EP1506576A1 - Kühlvorrichtungen zum kühlen elektrischer bauteile, modul aus kühlvorrichtung und elektrischen bauteilen, und anordnung aus kühlvorrichtung oder modul und trägerkörper - Google Patents

Kühlvorrichtungen zum kühlen elektrischer bauteile, modul aus kühlvorrichtung und elektrischen bauteilen, und anordnung aus kühlvorrichtung oder modul und trägerkörper

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Publication number
EP1506576A1
EP1506576A1 EP03729881A EP03729881A EP1506576A1 EP 1506576 A1 EP1506576 A1 EP 1506576A1 EP 03729881 A EP03729881 A EP 03729881A EP 03729881 A EP03729881 A EP 03729881A EP 1506576 A1 EP1506576 A1 EP 1506576A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hollow body
cooling fluid
cooling
cooling device
flat
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03729881A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Karl Exel
Jürgen SCHULZ-HARDER
Guy Lefranc
Kai Kriegel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Curamik Electronics GmbH
Siemens AG
Original Assignee
Curamik Electronics GmbH
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Curamik Electronics GmbH, Siemens AG filed Critical Curamik Electronics GmbH
Publication of EP1506576A1 publication Critical patent/EP1506576A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3735—Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Definitions

  • Cooling devices for cooling electrical components, module of cooling device and electrical components, and arrangement of cooling device or module and carrier body
  • the invention relates to a cooling device for cooling one or more electrical components according to the preamble of claim 1 or claim 3, a module comprising such a cooling device and electrical components fastened thereon, an arrangement comprising such a cooling device and a carrier body and an arrangement comprising such Module and from such a carrier body.
  • a cooling device of the type mentioned is known from ÜS Patent No. 6 014 312.
  • This known cooling device has a hollow body for passing the cooling fluid between the two flat surfaces of the hollow body facing away from one another, which essentially consists of a plurality of layers of metal stacked one on top of the other, which are connected to one another in a flat manner and each of which has a multiplicity of small openings which are arranged overlap from layer to layer and form paths for the cooling fluid through the layer stack.
  • Two large openings are also formed in each layer, between which the small openings of this layer are arranged.
  • the large openings are arranged one above the other in the layer stack and thereby form two cooling fluid collecting cavities in the hollow body between the flat, flat surfaces of the hollow body which face away from one another and are defined by closed outer layers of the layer stack.
  • Each electrical component to be cooled must be fastened to one of the two flat-side surfaces of the hollow body, which is made of a layer of heat-conducting and electrical insulating ceramic of the hollow body is electrically isolated from the cooling fluid in the hollow body.
  • the layer made of ceramic can be applied on one flat-side surface of the hollow body or can be arranged between two of the layers made of metal of the hollow body.
  • Each of the two cooling fluid collecting cavities is assigned a cooling fluid opening for introducing or discharging the cooling fluid into or out of this cooling fluid collecting cavity, which is formed in the other flat flat surface of the hollow body, which is otherwise also closed.
  • Each cooling fluid collection cavity has a larger diameter than the cooling fluid opening assigned to it.
  • the hollow body is to be fastened on a flat surface of a support body in such a way that the flat other flat-side surface of the hollow body and the flat surface of the support body face each other and contact one another over the entire surface.
  • the carrier body can be a plate or have a structure of a plurality of cooling fluid channels distributed over the entire carrier body for supplying and removing cooling fluid.
  • the invention aims at an improved cooling fluid line in a cooling device of the type mentioned.
  • An improved cooling fluid line can be obtained according to the invention in a cooling device of the type mentioned in that, according to the characterizing part of claim 1, the other flat-side surface of the hollow body between the cooling fluid openings is concavely curved and elastically deformable, and that a fastening device is provided for Attach the hollow body on the flat surface of the carrier body in such a way that the concave other flat side Surface of the hollow body and the flat surface of the support body are pressed against each other with elastic flat deformation of the concave other flat surface of the hollow body.
  • the cooling device according to claim 1 has the advantage that it can be attached in a simple manner to a flat surface of a carrier body that does not have a structure of a plurality of cooling fluid channels distributed over the entire carrier body, but advantageously only one cooling fluid channel per cooling fluid opening of the cooling device for supplying or discharging the cooling fluid to or from this cooling fluid opening, and there is also the particular advantage that this cooling fluid opening and this cooling fluid channel during the process of attaching the cooling device to the carrier body easily and in the simplest way simply by means of a common O-ring can be sealed against leakage of cooling fluid to the environment.
  • the cooling fluid can accordingly advantageously be supplied to or derived from the cooling device through a single cooling fluid channel in the carrier body of the assigned cooling fluid opening, and the production of such a channel is simple.
  • a cooling fluid channel can be a through hole that can be produced by drilling in the carrier body.
  • the support body has a flat surface, in each cooling fluid opening in the concave curved other flat surface of the hollow body of the cooling device, one mouth of a cooling fluid channel formed in the support body for supply or supply Deriving cooling fluid is arranged that
  • each cooling fluid opening of the cooling device is opposite the mouth of the carrier body associated with this cooling fluid opening, wherein - between these facing surfaces of the carrier body and the cooling device, O-rings made of elastic material are arranged, each of which has a cooling fluid opening of the cooling device and surrounds the mouth of the fluid channel of the carrier body opposite this cooling fluid opening, and that
  • the cooling device and the carrier body are fastened to one another by the fastening device of the cooling device in such a way that the concavely curved other flat-side surface of the hollow body of the cooling device is elastically flattened and each O-ring is squeezed between this flattened surface and the flat surface of the carrier body, so that it seals the cooling fluid opening of the cooling device and the opening of the cooling fluid channel of the carrier body opposite this cooling fluid opening, both of which this O-ring surrounds closed, from the environment in a fluid-tight manner.
  • each cooling fluid opening of the cooling device and the mouth of the cooling fluid channel opposite this cooling fluid opening are automatically sealed in a fluid-tight manner from the surroundings, and a particularly simple cooling fluid line is advantageously realized.
  • the concave, curved, flat-sided other surface of the hollow body is an essential prerequisite for the feasibility of simply attaching the cooling fluid device to the carrier body, since only with it can a sufficiently strong pressure be exerted on the O-rings arranged in the cooling fluid openings to pinch them.
  • An elastically deformable flat flat-side other surface of the hollow body would deform in a comparatively convex manner and thus disadvantageously relieve rather than strain an O-ring.
  • the fastening device of the cooling device according to claim 1 can advantageously be implemented in a simple manner by at least one threaded hole formed in the hollow body between the two cooling fluid openings,
  • the concavely curved, flat-sided other surface of the hollow body of the cooling device opposite the flat surface of the support body can be drawn onto the support body and pressed flat.
  • the fastening device preferably and advantageously has two threaded holes formed in the hollow body between the two cooling fluid openings,
  • Cooling fluid can leak from the hollow body
  • the support body only requires through holes at the locations of the threaded holes in the hollow body of the cooling device.
  • a through hole can, for example, simply be a bore through which the threaded bolt can be inserted or screwed.
  • An improved cooling fluid line can also be obtained in a cooling device of the type mentioned at the outset in that, according to the characterizing part of claim 3, a cooling fluid guiding device is formed in the hollow body between the cooling fluid openings, which guides the cooling fluid introduced into the hollow body through a cooling fluid opening Guides hollow body laterally past the center between the cooling fluid openings of the hollow body to the other cooling fluid opening.
  • a fluid line in the hollow body which is better concentrated on the components to be cooled and thus a better cooling effect on these components can advantageously be obtained.
  • Components that are not to be cooled for example busbars that become less warm, can advantageously be fastened on the one flat surface above the coolant-free center of the hollow body.
  • the cooling fluid guide device requires at least one deflecting surface which is arranged in the vicinity of a cooling fluid opening and which deflects the cooling fluid supplied through this cooling fluid opening and a direct flow of the supplied cooling fluid from this cooling fluid opening to the other cooling fluid opening, that is to say prevented by the center between the two cooling fluid openings.
  • a deflection surface can be implemented in various ways.
  • the cooling fluid guide device has a solid web made of heat-conducting material and formed centrally in the hollow body,
  • the deflection surface of the cooling fluid guide device can be realized simply by an end face of the web, which is opposite a cooling fluid opening through which the cooling fluid is supplied.
  • the deflection surface can be freely selected in individual cases due to the shape of this front end.
  • this free end can be a prism-shaped, pointed end of the web.
  • the web has an end face which is opposite a cooling fluid opening and which has a curve.
  • the solid web advantageously also acts as an additional heat sink and improves the cooling effect of the cooling device.
  • a threaded hole in the hollow body is advantageously arranged in the web.
  • the cooling fluid guide device can be spaced from an edge of a cooling fluid opening or can extend as far as the edge of a cooling fluid opening.
  • Such a structure improves the heat dissipation and thus the cooling effect of the cooling device and can be implemented in a wide variety of ways, for example by means of a grid and / or a meshed fabric and / or a sponge.
  • the structure made of the highly thermally conductive material preferably has small cavities, each of which is surrounded by this material and which are connected to one another, and / or small channels, each of which is surrounded by this material and connects the two cooling fluid openings to one another.
  • Such structures include, for example, a grid, a sponge, the structures resulting from the aforementioned US Pat. No. 6,014,312, etc.
  • the hollow body of a cooling device according to the invention can be constructed with a layer stack of layers with wells made of heat-conducting material with small holes, the holes being offset from one another from layer to layer but overlapping one another , With this construction, a solid web in the hollow body can be realized simply by hole-free regions of the layers which lie one above the other in the stack.
  • the structure made of the good heat-conducting material advantageously extends to an edge of a cooling fluid opening, in contrast to a cooler according to US Pat. No. 6,014,312.
  • the structure can surround the edge of the cooling fluid opening in a closed manner, or it can itself also only extend along a partial section of this edge and not over the entire edge, in particular when a cooling fluid guide device reaches as far as the edge of this cooling fluid opening.
  • a cooling device in a particularly preferred embodiment, be it configured according to claim 1 or claim 3 or according to a combination of these two claims
  • the hollow body on electrically conductive material
  • - Is or are the one or more attached to the cooling device electrical components by a layer of good heat and electrically insulating material from the cooling fluid in the hollow body, which is parallel to the flat surface of the hollow body and firmly connected to the hollow body.
  • the layer of good heat-conducting and electrically insulating material is preferably applied to one flat-side surface of the hollow body of the cooling device.
  • the hollow body has a stack of layers of electrically conductive material, it can also be arranged between two such layers.
  • a layer of electrically conductive material arranged on the side of the layer of highly thermally conductive and electrically insulating material facing away from the hollow body, be it a layer of the stack or a subsequently applied layer of electrically conductive material, is preferably structured, for example in electrical conductor tracks which in the case of electrical components to be cooled in the form of power semiconductor components, there may be busbars.
  • the layer of electrically conductive material can extend all over the entire hollow body.
  • the layer is made of the good heat-conducting and electrically insulating material is divided into separate sections.
  • the layer of the good heat-conducting and electrically insulating material preferably has ceramic material, the electrically conductive material of the hollow body preferably copper.
  • the layer of the heat-conducting and electrically insulating material that is firmly connected to the hollow body has a smaller coefficient of thermal expansion than the hollow body.
  • This method simply consists in that the layer of the good heat-conducting and electrically insulating material is firmly connected to the hollow body at elevated temperature and the layer and hollow body are then cooled. When it cools down, the material of the hollow body contracts more than the material of the electrically insulating layer and, on account of this “bimetal effect”, automatically generates it elastically deformable concave other flat surface of the hollow body.
  • an electrically insulating layer coated with metal is soldered onto the flat surface of the hollow body made of metal.
  • the layer and the hollow body heat up and expand differently, the hollow body more than the layer.
  • the solder solidifies, the hollow body and the layer bond firmly to one another at a still high temperature.
  • the hollow body contracts more than the layer firmly connected to it, so that after cooling the other flat-side surface of the hollow body is concavely curved and can be elastically deformed.
  • this "bimorph or bimetallic effect” has been a disruptive effect and efforts have been made to avoid it, for example in order to achieve flat, flat surfaces of the hollow body, e.g. by using an electrically insulating layer of the same material on each flat-side surface of the hollow body.
  • the invention has turned away from this and makes targeted use of the “bimorph or bimetal effect”.
  • the “bimorph or bimetal effect” can advantageously be used, regardless of whether or not the hollow body has a cooling fluid guide device, in particular a solid web.
  • the cooling devices according to the invention also create a novel module with such a cooling device and one or more electrical components, which is or are attached to one flat-side surface of the hollow body of the cooling device.
  • This module can advantageously be attached to the carrier body with the aid of the O-rings just as easily and as described above in relation to the cooling device alone without electrical components.
  • a carrier body which has a flat surface, in each cooling fluid opening in the concave other flat surface of the hollow body of the cooling device of the module, an opening assigned to this cooling fluid opening of a cooling fluid channel formed in the carrier body for supplying or discharging cooling fluid, that
  • Cooling device of the module facing each other and arranged such that each cooling fluid opening of the cooling device of the module is opposite the mouth of the fluid channel of the carrier body associated with this cooling fluid opening, wherein
  • O-rings made of elastic material are arranged, each of which surrounds a cooling fluid opening of the cooling device of the module and the mouth of the carrier body opposite this cooling fluid opening that closed
  • the cooling device and the carrier body are fastened to one another by the fastening device of the cooling device such that the concavely curved other flat-side surface of the hollow body of the cooling device of the module is elastically flattened and each O-ring is squeezed between this flattened surface and the flat surface of the carrier body is such that it covers the cooling fluid opening of the cooling device of the module and the opening of the cooling fluid channel of the carrier body opposite this cooling fluid opening, both of these O-rings surrounds closed, seals fluid-tight against the environment.
  • the module can advantageously also with a cooling device, which has a cooling fluid guide device, and with
  • the one or more attached components is or are arranged next to the cooling fluid guide device in the region of the cooling fluid flowing past the center between the cooling fluid openings of the hollow body and to the other cooling fluid opening.
  • electrical components which generate different amounts of heat during operation are preferably and advantageously arranged one after the other in the flow direction of the cooling fluid flowing past the center between the cooling fluid openings of the hollow body and the other cooling fluid opening in such a way that on a component that is relatively less Generates heat, followed by a component that generates relatively more heat.
  • a module mentioned above is preferably a power semiconductor module, that is to say that at least one electrical component of this module is a power semiconductor component.
  • the invention also provides a novel arrangement of a cooling device and a carrier body, which is specified in claim 21, and a novel arrangement of a module and a carrier body is also provided, which is specified in claim 22.
  • the carrier body is part of an electrical transmission.
  • the carrier body is part of an electrical
  • Water is preferably used as the cooling fluid, but other fluids such as oil can also be used.
  • Figure 1 is a perspective view of a power semiconductor module to which the invention is applied;
  • FIG. 2 shows a vertical longitudinal section through the module according to FIG. 1, taken along section line II-II in FIG. 1;
  • 3a shows a vertical cross section taken along the section line III-III in FIG. 1 through the module according to FIG. 1;
  • FIG. 3b shows the lower part of the vertical cross section according to FIG. 3a, which, in contrast to FIG. 3a, shows a concave other flat surface of the hollow body of the module;
  • FIG. 4 shows a horizontal section through the module according to FIG. 1, taken along the section line IV-IV in FIG. 1;
  • FIG. 5 shows the upper part of the vertical longitudinal section according to FIG. 2, which, in contrast to FIG. 2, divided one
  • FIG. 6 shows the part of FIG. 3a surrounded by circle B in an enlarged representation
  • Figure 7 in the sectional view of Figure 2 shows an arrangement of a module and a support body, which also shows an arrangement of a cooling device and the support body, the support body being shown only in fragments
  • the exemplary power semiconductor module shown in FIG. 1 and generally designated 1 ' has an exemplary cooling device 1 according to the invention and an arrangement 2 comprising a plurality of electrical components to be cooled in the form of power semiconductor components 20 and 20', each of which faces away from one another flat-side surfaces 101 and 102 of a substantially flat plate-shaped hollow body 10 of the cooling device 1 and made of a good heat-conducting material, for example copper, is fastened.
  • the power semiconductor components 20 and 20 ′ are fastened on the flat-side surface 101 of the hollow body 10, so that the surface 101 forms one flat-side surface and the surface 102 forms the other flat-side surface of the hollow body 10.
  • the power semiconductor components 20 and 20 ′ could equally well be attached to surface 102, so that then surface 102 would be one flat-side surface and surface 101 would be the other flat-side surface of hollow body 10.
  • the hollow body 10 serves to pass a cooling fluid 3 (indicated in FIGS. 2 and 4 by bold arrows, the directional arrows of which also indicate the direction of flow of the cooling fluid) through the hollow body 10 between its two flat surfaces 101 and 102.
  • the cooling fluid 3 consists, for example, of water ,
  • the hollow body 10 is flat in the form of a plate and essentially has a rectangular shape with a central longitudinal axis A.
  • the arrangement 2 composed of the power semiconductor components 20 and 20 'is not fastened directly on the essentially rectangular one flat side surface 101 of the hollow body 10, but on a surface 180 facing away from the hollow body 10 of an essentially rectangular layer 18 made of highly heat-conducting and electrically insulating ceramic material, which is applied to one flat-side surface 101 of the hollow body 10 and fastened thereon by soldering.
  • the arrangement 2 is electrically insulated from the hollow body 10 by this electrically insulating layer 18.
  • electrical components that are not to be cooled such as, for example, busbars 21, are also fixed to the surface 180 of the electrically insulating layer 18.
  • the electrical components 20, 20 ', 21 of the module 1' as far as they are visible at all, have been omitted for the sake of simplicity of illustration.
  • two cooling fluid openings 11 are arranged at a distance from one another for introducing and discharging the cooling fluid 3 into and out of the hollow body 10.
  • the hollow body 10 is one on a flat surface 41
  • the other flat-side surface 102 of the hollow body 10 is concavely curved and elastically deformable between the cooling fluid openings 11, and a fastening device 5 for fastening the hollow body 10 on the flat surface 41 of the carrier body 4 is provided in such a way that the concavely curved other flat-side surface 102 of the hollow body 10 and the flat surface 41 of the carrier body 4 are pressed against one another with elastic flat deformation of the concave other flat surface 102 of the hollow body 10.
  • the other flat-side surface 102 of the hollow body 10 is predominantly in the direction of the longitudinal axis A of the hollow body 10 curved, can additionally or alternatively also be curved in the direction of the line III-III or IV-IV in FIG. 1 perpendicular to the longitudinal axis A, as is indicated in FIG. 3b.
  • the fastening device 5 has, for example, two threaded holes 12 formed in the hollow body 10 between the two cooling fluid openings 11 and each having an internal thread, each of which is sealed in a fluid-tight manner against the cooling fluid 3 in the hollow body 10, so that no cooling fluid 3 from the hollow body 10 is through this threaded hole 12 can leak to the outside, and each of which in the concave other flat surface 102 of the hollow body 10 has a threaded hole opening 120 through which a threaded bolt 13 projecting through the carrier body 4 with an external thread is to be screwed into the threaded hole 12 in order to cooler 1 or module 1 'and to fix carrier body 4 to one another.
  • the threaded holes 12 are preferably arranged on the longitudinal axis A of the hollow body 10 and in each case close to a cooling fluid opening 11.
  • Each threaded hole 12 is defined, for example, by a bush 121 with an internal thread inserted into the hollow body 10 and made of a material that is harder than the material of the hollow body 10.
  • each threaded hole 12 is a through hole which extends across the entire hollow body 10 and also in the one flat surface
  • a threaded hole 12 may also be a blind hole that only the threaded hole opening 120 in the other flat surface
  • a cooling fluid guide device 6 is also formed in the hollow body 10 between the cooling fluid openings 11, which guides the cooling fluid 3 introduced into the hollow body 10 through a cooling fluid opening 11 in the hollow body 10 laterally past the center 110 between the cooling fluid openings 11 of the hollow body 10 and to the other cooling fluid opening 11 ,
  • the cooling fluid guide device 6 is preferably designed in such a way that it has a solid web 60, which is formed centrally in the hollow body 10 and is made of a good heat-conducting material and connects the two flat surfaces 101 and 102 of the hollow body 10, which is impermeable to the cooling fluid 3 is elongated along a connecting line 111 (see FIG. 2) between the two cooling fluid openings 11 and on its two long sides 62 flows along the cooling fluid 3 introduced into the hollow body 10 through a cooling fluid opening 11 in the hollow body 10 to the other cooling fluid opening 11.
  • the web 60 has an end face 61 opposite each cooling fluid opening 11.
  • the front end 61 of the web 60 which is opposite and adjacent to the cooling fluid opening 11, through which the cooling fluid 3 is introduced into the hollow body 10 and which is, for example, the left cooling fluid opening 11 in FIGS. 2 and 4, defines a deflection surface for deflecting the in the cooling fluid 3 introduced into the hollow body 10.
  • This deflection surface is preferably defined by a curve 610 of this end 61.
  • the web 60 is essentially mirror-symmetrical with respect to the center 110 between the cooling fluid openings 11 of the hollow body, so that the other front end 61 of the web 60, which in the example is the one for discharging the cooling fluid 3 opposite the right cooling fluid opening 11 serving the hollow body, has a curve 610.
  • a rounding 610 another, for example pointed, shape can also be selected.
  • the front ends 61 of the web 60 are arranged at a distance from the cooling fluid openings 11. It could also be set up in such a way that one or each end 61 of the web 60 reaches to the edge 112 of a cooling fluid opening 11.
  • the threaded holes 12 of the hollow body 10 are preferably arranged in the web 60 and preferably close to the front ends 61 of the web 60. If the material of the web 60 is sufficiently hard, bushings 121 with an internal thread can be dispensed with, and a threaded hole 12 with an internal thread can be made directly in the web 60.
  • a structure 17 is preferably formed from a good heat-conducting material, through which the cooling fluid 3 can flow, which provides the flowing cooling fluid 3 with an enlarged contact surface and which is in good heat-conducting contact with the flat surfaces 101 and 102 of the hollow body 10 and with the Bridge 60 stands.
  • Structure 17 made of the highly thermally conductive material is preferably designed such that it has small cavities 171, each of which is surrounded by this material and which are connected to one another and / or has small channels 172, each of which is surrounded by this material and connects the two cooling fluid openings 11 to one another.
  • the structure 17 can thus, like any corresponding structure resulting from the said US Pat. No. 6,014,312, be produced by a stack of layers each having a multiplicity of small holes, with the difference being that in the present structure 17, the layers in the area of the web 60 must not have any holes.
  • the solid web 60 is advantageously formed automatically by stacking hole-free regions of the layers on top of one another.
  • the structure 17 can also be formed, for example, by filling a cavity of the hollow body 10 surrounding the already existing solid web 60 with lattice material and / or meshed fabric and / or a sponge, each of which has a good heat-conductive material and which is in close heat-conductive contact with the flat surfaces 101 and 102 of the hollow body 10 and the solid web 60.
  • the present structure 17 preferably extends from the highly heat-conducting material to the edge 112 of a cooling fluid opening 11. Since the front ends 61 of the web 60 do not, for example, reach the edge 112 of the cooling fluid openings, the structure 17 extending to the edge 112 of a cooling fluid opening 11 can advantageously even surround this edge in a closed manner.
  • the layer 18 made of the highly heat-conducting and electrically insulating material is applied and fixed over the entire surface of the hollow body 10.
  • an electrically coated metal layer 108 is coated on the surface 181 of this layer 18 facing away from the surface 180 of the electrically insulating layer 18 and facing the hollow body. risch insulating layer 18 soldered to a flat surface 101 of the hollow body 10 made of metal by means of a solder 109.
  • the electrically insulating layer 18 has a relatively smaller coefficient of thermal expansion ⁇ 1 and the hollow body 10 has a relatively larger coefficient of thermal expansion ⁇ 2.
  • the electrically insulating layer 18 and hollow body 10 heat up and expand differently, the hollow body 10 more than the layer 18.
  • the hollow body 10 and the layer 18 bond firmly to one another at a still high temperature.
  • the hollow body 10 contracts more than the layer 18 firmly connected to it, so that after cooling the other flat-side surface 102 of the hollow body is concavely curved by itself and can be elastically deformed.
  • the layer 18 Due to the tension prevailing between the electrically insulating layer 18 and the hollow body 10 during the subsequent attachment to the carrier body 4, there is a certain tendency for the layer 18 to become detached from the hollow body 10. This can be reduced if the layer 18 consists of the highly thermally conductive and electrically insulating material, as indicated in Figure 18, is divided into separate sections 18 '.
  • the hollow body 10 made of copper has a length of approximately 100 mm, a width of approximately 60 mm, a thickness of about 3.5 mm and is formed from a stack of copper layers.
  • the cooling fluid arranged on the longitudinal axis A symmetrically to the center 110 Openings 11 are spaced approximately 85 mm apart and each have an opening diameter of approximately 5.5 mm.
  • the threaded holes 12, likewise arranged symmetrically on the longitudinal axis A with respect to the center 110, are at a distance of approximately 65 mm from one another and each have an opening diameter of approximately 4 mm.
  • the soldered electrically insulating layer 18, which is undivided and extends essentially over the entire rectangular, flat surface 101 of the hollow body 10, is made of Al 2 O 3 and has a thickness of approximately 0.4 mm.
  • the other rectangular flat surface 102 of the hollow body 10 which is elastically concavely curved along the longitudinal axis A has a maximum curvature depth t of approximately 100 ⁇ m in the center 110 with respect to the front ends 105 of the hollow body 10.
  • the power semiconductor components 20 and 20 ′ attached to the electrically insulating layer 18 of the cooling device are a plan view of the surface 180 of this layer 18 next to the web 60 along the two long sides 62 of the web 60 (see FIG. 4 ) are arranged one after the other and are located above the cooling fluid 3 flowing in the hollow body 10 along these two longitudinal sides 62.
  • each longitudinal side 62 of the web 60 for example, a row of six power semiconductor components 20, 20 'is arranged, which are arranged in succession in the flow direction of the cooling fluid 3 flowing along the longitudinal sides 62 (see FIG. 4).
  • Two first power semiconductor components 20 in each row are, for example, IGBTs
  • two power semiconductor components 20 'following them are, for example, diodes
  • two power semiconductor components 20 following these diodes 20' are again IGBTs.
  • the diodes 20 ' produce more heat during operation than the IGBTs 20, and therefore, for reasons of an optimal cooling effect by the cooling device 1, the two diodes 20' are arranged in each row between the two pairs of IGBTs 20.
  • the IGBTs 20 and diodes 20 are electrically connected in a certain manner to current bars 21 arranged on the electrically insulating layer 18.
  • a single bus bar 21 can be arranged above the web 60, or two or more stacked and electrically insulated bus bars 21 can be arranged above the web 60, and / or other bus bars 21 can be arranged, for example, between the layer 18 and the power semiconductor components 20 , 20 'individually or also stacked one above the other and arranged electrically insulated from one another on the electrically insulating layer 18.
  • the busbars 21 and other electrical lines can be produced by structuring one or more layers of electrically conductive material on the electrically insulating layer 18.
  • pantographs for the busbars 21 are designated by 22.
  • FIG. 7 shows how a cooling device 1 or a module 1 ′ with a carrier body 4 forms an arrangement 1 ′′ out of the cooling device 1 and out of the carrier body 4 or respectively an arrangement 1 ′′ is formed from the module 1 ′ and the carrier body 4.
  • the carrier body 4 which is only shown in fragments, is designed in such a way that it has a flat surface 41, in which, for each cooling fluid opening 11 in the concavely curved other flat-side surface 102 of the hollow body 10 of the cooling device 1, an orifice 401 associated with this cooling fluid opening 11 is formed in a carrier body 4
  • Cooling fluid channel 40 for supplying or discharging cooling fluid 3 to or from the hollow body 10 is arranged.
  • the flat surface 41 of the carrier body 4 and the concave other flat surface 102 of the hollow body 10 of the cooling device 1 face each other and are arranged such that each cooling fluid opening 11 of the cooling device 1 is opposite the mouth 401 of the carrier body 4 assigned to this cooling fluid opening 11.
  • O-rings 7 Arranged between these mutually facing surfaces 41 and 102 of the carrier body 4 and the cooling device 1 are O-rings 7 made of elastic material, each of which closes a cooling fluid opening 11 of the cooling device 1 and the opening 401 of the fluid channel 40 of the carrier body 4 opposite this cooling fluid opening 11 surrounds.
  • the cooling device 1 and the carrier body 4 are fastened to one another by the fastening device 5 of the cooling device 1 in such a way that the concave other flat surface 102 of the hollow body 10 of the cooling device 1 in
  • Each O-ring 7 is arranged, for example, in a recess 410 in the flat surface 41 of the carrier body 4 so that it does not slip sideways when the arrangement 1 ′′ or 1 ′′ ′′ is assembled.
  • a recess could alternatively or additionally also be formed in the other flat-side surface 102 of the hollow body 10.
  • the assembly takes place, for example, in such a way that, after the cooling device 1 or the module 1 'and the support body 4 have been arranged, the other flat surface 102 of the Hollow body 10 and the flat surface 41 of the support body 4 facing each other and the O-rings 7 are arranged in the correct position between them that the threaded bolts 13 through through holes 134 formed in the support body 4, which are exactly opposite the openings 120 of the threaded holes 12 in the hollow body , inserted and then screwed into the threaded holes 12, and that then on the side of a surface 42 of the carrier body 4, which faces away from the flat surface 41 of the carrier body 4, a nut 13 'is screwed onto each threaded bolt 13 projecting through the carrier body 4 and then tightened so that the other flax Surface 102 of the hollow body 10 is flattened, the O-rings are squeezed and the hollow body 10 and carrier body 4 are firmly
  • a through hole 134 formed in the carrier body 4 can also be a threaded hole with an internal thread, through which the threaded bolt 13 can be screwed for screwing into a threaded hole 12 in the hollow body 10.
  • FIG. 7 actually shows an arrangement 1 ′′ ′′ of module 1 ′ and carrier body 4. The arrangement 1 ′′ of the cooling device 1 and the carrier body 4 arises when the electrical components 20, 20 ′ and 21 shown are disregarded.
  • the carrier body 4 is preferably part of an electrical transmission 4 ', in particular an electrical transmission 4' for a motor vehicle for cooling power semiconductor components required for the electrical supply of the part.
  • the cooling device 1 and the module 1 ' are characterized by their extremely flat design, which is particularly good for installation in tight spaces

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Abstract

Kühlvorrichtung (1) zum Kühlen eines oder mehrerer Leistungshalbleiterbauelemente (20, 20'), mit einem flach plattenförmigen Hohlkörper (10) aus Kupfer zum Durchleiten eines Kühlfluids (3), wobei auf einer flachseitigen Oberfläche (101) des Hohlkörpers Bauelemente zu befestigen sind und die andere flachseitige Oberfläche (101) zwei Kühlfluidöffnungen (11) zum Ein- und Ausleiten des Kühlfluids in und aus dem Hohlkörper aufweist und zwischen den Kühlfluidöffnungen konkav gewölbt und elastisch verformbar ist, und mit einer Befestigungseinrichtung (5) der konkav gewölbten anderen Oberfläche auf der ebenen Oberfläche (41) eines Trägerkörpers (4) derart, dass die konkav gewölbte Oberfläche und die ebene Oberfläche unter elastisch flacher Verformung der konkav gewölbten Oberfläche gegeneinander gedrückt und die Kühlfluidöffnungen durch O-Ringe fluiddicht abgedichtet sind. Im Hohlkörper ist zusätzlich ein die beiden flachseitigen Oberflächen miteinander verbindender massiver Steg (60) ausgebildet. Ein mit der Kühlvorrichtung gebildetes Modul (1') und eine Anordnung (1'', 1''') aus Kühlvorrichtung bzw. Modul und Trägerkörper sind angegeben. Anwendung bei elektrischen Getrieben insbesondere für Kraftfahrzeuge.

Description

Beschreibung
Kühlvorrichtungen zum Kühlen elektrischer Bauteile, Modul aus Kühlvorrichtung und elektrischen Bauteilen, und Anordnung aus Kühlvorrichtung oder Modul und Trägerkörper
Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung zum Kühlen eines oder mehrerer elektrischer Bauteile nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder Anspruchs 3, ein Modul aus einer solchen Kühlvorrichtung und darauf befestigten elektrischen Bauteilen, eine Anordnung aus einer solchen Kühlvorrichtung und aus einem Trägerkörper und eine Anordnung aus einem solchen Modul und aus einem solchen Trägerkörper.
Eine Kühlvorrichtung der genannten Art ist aus dem ÜS-Patent Nr. 6 014 312 bekannt. Diese bekannte Kühlvorrichtung weist einen Hohlkörper zum Durchleiten des Kuhlfluids zwischen den zwei voneinander abgekehrten flachseitigen Oberflächen des Hohlkörpers auf, der im Wesentlichen aus mehreren aufeinan- dergestapelten Schichten aus Metall besteht, die flächig miteinander verbunden sind und deren jede eine Vielzahl kleiner Öffnungen aufweist, die sich von Schicht zu Schicht überlappen und Wege für das Kühlfluid durch den Schichtenstapel bilden.
In jeder Schicht sind auch zwei große Öffnungen ausgebildet, zwischen denen die kleinen Öffnungen dieser Schicht angeordnet sind. Die großen Öffnungen sind im Schichtenstapel übereinander angeordnet und bilden dadurch zwei Kühlfluid- Sammelhohlräume im Hohlkörper zwischen den voneinander abgekehrten und durch geschlossene äußere Schichten des Schichtenstapels definierten ebenen flachseitigen Oberflächen des Hohlkörpers.
Auf einer der beiden flachseitigen Oberflächen des Hohlkörpers ist jedes zu kühlende elektrische Bauteil zu befestigen, das durch eine Schicht aus gut wärmeleitender und elektrisch isolierender Keramik des Hohlkörpers vom Kühlfluid im Hohlkörper elektrisch isoliert ist. Die Schicht aus der Keramik kann auf der einen flachseitigen Oberfläche des Hohlkörpers aufgebracht sein oder zwischen zweien der Schichten aus Me- tall des Hohlkörpers angeordnet sein.
Jedem der beiden Kühlfluid-Sammelhohlräume ist eine Kühlflui- döffnung zum Ein- oder Ausleiten des Kuhlfluids in oder aus diesem Kühlfluid-Sammelhohlraum zugeordnet, die in der sonst ebenfalls geschlossenen anderen ebenen flachseitigen Oberfläche des Hohlkörpers ausgebildet ist. Jeder Kühlfluid- Sammelhohlraum weist einen größeren Durchmesser als die ihm zugeordnete Kühlfluidöffnung auf.
Der Hohlkörper ist auf einer ebenen Oberfläche eines Trägerkörpers zu befestigen, derart, dass die ebene andere flach- seitige Oberfläche des Hohlkörpers und die ebene Oberfläche des Trägerkörpers einander zugekehrt sind und einander ganzflächig kontaktieren.
Der Trägerkörper kann eine Platte sein oder eine Struktur aus einer Vielzahl von über den ganzen Trägerkörper verteilten Kühlfluidkanälen zum Zu- und Abführen von Kühlfluid aufweisen.
Die Erfindung zielt ab auf eine verbesserte Kühlfluidleitung bei einer Kühlvorrichtung der eingangs genannten Art.
Eine verbesserte Kühlfluidleitung kann bei einer Kühlvorrich- tung der genannten Art erfindungsgemäß dadurch erhalten werden, dass gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 - die andere flachseitige Oberfläche des Hohlkörpers zwischen den Kuhlfluidoffnungen konkav gewölbt und elastisch verformbar ist, und dass - eine Befestigungseinrichtung vorgesehen ist zum Befestigen des Hohlkörpers auf der ebenen Oberfläche des Trägerkörpers derart, dass die konkav gewölbte andere flachseitige Oberfläche des Hohlkörpers und die ebene Oberfläche des Trägerkörpers unter elastisch flacher Verformung der konkav gewölbten anderen flachseitigen Oberfläche des Hohlkörpers gegeneinander gedrückt sind.
Die Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 hat den Vorteil, dass sie auf einfache Weise auf einer ebenen Oberfläche eines Trägerkörpers befestigt werden kann, der keine Struktur aus einer Vielzahl von über den ganzen Trägerkörper verteilten Kühlflu- idkanälen, sondern vorteilhafterweise pro Kühlfluidöffnung der Kühlvorrichtung lediglich einen einzigen Kühlfluidkanal zum Zu- oder Abführen des Kuhlfluids zu oder von dieser Kühlfluidöffnung benötigt, wobei zudem der besondere Vorteil besteht, dass diese Kühlfluidöffnung und dieser Kühlfluidka- nal während des Vorgangs der Befestigung der Kühlvorrichtung am Trägerkörper problemlos und auf einfachste Weise allein durch einen gemeinsamen O-Ring gegen ein Kühlfluidlecken zur Umgebung abgedichtet werden können.
Das Kühlfluid kann demnach vorteilhafterweise durch einen einzigen Kühlfluidkanal im Trägerkörper der zugeordneten Kühlfluidöffnung der Kühlvorrichtung zugeleitet oder von dieser abgeleitet werden, und die Herstellung eines solchen Kanals ist .einfach. Beispielsweise kann ein solcher Kühlfluid- kanal ein durch Bohren herstellbares durchgehendes Loch im Trägerkörper sein.
Zur Befestigung der Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 ist lediglich erforderlich, dass - der Trägerkörper eine ebene Oberfläche aufweist, in der pro Kühlfluidöffnung in der konkav gewölbten anderen flachseitigen Oberfläche des Hohlkörpers der Kühlvorrichtung je eine dieser Kühlfluidöffnung zugeordnete Mündung eines im Trägerkörper ausgebildeten Kühlfluidkanals zum Zu- oder Ableiten von Kühlfluid angeordnet ist, dass
- die ebene Oberfläche des Trägerkörpers und die konkav gewölbte andere flachseitige Oberfläche des Hohlkörpers der Kühlvorrichtung einander zugekehrt und derart angeordnet werden, dass jeder Kühlfluidöffnung der Kühlvorrichtung die dieser Kühlfluidöffnung zugeordnete Mündung des Trägerkörpers gegenüberliegt, wobei - zwischen diesen einander zugekehrten Oberflächen des Trägerkörpers und der Kühlvorrichtung O-Ringe aus elastischem Material angeordnet werden, deren jeder eine Kühlfluidöffnung der Kühlvorrichtung und die dieser Kühlfluidöffnung gegenüberliegende Mündung des Fluidkanals des Trägerkör- pers geschlossen umgibt, und dass
- die Kühlvorrichtung und der Trägerkörper durch die Befestigungseinrichtung der Kühlvorrichtung derart aneinander befestigt werden, dass die konkav gewölbte andere flachseitige Oberfläche des Hohlkörpers der Kühlvorrichtung elas- tisch flachgedrückt ist und jeder O-Ring zwischen dieser flachgedrückten Oberfläche und der ebenen Oberfläche des Trägerkörpers eingequetscht wird, so dass er die Kühlfluidöffnung der Kühlvorrichtung und die dieser Kühlfluidöffnung gegenüberliegende Mündung des Kühlfluidkanals des Trägerkörpers, die dieser O-Ring beide geschlossen umgibt, gegen die Umgebung fluiddicht abdichtet.
Nach dieser einfachen Befestigungsprozedur sind jede Kühlfluidöffnung der Kühlvorrichtung und die dieser Kühlfluidöffnung gegenüberliegende Mündung des Kühlfluidkanals automatisch gegen die Umgebung fluiddicht abdichtet und es ist vorteilhafterweise eine besonders einfache Kühlfluidleitung realisiert.
Die konkav gewölbte flachseitige andere Oberfläche des Hohl- körpers ist wesentliche Vorraussetzung für die Realisierbarkeit der einfachen Befestigung der Kühlfluidvorrichtung auf dem Trägerkörper, da nur mit ihr ein ausreichend starker Druck auf die bei den Kuhlfluidoffnungen angeordneten O-Ringe zu deren Einquetschen ausgeübt werden kann. Eine elastisch verformbare ebene flachseitige andere Oberfläche des Hohlkörpers würde sich vergleichsweise konvex verformen und damit einen O-Ring nachteiligerweise eher entlasten als belasten. Die Befestigungseinrichtung der Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 kann vorteilhafterweise auf einfache Weise realisiert werden durch wenigstens ein im Hohlkörper zwischen den beiden Kuhlfluidoffnungen ausgebildetes Gewindeloch,
- das gegen das Kühlfluid im Hohlkörper fluiddicht abgedichtet ist, so dass durch dieses Gewindeloch kein Kühlfluid aus dem Hohlkörper lecken kann, und
- das in der konkav gewölbten anderen flachseitigen Oberflä- ehe des Hohlkörpers eine Gewindelochöffnung aufweist, durch die ein den Trägerkörper durchragender Gewindebolzen in das Gewindeloch zu schrauben ist, um Kühlvorrichtung und Trägerkörper aneinander zu befestigen.
Durch Einschrauben des Gewindestiftes in das Gewindeloch kann die der ebenen Oberfläche des Trägerkörpers gegenüberliegende konkav gewölbte flachseitige andere Oberfläche des Hohlkörpers der Kühlvorrichtung an den Trägerkörper herangezogen und flachgedrückt werden.
Bevorzugter- und vorteilhafterweise weist die Befestigungseinrichtung zwei im Hohlkörper zwischen den beiden Kuhlfluidoffnungen ausgebildete Gewindelöcher auf,
- deren jedes gegen das Kühlfluid im Hohlkörper fluiddicht abgedichtet ist, so dass durch dieses Gewindeloch kein
Kühlfluid aus dem Hohlkörper lecken kann, und
- deren jedes in der konkav gewölbten anderen flachseitigen Oberfläche des Hohlkörpers eine Gewindelochöffnung aufweist, durch die ein den Trägerkörper durchragender Gewin- debolzen in 'das Gewindeloch zu schrauben ist, um Kühlvorrichtung und Trägerkörper aneinander zu befestigen.
Dadurch kann eine besonders starke Druckausübung auf die O-Ringe und damit eine besonders zuverlässige Dichtwirkung der O-Ringe erreicht werden, insbesondere dann, wenn ein Gewindeloch nahe bei einer Kühlfluidöffnung und das andere Ge- windeloch nahe bei der anderen Kühlfluidöffnung der Kühlvorrichtung angeordnet ist.
Für die Gewindebolzen benötigt der Trägerkörper lediglich durchgehende Löcher an den Stellen der Gewindelöcher im Hohlkörper der Kühlvorrichtung. Ein solches Durchgangsloch kann beispielsweise wieder einfach eine Bohrung sein, durch die der Gewindebolzen hindurchgesteckt oder hindurchgeschraubt sein kann.
Eine verbesserte Kühlfluidleitung kann bei einer Kühlvorrichtung der eingangs genannten Art auch dadurch erhalten werden, dass gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 3 - im Hohlkörper zwischen den Kuhlfluidoffnungen eine Kühl- fluid-Leiteinrichtung ausgebildet ist, die das durch eine Kühlfluidöffnung in den Hohlkörper eingeleitete Kühlfluid im Hohlkörper seitlich am Zentrum zwischen den Kuhlfluidoffnungen des Hohlkörpers vorbei zur anderen Kühlfluidöffnung leitet.
Durch diese Maßnahme kann vorteilhafterweise eine besser auf die zu kühlenden Bauteile konzentrierte Fluidleitung im Hohlkörper und damit eine bessere Kühlwirkung an diesen Bauteilen erhalten werden. Nicht zu kühlende Bauteile, beispielsweise Stromschienen, die weniger warm werden, können vorteilhafterweise über dem kühlfluidfreien Zentrum des Hohlkörpers auf der einen flachseitigen Oberfläche befestigt werden.
Besonders vorteilhaft ist es, die Maßnahme nach Anspruch 3 mit der Maßnahme nach Anspruch 1 oder 2 zu kombinieren, was vorteilhafterweise problemlos möglich ist.
Die Kühlfluid-Leiteinrichtung benötigt mindestens eine in der Nähe einer Kühlfluidöffnung angeordnete Ablenkfläche, die das durch diese Kühlfluidöffnung zugeleitete Kühlfluid ablenkt und ein direktes Strömen des zugeleiteten Kuhlfluids von dieser Kühlfluidöffnung zur anderen Kühlfluidöffnung, das heißt durch das Zentrum zwischen den beiden Kuhlfluidoffnungen verhindert. Eine solche Ablenkfläche kann auf verschiedene Weise realisiert werden.
Bei einer bevorzugten und vorteilhaften Ausführungsform der Kühlvorrichtung nach Anspruch 3 weist die Kühlfluid-Leit- einrichtung einen zentral im Hohlkörper ausgebildeten massiven Steg aus gut wärmeleitendem Material auf,
- der die beiden flachseitigen Oberflächen des Hohlkörpers miteinander verbindet,
- der für das Kühlfluid undurchlässig ist,
- der entlang einer Verbindungslinie zwischen den beiden Kuhlfluidoffnungen langgestreckt ausgebildet ist und
- an dem seitlich entlang das durch eine Kühlfluidöffnung in den Hohlkörper eingeleitete Kühlfluid im Hohlkörper zur anderen Kühlfluidöffnung fließt.
Bei dieser Ausführungsform kann die Ablenkfläche der Kühlflu- id-Leiteinrichtung einfach durch ein stirnseitiges Ende des Stegs realisiert werden, das einer Kühlfluidöffnung, durch die das Kühlfluid zugeleitet wird, gegenüberliegt. Die Ablenkfläche kann durch die Form dieses stirnseitigen Endes im Einzelfall frei gewählt werden. Beispielsweise kann dieses freie Ende ein prismenförmig spitzes Ende des Stegs sein.
Bei einer bevorzugten und vorteilhaften Ausgestaltung dieser Ausführungsform weist der Steg ein stirnseitiges Ende auf, das einer Kühlfluidöffnung gegenüberliegt und das eine Rundung aufweist.
Der massive Steg wirkt vorteilhafterweise auch als eine zusätzliche Wärmesenke und verbessert die Kühlwirkung der Kühlvorrichtung.
Ein Gewindeloch des Hohlkörpers ist vorteilhafterweise im Steg angeordnet. Die Kühlfluid-Leiteinrichtung kann einen Abstand von einem Rand einer Kühlfluidöffnung aufweisen oder bis an den Rand einer Kühlfluidöffnung heranreichen.
Generell ist es von Vorteil, wenn im Hohlkörper eine Struktur aus gut wärmeleitendem Material ausgebildet ist, durch die das Kühlfluid strömen kann, die dem strömenden Kühlfluid eine vergrößerte Kontaktoberfläche bietet und die in gut wärmeleitendem Kontakt mit den flachseitigen Oberflächen des Hohlkör- pers steht.
Eine solche Struktur verbessert die Wärmeabfuhr und damit die Kühlwirkung der Kühlvorrichtung und kann auf verschiedenste Art und Weise realisiert werden, beispielsweise durch ein Gitter und/oder ein vermaschtes Gewebe und/oder einen Schwamm.
Vorzugsweise weist die Struktur aus dem gut wärmeleitenden Material kleine Hohlräume, deren jeder von diesem Material umgeben ist und die in Verbindung miteinander stehen, und/oder kleine Kanäle, deren jeder von diesem Material umgeben ist und die beiden Kuhlfluidoffnungen miteinander verbindet, auf.
Zu solchen Strukturen gehören beispielsweise ein Gitter, ein Schwamm, die aus dem genannten US-Patent 6 014 312 hervorgehenden Strukturen usw.
Insbesondere kann der Hohlkörper einer erfindungsgemäße Kühl- einrichtung wie ein Kühler nach dem ÜS-Patent 6 014 312 mit einem Schichtenstapel aus mit kleinen Löchern versehenen Schichten aus gut wärmeleitendem Material aufgebaut sein, wobei die Löcher von Schicht zu Schicht gegeneinander versetzt sind, aber einander überlappen. Ein massiver Steg im Hohlkör- per kann bei diesem Aufbau einfach durch lochfreie Bereiche der Schichten, die im Stapel übereinanderliegen realisiert werden. Die Struktur aus dem gut wärmeleitenden Material reicht bei der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung vorteilhafterweise bis an einen Rand einer Kühlfluidöffnung heran, im Unterschied zu einem Kühler nach dem US-Patent 6 014 312. Die Struktur kann dabei den Rand der Kühlfluidöffnung geschlossen umgeben, oder sie kann sich auch nur entlang eines Teilabschnitts dieses Randes und nicht über den ganzen Rand erstrecken, insbesondere dann, wenn eine Kühlfluid-Leiteinrichtung bis an den Rand dieser Kühlfluidöffnung heranreicht.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung, sei sie nach Anspruch 1 oder Anspruch 3 oder gemäß einer Kombination aus diesen beiden An- Sprüchen ausgebildet, weist
- der Hohlkörper elektrisch leitendes Material auf, und
- ist oder sind das oder die an der Kühlvorrichtung befestigten elektrischen Bauelemente durch eine Schicht aus gut wärmeleitendem und elektrisch isolierenden Material vom Kühlfluid im Hohlkörper elektrisch isoliert, die zur einen flachseitigen Oberfläche des Hohlkörpers parallel und fest mit dem Hohlkörper verbunden ist.
Die Schicht aus gut wärmeleitendem und elektrisch isolieren- den Material ist vorzugsweise auf der einen flachseitigen Oberfläche des Hohlkörpers der Kühlvorrichtung aufgebracht, kann im Fall, dass der Hohlkörper einen Stapel aus Schichten aus elektrisch leitendem Material aufweist, auch zwischen zwei solchen Schichten angeordnet sein.
Eine auf der vom Hohlkörper abgekehrten Seite der Schicht aus gut wärmeleitendem und elektrisch isolierenden Material angeordnete Schicht aus elektrisch leitendem Material, sei es eine Schicht des Stapels oder eine nachträglich aufgebrachte Schicht aus elektrisch leitendem Material ist vorzugsweise strukturiert, beispielsweise in elektrische Leiterbahnen, die im Fall von zu kühlenden elektrischen Bauteilen in Form von Leistungshalbleiterbauelementen Stromschienen sein können.
Die Schicht aus elektrisch leitendem Material kann sich ganz- flächig über den ganzen Hohlkörper erstrecken. Im Hinblick auf Probleme, die sich aus unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem elektrisch leitendem Material des Hohlkörpers und dem Material der elektrisch isolierenden Schicht ergeben und beispielsweise in einer Ablösung der elektrisch isolierenden Schicht vom Hohlkörper resultieren können, kann es vorteilhaft sein, wenn die Schicht aus dem gut wärmeleitenden und elektrisch isolierenden Material in voneinander getrennte Abschnitte aufgeteilt ist.
Die Schicht aus dem gut wärmeleitenden und elektrisch isolierenden Material weist vorzugsweise Keramikmaterial auf, das elektrisch leitende Material des Hohlkörpers vorzugsweise Kupfer auf.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn die fest mit dem Hohlkörper verbundene Schicht aus dem gut wärmeleitenden und elektrisch isolierenden Material einen kleineren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als der Hohlkörper aufweist.
Aus dieser Maßgabe resultiert vorteilhafterweise ein besonders einfaches Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung mit dem Hohlkörper, der die elastisch verformbare konkav gewölbte andere flachseitige Oberfläche aufweist.
Dieses Verfahren besteht einfach darin, dass die Schicht aus dem gut wärmeleitenden und elektrisch isolierenden Material bei erhöhter Temperatur fest mit dem Hohlkörper verbunden wird und danach Schicht und Hohlkörper abgekühlt werden. Beim Abkühlen zieht sich das Material des Hohlkörpers stärker zusammen als das Material der elektrisch isolierenden Schicht und erzeugt aufgrund dieses "Bimetalleffektes" von selbst die elastisch verformbare konkav gewölbte andere flachseitige Oberfläche des Hohlkörpers.
Beispielsweise wird eine mit Metall beschichtete elektrisch isolierende Schicht auf die eine flachseitige Oberfläche des Hohlkörpers aus Metall gelötet. Während des Lötvorgangs erwärmen sich Schicht und Hohlkörper und dehnen sich unterschiedlich aus, der Hohlkörper stärker als die Schicht. Mit dem Erstarren des Lots verbinden sich Hohlkörper und Schicht bei noch hoher Temperatur fest miteinander. Beim darauffolgenden Abkühlen zieht sich der Hohlkörper stärker zusammen als die fest mit ihm verbundene Schicht, so dass nach dem Abkühlen die andere flachseitige Oberfläche des Hohlkörpers von selbst konkav gewölbt ist und sich elastisch verformen lässt.
Bislang war dieser "Bimorph- oder Bimetalleffekt" ein störender Effekt und man war bestrebt ihn zu vermeiden, beispielsweise um ebene flachseitige Oberflächen des Hohlkörpers zu erzielen, z.B. durch Verwendung je einer elektrisch isolie- renden Schicht gleichen Materials auf jeder flachseitigen Oberfläche des Hohlkörpers.
Die Erfindung hat sich davon abgewendet und nutzt den "Bimorph- oder Bimetalleffekt" gezielt aus.
Der "Bimorph- oder Bimetalleffekt" kann vorteilhafterweise angewendet werden, gleichgültig ob der Hohlkörper eine Kühlfluid-Leiteinrichtung, insbesondere einen massiven Steg aufweist oder nicht.
Durch die erfindungsgemäßen Kühlvorrichtungen ist auch ein neuartiges Modul mit einer solchen Kühlvorrichtung und einem oder mehreren elektrischen Bauteilen, das oder die an der einen flachseitigen Oberfläche des Hohlkörpers der Kühl- Vorrichtung befestigt ist oder sind, geschaffen. Dieses Modul kann vorteilhafterweise genauso einfach und wie oben in Bezug auf die Kühlvorrichtung allein ohne elektrische Bauteile beschrieben am Trägerkörper mit Hilfe der O-Ringe befestigt werden.
Konkret bedeutet dies, dass bei einem solchen Modul
- ein Trägerkörper verwendet wird, der eine ebene Oberfläche aufweist, in der pro Kühlfluidöffnung in der konkav gewölbten anderen flachseitigen Oberfläche des Hohlkörpers der Kühlvorrichtung des Moduls je eine dieser Kühlfluidöffnung zugeordnete Mündung eines im Trägerkörper ausgebildeten Kühlfluidkanals zum Zu- oder Ableiten von Kühlfluid angeordnet ist, dass
- die ebene Oberfläche des Trägerkörpers und die konkav ge- wölbte andere flachseitige Oberfläche des Hohlkörpers der
Kühlvorrichtung des Moduls einander zugekehrt und derart angeordnet werden, dass jeder Kühlfluidöffnung der Kühlvorrichtung des Moduls die dieser Kühlfluidöffnung zugeordnete Mündung des Fluidkanals des Trägerkörpers gegen- überliegt, wobei
- zwischen diesen einander zugekehrten Oberflächen des Trägerkörpers und der Kühlvorrichtung des Moduls O-Ringe aus elastischem Material angeordnet sind, deren jeder eine Kühlfluidöffnung der Kühlvorrichtung des Moduls und die dieser Kühlfluidöffnung gegenüberliegende Mündung des Trägerkörpers geschlossen umgibt, dass
- die Kühlvorrichtung und der Trägerkörper durch die Befestigungseinrichtung der Kühlvorrichtung derart aneinander befestigt werden, dass die konkav gewölbte andere flach- seitige Oberfläche des Hohlkörpers der Kühlvorrichtung des Moduls elastisch flachgedrückt ist und jeder O-Ring zwischen dieser flachgedrückten Oberfläche und der ebenen Oberfläche des Trägerkörpers eingequetscht ist, so dass er die Kühlfluidöffnung der Kühlvorrichtung des Moduls und die dieser Kühlfluidöffnung gegenüberliegende Mündung des Kühlfluidkanals des Trägerkörpers, die dieser O-Ring beide geschlossen umgibt, gegen die Umgebung fluiddicht abdichtet.
Das Modul kann vorteilhafterweise auch mit - einer Kühlvorrichtung, die eine Kühlfluid-Leiteinrichtung aufweist, und mit
- einem oder mehreren elektrischen Bauteilen, das oder die an der einen flachseitigen Oberfläche des Hohlkörpers der Kühlvorrichtung befestigt ist oder sind, realisiert wer- den, wobei
- das oder die befestigten Bauteile neben der Kühlfluid- Leiteinrichtung im Bereich des am Zentrum zwischen den Kuhlfluidoffnungen des Hohlkörpers vorbei zur anderen Kühlfluidöffnung fließenden Kuhlfluids angeordnet ist oder sind.
Bevorzugter- und vorteilhafterweise sind bei diesem Modul elektrische Bauteile, die beim Betrieb voneinander verschiedene Wärmemengen erzeugen, in Strömungsrichtung des am Zent- rum zwischen den Kuhlfluidoffnungen des Hohlkörpers vorbei zur anderen Kühlfluidöffnung fließenden Kuhlfluids derart nacheinander angeordnet sind, dass auf ein Bauteil, das relativ weniger Wärmemenge erzeugt, ein Bauteil folgt, das relativ mehr Wärmemenge erzeugt.
Dabei ist es wiederum vorteilhaft, wenn elektrische Bauteile, die beim Betrieb voneinander verschiedene Wärmemengen erzeugen, in Strömungsrichtung des am Zentrum zwischen den Kuhlfluidoffnungen des Hohlkörpers vorbei zur anderen Kühlfluidöffnung fließenden Kuhlfluids derart nacheinander angeordnet sind, dass auf ein Bauteil, das relativ mehr Wärmemenge erzeugt, ein Bauteil folgt, das relativ weniger Wärmemenge erzeugt. Dies bedeutet insbesondere, dass Bauteile, die relativ mehr Wärmemenge erzeugen, innen und Bauteile, die relativ weniger Wärmemenge erzeugen, außen angeordnet werden sollen. Generell ist ein oben genanntes Modul vorzugsweise ein Leistungshalbleitermodul, das heißt, zumindest ein elektrisches Bauteil dieses Moduls ist ein Leistungshalbleiterbauelement.
Durch die Erfindung ist auch eine neuartige Anordnung aus einer Kühlvorrichtung und aus einem Trägerkörper geschaffen, die im Anspruch 21 angegeben ist, und ist auch eine neuartige Anordnung aus einem Modul und aus einem Trägerkörper geschaffen, die im Anspruch 22 angegeben ist.
Beide Anordnungen haben den Vorteil der einfachen Herstellbarkeit und eines extrem flachen Aufbaus.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sowohl der Anordnung nach Anspruch 22 als auch der Anordnung nach Anspruch 23 ist der Trägerkörper ein Teil eines elektrischen Getriebes.
Bei einer speziellen bevorzugten Ausführungsform sowohl der
Anordnung nach Anspruch 22 als auch der Anordnung nach An- spruch 23 ist der Trägerkörper ein Teil eines elektrischen
Getriebes für ein Kraftfahrzeug.
Als Kühlfluid wird vorzugsweise Wasser verwendet, es können aber auch andere Fluide wie beispielsweise Öl verwendet wer- den.
Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand der Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Darstellung eines Leistungshalbleitermoduls, auf das die Erfindung angewendet ist;
Figur 2 einen längs der Schnittlinie II-II in Figur 1 genommenen vertikalen Längsschnitt durch das Modul nach Figur 1; Figur 3a einen längs der Schnittlinie III-III in Figur 1 genommenen vertikalen Querschnitt durch das Modul nach Figur 1;
Figur 3b den unteren Teil des vertikalen Querschnitts nach Figur 3a, der im Gegensatz zu Figur 3a eine konkav gewölbte andere flachseitige Oberfläche des Hohlkörpers des Moduls zeigt;
Figur 4 einen längs der Schnittlinie IV-IV in Figur 1 genommenen horizontalen Schnitt durch das Modul nach Figur 1;
Figur 5 den oberen Teil des vertikalen Längsschnitts nach Fi- gur 2, der im Gegensatz zu Figur 2 eine unterteilte
Schicht aus gut wärmeleitendem elektrisch isolierenden Material zeigt;
Figur 6 den vom Kreis B umrandeten Teil der Figur 3a in ver- größerter Darstellung; und
Figur 7 in der Schnittdarstellung nach Figur 2 eine Anordnung aus einem Modul und einem Trägerkörper, die zugleich eine Anordnung aus einer Kühlvorrichtung und dem Trä- gerkörper zeigt, wobei der Trägerkörper nur bruchstückhaft dargestellt ist
Das in der Figur 1 dargestellte und generell mit 1' bezeichnete beispielhafte Leistungshalbleitermodul weist eine bei- spielhafte erfindungsgemäße Kühlvorrichtung 1 und eine Anordnung 2 aus mehreren zu kühlenden elektrischen Bauteilen in Form von Leistungshalbleiterbauelementen 20 und 20' auf, deren jedes auf einer von zwei voneinander abgekehrten flachseitigen Oberflächen 101 und 102 eines im Wesentlichen flach plattenförmig ausgebildeten und aus gut wärmeleitendem Material, beispielsweise Kupfer gebildeten Hohlkörpers 10 der Kühlvorrichtung 1 befestigt ist. Im Folgenden sei ohne Beschränkung der Allgemeinheit angenommen, dass die Leistungshalbleiterbauelemente 20 und 20' auf der flachseitigen Oberfläche 101 des Hohlkörpers 10 befestigt sind, so dass die Oberfläche 101 die eine flachseitige Oberfläche und die Oberfläche 102 die andere flachseitige Oberfläche des Hohlkörpers 10 bildet.
Ebenso gut könnten die Leistungshalbleiterbauelemente 20 und 20' auf Oberfläche 102 befestigt sein, so dass dann die Oberfläche 102 die eine flachseitige Oberfläche und die Oberfläche 101 die andere flachseitige Oberfläche des Hohlkörpers 10 wäre.
Der Hohlkörper 10 dient zum Durchleiten eines Kuhlfluids 3 (in den Figuren 2 und 4 durch fette Pfeile angedeutet, deren Richtungspfeile auch die Fließrichtung des Kuhlfluids anzeigen) durch den Hohlkörper 10 zwischen dessen beiden flachseitigen Oberflächen 101 und 102. Das Kühlfluid 3 besteht beispielsweise aus Wasser.
Der Hohlkörper 10 ist flach plattenförmig ausgebildet und weist im Wesentlichen eine Rechteckform mit einer zentralen Längsachse A auf.
Die Anordnung 2 aus den Leistungshalbleiterbauelementen 20 und 20' ist nicht direkt auf der im Wesentlichen rechteckförmigen einen flachseitigen Oberfläche 101 des Hohlkörpers 10, sondern auf einer vom Hohlkörper 10 abgekehrten Oberfläche 180 einer im Wesentlichen rechteckförmigen Schicht 18 aus gut wärmeleitendem und elektrisch isolierenden Keramikmaterial befestigt, die auf der einen flachseitigen Oberfläche 101 des Hohlkörpers 10 aufgebracht und durch Löten darauf befestigt ist. Die Anordnung 2 ist durch diese elektrisch isolierende Schicht 18 vom Hohlkörper 10 elektrisch isoliert. Auf der Oberfläche 180 der elektrisch isolierenden Schicht 18 sind neben der Anordnung 2 aus den zu kühlenden Leistungshalbleiterbauelementen 20 und 20' auch nicht zu kühlende elektrische Bauteile wie beispielsweise Stromschienen 21 be- festigt.
Zur weiteren Erläuterung des Aufbaus der Kühlvorrichtung 1 bzw. des Moduls 1' wird auf die Figuren 2 bis 4 Bezug genommen. Allerdings sind bei diesen Figuren die elektrischen Bau- teile 20, 20', 21 des Moduls 1', soweit sie überhaupt sichtbar sind, der einfacheren Darstellung wegen fortgelassen.
Gemäß diesen Figuren sind in der anderen flachseitigen Oberfläche 102 des Hohlkörpers 10 der Kühlvorrichtung 1 bzw. des Moduls 1' zwei in einem Abstand voneinander angeordnete Kuhlfluidoffnungen 11 zum Ein- und Ausleiten des Kuhlfluids 3 in und aus dem Hohlkörpers 10 ausgebildet.
Wie später anhand der Figur 7 eingehender beschrieben wird ist der Hohlkörper 10 auf einer ebenen Oberfläche 41 eines
Trägerkörpers 4 zu befestigen, derart, dass die andere flachseitige Oberfläche 102 des Hohlkörpers 10 und die ebene Oberfläche 41 des Trägerkörpers 4 einander zugekehrt sind.
Erfindungsgemäß ist die andere flachseitige Oberfläche 102 des Hohlkörpers 10 zwischen den Kuhlfluidoffnungen 11 konkav gewölbt und elastisch verformbar, und es ist eine Befestigungseinrichtung 5 zum Befestigen des Hohlkörpers 10 auf der ebenen Oberfläche 41 des Trägerkörpers 4 derart vorgesehen, dass die konkav gewölbte andere flachseitige Oberfläche 102 des Hohlkörpers 10 und die ebene Oberfläche 41 des Trägerkörpers 4 unter elastisch flacher Verformung der konkav gewölbten anderen flachseitigen Oberfläche 102 des Hohlkörpers 10 gegeneinander gedrückt sind.
Die andere flachseitige Oberfläche 102 des Hohlkörpers 10 ist vorwiegend in Richtung der Längsachse A des Hohlkörpers 10 gewölbt, kann zusätzlich oder alternativ dazu auch in Richtung der zur Längsachse A senkrechten Linie III-III oder IV-IV in Figur 1 gewölbt sein, wie dies in der Figur 3b angedeutet ist.
Die Befestigungseinrichtung 5 weist beispielsweise zwei im Hohlkörper 10 zwischen den beiden Kuhlfluidoffnungen 11 ausgebildete und jeweils ein Innengewinde aufweisende Gewindelöcher 12 auf, deren jedes gegen das Kühlfluid 3 im Hohlkörper 10 fluiddicht abgedichtet ist, so dass durch dieses Gewindeloch 12 kein Kühlfluid 3 aus dem Hohlkörper 10 nach außen lecken kann, und deren jedes in der konkav gewölbten anderen flachseitigen Oberfläche 102 des Hohlkörpers 10 eine Gewindelochöffnung 120 aufweist, durch die ein den Trägerkörper 4 durchragender Gewindebolzen 13 mit Außengewinde in das Gewindeloch 12 zu schrauben ist, um Kühlvorrichtung 1 bzw. Modul 1' und Trägerkörper 4 aneinander zu befestigen.
Vorzugsweise sind die Gewindelöcher 12 auf der Längsachse A des Hohlkörpers 10 und jeweils nahe bei einer Kuhlfluidoffnungen 11 angeordnet.
Jedes Gewindeloch 12 ist beispielsweise durch eine in den Hohlkörper 10 eingesetzte Buchse 121 mit Innengewinde und aus einem im Vergleich zum Material des Hohlkörpers 10 härteren Material definiert.
Beim dargestellten Beispiel ist jedes Gewindeloch 12 ein durchgehendes Loch, das sich quer durch den ganzen Hohlkörper 10 erstreckt und auch in der einen flachseitigen Oberfläche
101 des Hohlkörpers 10 eine Gewindelochöffnung aufweist. Ein Gewindeloch 12 kann auch ein Sackloch sein, das nur die Gewindelochöffnung 120 in der anderen flachseitigen Oberfläche
102 des Hohlkörpers 10 und keine Öffnung in der einen flach- seifigen Oberfläche 101 des Hohlkörpers 10 aufweist. Erfindungsgemäß ist auch im Hohlkörper 10 zwischen den Kuhlfluidoffnungen 11 eine Kühlfluid-Leiteinrichtung 6 ausgebildet, die das durch eine Kühlfluidöffnung 11 in den Hohlkörper 10 eingeleitete Kühlfluid 3 im Hohlkörper 10 seitlich am Zentrum 110 zwischen den Kuhlfluidoffnungen 11 des Hohlkörpers 10 vorbei zur anderen Kühlfluidöffnung 11 leitet.
Die Kühlfluid-Leiteinrichtung 6 ist vorzugsweise so ausgebildet, dass sie einen zentral im Hohlkörper 10 ausgebildeten massiven Steg 60 aus gut wärmeleitendem Material aufweist, der die beiden flachseitigen Oberflächen 101 und 102 des Hohlkörpers 10 miteinander verbindet, der für das Kühlfluid 3 undurchlässig ist, der entlang einer Verbindungslinie 111 (siehe Figur 2) zwischen den beiden Kuhlfluidoffnungen 11 langgestreckt ausgebildet ist und an dessen beiden Längsseiten 62 entlang das durch eine Kühlfluidöffnung 11 in den Hohlkörper 10 eingeleitete Kühlfluid 3 im Hohlkörper 10 zur anderen Kühlfluidöffnung 11 fließt.
Der Steg 60 weist gegenüber jeder Kühlfluidöffnung 11 ein stirnseitiges Ende 61 auf. Das stirnseitige Ende 61 des Stegs 60, das der Kühlfluidöffnung 11 gegenüberliegt und benachbart ist, durch die das Kühlfluid 3 in den Hohlkörper 10 eingeleitet wird und die in den Figuren 2 und 4 beispielsweise die linke Kühlfluidöffnung 11 ist, definiert eine Ablenkfläche zum Ablenken des in den in den Hohlkörper 10 eingeleiteten Kuhlfluids 3. Diese Ablenkfläche ist vorzugsweise durch eine Rundung 610 dieses stirnseitigen Endes 61 definiert.
Vorzugsweise ist wie in der Figur 4 dargestellt der Steg 60 in Bezug auf das Zentrum 110 zwischen den Kuhlfluidoffnungen 11 des Hohlkörpers im Wesentlichen spiegelsymmetrisch ausgebildet, so dass auch das andere stirnseitigen Ende 61 des Stegs 60, das im Beispiel der zum Ausleiten des Kuhlfluids 3 aus dem Hohlkörper dienenden rechten Kühlfluidöffnung 11 gegenüberliegt, eine Rundung 610 aufweist. Anstelle einer Rundung 610 kann auch eine andere, beispielsweise spitze Form gewählt werden.
Beispielsweise sind die stirnseitigen Enden 61 des Stegs 60 in einem Abstand von den Kuhlfluidoffnungen 11 angeordnet. Es könnte auch so eingerichtet sein, dass ein oder jedes stirnseitige Ende 61 des Stegs 60 bis an den Rand 112 einer Kuhlfluidoffnungen 11 heranreicht.
Die Gewindelöcher 12 des Hohlkörpers 10 sind vorzugsweise im Steg 60 und vorzugsweise nahe bei den stirnseitigen Enden 61 des Stegs 60 angeordnet. Ist das Material des Stegs 60 ausreichend hart, kann auf das Einsetzen von Buchsen 121 mit Innengewinde verzichtet werden, und ein Gewindeloch 12 mit Innengewinde kann direkt in den Steg 60 eingebracht sein.
Beide Maßnahmen sorgen dafür, dass das Gewindeloch 12 fluiddicht ist, d.h. durch das Gewindeloch 12 kann kein Fluid 3 aus dem Innern des Hohlkörpers 10 nach außen lecken.
Im Hohlkörper 10 ist vorzugsweise eine Struktur 17 aus gut wärmeleitendem Material ausgebildet, durch die das Kühlfluid 3 strömen kann, die dem strömenden Kühlfluid 3 eine vergrößerte Kontaktoberfläche bietet und die in gut wärmeleitendem Kontakt mit den flachseitigen Oberflächen 101 und 102 des Hohlkörpers 10 und mit dem Steg 60 steht.
Struktur 17 aus dem gut wärmeleitenden Material ist vorzugsweise so ausgebildet, dass sie kleine Hohlräume 171 aufweist, deren jeder von diesem Material umgeben ist und die in Ver- bindung miteinander stehen und/oder kleine Kanäle 172 aufweist, deren jeder von diesem Material umgeben ist und die beiden Kuhlfluidoffnungen 11 miteinander verbindet.
Die Struktur 17 kann demnach wie jede aus dem genannten US- Patent Nr. 6 014 312 hervorgehende entsprechende Struktur durch einen Stapel aus Schichten mit jeweils einer Vielzahl kleiner Löcher hergestellt sein, wobei um Unterschied dazu bei der vorliegenden Struktur 17 die Schichten im Bereich des Stegs 60 keine Löcher aufweisen dürfen. Der massive Steg 60 bildet sich in diesem Fall durch Übereinanderstapeln lochfreier Bereiche der Schichten vorteilhafterweise von selbst.
Die Struktur 17 kann auch beispielsweise durch Füllen eines den bereits vorhandenen massiven Steg 60 umgebenden Hohlraums des Hohlkörpers 10 mit Gittermaterial und/oder vermaschtem Gewebe und/oder einem Schwamm aus jeweils gut wärmeleitfähi- gern Material gebildet sein, das bzw. der in engem wärmeleitenden Kontakt mit den flachseitigen Oberflächen 101 und 102 des Hohlkörpers 10 und dem massiven Steg 60 steht.
Ebenfalls im Unterschied zum genannten US-Patent Nr. 6 014 312 reicht vorzugsweise die vorliegende Struktur 17 aus dem gut wärmeleitenden Material an den Rand 112 einer Kühlfluidöffnung 11 heran. Da die stirnseitigen Enden 61 des Stegs 60 beispielsweise nicht bis an den Rand 112 der Kuhlfluidoffnungen heranreichen, kann die bis an den Rand 112 einer Kühlfluidöffnung 11 heranreichende Struktur 17 diesen Rand vorteilhafterweise sogar geschlossen umgeben.
Im Fall, dass ein stirnseitiges Ende 61 des Stegs 60 bis an den Rand 112 einer Kühlfluidöffnung 11 heranreicht, kann die an diesen Rand 112 heranreichende Struktur 17 diesen Rand 112 natürlich nicht geschlossen umgeben, sondern sich nur über einen Teilabschnitt dieses Randes 112 erstrecken.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Kühlvorrichtung 1 bzw. des Moduls 1' nach den Figuren 1 bis 4 ist die Schicht 18 aus dem gut wärmeleitenden und elektrisch isolierenden Material ganzflächig auf den Hohlkörper 10 aufgebracht und befestigt.
Beispielsweise wird dazu (siehe Figur 6) eine auf der von der Oberfläche 180 der elektrisch isolierenden Schicht 18 abgekehrten und dem Hohlkörper zugekehrten Oberfläche 181 dieser Schicht 18 mit einer Metallschicht 108 beschichtete elekt- risch isolierende Schicht 18 auf die eine flachseitige Oberfläche 101 des Hohlkörpers 10 aus Metall mittels eines Lots 109 gelötet.
Die elektrisch isolierende Schicht 18 hat beim vorliegenden Beispiel einen relativ kleineren thermischen Ausdehnungskoeffizienten αl und der Hohlkörper 10 einen relativ größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten α2. Während des Lötvorgangs erwärmen sich die elektrisch isolierende Schicht 18 und Hohlkörper 10 und dehnen sich unterschiedlich aus, der Hohlkörper 10 stärker als die Schicht 18.
Mit dem Erstarren des flüssigen Lots 109 verbinden sich Hohlkörper 10 und Schicht 18 bei noch hoher Temperatur fest mit- einander. Beim darauffolgenden Abkühlen zieht sich der Hohlkörper 10 stärker zusammen als die fest mit ihm verbundene Schicht 18, so dass nach dem Abkühlen die andere flachseitige Oberfläche 102 des Hohlkörpers von selbst konkav gewölbt ist und sich elastisch verformen lässt.
Aufgrund der bei der späteren Befestigung auf dem Trägerkörper 4 herrschenden Spannungen zwischen elektrisch isolierender Schicht 18 und dem Hohlkörper 10 besteht eine gewisse Tendenz zu einer Ablösung der Schicht 18 vom Hohlkörper 10. Diese kann herabgesetzt werden, wenn die Schicht 18 aus dem gut wärmeleitenden und elektrisch isolierenden Material, wie in Figur 18 angedeutet, in voneinander getrennte Abschnitte 18' aufgeteilt ist.
Bei einem konkreten, den Schutzbereich der Erfindung nicht einschränkenden Ausführungsbeispiel einer vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung 1, die für ein Leistungshalbleitermodul 1' nach Figur 1 verwendet wird, hat der Hohlkörper 10 aus Kupfer eine Länge von etwa 100 mm, eine Breite von etwa 60 mm, eine Dicke von etwa 3,5 mm und ist aus einem Stapel aus Kupferschichten gebildet. Die auf der Längsachse A symmetrisch zum Zentrum 110 angeordneten Kühlfluid- Öffnungen 11 haben einen Abstand von etwa 85 mm voneinander und jeweils einen Öffnungsdurchmesser von etwa 5,5 mm. Die ebenfalls auf der Längsachse A symmetrisch zum Zentrum 110 angeordneten Gewindelöcher 12 haben einen Abstand von etwa 65 mm voneinander und jeweils einen Öffnungsdurchmesser von etwa 4 mm. Die nicht unterteilte und sich im Wesentlichen über die ganze rechteckige eine flachseitige Oberfläche 101 des Hohlkörpers 10 erstreckende aufgelötete elektrisch isolierende Schicht 18 besteht aus AI2O3 und hat eine Dicke von etwa 0,4 mm. Die entlang der Längsachse A elastisch konkav gewölbte rechteckige andere flachseitige Oberfläche 102 des Hohlkörpers 10 hat im Zentrum 110 in Bezug auf die stirnseitigen Enden 105 des Hohlkörpers 10 eine maximale Wölbungstiefe t von etwa 100 um.
Auch senkrecht zur Längsachse A ist in Richtung der Breite des Hohlkörpers 10, also entlang der Linie III-III in Figur 1, eine wie in Figur 3b angedeutete konkave Wölbung der anderen flachseitigen Oberfläche 102 des Hohlkörpers 10 vorhan- den.
Bei dem in Figur 1 dargestellten Leistungshalbleitermodul 1' sind die auf der elektrisch isolierenden Schicht 18 der Kühlvorrichtung befestigten Leistungshalbleiterbauelemente 20 und 20' in Draufsicht auf die Oberfläche 180 dieser Schicht 18 neben dem Steg 60 entlang den beiden Längsseiten 62 des Stegs 60 (siehe Figur 4) nacheinander angeordnet und befinden sich über dem im Hohlkörper 10 an diesen beiden Längsseiten 62 entlang fließenden Kühlfluid 3.
Auf jeder Längsseite 62 des Stegs 60 ist beispielsweise eine Reihe aus jeweils sechs Leistungshalbleiterbauelementen 20, 20' angeordnet, die in Strömungsrichtung des an den Längsseiten 62 entlang fließenden Kuhlfluids 3 (siehe Figur 4) aufeinanderfolgend angeordnet sind. Zwei erste Leistungshalbleiterbauelemente 20 in jeder Reihe sind beispielsweise IGBTs, zwei auf diese folgende Leistungshalbleiterbauelemente 20' sind beispielsweise Dioden, und zwei auf diese Dioden 20' folgende Leistungshalbleiterbauele- mente 20 sind wiederum IGBTs.
Die Dioden 20' produzieren beim Betrieb mehr Wärmemenge als die IGBTs 20, und deshalb sind aus Gründen einer optimalen Kühlwirkung durch die Kühlvorrichtung 1 in jeder Reihe die beiden Dioden 20' zwischen den beiden Paaren aus IGBTs 20 angeordnet.
Zur Verschaltung in einer bekannten elektrischen Schaltung sind die IGBTs 20 und Dioden 20 mit auf der elektrisch iso- lierenden Schicht 18 angeordneten Stromschienen 21 in bestimmter Weise elektrisch verbunden. Beispielsweise kann eine einzelne Stromschiene 21 über dem Steg 60 angeordnet sein, oder es können zwei oder mehrere übereinandergestapelte und elektrisch voneinander isolierte Stromschienen 21 über dem Steg 60 angeordnet sein, und/oder es können andere Stromschienen 21 beispielsweise zwischen der Schicht 18 und den Leistungshalbleiterbauelementen 20, 20' einzeln oder ebenfalls übereinandergestapelt und voneinander elektrisch isoliert auf der elektrisch isolierenden Schicht 18 angeordnet sein.
Die Stromschienen 21 und andere elektrische Leitungen können durch Strukturieren von einer oder mehrerer Schichten aus elektrisch leitendem Material auf der elektrisch isolierenden Schicht 18 erzeugt werden.
Bei dem Modul 1' nach Figur 1 sind Stromabnehmer für die Stromschienen 21 mit 22 bezeichnet.
In der Figur 7 ist gezeigt, wie eine Kühlvorrichtung 1 oder ein Modul 1' mit einem Trägerkörper 4 zu einer Anordnung 1'' aus der Kühlvorrichtung 1 und aus dem Trägerkörper 4 bzw. zu einer Anordnung 1'' aus dem Modul 1' und dem Trägerkörper 4 gebildet ist.
Der nur bruchstückhaft dargestellte Trägerkörper 4 ist so ausgebildet, dass er eine ebene Oberfläche 41 aufweist, in der pro Kühlfluidöffnung 11 in der konkav gewölbten anderen flachseitigen Oberfläche 102 des Hohlkörpers 10 der Kühlvorrichtung 1 je eine dieser Kühlfluidöffnung 11 zugeordnete Mündung 401 eines im Trägerkörper 4 ausgebildeten Kühlfluid- kanals 40 zum Zu- oder Ableiten von Kühlfluid 3 zum oder vom Hohlkörper 10 angeordnet ist.
Die ebene Oberfläche 41 des Trägerkörpers 4 und die konkav gewölbte andere flachseitige Oberfläche 102 des Hohlkörpers 10 der Kühlvorrichtung 1 sind einander zugekehrt und derart angeordnet, dass jeder Kühlfluidöffnung 11 der Kühlvorrichtung 1 die dieser Kühlfluidöffnung 11 zugeordnete Mündung 401 des Trägerkörpers 4 gegenüberliegt.
Zwischen diesen einander zugekehrten Oberflächen 41 und 102 des Trägerkörpers 4 und der Kühlvorrichtung 1 sind O-Ringe 7 aus elastischem Material angeordnet, deren jeder eine Kühlfluidöffnung 11 der Kühlvorrichtung 1 und die dieser Kühlfluidöffnung 11 gegenüberliegende Mündung 401 des Fluid- kanals 40 des Trägerkörpers 4 geschlossen umgibt.
Die Kühlvorrichtung 1 und der Trägerkörper 4 sind durch die Befestigungseinrichtung 5 der Kühlvorrichtung 1 derart aneinander befestigt, dass die konkav gewölbte andere flachseitige Oberfläche 102 des Hohlkörpers 10 der Kühlvorrichtung 1 in
Richtung des zur ebenen Fläche 41 des Trägerkörpers 4 zeigenden Pfeils P (siehe Figur 2 und Figur 4) elastisch flachgedrückt ist und jeder O-Ring 7 zwischen dieser flachgedrückten Oberfläche 102 und der ebenen Oberfläche 41 des Trägerkörpers 4 eingequetscht ist, so dass er die Kühlfluidöffnung 11 der Kühlvorrichtung 1 und die dieser Kühlfluidöffnung 11 gegenüberliegende Mündung 401 des Kühlfluidkanals 40 des Trägerkör- pers 4, die dieser O-Ring 7 beide geschlossen umgibt, gegen die Umgebung fluiddicht abdichtet.
Jeder O-Ring 7 ist beispielsweise in einer Aussparung 410 in der ebenen Oberfläche 41 des Trägerkörpers 4 angeordnet, damit er beim Zusammenbau der Anordnung 1' ' oder 1' ' ' nicht seitlich verrutscht. Eine solche Aussparung könnte alternativ oder zusätzlich auch in der anderen flachseitigen Oberfläche 102 des Hohlkörpers 10 ausgebildet sein.
Mit der die beiden Gewindelöcher 12 im Hohlkörper 10 und die Gewindebolzen 13 aufweisenden Befestigungsvorrichtung 5 erfolgt der Zusammenbau beispielsweise so, dass nach dem Anordnen der Kühlvorrichtung 1 bzw. des Moduls 1' und des Träger- körpers 4 derart, dass die andere flachseitige Oberfläche 102 des Hohlkörpers 10 und die ebene Oberfläche 41 des Trägerkörpers 4 einander zugekehrt und die O-Ringe 7 in der richtigen Lage dazwischen angeordnet sind, dass die Gewindebolzen 13 durch im Trägerkörper 4 ausgebildete durchgehende Löcher 134, die den Öffnungen 120 der Gewindelöcher 12 im Hohlkörper genau gegenüberliegen, hindurch gesteckt und dann in die Gewindelöcher 12 eingeschraubt werden, und dass dann auf der Seite einer Oberfläche 42 des Trägerkörpers 4, die von der ebenen Oberfläche 41 des Trägerkörpers 4 abgekehrt ist, eine Mutter 13' auf jeden den Trägerkörper 4 durchragenden Gewindebolzen 13 geschraubt und dann festgezogen wird, so dass die andere flachseitige Oberfläche 102 des Hohlkörpers 10 flachgedrückt, die O-Ringe eingequetscht und Hohlkörper 10 und Trägerkörper 4 fest miteinander verbunden werden. Es können auch Beilag- Scheiben verwendet werden, die zwischen dem Trägerkörper 4 und den Muttern 13' auf den Gewindebolzen 13 anzuordnen sind.
Ein im Trägerkörper 4 ausgebildetes durchgehendes Loch 134 kann auch ein Gewindeloch mit Innengewinde sein, durch das der Gewindebolzen 13 zum Einschrauben in ein Gewindeloch 12 im Hohlkörper 10 hindurchgeschraubt werden kann. In der Figur 7 ist eigentlich eine Anordnung 1' ' ' aus Modul 1' und Trägerkörper 4 dargestellt. Die Anordnung 1'' aus Kühlvorrichtung 1 und Trägerkörper 4 entsteht daraus, wenn man sich die dargestellten elektrischen Bauteile 20, 20' und 21 wegdenkt.
Der Trägerkörper 4 ist vorzugsweise ein Teil eines elektrischen Getriebes 4', insbesondere eines elektrischen Getriebes 4' für ein Kraftfahrzeug zum Kühlen von zur elektrischen Ver- sorgung des Teils benötigten Leistungshalbleiterbauelementen.
Die Kühlvorrichtung 1 und das Modul 1' zeichnen sich durch ihre extrem flache Bauweise auf, die besonders gut zum Einbau in enge Räume

Claims

Patentansprüche
1. Kühlvorrichtung (1) zum Kühlen eines oder mehrerer elektrischer Bauteile (20, 20' ) , insbesondere in Form von Leis- tungshalbleiterbauelementen, mit
- einem Hohlkörper (10) aus gut wärmeleitendem Material, der im Wesentlichen flach plattenförmig und zum Durchleiten eines Kuhlfluids (3) zwischen zwei voneinander abgekehrten flachseitigen Oberflächen (101, 102) des Hohlkörpers (10) ausgebildet ist, wobei
- an einer (101) der beiden flachseitigen Oberflächen (101; 102) des Hohlkörpers (10) jedes zu kühlende Bauteil (20, 20') zu befestigen ist, das durch gut wärmeleitendes und elektrisch isolierendes Material des Hohl- körpers (10) vom Kühlfluid (3) im Hohlkörper (10) elektrisch isoliert ist, wobei
- in der anderen flachseitigen Oberfläche (102; 101) des Hohlkörpers (10) wenigstens zwei in einem Abstand voneinander angeordnete Kuhlfluidoffnungen (11) zum Ein- und Ausleiten des Kuhlfluids (3) in und aus dem Hohlkörper (10) ausgebildet sind, und wobei
- der Hohlkörper (10) auf einer ebenen Oberfläche (41) eines Trägerkörpers (4) zu befestigen ist, derart, dass die andere flachseitige Oberfläche (102; 101) des Hohl- körpers (10) und die ebene Oberfläche (41) des Trägerkörpers (4) einander zugekehrt sind, dadurch gekennzeichnet, dass
- die andere flachseitige Oberfläche (102; 101) des Hohlkörpers (10) zwischen den Kuhlfluidoffnungen (11) konkav ge- wölbt und elastisch verformbar ist, und dass
- eine Befestigungseinrichtung (5) vorgesehen ist zum Befestigen des Hohlkörpers (10) auf der ebenen Oberfläche (41) des Trägerkörpers .(4) derart, dass die konkav gewölbte andere flachseitige Oberfläche (102; 101) des Hohlkörpers (10) und die ebene Oberfläche (41) des Trägerkörpers (4) unter elastisch flacher Verformung der konkav gewölbten anderen flachseitigen Oberfläche (102; 101) des Hohlkörpers (10) gegeneinander gedrückt sind.
2. Kühlvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Befesti- gungseinrichtung (5) zwei im Hohlkörper (10) zwischen den beiden Kuhlfluidoffnungen (11) ausgebildete Gewindelöcher (12) aufweist,
- deren jedes gegen das Kühlfluid (3) im Hohlkörper (10) fluiddicht abgedichtet ist, so dass durch dieses Gewinde- loch (12) kein Kühlfluid (3) aus dem Hohlkörper (10) lecken kann, und
- deren jedes in der konkav gewölbten anderen flachseitigen Oberfläche (102; 101) des Hohlkörpers (10) eine Gewindelochöffnung (120) aufweist, durch die ein den Trägerkörper (4) durchragender Gewindebolzen (13) in das Gewindeloch
(12) zu schrauben ist, um Kühlvorrichtung (1) und Träger- körper (4) aneinander zu befestigen.
3. Kühlvorrichtung (1) zum Kühlen eines oder mehrerer elekt- rischer Bauteile (20, 20' ) , insbesondere in Form von Leistungshalbleiterbauelementen, mit
- einem Hohlkörper (10) aus gut wärmeleitendem Material, der im Wesentlichen flach plattenförmig und zum Durchleiten eines Kuhlfluids (3) zwischen zwei voneinander abgekehrten flachseitigen Oberflächen (101, 102) des Hohlkörpers (10) ausgebildet ist, wobei
- an einer (101; 102) der beiden flachseitigen Oberflächen (101, 102) des Hohlkörpers (10) jedes zu kühlende Bauteil (20, 20' ) zu befestigen ist, das durch gut wärme- leitendes und elektrisch isolierendes Material des Hohlkörpers (10) vom Kühlfluid (3) im Hohlkörper (10) elektrisch isoliert ist, wobei
- in der anderen flachseitigen Oberfläche (102; 101) des Hohlkörpers (10) wenigstens zwei in einem Abstand von- einander angeordnete Kuhlfluidoffnungen (11) zum Ein- und Ausleiten des Kuhlfluids (3) in und aus dem Hohlkörper (10) ausgebildet sind, und wobei - der Hohlkörper (10) auf einer ebenen Oberfläche (41) eines Trägerkörpers (4) zu befestigen ist, derart, dass die andere flachseitige Oberfläche (102; 101) des Hohlkörpers (10) und die ebene Oberfläche (41) des Träger- körpers (4) einander zugekehrt sind, insbesondere Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass
- im Hohlkörper (10) zwischen den Kuhlfluidoffnungen (11) eine Kühlfluid-Leiteinrichtung (6) ausgebildet ist, die das durch eine Kühlfluidöffnung (11) in den Hohlkörper
(10) eingeleitete Kühlfluid (3) im Hohlkörper (10) seitlich am Zentrum (110) zwischen den Kuhlfluidoffnungen (11) des Hohlkörpers (10) vorbei zur anderen Kühlfluidöffnung
(11) leitet.
4. Kühlvorrichtung (1) nach Anspruch 3, wobei die Kühlfluid- Leiteinrichtung (6) einen zentral im Hohlkörper (10) ausgebildeten massiven Steg (60) aus gut wärmeleitendem Material aufweist, - der die beiden flachseitigen Oberflächen (101, 102) des Hohlkörpers (10) miteinander verbindet,
- der für das Kühlfluid (3) undurchlässig ist,
- der entlang einer Verbindungslinie (111) zwischen den beiden Kuhlfluidoffnungen (11) langgestreckt ausgebildet ist und
- an dem entlang das durch eine Kühlfluidöffnung (11) in den Hohlkörper (10) eingeleitete Kühlfluid (3) im Hohlkörper (10) zur anderen Kühlfluidöffnung (11) fließt.
5. Kühlvorrichtung (1) nach Anspruch 4, wobei der Steg (60) ein stirnseitiges Ende (61) aufweist, das einer Kühlfluidöffnung (11) gegenüberliegt und das eine Rundung (610) aufweist.
6. Kühlvorrichtung (1) nach Anspruch 2 und Anspruch 4 oder 5, wobei ein Gewindeloch (12) des Hohlkörpers (10) im Steg (60) angeordnet ist.
7. Kühlvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Hohlkörper (10) eine Struktur (17) aus gut wärmeleitendem Material ausgebildet ist, durch die das Kühlfluid
(3) strömen kann, die dem strömenden Kühlfluid (3) eine ver- größerte Kontaktoberfläche bietet und die in gut wärmeleitendem Kontakt mit den flachseitigen Oberflächen (101, 102) des Hohlkörpers (10) steht.
8. Kühlvorrichtung (1) nach Anspruch 7, wobei die Struktur (17) aus dem gut wärmeleitenden Material kleine Hohlräume
(171) aufweist, deren jeder von diesem Material umgeben ist und die in Verbindung miteinander stehen.
9. Kühlvorrichtung () nach Anspruch- 7 oder 8,- wobei die Struktur (17) aus dem gut wärmeleitenden Material kleine Kanäle (172) aufweist, deren jeder von diesem Material umgeben ist und die beiden Kuhlfluidoffnungen (11) miteinander verbindet.
10. Kühlvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Struktur (17) aus dem gut wärmeleitenden Material an den Rand (112) einer Kühlfluidöffnung (11) heranreicht.
11. Kühlvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü- ehe, wobei
- der Hohlkörper (10) elektrisch leitendes Material aufweist, und wobei
- das oder die an der Kühlvorrichtung (1) befestigten elektrischen Bauelemente (20, 20') durch eine Schicht (18) aus gut wärmeleitendem und elektrisch isolierenden Material vom Kühlfluid (3) im Hohlkörper (10) elektrisch isoliert ist oder sind, die zur einen flachseitigen Oberfläche (101; 102) des Hohlkörpers (10) parallel und fest mit dem Hohlkörper (10) verbunden ist.
12. Kühlvorrichtung (1) nach Anspruch 11, wobei die Schicht (18) aus dem gut wärmeleitenden und elektrisch isolierenden Material in voneinander getrennte Abschnitte (18') aufgeteilt ist.
13. Kühlvorrichtung (1) nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Schicht (18) aus dem gut wärmeleitenden und elektrisch isolierenden Material Keramikmaterial aufweist.
14. Kühlvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das elektrisch leitende Material des Hohlkörpers (10) Kupfer aufweist.
15. Kühlvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die fest mit dem Hohlkörper (10) verbundene Schicht (18) aus dem gut wärmeleitenden und elektrisch isolierenden Material einen kleineren thermischen Ausdehnungskoeffizienten ( l) als der Hohlkörper (10) aufweist.
16. Modul (1') mit
- einer Kühlvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und
- einem oder mehreren elektrischen Bauteilen (20, 20' ) , das oder die an der einen flachseitigen Oberfläche (101; 102) des Hohlkörpers (10) der Kühlvorrichtung (1) befestigt ist oder sind.
17. Modul (1' ) mit
- einer Kühlvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 6 und
- einem oder mehreren elektrischen Bauteilen (20, 20'), das oder die an der einen flachseitigen Oberfläche (101; 102) des Hohlkörpers (10) der Kühlvorrichtung (1) befestigt ist oder sind, wobei
- das oder die befestigten Bauteile (20, 20') neben der Kühlfluid-Leiteinrichtung (6) im Bereich des am Zentrum (110) zwischen den Kuhlfluidoffnungen (11) des Hohlkörpers (10) vorbei zur anderen Kühlfluidöffnung (11) fließenden Kuhlfluids (3) auf der einen flachseitigen Oberfläche (101; 102) des Hohlkörpers (10) angeordnet ist oder sind.
18. Modul (1') nach Anspruch 17, wobei elektrische Bauteile (20, 20' ) , die beim Betrieb voneinander verschiedene Wärmemengen erzeugen, in Strömungsrichtung (30) des am Zentrum
(110) zwischen den Kuhlfluidoffnungen (11) des Hohlkörpers (10) vorbei zur anderen Kühlfluidöffnung (11) fließenden Kuhlfluids (3) derart nacheinander angeordnet sind, dass auf ein Bauteil (20), das relativ weniger Wärmemenge erzeugt, ein Bauteil (20') folgt, das relativ mehr Wärmemenge erzeugt.
19. Modul (1') nach Anspruch 18, wobei elektrische Bauteile (20, 20'), die beim Betrieb voneinander verschiedene Wärme- mengen erzeugen, in Strömungsrichtung (30) des am Zentrum (110) zwischen den Kuhlfluidoffnungen (11) des Hohlkörpers (10) vorbei zur anderen Kühlfluidöffnung (11) fließenden Kuhlfluids (3) derart nacheinander angeordnet sind, dass auf ein Bauteil (20' ) , das relativ mehr Wärmemenge erzeugt, ein Bauteil (20) folgt, das relativ weniger Wärmemenge erzeugt.
20. Modul (1') nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei zumindest ein elektrisches Bauteil (20, 20') ein Leistungshalbleiterbauelement ist.
21 Anordnung (1'') aus einer Kühlvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 15 und aus einem Trägerkörper (4), wobei
- der Trägerkörper (4) eine ebene Oberfläche (41) aufweist, in der pro Kühlfluidöffnung (11) in der konkav gewölbten anderen flachseitigen Oberfläche (102; 101) des Hohlkörpers (10) der Kühlvorrichtung (1) je eine dieser Kühlfluidöffnung (11) zugeordnete Mündung (401) eines im Trägerkörper (4) ausgebildeten Kühlfluidkanals (40) zum Zu- oder Ableiten von Kühlfluid (3) angeordnet ist, wobei
- die ebene Oberfläche (41) des Trägerkörpers (4) und die konkav gewölbte andere flachseitige Oberfläche (102; 101) des Hohlkörpers (10) der Kühlvorrichtung (1) einander zugekehrt und derart angeordnet sind, dass jeder Kühlfluidöffnung (11) der Kühlvorrichtung (1) die dieser Kühlfluidöffnung (11) zugeordnete Mündung (401) des Trägerkörpers (4) gegenüberliegt, wobei
- zwischen diesen einander zugekehrten Oberflächen (41, 102;
41, 101) des Trägerkörpers (4) und der Kühlvorrichtung (1) O-Ringe (7) aus elastischem Material angeordnet sind, deren jeder eine Kühlfluidöffnung (11) der Kühlvorrichtung (1) und die dieser Kühlfluidöffnung (11) gegenüberliegende Mündung (401) des Fluidkanals (40) des Trägerkörpers (4) geschlossen umgibt, wobei
- die Kühlvorrichtung (1) und der Trägerkörper (4) durch die
Befestigungseinrichtung (5) der Kühlvorrichtung (1) derart aneinander befestigt sind, dass die konkav gewölbte andere flachseitige Oberfläche (102, 101) des Hohlkörpers (10) der Kühlvorrichtung (1) elastisch flachgedrückt ist und jeder O-Ring (7) zwischen dieser flachgedrückten Oberfläche (102; 101) und der ebenen Oberfläche (41) des Träger- körpers (4) eingequetscht ist, so dass er die Kühlfluidöffnung (11) der Kühlvorrichtung (1) und die dieser Kühlfluidöffnung (11) gegenüberliegende Mündung (401) des Kühlfluidkanals (40) des Trägerkörpers (4), die dieser O-Ring (7) beide geschlossen umgibt, gegen die Umgebung fluiddicht abdichtet.
22. Anordnung (1''') aus einem Modul (1') nach einem der Ansprüche 16 bis 20 mit einer Kühlvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 15 und aus einem Trägerkörper (4), wobei
- der Trägerkörper (4) eine ebene Oberfläche (41) aufweist, in der pro Kühlfluidöffnung (11) in der konkav gewölbten anderen flachseitigen Oberfläche (102; 102) des Hohlkörpers (10) der Kühlvorrichtung (1) des Moduls (1') je eine dieser Kühlfluidöffnung (11) zugeordnete Mündung (401) eines im Trägerkörper (4) ausgebildeten Kühlfluidkanals (40) zum Zu- oder Ableiten von Kühlfluid (3) angeordnet ist, wobei
- die ebene Oberfläche (41) des Trägerkörpers (4) und die konkav gewölbte andere flachseitige Oberfläche (102; 101) des Hohlkörpers (10) der Kühlvorrichtung (1) des Moduls (1') einander zugekehrt und derart angeordnet sind, dass jeder Kühlfluidöffnung (11) der Kühlvorrichtung (1) des Moduls (1') die dieser Kühlfluidöffnung (11) zugeordnete Mündung (401) des Trägerkörpers (4) gegenüberliegt, wobei - zwischen diesen einander zugekehrten Oberflächen (41, 102; 41, 101) des Trägerkörpers (4) und der Kühlvorrichtung (1) des Moduls O-Ringe (7) aus elastischem Material angeordnet sind, deren jeder eine Kühlfluidöffnung (11) der Kühlvorrichtung (1) des Moduls (1') und die dieser Kühlfluidöff- nung (11) gegenüberliegende Mündung (401) des Fluidkanals (40) des Trägerkörpers (4) geschlossen umgibt, wobei
- die Kühlvorrichtung (1) und der Trägerkörper (4) durch die Befestigungseinrichtung (5) der Kühlvorrichtung (1) derart aneinander befestigt sind, dass die konkav gewölbte andere flachseitige Oberfläche (101; 101) des Hohlkörpers (10) der Kühlvorrichtung (1) des Moduls (1' ) elastisch flachgedrückt ist und jeder O-Ring (7) zwischen dieser flachgedrückten Oberfläche (102; 101) und der ebenen Oberfläche (41 des Trägerkörpers (4) eingequetscht ist, so dass er die Kühlfluidöffnung (11) der Kühlvorrichtung (1) des Moduls (1') und die dieser Kühlfluidöffnung (11) gegenüberliegende Mündung (401) des Kühlfluidkanals (40) des Trägerkörpers (4), die dieser O-Ring (7) beide geschlossen umgibt, gegen die Umgebung fluiddicht abdichtet.
23. Anordnung nach Anspruch 22, wobei der Trägerkörper (4) ein Teil eines elektrischen Getriebes (4') ist.
24. Anordnung nach Anspruch 23, wobei der Trägerkörper (4) ein Teil eines elektrischen Getriebes (4') für ein Kraftfahrzeug ist.
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