EP4662708A1 - Fluiddurchströmbaren kühler zum kühlen einer elektrischen und/oder elektronischen baugruppe - Google Patents

Fluiddurchströmbaren kühler zum kühlen einer elektrischen und/oder elektronischen baugruppe

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Publication number
EP4662708A1
EP4662708A1 EP24701395.6A EP24701395A EP4662708A1 EP 4662708 A1 EP4662708 A1 EP 4662708A1 EP 24701395 A EP24701395 A EP 24701395A EP 4662708 A1 EP4662708 A1 EP 4662708A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cooling
fluid
cooler
cooling structure
electrical
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.)
Pending
Application number
EP24701395.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ralph Grueninger
Patrick Gaiser
Daniel Stehlik
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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 Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4662708A1 publication Critical patent/EP4662708A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W40/00—Arrangements for thermal protection or thermal control
    • H10W40/40—Arrangements for thermal protection or thermal control involving heat exchange by flowing fluids
    • H10W40/47—Arrangements for thermal protection or thermal control involving heat exchange by flowing fluids by flowing liquids, e.g. forced water cooling

Definitions

  • Fluid-flow cooler for cooling an electrical and/or electronic assembly
  • the present invention relates to a cooler through which fluid can flow for cooling an electrical and/or electronic assembly, as well as to an electrical and/or electronic device with such a cooler and at least one electrical and/or electronic assembly.
  • Power modules such as inverter structures or converter structures are used in hybrid vehicles or electric vehicles.
  • inverters that provide phase currents for the electric machine are used to operate an electric machine.
  • the power modules can, for example, comprise a carrier substrate with conductor tracks on which, for example, power semiconductors are arranged, which together with the carrier substrate form an electronic unit.
  • the electronic unit generates heat that must be dissipated.
  • the electronic unit is thermally connected to a cooler. It is known to provide a cooler with a cooling channel in which a coolant can flow, which dissipates the heat from the cooler.
  • Turbulence structures for example turbulence inserts, can be provided in the cooling channel of the cooler, which ensure better heat dissipation from the cooler to the coolant flowing through the cooler. The turbulence structures generate turbulent flows and increase the cooling surface.
  • the fluid-flow cooler according to the invention for cooling an electrical and/or electronic assembly has the advantage that a a more stable connection of the electrical and/or electronic assembly to the cooler can be achieved with good cooling performance. This is achieved by partially connecting a cooling structure, in particular a turbulence insert, to an area of the cooler, since this can reduce stress in at least one connecting layer that connects the electrical and/or electronic assembly to the cooler. Potential cracks in the at least one connecting layer can thus be avoided or the crack propagation can be slowed down, thereby maintaining the connectability of the layer.
  • the fluid-flow cooler for cooling an electrical and/or electronic assembly comprises a cooling channel through which a fluid can flow, and a cooling structure that is arranged in the cooling channel.
  • An inner surface of a wall of the cooling channel has a connecting region and an edge region, wherein the connecting region is connected to the cooling structure and the edge region is not connected to the cooling structure.
  • the connecting region is integrally connected to the cooling structure.
  • the connection of the cooling structure to the inner surface of the wall of the cooling channel is separated/prevented in the edge region. This means in particular that only the connection region is connected to the cooling structure. This reduces stresses that can be caused by different thermal expansion coefficients of components of the cooler, for example the wall/walls of the cooling channel and the cooling structure, and/or the electrical and/or electronic assembly and/or the at least one connecting layer. The resulting different elongation/bending on the at least one connecting layer can thus also be reduced.
  • the edge region advantageously extends in the longitudinal direction and width direction of the cooler and/or the cooling channel.
  • the longitudinal direction preferably corresponds to a flow direction of the fluid in/through the cooling channel.
  • the inner surface of the wall advantageously faces the cooling channel.
  • the edge region advantageously corresponds to a region of the inner surface that extends from one end of the inner surface of the wall of the cooling channel or begins at one end of the inner surface of the wall of the cooling channel.
  • the entire edge region faces the cooling channel.
  • the inner surface of the wall of the cooling channel can preferably also have two edge regions with an intermediate connecting region, which are not connected to the cooling structure.
  • the edge region adjoins the connecting region.
  • the inner surface can only have the edge region and the connecting region.
  • the fluid-flow-through cooler preferably further comprises (at least) one cover plate and (at least) one base plate, which are connected to one another and define the cooling channel.
  • the aforementioned inner surface of the wall of the cooling channel advantageously corresponds to at least a region of an inner side of the cover plate or the base plate.
  • the cover plate can preferably be flat.
  • the cover plate and/or the base plate each have a constant thickness.
  • the cover plate and the base plate can have the same thickness or different thicknesses.
  • the base plate in particular as a deep-drawn sheet, has a recess that is covered by the cover plate, so that the cooling channel is formed in the recess of the base plate between the base plate and the cover plate.
  • the cooling structure is located in this cooling channel. This creates a cooler that is easy to manufacture and has a compact design.
  • the cover plate and/or the cooling structure and/or the base plate is/are preferably designed as sheet metal(s).
  • the cover plate and the base plate advantageously form a housing of the cooler.
  • the housing is composed only of the cover plate and the base plate. This provides a simple and at the same time very compact cooler with high cooling performance.
  • An interior of the housing corresponds to preferably at least partially, in particular completely, the cooling channel in which the cooling structure is located.
  • the cover plate can preferably be formed by punching.
  • the base plate can preferably be produced by punching or deep drawing.
  • the cooling structure can preferably be formed by punching or roll forming.
  • An inner surface of the first wall of the cooling channel and an inner surface of the second wall of the cooling channel advantageously lie opposite one another.
  • the inner surface of the first wall and the inner surface of the second wall are particularly preferably parallel, in particular plane-parallel, to one another.
  • the inner surface of a wall of the cooling channel can have two edge regions.
  • the inner surface of the first wall or the inner surface of the second wall of the cooling channel can have two edge regions that are not connected to the cooling structure.
  • the cooling structure preferably has an inner surface facing region having a surface facing/opposite the inner surface.
  • a part of the surface preferably lies opposite the edge region and is not connected to the edge region. This means that a part of the surface preferably lies opposite the connection region and is connected to the connection region.
  • the cooling structure has a plurality of regions facing the inner surface and each having a surface facing/opposite the inner surface.
  • One of the surfaces is preferably located at least partially, in particular completely, opposite the edge region and is not connected to the edge region.
  • One of the surfaces is preferably located at least partially, in particular completely, opposite the connection region and is connected to the connection region.
  • the edge region can be in contact with the cooling structure.
  • the aforementioned part of the surface which is opposite the edge region and is not connected to the edge region can contact the edge region.
  • the aforementioned surface which is at least partially, in particular completely, opposite the edge region and is not connected to the edge region can contact the edge region.
  • a gap can be provided between the aforementioned part of the surface which is opposite the edge region and is not connected to the edge region and the edge region.
  • a gap can be provided between the aforementioned surface which is at least partially, in particular completely, opposite the edge region and is not connected to the edge region and the edge region. It is to be understood that the gap is formed in a thickness direction of the cooler. The thickness direction preferably corresponds to a direction in which the cover plate is applied to the base plate.
  • the cooling structure can be arranged in the cooling channel without overlapping with the edge region. In other words, this means that no part of the cooling structure is located below/above the edge region or that no part of the cooling structure is opposite the edge region. The cooling structure is thus only located below/above the connecting region.
  • the edge region of the inner surface of the wall of the cooling channel is advantageously created here by the cooling structure having a dimension in a direction perpendicular to the flow direction, in particular in the width direction of the cooler, which is smaller than a corresponding dimension of the inner surface and that the cooling structure in the Cooling channel is arranged at a distance from one end of the inner surface.
  • the cooling structure can preferably have at least one region facing the inner surface, which has a surface that faces/opposite the inner surface.
  • the cooling structure has a plurality of regions that face the inner surface and each have a surface that faces/opposite the inner surface.
  • the arrangement of the cooling structure in the cooling channel without overlapping with the edge area means in particular that all such surfaces face/lie opposite the connection area.
  • a dimension of the edge region is preferably between 5 mm and 15 mm, particularly preferably 10 mm, in a direction perpendicular to the flow direction of the fluid in the cooling channel. This makes it possible to achieve an optimal balance between a stable arrangement of the cooling structure in the cooling channel and a reduction of stresses in the at least one connecting layer that connects the electrical and/or electronic assembly to the cooler.
  • the direction perpendicular to the flow direction of the fluid in the cooling channel preferably corresponds to a width direction of the cooler and/or the cooling channel.
  • the distance that corresponds to the dimension of the edge region in a direction to the flow direction of the fluid in the cooling channel, in particular the width direction of the cooler is therefore preferably 5 mm to 15 mm, preferably 10 mm.
  • the edge region of the cooler can preferably extend in the flow direction of the fluid in the cooling channel between a first end of the cooling structure and a second end of the cooling structure, in particular from the first end of the cooling structure to the second end of the cooling structure. This means that the edge region is preferably only formed between the first end and the second end of the cooling structure, in particular only from the first end of the cooling structure to the second end of the cooling structure.
  • the cooler preferably has a receiving area for receiving an electrical and/or electronic assembly.
  • the cover plate can have the receiving area for receiving the electrical and/or electronic assembly.
  • the base plate can have the receiving area for receiving the electrical and/or electronic assembly.
  • both the cover plate and the base plate may each have such a receiving area.
  • two electrical and/or electronic components can be arranged on the cooler and cooled by it.
  • the receiving area of the cover plate and/or the receiving area of the base plate can be designed in particular as a support surface(s).
  • the support surface is advantageously part of an outer surface of the corresponding component, i.e. the cover plate or the base plate.
  • the edge region can preferably extend in the flow direction of the fluid in the cooling channel from the first end of the receiving region to the second end of the receiving region.
  • the cooling structure can preferably extend in the flow direction of the fluid in the cooling channel from the first end of the receiving area to the second end of the receiving area. In other words, this means that the cooling structure can preferably only be arranged in an area of the cooling channel that corresponds to or is associated with the receiving area or the electrical and/or electronic assembly. In particular, the cooling structure is arranged directly below the receiving area.
  • the inner surface of the wall of the cooling channel can have a further edge region which extends in a flow direction of the fluid in the cooling channel and is not connected to the cooling structure.
  • the connecting region is arranged between the two edge regions.
  • the inner surface of the wall of the cooling channel has (only) the two edge regions and the connecting region.
  • the connecting region can in particular also be referred to as a central region.
  • the cooling structure is arranged completely between the edge regions.
  • a dimension of the cooling structure in the direction perpendicular to the flow direction of the fluid can be smaller than a dimension of the receiving area and/or a dimension of the electrical and/or electronic assembly in the direction perpendicular to the flow direction of the fluid.
  • a dimension of the cooling structure in the direction perpendicular to the flow direction of the fluid can be the same size as a dimension of the receiving area and/or a dimension of the electrical and/or electronic assembly in the direction perpendicular to the flow direction of the fluid.
  • the cooling structure is preferably understood as a surface-enlarging, flow-guiding and heat transfer-increasing structure.
  • the cooling structure is preferably designed as a turbulator (also referred to as a turbulence structure). This means that the cooling structure is designed to generate turbulent flows in the fluid that can flow through the cooling channel. The cooling structure thus ensures better heat dissipation from the cooler to the fluid that can flow through the cooler.
  • the cooling structure is designed in particular as a turbulence insert.
  • the cooling structure can preferably comprise a cooling fin structure and/or a pin structure (cooling pin structure). It is also conceivable that the cooling structure alternatively or additionally also has a cooling structure element or a plurality of cooling structure elements that have a different shape than a cooling fin or a pin. It is particularly possible for the cooling structure to have a plurality of cooling structure elements of different shapes. For example, it is possible for the cooling structure to have a cooling fin and a pin, or a plurality of cooling fins and a plurality of pins. A cooling fin and a pin can each be referred to in particular as a cooling structure element within the scope of the present invention.
  • the cooling fin structure can preferably comprise (only) one cooling fin or one
  • a plurality of cooling fins, which are preferably arranged in the flow direction are arranged one behind the other.
  • the flow direction corresponds in particular to a main flow direction of the fluid used as coolant, which flows through through-openings formed by the cooling fin(s).
  • the main flow direction is in particular the direction in which the fluid mainly flows, ie the direction in which a velocity component of the fluid is greater than a velocity component of the fluid in a direction perpendicular to the main flow direction.
  • the main flow direction can preferably correspond to an introduction direction of the fluid into the cooler through which fluid can flow.
  • the main flow direction is preferably parallel to the longitudinal direction of the cooler.
  • a cooling fin is formed from a wave profile that repeats periodically in a repeating direction.
  • a pin structure can preferably comprise only one pin or a plurality of pins, which are preferably arranged in the flow direction and/or in a direction perpendicular to the flow direction.
  • the cooling structure can preferably be formed at least partially, in particular completely, from a material and/or coated with a material that has a thermal conductivity coefficient that is greater than 200 W/(m K).
  • the cooling structure can advantageously be formed at least partially, in particular completely, from aluminum or coated with aluminum. In particular, these embodiments relate to the cooling structure elements of the cooling structure.
  • the entire cooler i.e. the cover plate, the base plate, and the cooling structure, can preferably be made of and/or coated with the same material, preferably aluminum or e.g. copper or stainless steel.
  • the fluid that can flow through the cooler can also be referred to as a coolant (cooling fluid).
  • a coolant for example, water can be used as a coolant.
  • the present invention relates to an electrical and/or electronic device with a fluid-flow-through device described above. Cooler and an electrical and/or electronic assembly arranged on the heat sink.
  • the electrical and/or electronic device can in particular be a power electronics device which comprises at least one power electronics unit, in particular a plurality of power electronics units.
  • a power electronics unit can in particular also be referred to as a power module.
  • a power electronics unit preferably comprises a carrier plate and/or conductor tracks and/or one or more power semiconductors.
  • the power electronics component(s) is/are preferably joined to the fluid-flowable cooler, in particular the cover plate, by means of a layer produced by a soft soldering process or a sintering process, which can thus be referred to as a soft solder layer or sintered layer.
  • the soft solder layer and sintered layer are each to be understood as the previously mentioned connecting layer.
  • Each power electronics unit is preferably arranged on a receiving area, in particular a support surface, of the cooler assigned to this power electronics unit. This means that the number of receiving areas preferably corresponds to the number of power electronics units.
  • Figure 1 is a simplified schematic view of an electrical and/or electronic device according to the invention with a fluid-flow cooler according to a first embodiment of the present invention in longitudinal section
  • Figure 2 is a simplified schematic plan view of a portion of the electrical and/or electronic device of Figure 1
  • Figure 3 is a simplified schematic view of the electrical and/or electronic device of Figure 1 in cross section
  • Figure 4 is a simplified schematic sectional view of an electrical and/or electronic device according to a second embodiment of the present invention
  • Figure 5 is a simplified schematic plan view of a portion of an inventive electrical and/or electronic device according to a third embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a simplified schematic sectional view of the electrical and/or electronic device according to the third embodiment of the present invention.
  • An electrical and/or electronic device 1000 according to the invention with a plurality of electrical and/or electronic components 200 and a fluid-flow-through cooler 100 for cooling the electrical and/or electronic components 200 according to a first embodiment of the present invention is described below with reference to Figures 1 to 3.
  • the electrical and/or electronic device 1000 in this embodiment comprises three electrical and/or electronic assemblies 200.
  • the number of electrical and/or electronic assemblies 200 can vary. It is also possible for the electrical and/or electronic device 1000 to have only one electrical and/or electronic assembly 200.
  • the electrical and/or electronic assemblies 200 generate heat, which must be dissipated in order to ensure efficient functioning of the electrical and/or electronic assemblies.
  • the electrical and/or electronic assemblies 200 are mounted on the fluid-flowable cooler 100, in particular on a cover plate 101 of the cooler 100, so that the heat generated can be dissipated via the cooler 100.
  • each of the electrical and/or electronic assemblies 200 is arranged on a receiving area 115, in particular a support surface, formed on the cover plate 101.
  • Each of the receiving areas 115 corresponds to an area of the outer surface of the cover plate 101 which is configured to receive the assembly 200 before the corresponding electrical and/or electronic assembly 200 is attached to the cooler 100 and actually receives this assembly 200 after the corresponding electrical and/or electronic assembly 200 is attached. In the assembled state of the electrical and/or electronic assemblies 200, a respective receiving area 115 contacts the corresponding assembly 200.
  • a separate connecting layer 201 is arranged between the cooler 100, in particular each of the receiving areas 115, and each of the electrical and/or electronic assemblies 200 for fastening and thermally connecting the respective electrical and/or electronic assembly 200 on the cooler 100.
  • all electrical and/or electronic assemblies 200 can be attached to the cover plate 101 by means of a continuous connecting layer.
  • an intermediary layer which is firmly connected to the cooler 100 and allows wetting of the connecting layer 201.
  • the intermediary layer can be made of copper or nickel.
  • the intermediary layer is an optional feature of the electrical and/or electronic device 1000 and can in particular be considered either as a separate part or as part of the cooler 100.
  • the electrical and/or electronic device 1000 can in particular be a power electronics arrangement with electrical and/or electronic assemblies 200 designed as power modules. These can be, for example, power circuits, such as inverter structures or converter structures, of hybrid vehicles or electric vehicles.
  • Each of the power modules can, for example, have a carrier plate, conductor tracks and power semiconductors.
  • the conductor tracks can in particular be copper conductor tracks, with the carrier plate preferably being made of ceramic
  • the power semiconductors can be applied to the conductor tracks by means of a layer, in particular a solder or sintered layer. The conductor tracks together with the carrier plate form a power substrate.
  • each connecting layer 201 can be produced by a soft soldering process or a sintering process and thus can be a soft solder layer or sintered layer by means of which the corresponding power module is joined to the fluid-flowable cooler 100 and is thereby thermally connected to it.
  • the cooler 100 in particular the cover plate 101, can advantageously be surface-coated with materials suitable for a soft soldering process or a sintering process.
  • the fluid-flow cooler 100 comprises a base plate 102 in addition to the cover plate 101.
  • the cover plate
  • the cover plate 101 and the base plate 102 are connected to each other, in particular soldered.
  • the cover plate 101 forms an upper side of the cooler 100 and the base plate 102 forms an underside of the cooler 100.
  • the cover plate 101 and the base plate 102 which form a housing 110 of the cooler 100 when assembled, define an interior space in which a cooling channel 103 is formed.
  • a fluid used as a coolant, in particular water flows through the cooling channel 103 to dissipate the heat generated by the electrical and/or electronic components 200.
  • the cover plate 101 is flat, the base plate 102 having a recess 120 which is covered by the cover plate 101, so that the cooling channel 103 is formed in the recess 120 of the base plate 102 between the base plate 102 and the cover plate 101.
  • An inlet 104 ( Figure 1) is arranged on the housing 110 for introducing the fluid used as a coolant.
  • An outlet 105 is formed on the housing 110 for discharging the fluid ( Figure 1).
  • the inlet 104 and the outlet 105 are advantageously designed as nozzles and are preferably joined using a solder, in particular hard solder, in the same manufacturing step in which the cover plate 101 and the base plate 102 are connected to one another.
  • the base plate 102 and the cover plate 101 are designed as metal sheets and advantageously each have a constant thickness.
  • the base plate 2 and the cover plate 3 can in particular have the same thickness or different thicknesses.
  • the respective thickness also refers in particular to a thickness of the respective starting metal sheet from which the base plate 102 or the cover plate 103 is made.
  • the base plate 102 can advantageously be produced by a deep-drawing process.
  • the cooling channel 103 is limited or defined in the circumferential direction in particular by a first wall 111, a second wall 112, a third wall 113 and a fourth wall 114.
  • the third wall 113 and the fourth wall 114 are designed as lateral walls.
  • the first wall 111 and the second wall 112 lie opposite one another and are parallel to one another.
  • the cooling channel 103 is defined by corresponding inner surfaces of the first wall 111, the second wall 112, the third wall 113 and the fourth wall 114.
  • the first wall 111 has a first inner surface 1
  • the second wall 112 has a second inner surface 2
  • the third wall 113 has a third inner surface 3
  • the fourth wall 114 has a fourth inner surface 4.
  • the first inner surface 1, the second inner surface 2, the third inner surface 3 and the fourth inner surface 4 face completely towards the cooling channel 103.
  • the first inner surface 1 can be seen as corresponding to a region of an inner side of the cover plate 101, wherein the second inner surface 2, the third inner surface 3 and the fourth inner surface 4 each correspond to a region of an inner side of the base plate 102.
  • the first inner surface 1 and the second inner surface 2 are parallel, in particular plane-parallel, to one another.
  • a separate cooling structure 106 is arranged in the cooling channel 103 for each electrical and/or electronic assembly 200, which serves as a surface-enlarging structure that guides the flow of the fluid used as a coolant and increases heat transfer.
  • Each cooling structure 106 is arranged directly below the corresponding electrical and/or electronic assembly 200 and extends in the flow direction 500 of the fluid in/through the cooling channel 103 from a first end of the corresponding electrical and/or electronic assembly 200 to a second end of the corresponding electrical and/or electronic assembly 200 or from a first end of the corresponding receiving area 115 to a second end of the corresponding receiving area 115.
  • a cooling structure 106 is also possible for a cooling structure 106 to be longer in the flow direction 500 of the fluid than the corresponding electrical and/or electronic assembly 200 or than the corresponding receiving area 115.
  • the cooling structures 106 are arranged at a distance relative to one another in the flow direction 500 of the fluid.
  • the flow direction 500 of the fluid advantageously corresponds to a longitudinal direction of the cooler 100 or the cooling channel 103.
  • the flow direction 500 corresponds in particular to a main flow direction of the fluid in/through the cooling channel 103.
  • the cooling structure 106 extends in particular over the entire width of the corresponding receiving area 115 or the corresponding electrical and/or electronic assembly 200.
  • a dimension (a width) of each of the cooling structures 106 in the direction 501 perpendicular to the flow direction 500 of the fluid is smaller than the dimension (width) of the corresponding receiving area 115 or the corresponding electrical and/or electronic assembly 200 in the direction 501 perpendicular to the flow direction 500 of the fluid.
  • each cooling structure 106 is designed as a cooling fin structure.
  • the cooling fin structure has a plurality of cooling fins 160, which are arranged one after the other in the flow direction 500 of the fluid in/through the cooling channel 103 ( Figure 1).
  • each cooling fin 160 is formed from a wave profile that repeats periodically in a repeating direction.
  • the repeating direction advantageously corresponds to a direction 501 perpendicular to the flow direction 500 of the fluid or to a width direction of the cooler 100.
  • Each cooling structure 106 is preferably made of a material and/or coated with a material that has a thermal conductivity coefficient that is greater than 200 W/(m K).
  • the cooling structures 106 can advantageously be made of aluminum or coated with aluminum. It is also possible that other thermally conductive materials are used for the cooling structures 106 and/or their layer.
  • At least two components of the fluid-flow cooler 100 and/or at least one component of the fluid-flow cooler 100 and at least one component of the electrical and/or electronic assembly 200 have different thermal expansion coefficients.
  • the cover plate 101 which is made in particular from a metal material, can have an expansion coefficient that is in particular greater than an expansion coefficient of the electrical and/or electronic assembly 200.
  • the cover plate 101 and the base plate 102 are preferably made from aluminum, wherein the electronic and/or electronic assembly 200 has a different thermal expansion coefficient than that of aluminum.
  • each of the cooling structures 106 is partially connected to the cooler 100.
  • the first inner surface 1 has two edge regions 5 and a connecting region 6.
  • the two edge regions 5 are not connected to the cooling structure 106, whereby the connecting region 6 is connected to the cooling structure 106.
  • the connecting region 6 is connected to the cooling structure 106 in particular in a materially bonded manner.
  • the connecting region 6 is arranged between the edge regions 5 and is directly adjacent to the edge regions 5. This means that the first inner surface 1 only has the two edge regions 5 and the connecting region 6.
  • the connecting region 6 is a central region of the first inner surface 1.
  • Each cooling fin 160 has a plurality of first regions 11 facing the first inner surface 1, wherein each of the first regions 11 has a surface 13 facing/opposite the first inner surface 1. The surfaces 13 of the first regions 11 are plane-parallel to the first inner surface 1. Furthermore, each cooling fin 160 has a plurality of second regions 12 facing the second inner surface 2, wherein each of the second regions 12 has a surface 14 facing the second inner surface 2. The surfaces 14 of the second regions 12 are plane-parallel to the second inner surface 2.
  • a solder stop paste can be used locally at the edge regions 5, for example during the manufacture of the cooler 100.
  • the edge regions 5 can also be embossed back so that a gap between the edge regions 5 and the cooling structure 106, in particular the first surfaces 13 facing the edge regions 5, becomes too large to be filled with solder.
  • the edge regions 5 do not contact the cooling structure 106.
  • the solder layer 116 preferably extends over the entire first inner surface 1 in the width direction of the cooler 100 and in particular also over the entire inner side of the cover plate 101, so that the solder layer 116 also connects the cover plate 101 to the base plate 102. It should be noted that although the solder layer 116 preferably extends over the entire first inner surface 1 in the width direction of the cooler 100, the edge regions 5 are not connected to the cooling structure 106, as already described.
  • the cooling fin 160 shown has five first regions 11 and thus also five first surfaces 13. As can be seen from Figure 3, a complete first surface 13 and partially another first surface 13 face each edge region 5 and are not connected to it. However, this can vary depending on the design of the cooling structure 106 or the cooling structures 160 and the cooling channel 103.
  • a dimension 502 of each edge region 5 in the direction 501 perpendicular to the flow direction is between 5 mm and 15 mm, preferably 10 mm.
  • the second inner surface 2 of the second wall 112 has, instead of the first inner surface 1 of the first wall 111 of the cooling channel 103, two edge regions 5 which are formed like the edge regions 5 of the first inner surface 1 in the first embodiment.
  • each cooling structure 106 is partially connected to the base plate 102.
  • the advantages described with reference to the cooler 100 according to the first embodiment also apply to the cooler 100 or the electrical and/or electronic device 1000 according to the second embodiment.
  • Figures 5 and 6 relate to an electrical and/or electronic device 1000 according to the invention with a fluid-flow-through cooler 100 according to a third embodiment of the present invention.
  • the edge regions 5 of the first inner surface 1 of the first wall 111 of the cooling channel 103 are created by the cooling structure 106 having a dimension 503 (a width) in the direction 501 perpendicular to the flow direction 500 of the fluid or in the width direction of the cooler 100, which is smaller than a corresponding dimension (a width) of the first inner surface 1 in the direction 501 perpendicular to the flow direction 500 of the fluid and that the cooling structure 106 is arranged in the cooling channel 103 at a distance from the ends of the first inner surface 1 in the direction 501 perpendicular to the flow direction 500.
  • the mentioned distance between each end of the first inner surface 1 and the cooling structure 106 corresponds to the dimension 502 of the respective edge region 5 in the direction of flow 500 of the fluid in the cooling channel 103. This means that the distance is between 5 mm and 15 mm, preferably 10 mm.
  • the distance between each end of the first inner surface 1 and the cooling structure 106 corresponds to the minimum distance between the end of the first inner surface 1 and the cooling structure 106.

Landscapes

  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen fluiddurchströmbaren Kühler (100) zum Kühlen einer elektrischen und/oder elektronischen Baugruppe (200). Der Kühler (100) umfasst einen Kühlkanal (103), der von einem Fluid durchströmbar ist, und eine Kühlstruktur (106), die im Kühlkanal (103) angeordnet ist. Eine Innenfläche (1; 2) einer Wand (111; 112) des Kühlkanals (103) weist einen Verbindungsbereich (6) und einen Randbereich (5) auf. Der Verbindungsbereich (6) ist mit der Kühlstruktur (106) verbunden, wobei der Randbereich (5) ohne Verbindung mit der Kühlstruktur (106) ist.

Description

Beschreibung
Titel
Fluiddurchströmbaren Kühler zum Kühlen einer elektrischen und/oder elektronischen Baugruppe
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft einen fluiddurchströmbaren Kühler zum Kühlen einer elektrischen und/oder elektronischen Baugruppe sowie eine elektrische und/oder elektronische Vorrichtung mit einem derartigen Kühler und mindestens einer elektrischen und/oder elektronischen Baugruppe.
In Hybridfahrzeugen oder Elektrofahrzeugen werden Leistungsmodule, wie Inverterstrukturen oder Konverterstrukturen, eingesetzt. Beispielsweise werden zum Betreiben einer elektrischen Maschine Inverter verwendet, die Phasenströme für die elektrische Maschine bereitstellen. Die Leistungsmodule können beispielsweise ein Trägersubstrat mit Leiterbahnen umfassen, auf dem beispielsweise Leistungshalbleiter angeordnet sind, die zusammen mit dem Trägersubstrat eine Elektronikeinheit bilden. Im Betrieb wird von der Elektronikeinheit Wärme erzeugt, die abgeleitet werden muss. Dazu wird die Elektronikeinheit thermisch an einen Kühler angebunden. Es ist bekannt einen Kühler mit einem Kühlkanal zu versehen, in dem ein Kühlmittel fließen kann, welches die Wärme aus dem Kühler ableitet. Im Kühlkanal des Kühlers können Turbulenzstrukturen, beispielsweise Turbulenzeinlagen vorgesehen sein, die für bessere Wärmeableitung vom Kühler an das durch den Kühler fließende Kühlmittel sorgen. Durch die Turbulenzstrukturen werden turbulente Strömungen erzeugt und die Kühloberfläche vergrößert.
Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäße fluiddurchströmbare Kühler zum Kühlen einer elektrischen und/oder elektronischen Baugruppe weist den Vorteil auf, dass eine stabilere Anbindung der elektrischen und/oder elektronischen Baugruppe am Kühler bei einer guten Kühlleistung erzielt werden kann. Dies wird durch eine partielle Anbindung einer Kühlstruktur, insbesondere Turbulenzeinlage, an einem Bereich des Kühlers erreicht, da somit eine Spannung in mindestens einer verbindenden Schicht, die die elektrische und/oder elektronische Baugruppe mit dem Kühler verbindet, gesenkt werden kann. Somit können potentielle Risse in der mindestens einen verbindenden Schicht vermieden oder der Rissfortschritt verlangsamt werden, wodurch die Verbindungsfähigkeit der Schicht aufrechterhalten wird. Der fluiddurchströmbare Kühler zum Kühlen einer elektrischen und/oder elektronischen Baugruppe umfasst einen Kühlkanal, der von einem Fluid durchströmbar ist, und eine Kühlstruktur, die im Kühlkanal angeordnet ist. Eine Innenfläche einer Wand des Kühlkanals weist einen Verbindungsbereich und einen Randbereich auf, wobei der Verbindungsbereich mit der Kühlstruktur verbunden ist, und der Randbereich ohne Verbindung mit der Kühlstruktur ist. Insbesondere ist der Verbindungsbereich mit der Kühlstruktur stoffschlüssig verbunden. Mit anderen Worten ist die Anbindung der Kühlstruktur mit der Innenfläche der Wand des Kühlkanals im Randbereich getrennt/unterbunden. Das heißt insbesondere, dass nur der Verbindungsbereich mit der Kühlstruktur verbunden ist. Dadurch werden Spannungen, die durch unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten von Bauteilen des Kühlers, beispielsweise der Wand/Wände des Kühlkanals und der Kühlstruktur, und/oder der elektrischen und/oder elektronischen Baugruppe und/oder der mindestens einen verbindenden Schicht verursacht werden können, reduziert. Somit kann auch die daraus resultierende unterschiedliche Längung/Biegung auf die mindestens eine verbindende Schicht reduziert werden. Somit ist es möglich, eine Unterbrechung oder Reduzierung des Kontakts zwischen der elektrischen und/oder elektronischen Baugruppe und dem Kühler zu vermeiden, was anderenfalls zu keiner oder zumindest zu einer nicht effizienten Kühlung der elektrischen und/oder elektronischen Baugruppe führen würde. Der Randbereich erstreckt sich in vorteilhafter Weise in Längsrichtung und Breitenrichtung des Kühlers und/oder des Kühlkanals. Vorzugsweise entspricht die Längsrichtung einer Strömungsrichtung des Fluides im/durch den Kühlkanal. Es ist zu verstehen, dass die Innenfläche der Wand in vorteilhafter weise dem Kühlkanal zugewandt ist. Es ist ferner zu verstehen, dass der Randbereich in vorteilhafter Weise einem Bereich der Innenfläche entspricht, der sich von einem Ende der Innenfläche der Wand des Kühlkanals erstreckt bzw. an einem Ende der Innenfläche der Wand des Kühlkanals beginnt. In vorteilhafter Weise ist der komplette Randbereich ist dem Kühlkanal zugewandt. Die Innenfläche der Wand des Kühlkanals kann vorzugsweise auch zwei Randbereiche mit einem zwischenliegenden Verbindungsbereich aufweisen, die mit der Kühlstruktur nicht verbunden sind.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
In vorteilhafter Weise schließt sich der Randbereich an den Verbindungsbereich an. Insbesondere kann die Innenfläche nur den Randbereich und den Verbindungsbereich aufweisen.
Der fluiddurchströmbare Kühler umfasst vorzugsweise ferner (wenigstens) eine Deckplatte und (wenigstens) eine Grundplatte, die miteinander verbunden sind und den Kühlkanal definieren. Hierbei entspricht die zuvor erwähnte Innenfläche der Wand des Kühlkanals in vorteilhafter Weise zumindest einem Bereich einer inneren Seite der Deckplatte oder der Grundplatte.
Die Deckplatte kann vorzugsweise eben ausgebildet sein.
Vorzugsweise weist/weisen die Deckplatte und/oder die Grundplatte jeweils eine konstante Dicke auf. Die Deckplatte und die Grundplatte können die gleiche Dicke oder unterschiedliche Dicken aufweisen.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Grundplatte, insbesondere als tiefgezogenes Blech, eine Vertiefung aufweist, die von der Deckplatte überdeckt ist, so dass der Kühlkanal in der Vertiefung der Grundplatte zwischen der Grundplatte und der Deckplatte gebildet ist. In diesem Kühlkanal liegt die Kühlstruktur. Somit wird ein einfach zu fertigender Kühler in kompakter Bauweise realisiert.
Die Deckplatte und/oder die Kühlstruktur und/oder die Grundplatte ist/sind vorzugsweise als Blech(e) ausgebildet.
Die Deckplatte und die Grundplatte bilden in vorteilhafter Weise ein Gehäuse des Kühlers. Bevorzugt ist das Gehäuse nur aus der Deckplatte und der Grundplatte zusammengesetzt. So wird ein einfacher und gleichzeitig sehr kompakter Kühler mit hoher Kühlleistung bereitgestellt. Ein Innenraum des Gehäuses entspricht vorzugsweise zumindest teilweise, insbesondere vollständig, dem Kühlkanal, in dem sich die Kühlstruktur befindet.
Die Deckplatte kann vorzugsweise durch Stanzen geformt sein. Die Grundplatte kann vorzugsweise durch Stanzen oder Tiefziehen hergestellt sein. Die Kühlstruktur kann vorzugsweise durch Stanzen oder Rollformen geformt sein.
Der Kühlkanal ist vorzugsweise durch eine erste Wand, eine zweite Wand, eine dritte Wand und eine vierte Wand begrenzt oder definiert. Die dritte Wand und die vierte Wand können in vorteilhafter Weise als seitliche Wände ausgebildet sein. Die erste Wand kann vorzugsweise die Deckplatte oder einen Bereich der Deckplatte bilden. Die zweite Wand, die dritte Wand und die vierte Wand können die Grundplatte oder einen Teil davon bilden. Die zuvor erwähnte Wand, die die Innenfläche mit dem Randbereich aufweist, entspricht vorzugsweise der ersten Wand oder der zweiten Wand.
Eine Innenfläche der ersten Wand des Kühlkanals und eine Innenfläche der zweiten Wand des Kühlkanals liegen in vorteilhafter Weise einander gegenüber. Die Innenfläche der ersten Wand und die Innenfläche der zweiten Wand sind besonders bevorzugt parallel, insbesondere planparallel, zueinander.
Wie schon beschrieben, kann die Innenfläche einer Wand des Kühlkanals zwei Randbereiche aufweisen. Insbesondere kann die Innenfläche der ersten Wand oder die Innenfläche der zweiten des Kühlkanals zwei Randbereiche, die ohne Verbindung mit der Kühlstruktur sind, aufweisen. Es ist allerdings auch möglich, dass die Innenfläche der ersten Wand des Kühlkanals und die Innenfläche der zweiten Wand des Kühlkanals jeweils einen Randbereich, der ohne Verbindung mit der Kühlstruktur ist, aufweisen.
Die Kühl Struktur weist vorzugsweise einen der Innenfläche zugewandten Bereich auf, der eine Fläche aufweist, die der Innenfläche zugewandt ist/gegenüberliegt.
Ein Teil der Fläche liegt vorzugsweise dem Randbereich gegenüber und ist ohne Verbindung mit dem Randbereich. Das heißt, dass ein Teil der Fläche vorzugsweise dem Verbindungsbereich gegenüberliegt und mit dem Verbindungsbereich verbunden ist. Besonders bevorzugt weist die Kühlstruktur eine Vielzahl von Bereichen auf, die der Innenfläche zugewandt sind und jeweils eine Fläche aufweisen, die der Innenfläche zugewandt ist/gegenüberliegt.
Eine der Flächen liegt vorzugsweise zumindest teilweise, insbesondere vollständig, dem Randbereich gegenüber und ist ohne Verbindung mit dem Randbereich. Eine der Flächen liegt vorzugsweise zumindest teilweise, insbesondere vollständig, dem Verbindungsbereich gegenüber und mit dem Verbindungsbereich verbunden.
Nach einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann der Randbereich in Kontakt mit der Kühlstruktur stehen. Insbesondere kann der zuvor erwähnte Teil der Fläche, der dem Randbereich gegenüberliegt und ohne Verbindung mit dem Randbereich ist, den Randbereich kontaktieren. Vorzugsweise kann die zuvor erwähnte Fläche, die zumindest teilweise, insbesondere vollständig, dem Randbereich gegenüberliegt und ohne Verbindung mit dem Randbereich ist, den Randbereich kontaktieren. Nach einem alternativen vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann zwischen dem zuvor erwähnten Teil der Fläche, der dem Randbereich gegenüberliegt und ohne Verbindung mit dem Randbereich ist, und dem Randbereich ein Spalt vorgesehen sein. Vorzugsweise kann zwischen der zuvor erwähnten Fläche, die zumindest teilweise, insbesondere vollständig, dem Randbereich gegenüberliegt und ohne Verbindung mit dem Randbereich ist, und dem Randbereich ein Spalt vorgesehen sein. Es ist zu verstehen, dass der Spalt in einer Dickenrichtung des Kühlers gebildet ist. Die Dickenrichtung entspricht vorzugsweise einer Richtung, in der die Deckplatte auf der Grundplatte aufgebracht ist.
Nach einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann die Kühlstruktur im Kühlkanal ohne Überlappung mit dem Randbereich angeordnet sein. Das heißt mit anderen Worten, dass sich kein Teil der Kühlstruktur unterhalb/oberhalb dem Randbereich befindet bzw. dass kein Teil der Kühlstruktur dem Randbereich gegenüberliegt. Die Kühlstruktur befindet sich somit nur unterhalb/oberhalb des Verbindungsbereichs. Es ist zu verstehen, dass der Randbereich der Innenfläche der Wand des Kühlkanals hier in vorteilhafter Weise dadurch entsteht, dass die Kühlstruktur ein Maß in einer zur Strömungsrichtung senkrechten Richtung, insbesondere in der Breitenrichtung des Kühlers, aufweist, welches kleiner als ein entsprechendes Maß der Innenfläche ist und dass die Kühlstruktur im Kühlkanal mit Abstand von einem Ende der Innenfläche angeordnet ist. Dieser Abstand entspricht dem Maß des Randbereichs in einer zur Strömungsrichtung des Fluides im Kühlkanal, insbesondere der Breitenrichtung des Kühlers. Dieser Abstand ist insbesondere als ein minimaler Abstand zwischen einem Ende der Innenfläche und der Kühlstruktur zu verstehen. Wie schon beschrieben, kann die Kühlstruktur vorzugsweise mindestens einen der Innenfläche zugewandten Bereich auf, der eine Fläche aufweist, die der Innenfläche zugewandt ist/gegenüberliegt. Insbesondere weist die Kühlstruktur eine Vielzahl von Bereichen auf, die der Innenfläche zugewandt sind und jeweils eine Fläche aufweisen, die der Innenfläche zugewandt ist/gegenüberliegt.
Hierbei bedeutet die Anordnung der Kühlstruktur im Kühlkanal ohne Überlappung mit dem Randbereich insbesondere, dass alle solche Flächen dem Verbindungsbereich zugewandt sind/gegenüberliegen.
Ein Maß des Randbereichs beträgt vorzugsweise in einer zur Strömungsrichtung des Fluides im Kühlkanal senkrechten Richtung zwischen 5 mm und 15 mm, besonders bevorzugt 10 mm, beträgt. Somit kann eine optimale Balance zwischen einer stabilen Anordnung der Kühlstruktur im Kühlkanal und einer Reduzierung von Spannungen in der mindestens einen verbindenden Schicht, die die elektrische und/oder elektronische Baugruppe mit dem Kühler verbindet. Die zur Strömungsrichtung des Fluides im Kühlkanal senkrechte Richtung entspricht vorzugsweise einer Breitenrichtung des Kühlers und/oder des Kühlkanals. Bei der Ausgestaltung, bei der die Kühlstruktur im Kühlkanal ohne Überlappung mit dem Randbereich angeordnet ist, beträgt daher der Abstand, der dem Maß des Randbereichs in einer zur Strömungsrichtung des Fluides im Kühlkanal, insbesondere der Breitenrichtung des Kühlers, entspricht, vorzugsweise 5 mm bis 15 mm, vorzugsweise 10 mm.
Der Randbereich des Kühlers kann sich vorzugsweise in Strömungsrichtung des Fluides im Kühlkanal zwischen einem ersten Ende der Kühlstruktur und einem zweiten Ende der Kühlstruktur, insbesondere vom ersten Ende der Kühlstruktur bis zum zweiten Ende der Kühlstruktur, erstrecken. Das heißt, dass der Randbereich vorzugsweise nur zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende der Kühlstruktur, insbesondere nur vom ersten Ende der Kühlstruktur bis zum zweiten Ende der Kühlstruktur, ausgebildet ist. Der Kühler weist vorzugsweise einen Aufnahmebereich zum Aufnehmen einer elektrischen und/oder elektronischen Baugruppe auf. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Deckplatte den Aufnahmebereich zum Aufnehmen der elektrischen und/oder elektronischen Baugruppe aufweisen. Nach einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann die Grundplatte den Aufnahmebereich zum Aufnehmen der elektrischen und/oder elektronischen Baugruppe aufweisen.
Es ist auch möglich, dass sowohl die Deckplatte als auch die Grundplatte jeweils einen derartigen Aufnahmebereich aufweisen. Bei dieser Konfiguration kann am Kühler zwei elektrische und/oder elektronische Baugruppen angeordnet sein und durch diesen gekühlt werden.
Der Aufnahmebereich der Deckplatte und/oder der Aufnahmebereich der Grundplatte kann/können insbesondere als Auflagefläche(n) ausgebildet sein. Die Auflagefläche ist in vorteilhafter Weise Teil einer Außenfläche des entsprechenden Bauteils, d.h. der Deckplatte oder der Grundplatte.
Der Randbereich kann sich vorzugsweise in Strömungsrichtung des Fluides im Kühlkanal vom ersten Ende des Aufnahmebereichs bis zum zweiten Ende des Aufnahmebereichs erstrecken.
Die Kühlstruktur kann sich vorzugsweise in Strömungsrichtung des Fluides im Kühlkanal vom ersten Ende des Aufnahmebereichs bis zum zweiten Ende des Aufnahmebereichs erstrecken. Das heißt mit anderen Worten, dass die Kühlstruktur vorzugsweise nur in einem Bereich des Kühlkanals angeordnet sein, der dem Aufnahmebereich bzw. der elektrischen und/oder elektronischen Baugruppe entspricht oder zugeordnet ist. Insbesondere ist die Kühlstruktur direkt unterhalb dem Aufnahmebereich angeordnet.
Vorzugsweise kann die Innenfläche der Wand des Kühlkanals einen weiteren Randbereich aufweisen, der sich in einer Strömungsrichtung des Fluides im Kühlkanal erstreckt und ohne Verbindung mit der Kühlstruktur ist. Der Verbindungsbereich ist zwischen den zwei Randbereichen angeordnet. Das heißt, dass die Innenfläche der Wand des Kühlkanals (nur) die beiden Randbereiche und den Verbindungsbereich aufweist. Der Verbindungsbereich kann hierbei insbesondere auch als Mittelbereich bezeichnet werden. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Kühlstruktur vollständig zwischen den Randbereichen angeordnet.
Ein Maß der Kühlstruktur in der zur Strömungsrichtung des Fluides senkrechten Richtung kann gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel kleiner als ein Maß des Aufnahmebereichs und/oder ein Maß der elektrischen und/oder elektronischen Baugruppe in der zur Strömungsrichtung des Fluides senkrechten Richtung sein. Ein Maß der Kühlstruktur in der zur Strömungsrichtung des Fluides senkrechten Richtung kann gemäß einem alternativen vorteilhaften Ausführungsbeispiel gleich groß wie ein Maß des Aufnahmebereichs und/oder ein Maß der elektrischen und/oder elektronischen Baugruppe in der zur Strömungsrichtung des Fluides senkrechten Richtung sein.
Die Kühlstruktur ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise als eine oberflächenvergrößernde, strömungsführende und wärmeübergangserhöhende Struktur verstanden.
Die Kühlstruktur ist vorzugsweise als Turbulator (auch als Turbulenzstruktur bezeichnet) ausgebildet. Das heißt, dass die Kühlstruktur zum Erzeugen von turbulenten Strömungen in dem durch den Kühlkanal strömbaren Fluid ausgebildet. Die Kühlstruktur sorgt somit für eine bessere Wärmeableitung vom Kühler an das durch den Kühler strömbare Fluid. Die Kühlstruktur ist insbesondere als Turbulenzeinlage ausgebildet.
Die Kühlstruktur kann vorzugsweise eine Kühlrippenstruktur und/oder eine Pin- Struktur (Kühlpin-Struktur) umfassen. Es ist auch vorstellbar, dass die Kühlstruktur alternativ oder zusätzlich auch ein Kühlstrukturelement oder eine Mehrzahl von Kühlstrukturelementen aufweist, das/die eine andere Form als eine Kühlrippe oder ein Pin hat/haben. Es ist insbesondere möglich, dass die Kühlstruktur eine Mehrzahl von Kühlstrukturelementen unterschiedlicher Form aufweist. So ist zum Beispiel möglich, dass die Kühlstruktur eine Kühlrippe und einen Pin, oder eine Mehrzahl von Kühlrippen und eine Mehrzahl von Pins aufweist. Eine Kühlrippe und ein Pin können im Rahmen der vorliegenden Erfindung jeweils insbesondere als Kühlstrukturelement bezeichnet werden.
Die Kühlrippenstruktur kann vorzugsweise (nur) eine Kühlrippe oder eine
Mehrzahl von Kühlrippen umfassen, die vorzugsweise in der Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind. Die Strömungsrichtung entspricht insbesondere einer Hauptströmungsrichtung des als Kühlmittel verwendeten Fluides, das durch Durchgangsöffnungen, die durch die Kühlrippe(n) gebildet sind, strömt. Dabei ist die Hauptströmungsrichtung insbesondere die Richtung, in der das Fluid hauptsächlich strömt, d.h. die Richtung, in der eine Geschwindigkeitskomponente des Fluides größer als eine Geschwindigkeitskomponente des Fluides in einer zur Hauptströmungsrichtung senkrechten Richtung ist. Die Hauptströmungsrichtung kann vorzugsweise einer Einführungsrichtung des Fluides in den fluiddurchströmbaren Kühler entsprechen. Die Hauptströmungsrichtung ist vorzugsweise parallel zur Längsrichtung des Kühlers.
Vorzugsweise ist eine Kühlrippe aus einem sich in einer Wiederholungsrichtung periodisch wiederholenden Wellenprofil gebildet. Eine Pin-Struktur kann vorzugsweise nur einen Pin oder eine Mehrzahl von Pins umfassen, die vorzugsweise in der Strömungsrichtung und/oder in einer zur Strömungsrichtung senkrechten Richtung angeordnet sind.
Die Kühlstruktur kann vorzugsweise zumindest teilweise, insbesondere vollständig, aus einem Material ausgebildet und/oder mit einem Material beschichtet sein, welches einen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten aufweist, der größer als 200 W/(m K) ist. In vorteilhafter Weise kann die Kühlstruktur zumindest teilweise, insbesondere vollständig, aus Aluminium ausgebildet oder mit Aluminium beschichtet sein. Insbesondere betreffen diese Ausgestaltungen die Kühlstrukturelemente der Kühlstruktur.
Der gesamte Kühler, d.h. die Deckplatte, die Grundplatte, und die Kühlstruktur, kann/können vorzugsweise aus dem gleichen Material, bevorzugt Aluminium oder z.B. Kupfer oder Edelstahl, hergestellt und/oder beschichtet sein.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann das Fluid, welches durch den Kühler strömbar ist, insbesondere auch als Kühlmittel (Kühlfluid) bezeichnet werden. Beispielsweise kann Wasser als Kühlmittel benutzt werden.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine elektrische und/oder elektronische Vorrichtung mit einer zuvor beschriebenen fluiddurchströmbaren Kühler und einer elektrischen und/oder elektronischen Baugruppe, die am Kühlkörper angeordnet ist.
Die elektrische und/oder elektronische Vorrichtung kann insbesondere eine Leistungselektronik-Vorrichtung sein, die mindestens eine Leistungselektronik Leistungselektronik-Baueinheit, insbesondere eine Vielzahl von Leistungselektronik-Baueinheiten, umfasst. Eine Leistungselektronik-Baueinheit kann im Rahmen der Erfindung insbesondere auch als Leistungsmodul bezeichnet sein. Eine Leistungselektronik-Baueinheit umfasst vorzugsweise eine Trägerplatte und/oder Leiterbahnen und/oder einen oder mehrere Leistungshalbleiter.
Die Leistungselektronik-Baueinheit(en) ist/sind vorzugsweise mittels einer durch einen Weichlötprozess oder einen Sinterprozess erzeugten Schicht, die somit entsprechend als Weichlotschicht oder Sinterschicht bezeichnet werden kann, auf den fluiddurchströmbaren Kühler, insbesondere die Deckplatte, gefügt. Die Weichlotschicht und Sinterschicht sind jeweils als die zuvor erwähnte verbindende Schicht zu verstehen.
Jede Leistungselektronik-Baueinheit ist vorzugsweise auf einem dieser Leistungselektronik-Baueinheit zugeordneten Aufnahmebereich, insbesondere Auflagefläche, des Kühlers angeordnet. Das heißt, dass die Anzahl der Aufnahmebereiche vorzugsweise der Anzahl der Leistungselektronik- Baueinheiten entspricht.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben, wobei gleiche Bauteile bzw. funktional gleiche Bauteile jeweils mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. In der Zeichnung ist:
Figur 1 eine vereinfachte schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen elektrischen und/oder elektronischen Vorrichtung mit einem fluiddurchströmbaren Kühler gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im Längsschnitt, Figur 2 eine vereinfachte schematische Draufsicht eines Bereichs der elektrischen und/oder elektronischen Vorrichtung aus Figur 1 ,
Figur 3 eine vereinfachte schematische Ansicht der elektrischen und/oder elektronischen Vorrichtung aus Figur 1 im Querschnitt,
Figur 4 eine vereinfachte schematische Schnittansicht einer elektrischen und/oder elektronischen Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Figur 5 eine vereinfachte schematische Draufsicht eines Bereichs einer erfindungsgemäßen elektrischen und/oder elektronischen Vorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und
Figur 6 eine vereinfachte schematische Schnittansicht der elektrischen und/oder elektronischen Vorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 3 eine erfindungsgemäße elektrische und/oder elektronische Vorrichtung 1000 mit einer Mehrzahl von elektrischen und/oder elektronischen Baugruppen 200 und einem fluiddurchströmbaren Kühler 100 zum Kühlen der elektrischen und/oder elektronischen Baugruppen 200 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Insbesondere umfasst die elektrische und/oder elektronische Vorrichtung 1000 in diesem Ausführungsbeispiel drei elektrische und/oder elektronische Baugruppen 200. Die Anzahl der elektrischen und/oder elektronischen Baugruppen 200 kann aber variieren. Es ist auch möglich, dass die elektrische und/oder elektronische Vorrichtung 1000 nur eine elektrische und/oder elektronische Baugruppe 200 hat.
Im Betrieb wird von den elektrischen und/oder elektronischen Baugruppen 200 Wärme erzeugt, die abgeleitet werden muss, um eine effiziente Funktionsweise der elektrischen und/oder elektronischen Baugruppen sicherzustellen. Dazu sind die elektrischen und/oder elektronischen Baugruppe 200 auf dem fluiddurchströmbaren Kühler 100, insbesondere an einer Deckplatte 101 des Kühlers 100, angeordnet, so dass die erzeugte Wärme über den Kühler 100 abgeführt werden kann. Insbesondere ist jede der elektrischen und/oder elektronischen Baugruppen 200 auf einem an der Deckplatte 101 ausgebildeten Aufnahmebereich 115, insbesondere Auflagefläche, angeordnet. Jeder der Aufnahmebereiche 115 entspricht einem Bereich der Außenfläche der Deckplatte 101 , der vor dem Anbringen der entsprechenden elektrischen und/oder elektronischen Baugruppe 200 am Kühler 100 zum Aufnehmen der Baugruppe 200 konfiguriert ist und nach dem Anbringen der entsprechenden elektrischen und/oder elektronischen Baugruppe 200 diese Baugruppe 200 tatsächlich aufnimmt. Im zusammengefügten Zustand der elektrischen und/oder elektronischen Baugruppen 200 kontaktiert ein jeweiliger Aufnahmebereich 115 mit der entsprechenden Baugruppe 200.
Insbesondere ist zwischen dem Kühler 100, insbesondere jedem der Aufnahmebereiche 115, und jeder der elektrischen und/oder elektronischen Baugruppen 200 eine separate verbindende Schicht 201 zur Befestigung und thermischen Anbindung der jeweiligen elektrischen und/oder elektronischen Baugruppe 200 auf dem Kühler 100 angeordnet. Es ist allerdings auch möglich, dass alle elektrischen und/oder elektronischen Baugruppen 200 mittels einer kontinuierlichen verbindende Schicht an der Deckplatte 101 angebracht sind. Zwischen jeder Schicht 201 und dem Kühler 100, kann sich in vorteilhafter Weise eine Vermittlungsschicht befinden, welche fest mit dem Kühler 100 verbunden ist und eine Benetzung der verbindenden Schicht 201 erlaubt. Insbesondere kann die Vermittlungsschicht aus Kupfer oder Nickel ausgebildet sein. Die Vermittlungsschicht ist ein optionales Merkmal der elektrischen und/oder elektronischen Vorrichtung 1000 und kann insbesondere entweder als separates Teil oder als Teil des Kühlers 100 betrachtet werden.
Die elektrische und/oder elektronische Vorrichtung 1000 kann insbesondere eine Leistungselektronik-Anordnung mit als Leistungsmodule ausgebildeten elektrischen und/oder elektronischen Baugruppen 200 sein. Dabei kann es sich beispielsweise um Leistungsschaltungen, wie Inverterstrukturen oder Konverterstrukturen, von Hybridfahrzeugen oder Elektrofahrzeugen handeln. Jedes der Leistungsmodule kann beispielsweise eine Trägerplatte, Leiterbahnen und Leistungshalbleiter aufweisen. Die Leiterbahnen können insbesondere Kupferleiterbahnen sein, wobei die Trägerplatte vorzugsweise aus Keramik ausgebildet sein kann. Die Leistungshalbleiter können mittels einer Schicht, insbesondere einer Lot- oder Sinterschicht, auf die Leiterbahnen aufgebracht sein. Die Leiterbahnen zusammen mit der Trägerplatte bilden ein Leistungssubstrat. Hierbei kann jede verbindende Schicht 201 eine durch einen Weichlötprozess oder einen Sinterprozess erzeugt werden und somit entsprechend eine Weichlotschicht oder Sinterschicht sein, mittels der das entsprechende Leistungsmodul auf den fluiddurchströmbaren Kühler 100 gefügt und dadurch an diesem thermisch angebunden ist. Dazu kann der Kühler 100, insbesondere die Deckplatte 101 , in vorteilhafter weise oberflächenbeschichtet mit für einen Weichlötprozess oder einen Sinterprozess geeigneten Materialien sein.
Wie aus den Figuren 1 und 3 ersichtlich ist, umfasst der fluiddurchströmbare Kühler 100 zusätzlich zur Deckplatte 101 eine Grundplatte 102. Die Deckplatte
101 und die Grundplatte 102 sind miteinander verbunden, insbesondere mitverlötet. In vorteilhafter weise können die Deckplatte 101 und die Grundplatte
102 mittels eines Hartlots miteinander verbunden sein. Hierbei bildet die Deckplatte 101 eine Oberseite des Kühlers 100 und die Grundplatte 102 eine Unterseite des Kühlers 100.
Durch die Deckplatte 101 und die Grundplatte 102, die im zusammengefügten Zustand ein Gehäuse 110 des Kühlers 100 bilden, ist ein Innenraum definiert, in dem ein Kühlkanal 103 ausgebildet ist. Durch den Kühlkanal 103 fließt ein als Kühlmittel verwendete Fluid, insbesondere Wasser, zum Abführen der durch die elektrischen und/oder elektronischen Baugruppen 200 erzeugte Wärme.
Insbesondere ist die Deckplatte 101 eben ausgebildet, wobei die Grundplatte 102 eine Vertiefung 120 aufweist, die von der Deckplatte 101 überdeckt ist, so dass der Kühlkanal 103 in der Vertiefung 120 der Grundplatte 102 zwischen der Grundplatte 102 und der Deckplatte 101 gebildet ist. Somit wird ein einfach zu fertigender Kühler in kompakter Bauweise realisiert. Zum Einführen des als Kühlmittel verwendeten Fluides ist am Gehäuse 110 ein Einlass 104 (Figur 1) angeordnet. Zum Abführen des Fluides ist am Gehäuse 110 ein Auslass 105 ausgebildet (Figur 1). Der Einlass 104 und der Auslass 105 sind in vorteilhafter Weise als Stutzen ausgebildet und werden vorzugsweise mittels eines Lots, insbesondere Hartlots, im gleichen Fertigungsschritt gefügt werden, in dem die Deckplatte 101 und die Grundplatte 102 miteinander verbunden werden. Die Grundplatte 102 und die Deckplatte 101 sind als Bleche ausgebildet und weisen in vorteilhafter Weise jeweils eine konstante Dicke auf. Die Grundplatte 2 und die Deckplatte 3 können insbesondere die gleiche Dicke oder auch verschiedene Dicken aufweisen. Die jeweilige Dicke bezeichnet insbesondere auch eine Dicke des jeweiligen Ausgangsbleches, aus dem die Grundplatte 102 oder die Deckplatte 103 gefertigt ist. Zum Bilden der Vertiefung 120 der Grundplatte 102 kann die Grundplatte 102 in vorteilhafter weise durch einen Tiefziehprozess hergestellt werden.
Aus Figur 3 ergibt sich, dass der Kühlkanal 103 insbesondere durch eine erste Wand 111 , eine zweite Wand 112, eine dritte Wand 113 und eine vierte Wand 114 in Umfangsrichtung begrenzt oder definiert ist. Insbesondere sind die dritte Wand 113 und die vierte Wand 114 als seitliche Wände ausgebildet. Die erste Wand 111 und die zweite Wand 112 liegen einander gegenüber und sind parallel zueinander.
Insbesondere ist der Kühlkanal 103 durch entsprechende Innenflächen der ersten Wand 111, der zweiten Wand 112, der dritten Wand 113 und der vierten Wand 114 definiert. Die erste Wand 111 weist eine erste Innenfläche 1 , die zweite Wand 112 eine zweite Innenfläche 2, die dritte Wand 113 eine dritte Innenfläche 3 und die vierte Wand 114 eine vierte Innenfläche 4 auf. Die erste Innenfläche 1, die zweite Innenfläche 2, die dritte Innenfläche 3 und die vierte Innenfläche 4 sind vollständig dem Kühlkanal 103 zugewandt. Die erste Innenfläche 1 entsprich einem Bereich einer inneren Seite der Deckplatte 101 angesehen werden, wobei die zweite Innenfläche 2, die dritte Innenfläche 3 und die vierte Innenfläche 4 jeweils einem Bereich einer inneren Seite der Grundplatte 102 entsprechen. Die erste Innenfläche 1 und die zweite Innenfläche 2 liegen parallel, insbesondere planparallel, zueinander.
Aus den Figuren 1 und 2 entnimmt man, dass im Kühlkanal 103 für jede elektrische und/oder elektronische Baugruppe 200 eine separate Kühlstruktur 106 angeordnet ist, die als oberflächenvergrößernde, für das als Kühlmittel verwendete Fluid strömungsführende und wärmeübergangserhöhende Struktur dient. Das heißt, dass in diesem Ausführungsbeispiel im Kühlkanal 103 drei Kühlstrukturen 106 angeordnet sind. Jede Kühlstruktur 106 ist direkt unterhalb der entsprechenden elektrischen und/oder elektronischen Baugruppe 200 angeordnet und erstreckt sich in Strömungsrichtung 500 des Fluides im/durch den Kühlkanal 103 von einem ersten Ende der entsprechenden elektrischen und/oder elektronischen Baugruppe 200 bis zu einem zweiten Ende der entsprechenden elektrischen und/oder elektronischen Baugruppe 200 bzw. von einem ersten Ende des entsprechenden Aufnahmebereichs 115 bis zu einem zweiten Ende des entsprechenden Aufnahmebereichs 115. Somit wird eine gezielte Wärmeübertragung von jeder elektrischen und/oder elektronischen Baugruppe 200 auf ihre zugehörige Kühlstruktur 106 ermöglicht. Es ist allerdings auch möglich, dass eine Kühlstruktur 106 in Strömungsrichtung 500 des Fluides länger als die entsprechende elektrische und/oder elektronische Baugruppe 200 bzw. als der entsprechende Aufnahmebereich 115 ist. Dabei sind aber die Kühlstrukturen 106 in Strömungsrichtung 500 des Fluides mit Abstand relativ zueinander angeordnet. Die Strömungsrichtung 500 des Fluides entspricht in vorteilhafter Weise einer Längsrichtung des Kühlers 100 bzw. des Kühlkanals 103. Die Strömungsrichtung 500 entspricht insbesondere einer Hauptströmungsrichtung des Fluides im/durch den Kühlkanal 103.
Die Kühlstruktur 106 erstreckt sich insbesondere über die komplette Breite des entsprechenden Aufnahmebereichs 115 bzw. der entsprechenden elektrischen und/oder elektronischen Baugruppe 200. Mit anderen Worten ist ein Maß (eine Breite) jeder der Kühlstrukturen 106 in der zur Strömungsrichtung 500 des Fluides senkrechten Richtung 501 kleiner als das Maß (Breite) des entsprechenden Aufnahmebereichs 115 bzw. der entsprechenden elektrischen und/oder elektronischen Baugruppe 200 in der zur Strömungsrichtung 500 des Fluides senkrechten Richtung 501.
Insbesondere ist jede Kühlstruktur 106 als eine Kühlrippenstruktur ausgebildet. Dazu weist die Kühlrippenstruktur eine Vielzahl von Kühlrippen 160 auf, die in Strömungsrichtung 500 des Fluides im/durch den Kühlkanal 103 nacheinander/hintereinander angeordnet sind (Figur 1). Es ist allerdings auch möglich, dass zumindest eine der Kühl Strukturen 106 eine einzige Kühlrippe 160 aufweist, die sich vom ersten Ende der entsprechenden elektrischen und/oder elektronischen Baugruppe 200 bis zum zweiten Ende der entsprechenden elektrischen und/oder elektronischen Baugruppe 200 bzw. vom ersten Ende des entsprechenden Aufnahmebereichs 115 bis zum zweiten Ende des entsprechenden Aufnahmebereichs 115 erstreckt.
Aus Figur 3 ergibt sich des Weiteren, dass jede Kühlrippe 160 aus einem sich in einer Wiederholungsrichtung periodisch wiederholenden Wellenprofil gebildet ist. Die Wiederholungsrichtung entspricht in vorteilhafter Weise einer zur Strömungsrichtung 500 des Fluides senkrechten Richtung 501 bzw. einer Breitenrichtung des Kühlers 100.
Jede Kühlstruktur 106 ist vorzugsweise aus einem Material ausgebildet und/oder mit einem Material beschichtet, welches einen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten aufweist, der größer als 200 W/(m K) ist. In vorteilhafter Weise können die Kühlstrukturen 106 aus Aluminium hergestellt oder mit Aluminium beschichtet sein. Es ist auch möglich, dass andere wärmleitfähigen Materialien für die Kühlstrukturen 106 und/oder deren Schicht benutzt werden.
Zumindest zwei Bauteile des fluiddurchströmbaren Kühlers 100 und/oder zumindest ein Bauteil des fluiddurchströmbaren Kühlers 100 und zumindest eine Komponente der elektrischen und/oder elektronischen Baugruppe 200 weisen unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten auf. Insbesondere kann die Deckplatte 101 , welche insbesondere aus einem Metallmaterial ausgebildet ist, einen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, der insbesondere größer als ein Ausdehnungskoeffizient der elektrischen und/oder elektronischen Baugruppe 200 ist. Vorzugsweise sind die Deckplatte 101 und die Grundplatte 102 aus Aluminium ausgebildet, wobei die elektronische und/oder elektronische Baugruppe 200 einen unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten als derjenige von Aluminium aufweist. Dadurch wird bei thermischer Ausdehnung/Schrumpfung dieser Bauteile insbesondere die Ausdehnung/Schrumpfung der Deckplatte 101 gehemmt, was eine Biegung des Kühlers 100 bewirken kann. Somit entstehen Spannungen in den die elektrischen und/oder elektronischen Baugruppen 200 mit dem Kühler 100 verbindenden Schichten 201 , und insbesondere auch in der Vermittlungsschicht/den Vermittlungsschichten, falls vorhanden. Zu hohe Spannungen können Rissen in den verbindenden Schichten 201 , und insbesondere auch in der Vermittlungsschicht/den Vermittlungsschichten verursachen, was wiederum im Laufe der Zeit dazu führen kann, dass die elektrischen und/oder elektronischen Baugruppen 200 keinen oder nur einen reduzierten thermischen Kontakt zum Kühler 100 aufweisen.
Um dies zu vermeiden und somit eine gute Wärmeübertragung zwischen den elektrischen und/oder elektronischen Baugruppen 200 und dem Kühler 100 zu gewährleisten, ist jede der Kühl Strukturen 106 am Kühler 100 partiell angebunden.
Insbesondere weist die erste Innenfläche 1 zwei Randbereiche 5 und einen Verbindungsbereich 6 auf. Die beiden Randbereiche 5 sind ohne Verbindung mit der Kühlstruktur 106, wobei der Verbindungsbereich 6 mit der Kühlstruktur 106 verbunden ist. Der Verbindungsbereich 6 ist mit der Kühlstruktur 106 insbesondere stoffschlüssig verbunden. Der Verbindungsbereich 6 ist zwischen den Randbereichen 5 angeordnet und schließt sich an die Randbereiche 5 unmittelbar an. Das heißt, dass die erste Innenfläche 1 nur die beiden Randbereiche 5 und den Verbindungsbereich 6 aufweist. Der Verbindungsbereich 6 ist ein Mittelbereich der ersten Innenfläche 1.
Jede Kühlrippe 160 weist eine Vielzahl von ersten Bereichen 11 auf, die der ersten Innenfläche 1 zugewandt sind, wobei jeder der ersten Bereiche 11 eine Fläche 13 aufweist, die der ersten Innenfläche 1 zugewandt ist/gegenüberliegt. Die Flächen 13 der ersten Bereiche 11 sind planparallel zu der ersten Innenfläche 1. Ferner weist jede Kühlrippe 160 eine Vielzahl von zweiten Bereichen 12 auf, die der zweiten Innenfläche 2 zugewandt sind, wobei jeder der zweiten Bereiche 12 eine Fläche 14 aufweist, die der zweiten Innenfläche 2 zugewandt ist. Die Flächen 14 der zweiten Bereiche 12 sind planparallel zur zweiten Innenfläche 2.
Die Tatsache, dass die Randbereiche 5 ohne Verbindung mit der Kühlstruktur 106 sind, bedeutet, dass diejenigen ersten Flächen 13 oder Teile davon, die den Randbereichen 5 zugewandt sind, nicht mit den Randbereichen 5 verbunden sind. Insbesondere können hierbei die den Randbereichen 5 zugewandten ersten Flächen 13 oder Teile davon die Randbereiche 5 kontaktieren, wobei eine Relativbewegung zwischen den ersten Flächen 13 oder Teilen davon, die den Randbereichen 5 zugewandt sind, möglich ist. Diejenigen ersten Flächen 13 oder Teile davon, die dem Verbindungsbereich 6 zugewandt sind, sind mit dem Verbindungsbereich 6 verbunden. Der Verbindungsbereich 6 ist mit der Kühlstruktur 106 mittels einer Lotschicht 116, insbesondere einer Hartlotschicht, verbunden. Um eine Verbindung zwischen der Randbereiche 5 der ersten Innenfläche 1 und der Kühlstruktur 106, insbesondere der den Randbereichen 5 zugewandten ersten Flächen 13, zu unterbinden, kann beispielsweise bei der Fertigung des Kühlers 100 lokal bei den Randbereichen 5 eine Lotstoppaste benutzt werden. Alternativ ist auch ein Rückprägen der Randbereiche 5 möglich, sodass ein Spalt zwischen der Randbereiche 5 und der Kühlstruktur 106, insbesondere der der den Randbereichen 5 zugewandten ersten Flächen 13, zu groß wird, um mit Lot gefüllt zu werden. Hier kontaktieren die Randbereiche 5 die Kühlstruktur 106 nicht. Die Lotschicht 116 erstreckt sich in der Breitenrichtung des Kühlers 100 vorzugsweise über die ganze erste Innenfläche 1 und insbesondere auch über die ganze innere Seite der Deckplatte 101 , so dass die Lotschicht 116 auch die Deckplatte 101 mit der Grundplatte 102 verbindet. Es sei angemerkt, dass, obwohl sich die Lotschicht 116 in der Breitenrichtung des Kühlers 100 vorzugsweise über die ganze erste Innenfläche 1 erstreckt, die Randbereiche 5 ohne Verbindung mit der Kühlstruktur 106 sind, wie schon beschrieben.
In der in Fig. 3 dargestellten Schnittansicht des Kühlers 100 weist die gezeigte Kühlrippe 160 fünf erste Bereiche 11 und somit auch fünf erste Flächen 13 auf. Wie aus Figur 3 sich ergibt, ist jedem Randbereich 5 eine komplette erste Fläche 13 und teilweise eine weitere erste Fläche 13 zugewandt und ohne Verbindung mit diesem. Dies kann aber je nach Ausgestaltung der Kühlstruktur 106 bzw. der Kühlstrukturen 160 und des Kühlkanals 103 variieren.
Die Kühlstruktur 106 ist ferner mittels einer Lotschicht 117, insbesondere einer Hartlotschicht, mit der Grundplatte 102 verbunden. Das Verbinden der Kühlstruktur 106 mit der Deckplatte 101 und der Grundplatte 102 und das Verbinden der Deckplatte 101 mit der Grundplatte 102 können im selben Fertigungsschritt erfolgen.
Durch die partielle Anbindung der Kühlstruktur 106 an der Deckplatte 101 können Spannungen, die im Betrieb der elektrischen und/oder elektronischen Baugruppen 200 durch die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der verschiedenen Bauteile der elektrischen und/oder elektronischen Vorrichtung 1000 in den verbindenden Schichten 201 entstehen können, reduziert werden. Dies wird insbesondere dadurch erzielt, dass aufgrund der partiellen Anbindung der Kühlstruktur 106 an der Deckplatte 101 die Bauteile der elektrischen und/oder elektronischen Vorrichtung 1000 eine voneinander nicht so stark blockierte Ausdehnung/Schrumpfung erfahren. Somit kann eine stabile Anbindung der elektrischen und/oder elektronischen Baugruppen 200 an der Deckplatte 101 erzielt werden. Gleichzeitig wird Wärme von den elektrischen und/der elektronischen Baugruppen 200 über die verbindende Schichten 201 auf die Deckplatte 201 und von da über die Lotschicht 116 auf die Kühlstruktur 106 übertragen und vom durch den Kühlkanal 103 fließenden Fluid abgeleitet.
Um eine optimale Balance zwischen einer stabilen Anbindung der elektrischen und/oder elektronischen Baugruppen 200 an der Deckplatte 201 und einer guten Abfuhr der durch die elektrischen und/der elektronischen Baugruppen 200 erzeugten Wärme über die Kühlstruktur 106 zu ermöglichen, beträgt ein Maß 502 jedes Randbereichs 5 in der zur Strömungsrichtung senkrechten Richtung 501 zwischen 5 mm und 15 mm, vorzugsweise 10 mm.
Figur 4 bezieht sich auf eine erfindungsgemäße elektrische und/oder elektronische Vorrichtung 1000 mit einem fluiddurchströmbaren Kühler 100 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die elektrische und/oder elektronische Vorrichtung 1000 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von derjenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel durch die Anbindung der Kühl Strukturen 106 am Gehäuse 110 des Kühlers 100.
Wie aus Figur 4 ersichtlich ist, weist die zweite Innenfläche 2 der zweiten Wand 112 statt der ersten Innenfläche 1 der ersten Wand 111 des Kühlkanals 103 zwei Randbereiche 5 aus, die wie die Randbereiche 5 der ersten Innenfläche 1 im ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet sind.
Mit anderen Worten ist im fluiddurchströmbaren Kühler 100 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel jede Kühlstruktur 106 an der Grundplatte 102 partiell angebunden. Die mit Bezug auf den Kühler 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Vorteile gelten auch für den Kühler 100 bzw. die elektrische und/oder elektronische Vorrichtung 1000 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Figuren 5 und 6 beziehen sich auf eine erfindungsgemäße elektrische und/oder elektronische Vorrichtung 1000 mit einem fluiddurchströmbaren Kühler 100 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die elektrische und/oder elektronische Vorrichtung 1000 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von derjenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel durch die Ausbildung der Kühlstrukturen 106 und deren Anbindung am Gehäuse 110 des Kühlers 100.
Im dritten Ausführungsbeispiel ist jede Kühlstruktur 106 ohne Überlappung mit den Randbereichen 106 der ersten Innenfläche 1 angeordnet. Das heißt mit anderen Worten, dass sich kein Teil einer jeweiligen Kühlstruktur 106 unterhalb den Randbereichen 5 befindet bzw. dass kein Teil der Kühlstruktur 106 den Randbereichen gegenüberliegt. Die Kühlstruktur 106 befindet sich somit nur unterhalb des Verbindungsbereichs 6. Hierbei sind alle ersten Flächen 13 dem Verbindungsbereich 6 zugewandt und mit diesem verbunden.
Es ist zu verstehen, dass die Randbereiche 5 der ersten Innenfläche 1 der ersten Wand 111 des Kühlkanals 103 dadurch entstehen, dass die Kühlstruktur 106 ein Maß 503 (eine Breite) in der zur Strömungsrichtung 500 des Fluides senkrechten Richtung 501 bzw. in der Breitenrichtung des Kühlers 100 aufweist, welches kleiner als ein entsprechendes Maß (eine Breite) der ersten Innenfläche 1 in der zur Strömungsrichtung 500 des Fluides senkrechten Richtung 501 ist und dass die Kühlstruktur 106 im Kühlkanal 103 mit Abstand von den Enden der ersten Innenfläche 1 in der zur Strömungsrichtung 500 senkrechten Richtung 501 angeordnet ist. Das Maß (Breite) der ersten Innenfläche 1 in der zur Strömungsrichtung 500 des Fluides senkrechten Richtung 501 entspricht der Summe der entsprechenden Maße 502 (Breiten) der Randbereiche 5 und eines entsprechenden Maßes (Breite) des Verbindungsbereichs 6.
Der erwähnte Abstand zwischen jedem Ende der ersten Innenfläche 1 und der Kühlstruktur 106 entspricht dem Maß 502 des jeweiligen Randbereichs 5 in der zur Strömungsrichtung 500 des Fluides im Kühlkanal 103. Das heißt, dass der Abstand zwischen 5 mm und 15 mm, vorzugsweise 10 mm, beträgt. Der Abstand zwischen jedem Ende der ersten Innenfläche 1 und der Kühlstruktur 106 entspricht dem minimalen Abstand zwischen dem Ende der ersten Innenfläche 1 und der Kühlstruktur 106.
Die Kühlstruktur 106 erstreckt sich insbesondere nicht über die komplette Breite des entsprechenden Aufnahmebereichs 115 bzw. der entsprechenden elektrischen und/oder elektronischen Baugruppe 200. Mit anderen Worten ist eine Breite jeder der Kühl Strukturen 106 kleiner als die Breite des entsprechenden Aufnahmebereichs 115 bzw. der entsprechenden elektrischen und/oder elektronischen Baugruppe 200. Dadurch entstehen zwei Bypasskanäle 118 für das Fluid.
Durch die beschriebene Ausbildung der Kühlstruktur 106 und ihrer Anordnung im Kühlkanal 103 erzielt die elektrische und/oder elektronische Vorrichtung 1000 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel auch die mit Bezug auf das erste und zweite Ausführungsbeispiel erwähnten Vorteile.

Claims

Ansprüche
1. Fluiddurchströmbarer Kühler (100) zum Kühlen einer elektrischen und/oder elektronischen Baugruppe (200), umfassend:
• einen Kühlkanal (103), der von einem Fluid durchströmbar ist, und
• eine Kühlstruktur (106), die im Kühlkanal (103) angeordnet ist, wobei eine Innenfläche (1; 2) einer Wand (111 ; 112) des Kühlkanals (103) einen Verbindungsbereich (6) und einen Randbereich (5) aufweist, wobei der Verbindungsbereich (6) mit der Kühlstruktur (106) verbunden ist, und der Randbereich (5) ohne Verbindung mit der Kühlstruktur (106) ist.
2. Fluiddurchströmbarer Kühler (100) gemäß Anspruch 1 , wobei sich der Randbereich (5) an den Verbindungsbereich (6) anschließt.
3. Fluiddurchströmbarer Kühler (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend eine Deckplatte (101) und eine Grundplatte (102), die miteinander verbunden sind und den Kühlkanal (103) definieren, wobei die Innenfläche (1; 2) zumindest ein Teil einer inneren Seite der Deckplatte (101) oder einer inneren Seite der Grundplatte (102) ist.
4. Fluiddurchströmbarer Kühler (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Kühlstruktur (106) mindestens einen der Innenfläche (1 ; 2) zugewandten Bereich (11; 12) aufweist, der eine Fläche (13; 14) aufweist, die der Innenfläche (1 ; 2) zugewandt ist, wobei ein Teil der Fläche (13; 14) dem Randbereich (5) gegenüberliegt und ohne Verbindung mit dem Randbereich (5) ist.
5. Fluiddurchströmbarer Kühler (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Randbereich (5) in Kontakt mit der Kühlstruktur (106) steht.
6. Fluiddurchströmbarer Kühler (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kühlstruktur (106) im Kühlkanal (103) ohne Überlappung mit dem Randbereich (5) angeordnet ist.
7. Fluiddurchströmbarer Kühler (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein Maß (502) des Randbereichs (5) in einer zur Strömungsrichtung (500) des Fluides im Kühlkanal (103) senkrechten Richtung (501) zwischen 5 mm und 15 mm, vorzugsweise 10 mm, beträgt.
8. Fluiddurchströmbarer Kühler (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei sich der Randbereich (5) in Strömungsrichtung (500) des Fluides im Kühlkanal (103) zwischen einem ersten Ende der Kühlstruktur (106) und einem zweiten Ende der Kühlstruktur (106), insbesondere vom ersten Ende der Kühlstruktur (106) bis zum zweiten Ende der Kühlstruktur (106), erstreckt.
9. Fluiddurchströmbarer Kühler (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend einen Aufnahmebereich (115) zum Aufnehmen einer elektrischen und/oder elektronischen Baugruppe (200).
10. Fluiddurchströmbarer Kühler (100) gemäß Anspruch 9, wobei sich der Randbereich (5) in Strömungsrichtung (500) des Fluides im Kühlkanal (103) von einem ersten Ende des Aufnahmebereichs (115) bis zu einem zweiten Ende des Aufnahmebereichs (115) erstreckt, und/oder wobei sich die Kühlstruktur (106) in Strömungsrichtung (500) des Fluides im Kühlkanal (103) von einem ersten Ende des Aufnahmebereichs (115) bis zu einem zweiten Ende des Aufnahmebereichs (115) erstreckt.
11. Fluiddurchströmbarer Kühler (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Innenfläche (1; 2) der Wand (101 ; 102) des Kühlkanals (103) einen weiteren Randbereich (5) aufweist, der sich in einer Strömungsrichtung (500) des Fluides im Kühlkanal (103) erstreckt und ohne Verbindung mit der Kühlstruktur (106) ist, wobei der Verbindungsbereich (6) zwischen den zwei Randbereichen (5) angeordnet ist.
12. Elektrische und/oder elektronische Vorrichtung (1000), umfassend einen fluiddurchströmbaren Kühler (100) nach einem der vorherigen Ansprüche und eine elektrische und/oder elektronische Baugruppe (200), die am fluiddurchströmbaren Kühler (100) angeordnet ist.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102024125414A1 (de) * 2024-09-05 2026-03-05 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Elektronische Vorrichtung, die ein elektronisches Bauteil, eine Leiterplatte und wenigstens ein Kühlelement aufweist

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19645636C1 (de) * 1996-11-06 1998-03-12 Telefunken Microelectron Leistungsmodul zur Ansteuerung von Elektromotoren
US20070236883A1 (en) * 2006-04-05 2007-10-11 Javier Ruiz Electronics assembly having heat sink substrate disposed in cooling vessel
JP5343574B2 (ja) * 2009-01-20 2013-11-13 トヨタ自動車株式会社 ヒートシンクのろう付け方法
US20120175094A1 (en) * 2011-01-10 2012-07-12 Asetek A/S Liquid Cooling System Cold Plate Assembly
JP2013222870A (ja) * 2012-04-18 2013-10-28 Ngk Spark Plug Co Ltd 半導体装置
JP6093186B2 (ja) * 2013-01-11 2017-03-08 本田技研工業株式会社 半導体モジュール用冷却器
CN216790965U (zh) * 2018-05-01 2022-06-21 达纳加拿大公司 热交换器和传热表面
KR102625685B1 (ko) * 2018-11-14 2024-01-17 엘지전자 주식회사 전력모듈 및 그의 제조방법, 전력모듈을 구비한 인버터 장치
DE102020004359A1 (de) * 2020-07-20 2022-01-20 Daimler Ag Wärmeübertragungskörper
DE102020133635B4 (de) * 2020-12-16 2024-09-12 Audi Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung einer Elektronikbaugruppe, Elektronikbaugruppe und Kraftfahrzeug

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