用于冷却功率电子器件的流体能穿流的冷却器的冷却肋片的制作方法

本发明涉及一种用于冷却功率电子器件的流体能穿流的冷却器的冷却肋片。本发明尤其涉及一种冷却肋片，通过该冷却肋片能实现对功率电子器件的优化的冷却。此外，本发明还涉及一种流体能穿流的冷却器，其带有一个、特别是正好一个这样的冷却肋片，以及涉及一种包括功率电子器件和这种冷却器的装置。

背景技术：

1、在功率电子器件中的功率半导体导引大电流。由此产生的传导损耗和开关损耗均是必须在极小的面上排出的高损耗热量功率的起因。最大允许的半导体温度在此对故障是关键的，因此最小化在半导体和冷却剂之间的热阻至关重要。为了有效冷却，将功率基板应用到流体能穿流的冷却器。这些冷却器由铝合金、alsic合金或铜合金构成。在冷却器内部中布置有销或肋片以扩大热传递的表面和加强热传递。为了功率基板、特别是amb/dbc功率基板(amb：活性金属钎焊；dbc：直接铜键合)和冷却器之间的低热阻，功率基板借助软钎焊工艺、可选也借助烧结工艺接合到冷却器上。为此，这些冷却器必要时也用适用于软钎焊工艺或烧结工艺的材料进行表面涂层。在汽车技术中经常已知铝冷却器，也已知alsic冷却器或铜冷却器，其由多个构件构成，多个构件尤其通过硬钎焊工艺接合。

2、由冲压板材制成的肋条通常在流体能穿流的冷却器中实现。存在的肋片几何形状并不符合对用于冷却功率电子器件的流体能穿流的冷却器的要求。热性能基本上由在流体和肋片表面之间的传热、肋片表面和肋片效果确定。

技术实现思路

1、用于冷却功率电子器件的流体能穿流的冷却器的按本发明的冷却肋片具有的优点是，实现了对功率电子器件的最佳的冷却。尤其可以通过冷却肋片达到在冷却肋片的热性能和在冷却器中的所引起的压力损失之间的良好的比例。因此按本发明的冷却肋片尤其适用于使用在针对高功率电子应用的流体能穿流的冷却器中。这一点由此达到，即，用于冷却功率电子器件的流体能穿流的冷却器的冷却肋片包括沿重复方向周期性重复的型材，其中，重复方向垂直于所述型材的延伸方向。要注意的是，在本发明的范畴内，术语“型材”尤其指的是一种元件、特别是板材形的元件，其横截面在其整个长度上保持不变。型材的长度的方向可以称为型材的纵向并且对应型材的延伸方向。型材的延伸方向尤其对应穿流方向。穿流方向尤其对应用作冷却剂的流体的主流动方向，所述流体流过至少一条贯通通道，至少一条贯通通道至少由重复的型材形成。在此，主流动方向、特别是流体主要沿着流动的方向，这就是说，流体的速度分量在该方向上大于流体在平行于重复方向的方向上的速度分量的方向。主流动方向优选对应流体导入流体能穿流的冷却器的导入方向。重复方向尤其对应冷却器的宽度方向。冷却肋片用作扩大表面的、导引流体的和提高传热的结构，因此可以达到功率电子器件的更好的散热和因此更好的冷却。冷却肋片可以优选在冲压成型和/或冷弯成型工艺中产生以在肋片效率最高时理想地充分利用表面。但也能的是，冷却肋片为了同样的目的而视形状而定通过挤压工艺制造。

2、从属权利要求表明了本发明的优选的扩展设计方案。

3、型材优选重复整数次数或非整数次数。这就是说，在型材的重复次数为整数时，冷却肋片对应周期性重复的型材的整数多倍。另一方面，非整数的重复次数则意味着，冷却肋片不是周期性重复的型材的整数多倍。型材重复多少次，有利地取决于应当通过包括冷却肋片的冷却器冷却的功率电子器件的、特别是功率电子器件结构单元的宽度。

4、冷却肋片优选具有至少一条贯通通道、特别是多条贯通通道。至少一条贯通通道至少部分由重复的型材形成。用作冷却剂的流体流过至少一条贯通通道，通过功率电子产生的热量经由冷却肋片传递到所述流体上并且这些热量通过所述流体排出。

5、按照本发明的第一种有利的设计方案，周期性重复的型材是波浪形型材。冷却肋片尤其由周期性重复的波浪形型材构成。由此可以达到冷却肋片的大的表面和因此更好的冷却功率，而不会使冷却肋片在重复方向上变得过大。冷却肋片在这种设计方案中可以优选借助冲压成型和/或冷弯成型工艺制造。

6、要注意的是，术语“波浪形型材”指的是横截面具有波浪形状的任意型材，其中，波浪可以具有任意形状，只要这些波浪包括具有最大高度的区域和具有最小高度的区域。这尤其指的是，波浪不必一定构造成曲线，而是也可以包括仅直线的区段或者弯曲的和直线的区段构成的组合。这就是说，在本发明的范畴内，冷却肋片的波浪形型材沿重复方向重复并且沿延伸方向延伸。可以理解的是，周期性重复的波浪形型材形成了沿重复方向更大的波浪形型材，这具有由前述重复的波浪形型材的各个横截面一起形成的横截面。在本发明的范畴内，冷却肋片因此尤其可以包括冷却肋片波浪形型材，这对应前述的更大的波浪形型材。

7、冷却肋片优选构造成蜿蜒曲折形。换句话说，冷却肋片的横截面优选具有蜿蜒曲折的形状。在本发明的范畴内，蜿蜒曲折尤其是波浪，其包括直线的或基本上直线的区段，所述区段垂直于或者基本上垂直于彼此。换句话说，所述区段相对彼此这样布置，使得形成了在相邻的或直接相互连接的区段之间的直角的或基本上直角的转向。措辞“基本上垂直”尤其意味着与垂直位置的最大10°、优选最大8°的偏差。

8、在此，重复的波浪形型材或者波浪形型材的重复结构优选具有第一接片、第二接片、第三接片和第四接片。第一接片和第二接片可以称为臂。第一接片和第二接片沿垂直于重复方向的高度方向延伸，其中，第三接片和第四接片平行于重复方向延伸。第一接片和第二接片优选通过第三接片相互连接，其中，第四接片优选与第二接片连接。在此以有利的方式形成了在相邻的接片之间的贯通通道。贯通通道尤其交替地由第一接片、相邻的第二接片和相邻的第三接片限定以及由第一接片、相邻的第二接片和相邻的第四接片限定。

9、可以理解的是，由于重复的波浪形型材的重复结构，第一接片和/或第二接片和/或第三接片和/或第四接片也以有利的方式重复。这就是说，冷却肋片可以具有多个第一接片和/或第二接片和/或第三接片和/或第四接片。

10、要注意的是，具有最大的高度的波浪形型材的区域尤其包括第三接片。具有最小的高度的波浪形型材的区域相应地尤其包括第四接片。

11、第三接片有利地面朝功率电子器件，其中，第四接片背对功率电子器件。

12、与第三接片连接的第一接片可以优选转变为具有倒圆角半径(内半径和外半径)的第三接片。与第二接片连接的第三接片可以优选转变为具有倒圆角半径(内半径和外半径)的第二接片。这些倒圆角半径可以优选是相同的并且一起称为第一倒圆角半径。

13、与第四接片连接的第二接片可以优选转变为具有倒圆角半径(内半径和外半径)的第四接片。与第一接片连接的第四接片可以优选转变为具有倒圆角半径(内半径和外半径)的第四接片。这些倒圆角半径可以优选是相同的并且一起称为第二倒圆角半径。

14、第二倒圆角半径有利地大于第一倒圆角半径，特别是第一倒圆角半径两倍那么大。第一倒圆角半径有利地和冷却肋片的型材厚度一样大。

15、在型材作为波浪形型材的设计方案中，冷却肋片的节距可以优选在1.8mm和2.5mm之间、优选在1.9mm和2.1mm之间、特别是2mm。冷却肋片的节距在此对应周期性重复的波浪形型材用来重复以形成冷却肋片的周期。

16、按照本发明的第二种有利的设计方案，周期性重复的型材是十字形的型材。冷却肋片的这种设计方案是有利的，因为十字形的型材一方面能简单地制造并且另一方面具有大的表面以将热量传递给用作冷却介质的流体。冷却肋片尤其由周期性重复的十字形的型材构成。十字形的型材优选具有第一接片、第二接片和第三接片，其中，第一接片和第二接片分别与第三接片成直角并且延伸离开第三接片。可以理解的是，接片相对彼此这样布置，使得型材具有十字的形状。第三接片以有利的方式沿重复的型材的重复方向延伸。之前所述的至少一条贯通通道在此优选包括至少一条在相邻的第一接片之间的贯通通道和在相邻的第二接片之间的贯通通道。至少一条贯通通道尤其由相邻的第一接片和相邻的第三接片限定，其中，至少一条贯通通道由相邻的第二接片和相邻的第三接片限定。优选按照该设计方案的冷却肋片借助挤压工艺制造。

17、可以理解的是，由于重复的十字形型材的重复结构，第一接片和/或第二接片和/或第三接片有利地重复。这就是说，冷却肋片可以具有多个第一接片和/或第二接片和/或第三接片。

18、冷却肋片优选还可以包括第四接片，其平行于第三接片延伸并且与任意第一接片或任意第二接片的末端区域连接。第四接片有利地沿型材的延伸方向延伸。

19、冷却肋片备选还可以优选包括第四接片和第五接片，它们平行于第三接片延伸。在此，第四接片与任意第一接片的末端区域连接，其中，第五接片与任意第二接片的末端区域连接。第四接片和第五接片有利地沿型材的延伸方向延伸。

20、第四接片和/或第五接片有利地沿重复的型材的重复方向延伸。之前提到的至少一条贯通通道有利地包括在相邻的第一接片之间的至少一条贯通通道和在相邻的第二接片之间的至少一条贯通通道。

21、按照本发明的第二种设计方案的一种有利的变型方案，第一接片沿重复方向的尺寸与第二接片沿重复方向的尺寸相同。因此能简单地制造冷却肋片。

22、按照本发明的第二种设计方案的一种备选的有利的变型方案，第一接片沿重复方向的尺寸大于第二接片沿重复方向的尺寸。因此可以进一步改进通过冷却肋片的散热。在此有利的是，十字形的型材的第一接片设置成面朝功率电子器件，其中，十字形的型材的第二接片设置成背对功率电子器件。这就是说，在这种设计方案中，第一接片设置成，比第二接片更为靠近功率电子器件。由于第一接片和第二接片的不同的尺寸，可以这样来影响用作冷却剂的流体的流动、特别是流动速度，使得达到了流体的期望的传热系数。

23、第一接片或第二接片沿重复方向的尺寸尤其对应第一接片或第二接片的材料厚度。

24、按照本发明的第三种有利的设计方案，周期性重复的型材是v形的型材，其具有第一接片和第二接片。在此，冷却肋片优选还可以具有第三接片，其中，第三接片沿重复方向延伸并且这样布置，使得型材通过第一接片、第二接片和第三接片的每一次重复，形成了三角形的贯通通道。第三接片有利地沿型材的延伸方向延伸。冷却肋片备选可以优选还具有第三接片和第四接片，其中，第三接片和第四接片沿重复方向延伸并且这样布置，使得在冷却肋片中形成了三角形的贯通通道。第三接片和第四接片有利地沿型材的延伸方向延伸。冷却肋片按照第三种设计方案优选借助挤压工艺制造。

25、可以理解的是，由于重复的v形的型材的重复结构，第一接片和/或第二接片也有利地重复。这就是说，冷却肋片可以具有多个第一接片和/或第二接片。

26、通过冷却肋片按照本发明的前述有利的设计方案的成型，可以特别是实现热性能与由冷却肋片引起的冷却器内的压力损失的良好的比例。

27、冷却肋片的高度特别优选可以在5mm和8mm之间、优选在5.9mm和6.1mm之间。所述高度有利地沿垂直于型材的重复方向和延伸方向的高度方向测量。

28、冷却肋片的材料厚度特别优选可以在0.3mm和0.6mm之间、优选在0.35mm和0.45mm之间。冷却肋片的材料厚度在按照前述第一种设计方案所述的冷却肋片中尤其对应重复的波浪形型材的型材厚度。在按照前述第二种设计方案所述的冷却肋片中，冷却肋片的材料厚度尤其包括重复的十字形型材的型材厚度和特别是也包括第四接片和/或第五接片的材料厚度。在按照前述的第三种设计方案所述的冷却肋片中，冷却肋片的材料厚度尤其包括v形型材的型材厚度和/或第四接片和/或第五接片的材料厚度。

29、在冷却肋片的相邻的接片之间的净尺寸沿重复方向特别优选可以在0.6mm和1.2mm之间、优选在0.85mm和0.95mm之间。在第一种有利的设计方案中，在相邻的接片之间的净尺寸尤其是在第一接片和相邻的第二接片之间的净尺寸。在按照前述第二种有利的设计方案所述的冷却肋片中，在相邻的接片之间的净尺寸尤其包括在相邻的第一接片之间的净尺寸和/或在相邻的第二接片之间的净尺寸。在按照前述第三种有利的设计方案所述的冷却肋片中，在相邻的接片之间的净尺寸尤其是在第一接片和相邻的第二接片之间的最大的净尺寸。

30、冷却肋片有利地一体地/一件式构造。

31、冷却肋片优选由一种材料构成和/或用一种材料涂层，所述材料具有大于150w/(m·k)的导热系数。冷却肋片可以有利地由铝构成或者用铝或镍涂层。

32、本发明还涉及一种用于冷却功率电子器件的流体能穿流的冷却器，其包括之前所说明的冷却肋片。

33、流体能穿流的冷却器优选包括正好一个之前所说明的冷却肋片和冷却通道。在此，冷却肋片布置在冷却通道中。冷却肋片沿重复的型材的延伸方向的长度等于冷却通道沿重复的型材的延伸方向的尺寸。

34、流体能穿流的冷却器优选包括壳体。壳体可以优选由至少两个金属部分、特别是铝件构造而成，它们相互连接并且限定了冷却通道。冷却通道在此尤其对应壳体的内部空间。

35、用于用作冷却剂的流体的入口和出口进一步优选直接布置在壳体处。

36、冷却肋片的区域优选对应冷却器的壳体的至少一个部分。这就是说，换言之，冷却肋片的一个区域至少构造成冷却器的壳体的一部分。第四接片和视冷却肋片的构造而定特别是也还有第五接片在按照前述有利的第四种设计方案所述的冷却肋片中有利地分别对应壳体的至少一个部分。第四接片尤其可以部分或完全对应来自壳体的至少两个金属部分中的其中一个金属部分。当在冷却肋片中设置有第四接片以及第五接片时，第四接片可以部分或完全对应来自壳体的至少两个金属部分中的第一金属部分并且第五接片对应来自壳体的至少两个金属部分中的第二金属部分。

37、此外，本发明还涉及一种功率电子器件装置，其包括之前所说明的流体能穿流的冷却器和功率电子器件。在此，功率电子器件布置在冷却器处。功率电子器件因此能借助冷却器冷却。功率电子器件尤其固定在冷却器处。

38、功率电子器件优选可以包括(正好)一个功率电子器件结构单元或多个功率电子器件结构单元。功率电子器件结构单元可以布置在流体能穿流的冷却器的或其壳体的一个侧面或两个侧面上。换句话说，流体能穿流的冷却器可以在一个侧面上或两个侧面上装备有功率电子器件结构单元。

39、功率电子器件可以优选包括至少一个第一功率电子器件结构单元和第二功率电子器件结构单元。在用作冷却剂的流体的主流动方向上，第一功率电子器件结构单元优选布置在第二功率电子器件结构单元之前。此外，功率电子器件优选还可以包括第三功率电子器件结构单元。在此，第三功率电子器件结构单元优选沿流体的主流动方向布置在第二功率电子器件结构单元之后。

40、在本发明的范畴内，功率电子器件结构单元尤其也称为功率模块。功率电子器件结构单元优选包括印制电路板和/或印制导线和/或一个或多个功率半导体。