[发明专利]液体冷却元件

说明书

技术领域

本发明涉及功率半导体的冷却，并且具体地涉及功率半导体模块的液体冷却。

背景技术

由于现有功率半导体不理想，它们产生作为副产品的热。同时，为了使半导体起作用，其温度必须保持在给定范围内。因此，通常需要冷却半导体。

有许多用于冷却半导体的方法，通常包括传导热使热远离半导体的冷却元件。例如，冷却元件可以是通过气流冷却的散热器。气流可以是引力作用的或机械地产生的。

气冷式散热器足以用于较低功率的应用。随着最大传输功率的增加，消散的热的量也增加。空气具有有限的热容量，并且因此，需要的空气冷却元件在某种程度上可能变得非常庞大且昂贵以至于空气冷却是不实用的。

某些液体如水具有大于空气的热容量。它们可以更有效地从半导体传输热。但是，液体冷却通常需要循环系统，循环系统比开放系统如空气冷却更复杂。由于液体可能是导电的并且在待冷却的布置中引起短路，因此，为了避免泄漏，必须额外当心。

图1示出了用于平行布置在冷却板10上的三个功率半导体模块的液体冷却布置。冷却板10由导热材料制成。半导体模块可以包括多个功率半导体单元。例如，半导体单元可以包括二极管、晶体管或者二极管和晶体管两者。通常，功率半导体单元包括与二极管平行的IGBT(绝缘栅双极型功率管)，并且功率半导体模块包括这些功率半导体单元中的一个或更多个功率半导体单元。

冷却板10包括冷却液体可以在其中流动的通道。主供给通道11分支成多个冷却通道12。在图1中，两个冷却通道12在每个模块下面延伸，以冷却功率半导体单元。之后，冷却通道12接合至主排出通道13。例如，可以通过钻孔并堵塞钻孔入口中的某些钻孔入口来产生通往冷却板10的通道11、12和13。

与使用空气冷却相比，使用液体冷却可以更有效地冷却半导体模块。但是，热分布可能不均匀。由于半导体模块的温度最高点决定模块的最大负荷，因此，这是有问题的。不均匀的热分布还可能引起功率半导体模块的机械应变。

发明内容

本发明的目的是提供一种方法和一种用于实现该方法的装置，以缓解以上缺点。本发明的目的通过以独立权利要求中陈述的内容为特征的方法和装置来获得。从属权利要求中公开了本发明的优选实施方式。

根据本发明的冷却元件包括冷却板，冷却板包括用于运送冷却液体流的通道。用于冷却液体的主供给通道分成供给通道分支。这些分支进一步分成冷却通道。冷却板可以在每个功率半导体单元下面具有单个冷却通道或多个冷却通道。冷却板可以在功率半导体模块之间具有开口，使得功率半导体模块彼此不加热。

在功率半导体单元下面的冷却通道彼此平行，并且因此，一个功率半导体单元的冷却不影响另外的功率半导体单元的冷却。冷却通道重组成排出通道分支，排出通道分支又重组成主排出通道。

为了增加热交换，通道和通道分支可以设置有叶片。主供给通道可以形成为沿液体流动的方向会聚，并且主排出通道可以形成为沿液体流动的方向分叉。以这种方式，可以在供给通道分支和排出通道分支中获得相等的流。供给通道分支和排出通道分支可以形成为会聚和分叉，以在冷却通道中获得均匀的流。

附图说明

下面，将参考附图通过优选实施方式来更详细地描述本发明，其中，

图1示出了液体冷却布置；

图2a、2b和2c示出了本公开内容的示例性实施方式；以及

图3a和3b示出了根据本公开内容的示例性冷却板的等距视图。

具体实施方式

图2a、2b和2c示出了根据本公开内容的示例性实施方式。用于冷却包括功率半导体单元的多个功率半导体模块21的冷却元件20包括由导热材料制成的板22。在图2a中，使用了三个模块21。图2b示出了用于冷却图2a的模块21中的一个模块的细节。图2c示出了在功率半导体模块21内部的功率半导体单元211的示例性定位。

例如，功率半导体单元可以包括二极管、晶体管或者二极管和晶体管两者。通常，功率半导体单元包括IGBT和二极管。在图2c中，每个功率半导体单元211包括二极管(较小的正方形)和IGBT(较大的正方形)。也可以使用功率半导体单元和模块的其他半导体和/或配置。

冷却板22适于热连接到功率半导体模块21。图2a中，功率半导体模块21在冷却板22上布置成彼此紧挨着。例如，模块21可以通过螺钉附接到冷却板22以确保充分的热连接。