DE10334354A1 - Flüssigkeitskühler für Leistungshalbleiter - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitskühler für Leistungshalbleiter (28), welche zwei einander gegenüberliegende Seitenflächen (29) aufweisen, die zumindest teilweise als Kathoden bzw. Anoden ausgebildet sind und/oder mit solchen elektrisch leitend verbunden sind. Der Flüssigkeitskühler soll mit einem geringen konstruktiven Aufwand dahingehend weitergebildet werden, dass der thermische Übergangswiderstand reduziert und der Wärmeübergang verbessert wird. Hierzu wird vorgeschlagen, dass zwei voneinander elektrisch isolierte Kontaktstücke (1, 2) vorgesehen sind, zwischen welchen das Leistungshalbleiter-Element (28) angeordnet ist, dass wenigstens eines der Kontaktstücke (1, 2) in einer dem Leistungshalbleiter-Element (28) zugewandten Innenfläche (20, 30) eine zum Leistungshalbleiter-Element (28) offene Nut (21, 22; 31, 32) enthält, welche mittels der zugeordneten Seitenfläche (29) des Leistungshalbleiter-Elements (28) geschlossen ist und somit einen Kühlkanal derart bildet, dass ein durch den Kühlkanal strömendes Kühlmedium unmittelbar an die genannte Seitenfläche (29) des Leistungshalbleiter-Elements (28) gelangt und dass im Bereich der Innenflächen (20, 30) Kontaktteile (23, 33) zur Kontaktierung des Leistungshalbleiter-Elements (28) angeordnet sind.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Flüssigkeitskühler für Leistungshalbleiter gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.
  • Leistungshalbleiter in Scheibenzellenbauform oder in Waferform sind üblicherweise in geeigneten Gehäusen angeordnet, welche Elemente wie Kontakte, elektrische Leitungen, zur anodenseitigen und kathodenseitigen Kontaktierung der Leistungshalbleiter enthalten. Zur Kühlung gelangen separate, mit den Leistungshalbleiter-Gehäusen verbundene Kühlgehäuse zum Einsatz, wobei deren Wände aneinander liegen und somit zwischen den genannten Gehäusen thermische Übergangswiderstände vorgegeben sind, welche bei der Dimensionierung im Hinblick auf die geforderte und/oder erreichbare Kühlleistung zu berücksichtigen sind. Veränderungen der aneinander liegenden Gehäusewände bzw. Gehäuseflächen können in nachteiliger Weise zu Änderungen der thermischen Übergangswiderstände und zu einer reduzierten Kühlleistung führen. Die bisherigen separaten Kühlgehäuse erfordern ferner einen zusätzlichen Fertigungsaufwand und ein nicht unerhebliches Bauvolumen.
  • Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Flüssigkeitskühler für Leistungshalbleiter mit geringem konstruktiven Aufwand dahingehend auszubilden, dass der thermische Übergangswiderstand reduziert und der Wärmeübergang verbessert wird. Der Flüssigkeitskühler für diskrete Leistungshalbleiter soll einen geringen Fertigungsaufwand erfordern und bei kompakter Bauweise eine optimierte Kühlung des oder der Leistungshalbleiter ermöglichen. Der Flüssigkeitskühler und die Kontaktierung des Leistungshalbleiters soll mit geringem Materialaufwand erreicht und/oder mit wenigen Bauteilen realisiert werden.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale.
  • Erfindungsgemäß ist ein direkter Flüssigkeitskühler für diskrete Leistungshalbleiter, insbesondere in Scheibenzellenbauform und in Waferform, geschaffen, wobei ein unmittelbarer Wärmeübergang zwischen dem diskreten Leistungshalbleiter und dem Kühlmedium vorgegeben ist. Der Leistungshalbleiter ist grundsätzlich als ein plattenförmiges Element ausgebildet und insbesondere als Scheibenzelle oder Wafer und wird nachfolgend als Leistungshalbleiter-Element bezeichnet, dessen Seitenflächen zumindest teilweise als Kathode bzw. Anode ausgebildet sind oder mit diesen elektrisch verbunden sind. Das Leistungshalbleiter-Element ist zwischen zwei Kontaktstücken angeordnet, und zwar einem anodenseitigen sowie einem kathodenseitigen Kontaktstück, zwischen welchen ferner, vorzugsweise im wesentlichen in der gleichen Ebene, in welcher der Leistungshalbleiter angeordnet ist, ein Isolierelement angeordnet ist, insbesondere in Form eines Zentrierringes, welches aus elektrisch nicht leitfähigem Material besteht. Das Isolierelement und/oder der Zentrierring umgibt das Leistungshalbleiter-Element und dient in bevorzugter Weise zu dessen Fixierung, wobei das genannte Element vorteilhaft in einer zentralen Ausnehmung des Zentrierelements bzw. Zentrierringes angeordnet ist. Wenigstens das eine Kontaktstück, bevorzugt beide Kontaktstücke, enthalten einen zum Element offenen Kühlkanal, welcher durch die dem Kontaktstück zugewandte Seitenfläche des Elements begrenzt und/oder geschlossen ist, so dass ein unmittelbarer Kontakt des durch den Kühlkanal strömenden Kühlmediums mit dem Element vorhanden ist. Das Kühlmedium wird somit unter Vermeidung metalli scher thermischer Übergangswiderstände näher bzw. unmittelbar an den Verlustleistungserzeuger, nämlich den diskreten Leistungshalbleiter gebracht, so dass eine sehr effiziente Kühlung und eine im Vergleich zu vorbekannten Bauformen erheblich erhöhte Stombelastbarkeit des Leistungshalbleiters erreicht wird. Die bisher infolge separater Gehäuse aufgrund der Gehäusewände und Zwischenflächen vorhandenen thermischen Übergangswiderstände entfallen. Da im Unterschied zu separaten Gehäusen keine Zwischenflächen vorhanden sind, ist insoweit eine Änderung des Wärmeübergangs, beispielsweise aufgrund von korrosiven Einflüssen und Veränderungen der aneinanderliegenden Zwischenflächen, nicht zu befürchten, so dass eine hohe Langzeitkonstanz des optimierten Wärmeübergangs gewährleistet ist.
  • Das anodenseitige Kontaktstück und ebenso das kathodenseitige Kontaktstück bestehen aus elektrisch leitfähigem Material, wobei die bevorzugt glatte Außenseite des jeweiligen Kontaktstücks zur äußeren Kontaktierung mittels entsprechender Kontaktelemente vorgesehen sind. Die dem Leistungshalbleiter-Element zugewandte Innenfläche des oder der Kontaktstücke ist mit dem Kühlkanal bzw. den Kühlkanälen durchzogen, wobei wenigstens ein dazwischenliegendes Kontaktteil vorgesehen ist, welches den inneren elektrischen Kontakt zwischen dem Kontaktstück und dem Leistungshalbleiter-Element gewährleistet. Das innere Kontaktteil besteht aus elektrisch leitfähigem Material und ist insbesondere das beim Einbringen des oder der Kühlmittelkanäle in das Kontaktstück stehengebliebene Teil, beispielsweise in Form von Rhomben, Quadraten, Rechtecken, Dreiecken, Oval, Zylinder, Mäander oder ein- und auswärtslaufende Spirale. Die innere Kontaktierung und die Verwirbelung des Kühlmediums kann ferner durch elektrisch leitfähige Füllstoffe, welche zwischen dem Kontaktstück und dem Leistungshalbleiter-Element angeordnet sind, erfolgen. Als derartige Füllstoffe seien hier insbesondere elektrisch leitfähige Metallwolle, Kugeln oder Bürsten genannt. Es versteht sich, dass das wenigstens eine Kontaktstück, zweckmäßig beide Kontaktstücke, die Anschlüsse für Leitungen oder dergleichen zur Zuführung und Abführung des Kühlmediums aufweisen.
  • Die beiden Kontaktstücke sind mittels geeigneter Verbindungselemente fest miteinander verbunden und bevorzugt miteinander verspannt, welche insbesondere als Spannschrauben, Gewindestangen oder dergleichen ausgebildet sind, wobei ferner Mittel zur elektrischen Isolierung der beiden Kontaktstücke vorgesehen sind. Im Rahmen der Erfindung kann der Flüssigkeitskühler in Sandwich-Bauweise ausgebildet sein, wobei zusätzlich zu den beiden erläuterten Kontaktstücken und dem Leistungshalbleiter- Element in analoger Weise wenigstens ein weiteres Kontaktstück sowie wenigstens ein weiteres Leistungshalbleiter-Element übereinander angeordnet sind. Zwischen jeweils zwei derart übereinander angeordneten Leistungshalbleiter-Elementen ist jeweils das weitere Kontaktstück vorgesehen, welches vorzugsweise auf seinen beiden, dem jeweiligen Leistungshalbleiter-Element zugewandten Seiten bzw. Innenflächen den oder die Kühlkanäle sowie die korrespondierenden Kontaktteile enthält, zwecks Kontaktierung mit der Kathode bzw. Anode der anliegenden Leistungshalbleiter-Elemente.
  • Weiterbildungen und besondere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen sowie der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels angegeben.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert, ohne dass insoweit eine Beschränkung erfolgt. Es zeigen:
  • 1 eine perspektivische Darstellung des Flüssigkeitskühlers mit integriertem Leistungshalbleiter-Element,
  • 2 Einzelteile des Flüssigkeitskühlers und das Leistungshalbleiter-Element,
  • 3 das kathodenseitiges Kontaktstück mit kathodenseitiger Kanalführung, kathodenseitiger Isolierung, Isolierrohren und Spannschrauben,
  • 4 das kathodenseitiges Kontaktstück gemäß 3 mit zusätzlich aufgesetztem Zentrierring,
  • 5 das kathodenseitiges Kontaktstück gemäß 4 mit zusätzlich aufgesetztem Leistungshalbleiter-Element in Form einer Scheibenzelle,
  • 6 das kathodenseitiges Kontaktstück gemäß 5 und zusätzlich das anodenseitige Kontaktstück,
  • 7 den Flüssigkeitskühler mit integriertem Leistungshalbleiter-Element gemäß 6, jedoch mit dem auf das kathodenseitige Kontaktstück aufgesetzten anodenseitigen Kontaktstück,
  • 8 den Flüssigkeitskühler gemäß 7 mit zusätzlich angeordneter anodenseitiger Isolierung.
  • 1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung den komplett montierten Flüssigkeitskühler mit einem ersten kathodenseitigen Kontaktstück 1 und einem zweiten anodenseitigen Kontaktstück 2, zwischen welchen ein Isolierelement 4, vorzugsweise in Form eines Zentrierringes, angeordnet ist. Das erste und das zweite Kontaktstück 1, 2 sind im wesentlichen plattenförmig ausgebildet und bestehen aus elektrisch leitfähigem Material, während das Isolierelement 4 aus elektrisch nicht leitfähigem Material besteht und bevorzugt gleichfalls als Platte ausgebildet ist. Das erste Kontaktstück 1 weist eine bevorzugt glatte Oberfläche 6 auf, über welche mit hier nicht weiter dargestellten Kontaktelementen, wie beispielsweise Bürsten, Federelementen oder dergleichen, der äußere anodenseitige Stromkontakt bewerkstelligt wird. Entsprechend ist die in der Zeichnung nicht sichtbare äußere Oberfläche des ersten kathodenseitigen Kontaktstücks 1 ausgebildet und analog mit Kontaktelementen für den äußeren kathodenseitigen Stromkontakt versehen. Die Kontaktstücke 1 und 2 weisen jeweils einen Anschluss 8, 10 für Leitungen eines Kühlmittelsystems auf. Die beiden Kontaktstücke 1, 2 sowie das dazwischen angeordnete plattenförmige Isolierelement 4 sind mittels Verbindungselementen 12 miteinander verbunden und gegeneinander verspannt. Wie ersichtlich, sind die Verbindungselemente 12 insbesondere als in den vier Eckbereichen der Kontaktstücke 1, 2 angeordnet Schraubbolzen und Muttern ausgebildet, wobei die Schraubbolzen korrespondierende Bohrungen in den Eckbereichen der Kontaktstücke 1, 2 und des Isolierelements 4 durchdringen. Die Verbindungselemente 12 sind bezüglich der Kontaktstücke 1, 2 elektrisch isoliert angeordnet und/oder ausgebildet. So sind die Schraubbolzen vorzugsweise jeweils von einer Isolierhülse 18 aus elektrisch nicht leitfähigem Material umgeben. Des Weiteren sind auf der äußeren Oberfläche 6 des anodenseitigen Kontaktstücks 2, insbesondere plattenförmige Isolierstreifen 14, 15 derart vorgesehen, dass die Muttern bezüglich der Oberfläche 6 des anodenseitigen Kontaktstücks 2 isoliert sind. Analog hierzu ist an der äußeren Oberfläche des ersten kathodenseitigen Kontaktstücks 1 eine kathodenseitige Isolierung vorgesehen.
  • Wie nachfolgend erläutert wird, ist zwischen den beiden Kontaktstücken 1, 2, insbesondere in der Ebene des Isolierelements bzw. Zentrierringes 4, das Leistungshalbleiter-Element angeordnet, wobei das Leistungshalbleiter-Element mit seinen beiden dem ersten Kontaktstück 1 bzw. dem zweiten Kontaktstück 2 zugewandten Oberflächen bzw. der Kathode und der Anode in direktem elektrischen Kontakt mit Teilen der zugewandten Innenflächen des ersten und zweiten Kontaktstücks 1, 2 steht. Erfindungsgemäß ist das Leistungshalbleiter-Element in dem Flüssigkeitskühler integriert. Betrachtet man die Kontaktstücke 1, 2 als Bestandteile des Gehäuses des Leistungshalbleiters, so ist umgekehrt erfindungsgemäß der Flüssigkeitskühler in das Gehäuse des Leistungshalbleiter-Elements integriert. Erfindungsgemäß ist mittels der Kontaktstücke 1, 2 ein gemeinsames Gehäuse einerseits für das Leistungshalbleiter-Element und andererseits für den Flüssigkeitskühler geschaffen.
  • 2 zeigt nebeneinander die Einzelteile des Flüssigkeitskühlers vor der Montage. Mit dem ersten kathodenseitigen Kontaktstück 1 sind bereits die Verbindungselemente bzw. deren Schraubbolzen oder Spannschrauben 16 verbunden, welche jeweils von einer Isolierhülse 18 umgeben sind. Die Isolierhülsen 18 sind als Rohre oder Schläuche ausgebildet und bestehen aus, hinsichtlich der an den Konstaktstücken 1, 2 anliegenden Spannung, durchschlagfestem Material. Alternativ können zur Isolierung der Kontaktstücke 1, 2 die Spannschrauben oder Gewindestangen 16 aus insbesondere faserverstärktem Kunststoff bestehen. Die in der Zeichnung erkennbare Innenfläche 20 des ersten Kontaktstücks 1 enthält einen teilweise offenen Kühlkanal 21, 22, welcher hier als eine in die Innenfläche 20 eingebrachte zum Leistungshalbleiter-Element offene, mäanderförmige bzw. ringförmige Nut ausgebildet ist. Die zwischen den offenen Nuten bzw. Kühlkanälen stehen gebliebenen Teile 23 des Kontaktstücks 1 sind die Kontaktteile für den Stromübergang auf das Leistungshalbleiter-Element. Die offene Nut bzw. Nuten stehen mit den Anschlüssen 8, 10 für die Zuführung und Ableitung des Kühlmediums in Verbindung. Das Isolierelement 4 ist im wesentlichen ringförmig ausgebildet und weist in seinen vier Eckbereichen jeweils eine Bohrung 24 derart auf, dass das Isolierelement 4 auf das erste Kontaktstück 1 aufgelegt werden kann, wobei die Verbindungselemente 12, insbesondere deren Isolierhülse 18, durch die genannten Bohrungen 24 hindurchgeführt sind. Das Isolierelement 4 enthält ferner eine zentrale Ausnehmung 26, welche auf die radialen Außenabmessungen des Leistungshalbleiter-Elements 28 abgestimmt ist.
  • Das Leistungshalbleiter-Element 28 ist als Scheibenzelle oder Wafer ausgebildet, wobei anstelle der hier kreisförmigen Außenkontur selbstverständlich auch eine andere vorgegeben sein kann und die zentrale Ausnehmung 26 des Isolierelements 4 korrespon dierend hierzu ausgebildet ist. Das Leistungshalbleiter-Element 28 ist im wesentlichen als eine Scheibe oder Platte ausgebildet und enthält zwei einander geenüberliegende Seitenflächen, welche zumindest teilweise als Kathoden bzw. Anoden ausgebildet sind und/oder mit der im Inneren des Leistungshalbleiter-Elements 28 angeordneten Kathode sowie Anode elektrisch leitend verbunden sind. Die anodenseitige Seitenfläche 29 ist in 2 sichtbar, während die kathodenseitige Seitenfläche hinter der Zeichenebene liegt. In vorteilhafter Weise ist das Isolierelement 4 als ein Zentrerring ausgebildet, in dessen zentrale Ausnehmung 26 das Leistungshalbleiter-Element 28 einsetzbar ist und insbesondere zentrierbar ist. Das über den Umfang in bevorzugter Weise geschlossene Isolierelement 4 bzw. der Zentrierring besteht aus elektrisch nicht leitfähigem Material und ist nach der Montage des Flüssigkeitskühlers zwischen den beiden Kontaktstücken 1, 2 eingespannt. Zusätzlich erfolgt mittels des Isolierelements und/oder Zentrierrings 4, welcher das Leistungshalbleiter-Element 28 bevorzugt vollständig über den Umfang des umgibt, erfindungsgemäß eine Abdichtung nach außen, wodurch zuverlässig ein Austritt des Kühlmediums unterbunden wird. Das Isolierelement bzw. der Zentrerring 4 besitzt somit eine Doppelfunktion, nämlich zum einen die elektrische Isolierung der beiden Kontaktstücke 1 und 2 sowie zum anderen die Abdichtung des oder der Kühlkanäle 21, 22 nach außen. Zusätzlich oder alternativ kann im Rahmen der Erfindung ein zusätzliches, ringförmiges Dichtelement zwischen dem ersten und zweiten Kontaktstück 1 und 2 vorgesehen sein, welches das Leistungshalbleiter-Element 28 und die diesem zugewandten innen liegenden Kühlkanäle radial außen umgibt.
  • Das zweite anodenseitige Kontaktstück weist in seiner Innenfläche 30 entsprechend des ersten Kontaktstücks 1 ebenfalls als offene Nuten ausgebildete Kühlkanäle 31, 32 auf. Erfindungsgemäß sind nach der Montage des Flüssigkeitskühlers die offenen Nuten 21, 22 des ersten Kontaktstücks 1 ebenso wie die offenen Nuten 31, 32 des zweiten Kontaktstücks 2 mittels der jeweiligen zugewandten Seitenflächen des plattenförmigen Leistungshalbleiter-Elements 28 geschlossen, wobei das durch die derart geschlossenen Kühlkanäle 21, 22 sowie 31, 32 strömende Kühlmedium direkt an die jeweiligen Seitenflächen des Leistungshalbleiter-Elements 28 gelangt, wodurch ein optimierter Wärmeübergang sichergestellt ist. Die zwischen den offenen Nuten 21, 22 bzw. 31, 32 des ersten Kontaktstücks 1 bzw. des zweiten Kontaktstücks 2 stehengebliebenen, vorhandenen Teile 23 bzw. 33 liegen unmittelbar an den zugewandten Seitenflächen des Leistungshalbleiter-Elements 28 an und gewährleisten den direkten inneren elektrischen Kontakt der beiden Kontaktstücke 1, 2 mit dem Leistungshalbleiter-Element 28. Auch das zweite Kontaktstück 2 enthält Anschlüsse 8, 10 für die Anschlußleitungen des Kühlsystems. Zur anodenseitigen Isolierung sind die Isolierstreifen 14, 15 vorgesehen, welche nach der Montage auf der Außenseite des zweiten Kontaktstücks 2 aufliegen und mittels Muttern 34 sowie Unterlegscheiben 36 über die Außengewinde der Spannschrauben 16 festgelegt sind. Analog erfolgt die kathodenseitige Isolierung an der Außenfläche des ersten Kontaktstücks 1.
  • Anhand der 3 bis 8 wird der Aufbau und die Montage des Flüssigkeitskühlers mit dem integrierten Leistungshalbleier-Element 28 weiter erläutert. Gemäß 3 enthält das erste Kontaktstück 1 in der Innenfläche 20 die als nach oben offene Nuten 21, 22 und die stehen gebliebenen Kontaktteile 23. Durch die Bohrungen 24 des ersten Kontaktstücks 1 sind die vier Spannschrauben 16 mit den dieselben umgebenden Isolierhülsen 18 hindurchgeführt. An der hinter der Zeichenebene liegenden äußeren Oberfläche des ersten Kontaktstücks 1 sind die Isolierstreifen angeordnet ebenso wie die auf die Außengewinde der dortigen Enden der Spannschrauben 16 geschraubten Muttern. Das erste Kontaktstück weist erfindungsgemäß einen bevorzugt zentralen Zentrierstift 38 auf, welcher um einen vorgegebenen Betrag über die Innenfläche 20 vorsteht. Das Leistungshalbleiter-Element 28 enthält eine korrespondierende Ausnehmung, in welche der Zentrierstift 38 eingreift. Wie bereits erläutert, stehen die Anschlüsse 8, 10 über im Inneren des ersten Kontaktstifts 1 angeordnete und hier nicht weiter dargestellte Bohrungen mit den Nuten 21, 22 derart in Verbindung, dass das Kühlmedium die Nuten bzw. Kühlkanäle 21, 22 durchströmen kann.
  • Gemäß 4 ist der Zentrierring 4 auf das erste Kontaktstück 1 aufgesetzt und gemäß 5 ist das Leistungshalbleiter-Element 28 in die zentrale Ausnehmung 26 des Zentrierringes 4 eingesetzt. Das Leistungshalbleiter-Element 28 enthält gemäß 5 eine zentrale Ausnehmung 40, in welche nach der weiteren Montage ein korrespondierender Zentrierstift des zweiten Kontaktstücks eingreift. Entsprechend enthält das Leistungshalbleiter-Element 28 in der hier nicht erkennbaren rückwärtigen Seitenfläche gleichfalls die bereits erwähnte Ausnehmung für den in 4 dargestellten Zentrierstift 38 des ersten Kontaktstücks 1.
  • 6 zeigt zusätzlich zu dem anhand 5 erläuterten Montagezustand neben dem ersten Kontaktstück 1 das zweite Kontaktstück 2 mit den offenen Nuten 31, 32 und den stehen gebliebenen Kontaktteilen 33 im Bereich der Innenfläche 30. Zur weiteren Montage wird das Kontaktstück 2 um 180° gedreht und auf das erste Kontaktstück 1 aufgesetzt, wobei die Innenfläche 30 dem Leistungshalbleiter-Element 28 zugewandt ist und wobei der zentrale Zentrierstift 42 des zweiten Kontaktstücks 2 in die zentrale Ausnehmung 40 des Leistungshalbleiter-Elements 28 eingreift. Es sei ausdrücklich festgehalten, dass die axialen Längen der beiden Zentrierstifte 38, 42 derart vorgegeben sind, dass deren einander zugewandten Enden einen hinreichend großen Abstand zur Vermeidung von Spannungsüberschlägen aufweisen. Vorteilhaft ist zwischen den genannten Enden eine Isolierung vorgesehen.
  • 7 zeigt den Flüssigkeitskühler nach dem Aufsetzen des zweiten, anodenseitigen Kontaktstücks 2 auf das erste Kontaktstück 1 und das Leistungshalbleiter-Element. Es ist von besonderer Bedeutung, dass die Isolierhülsen 18 über die äußere Oberfläche 6 des zweiten Kontaktstücks 2 mit einem vorgegebenen Betrag überstehen, und zwar in der Größenordnung von einigen Millimetern und/oder der Dicke der nachfolgend an der äußeren Oberfläche 6 zwecks Isolierung anzuordnenden Isolierstreifen. Die Isolierhülsen ragen somit in die zugeordneten Bohrungen der Isolierstreifen hinein, wobei aufgrund des genannten Überstandes eine Fixierung der Isolierstreifen oder Isolierstoffplatten gewährleistet ist. Entsprechend ragen die Isolierhülsen 18 über die äußere Oberfläche des kathodenseitigen ersten Kontaktstücks 1 hinaus, wobei analog die dort vorhandenen Isolierstreifen oder Isolierplatten fixiert werden und im Bereich der Spannschrauben bzw. Gewindestangen ein Spannungsüberschlag zuverlässig unterbunden wird. Nach dem Aufsetzen der Isolierstreifen 14, 15 gemäß 8 auf die äußere Oberfläche 6 des zweiten Kontaktstücks 2 erfolgt in einem letzten Montageschritt das Aufsetzen der in 2 dargestellten Unterlegscheiben und das Aufschrauben der Gewindemuttern auf die Außengewinde der Spannschrauben 16. Das Festziehen der Gewindemuttern 34 erfolgt mit einem vorgegebenen Drehmoment, um eine definierte Verspannung der beiden Kontaktstücke 1, 2 und des zwischen diesen angeordneten Leistungshalbleiter-Elements zu gewährleisten. Die Vorspannung wird insbesondere unter Berücksichtigung der im Betrieb der Leistungshalbleiter-Elemente sich ergebenden Temperaturänderungen vorgegeben, damit auch in extremen Betriebszuständen eine feste Verspannung der beiden Kontaktstücke 1, 2 und ferner eine funktionssichere kathodenseitige und anodenseitige Kontaktierung des Leistungshalbleiter-Elements 28 mit den zugeordneten inneren Kontakteilen der beiden Kontaktstücke 1, 2 und schließlich auch eine funktionssichere Abdichtung der Kühlkanäle gewährleistet ist.
  • 1
    erstes, kathodenseitiges Kontaktstück
    2
    zweites, anodenseitiges Kontaktstück
    4
    Isolierelement/Zentrierring
    6
    äußere Oberfläche von 2
    8, 10
    Anschluss
    12
    Verbindungselement
    14, 15
    Isolierstreifen/Isolierplatte
    16
    Spannschraube/Gewindestange
    18
    Isolierhülse
    20
    Innenfläche von 1
    21, 22
    offene Nut/Kühlkanal in 20
    23
    stehen gebliebener Teil von 1
    24
    Bohrung in 4
    26
    zentrale Ausnehmung in 4
    28
    Leistungshalbleiter-Element
    29
    anodenseitige Seitenfläche von 28
    30
    Innenfläche von 2
    31, 32
    offene Nut/Kühlkanal in 30
    33
    stehen gebliebener Teil von 1
    34
    Mutter
    36
    Unterlegscheibe
    38
    Zentrierstift von 1
    40
    zentrale Ausnehmung in 28
    42
    Zentrierstift von 2

Claims (9)

  1. Flüssigkeitskühler für Leistungshalbleiter (28), welche zwei einander gegenüberliegende Seitenflächen (29) aufweisen, die zumindest teilweise als Kathoden bzw. Anoden ausgebildet sind und/oder mit solchen elektrisch leitend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwei voneinander elektrisch isolierte Kontaktstücke (1, 2) vorgesehen sind, zwischen welchen das Leistungshalbleiter-Element (28) angeordnet ist, dass wenigstens eines der Kontaktstücke (1, 2) in einer dem Leistungshalbleiter-Element (28) zugewandten Innenfläche (20, 30) eine zum Leistungshalbleiter-Element (28) offene Nut (21, 22; 31, 32) enthält, welche mittels der zugeordneten Seitenfläche (29) des Leistungshalbleiter-Elements (28) geschlossen ist und somit einen Kühlkanal derart bildet, dass ein durch den Kühlkanal strömendes Kühlmedium unmittelbar an die genannte Seitenfläche (29) des Leistungshalbleiter-Elements (28) gelangt, und dass im Bereich der Innenflächen (20, 30) Kontaktteile (23, 33) zur Kontaktierung des Leistungshalbleiter-Elements (28) angeordnet sind.
  2. Flüssigkeitskühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Kontaktstücken (1, 2) ein Isolierelement (4) angeordnet ist und/oder dass das Isolierelement (4) eine zentrale Ausnehmung (26) enthält, innerhalb welcher das Leistungshalbleiter-Element (28) angeordnet ist, und/oder dass das Isolierelement (4) als ein das Leistungshalbleiter-Element (28) umgebender Rind oder Zentrierring ausgebildet ist.
  3. Flüssigkeitskühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kontaktstücke (1, 2) und bevorzugt das zwischen diesen angeordnete Isolierelement (4) mittels Verbindungselementen (12) miteinander verbunden und bevorzugt mit vorgegebener Vorspannung verspannt sind.
  4. Flüssigkeitskühler nach einer der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (12) als Spannschrauben oder Gewindestangen (16) ausgebildet sind und/oder dass die Verbindungselemente (12) durch bevorzugt in den Eckbereichen der beiden Kontaktstücke (1, 2) angeordneten Bohrungen (24) derselben durchgeführt sind und/oder dass mittels den Verbindungselementen (12) zugeordneten und insbesondere die Spannschrauben oder Gewindestangen (16) umgebenden Isolierhülsen (18) die elektrische Isolierung der beiden Kontaktstücke (1, 2) vorgegeben ist.
  5. Flüssigkeitskühler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktteile (23, 33) durch die beim Einbringen der Nuten (21, 22; 31, 32) stehen gebliebenen Teile des oder der Kontaktstücke (1, 2) ausgebildet sind.
  6. Flüssigkeitskühler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktteile (23, 33) als elektrisch leitfähige Füllstoffe zwischen dem wenigstens einen Kontaktstück (1, 2) und der zugeordneten Seitenfläche (29) des Leistungshalbleiter-Elements (28) ausgebildet sind und insbesondere als elektrisch leitfähige Metallwolle, Kugeln oder Bürsten ausgebildet sind.
  7. Flüssigkeitskühler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktstück (1, 2) zwei Anschlüsse (8, 10) zur Zuführung und Ableitung des Kühlmediums enthält, wobei die Anschlüsse (8, 10) mit den genannten Nuten (21, 22; 31, 32) bzw. Kühlkanälen, insbesondere über im Inneren des Kontaktstücks (1, 2) angeordnete Bohrungen, in Verbindung stehen.
  8. Flüssigkeitskühler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktstück (1, 2) einen Zentrierstift (38, 42) enthält, welcher in eine zentrale Ausnehmung (40) des Leistungshalbleiter-Elements (28) eingreift.
  9. Flüssigkeitskühler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Oberflächen (6) der beiden Kontaktstücke (1, 2) zumindest teilweise zur äußeren Kontaktierung des Leistungshalbleiter-Elements (28) ausgebildet sind und/oder im wesentlichen glatt ausgebildet sind.
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DE (1) DE10334354B4 (de)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007001233A1 (de) 2007-01-08 2008-07-10 Robert Bosch Gmbh Windungselement für eine Spulenwicklung und Transformatoranordnung
DE102007001234A1 (de) 2007-01-08 2008-07-10 Robert Bosch Gmbh Halbleiterbaugruppe zum Anschluss an eine Transformatorwicklung und Transformatoranordnung
WO2008132056A1 (de) * 2007-04-26 2008-11-06 Ceramtec Ag Kühldose für bauelemente oder schaltungen
DE102009060892A1 (de) 2009-12-30 2011-07-21 Robert Bosch GmbH, 70469 Halbleiterbaugruppe für die Gleichrichtereinheit eines MF-Schweißtransformators
CN102736429A (zh) * 2011-04-07 2012-10-17 上海微电子装备有限公司 硅片温度稳定装置
US20150201749A1 (en) * 2014-01-16 2015-07-23 Bi-Polar Holding Company LLC Heating and cooling system for a food storage cabinet
US20170105320A1 (en) * 2015-10-08 2017-04-13 Hyundai Mobis Co., Ltd. Apparatus with direct cooling pathway for cooling both sides of power semiconductor

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2758166A1 (de) * 1977-02-18 1978-08-24 Ckd Praha Leistungshalbleiterbauelement
US4268850A (en) * 1979-05-11 1981-05-19 Electric Power Research Institute Forced vaporization heat sink for semiconductor devices
DE2402606C2 (de) * 1974-01-21 1982-08-19 Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim Flüssigkeitskühleinrichtung für scheibenförmige Halbleiterelemente
JPH0582687A (ja) * 1991-09-20 1993-04-02 Nikki Denso Kk 発熱素子の冷却装置
DE4208891A1 (de) * 1992-03-19 1993-09-23 Abb Patent Gmbh Fluessigkeitsgekuehltes leistungshalbleiterbauelement mit ringfoermigem isoliergehaeuse
JPH06224338A (ja) * 1993-01-22 1994-08-12 Hitachi Ltd 電子装置
DE3910470C2 (de) * 1988-03-31 1995-03-09 Toshiba Kawasaki Kk Leistungshalbleiter-Schaltervorrichtung mit in den beteiligten Chips verringerter Wärmebelastung, insb. Wärmespannung
JP2000082769A (ja) * 1998-09-04 2000-03-21 Mitsubishi Electric Corp ヒートシンク
JP2000243886A (ja) * 1999-02-22 2000-09-08 Toshiba Corp 電力用半導体素子の冷却体

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5082687B2 (ja) 2007-08-30 2012-11-28 オムロン株式会社 トランスファーモールド型パワーモジュール

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2402606C2 (de) * 1974-01-21 1982-08-19 Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim Flüssigkeitskühleinrichtung für scheibenförmige Halbleiterelemente
DE2758166A1 (de) * 1977-02-18 1978-08-24 Ckd Praha Leistungshalbleiterbauelement
US4268850A (en) * 1979-05-11 1981-05-19 Electric Power Research Institute Forced vaporization heat sink for semiconductor devices
DE3910470C2 (de) * 1988-03-31 1995-03-09 Toshiba Kawasaki Kk Leistungshalbleiter-Schaltervorrichtung mit in den beteiligten Chips verringerter Wärmebelastung, insb. Wärmespannung
JPH0582687A (ja) * 1991-09-20 1993-04-02 Nikki Denso Kk 発熱素子の冷却装置
DE4208891A1 (de) * 1992-03-19 1993-09-23 Abb Patent Gmbh Fluessigkeitsgekuehltes leistungshalbleiterbauelement mit ringfoermigem isoliergehaeuse
JPH06224338A (ja) * 1993-01-22 1994-08-12 Hitachi Ltd 電子装置
JP2000082769A (ja) * 1998-09-04 2000-03-21 Mitsubishi Electric Corp ヒートシンク
JP2000243886A (ja) * 1999-02-22 2000-09-08 Toshiba Corp 電力用半導体素子の冷却体

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101622681B (zh) * 2007-01-08 2012-06-13 罗伯特.博世有限公司 用于连接到变压器绕组上的半导体组件和变压器装置
DE102007001234A1 (de) 2007-01-08 2008-07-10 Robert Bosch Gmbh Halbleiterbaugruppe zum Anschluss an eine Transformatorwicklung und Transformatoranordnung
WO2008083838A1 (de) * 2007-01-08 2008-07-17 Robert Bosch Gmbh Halbleiterbaugruppe zum anschluss an eine transformatorwicklung und transformatoranordnung
WO2008083839A1 (de) * 2007-01-08 2008-07-17 Robert Bosch Gmbh Windungselement für eine spulenwicklung und transformatoranordnung
DE102007001233A1 (de) 2007-01-08 2008-07-10 Robert Bosch Gmbh Windungselement für eine Spulenwicklung und Transformatoranordnung
US7978040B2 (en) 2007-01-08 2011-07-12 Robert Bosch Gmbh Winding element for a coil winding and transformer arrangement
US7978039B2 (en) 2007-01-08 2011-07-12 Robert Bosch Gmbh Semiconductor module for connecting to a transformer winding, and transformer arrangement
WO2008132056A1 (de) * 2007-04-26 2008-11-06 Ceramtec Ag Kühldose für bauelemente oder schaltungen
AU2008244383B2 (en) * 2007-04-26 2013-05-30 Ceramtec Gmbh Cooling box for components or circuits
US8630092B2 (en) 2007-04-26 2014-01-14 Ceramtec Gmbh Cooling box for components or circuits
DE102009060892A1 (de) 2009-12-30 2011-07-21 Robert Bosch GmbH, 70469 Halbleiterbaugruppe für die Gleichrichtereinheit eines MF-Schweißtransformators
CN102736429A (zh) * 2011-04-07 2012-10-17 上海微电子装备有限公司 硅片温度稳定装置
CN102736429B (zh) * 2011-04-07 2015-06-17 上海微电子装备有限公司 硅片温度稳定装置
US20150201749A1 (en) * 2014-01-16 2015-07-23 Bi-Polar Holding Company LLC Heating and cooling system for a food storage cabinet
US10405650B2 (en) * 2014-01-16 2019-09-10 Bi-Polar Holdings Company, LLC Heating and cooling system for a food storage cabinet
US20170105320A1 (en) * 2015-10-08 2017-04-13 Hyundai Mobis Co., Ltd. Apparatus with direct cooling pathway for cooling both sides of power semiconductor
US9907216B2 (en) * 2015-10-08 2018-02-27 Hyundai Mobis Co., Ltd. Apparatus with direct cooling pathway for cooling both sides of power semiconductor

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