專利名稱：用于多個功率模塊的冷卻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按照獨(dú)立權(quán)利要求前序部分的用于多個功率模塊的冷卻裝置。
背景技術(shù)：
對于例如由DE 10358641A1已知的冷卻裝置，該冷卻裝置的造型非常昂貴，因 此成本緊張并且單個模塊的裝配復(fù)雜。此外這里出現(xiàn)此問題，即冷卻效果不能穩(wěn)定地達(dá) 到在所有模塊上均勻。一種替代方案，即直接冷卻，具有此缺點(diǎn)，即充滿水的區(qū)域需要在電子元件的 附近的密封，并且由于具有長的電子元件使用時間和高的損害的使用條件可能意味著它 的失效，可能泄露的危險(xiǎn)迄今在現(xiàn)有技術(shù)中導(dǎo)致，通常放棄開放的水冷卻器。傳統(tǒng)的 具有冷卻板的方法只允許模塊平面布置，并且由此需要比堆疊的結(jié)構(gòu)大非常多的基礎(chǔ)面 積。此外這里模塊裝配也是昂貴的。US 6,542,365B2已經(jīng)描述了一種具有彈性區(qū)段的冷卻蛇管，其中半導(dǎo)體裝置固 定在冷卻蛇管的中間和端部區(qū)段之間。這種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)具有提高的泄露風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)槔鋮s 介質(zhì)通道多次彎曲并且受到機(jī)械影響。這種布置此外由于它的復(fù)雜性只能以高的費(fèi)用生產(chǎn)。最后還要引用申請人的EP 1815514B1，它已經(jīng)涉及流量分配模塊，其中功率模 塊的基板布置在殼體的空腔中。特殊的入口分配器和出口分配器形成流量連接。由于相 同的模塊幾何形狀，它們具有相同的流動阻力，從而在一定的距離下，也就是說在多個 模塊的情況下，它可能由于在相應(yīng)的入口中的不等高的分壓力產(chǎn)生不同的流量。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明提出此任務(wù)，即提供一種冷卻裝置，它可以以節(jié)約空間且可簡單裝 配的方式實(shí)現(xiàn)多個功率模塊的堆疊的結(jié)構(gòu)，并且在此同時以可靠的方式無泄漏危險(xiǎn)地實(shí) 現(xiàn)在所有模塊上相同的冷卻功率。根據(jù)本發(fā)明它通過獨(dú)立權(quán)利要求的特征解決。從屬權(quán)利要求描述本發(fā)明有利的
實(shí)施方案。特別是由此，即冷卻裝置在一側(cè)設(shè)置用于相鄰地容納多個功率模塊的冷卻肋 片，其中每個單個的冷卻肋片設(shè)置成在多個功率模塊的其中一個的至少上側(cè)面或下側(cè)面 上產(chǎn)生固定的導(dǎo)熱接觸，并可以獲得非常節(jié)約空間的布置，如果中間的冷卻肋片設(shè)置成 頂壓在相鄰的功率模塊的上側(cè)面和下側(cè)面上，這可以特別好地控制。在此要考慮，端部 肋片當(dāng)然分別只冷卻一個功率模塊，并且該功率模塊也可以這樣布置，即上側(cè)面朝向上 側(cè)面對齊或者下側(cè)面朝向下側(cè)面對齊，只要人們總體上看能夠?qū)β孰娮友b置產(chǎn)生上側(cè) 面和下側(cè)面的明確定義。壓緊力可以借助于楔塊施加在功率電子裝置模塊上，從而產(chǎn)生此必要性，即無 論如何端部肋片必須機(jī)械地特別支撐，如它例如可以通過支撐肋片實(shí)現(xiàn)，它不直接與功率電子裝置模塊接觸，但是保護(hù)其防止垂直于端部肋片向外彎曲。通過模塊的簡單的堆疊布置此外可以，實(shí)現(xiàn)簡單的電感少的總線。并且模塊 (以及楔塊)總體機(jī)械地防止相對打滑。此外得出此優(yōu)點(diǎn)，即水冷卻裝置的密封可以實(shí)現(xiàn)在遠(yuǎn)離模塊的側(cè)面上空間遠(yuǎn)地 與電子元件隔開，從而可以設(shè)置多個密封層。盡管如此還產(chǎn)生具有簡單的裝配的緊湊的 節(jié)約空間的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗心K接口都很好可見。通過平行的布置得出優(yōu)化的冷卻介質(zhì)分配，它還可以進(jìn)一步通過在冷卻裝置的 承載肋片的板條區(qū)域中的塑料插件優(yōu)化。因?yàn)槔鋮s介質(zhì)以相同的溫度進(jìn)入每個冷卻腔， 相對在現(xiàn)有技術(shù)中的布置產(chǎn)生均勻的冷卻，在現(xiàn)有技術(shù)中冷卻介質(zhì)流過多個串聯(lián)連接的 冷卻裝置。堆疊模塊的相鄰的布置在這種情況下意味著，其互相平行地成列地以平側(cè)面互 相朝向如堆疊一樣對齊。在這種情況下肋片有利地具有如功率模塊大約相同的尺寸，其 中不過它由于對其優(yōu)選設(shè)置的用于形成通道的壁體的插入件而設(shè)計(jì)得比功率模塊厚。在 功率模塊的尺寸上的超出大約會使裝配困難，不過另一方面有時機(jī)械地以有利的方式保 護(hù)連接。通過楔塊(它又有利地與在功率模塊中的相應(yīng)的導(dǎo)軌對應(yīng)地構(gòu)造，它通過經(jīng)過 所有冷卻肋片上的可利用螺栓固定的封閉板來固定)可以實(shí)現(xiàn)功率模塊在冷卻裝置中的 導(dǎo)熱的固定的接觸。楔塊的材料在此可以如模塊的材料匹配冷卻裝置的膨脹，特別是承 載肋片的基礎(chǔ)板條的膨脹。單個的肋片可以設(shè)計(jì)成可取下的，例如通過螺栓固定或者它可以是儲水罐的蓋 體的集成的組成部分，其中在另一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，它可以設(shè)計(jì)成內(nèi)部空心的，以 容納構(gòu)成水通道的板片。不過它也可以容納熱管或者由特別導(dǎo)熱的材料制成。模塊在三維冷卻體上的連接借助于壓緊在TIM(熱界面材料)層上實(shí)現(xiàn)是優(yōu)選 的，不過同樣也可以設(shè)置借助于粘結(jié)、釬焊或者加壓燒結(jié)的連接。對此又存在合適的連 接材料和涂層，它由釬焊或者加壓燒結(jié)技術(shù)已知，也就是說，具有Ni涂層或者加壓燒結(jié) 的表面的AlSiC冷卻體。這種材料融合連接相對前面描述的TIM層實(shí)施方案產(chǎn)生特別有 利的熱傳導(dǎo)，并且特別適用于模塊冷卻功率要求特別高的應(yīng)用情況。


本發(fā)明其它的優(yōu)點(diǎn)和特征由下面的優(yōu)選實(shí)施例說明給出。圖中示出圖1示出了在組裝狀態(tài)下的根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，圖2示出了在圖1中不能看出的設(shè)置在內(nèi)部的特征，即從下方插入單個冷卻肋片 中的板片，圖3示出了可以用于冷卻介質(zhì)輸入和輸出的底部件，圖4、5和6從側(cè)面、端面和上方示出了根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，其中可以很好地看 出固定楔塊的板條，圖7示意示出了功率模塊的裝配，其中最后的冷卻元件被設(shè)在最后的和端部肋 片之間保留的空間之間，并且緊接著楔塊從上方插入，并且擰上用于固定的板條。從下 方還要在冷卻肋片中設(shè)有構(gòu)成通道的板片。
圖8是在圖7中不可看出的背側(cè)的示意圖，它示出了結(jié)構(gòu)化的進(jìn)入肋片空腔中的 插入件。
具體實(shí)施例方式在圖1中可看出的圍繞冷卻裝置10的外部框架12用于布置其它的部件。該裝置以及特別是單個的冷卻肋片14 (它們平行并相鄰于每個功率模塊16布置) 大約和功率模塊同樣高，以緊密接觸所有其中能產(chǎn)生熱量的區(qū)域。例如在圖中，六個功率模塊16被七個冷卻肋片14包圍，并且分別外側(cè)的冷卻肋 片14還分別具有兩個支撐棱18。建議用鋁作為冷卻體的材料，其它的材料也可以考慮。未在圖1中看出的是在圖2中示出的特征，即在單個的冷卻肋片中從下方插入的 用于構(gòu)成冷卻介質(zhì)通道的板片20以及布置在肋片上方的具有用于固定楔塊的螺栓連接的 覆蓋板條22。冷卻裝置具有很好識別的外側(cè)在冷卻介質(zhì)流通的本體15的第一殼體罩24上的多 個冷卻肋片14，用于容納多個功率模塊16 (優(yōu)選在每兩個冷卻肋片14之間設(shè)置一個)， 其中每個單個的冷卻肋片14設(shè)置用于，在所述多個功率模塊16的其中一個的至少上側(cè)面 或下側(cè)面上形成固定的導(dǎo)熱接觸，并且殼體罩在內(nèi)側(cè)面上在相應(yīng)的冷卻肋片14的區(qū)域中 具有機(jī)構(gòu)，用于與冷卻介質(zhì)的位于被冷卻介質(zhì)流通的本體的內(nèi)部的體積形成流體連接。在圖3中最后示例顯示了底部件，即第二殼體罩31，它用于冷卻介質(zhì)輸入和輸 出。通過伸入內(nèi)部空間的板條32，在背側(cè)設(shè)置在側(cè)面上的入口 /出口 34與蓋體的中間區(qū) 域30流體連接，而它與邊緣區(qū)域38隔開。與在殼體罩31的另外的窄側(cè)面上的出口 /入 口 36連接的邊緣區(qū)域38在兩個長側(cè)面上幾乎延伸到端部。在邊緣區(qū)域38和中間區(qū)域30 之間的流體連接只可以通過內(nèi)部空心的冷卻肋片14實(shí)現(xiàn)，它搭接所述兩個區(qū)域。通過在 冷卻肋片14內(nèi)部的結(jié)構(gòu)20，在冷卻介質(zhì)重新離開冷卻肋片之前，冷卻介質(zhì)附加地還傳輸 到冷卻肋片14的所有區(qū)域中。圖4從側(cè)面示出了根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，其中可以很好地看出固定楔塊40的板條 22。在圖5中示意示出了裝配，其中最后的冷卻元件設(shè)在最后的和端部肋片之間保 留的空間之間，緊接著楔塊40從上面插入并且擰上板條22以固定。在板條22的下方可 以看出彈性元件50，它分別彈性地壓緊楔塊40，從而它保證功率模塊與冷卻肋片的熱接 觸。從下面還如在圖2中所示在冷卻肋片中設(shè)有構(gòu)成通道的板片20(圖8)。設(shè)置在功率模塊旁邊的用于夾緊固定封裝的功率模塊的楔塊通過例如在生產(chǎn)過 程中彎拱的扁平區(qū)段以彈性作用產(chǎn)生彈性的持續(xù)壓力。除了粘結(jié)和/或夾緊還可以通過 釬焊、熔焊或者加壓燒結(jié)或者類似的技術(shù)固定模塊。彈性的區(qū)段也可利用其中一種技術(shù) 直接設(shè)在冷卻肋片上。由此用于多個功率模塊的冷卻裝置在它的最簡單的設(shè)計(jì)方案中具有導(dǎo)熱的被冷 卻介質(zhì)流通的本體，其中該冷卻裝置在一側(cè)具有相應(yīng)的冷卻肋片，用于相鄰地容納所述 多個功率模塊，其中每個單個的冷卻肋片設(shè)置成在其中一個功率模塊的至少上側(cè)面或下 側(cè)面上產(chǎn)生固定的導(dǎo)熱接觸。這就是說，優(yōu)選中間的冷卻肋片設(shè)置用于，除了與所述多 個功率模塊中的其中一個的上側(cè)面或者下側(cè)面以外，同樣與所述多個功率模塊中的相鄰的另外的功率模塊的上側(cè)面或者下側(cè)面產(chǎn)生固定的導(dǎo)熱接觸。在此在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，功率模塊互相平行地取向，堆疊形地布置，從 而功率模塊的電接頭側(cè)面在冷卻肋片之間伸出。冷卻肋片以高度和寬度在冷卻介質(zhì)流通的基礎(chǔ)殼體上的幾何形狀的對稱性優(yōu)選 對應(yīng)功率模塊的相應(yīng)的尺寸。在此單個的冷卻肋片可以可取下地固定在冷卻裝置上，并且設(shè)有用于冷卻介質(zhì) 通道17的單獨(dú)的冷卻介質(zhì)入口和出口。此外冷卻肋片14可以是內(nèi)部空心的，用于容納插入板片，所述插入板片設(shè)有形 成流體通道的結(jié)構(gòu)(Relief)，特別是用于強(qiáng)制導(dǎo)引冷卻介質(zhì)通過肋片。一列相鄰冷卻肋片的相應(yīng)的最后的冷卻肋片可以設(shè)置橫向加強(qiáng)肋片，用于承受 功率模塊在冷卻肋片之間的夾緊力。在此可以考慮，設(shè)置多列冷卻肋片。最后建議， 在每兩個冷卻肋片之間，在功率模塊旁邊，在裝配時利用楔塊來夾緊固定封裝的功率模 塊。它可以由塑料，或者也可以由導(dǎo)熱良好的材料制成。
權(quán)利要求
1.用于冷卻多個電功率模塊(16)的冷卻器，其具有導(dǎo)熱的本體(15)，該本體具有可 被冷卻介質(zhì)流通的通道(17)，其特征在于，所述本體(15)在一側(cè)具有肋片形的冷卻元件(14)，其中每個肋片形的冷卻元件(14)能與所述多個要被冷卻的電功率模塊(16)的其中一 個的至少上側(cè)面或者下側(cè)面導(dǎo)熱連接，并且所述本體(15)在另一側(cè)上具有能與可流過通道(17)的內(nèi)部的冷卻介質(zhì)連接的機(jī)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻裝置，其特征在于，中間的冷卻肋片(14)設(shè)置成不僅 與所述多個功率模塊(16)的其中一個的上側(cè)面或者下側(cè)面產(chǎn)生固定的導(dǎo)熱接觸，還與所 述多個功率模塊中的另外的功率模塊的上側(cè)面或者下側(cè)面產(chǎn)生固定的導(dǎo)熱接觸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的冷卻裝置，其特征在于，所述功率模塊互相平行地取 向，堆疊形地布置，從而功率模塊的電接頭在側(cè)面在冷卻肋片(14)之間伸出。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的冷卻裝置，其特征在于，所述單個的冷卻肋片 (14)可取下地固定在冷卻裝置上，并且設(shè)有單獨(dú)的冷卻介質(zhì)入口和出口。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的冷卻裝置，其特征在于，所述冷卻肋片(14)在 被冷卻介質(zhì)流過的基礎(chǔ)殼體上具有對應(yīng)功率模塊的相應(yīng)尺寸的高度和寬度。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的冷卻裝置，其特征在于，冷卻肋片(14)內(nèi)部是 空心的，用于容納設(shè)有形成流體通道的結(jié)構(gòu)的插入板片，用于強(qiáng)制導(dǎo)引冷卻介質(zhì)通過肋 片。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的冷卻裝置，其特征在于，一列相鄰冷卻肋片的 相應(yīng)最后的冷卻肋片設(shè)有橫向加強(qiáng)肋片，以承受功率模塊在肋片之間的夾緊力。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的冷卻裝置，其特征在于，在每兩個冷卻肋片之 間在功率模塊旁邊設(shè)有楔塊，用于利用彈性作用來夾緊固定封裝的功率模塊，以產(chǎn)生彈 性的持續(xù)壓力。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的冷卻裝置，其特征在于，所述在每兩個冷卻肋 片(14)之間在功率模塊旁邊設(shè)置的楔塊設(shè)有共用的板條，用于夾緊固定封裝的功率模 塊，所述板條具有至少一個板簧或者簧片，用于在至少各一個楔塊上在插入方向上產(chǎn)生 彈性作用，以產(chǎn)生彈性的持續(xù)壓力。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的冷卻裝置，其特征在于，所述在每兩個冷卻肋片(14) 之間在功率模塊旁邊設(shè)置的楔塊由導(dǎo)熱良好的材料制成。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的冷卻裝置，其特征在于，利用承載肋片的殼體 罩構(gòu)成冷卻裝置的本體的第二罩殼形的蓋體，為了在所有冷卻肋片上以相同的進(jìn)入溫度 平行分配冷卻介質(zhì)，具有中央的中心布置在殼體蓋體上的通過棱邊預(yù)先確定的第一流動 區(qū)域以及邊緣側(cè)的同樣包括所有冷卻肋片的第二流動區(qū)域，其中通過位于肋片中的第三 流動區(qū)域使冷卻介質(zhì)流通所有肋片，其中對所有冷卻肋片存在流通的冷卻介質(zhì)的相同溫 度。
全文摘要
用于多個功率模塊(16)的冷卻裝置，具有導(dǎo)熱的被冷卻介質(zhì)流通的本體(15)，其中該冷卻裝置外側(cè)在被冷卻介質(zhì)流通的本體的第一殼體罩上具有冷卻肋片(14)，用于相鄰地容納多個功率模塊，其中每個單個的冷卻肋片設(shè)置成在所述多個功率模塊的其中一個的至少上側(cè)面或者下側(cè)面上產(chǎn)生固定的導(dǎo)熱接觸，并且其中該殼體罩在內(nèi)側(cè)在相應(yīng)的冷卻肋片的區(qū)域中具有用于與冷卻介質(zhì)的位于被冷卻介質(zhì)流通的本體的內(nèi)部的體積形成流體連接的機(jī)構(gòu)。
文檔編號H05K7/20GK102017825SQ200980115831
公開日2011年4月13日 申請日期2009年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月2日
發(fā)明者J·克林哈根, K·K·奧萊森, L·波爾森 申請人:丹福斯矽電有限責(zé)任公司