DE4322665A1 - Cooling appts. for power semiconductor device e.g. in motor vehicle - has coolant passage contg. cooling plates which are alternately stacked with semiconductor elements and form coolant circuit - Google Patents

Cooling appts. for power semiconductor device e.g. in motor vehicle - has coolant passage contg. cooling plates which are alternately stacked with semiconductor elements and form coolant circuit

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Abstract

The cooling device includes coolant passages in which cooling plates (3) are formed, with the plates alternating with individual semiconductor elements (2) to form a stack. The plates form a cooling circuit and are parallel-connected to distribution pipes (12,13) via insulating pipes (14). An electrically insulating, liq. coolant, for convection of heat generated by the semiconductor elements, is force-circulated through a coolant circuit, contg. an external radiator. Fluorocarbons may be used as the liq. coolant. The coolant passages in the plates may contain distributors on the inlet and outlet sides. USE/ADVANTAGE - For vehicle thyristor and diode modules. Compact, lightweight design for high cooling performance.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für eine Halbleiterleistungsvorrichtung, wie sie in Thyristor- und Diodenmodulen verwendet werden, die zur Leistungsumwand­ lung benutzt werden und z. B. auf Fahrzeugen montiert sind.The present invention relates to a cooling device for a semiconductor power device as used in thyristor and diode modules are used for power conversion lung are used and z. B. are mounted on vehicles.

Halbleiterleistungsvorrichtungen der in Frage stehenden Art umfassen eine Stapelanordnung aus flachen Halbleiterelemen­ ten, z. B. Thyristoren, die abwechselnd mit Wärmesenken ge­ schichtet sind.Semiconductor power devices of the type in question comprise a stacked arrangement of flat semiconductor elements ten, e.g. B. thyristors that alternate with heat sinks ge are stratified.

Kühlsysteme, die dazu dienen, die bei Anschaltung der Halb­ leiterelemente entstehende Wärme zu entfernen, schließen her­ kömmliche Luft-, Wasser- und Verdampfungs-Kühlsysteme ein, von denen in letzter Zeit verstärkt die letzteren wegen ihrer Kühlleistung und des geringen Wartungsbedarfs eingesetzt wur­ den. Bei bekannten Verdampfungskühlsystemen wird eine Sta­ pelanordnung aus Halbleiterelementen in einem abgedichteten Druckbehälter in ein flüssiges Kühlmittel, etwa Fluorkohlen­ stoff, eingetaucht, und die in den Halbleiterelementen ent­ wickelte Wärme wird von dem System durch die Verdampfungs- und Kondensierungszyklen des Kühlmittels abgeführt.Cooling systems that serve when switching on the half to remove conductor elements from the heat conventional air, water and evaporation cooling systems the latter lately reinforced the latter because of their Cooling capacity and the low maintenance requirement was used the. In known evaporative cooling systems, a Sta pel arrangement of semiconductor elements in a sealed Pressure container in a liquid coolant, such as fluorocarbon fabric, immersed, and ent in the semiconductor elements wrapped heat is evaporated by the system through the and condensation cycles of the coolant are removed.

Eine Kühlvorrichtung für eine in einem Fahrzeug montierte Halbleiterleistungsvorrichtung muß klein und leicht sein und eine hohe Kühlleistung aufweisen. Unter diesen Voraussetzun­ gen können die bekannten Verdampfungskühlsysteme im allgemei­ nen nicht benutzt werden, da sie gewöhnlich groß und schwer sind, weil die Stapelanordnung aus Halbleiterelementen in einem abgedichteten Druckbehälter untergebracht sein muß, damit sie in das flüssige Kühlmittel eingetaucht werden kann. Darüber hinaus sind diese Systeme wegen der strengen Vor­ schriften bezüglich der mechanischen Festigkeit und der Abdichtung des Druckbehälters zur Gewährleistung der Sicher­ heit teuer.A cooling device for one mounted in a vehicle Semiconductor power device must be small and light in weight have a high cooling capacity. Under these conditions gene the known evaporative cooling systems in general not used as they are usually large and heavy are because the stack of semiconductor elements in must be housed in a sealed pressure vessel, so that it can be immersed in the liquid coolant. In addition, these systems are because of the strict requirements writings on mechanical strength and  Sealing the pressure vessel to ensure safety expensive.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, unter Ver­ meidung der dem Stand der Technik anhaftenden Probleme, eine kleine und leichte Kühlvorrichtung für eine Halbleiterlei­ stungsvorrichtung zu schaffen, die eine hohe Kühlleistung aufweist.The object of the present invention is therefore under Ver avoiding the problems inherent in the prior art, a small and light cooling device for a semiconductor line device to create a high cooling capacity having.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kühlvorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.This object is achieved by a cooling device solved according to claim 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous developments of the invention are in the Subclaims marked.

Bei dieser Lösung wird die von den Halbleiterleistungselemen­ ten erzeugte Wärme von den Elektrodenflächen der Elemente auf die Kühlplatten und von dort auf das durch die Kühlplatten strömende flüssige Kühlmittel übertragen, um dann mittels eines Radiators von dem System abgeführt zu werden. Dadurch, daß das Kühlmittel durch die einzelnen Kühlplatten strömt, die abwechselnd in der Stapelanordnung enthalten sind, können die einzelnen Halbleiterelemente gleichförmig gekühlt werden. Wird ein Fluorkohlenstoff, der eine hohe elektrische Isolier­ fähigkeit aufweist, als Kühlmittel verwendet und werden iso­ lierende Rohre parallel zwischen den einzelnen Kühlplatten und einem Verteiler bzw. einem Sammler angeordnet, dann ver­ meidet man die Risiken, daß die Halbleiterelemente über das Rohrleitungssystem und das flüssige Kühlmittel elektrisch kurzgeschlossen oder geerdet werden.In this solution, that of the semiconductor power elements generated heat from the electrode surfaces of the elements the cooling plates and from there to that through the cooling plates flowing liquid coolant transferred to then by means of of a radiator to be discharged from the system. Thereby, that the coolant flows through the individual cooling plates, which are alternately contained in the stacking arrangement can the individual semiconductor elements are cooled uniformly. Becomes a fluorocarbon that has high electrical insulation has ability to be used as a coolant and iso lining pipes in parallel between the individual cooling plates and a distributor or a collector arranged, then ver one avoids the risks that the semiconductor elements over the Piping system and the liquid coolant electrical be short-circuited or grounded.

Bei Ausbildung der Kühlmittelwege innerhalb der Kühlplatten gemäß den Ansprüchen 3 bis 6 wird der Gesamtwärmeübertra­ gungskoeffizient oder, anders ausgedrückt, das Ausmaß der Wärmeableitung von den Halbleiterelementen zu dem Kühlmittel in den Kühlplatten weiter erhöht. Bei der Weiterbildung gemäß Anspruch 3 wird insbesondere eine turbulente Strömung des flüssigen Kühlmittels zusätzlich zur Vergrößerung der Wärme­ tauscheroberfläche der Kühlmittelwege erreicht, was zu einem guten Wärmeübergang führt. Bei der Weiterbildung gemäß Anspruch 5 wird, weil das flüssige Kühlmittel durch die Düsen in den Trennwänden auf die Wärmeempfangsflächen der Kühlplat­ ten, die die Halbleiterelemente kontaktieren, gesprüht wird, der Wärmeableiteffekt deutlich verbessert.When the coolant paths are formed within the cooling plates according to claims 3 to 6, the total heat is transferred coefficient or, in other words, the extent of Heat dissipation from the semiconductor elements to the coolant further increased in the cooling plates. In the training according to Claim 3 is particularly a turbulent flow of  liquid coolant in addition to increasing heat Exchanger surface of the coolant paths reached, resulting in a leads to good heat transfer. In the training according to Claim 5 is because the liquid coolant through the nozzles in the partitions on the heat receiving surfaces of the cooling plate that contact the semiconductor elements is sprayed, the heat dissipation effect significantly improved.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Exemplary embodiments of the invention are described below the drawings explained in more detail. Show it:

Fig. 1 schematisch den Gesamtaufbau einer Kühlvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 1 shows schematically the overall structure of a cooling device according to an embodiment of the invention,

Fig. 2(a) eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer Kühlplatte im Schnitt, Fig. 2 (a) is a side view of an embodiment of a cooling plate in section,

Fig. 2(b) eine Querschnittsansicht dieser Kühlplatte, Fig. 2 (b) is a cross sectional view of this cooling plate,

Fig. 3 eine Ansicht ähnlich Fig. 2(a) einer anderen Ausführungsform der Kühlplatte, Fig. 3 is a view similar to FIG. 2 (a) another embodiment of the cooling plate,

Fig. 4(a) eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform einer Kühlplatte im Schnitt und Fig. 4 (a) is a side view of another embodiment of a cooling plate in section and

Fig. 4(b) eine Querschnittsansicht der Kühlplatte von Fig. 4(a). Fig. 4 (b) is a cross-sectional view of the cooling plate of Fig. 4 (a).

Fig. 1 zeigt eine Stapelanordnung 1 aus Halbleiterelementen, bei der flache Halbleiterleistungselemente (Thyristoren) 2 und metallische Kühlplatten 3 mit hoher Wärmeleitfähigkeit abwechselnd zu einem Stapel geschichtet sind. An beiden Sei­ ten dieses Stapels befinden sich je eine Isolierplatte 4 und eine Endplatte 6. Im dargestellten Beispiel ist auf der rech­ ten Seite eine Druckfeder 5 zwischen der Endplatte 6 und dem Stapel vorgesehen. Der Stapel wird mit Hilfe von Stangen 7 zusammengehalten und bildet ein Teil. Mit 8 sind in Fig. 1 Leitungsdurchführungs-Anschlußplatten bezeichnet. Die Sta­ pelanordnung 1 befindet sich in einem Gehäuse 9. Mit den An­ schlußplatten 8 verbundene Leitungsdrähte 11 sind mittels Leitungsdurchführungen 10 zur Außenseite des Gehäuses ge­ führt. Das Gehäuse 9 kann ein einfaches Schutzgehäuse sein und braucht nicht die Funktion eines Druckbehälters zu erfül­ len. Fig. 1 shows a stacked arrangement of semiconductor elements 1 in the flat semiconductor power elements (thyristors) 2 and metallic cooling plates 3 laminated alternately with high thermal conductivity to form a stack. On both sides of this stack there is an insulating plate 4 and an end plate 6 . In the example shown, a compression spring 5 is provided between the end plate 6 and the stack on the right side. The stack is held together using rods 7 and forms a part. With 8 are shown in Fig. 1 lead-through connection plates. The stack arrangement 1 is located in a housing 9 . With the connection plates 8 connected to lead wires 11 are ge leads 10 through leads to the outside of the housing. The housing 9 can be a simple protective housing and does not need to perform the function of a pressure vessel.

Die Kühlplatten 3 enthalten Kühlmittelwege, die später noch im einzelnen beschrieben werden. Die einzelnen Kühlplatten 3 sind über Verteilungsrohre 14, die aus einem isolierenden Ma­ terial bestehen, mit einem Einlaßverteilerrohr 12 bzw. einem Auslaßsammlerrohr 13 verbunden. Ein mit dem Verteilerrohr 12 und dem Sammlerrohr 13 verbundenes Rohrleitungssystem 19 führt durch einen Kühlmitteltank 16, der ein flüssiges Kühl­ mittel 15 (Fluorkohlenstoff) enthält, eine Umwälzpumpe 17 und einen Luftkühlradiator 18, wodurch ein Zirkulationskreis ge­ bildet wird. Mit 20 ist ein Kühlgebläse für den Radiator 18 bezeichnet.The cooling plates 3 contain coolant paths, which will be described later in detail. The individual cooling plates 3 are connected via distribution pipes 14 , which consist of an insulating Ma material, with an inlet manifold 12 and an outlet header tube 13 . A connected to the manifold 12 and the header pipe 13 piping system 19 leads through a coolant tank 16 , which contains a liquid cooling medium 15 (fluorocarbon), a circulation pump 17 and an air cooling radiator 18 , whereby a circulation circuit is formed. With 20 a cooling fan for the radiator 18 is designated.

Bei diesem Aufbau zirkuliert das flüssige Kühlmittel 15 auf­ grund der Wirkung der Umwälzpumpe durch das Innere des Sy­ stems, wenn die Halbleitervorrichtung betrieben wird, wobei das flüssige Kühlmittel mit Hilfe des Verteilerrohrs 12 und des Sammlerrohrs 13 verzweigt wird und durch die einzelnen in der Stapelanordnung 1 enthaltenen Kühlplatten 3 fließt. Auf diese Weise wird in den Halbleiterleistungselementen 2 er­ zeugte Wärme auf die neben den Elementen angeordneten Kühl­ platten 3 und dann auf das flüssige Kühlmittel 15 übertragen, das durch die Kühlplatten strömt, um schließlich abgeführt zu werden. Das dadurch in der Temperatur erhöhte flüssige Kühl­ mittel 15, das durch das System zirkuliert, entläßt seine Wärme mittels des Radiators 18 in die Atmosphäre und kehrt dann mit verminderter Temperatur zu den Kühlplatten 3 zurück. With this structure, the liquid coolant 15 circulates through the inside of the system due to the action of the circulating pump when the semiconductor device is operated, and the liquid coolant is branched by the manifold 12 and the header pipe 13 and by the individual in the stack assembly 1 contained cooling plates 3 flows. In this way, in the semiconductor power elements 2, he generates heat to the cooling plates 3 arranged next to the elements and then to the liquid coolant 15 which flows through the cooling plates to be finally dissipated. The resulting increased in temperature liquid cooling medium 15 , which circulates through the system, releases its heat by means of the radiator 18 into the atmosphere and then returns to the cooling plates 3 at a reduced temperature.

Als nächstes sollen unter Bezug auf die Fig. 2, 3 und 4 spezielle Ausführungsformen der konkreten Ausgestaltung der Kühlmittelwege in den Kühlplatten 3 beschrieben werden.Next, specific embodiments of the specific design of the coolant paths in the cooling plates 3 will be described with reference to FIGS. 2, 3 and 4.

Es wird zuerst auf die Fig. 2 (a) und (b) Bezug genommen, die einen Verteiler 3a an der Einlaßseite und einen Sammler 3b an der Auslaßseite des flüssigen Kühlmittels zeigen, welche durch tunnelartige Kanäle 3c (mit kreisförmigem oder quadra­ tischem Querschnitt) verbunden sind. Das in den Verteiler 3a auf der Einlaßseite eingeführte flüssige Kühlmittel wird parallel zu den Kanälen 3c verzweigt, strömt im Sammler 3b an der Auslaßseite wieder zusammen und wird dann ausgegeben.Reference is first made to FIGS. 2 (a) and (b), which show a distributor 3 a on the inlet side and a collector 3 b on the outlet side of the liquid coolant, which through tunnel-like channels 3 c (with circular or quadra cross-section) are connected. The liquid coolant introduced into the distributor 3 a on the inlet side is branched parallel to the channels 3 c, flows together in the collector 3 b on the outlet side and is then dispensed.

Fig. 3 zeigt eine verbesserte Variante des Aufbaus der Fig. 2 (a) und (b), bei der die zwischen Verteiler 3a und Sammler 3b gebohrten Kanäle 3d beispielsweise wie ein Gewindeloch unre­ gelmäßig ausgebildet sind. Bei diesen unregelmäßigen Kanälen 3d ist die Wärmetauscheroberfläche, die mit dem flüssigen Kühlmittel in Kontakt steht, vergrößert, und es wird eine turbulente Strömung des flüssigen Kühlmittels verursacht, wo­ durch der Wärmeübergang weiter beschleunigt wird. Fig. 3 shows an improved variant of the structure of Fig. 2 (a) and (b), in which the bored between distributor 3 a and collector 3 b channels 3 d are irregularly formed, for example, like a threaded hole. In these irregular channels 3 d, the heat exchanger surface, which is in contact with the liquid coolant, is enlarged, and a turbulent flow of the liquid coolant is caused, where the heat transfer accelerates further.

Die Fig. 4(a) und (b) zeigen noch ein anderes Ausführungsbei­ spiel, das sich von jenen der Fig. 2(a), (b) und 3 unter­ scheidet. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind Sammler bzw. Verteiler 3f und 3g mit einem dualen Aufbau innerhalb der Kühlplatte 3 in deren Dickenrichtung ausgebildet und durch eine Trennwand 3e voneinander getrennt. Wie aus den Figuren ersichtlich, ist eine Verteilerkammer 3f beidseitig in Dic­ kenrichtung der Kühlplatte je von einer Sammlerkammer 3g ein­ geschlossen. In der dazwischenliegenden, im dargestellten Ausführungsbeispiel U-förmigen Trennwand 3e sind einzelne Kühlmitteleinspritzdüsenlöcher 3h ausgebildet, die sich von der Verteilerkammer 3f zur jeweils angrenzenden Sammlerkammer 3g öffnen. Das Kühlmittel tritt dabei im wesentlichen senk­ recht zur Axialrichtung der Stapelanordnung in die Verteiler­ kammer 3f ein und von dort durch die Löcher 3h in den beiden entgegengesetzten Axialrichtungen in die jeweils angrenzende Sammlerkammer 3g, die sich unterhalb der Trennwand 3e verei­ nigen. In der Verteilerkammer 3f und den Sammlerkammern 3g sind Versteifungsrippen 3i ausgebildet, die zusätzlich als Wärmeübertragungsrippen dienen. Sie sind so angeordnet, daß sie die Trennwand 3e zwischen sich einschließen. Die Düsenlö­ cher 3h sind mehr um die Mitte der Kühlplatte 3 konzentriert. FIGS. 4 (a) and (b) show still another Ausführungsbei game that is different from those of Fig. 2 (a), (b) and 3 differs. In this exemplary embodiment, collectors or distributors 3 f and 3 g are designed with a dual structure within the cooling plate 3 in their thickness direction and separated from one another by a partition 3 e. As can be seen from the figures, a distribution chamber 3 f is closed on both sides in the thickness direction of the cooling plate by a collector chamber 3 g. In the intermediate, in the exemplary embodiment shown U-shaped partition 3 e, individual coolant injection nozzle holes 3 h are formed, which open from the distributor chamber 3 f to the respectively adjacent collector chamber 3 g. The coolant occurs essentially perpendicular to the axial direction of the stacking arrangement in the distributor chamber 3 f and from there through the holes 3 h in the two opposite axial directions into the respective adjacent collector chamber 3 g, which converge beneath the partition 3 e. In the distribution chamber 3 f and the collector chambers 3 g, stiffening ribs 3 i are formed, which additionally serve as heat transfer ribs. They are arranged so that they enclose the partition 3 e between them. The nozzle holes 3 h are more concentrated around the center of the cooling plate 3 .

Bei diesem Aufbau wird das in die Kühlplatten 3 einfließende flüssige Kühlmittel mit hoher Geschwindigkeit von dem innen­ liegenden Verteiler 3f nach außen durch die Düsenlöcher in der Trennwand 3e zu den rechts und links liegenden Sammlern 3g gestrahlt. Starke Kühlmittelstrahlen treffen auf die In­ nenflächen der außenliegenden Wände der Kühlplatte 3, ent­ ziehen diesen die Wärme und strömen längs den Rippen 3i durch den Auslaß der Kühlplatte 3 ab. Damit ist eine hohe Wärmeab­ leitung von den Halbleiterelementen 2 sichergestellt. Zusätz­ lich erhöhen die Verstärkungsrippen 3i die Festigkeit der Kühlplatten, so daß sie nicht in Folge des auf die Stapelan­ ordnung ausgeübten Schweißdrucks (etwa 100 kp/cm2 (10 N/mm2)) brechen. Darüber hinaus wirken diese Rippen als Wärmeübertra­ gungs- oder Kühlrippen.With this construction, the liquid coolant flowing into the cooling plates 3 is blasted at high speed from the distributor 3 f on the inside through the nozzle holes in the partition 3 e to the collectors 3 g on the right and left. Strong coolant jets hit the inner surfaces of the outer walls of the cooling plate 3 , draw this heat and flow along the ribs 3 i through the outlet of the cooling plate 3 . This ensures a high heat dissipation from the semiconductor elements 2 . In addition, the reinforcing ribs 3 i increase the strength of the cooling plates so that they do not break as a result of the welding pressure exerted on the stacking arrangement (approximately 100 kp / cm 2 (10 N / mm 2 )). In addition, these fins act as heat transfer or cooling fins.

Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, sieht die Erfin­ dung eine Zwangsströmung von flüssigem Kühlmittel parallel von einer externen Quelle durch Kühlplatten vor, die abwech­ selnd mit Halbleiterleistungselementen in einer Stapelanord­ nung untergebracht sind, wodurch von den Elementen erzeugte Wärme wirksam von dem System abgeführt werden kann und die einzelnen Halbleiterelemente gleichförmig gekühlt werden. Durch Ausbildung der Kühlmittelwege gemäß den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, erreicht man eine hohe Wär­ meleitung zwischen den Halbleiterelementen und dem Kühlmittel über die Kühlplatten.As can be seen from the above description, the inventor sees a parallel flow of liquid coolant from an external source through cooling plates that alternate Selective with semiconductor power elements in a stack arrangement voltage are accommodated, which is generated by the elements Heat can be dissipated effectively from the system and the individual semiconductor elements are cooled uniformly. By designing the coolant paths according to the preferred ones Embodiments of the invention, a high heat is achieved line between the semiconductor elements and the coolant over the cooling plates.

Da die Kühlvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kei­ nen abgedichteten Druckbehälter erfordert, wie dies bei her­ kömmlichen Verdampfungskühlsystemen der Fall ist, und kein Eintauchen der Stapelanordnung der Halbleiterelemente in ein Kühlmittel erfordert, kann die Vorrichtung kleiner und leich­ ter gebaut werden und ist damit praktischer. Sie eignet sich deshalb insbesondere für eine an einem Fahrzeug montierte Halbleiterleistungsvorrichtung.Since the cooling device according to the present invention does not NEN sealed pressure vessel requires, as in her  conventional evaporative cooling systems is the case, and no Immersion of the stack arrangement of the semiconductor elements in one Requires coolant, the device can be smaller and lighter be built and is therefore more practical. It is suitable therefore especially for one mounted on a vehicle Semiconductor power device.

Claims (6)

1. Kühlvorrichtung für eine Halbleiterleistungsvorrich­ tung, bei der Kühlplatten (3), in deren Innerem Kühlmittel­ wege ausgebildet sind, abwechselnd mit einzelnen Halbleitere­ lementen (2) zu einem Stapel zusammengesetzt sind, wobei die einzelnen Kühlplatten (3) parallel unter Bildung eines Kühl­ mittelkreislaufs über isolierende Rohre (14) an Verteiler­ rohre (12, 13) angeschlossen sind und ein elektrisch isolie­ rendes, flüssiges Kühlmittel zur Entfernung der von den Halb­ leiterelementen erzeugten Wärme aus dem System zwangsweise durch den einen externen Radiator umfassenden Kühlmittel­ kreislauf zirkuliert wird.1. Cooling device for a semiconductor power device, in which cooling plates ( 3 ), in the interior of which coolant paths are formed, are assembled alternately with individual semiconductor elements ( 2 ) to form a stack, the individual cooling plates ( 3 ) being parallel to form a coolant circuit are connected to distributor pipes ( 12 , 13 ) via insulating pipes ( 14 ) and an electrically insulating liquid coolant for removing the heat generated by the semiconductor elements from the system is forcibly circulated through the coolant circuit comprising an external radiator. 2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das flüssige Kühlmittel ein Fluorkohlenstoff ist.2. Cooling device according to claim 1, characterized ge indicates that the liquid coolant is a Is fluorocarbon. 3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die innerhalb der Kühlplat­ ten (3) ausgebildeten Kühlmittelwege Verteiler (3a, 3b) an der Einlaß- und Auslaßseite sowie zwischen diesen tunnelar­ tige Schlitze oder Kanäle (3c) umfassen.3. Cooling device according to claim 1 or 2, characterized in that the inside of the Kühlplat th ( 3 ) formed coolant paths distributors ( 3 a, 3 b) on the inlet and outlet side and between these tunnelar term slots or channels ( 3 c) . 4. Kühlvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Innenfläche der tunnelarti­ gen Kanäle (3d) unregelmäßig ist.4. Cooling device according to claim 3, characterized in that the inner surface of the tunnelarti gene channels ( 3 d) is irregular. 5. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die innerhalb der Kühlplat­ ten (3) ausgebildeten Kühlmittelwege einen innenliegenden Verteiler (3f) auf der Einlaßseite sowie in Dickenrichtung der Kühlplatten (3) zu dessen beiden Seiten je einen Sammler (3g) auf der Auslaßseite umfassen, die durch Trennwände (3e) voneinander getrennt sind, wobei Kühlmitteleinspritzdüsen­ löcher (3h) durch die Wandflächen der Trennwände (3e) von dem einlaßseitigen Verteiler (3f) zu den auslaßseitigen Sammlern (3g) gebohrt sind.5. Cooling device according to claim 1 or 2, characterized in that within the Kühlplat th ( 3 ) formed coolant paths an internal distributor ( 3 f) on the inlet side and in the thickness direction of the cooling plates ( 3 ) on both sides of each a collector ( 3rd g) on the outlet side, which are separated from one another by partition walls ( 3 e), coolant injection nozzles holes ( 3 h) through the wall surfaces of the partition walls ( 3 e) from the inlet-side distributor ( 3 f) to the outlet-side collectors ( 3 g) are drilled. 6. Kühlvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß radiale Versteifungsrippen (3i), die zugleich als Wärmeübertragungsrippen dienen, innerhalb des einlaßseitigen Verteilers (3f) und der auslaßseitigen Sammler (3g) angeordnet sind.6. Cooling device according to claim 5, characterized in that radial stiffening ribs ( 3 i), which also serve as heat transfer ribs, are arranged within the inlet-side distributor ( 3 f) and the outlet-side collector ( 3 g).
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4437971A1 (en) * 1994-10-24 1996-05-02 Siemens Ag Cooling device for electrical assemblies
EP0767601A1 (en) * 1995-10-02 1997-04-09 General Electric Company Mechanical arrangement of fluid cooled electronic circuit
FR2748800A1 (en) * 1996-05-15 1997-11-21 Ferraz Heat exchanger for electronic component and electric apparatus cooling
EP0942640A2 (en) * 1998-03-13 1999-09-15 NEC Corporation Advanced liquid cooling apparatus
EP1148547A2 (en) * 2000-04-19 2001-10-24 Denso Corporation Coolant cooled type semiconductor device
WO2005067039A1 (en) * 2003-12-24 2005-07-21 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Cooling apparatus of electric device
DE102005048492A1 (en) * 2005-10-07 2007-04-19 Curamik Electronics Gmbh Electrical or electronic module
EP2328172A1 (en) * 2009-10-02 2011-06-01 Abb Research Ltd. A power-electronic arrangement
DE112006002839B4 (en) * 2005-10-28 2012-04-26 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Arrangement of an electrical device and a cooling structure for the electrical device
EP2623874A4 (en) * 2010-09-30 2018-02-14 Daikin Industries, Ltd. Cooler and refrigeration device provided with same
CN111934544A (en) * 2016-09-30 2020-11-13 株式会社电装 Power converter

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4774581B2 (en) * 2000-06-30 2011-09-14 株式会社デンソー Cooling fluid cooling type semiconductor device
JP4595175B2 (en) * 2000-07-21 2010-12-08 株式会社デンソー Indirect cooling circuit device
JP3855970B2 (en) * 2003-06-13 2006-12-13 松下電器産業株式会社 Semiconductor device cooling device
DE102004057526B4 (en) 2003-12-03 2020-08-20 Denso Corporation Stack cooler
JP4265509B2 (en) * 2003-12-03 2009-05-20 株式会社デンソー Stacked cooler
JP4074259B2 (en) 2004-03-17 2008-04-09 浜松ホトニクス株式会社 Semiconductor laser device
JP2005268445A (en) 2004-03-17 2005-09-29 Hamamatsu Photonics Kk Semiconductor laser apparatus
JP5093161B2 (en) * 2009-03-12 2012-12-05 三菱電機株式会社 heatsink
JP2012005191A (en) * 2010-06-15 2012-01-05 Denso Corp Power conversion apparatus
JP5556680B2 (en) * 2011-01-21 2014-07-23 株式会社デンソー Cooling fluid cooling type semiconductor device
JP6102424B2 (en) * 2013-03-29 2017-03-29 日産自動車株式会社 Cooling structure
CN106373745B (en) * 2016-11-18 2018-06-26 东莞光顺电子有限公司 A kind of transformer coil radiator
DE112019001845B4 (en) * 2018-04-09 2024-03-07 Denso Corporation Heat exchanger
JP6896676B2 (en) * 2018-05-31 2021-06-30 株式会社Ｓｏｋｅｎ Heat exchanger

Citations (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1812308U (en) * 1959-04-27 1960-06-02 Licentia Gmbh DEVICE FOR COOLING DRY RECTIFIERS OR CRYSTAL AMPLIFIERS.
DE1564694B2 (en) * 1966-08-27 1974-08-08 Ag Brown, Boveri & Cie, Baden (Schweiz) High voltage rectifier arrangement
DE7500696U (en) * 1974-12-06 1976-11-04 Bbc Ag Brown, Boveri & Cie, Baden (Schweiz) Device for cooling electrical devices at different electrical potentials by means of a flowing medium
DE2523232A1 (en) * 1975-05-26 1976-12-02 Siemens Ag COOLER FOR A THYRISTOR
DE2739520A1 (en) * 1977-08-16 1979-02-22 Bbc Brown Boveri & Cie SEMI-CONDUCTIVE VALVE COOLER WITH CONDUCTOR ELEMENTS FOR A COOLANT FLOW AND SEMICONDUCTOR VALVE COLUMN WITH SEMI-CONDUCTIVE VALVE COOLERS
SU661874A1 (en) * 1977-07-11 1979-05-05 Предприятие П/Я А-3162 Arrangement for cooling electronic units
SU860176A1 (en) * 1979-03-11 1981-08-30 Предприятие П/Я А-7992 Coolant,mainly for cooling semiconductor devices
DE3026167A1 (en) * 1980-07-10 1982-02-04 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Cylindrical shaped thyristor cooling can - has cooling medium circulating channels through heat exchange layers, having narrower central regions
SU1029271A1 (en) * 1982-01-08 1983-07-15 Запорожский Проектно-Конструкторский И Технологический Институт Apparatus for cooling semiconductor devices
DE3411523A1 (en) * 1983-04-20 1984-10-25 CKD Praha O.P., Prag/Praha Liquid heat sink for cooling power semiconductor components
EP0142678A2 (en) * 1983-10-06 1985-05-29 Asea Ab Semiconductor rectifier
AT383228B (en) * 1978-07-21 1987-06-10 Bbc Brown Boveri & Cie COOLING ELEMENT WITH FORCED CIRCUIT COOLING FOR SEMICONDUCTOR COMPONENTS OF THE POWER ELECTRONICS
DD263161A1 (en) * 1987-07-28 1988-12-21 Elektroprojekt Anlagenbau Veb ARRANGEMENT FOR REFRIGERATING ELECTRONIC COMPONENTS
SU1471327A1 (en) * 1987-04-24 1989-04-07 Научно-Исследовательский,Проектно-Конструкторский И Технологический Институт Комплектного Электропривода Power semiconductor-device assembly
DE3739585C1 (en) * 1987-11-23 1989-05-11 Witzenmann Metallschlauchfab Cold plate for dissipating heat losses from large-scale-integrated electronic chips
DE3937130A1 (en) * 1989-11-08 1990-05-31 Asea Brown Boveri Box-type cooler - for power semiconductor modules insulated by layer of specified plastic material
DE9100864U1 (en) * 1991-01-25 1991-04-18 Siemens AG, 8000 München Liquid heat sink
EP0429188A2 (en) * 1989-10-26 1991-05-29 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Boiling and condensing heat transfer type cooler device for power semiconductor switching elements
EP0447835A2 (en) * 1990-03-21 1991-09-25 International Business Machines Corporation Heat removal apparatus for liquid cooled semiconductor modules
SU1721862A1 (en) * 1988-12-30 1992-03-23 Институт Точной Механики И Вычислительной Техники Им.С.А.Лебедева Radioelectronic unit

Patent Citations (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1812308U (en) * 1959-04-27 1960-06-02 Licentia Gmbh DEVICE FOR COOLING DRY RECTIFIERS OR CRYSTAL AMPLIFIERS.
DE1564694B2 (en) * 1966-08-27 1974-08-08 Ag Brown, Boveri & Cie, Baden (Schweiz) High voltage rectifier arrangement
DE7500696U (en) * 1974-12-06 1976-11-04 Bbc Ag Brown, Boveri & Cie, Baden (Schweiz) Device for cooling electrical devices at different electrical potentials by means of a flowing medium
DE2523232A1 (en) * 1975-05-26 1976-12-02 Siemens Ag COOLER FOR A THYRISTOR
SU661874A1 (en) * 1977-07-11 1979-05-05 Предприятие П/Я А-3162 Arrangement for cooling electronic units
DE2739520A1 (en) * 1977-08-16 1979-02-22 Bbc Brown Boveri & Cie SEMI-CONDUCTIVE VALVE COOLER WITH CONDUCTOR ELEMENTS FOR A COOLANT FLOW AND SEMICONDUCTOR VALVE COLUMN WITH SEMI-CONDUCTIVE VALVE COOLERS
AT383228B (en) * 1978-07-21 1987-06-10 Bbc Brown Boveri & Cie COOLING ELEMENT WITH FORCED CIRCUIT COOLING FOR SEMICONDUCTOR COMPONENTS OF THE POWER ELECTRONICS
SU860176A1 (en) * 1979-03-11 1981-08-30 Предприятие П/Я А-7992 Coolant,mainly for cooling semiconductor devices
DE3026167A1 (en) * 1980-07-10 1982-02-04 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Cylindrical shaped thyristor cooling can - has cooling medium circulating channels through heat exchange layers, having narrower central regions
SU1029271A1 (en) * 1982-01-08 1983-07-15 Запорожский Проектно-Конструкторский И Технологический Институт Apparatus for cooling semiconductor devices
DE3411523A1 (en) * 1983-04-20 1984-10-25 CKD Praha O.P., Prag/Praha Liquid heat sink for cooling power semiconductor components
EP0142678A2 (en) * 1983-10-06 1985-05-29 Asea Ab Semiconductor rectifier
SU1471327A1 (en) * 1987-04-24 1989-04-07 Научно-Исследовательский,Проектно-Конструкторский И Технологический Институт Комплектного Электропривода Power semiconductor-device assembly
DD263161A1 (en) * 1987-07-28 1988-12-21 Elektroprojekt Anlagenbau Veb ARRANGEMENT FOR REFRIGERATING ELECTRONIC COMPONENTS
DE3739585C1 (en) * 1987-11-23 1989-05-11 Witzenmann Metallschlauchfab Cold plate for dissipating heat losses from large-scale-integrated electronic chips
SU1721862A1 (en) * 1988-12-30 1992-03-23 Институт Точной Механики И Вычислительной Техники Им.С.А.Лебедева Radioelectronic unit
EP0429188A2 (en) * 1989-10-26 1991-05-29 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Boiling and condensing heat transfer type cooler device for power semiconductor switching elements
DE3937130A1 (en) * 1989-11-08 1990-05-31 Asea Brown Boveri Box-type cooler - for power semiconductor modules insulated by layer of specified plastic material
EP0447835A2 (en) * 1990-03-21 1991-09-25 International Business Machines Corporation Heat removal apparatus for liquid cooled semiconductor modules
DE9100864U1 (en) * 1991-01-25 1991-04-18 Siemens AG, 8000 München Liquid heat sink

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ANDERSON,T.M.,et.al.: Microfin cooling. In: IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol.34,No.3,Aug. 1991,S. 424-426 *
VADER,D.T.: Nozzle for enhanced impingement coo- ling. In: IBM Technical Disclosure Bulletin,Vol. 34,No.3,Aug.1991,S.300-301 *

Cited By (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4437971A1 (en) * 1994-10-24 1996-05-02 Siemens Ag Cooling device for electrical assemblies
US5901036A (en) * 1994-10-24 1999-05-04 Siemens Aktiengesellschaft Cooling device for electrical assemblies
EP0767601A1 (en) * 1995-10-02 1997-04-09 General Electric Company Mechanical arrangement of fluid cooled electronic circuit
FR2748800A1 (en) * 1996-05-15 1997-11-21 Ferraz Heat exchanger for electronic component and electric apparatus cooling
EP0942640A2 (en) * 1998-03-13 1999-09-15 NEC Corporation Advanced liquid cooling apparatus
EP0942640A3 (en) * 1998-03-13 2000-05-24 NEC Corporation Advanced liquid cooling apparatus
US6158232A (en) * 1998-03-13 2000-12-12 Nec Corporation Advanced liquid cooling apparatus
US7106592B2 (en) 2000-04-19 2006-09-12 Denso Corporation Coolant cooled type semiconductor device
EP1742265A3 (en) * 2000-04-19 2011-02-16 Denso Corporation Coolant cooled type semiconductor device
EP1148547A2 (en) * 2000-04-19 2001-10-24 Denso Corporation Coolant cooled type semiconductor device
EP2244289A3 (en) * 2000-04-19 2011-03-02 Denso Corporation Coolant cooled type semiconductor device
US7248478B2 (en) 2000-04-19 2007-07-24 Denso Corporation Coolant cooled type semiconductor device
US7250674B2 (en) 2000-04-19 2007-07-31 Denso Corporation Coolant cooled type semiconductor device
EP1148547A3 (en) * 2000-04-19 2005-06-15 Denso Corporation Coolant cooled type semiconductor device
WO2005067039A1 (en) * 2003-12-24 2005-07-21 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Cooling apparatus of electric device
DE102005048492B4 (en) * 2005-10-07 2009-06-04 Curamik Electronics Gmbh Electric module
DE102005048492A1 (en) * 2005-10-07 2007-04-19 Curamik Electronics Gmbh Electrical or electronic module
DE112006002839B4 (en) * 2005-10-28 2012-04-26 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Arrangement of an electrical device and a cooling structure for the electrical device
US8789578B2 (en) 2005-10-28 2014-07-29 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Cooling structure for electric device
EP2328172A1 (en) * 2009-10-02 2011-06-01 Abb Research Ltd. A power-electronic arrangement
US8405992B2 (en) 2009-10-02 2013-03-26 Abb Research Ltd. Power-electronic arrangement
EP2623874A4 (en) * 2010-09-30 2018-02-14 Daikin Industries, Ltd. Cooler and refrigeration device provided with same
CN111934544A (en) * 2016-09-30 2020-11-13 株式会社电装 Power converter

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0637219A (en) 1994-02-10

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