the inverter.

Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass der zweite Kühlkörper als ein Bauteil der Karosserie oder des Rahmens des Elektrofahrzeugs ausgebildet ist, oder dass der zweite Kühlkörper mit einem Bauteil der Karosserie oder des Rahmens des Elektrofahrzeugs wärmeleitend verbunden ist.Provision can preferably be made for the second heat sink to be designed as a component of the body or the frame of the electric vehicle, or for the second heat sink to be thermally conductively connected to a component of the body or the frame of the electric vehicle.

In einer bauraumsparenden Anordnung kann dabei vorgesehen sein, dass die elektrische Leitung ein Gehäuse/Masse mit einem massiven metallischen Leiter aufweist, und der zweite Kühlkörper mit dem metallischen Leiter verbunden ist oder einen Abschnitt des metallischen Leiters ausbildet. Durch die effektive Störsignalunterdrückung der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung kann diese direkt an dem Gehäuse/Masse des Elektrofahrzeugs angebunden werden oder nahe zu dem Gehäuse/Masse positioniert werden, ohne dass eine Ausbreitung von Störungen über dieses Gehäuse/Masse zu befürchten ist.In a space-saving arrangement, it can be provided that the electrical line has a housing/ground with a solid metallic conductor, and the second heat sink is connected to the metallic conductor or forms a section of the metallic conductor. The effective interference signal suppression of the cooling device according to the invention allows it to be connected directly to the housing/ground of the electric vehicle or positioned close to the housing/ground without fear of interference spreading via this housing/ground.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Figuren gezeigt und nachstehend beschrieben. Dabei zeigen:

1: Eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung;
2: Eine schematische Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung;
3: Eine schematische Schnittdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung;
4: Ein Schaltbild einer Stromversorgungsvorrichtung eines Elektrofahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung;
5: Eine schematische Schnittdarstellung eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung.

Further configurations of the invention are shown in the figures and described below. show:

1 1: A schematic sectional illustration of a first exemplary embodiment of a cooling device according to the invention;
2 : A schematic sectional representation of a second exemplary embodiment of a cooling device according to the invention;
3 1: A schematic sectional view of a third exemplary embodiment of a cooling device according to the invention;
4 : A circuit diagram of a power supply device of an electric vehicle with a cooling device according to the invention;
5 : A schematic sectional view of a fourth exemplary embodiment of a cooling device according to the invention.

In den Figuren werden mehrere Beispiele einer Ausgestaltung der Erfindung gezeigt. Gleiche oder gleich wirkende Bauteile sind dabei mit denselben Referenzzeichen versehen. Diese Beispiele sollen nicht einschränkend verstanden werden. Für den Fachmann ist es klar, dass die Erfindung gemäß dem Schutzbereich der Ansprüche auch mit Ausgestaltungen realisierbar ist, die von den in den Figuren dargestellten Ausgestaltungen abweichen.Several examples of an embodiment of the invention are shown in the figures. Components that are the same or have the same effect are provided with the same reference symbols. These examples are not meant to be limiting. It is clear to a person skilled in the art that the invention within the scope of the claims can also be implemented with configurations that deviate from the configurations shown in the figures.

Die 1 zeigt die schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 1. Die Kühlvorrichtung 1 umfasst einen zu kühlenden Halbleiter 9, der mit einem Isolator 11 oder einer Glimmerscheibe 11, mit dem ersten Kühlkörper 21 wärmeleitend verbunden ist. Ein zweiter Kühlkörper 22, der mittels eines permittiven Materials 32 zum ersten Kühlkörper 21 beabstandet ist, befindet sich unterhalb des ersten Kühlkörpers 21. Eine Heatpipe 4 oder Wärmeleitrohr 4 verbindet den ersten Kühlkörper 21 mit dem zweiten Kühlkörper 22 wärmeleitend. Die Heatpipe 4 steht in wärmeleitendem Kontakt mit den beiden Kühlkörpern 21, 22, indem sie diese durchdringt und jeweils an ihren Außenseiten miteinander verbindet. Außerhalb der Kühlkörper 21, 22 ist die Heatpipe 4 oder das Wärmeleitrohr 4 in einem Ferrit 31 eingebettet. Der zweite Kühlkörper 22 ist mit einem Gehäuse/Masse 81 wärmeleitend verbunden. Exemplarisch sind die hochfrequenten Störungen, ausgehend vom Halbleiter 9, dargestellt. Diese breiten sich im ersten Kühlkörper 21 aus und werden von dem Ferrit 31 und dem permittiven Material 32 eingedämmt.the 1 shows the schematic representation of a first exemplary embodiment of the cooling device 1 according to the invention. The cooling device 1 comprises a semiconductor 9 to be cooled, which is thermally conductively connected to an insulator 11 or a mica disk 11 to the first heat sink 21 . A second heat sink 22, which is spaced from the first heat sink 21 by means of a permittive material 32, is located below the first heat sink 21. A heat pipe 4 or heat pipe 4 connects the first heat sink 21 to the second heat sink 22 in a thermally conductive manner. The heat pipe 4 is in thermally conductive contact with the two heat sinks 21, 22 by penetrating them and connecting them to one another on their outer sides. Outside of the heat sink 21, 22, the heat pipe 4 or the heat pipe 4 is embedded in a ferrite 31. The second heat sink 22 is thermally conductively connected to a housing/ground 81 . The high-frequency interference, starting from the semiconductor 9, is shown as an example. These propagate in the first heat sink 21 and are contained by the ferrite 31 and the permitting material 32 .

Der Halbleiter 9, der beispielsweise als Hochfrequenzschalter eingesetzt wird, sendet ein hochfrequentes Störspektrum aus und produziert zudem im Betrieb eine thermische Verlustleistung. Der Halbleiter 9 befindet sich auf einem Isolator 11, der wiederum thermisch leitend mit dem ersten Kühlkörper 21 verbunden ist. Der Kühlkörper 21 ist als luftgekühlter Kühlkörper ausgebildet. Die von dem Halbleiter 9 produzierte Verlustwärme wird von dem ersten Kühlkörper aufgenommen und entlang des Kühlkörpers verteilt.The semiconductor 9, which is used for example as a high-frequency switch, emits a high-frequency interference spectrum and also produces thermal power loss during operation. The semiconductor 9 is located on an insulator 11, which in turn is connected to the first heat sink 21 in a thermally conductive manner. The heat sink 21 is designed as an air-cooled heat sink. The heat loss produced by the semiconductor 9 is absorbed by the first heat sink and distributed along the heat sink.

Der erste Kühlkörper 21 ist über das permittive Material 32 von dem zweiten Kühlkörper 22 getrennt und zu diesem beabstandet angeordnet. Durch den Abstand der beiden Kühlkörper 21, 22 und die Zwischenschicht aus permittivem Material 32 wird eine gute Abschirmung des zweiten Kühlkörpers gegen die hochfrequente Störung erreicht. Gleichzeitig ist jedoch eine Wärmeübertragung von dem ersten Kühlkörper 21 und dem zweiten Kühlkörper beeinträchtigt. Um dennoch eine gute Wärmeübertragung von dem ersten Kühlkörper 21 auf den zweiten Kühlkörper 22 zu erzielen, ist die Heatpipe 4 oder das Wärmeleitrohr 4 vorgesehen, die den ersten Kühlkörper 21 mit dem zweiten Kühlkörper 22 wärmeleitend verbindet. Die Heatpipe 4 besteht vorzugsweise aus einem dünnwandigen Kupferrohr, in dessen Innerem ein Medium strömt, das infolge der Wärmezufuhr des Halbleiters 9 verdampft und in seiner Dampfphase einen effizienten Wärmetransport garantiert. Entlang einer Heatpipe 4 oder dem Wärmeleitrohr 4 ist grundsätzlich eine Ausbreitung von hochfrequenter Störung möglich. Um zu verhindern, dass über die Heatpipe 4 oder das Wärmeleitrohr 4 ein Übergang der Störung auf den zweiten Kühlkörper 22 erfolgt, weist die Heatpipe 4 oder das Wärmeleitrohr 4 einen Abschnitt mit einem Ferrit 31 auf. Der Ferrit 31 verhindert die Ausbreitung hochfrequenter Störung entlang der Heatpipe 4 oder des Wärmeleitrohrs 4, d.h. der Ferrit 31 unterdrückt Störströme.The first heat sink 21 is separated from the second heat sink 22 by the permittive material 32 and is arranged at a distance therefrom. Due to the distance between the two heat sinks 21, 22 and the intermediate layer of permittive material 32, good shielding of the second heat sink against high-frequency interference is achieved. At the same time, however, heat transfer from the first heat sink 21 and the second heat sink is impaired. In order nevertheless to achieve good heat transfer from the first heat sink 21 to the second heat sink 22 , the heat pipe 4 or the heat pipe 4 is provided, which thermally conductively connects the first heat sink 21 to the second heat sink 22 . The heat pipe 4 preferably consists of a thin-walled copper pipe, inside which flows a medium which evaporates as a result of the heat supplied by the semiconductor 9 and guarantees efficient heat transport in its vapor phase. In principle, a propagation of high-frequency interference is possible along a heat pipe 4 or the heat pipe 4 . In order to prevent the fault from being transferred to the second heat sink 22 via the heat pipe 4 or the heat-conducting tube 4 , the heat pipe 4 or the heat-conducting tube 4 has a section with a ferrite 31 . The ferrite 31 prevents the propagation of high-frequency noise along the heat pipe 4 or the heat pipe 4, i.e. the ferrite 31 suppresses noise currents.

In 2 ist das zweite Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 1 schematisch dargestellt. Hierbei ist ebenfalls der Halbleiter 9 mit dem ersten Kühlkörper 21 wärmeleitend über einen Isolator 11 verbunden. Der erste Kühlkörper 21 wird von einer Heatpipe 4 oder dem Wärmeleitrohr 4 durchdrungen und tritt an den beiden Außenseiten aus. Die Heatpipe 4 oder das Wärmeleitrohr 4 ist dort vollständig in einem Ferrit 31 eingebettet und führt schließlich zu den beiden zweiten Kühlkörpern 22. Die Anordnung ist hierbei napfförmig oder U-förmig ausgeprägt. In einer alternativen Ausführung können noch weitere zweite Kühlkörper 22 ausgebildet sein oder der zweite Kühlkörper 22 als ein- oder mehrteiliges Gehäuse den Halbleiter 9 und den ersten Kühlkörper 21 vollständig umschließen, um eine bauraumsparende Anordnung zu schaffen. Der zweite Kühlkörper 22 oder die zweiten Kühlkörper 22 ist/sind mit dem Gehäuse/Masse 81 verbunden.In 2 the second exemplary embodiment of the cooling device 1 according to the invention is shown schematically. In this case, the semiconductor 9 is also thermally conductively connected to the first heat sink 21 via an insulator 11 . The first heat sink 21 is penetrated by a heat pipe 4 or the heat pipe 4 and emerges on the two outer sides. The heat pipe 4 or the heat pipe 4 is completely embedded there in a ferrite 31 and finally leads to the two second heat sinks 22. The arrangement here is cup-shaped or U-shaped. In an alternative embodiment, further second heat sinks 22 can be formed or the second heat sink 22 can completely enclose the semiconductor 9 and the first heat sink 21 as a one-part or multi-part housing in order to create a space-saving arrangement. The second heatsink 22 or second heatsinks 22 is/are connected to the housing/ground 81 .

Auch in diesem Beispiel wird durch eine Trennung zwischen erstem Kühlkörper 21 und zweitem Kühlkörper 22 eine Abschirmung des bzw. der zweiten Kühlkörper 22 gegen hochfrequente Störung erzielt. Um die Kühlung nicht zu beeinträchtigen, wird auch hier über eine Heatpipe 4 oder das Wärmeleitrohr 4 eine wärmeleitende Verbindung geschaffen und über einen Ferrit 31 die Ausbreitung der Störung über die Heatpipe 4 oder das Wärmeleitrohr 4 hinweg verhindert.In this example as well, a separation between the first heat sink 21 and the second heat sink 22 shields the second heat sink(s) 22 against high-frequency interference. In order not to impair the cooling, a heat-conducting connection is also created here via a heat pipe 4 or the heat-conducting tube 4 and the propagation of the fault via the heat pipe 4 or the heat-conducting tube 4 is prevented by a ferrite 31 .

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 1 als schematische Schnittdarstellung ist in 3 abgebildet. Der Halbleiter 9 ist über einen Isolator 11 mit dem ersten Kühlkörper 21 wärmeleitend verbunden. Unterhalb des ersten Kühlkörpers 21 befindet sich ein permittives Material 32 und nachfolgend ein Ferrit 31. Das permittive Material 32 und der Ferrit 31 können beispielsweise als massive Platte oder 3D-Formkörper ausgebildet sein. Ein zweiter Kühlkörper 22 befindet sich wiederum unterhalb des Ferrits 31 und ist mit dem Gehäuse/Masse 81 verbunden. Der Zwischenraum zwischen erstem Kühlkörper 21 und zweitem Kühlkörper 22 wird von dem Ferrit 31 und dem permittiven Material 32 vollständig ausgefüllt. Eine wärmeleitende Verbindung zwischen dem ersten Kühlkörper 21 und dem zweiten Kühlkörper 22 wird über eine Heatpipe 4 oder das Wärmeleitrohr 4 gewährleistet. Die Heatpipe 4 tritt an der Unterseite des ersten Kühlkörpers 21 aus und ist sowohl in das permittive Material 32 als auch den Ferrit 31 eingebettet, um schließlich eine Verbindung mit dem zweiten Kühlkörper 22 herstellen zu können. Auch hier erfolgt durch den Ferrit 31 eine wirkungsvolle Unterdrückung der Ausbreitung hochfrequenter Störungen. Durch die Einbettung der Heatpipe 4 oder das Wärmeleitrohr 4 in das permittive Material 32 und den Ferrit 31 lässt sich eine besonders kompakte Bauweise der Kühlvorrichtung 1 realisieren. A further exemplary embodiment of the cooling device 1 according to the invention as a schematic sectional view is shown in FIG 3 pictured. The semiconductor 9 is thermally conductively connected to the first heat sink 21 via an insulator 11 . Below the first heat sink 21 is a permitting material 32 and then a ferrite 31. The permitting material 32 and the ferrite 31 can be formed, for example, as a solid plate or 3D molded body. A second heat sink 22 is in turn located below the ferrite 31 and is connected to the housing/ground 81 . The Between Space between the first heat sink 21 and the second heat sink 22 is completely filled by the ferrite 31 and the permitting material 32 . A thermally conductive connection between the first heat sink 21 and the second heat sink 22 is ensured via a heat pipe 4 or the heat pipe 4 . The heat pipe 4 emerges from the underside of the first heat sink 21 and is embedded both in the permittive material 32 and in the ferrite 31 in order finally to be able to establish a connection with the second heat sink 22 . Here, too, the ferrite 31 effectively suppresses the propagation of high-frequency interference. By embedding the heat pipe 4 or the heat pipe 4 in the permitting material 32 and the ferrite 31, a particularly compact design of the cooling device 1 can be implemented.

Alternativ zu dem dargestellten Schichtaufbau von permittivem Material 32 und Ferrit 31 kann zwischen den beiden Kühlkörpern 21, 22 auch eine Matrix bestehend aus einer Mischung von permittivem Material und Ferrit angeordnet sein. Ebenso kann in einer alternativen Ausgestaltung auch ein Schichtaufbau mit mehreren wechselnd angeordneten Schichten aus Ferrit 31 und permittivem Material 32 zwischen den beiden Kühlkörpern 21, 22 vorgesehen sein.As an alternative to the layered structure of permittive material 32 and ferrite 31 shown, a matrix consisting of a mixture of permittive material and ferrite can also be arranged between the two heat sinks 21, 22. Likewise, in an alternative embodiment, a layered structure with a plurality of alternately arranged layers of ferrite 31 and permittive material 32 can be provided between the two heat sinks 21, 22.

In 4 ist ein Schaltbild einer Stromversorgungsvorrichtung eines Elektrofahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 1 dargestellt. Hierzu ist die Kühlvorrichtung 1 über einen aktiven Filter 82 mit dem Gehäuse/Masse 81 verbunden. Ein nachgeschalteter Umrichter oder ein Motorsteuergerät 84 steuert einen Motor 85 an. Eine Traktionsbatterie 83 dient als Spannungsquelle. Das Gehäuse/Masse 81 bildet eine verbindende elektrische Leitung zwischen der Traktionsbatterie 83 und dem Motorsteuergerät 84 aus. Dadurch, dass die Kühlvorrichtung 1 hochfrequente Störungen gut gegenüber anderen elektrischen Bauteilen abschirmt, kann die Kühlvorrichtung 1 in räumlicher Nähe zu anderen elektrischen Komponenten verbaut werden. In diesem Fall kann die Kühlvorrichtung 1 in räumlicher Nähe zu der Traktionsbatterie 83 und dem Motor 85 verbaut werden und ermöglicht eine kompakte Bauweise.In 4 a circuit diagram of a power supply device of an electric vehicle with a cooling device 1 according to the invention is shown. For this purpose, the cooling device 1 is connected to the housing/ground 81 via an active filter 82 . A downstream converter or a motor control device 84 controls a motor 85 . A traction battery 83 serves as a power source. The housing/ground 81 forms a connecting electrical line between the traction battery 83 and the engine control unit 84 . Because the cooling device 1 shields high-frequency interference well from other electrical components, the cooling device 1 can be installed in close proximity to other electrical components. In this case, the cooling device 1 can be installed in close proximity to the traction battery 83 and the motor 85 and enables a compact design.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 1 als schematische Schnittdarstellung ist in 5 abgebildet. Hierbei ist ebenfalls der Halbleiter 9 mit dem ersten Kühlkörper 21 wärmeleitend über einen Isolator 11 verbunden. Der erste Kühlkörper 21 wird von einer Heatpipe 4 oder dem Wärmeleitrohr 4 durchdrungen, welche in diesem Ausführungsbeispiel aus einem flüssigkeitstransportierenden Rohr ausgebildet ist. Die Heatpipe 4 oder das Wärmeleitrohr 4 durchläuft einen Ferrit 31 und führt weiter zu dem zweiten Kühlkörper 22, welcher über ein permittives Material 31 mit dem Gehäuse 81 verbunden ist. Zusätzlich kann an den Austrittsflächen der Heatpipe 4 oder des Wärmeleitrohrs 4 an dem ersten Kühlkörper 21 ein permittives Material angeordnet sein, welches auch von der Heatpipe 4 oder dem Wärmeleitrohr 4 durchdrungen wird.A further exemplary embodiment of the cooling device 1 according to the invention as a schematic sectional view is shown in FIG 5 pictured. In this case, the semiconductor 9 is also thermally conductively connected to the first heat sink 21 via an insulator 11 . The first heat sink 21 is penetrated by a heat pipe 4 or the heat pipe 4, which is formed from a liquid-transporting tube in this embodiment. The heat pipe 4 or the heat pipe 4 runs through a ferrite 31 and leads further to the second heat sink 22 which is connected to the housing 81 via a permittive material 31 . In addition, a permitting material can be arranged on the exit surfaces of the heat pipe 4 or the heat pipe 4 on the first heat sink 21, through which material the heat pipe 4 or the heat pipe 4 also penetrates.

Die Wärme des ersten Kühlkörpers 21 wird durch die die Heatpipe 4 oder das Wärmeleitrohr 4 durchlaufende Flüssigkeit zum zweiten Kühlkörper 22 übertragen. Um die Kühlung nicht zu beeinträchtigen, wird auch hier über eine Heatpipe 4 oder das Wärmeleitrohr 4 eine wärmeleitende Verbindung geschaffen und über einen Ferrit 31 die Ausbreitung der Störung über die Heatpipe 4 oder das Wärmeleitrohr 4 hinweg verhindert.The heat of the first heat sink 21 is transferred to the second heat sink 22 by the liquid passing through the heat pipe 4 or the heat pipe 4 . In order not to impair the cooling, a heat-conducting connection is also created here via a heat pipe 4 or the heat-conducting tube 4 and the propagation of the fault via the heat pipe 4 or the heat-conducting tube 4 is prevented by a ferrite 31 .

Die Heatpipe 4 oder das Wärmeleitrohr 4 in 5 kann aus einem elektrisch leitenden oder elektrisch nicht leitenden Material bestehen, wobei im zweiten Fall zumindest ein Teilbereich als elektrisch leitfähige Heatpipe 4 oder Wärmeleitrohr 4 ausgebildet ist. Dieser elektrisch leitfähige Teilbereich der Heatpipe 4 oder des Wärmeleitrohrs 4 ist über zwei Y-Kondensatoren 41 mit den HV Leitungen 43 verbunden. Dadurch können auch die Störungen, welche sich in der Flüssigkeit ausbreiten, deutlich reduziert werden. Die HV Leitungen 43 können mit dem Halbleiter verbunden sein und/oder mit anderen elektrischen Bauteilen verbunden sein. Insbesondere kann der Halbleiter mit den HV Leitungen in einem gemeinsamen Stromkreis angeordnet sein, oder der Halbleiter kann in einem von den HV Leitungen getrennten Stromkreis angeordnet sein. Vorzugsweise kann es sich bei den anderen elektrischen Bauteilen um eine Traktionsbatterie oder einen Wechselrichter oder einen DC/DC-Wandler oder ein Ladegerät eines Elektrofahrzeugs handeln.The heat pipe 4 or heat pipe 4 in 5 can consist of an electrically conductive or electrically non-conductive material, wherein in the second case at least a partial area is designed as an electrically conductive heat pipe 4 or heat pipe 4 . This electrically conductive sub-area of the heat pipe 4 or the heat pipe 4 is connected to the HV lines 43 via two Y-capacitors 41 . As a result, the disturbances that propagate in the liquid can also be significantly reduced. The HV lines 43 can be connected to the semiconductor and/or connected to other electrical components. In particular, the semiconductor can be arranged in a common circuit with the HV lines, or the semiconductor can be arranged in a circuit separate from the HV lines. The other electrical components can preferably be a traction battery or an inverter or a DC/DC converter or a charger of an electric vehicle.

BezugszeichenlisteReference List

11: Kühlvorrichtung cooler
1111: Isolator/ Glimmerscheibe insulator/ mica disc
2121: erster Kühlkörperfirst heatsink
2222: zweiter Kühlkörper second heatsink
3131: Ferritferrite
3232: permittives Material permittive material
44: Heatpipe / WärmeleitrohrHeat pipe / heat pipe
4141: elektrisch leitfähige Heatpipe / Wärmeleitrohrelectrically conductive heat pipe / heat pipe
4242: Kondensatorcapacitor
4343: HV Leitung HV line
8181: Gehäuse / Massehousing / mass
8282: aktiver Filteractive filter
8383: Traktionsbatterietraction battery
8484: Umrichter/MotorsteuergerätInverter/motor control unit
8585: Motor engine
99: Halbleitersemiconductor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 2801875 A1 [0004]
EP 0191419 B1 [0005]

Claims

Cooling device (1) for a semiconductor (9) to which a high-frequency voltage is applied and/or which generates a high-frequency interference spectrum, comprising a first heat sink (21) which is thermally conductively connected to the semiconductor (9) and to a second, preferably air-based, heat sink (22), which is in thermally conductive contact with the first heat sink (21) and is galvanically isolated from the first heat sink (21) and the semiconductor (9) and is arranged at a spatial distance from it, characterized in that the second heat sink (22) is thermally conductively connected to the first heat sink (21) by a heat pipe or a heat pipe (4) and the second heat sink (22) is connected to the first heat sink (21) by a ferrite (31) and/or a permittive material (32) with a relative permittivity factor, the absolute value of which is less than 3, preferably less than 2, most preferably less than 1, or a material which is present in the relevant Freque nzbereich has a high dissipation factor, is separated.

Cooling device for a semiconductor claim 1 , characterized in that a high impedance is formed between the first heat sink (21) and the second heat sink (22) at least in the frequency range of the high-frequency voltage and/or in the range of the frequency of the high-frequency interference spectrum in order to shield from the first heat sink (21) against high-frequency interference.

Cooling device for a semiconductor claim 1 or 2 characterized in that the heat pipe or the heat pipe (4) extends from the first heat sink (21) via an intermediate space to the second heat sink (22).

Cooling device for a semiconductor according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that the heat pipe or the heat pipe (4) has a certain width and a length that exceeds the width by a multiple and that the second heat sink (22) is at a distance from the first heat sink (21) of at least twice the width of the heat pipe or the heat pipe (4).

Cooling device for a semiconductor according to one of the preceding claims, characterized in that the heat pipe or the heat pipe (4) is in thermally conductive contact with the first heat sink (21) and the second heat sink (22), preferably from the first heat sink (21) and / or the second heat sink (22) is formed electrically isolated.

Cooling device for a semiconductor according to one of the preceding claims, characterized in that the ferrite (31) and/or the permitting material (32) fills, in particular completely fills, an intermediate space located between the first heat sink (21) and the second heat sink (22). .

Cooling device for a semiconductor according to one of the preceding claims, characterized in that the heat pipe or the heat pipe (4) extends inside the ferrite (31) and/or the permitting material (32), preferably completely into the ferrite (31) and/or or the permittive material (32) is embedded, in particular surrounded by it.

Cooling device for a semiconductor according to one of the preceding claims, characterized in that the heat pipe or the heat pipe (4) has the ferrite (31) and/or the permittive material (32) or is permanently connected to it.

A semiconductor cooling device according to any one of the preceding claims, characterized in that a wall portion of the heat pipe (4) is formed of the ferrite (31) and/or the permittivity material (32).

Cooling device for a semiconductor according to one of the preceding claims, characterized in that the heat pipe or the heat pipe (4) has a closed shell which has the ferrite (31) and/or the permittive material (32) inside at least in sections and the same encloses.

Cooling device for a semiconductor according to one of the preceding claims, characterized in that the heat pipe or the heat pipe (4) has a closed shell which is at least partially surrounded by a ring containing the ferrite (31) and/or the permitting material (32), is enclosed, preferably that the ring is designed as a closed ring or as a ring with an air gap or as a hinged ring.

Cooling device for a semiconductor according to one of the preceding claims, characterized in that the ferrite (31) and/or the permittive material (32) forms a shielding housing by enclosing the first heat sink (21) and the semiconductor (9), preferably closed encloses.

A cooling device for a semiconductor according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the first heat sink (21) and/or the second heat sink (22) is/are made of a metal or a metal alloy, preferably made of an aluminum alloy or a copper alloy.

Cooling device for a semiconductor according to one of the preceding claims, characterized in that the heat pipe (4) and/or the heat pipe (4) is/are formed completely or at least in sections from an electrically conductive material, and in that the electrically conductive material of the heat pipe ( 4) and/or the heat pipe (4) are connected to one or more lines (43), preferably HV lines (43), via a Y-capacitor or via a plurality of Y-capacitors (41).

Cooling device for a semiconductor according to one of the preceding claims, characterized in that heat conduction between the first heat sink (21) and the second heat sink (22) takes place by a liquid medium which flows through the heat pipe (4) from the first heat sink (21) flows to the second heat sink (22), preferably that the liquid medium flows by convection or driven by a pump.

Cooling device for a semiconductor according to one of the preceding claims, characterized in that the second heat sink (22) is designed as a closed housing, in the interior of which the first heat sink and the semiconductor (9) are accommodated.

Active filter (82) for a power supply of a traction motor (85) of an electric vehicle, with a semiconductor (9) which has a cooling device (1) according to one of the preceding claims.

Electric vehicle with a power supply, comprising a traction battery (83), a traction motor, and an inverter (84) controlling the traction motor and an electrical line (81) connecting the traction battery to the inverter, characterized in that the electrical line (81) has an active Filter (82) which is cooled by a cooling device (1) according to any one of the preceding claims.

electric vehicle after Claim 18 , characterized in that the second heat sink (22) is designed as a component of the body or the frame of the electric vehicle, or that the second heat sink (22) is thermally conductively connected to a component of the body or the frame of the electric vehicle.

electric vehicle after Claim 18 or 19 , characterized in that the electrical line has a housing / ground (81) with a solid metallic conductor, and the second heat sink (22) is connected to the metallic conductor or forms a portion of the metallic conductor.