WO2016128094A1 - Wärmetransferblech - Google Patents

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WO2016128094A1
WO2016128094A1 PCT/EP2015/079383 EP2015079383W WO2016128094A1 WO 2016128094 A1 WO2016128094 A1 WO 2016128094A1 EP 2015079383 W EP2015079383 W EP 2015079383W WO 2016128094 A1 WO2016128094 A1 WO 2016128094A1
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heat transfer
transfer sheet
sheet
contact extensions
cooling device
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PCT/EP2015/079383
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Adolf Dillmann
Reiner Holp
Stefan Huehner
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Robert Bosch Gmbh
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    • F28F2275/00—Fastening; Joining
    • F28F2275/12—Fastening; Joining by methods involving deformation of the elements

Definitions

  • the present invention relates to a heat transfer sheet and a method for producing an assembly, in particular a power electronics, with the heat transfer sheet. Furthermore, the invention relates to an assembly with the heat transfer sheet.
  • Cooling devices heat sinks
  • the heating components eg power transistors
  • the thermal resistance is composed of the two contact resistances of the surfaces to be thermally contacted and the thermal resistance of the
  • the thermal resistance of the heat conducting medium in turn depends on the thermal conductivity, the distance (layer thickness) and the area of the partner to be contacted. So is the example
  • Thermal conductivity of is in the range of 0.3 to 5 W / mK.
  • the thermal conductivity of solder after aging is in the range of 20 to 50 W / mK.
  • Usual layer thicknesses are here in the range of 50 ⁇ to 1000 ⁇ .
  • the thermal contact resistance depends on the
  • the invention shows a possibility of using a 3-dimensional heat transfer sheet instead of conventional heat conducting foils or thermal pastes.
  • This heat transfer sheet offers the possibility, in particular in power electronics, effectively dissipate the heat occurring to a cooling device.
  • the heat transfer sheet is applied to a
  • Hybrid vehicles photovoltaic systems or wind turbines.
  • Power modules convert e.g. in the vehicle between the three-phase current of the electric drive and the direct current of the battery. Join this
  • Waste heat e.g. in the range of 2 kW. At the same time these are
  • This module is in particular a power electronics.
  • the method comprises the following steps: (i) providing a component to be cooled with a first surface, and (ii) providing a cooling device with a second surface opposite the first surface, (iii) a 3-dimensional heat transfer sheet is arranged between the two surfaces ,
  • the 3-dimensional structure of this heat transfer sheet is defined as follows:
  • the heat transfer sheet extends parallel to the surfaces of the component to be cooled and the cooling device in a so-called "sheet plane". From this sheet plane extend a variety of contact extensions. These contact extensions are, for example, the edges of punched holes in the heat transfer sheet.
  • the contact extensions preferably extend with a Wnkel of less than 90 ° from the sheet plane.
  • the heat transfer plate including contact extensions is a one-piece um- or urgeformtes part.
  • a fourth method step (iv) the component to be cooled and the cooling device are braced relative to one another.
  • the two components wherein the first surface and the second surface to move toward each other.
  • the contact extensions are deformed in the direction of the sheet plane.
  • the contact processes are so far in the
  • the contact extensions can extend in both directions, ie in the direction of the component to be cooled and in the direction of the cooling device, or only in one of the two directions.
  • the greatest possible contact surface is created by the deformation of the 3-dimensional heat transfer sheet for transferring the heat from the component to the cooling device. It is provided in particular that in the area between the component and the cooling device no thermal conductive pastes, sautfolien,
  • Solder pastes or the like is used.
  • the deformed 3-dimensional surface is preferably located between the first and second surface.
  • the invention further comprises the heat transfer sheet. This is
  • Heat transfer sheet is preferably used to carry out the method just described.
  • the heat transfer sheet has the already described 3-dimensional structure. This is according to the invention
  • Sheet metal plane are deformed, so that the largest possible contact surface for the heat transfer arises.
  • the contact extensions are made by forming the heat transfer sheet.
  • a 2-dimensional sheet is used and brought by forming processes in a 3-dimensional structure.
  • a "2-dimensional sheet” is a flat sheet, knowing that the sheet extends in the third dimension due to its sheet thickness. The opposite points to that
  • the heat transfer plate In order to produce the contact extensions, provision is made in particular for the heat transfer plate to have a large number of openings. The bent or deformed edges of these openings form the contact extensions.
  • the openings are produced by forming, for example punching.
  • Making the contact extensions for use punch bending, bending with bending, laser cutting with bending, electron beam cutting with bending, and / or water jet cutting with bending.
  • the contact extensions can also be formed by deformed elevations in the metal sheet. These surveys arise, for example, by pulling or embossing the 2-dimensional sheet. It is also envisaged that different for a heat transfer sheet
  • contact extensions Methods for forming the contact extensions are used.
  • a part of the contact extensions can be formed by punched openings and another part of the contact extensions by deformed elevations.
  • Essential function of the contact processes is the formation of the largest possible
  • the preferred number of contact extensions is defined as a function of a sheet thickness S of the heat transfer sheet, since a correspondingly thinner sheets several small contact extensions can be arranged in a confined space.
  • S also corresponds to the sheet thickness of the starting sheet (2-dimensional sheet).
  • the sheet thickness S is defined here in millimeters (mm): It is advantageously provided that at least 50, preferably at least 100, particularly preferably at least 200, contact extensions are formed on an area of 10,000 S 2 . In a conventional sheet thickness S of 0, 1 mm thus advantageously at least 50 to 200 contact extensions result on a
  • the contact extensions rise significantly.
  • the contact extensions rise by at least 0.25 S, preferably by at least 0.5 S, particularly preferably by at least 1 S.
  • the sheet thickness S advantageously has a lower limit of 0.05 mm, preferably 0, 1 mm.
  • the upper limit of the sheet thickness S is
  • Heat transfer sheet is advantageously selected in the range defined here between the lower limit and the upper limit, the conflict of interest between easy manufacturability of the heat transfer sheet and optimum heat conduction properties in the assembly is taken into account.
  • the heat transfer sheet is advantageously through
  • Heat transfer sheets in a primitive process for example by sintering to manufacture. Furthermore, it is also preferably provided to produce the 3-dimensional heat transfer sheet by means of abrading processing.
  • the material of the heat transfer sheet copper or aluminum is advantageously used. It is preferably provided that the surface of the heat transfer sheet or the entire heat transfer sheet tin, silver or Contains gold. In particular, care is taken in the material selection for the heat transfer sheet that the contact extensions have a corresponding elasticity to act with the greatest possible contact force on the surfaces of the component or the cooling device. At the same time, a ductile property of the contact extensions must be given, so that the contact extensions are sufficiently deformable.
  • the invention further includes an assembly, in particular a
  • Power electronics comprising the component to be cooled with the first surface and the cooling device with the second surface, wherein between the first surface and the second surface, the heat transfer sheet, as just described, is arranged with deformed contact extensions.
  • heat transfer sheet presented subclaims and advantageous embodiments find correspondingly advantageous application to the assembly according to the invention.
  • FIG. 1 shows a method according to the invention for producing a
  • FIGS 2 and 3 a heat transfer sheet according to the invention according to a first embodiment
  • Figure 4 shows an inventive heat transfer sheet according to a second embodiment
  • FIG. 5 shows a heat transfer sheet according to the invention according to a third embodiment.
  • 1 shows an inventive method and an assembly 1 according to the invention for all embodiments.
  • FIGS. 2 to 5 show heat transfer sheets 6 of different embodiments. The same or functionally identical components are provided with the same reference numerals in all embodiments.
  • Figure 1 shows an exploded view and in a composite representation of the assembly 1.
  • the assembly 1 comprises components to be cooled 2, a
  • the components to be cooled 2 can also be referred to as power modules.
  • These power modules are, for example, inverters for hybrid or electric vehicles, for photovoltaic systems or for wind turbines or converters.
  • the cooling device 3 consists for example of aluminum and advantageously comprises channels in which cooling water flows.
  • the respective component 2 to be cooled comprises a first surface 4 facing the cooling device 3.
  • a second surface 5 lying opposite the first surface 4 is defined.
  • a heat transfer plate 6 is arranged per component 2. As will be described in detail, the
  • Heat transfer sheets 6 have a 3-dimensional structure.
  • Screws 8 (or rivets) are mounted on the cooling device 3. In the bracing of the components 2 with the cooling device 3, the 3-dimensional heat transfer sheets 6 are largely deformed and
  • FIG. 1 shows a section of the heat transfer sheet 6 according to the first embodiment.
  • the components 1 have, for example, a size of 50 mm x 50 mm. Accordingly, the heat transfer sheet 6 has approximately a width B of 50 mm and a length L of 50 mm.
  • the width B and the length L of the heat transfer sheet 6 define the so-called "sheet plane 1 1". From the sheet plane 11, a plurality of contact extensions 9 extend, as can be seen in FIG.
  • the contact extensions 9 are formed by punching an originally 2-dimensional sheet. These are star-shaped
  • Breakthroughs 10 punched.
  • the deformed edges of these apertures 10 form the contact extensions 9. Due to the star shape of the apertures 10 arise per breakthrough 10 four triangular contact extensions. 9
  • Figure 3 shows how a height H is defined. With this height H rise the contact extensions 9. Further, Figure 3 shows the plate thickness S of the original 2-dimensional plate.
  • the punched openings 10 each have a size of approximately 10 S.
  • a plate thickness S of 0.1 mm extend the
  • Breakthroughs 10 each on an area of one square millimeter. By the smallest possible distance between the openings 10 as many contact extensions 9 can be formed in a confined space.
  • FIG. 4 shows a section through the heat transfer plate 6 according to the second embodiment.
  • the contact extensions 9 are not punched through holes, but only formed by deformed elevations in the sheet.
  • FIG. 5 shows the heat transfer plate 6 according to the third exemplary embodiment.
  • the sheet is bent into a wave form, so that the contact extensions 9 result from the wave peaks and valleys.
  • the three embodiments show only three examples of geometric
  • Heat transfer sheets 6 It is crucial that the contact extensions 9 extend out of the sheet metal plane 1 1 and corresponding

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe (1), insbesondere einer Leistungselektronik, umfassend die folgenden Schritte: Bereitstellen eines zu kühlenden Bauteils (2) mit einer ersten Fläche (4), Bereitstellen einer Kühlvorrichtung (3) mit einer der ersten Fläche (4) gegenüberliegenden zweiten Fläche (5), Anordnen eines 3-dimensionalen Wärmetransferbleches (6) zwischen den beiden Flächen (4, 5), wobei sich das Wärmetransferblech (6) in einer zu den beiden Flächen (4, 5) parallelen Blechebene (11) erstreckt und im Ausgangszustand eine Vielzahl an Kontaktfortsätzen (9) aufweist, die sich aus zu dieser Blechebene (11) heraus erstrecken, und Verspannen des Bauteils (2) und der Kühlvorrichtung (3) zueinander, wodurch die Kontaktfortsätze (9) in Richtung der Blechebene deformiert werden.

Description

Beschreibung Titel
Wärmetransferblech Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wärmetransferblech und ein Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe, insbesondere einer Leistungselektronik, mit dem Wärmetransferblech. Ferner betrifft die Erfindung eine Baugruppe mit dem Wärmetransferblech.
In der Leistungselektronik werden zur Wärmeübertragung zwischen
Kühlvorrichtungen (Kühlkörpern) und den sich erwärmenden Bauteilen (z. B. Leistungstransistoren) Wärmeleitfolien, Wärmeleitpasten, Laminate oder Lotpasten eingesetzt. Diese Materialien sind notwendig, um Toleranzen und Unebenheiten zwischen den zu verbindenden Partner auszugleichen und gleichzeitig eine gute Wärmeanbindung zu erreichen. Der Wärmewiderstand setzt sich dabei zusammen aus den beiden Kontaktwiderständen der thermisch zu kontaktierenden Oberflächen und dem Wärmewiderstand des
Wärmeleitmediums. Der Wärmewiderstand des Wärmeleitmediums wiederum ist abhängig von der Wärmeleitfähigkeit, dem Abstand (Schichtdicke) und der Fläche der zu kontaktierenden Partner. So liegt beispielsweise die
Wärmeleitfähigkeit von Wärmeleitfolien oder Wärmeleitpasten im Bereich von 0,3 bis 5 W/mK. Die Wärmeleitfähigkeit von Lot liegt nach der Alterung im Bereich von 20 bis 50 W/mK. Übliche Schichtdicken liegen hier im Bereich von 50 μηι bis 1.000 μηι. Die Wärmekontaktwiderstände sind abhängig von der
mikroskopischen Beschaffenheit der Partneroberflächen (Rauigkeit, Härte, Sauberkeit, usw.) und davon, wie das Wärmeleitmedium an die Oberflächen andockt (Duktilität, Anpressdruck, usw.).
Offenbarung der Erfindung Die Erfindung zeigt eine Möglichkeit, anstatt herkömmlicher Wärmeleitfolien oder Wärmeleitpasten ein 3-dimensionales Wärmetransferblech zu verwenden.
Dieses Wärmetransferblech bietet die Möglichkeit, insbesondere bei einer Leistungselektronik, die auftretende Wärme effektiv an eine Kühlvorrichtung abzuführen. Insbesondere findet das Wärmetransferblech Anwendung an einem
Leistungsmodul einer Leistungselektronik in Elektrofahrzeugen,
Hybridfahrzeugen, Fotovoltaikanlagen oder Windkraftanlagen. Diese
Leistungsmodule wandeln z.B. im Fahrzeug zwischen dem Drehstrom des elektrischen Antriebes und dem Gleichstrom der Batterie. Hierbei treten
Abwärmen z.B. im Bereich von 2 kW auf. Gleichzeitig sind diese
Leistungsmodule relativ klein bauend (beispielsweise 50 x 50 mm), sodass die Abwärme über eine relativ geringe Fläche auf die Kühlvorrichtung übertragen werden muss.
So ist erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe vorgesehen. Diese Baugruppe ist insbesondere eine Leistungselektronik. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: (i) Bereitstellen eines zu kühlenden Bauteils mit einer ersten Fläche, und (ii) Bereitstellen einer Kühlvorrichtung mit einer der ersten Fläche gegenüberliegenden zweiten Fläche, (iii) Zwischen den beiden Flächen wird ein 3-dimensionales Wärmetransferblech angeordnet.
Die 3-dimensionale Struktur dieses Wärmetransferbleches ist wie folgt definiert: Das Wärmetransferblech erstreckt sich parallel zu den Flächen des zu kühlenden Bauteils und der Kühlvorrichtung in einer sogenannten "Blechebene". Aus dieser Blechebene heraus erstrecken sich eine Vielzahl an Kontaktfortsätzen. Diese Kontaktfortsätze sind beispielsweise die Ränder von eingestanzten Löchern in dem Wärmetransferblech. Die Kontaktfortsätze erstrecken sich vorzugsweise mit einem Wnkel von kleiner 90° aus der Blechebene. Das Wärmetransferblech samt Kontaktfortsätzen ist ein einstückiges um- oder urgeformtes Teil.
In einem vierten Verfahrensschritt (iv) erfolgt ein Verspannen des zu kühlenden Bauteils und der Kühlvorrichtung zueinander. Es erfolgt also ein Verpressen der beiden Bauteile, wobei sich die erste Fläche und die zweite Fläche aufeinander zu bewegen. Dadurch werden die Kontaktfortsätze in Richtung der Blechebene deformiert. Im Idealfall werden dabei die Kontaktfortsätze so weit in die
Blechebene gedrückt, sodass zwischen den beiden Flächen im verspannten Zustand ein 2-dimensionales Blech verbleibt, das über seine gesamte Fläche mit dem zu kühlenden Bauteil und mit der Kühlvorrichtung in Kontakt steht.
Im Ausgangszustand können sich die Kontaktfortsätze in beide Richtungen, also in Richtung des zu kühlenden Bauteils und in Richtung der Kühlvorrichtung, oder nur in eine der beiden Richtungen erstrecken. Erfindungsgemäß wird durch die Deformation des 3-dimensionalen Wärmetransferbleches eine möglichst große Kontaktfläche zur Übertragung der Wärme vom Bauteil in die Kühlvorrichtung geschaffen. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass in dem Bereich zwischen dem Bauteil und der Kühlvorrichtung keine Wärmleitpasten, Wärmeleitfolien,
Lotpasten oder ähnliches eingesetzt wird. So befindet sich bevorzugt zwischen der ersten und zweiten Fläche lediglich das deformierte 3-dimensionale
Wärmetransferblech. Die Erfindung umfasst ferner das Wärmetransferblech. Dieses
Wärmetransferblech wird vorzugsweise zur Durchführung des soeben beschriebenen Verfahrens verwendet. Das Wärmetransferblech weist die bereits beschriebene 3-dimensionale Struktur auf. Erfindungsgemäß ist das
Wärmetransferblech dazu ausgebildet, dass die Kontaktfortsätze durch
Verspannen des Bauteils und der Kühlvorrichtung zueinander in Richtung der
Blechebene deformiert werden, sodass eine möglichst große Kontaktfläche für die Wärmeübertragung entsteht.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Im Folgenden werden vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung erläutert. Diese vorteilhaften Ausgestaltungen können sowohl im Rahmen des
erfindungsgemäßen Verfahrens als auch im Rahmen des erfindungsgemäßen Wärmetransferbleches verwendet werden:
So ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Kontaktfortsätze durch Umformen des Wärmetransferbleches gefertigt sind. Dabei wird ein 2-dimensionales Blech verwendet und durch umformende Fertigungsverfahren in eine 3-dimensionale Struktur gebracht. Im Rahmen dieser Erfindung ist ein "2-dimensionales Blech" ein ebenes Blech, wohlwissend, dass sich das Blech aufgrund seiner Blechstärke auch in die dritte Dimension erstreckt. Dem gegenüber weist das
erfindungsgemäße "3-dimensionale Blech" die Vielzahl an Kontaktfortsätzen auf, die sich aus der Blechebene erstrecken und bei der Montage soweit als möglich in die Blechebene wieder deformiert werden.
Zur Erzeugung der Kontaktfortsätze ist insbesondere vorgesehen, dass das Wärmetransferblech eine Vielzahl an Durchbrüchen aufweist. Die verbogenen beziehungsweise umgeformten Ränder dieser Durchbrüche bilden dabei die Kontaktfortsätze.
Besonders bevorzugt werden die Durchbrüche durch Umformung, beispielsweise Stanzen, gefertigt. Dabei werden vorteilhafterweise schlitz- oder sternförmige
Durchbrüche in das 2-dimensionale Blech gestanzt und/oder geschnitten, sodass das 3-dimensionale Wärmetransferblech entsteht. Die dabei entstehenden Ränder und Flächen bilden die Kontaktfortsätze. Beispielsweise durch ein abwechselndes Stanzen von beiden Seiten entstehen Kontaktfortsätze, die sich sowohl in Richtung der Kühlvorrichtung als auch in Richtung des zu kühlenden
Bauteils erstrecken. Ferner kommen bevorzugt folgende Verfahren zum
Herstellen der Kontaktfortsätze zum Einsatz: Stanzbiegen, Scheren mit Biegen, Laserschneiden mit Biegen, Elektronenstrahlschneiden mit Biegen, und/oder Wasserstrahlschneiden mit Biegen.
Alternativ zu den Durchbrüchen können die Kontaktfortsätze auch durch umgeformte Erhebungen im Blech gebildet werden. Diese Erhebungen entstehen beispielsweise durch Ziehen oder Prägen des 2-dimensionalen Bleches. Dabei ist auch vorgesehen, dass für ein Wärmetransferblech unterschiedliche
Methoden zur Ausbildung der Kontaktfortsätze verwendet werden. So können ein Teil der Kontaktfortsätze durch gestanzte Durchbrüche und ein anderer Teil der Kontaktfortsätze durch umgeformte Erhebungen gebildet werden. Wesentliche Funktion der Kontaktfortsätze ist die Bildung einer möglichst großen
Kontaktfläche und gleichzeitig der Ausgleich von Ebenheitstoleranzen.
Insbesondere für den Ausgleich der Ebenheitstoleranzen ist es von Vorteil, möglichst viele, kleine Kontaktfortsätze auf dem Blech anzuordnen. Die bevorzugte Anzahl der Kontaktfortsätze wird in Abhängigkeit einer Blechstärke S des Wärmetransferbleches definiert, da bei entsprechend dünneren Blechen mehrere kleine Kontaktfortsätze auf engstem Raum angeordnet werden können. Beim Herstellen des Wärmetransferbleches durch Umformen eines 2- dimensionalen Blechs, entspricht S auch der Blechstärke des Ausgangsbleches (2-dimensionales Blech). Die Blechstärke S ist hier in Millimetern (mm) definiert: Es ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass auf einer Fläche von 10.000 S2 zumindest 50, vorzugsweise zumindest 100, besonders vorzugsweise zumindest 200, Kontaktfortsätze ausgebildet sind. Bei einer üblichen Blechstärke S von 0, 1 mm ergeben sich somit vorteilhafterweise zumindest 50 bis 200 Kontaktfortsätze auf einem
Quadratzentimeter (100 mm2).
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass in dem 3-dimensionalen
Wärmetransferblech die Kontaktfortsätze sich signifikant erheben. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass sich die Kontaktfortsätze um zumindest 0,25 S, vorzugsweise um zumindest 0,5 S, besonders vorzugsweise um zumindest 1 S, erheben.
Die Blechstärke S weist vorteilhafterweise eine Untergrenze von 0,05 mm, vorzugsweise 0, 1 mm auf. Die Obergrenze der Blechstärke S liegt
vorteilhafterweise bei 1 mm, vorzugsweise 0,5 mm. Die Blechstärke S des
Wärmetransferbleches wird vorteilhafterweise in dem hier definierten Bereich zwischen der Untergrenze und der Obergrenze gewählt, wobei der Zielkonflikt zwischen einfacher Herstellbarkeit des Wärmetransferbleches und optimalen Wärmeleiteigenschaften in der Baugruppe berücksichtigt wird.
Wie beschrieben, wird das Wärmetransferblech vorteilhafterweise durch
Umformen eines 2-dimensionalen Bleches hergestellt. Jedoch ist im Rahmen der Erfindung auch bevorzugt vorgesehen, dass 3-dimensionale
Wärmetransferbleche in einem urformenden Prozess, beispielsweise durch Sintern, zu fertigen. Des Weiteren ist bevorzugt auch vorgesehen, durch eine abtragende Bearbeitung das 3-dimensionale Wärmetransferblech herzustellen.
Für das Material des Wärmetransferbleches wird vorteilhafterweise Kupfer oder Aluminium verwendet. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Oberfläche des Wärmetransferbleches oder das gesamte Wärmetransferblech Zinn, Silber oder Gold enthält. Insbesondere wird bei der Material wähl für das Wärmetransferblech darauf geachtet, dass die Kontaktfortsätze eine entsprechende Elastizität aufweisen, um mit größtmöglicher Kontaktkraft auf die Flächen des Bauteils beziehungsweise der Kühlvorrichtung zu wirken. Gleichzeitig muss eine duktile Eigenschaft der Kontaktfortsätze gegeben sein, sodass die Kontaktfortsätze ausreichend deformierbar sind.
Die Erfindung umfasst ferne eine Baugruppe, insbesondere eine
Leistungselektronik, umfassend das zu kühlende Bauteil mit der ersten Fläche und die Kühlvorrichtung mit der zweiten Fläche, wobei zwischen der ersten Fläche und der zweiten Fläche das Wärmetransferblech, wie es soeben beschrieben wurde, mit deformierten Kontaktfortsätzen angeordnet ist.
Die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens oder des
erfindungsgemäßen Wärmetransferblechs vorgestellten Unteransprüche und vorteilhaften Ausgestaltungen finden entsprechend vorteilhafte Anwendung auf die erfindungsgemäße Baugruppe.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. Dabei zeigen:
Figur 1 ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer
erfindungsgemäßen Baugruppe für alle Ausführungsbeispiele,
Figuren 2 und 3 ein erfindungsgemäßes Wärmetransferblech gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, Figur 4 ein erfindungsgemäßes Wärmetransferblech gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
Figur 5 ein erfindungsgemäßes Wärmetransferblech gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Nachfolgend zeigt Figur 1 ein erfindungsgemäßes Verfahren sowie eine erfindungsgemäße Baugruppe 1 für alle Ausführungsbeispiele. Figuren 2 bis 5 zeigen Wärmetransferbleche 6 unterschiedlicher Ausführungsbeispiele. Gleiche beziehungsweise funktional gleiche Bauteile sind in allen Ausführungsbeispielen mit denselben Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt in Explosionsdarstellung und in zusammengesetzter Darstellung die Baugruppe 1. Die Baugruppe 1 umfasst zu kühlende Bauteile 2, eine
Kühlvorrichtung 3 sowie eine Andrückfeder 7 zum Befestigen der zu kühlenden Bauteile 2 auf der Kühlvorrichtung 3.
Die zu kühlenden Bauteile 2 können auch als Leistungsmodule bezeichnet werden. Diese Leistungsmodule sind beispielsweise Inverter für Hybrid- oder Elektrofahrzeuge, für Fotovoltaikanlagen oder für Windkraftanlagen oder Konverter.
Die Kühlvorrichtung 3 besteht beispielsweise aus Aluminium und umfasst vorteilhafterweise Kanäle, in denen Kühlwasser fließt. Gemäß der Darstellung in Figur 1 umfasst das jeweilige zu kühlende Bauteil 2 eine der Kühlvorrichtung 3 zugewandte erste Fläche 4. Auf der Kühlvorrichtung 3 ist eine der ersten Fläche 4 gegenüberliegende zweite Fläche 5 definiert.
Zwischen diesen beiden Flächen 4, 5 wird pro Bauteil 2 ein Wärmetransferblech 6 angeordnet. Wie noch im Detail beschrieben wird, weisen die
Wärmetransferbleche 6 eine 3-dimensionale Struktur auf. Bei der Montage der
Baugruppe 1 werden die zu kühlenden Bauteile 2 mittels der Andrückfeder 7 mit der Kühlvorrichtung 3 verspannt. Hierzu wird die Andrückfeder 7 mittels
Schrauben 8 (oder Nieten) auf der Kühlvorrichtung 3 befestigt. Bei dem Verspannen der Bauteile 2 mit der Kühlvorrichtung 3 werden die 3- dimensionalen Wärmetransferbleche 6 weitestgehend deformiert und
ermöglichen zum einen einen Ebenheitstoleranzausgleich zu den beiden Flächen 4, 5 als auch eine größtmögliche Kontaktfläche zur Wärmeübertragung. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass zwischen den beiden Flächen 4, 5 auf
Wärmeleitpasten, Wärmeleitfolien o.ä. verzichtet wird. Figur 2 zeigt einen Ausschnitt des Wärmetransferbleches 6 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Bauteile 1 haben beispielsweise eine Größe von 50 mm x 50 mm. Dementsprechend weist auch das Wärmetransferblech 6 in etwa eine Breite B von 50 mm und eine Länge L von 50 mm auf. Die Breite B und die Länge L des Wärmetransferbleches 6 definieren die sog. "Blechebene 1 1". Aus der Blechebene 11 erstrecken sich eine Vielzahl an Kontaktfortsätzen 9, wie dies in Figur 3 zu sehen ist.
Im ersten Ausführungsbeispiel sind die Kontaktfortsätze 9 durch Stanzen eines ursprünglich 2-dimensionalen Bleches gebildet. Dabei sind sternförmige
Durchbrüche 10 gestanzt. Die umgeformten Ränder dieser Durchbrüche 10 bilden die Kontaktfortsätze 9. Aufgrund der Sternform der Durchbrüche 10 entstehen pro Durchbruch 10 vier dreieckförmige Kontaktfortsätze 9.
Alternativ zum gezeigten Ausführungsbeispiel kann auch in beide Richtungen gestanzt werden, sodass sich die Kontaktfortsätze 9, beispielsweise
abwechselnd, in beide Richtungen erheben würden.
Anstatt der gezeigten sternförmigen Durchbrüche 10 ist auch vorgesehen, hier in beliebiger anderer Geometrie zu stanzen.
Figur 3 zeigt, wie eine Höhe H definiert ist. Mit dieser Höhe H erheben sich die Kontaktfortsätze 9. Ferner zeigt Figur 3 die Blechstärke S des ursprünglich 2- dimensionalen Bleches.
Die gestanzten Durchbrüche 10 weisen jeweils in etwa eine Größe von 10 S auf. Beispielsweise bei einer Blechstärke S von 0,1 mm erstrecken sich die
Durchbrüche 10 jeweils auf eine Fläche von einem Quadratmillimeter. Durch einen möglichst geringen Abstand zwischen den Durchbrüchen 10 können möglichst viele Kontaktfortsätze 9 auf engstem Raum ausgebildet werden.
Figur 4 zeigt einen Schnitt durch das Wärmetransferblech 6 nach dem zweiten Ausführungsbeispiel. Im zweiten Ausführungsbeispiel sind die Kontaktfortsätze 9 nicht durchgestanzte Löcher, sondern lediglich durch umgeformte Erhebungen im Blech gebildet. Figur 5 zeigt das Wärmetransferblech 6 nach dem dritten Ausführungsbeispiel. Im dritten Ausführungsbeispiel ist das Blech in eine Wellenform gebogen, sodass sich durch die Wellenberge und -täler die Kontaktfortsätze 9 ergeben. Die drei Ausführungsbeispiele zeigen lediglich drei Beispiele zur geometrischen
Gestaltung der 3-dimensionalen Wärmetransferbleche 6. Die Erfindung umfasst jedoch unterschiedlichste geometrische Gestaltungen dieser
Wärmetransferbleche 6. Dabei ist entscheidend, dass sich die Kontaktfortsätze 9 aus der Blechebene 1 1 heraus erstrecken und entsprechende
Materialeigenschaften aufweisen, um bei der Montage der Baugruppe zwischen den beiden Flächen 4, 5 entsprechend deformiert zu werden.

Claims

Ansprüche
Verfahren zur Herstellung einer Baugruppe (1), insbesondere einer Leistungselektronik, umfassend die folgenden Schritte:
• Bereitstellen eines zu kühlenden Bauteils (2) mit einer ersten Fläche
(4),
• Bereitstellen einer Kühlvorrichtung (3) mit einer der ersten Fläche (4) gegenüberliegenden zweiten Fläche (5),
• Anordnen eines 3-dimensionalen Wärmetransferbleches (6)
zwischen den beiden Flächen (4, 5), wobei sich das
Wärmetransferblech (6) in einer zu den beiden Flächen (4, 5) parallelen Blechebene (1 1 ) erstreckt und im Ausgangszustand eine Vielzahl an Kontaktfortsätzen (9) aufweist, die sich aus dieser Blechebene (11) heraus erstrecken, und
• Verspannen des Bauteils (2) und der Kühlvorrichtung (3)
zueinander, wodurch die Kontaktfortsätze (9) in Richtung der Blechebene deformiert werden.
Wärmetransferblech, vorzugsweise zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 ,
• wobei das Wärmetransferblech (6) eine 3-dimensionale Struktur aufweist, indem es sich in einer Blechebene (1 1) erstreckt und im Ausgangszustand eine Vielzahl an Kontaktfortsätzen (9) aufweist, die sich aus dieser Blechebene (11) heraus erstrecken, und
• wobei das Wärmetransferblech (6) dazu ausgebildet ist, dass die Kontaktfortsätze (9) durch Verspannen eines zu kühlenden
Bauteiles (2) und einer Kühlvorrichtung (3) zueinander in Richtung der Blechebene (1 1) deformiert werden.
3. Wärmetransferblech nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfortsätze (9) durch Umformen des Wärmetransferbleches (6) gefertigt sind. Wärmetransferblech nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetransferblech (6) eine Vielzahl an Durchbrüchen (10) aufweist, wobei die Ränder der Durchbrüche (10) die Kontaktfortsätze (9) bilden.
Wärmetransferblech nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche (10) durch Umformung, insbesondere Stanzen, gefertigt sind.
Wärmetransferblech nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfortsätze (9) umgeformte Erhebungen, insbesondere gefertigt durch Ziehen oder Prägen, ohne Durchbruch sind.
Wärmetransferblech nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetransferblech (6) eine Blechstärke (S) in Millimetern (mm) aufweist, wobei auf einer Fläche von 10.000 S2 zumindest 50, vorzugsweise zumindest 100, besonders vorzugsweise zumindest 200, Kontaktfortsätze (9) ausgebildet sind.
Wärmetransferblech nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetransferblech (6) eine Blechstärke (S) aufweist, und die Kontaktfortsätze (9) sich um eine Höhe (H) erheben, wobei die Höhe (H) zumindest 0,25 S, vorzugsweise zumindest 0,5 S, besonders vorzugsweise zumindest 1 S, beträgt.
Wärmetransferblech nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetransferblech (6) eine Blechstärke (S) aufweist, wobei die Blechstärke (S) zwischen einer Untergrenze von 0,05 mm, vorzugsweise 0, 1 mm, und/oder einer Obergrenze von 1 mm, vorzugsweise 0,5 mm, liegt.
Baugruppe (1), insbesondere Leistungselektronik, umfassend ein zu kühlendes Bauteil (2) mit einer ersten Fläche (4) und einer Kühlvorrichtung (3) mit einer zweiten Fläche (5), wobei zwischen der ersten Fläche (4) und der zweiten Fläche (5) ein Wärmetransferblech (6) nach einem der Ansprüche 2 bis 9 mit deformierten Kontaktfortsätzen (9) angeordnet ist.
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