DE102023206084B3 - Electronic arrangement and high-voltage box with an electronic arrangement - Google Patents

Electronic arrangement and high-voltage box with an electronic arrangement Download PDF

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Abstract

Elektronische Anordnung (1), umfassend:- ein Substrat (2) mit einer ersten Hauptfläche (3) und einer zweiten Hauptfläche (4),- mindestens eine elektronische Komponente (5) mit einer ersten Hauptfläche (6) und einer zweiten Hauptfläche (7), wobei die elektronische Komponente (5) mit ihrer zweiten Hauptfläche (7) auf der ersten Hauptfläche (3) des Substrats (2) angeordnet ist und äußere Kontakte auf der zweiten Hauptfläche (7) der mindestens einen elektronischen Komponente (5) elektrisch leitend mit Kontaktflächen auf der ersten Hauptfläche (3) des Substrats (2) verbunden sind;- eine Kühlstruktur, die einen Flüssigkeitskühler (8) mit einem Gehäuse (9) umfasst, in dem mindestens ein Kühlkanal (10) ausgebildet ist, in dem eine Kühlflüssigkeit geführt wird; wobei das Gehäuse (9) eine erste Hauptfläche (23) und eine zweite Hauptfläche (24) aufweist und wobei seine erste Hauptfläche (23) benachbart zu der zweiten Hauptfläche (4) des Substrats (2) angeordnet ist, wobei die Kühlstruktur ferner einen wärmeleitenden Körper (11) umfasst, der auf der ersten Hauptfläche (6) der mindestens einen elektronischen Komponente (5) angeordnet ist, wobei der wärmeleitende Körper (11) wärmeleitend, aber elektrisch isolierend mit der ersten Hauptfläche (6) der elektronischen Komponente (5) verbunden ist, wobei der wärmeleitende Körper (11) in Kontakt mit mindestens einem wärmeleitenden Abstandshalter (20) steht, wobei sich der wärmeleitende Abstandshalter (20) durch das Substrat (2) in das Gehäuse (9) des Flüssigkeitskühlers (8) erstreckt, wobei ein TIM (16) zwischen der ersten Hauptfläche (6) der mindestens einen elektronischen Komponente (5) und dem wärmeleitenden Körper (11) angeordnet ist.Electronic arrangement (1), comprising:- a substrate (2) with a first main surface (3) and a second main surface (4),- at least one electronic component (5) with a first main surface (6) and a second main surface (7), wherein the electronic component (5) is arranged with its second main surface (7) on the first main surface (3) of the substrate (2) and external contacts on the second main surface (7) of the at least one electronic component (5) are electrically conductively connected to contact surfaces on the first main surface (3) of the substrate (2);- a cooling structure which comprises a liquid cooler (8) with a housing (9) in which at least one cooling channel (10) is formed, in which a cooling liquid is guided; wherein the housing (9) has a first main surface (23) and a second main surface (24), and wherein its first main surface (23) is arranged adjacent to the second main surface (4) of the substrate (2), wherein the cooling structure further comprises a heat-conducting body (11) arranged on the first main surface (6) of the at least one electronic component (5), wherein the heat-conducting body (11) is connected to the first main surface (6) of the electronic component (5) in a heat-conducting but electrically insulating manner, wherein the heat-conducting body (11) is in contact with at least one heat-conducting spacer (20), wherein the heat-conducting spacer (20) extends through the substrate (2) into the housing (9) of the liquid cooler (8), wherein a TIM (16) is arranged between the first main surface (6) of the at least one electronic component (5) and the heat-conducting body (11).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Anordnung und eine Hochvoltbox für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, das eine solche Anordnung umfasst.The present invention relates to an electronic arrangement and a high-voltage box for an electrically powered vehicle comprising such an arrangement.

Bei elektronischen Anordnungen, die während des Betriebs hohe Verluste erfahren, zum Beispiel weil sie Leistungshalbleiterkomponenten und/oder elektromechanische Komponenten umfassen, ist eine effiziente Kühlung oftmals wichtig. Aktive oder passive Kühlkonzepte sind bekannt, wobei aktive Kühlkonzepte häufig einen Flüssigkeitskühler beinhalten, der eine Kühlflüssigkeit umfasst, die in Kühlkanälen in thermischem Kontakt mit den zu kühlenden Komponenten zirkuliert.For electronic devices that experience high losses during operation, for example because they include power semiconductor components and/or electromechanical components, efficient cooling is often important. Active or passive cooling concepts are known, with active cooling concepts often including a liquid cooler that includes a cooling liquid that circulates in cooling channels in thermal contact with the components to be cooled.

Aus dem Dokument US 2009 / 0 168 360 A1 ist eine Baugruppe zum Festklemmen elektrischer Komponenten gegen eine wärmeableitende Oberfläche eines Kühlkörpers bekannt. Die Baugruppe umfasst einen Kühlkörper, eine oder mehrere elektrische Komponenten, zwei oder mehrere Federn und ein Befestigungselement.From the document US 2009 / 0 168 360 A1 An assembly for clamping electrical components against a heat-dissipating surface of a heat sink is known. The assembly comprises a heat sink, one or more electrical components, two or more springs and a fastening element.

Aus dem Dokument DE 601 23 179 T2 ist eine Verwendung eines verformbaren Materials aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bekannt, um einen Kühlkörper, der eine hohe Wärmeleitfähigkeit sowie eine zufriedenstellende Formbarkeit und Korrosionsbeständigkeit aufweist, zu erhalten. Der Kühlkörper ist flüssigkeitsgekühlt, hat einen Durchgang, durch den Kühlmittel fließen kann, und ist mit einem Keramiksubstrat verbunden.From the document DE 601 23 179 T2 It is known to use a malleable material made of aluminum or an aluminum alloy to obtain a heat sink that has high thermal conductivity as well as satisfactory formability and corrosion resistance. The heat sink is liquid-cooled, has a passage through which coolant can flow, and is connected to a ceramic substrate.

Für unterschiedliche Anordnungen von elektronischen Komponenten sind Kühlkonzepte erforderlich.Cooling concepts are required for different arrangements of electronic components.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektronische Anordnung zu spezifizieren, bei der elektronische Komponenten mit besonders hohen Kühlanforderungen besonders wirksam mit Kühlstrukturen verbunden sind. It is therefore an object of the present invention to specify an electronic arrangement in which electronic components with particularly high cooling requirements are particularly effectively connected to cooling structures.

Vorteilhafte Ausführungsformen und weitere Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Advantageous embodiments and further embodiments are the subject of the dependent claims.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine elektronische Anordnung offenbart, die ein Substrat mit einer ersten Hauptfläche und einer zweiten Hauptfläche umfasst und mindestens eine elektronische Komponente mit einer ersten Hauptfläche und einer zweiten Hauptfläche umfasst. Die elektronische Komponente ist mit ihrer zweiten Hauptfläche auf der ersten Hauptfläche des Substrats angeordnet, und äußere Kontakte auf der zweiten Hauptfläche der elektronischen Komponente sind elektrisch leitend mit Kontaktflächen auf der ersten Hauptfläche des Substrats verbunden.According to one aspect of the invention, an electronic arrangement is disclosed which comprises a substrate having a first main surface and a second main surface and comprising at least one electronic component having a first main surface and a second main surface. The electronic component is arranged with its second main surface on the first main surface of the substrate, and external contacts on the second main surface of the electronic component are electrically conductively connected to contact surfaces on the first main surface of the substrate.

Die elektronische Anordnung umfasst ferner eine Kühlstruktur, die einen Flüssigkeitskühler mit einem Gehäuse umfasst, in dem mindestens ein Kühlkanal ausgebildet ist, in dem eine Kühlflüssigkeit geführt wird. Das Gehäuse weist eine erste Hauptfläche und eine zweite Hauptfläche auf. Seine erste Hauptfläche ist benachbart zu der zweiten Hauptfläche des Substrats angeordnet.The electronic arrangement further comprises a cooling structure comprising a liquid cooler with a housing in which at least one cooling channel is formed in which a cooling liquid is guided. The housing has a first main surface and a second main surface. Its first main surface is arranged adjacent to the second main surface of the substrate.

Die Kühlstruktur umfasst ferner einen wärmeleitenden Körper, der auf der ersten Hauptfläche der mindestens einen elektronischen Komponente angeordnet ist. Ein Wärmeleitmaterial (TIM) ist zwischen der Hauptfläche der mindestens einen elektronischen Komponente und dem wärmeleitenden Körper angeordnet. Wärmeleitmaterialien werden dazu verwendet, die Wärmeübertragung von einer elektronischen Komponente auf ein benachbartes Element zu verbessern. Sie können zum Beispiel in Form einer Paste oder eines Klebebands oder einer Klebefolie oder eines Pads aufgebracht sein. Sie erhöhen nicht nur die Wärmeübertragung, sondern gleichen auch Toleranzen zwischen Komponenten aus.The cooling structure further comprises a thermally conductive body arranged on the first main surface of the at least one electronic component. A thermally conductive material (TIM) is arranged between the main surface of the at least one electronic component and the thermally conductive body. Thermally conductive materials are used to improve the heat transfer from an electronic component to an adjacent element. They can be applied, for example, in the form of a paste or an adhesive tape or an adhesive film or a pad. They not only increase the heat transfer, but also compensate for tolerances between components.

Der wärmeleitende Körper ist wärmeleitend, aber elektrisch isolierend mit der ersten Hauptfläche der elektronischen Komponente verbunden. Der wärmeleitende Körper ist in Kontakt mit mindestens einem wärmeleitenden Abstandshalter, wobei sich der wärmeleitende Abstandshalter durch das Substrat in das Gehäuse des Flüssigkeitskühlers erstreckt.The thermally conductive body is thermally conductively but electrically insulatingly connected to the first main surface of the electronic component. The thermally conductive body is in contact with at least one thermally conductive spacer, wherein the thermally conductive spacer extends through the substrate into the housing of the liquid cooler.

Es versteht sich, dass dadurch, dass sich der Abstandshalter durch das Substrat in das Gehäuse des Flüssigkeitskühlers erstreckt, mindestens ein Teil des Abstandshalters von einem Material des Gehäuses umgeben ist und somit in engem thermischen Kontakt mit dem Gehäuse steht. Es ist möglich, eine Bohrung oder eine Öffnung in dem Gehäuse vorzusehen, in die sich ein Teil des Abstandshalters erstreckt.It is understood that because the spacer extends through the substrate into the housing of the liquid cooler, at least a part of the spacer is surrounded by a material of the housing and is thus in close thermal contact with the housing. It is possible to provide a bore or an opening in the housing into which a part of the spacer extends.

Die elektronische Anordnung hat den Vorteil, dass sie die Kühlung der mindestens einen elektronischen Komponente nicht nur von einer Hauptfläche, sondern von beiden Hauptflächen ermöglicht. Zu diesem Zweck ist die erste Hauptfläche der Komponente über die Kühlstruktur ebenfalls mit der Kühlflüssigkeit verbunden, während die zweite Hauptfläche über das Substrat mit dem Flüssigkeitskühler verbunden ist. So wird die Wärme nicht nur über die zweite Hauptfläche der elektronischen Komponente, die elektrisch leitend und über metallische Kontaktflächen, die die Wärme gut leiten, thermisch mit dem Substrat verbunden ist, abgeführt. Vielmehr wird über die erste Hauptfläche der elektronischen Komponente ein zweiter Wärmeleitpfad zu dem Flüssigkeitskühler bereitgestellt.The electronic arrangement has the advantage that it enables the cooling of the at least one electronic component not only from one main surface, but from both main surfaces. For this purpose, the first main surface of the component is also connected to the cooling liquid via the cooling structure, while the second main surface is connected to the liquid cooler via the substrate. The heat is thus not only dissipated via the second main surface of the electronic component, which is electrically conductive and thermally connected to the substrate via metallic contact surfaces that conduct heat well. Rather, a second thermal conduction path to the liquid cooler is provided via the first main surface of the electronic component.

Die erste Hauptfläche und die zweite Hauptfläche werden hier typischerweise als gegenüberliegende Hauptflächen eines quaderförmigen oder vielmehr flächigen Körpers bezeichnet.The first main surface and the second main surface are typically referred to here as opposite main surfaces of a cuboid-shaped or rather flat body.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der wärmeleitende Körper als ein Metallblech ausgebildet. Er kann aus einer Aluminiumlegierung gebildet sein. Ein solches Metallblech ist einfach herzustellen, einfach zu montieren und leitet die Wärme gut.According to one embodiment of the invention, the heat-conducting body is designed as a metal sheet. It can be made of an aluminum alloy. Such a metal sheet is easy to manufacture, easy to assemble and conducts heat well.

Gemäß den Ausführungsformen der Erfindung sind mehrere elektronische Komponenten auf der ersten Hauptfläche des Substrats angeordnet und ist der wärmeleitende Körper mit mehreren elektronischen Komponenten in Kontakt. According to embodiments of the invention, a plurality of electronic components are arranged on the first main surface of the substrate and the heat-conducting body is in contact with a plurality of electronic components.

Gemäß dieser Ausführungsform stellt der wärmeleitende Körper einen Wärmepfad nicht nur für eine elektronische Komponente, sondern für mehrere elektronische Komponenten auf demselben Substrat bereit.According to this embodiment, the thermally conductive body provides a thermal path not only for one electronic component, but for multiple electronic components on the same substrate.

Zwischen der ersten Hauptfläche der mindestens einen elektronischen Komponente und dem wärmeleitenden Körper kann eine elektrisch isolierende Folie angeordnet sein. Die elektrisch isolierende Folie gewährleistet eine elektrische Isolierung zwischen der elektronischen Komponente und dem wärmeleitenden Körper und ist insbesondere bei Leistungskomponenten vorteilhaft.An electrically insulating film can be arranged between the first main surface of the at least one electronic component and the heat-conducting body. The electrically insulating film ensures electrical insulation between the electronic component and the heat-conducting body and is particularly advantageous for power components.

Wenn ein Wärmeleitmaterial und eine elektrisch isolierende Folie kombiniert sind, kann das Wärmeleitmaterial direkt auf der ersten Hauptfläche der mindestens einen elektronischen Komponente aufgebracht sein, während die elektrisch isolierende Folie auf der zweiten Hauptfläche des wärmeleitenden Körpers aufgebracht sein kann, die dann mit dem Wärmeleitflächenmaterial auf der Oberfläche der elektronischen Komponente in Kontakt gebracht wird.When a thermally conductive material and an electrically insulating film are combined, the thermally conductive material can be applied directly to the first main surface of the at least one electronic component, while the electrically insulating film can be applied to the second main surface of the thermally conductive body, which is then brought into contact with the thermally conductive surface material on the surface of the electronic component.

Der wärmeleitende Abstandshalter kann aus einem Metall, insbesondere aus einer Aluminiumlegierung, gebildet sein, das Wärme sehr gut leitet und relativ leicht ist.The heat-conducting spacer may be made of a metal, particularly an aluminum alloy, which conducts heat very well and is relatively light.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der wärmeleitende Abstandshalter eine Schraube und eine Stange mit einem oberen und einem unteren Ende, wobei sich das untere Ende in das Gehäuse des Flüssigkeitskühlers erstreckt und wobei die Stange am oberen Ende eine axiale Bohrung aufweist, in die diese Schraube derart einschraubbar ist, dass sich die Schraube durch eine Öffnung im wärmeleitenden Körper in die Stange erstreckt.According to one embodiment of the invention, the heat-conducting spacer comprises a screw and a rod with an upper and a lower end, wherein the lower end extends into the housing of the liquid cooler and wherein the rod has an axial bore at the upper end into which this screw can be screwed such that the screw extends through an opening in the heat-conducting body into the rod.

Die Axialbohrung am oberen Ende kann ein Innengewinde umfassen, das einem Gewinde der Schraube entspricht. Es kann jedoch vorteilhaft sein, wenn die Bohrung kein Innengewinde umfasst, sondern wenn eine selbstschneidende, insbesondere eine gewindeschneidende, Schraube verwendet wird. Dies hat den Vorteil, dass, wenn die Bohrung den gleichen Durchmesser wie das untere Ende hat, verhindert wird, dass sich in einer Beschickungslinie das untere Ende einer Stange selbst in die Bohrung am oberen Ende der nächsten Stange schraubt.The axial bore at the upper end may comprise an internal thread corresponding to a thread of the screw. However, it may be advantageous if the bore does not comprise an internal thread, but if a self-tapping, in particular a thread-cutting, screw is used. This has the advantage that, if the bore has the same diameter as the lower end, it prevents the lower end of one rod in a feeding line from screwing itself into the bore at the upper end of the next rod.

Gemäß diesen Ausführungsformen kann die Schraube dazu verwendet werden, den wärmeleitenden Körper an der Stange zu befestigen. Die Schraube wird auch dazu verwendet, den wärmeleitenden Körper zu den elektronischen Komponenten zu drücken und den wärmeleitenden Körper in engen Kontakt mit der mindestens einen elektronischen Komponente zu bringen.According to these embodiments, the screw may be used to fix the heat-conducting body to the rod. The screw is also used to press the heat-conducting body toward the electronic components and to bring the heat-conducting body into close contact with the at least one electronic component.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein weiteres Substrat mit einer ersten Hauptfläche und der zweiten Hauptfläche mit seiner ersten Hauptfläche auf der zweiten Hauptfläche des Flüssigkeitskühlers angeordnet. und weitere elektronische Komponenten sind auf einer zweiten Hauptfläche des weiteren Substrats angeordnet.According to one embodiment of the invention, a further substrate having a first main surface and the second main surface is arranged with its first main surface on the second main surface of the liquid cooler. and further electronic components are arranged on a second main surface of the further substrate.

In diesem Fall werden beide Seiten des Flüssigkeitskühlers zur Montage elektronischer Komponenten verwendet. Diese Anordnung kann von Vorteil sein, wenn eine größere Anzahl von Komponenten gekühlt werden sollte. Die auf dem weiteren Substrat angeordneten elektronischen Komponenten können auch von ihrer zweiten Seite gekühlt werden, wie oben für das erste Substrat beschrieben.In this case, both sides of the liquid cooler are used to mount electronic components. This arrangement can be advantageous when a larger number of components should be cooled. The electronic components arranged on the further substrate can also be cooled from their second side, as described above for the first substrate.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die mindestens eine elektronische Komponente als eine Leistungshalbleiterkomponente oder als eine elektromechanische Komponente konfiguriert. Diese Arten von Komponenten könnten hohe Verluste aufweisen und daher während des Betriebs eine vergleichsweise große Wärmemenge erzeugen.According to an embodiment of the invention, the at least one electronic component is configured as a power semiconductor component or as an electromechanical component. These types of components could have high losses and therefore generate a comparatively large amount of heat during operation.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Hochvoltbox für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug vorgesehen, die mindestens eine elektronische Anordnung wie oben beschrieben umfasst, wobei die mindestens eine elektronische Komponente als Komponente eines DC/DC-Wandlers oder eines Bord-Ladegeräts des Fahrzeugs ausgeführt ist.According to one aspect of the invention, a high-voltage box for an electrically powered vehicle is provided, which comprises at least one electronic arrangement as described above, wherein the at least one electronic component is designed as a component of a DC/DC converter or an on-board charger of the vehicle.

Ausführungsbeispiele sind in der Figur gezeigt. Die einzige Figur zeigt einen Querschnitt durch eine elektronische Anordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.Embodiments are shown in the figure. The only figure shows a cross section through an electronic arrangement according to an embodiment of the invention.

Die elektronische Anordnung 1 umfasst zwei elektronische Komponenten 5 mit einer ersten Hauptfläche 6 und einer zweiten Hauptfläche 7, die mit ihren zweiten Hauptflächen 7 auf einer ersten Hauptfläche 3 eines Substrats 2 angeordnet sind. Die elektronischen Komponenten 5 haben äußere Kontakte, die in der Figur nicht gezeigt sind und die elektrisch leitend mit Kontaktflächen auf der ersten Hauptfläche 3 des Substrats 2 verbunden sind.The electronic arrangement 1 comprises two electronic components 5 with a first main surface 6 and a second main surface 7, which are arranged with their second main surfaces 7 on a first main surface 3 of a substrate 2. The electronic components 5 have external contacts which are not shown in the figure and which are electrically conductively connected to contact surfaces on the first main surface 3 of the substrate 2.

Das Substrat 2 ist mit seiner zweiten Hauptfläche 4 auf der ersten Hauptfläche 23 des Gehäuses 9 eines Flüssigkeitskühlers 8 angeordnet. Ein weiteres Substrat mit elektronischen Komponenten kann auf einer zweiten Hauptfläche 24 des Gehäuses 9 angeordnet sein.The substrate 2 is arranged with its second main surface 4 on the first main surface 23 of the housing 9 of a liquid cooler 8. A further substrate with electronic components can be arranged on a second main surface 24 of the housing 9.

In dem Gehäuse 9 des Flüssigkeitskühlers 8 ist mindestens ein Kühlkanal 10 ausgebildet, durch den eine Kühlflüssigkeit geführt wird. Das Gehäuse 9 der Flüssigkeitskühlerhilfen kann aus einer Aluminiumdruckgusslegierung gebildet sein. Da die elektronischen Komponenten 5 mit ihren zweiten Hauptflächen 7 auf dem Gehäuse 9 des Flüssigkeitskühlers 8 angeordnet sind, werden die zweiten Hauptflächen 7 der elektronischen Komponenten 5 durch den Flüssigkeitskühler 8 gekühlt.At least one cooling channel 10 is formed in the housing 9 of the liquid cooler 8, through which a cooling liquid is guided. The housing 9 of the liquid cooler aids can be made of a die-cast aluminum alloy. Since the electronic components 5 are arranged with their second main surfaces 7 on the housing 9 of the liquid cooler 8, the second main surfaces 7 of the electronic components 5 are cooled by the liquid cooler 8.

Zur Kühlung der ersten Hauptfläche 6 der elektronischen Komponenten 5 umfasst die elektronische Anordnung 1 ferner eine Kühlstruktur, die einen wärmeleitenden Körper 11 umfasst, der auf der ersten Hauptfläche 6 der elektronischen Komponenten 5 angeordnet ist und die ersten Hauptflächen 6 der elektronischen Komponenten 5 thermisch mit dem Flüssigkeitskühler 8 verbindet.To cool the first main surface 6 of the electronic components 5, the electronic arrangement 1 further comprises a cooling structure which comprises a heat-conducting body 11 which is arranged on the first main surface 6 of the electronic components 5 and thermally connects the first main surfaces 6 of the electronic components 5 to the liquid cooler 8.

Die Kühlstruktur umfasst den wärmeleitenden Körper 11, der eine erste Hauptfläche 21 und eine zweite Hauptfläche 22 aufweist. Auf den ersten Hauptflächen 6 der elektronischen Komponenten 5 ist ein Wärmeleitmaterial 16 angeordnet. The cooling structure comprises the heat-conducting body 11, which has a first main surface 21 and a second main surface 22. A heat-conducting material 16 is arranged on the first main surfaces 6 of the electronic components 5.

Benachbart zu dem Wärmeleitmaterial 16 ist auf der zweiten Hauptfläche 22 des wärmeleitenden Körpers 11 eine elektrisch isolierende Folie 17 vorgesehen. Daher ist der wärmeleitende Körper 11 thermisch, aber nicht elektrisch, mit den ersten Hauptflächen 6 der elektronischen Komponenten 5 gekoppelt.An electrically insulating film 17 is provided adjacent to the thermally conductive material 16 on the second main surface 22 of the thermally conductive body 11. Therefore, the thermally conductive body 11 is thermally, but not electrically, coupled to the first main surfaces 6 of the electronic components 5.

Der wärmeleitende Körper 11 steht über einen wärmeleitenden Abstandshalter 20, der eine Stange 12 und eine Schraube 15 umfasst, in thermischem Kontakt mit dem Flüssigkeitskühler 8. Die Stange 12 weist ein oberes Ende 13 mit einer axialen Bohrung 26 auf, in die die Schraube 15 einschraubbar ist, um den wärmeleitenden Körper 11 an der Stange 12 zu befestigen und den wärmeleitenden Körper 11 zu den elektronischen Komponenten 5 zu drücken. Die Schraube 15 ist eine Gewindeschneidschraube, die beim erstmaligen Einschrauben in die Bohrung 26 ein Innengewinde schneidet.The heat-conducting body 11 is in thermal contact with the liquid cooler 8 via a heat-conducting spacer 20 comprising a rod 12 and a screw 15. The rod 12 has an upper end 13 with an axial bore 26 into which the screw 15 can be screwed in order to fasten the heat-conducting body 11 to the rod 12 and to press the heat-conducting body 11 towards the electronic components 5. The screw 15 is a self-tapping screw which cuts an internal thread when screwed into the bore 26 for the first time.

Am unteren Ende 14 hat die Stange 12 ein Gewinde, das einer Gewindebohrung 25 im Gehäuse 9 des Flüssigkeitskühlers 8 entspricht. Somit erstreckt sich die Stange 12 des Abstandshalters 20 in das Gehäuse 9 des Flüssigkeitskühlers 8 und bietet einen thermischen Pfad, um Wärme von den ersten Hauptflächen 6 der elektronischen Komponenten 5 in den Flüssigkeitskühler 8 zu übertragen.At the lower end 14, the rod 12 has a thread that corresponds to a threaded hole 25 in the housing 9 of the liquid cooler 8. Thus, the rod 12 of the spacer 20 extends into the housing 9 of the liquid cooler 8 and provides a thermal path to transfer heat from the first main surfaces 6 of the electronic components 5 into the liquid cooler 8.

Daher erstreckt sich der Abstandshalter 20 durch eine Öffnung 18 in dem wärmeleitenden Körper 11 und eine weitere Öffnung im Substrat 2 in das Gehäuse 9. In der Figur ist nur ein Abstandshalter 20 gezeigt. Die elektronische Anordnung 1 kann jedoch mehrere Abstandshalter 20 umfassen, die neben den elektronischen Komponenten 5 angeordnet sind.Therefore, the spacer 20 extends through an opening 18 in the heat-conducting body 11 and a further opening in the substrate 2 into the housing 9. Only one spacer 20 is shown in the figure. However, the electronic assembly 1 may comprise several spacers 20 arranged next to the electronic components 5.

Claims (10)

Elektronische Anordnung (1), umfassend: - ein Substrat (2) mit einer ersten Hauptfläche (3) und einer zweiten Hauptfläche (4), - mindestens eine elektronische Komponente (5) mit einer ersten Hauptfläche (6) und einer zweiten Hauptfläche (7), wobei die elektronische Komponente (5) mit ihrer zweiten Hauptfläche (7) auf der ersten Hauptfläche (3) des Substrats (2) angeordnet ist und äußere Kontakte auf der zweiten Hauptfläche (7) der mindestens einen elektronischen Komponente (5) elektrisch leitend mit Kontaktflächen auf der ersten Hauptfläche (3) des Substrats (2) verbunden sind; - eine Kühlstruktur, die einen Flüssigkeitskühler (8) mit einem Gehäuse (9) umfasst, in dem mindestens ein Kühlkanal (10) ausgebildet ist, in dem eine Kühlflüssigkeit geführt wird; wobei das Gehäuse (9) eine erste Hauptfläche (23) und eine zweite Hauptfläche (24) aufweist und wobei seine erste Hauptfläche (23) benachbart zu der zweiten Hauptfläche (4) des Substrats (2) angeordnet ist, wobei die Kühlstruktur ferner einen wärmeleitenden Körper (11) umfasst, der auf der ersten Hauptfläche (6) der mindestens einen elektronischen Komponente (5) angeordnet ist, wobei der wärmeleitende Körper (11) wärmeleitend, aber elektrisch isolierend mit der ersten Hauptfläche (6) der elektronischen Komponente (5) verbunden ist, wobei der wärmeleitende Körper (11) in Kontakt mit mindestens einem wärmeleitenden Abstandshalter (20) steht, wobei sich der wärmeleitende Abstandshalter (20) durch das Substrat (2) in das Gehäuse (9) des Flüssigkeitskühlers (8) erstreckt, wobei ein TIM (16) zwischen der ersten Hauptfläche (6) der mindestens einen elektronischen Komponente (5) und dem wärmeleitenden Körper (11) angeordnet ist.Electronic arrangement (1), comprising: - a substrate (2) with a first main surface (3) and a second main surface (4), - at least one electronic component (5) with a first main surface (6) and a second main surface (7), wherein the electronic component (5) is arranged with its second main surface (7) on the first main surface (3) of the substrate (2) and external contacts on the second main surface (7) of the at least one electronic component (5) are electrically conductively connected to contact surfaces on the first main surface (3) of the substrate (2); - a cooling structure which comprises a liquid cooler (8) with a housing (9) in which at least one cooling channel (10) is formed, in which a cooling liquid is guided; wherein the housing (9) has a first main surface (23) and a second main surface (24) and wherein its first main surface (23) is arranged adjacent to the second main surface (4) of the substrate (2), wherein the cooling structure further comprises a heat-conducting body (11) which is arranged on the first main surface (6) of the at least one electronic component (5), wherein the heat-conducting body (11) is connected to the first main surface (6) of the electronic component (5) in a heat-conducting but electrically insulating manner, wherein the heat-conducting body (11) is in contact with at least one heat-conducting spacer (20), wherein the heat-conducting spacer (20) extends through the substrate (2) in the housing (9) of the liquid cooler (8), wherein a TIM (16) is arranged between the first main surface (6) of the at least one electronic component (5) and the heat-conducting body (11). Elektronische Anordnung (1) nach Anspruch 1, wobei der wärmeleitende Körper (11) als Metallblech ausgebildet ist.Electronic arrangement (1) according to claim 1 , wherein the heat-conducting body (11) is designed as a metal sheet. Elektronische Anordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei mehrere elektronische Komponenten (5) auf der ersten Hauptfläche (3) des Substrats (2) angeordnet sind und der wärmeleitende Körper (11) in Kontakt mit mehreren elektronischen Komponenten (5) steht.Electronic arrangement (1) according to claim 1 or 2 , wherein a plurality of electronic components (5) are arranged on the first main surface (3) of the substrate (2) and the heat-conducting body (11) is in contact with a plurality of electronic components (5). Elektronische Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine elektrisch isolierende Folie (17) zwischen der ersten Hauptfläche (6) der mindestens einen elektronischen Komponente (5) und dem wärmeleitenden Körper (11) angeordnet ist.Electronic arrangement (1) according to one of the Claims 1 until 3 , wherein an electrically insulating film (17) is arranged between the first main surface (6) of the at least one electronic component (5) and the heat-conducting body (11). Elektronische Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der wärmeleitende Abstandshalter (20) aus Metall gebildet ist.Electronic arrangement (1) according to one of the Claims 1 until 4 , wherein the heat-conducting spacer (20) is made of metal. Elektronische Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der wärmeleitende Abstandshalter (20) eine Schraube (15) und eine Stange (12) mit einem oberen Ende (13) und einem unteren Ende (14) umfasst, wobei sich das untere Ende (14) in das Gehäuse (9) des Flüssigkeitskühlers (8) erstreckt und wobei die Stange (12) am oberen Ende (13) eine axiale Bohrung (26) aufweist, in die die Schraube (15) derart einschraubbar ist, dass sich die Schraube (15) durch eine Öffnung (18) im wärmeleitende Körper (11) in die Stange (12) erstreckt.Electronic arrangement (1) according to one of the Claims 1 until 5 , wherein the heat-conducting spacer (20) comprises a screw (15) and a rod (12) with an upper end (13) and a lower end (14), wherein the lower end (14) extends into the housing (9) of the liquid cooler (8) and wherein the rod (12) has an axial bore (26) at the upper end (13) into which the screw (15) can be screwed such that the screw (15) extends through an opening (18) in the heat-conducting body (11) into the rod (12). Elektronische Anordnung (1) nach Anspruch 6, wobei die Schraube (15) eine selbstschneidende Schraube ist.Electronic arrangement (1) according to claim 6 , wherein the screw (15) is a self-tapping screw. Elektronische Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein weiteres Substrat mit einer ersten Hauptfläche und einer zweiten Hauptfläche mit seiner ersten Hauptfläche auf der zweiten Hauptfläche (24) des Flüssigkeitskühlers (8) angeordnet ist und weitere elektronische Komponenten auf einer zweiten Hauptfläche des weiteren Substrats angeordnet sind.Electronic arrangement (1) according to one of the Claims 1 until 7 , wherein a further substrate having a first main surface and a second main surface is arranged with its first main surface on the second main surface (24) of the liquid cooler (8) and further electronic components are arranged on a second main surface of the further substrate. Elektronische Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die mindestens eine elektronische Komponente (5) als Leistungshalbleiterkomponente oder als elektromechanische Komponente konfiguriert ist.Electronic arrangement (1) according to one of the Claims 1 until 8 , wherein the at least one electronic component (5) is configured as a power semiconductor component or as an electromechanical component. Hochvoltbox für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, umfassend mindestens eine elektronische Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die mindestens eine elektronische Komponente (5) als Komponente eines DC/DC-Wandlers oder eines Bord-Ladegeräts ausgeführt ist.High-voltage box for an electrically powered vehicle, comprising at least one electronic arrangement (1) according to one of the Claims 1 until 9 , wherein the at least one electronic component (5) is designed as a component of a DC/DC converter or an on-board charger.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE60123179T2 (en) 2000-07-21 2007-09-06 Mitsubishi Materials Corp. Liquid cooled heat sink and related manufacturing process
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