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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Elektronikmodul und ein Verfahren zum Herstellen eines Elektronikmoduls.
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Ein Wärmeübergang zwischen einer Grenzfläche und einem Fluid ist bei einer laminaren Strömung durch eine geringe vertikale Durchmischung des Fluids in vertikaler Richtung begrenzt. Der Wärmeübergang kann verbessert werden, wenn das Fluid mit einer turbulenten Strömung an der Grenzfläche vorüber fließt.
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Die
US 2009 183 857 A beschreibt einen Turbulator für ein Wärmetauscherrohr. Aus
US 6,196,307 61 ,
US 2005/0024830 A1 ,
US 2005/0083655 A1 und
US 2010/0139904 A1 sind Elektronikmodule bekannt, wobei die
US 6,196,307 B1 und die
US 2005/0024830 A1 Elektronikmodule mit Luftströmungen erzeugenden Lüfter offenbaren.
DE 10 2015 212 71 A1 offenbart einen Kühlkörper mit einstückig an Kühlrippen angeformten, Verwirbelungen erzeugenden Abschnitten. Aus
GB 2 419 463 A ,
WO 2013/163 398 A1 und
US 2009/0321 045 A1 sind lasergesinterte Kühlkörper bekannt.
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Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung ein verbessertes Elektronikmodul und ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines Elektronikmoduls gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Es wird ein Elektronikmodul mit folgenden Merkmalen vorgestellt:
zumindest einem Leistungshalbleiter, der wärmeleitend mit einem einstückig lasergesinterten Kühlkörper verbunden ist; und
einem beweglich in einem lasergesinterten Kühlkanal des Kühlkörpers angeordneten, in einem Prozess mit dem Kühlkörper lasergesinterten Verwirbelungskörper.
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Leistungshalbleiter sind temperaturkritisch, da die anfallende Verlustleistung ungekühlt zu so hohen Temperaturen führen kann, dass das Halbleitermaterial des Leistungshalbleiters irreversibel geschädigt werden kann. Daher ist eine bestmögliche Kühlung des Leistungshalbleiters erforderlich. Eine gut wärmeleitende Verbindung kann beispielsweise durch einen Wärmeleitkleber erreicht werden. Unter Lasersintern kann hier additive Manufacturing verstanden werden. Durch selektives Lasersintern können nahezu beliebige, strömungsoptimierte und wärmewiderstandsoptimierte Kühlkörper hergestellt werden. Beim Lasersintern werden einzelne Partikel eines pulverförmig vorliegenden Materials mittels eines Laserstrahls erhitzt, bis die Partikel sich auf atomarer Ebene miteinander verbinden. Bauteile werden dabei schichtweise aufgebaut. Sintern kann bei Temperaturen unterhalb des Schmelzpunkts des Materials erfolgen. Das Material kann auch soweit erwärmt werden, bis die Partikel schmelzflüssig sind. Dann kann das Herstellungsverfahren als selektives Laserschmelzen bezeichnet werden. Durch das Lasersintern können Körper mit integrierten Hohlräumen hergestellt werden. Das ungesinterte Pulver aus einem Hohlraum wird nach dem Sinterprozess entfernt. Der zumindest eine Kühlkanal kann als ein solcher Hohlraum hergestellt worden sein. Zwischen dem Verwirbelungskörper und dem Kühlkörper kann ein geringer Spalt bestehen. Der Spalt kann durch eine Restmenge an ungesintertem Material hergestellt werden.
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Der Kühlkörper kann aus einem Metallmaterial lasergesintert sein. Der Leistungshalbleiter kann auf den Kühlkörper gelötet sein. Eine besonders gute Kühlung kann durch ein Verringern von Wärmeübergangswiderständen erreicht werden. Dazu kann der Leistungshalbleiter beispielsweise auf einen Kühlkörper aus einem Material mit einem geringen Wärmewiderstand gelötet werden. Das Material kann beispielsweise Kupfer oder Aluminium sein.
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Der Leistungshalbleiter kann ein IGBT sein. Über einen IGBT können hohe Leistungen geschaltet werden. Der IGBT kann besonders wärmeempfindlich sein.
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Eine lasergesinterte Welle des Verwirbelungskörpers kann drehbar in dem Kühlkanal gelagert sein. Alternativ kann der Verwirbelungskörper drehbar auf einer in dem Kühlkanal angeordneten lasergesinterten Achse gelagert sein. Lagerstellen können dreidimensional ausgeformt sein.
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Der Verwirbelungskörper kann gelocht sein. Durch eine Lochung können zusätzliche Verwirbelungen des Kühlmediums erzeugt werden. Die Löcher können beim Lasersintern ausgelassen werden.
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Der Verwirbelungskörper kann unregelmäßig geformt sein. Beispielsweise kann ein drehbarer Verwirbelungskörper eine unregelmäßige Teilung aufweisen. Durch die Unregelmäßigkeit können Schwingungen und/oder Resonanzen verhindert werden. Durch die unregelmäßige Form können so Geräusche verhindert werden.
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Der Verwirbelungskörper kann propellerförmig ausgebildet sein. Alternativ kann der Verwirbelungskörper paddelförmig ausgebildet sein. Ein Propeller kann von der Strömung des Kühlmediums zu einer Rotation angeregt werden. Die Propellerblätter erzeugen dabei Verwirbelungen im Kühlmedium, die eine laminare Strömung in eine turbulente Strömung kippen lassen können. Ein paddelförmiger Verwirbelungskörper kann durch die Strömung des Kühlmediums zu Schwingungen angeregt werden, die ebenfalls Verwirbelungen im Kühlmedium erzeugen können, die die laminare Strömung ebenfalls in eine turbulente Strömung kippen lassen können.
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Der Verwirbelungskörper kann aus einem Kunststoffmaterial lasergesintert sein. Der Verwirbelungskörper kann aus weniger gut wärmeleitendem Material sein, da der Verwirbelungskörper nicht direkt am Wärmeübergang beteiligt ist.
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Das Elektronikmodul kann zumindest einen weiteren beweglich in dem Kühlkanal angeordneten, in einem Prozess mit dem Kühlkörper lasergesinterten Verwirbelungskörper aufweisen. Durch mehrere hintereinander im Kühlmedium angeordnete Verwirbelungskörper kann die Strömung über eine längere Strecke turbulent gehalten werden.
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Weiterhin wird ein Verfahren zum Herstellen eines Elektronikmoduls gemäß dem hier vorgestellten Ansatz vorgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Bereitstellen eines Leistungshalbleiters und eines einstückig lasergesinterten Kühlkörpers mit zumindest einem Kühlkanal, in dem ein in einem Prozess mit dem Kühlkörper lasergesinterter Verwirbelungskörper angeordnet ist; und
Verbinden des Leistungshalbleiters mit dem Kühlkörper.
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Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine Darstellung eines konventionellen Elektronikmoduls;
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2 eine Darstellung eines Elektronikmoduls mit einer Pin-Fin-Struktur;
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3 eine Darstellung eines Elektronikmoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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4 eine Darstellung eines propellerförmigen Verwirbelungskörpers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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5 eine Darstellung eines paddelförmigen Verwirbelungskörpers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
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6 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Elektronikmoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine Darstellung eines konventionellen Elektronikmoduls 100. Das Elektronikmodul 100 weist einen Leistungshalbleiter 102 und eine Bodenplatte 104 auf. Auf einer dem Leistungshalbleiter 102 gegenüberliegenden Seite der Bodenplatte 104 ist ein Kühlkanal 106 für ein Kühlmedium 108 ausgebildet. Die Bodenplatte 104 bildet eine Seite des Kühlkanals 106 aus. Das Kühlmedium 108 fließt durch den Kühlkanal 106.
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Am Leistungshalbleiter 102 fällt im Betrieb Verlustleistung in Form von Wärme 110 an, die abgeführt werden soll. Die Bodenplatte 104 ist aus einem wärmeleitenden Material, beispielsweise Kupfer ausgeführt. Der Leistungshalbleiter 102 ist auf die Bodenplatte 104 gelötet und damit wärmeleitend verbunden. Die Wärme 110 durchdringt die Bodenplatte 104 und geht an einer Kontaktfläche 112 zwischen der Bodenplatte 104 und dem Kühlmedium 108 in das Kühlmedium 108 über.
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Das Kühlmedium 108 fließt mit einer laminaren Strömung 114 durch den Kühlkanal 106. Dabei ist eine Fließgeschwindigkeit des Kühlmediums 108 der Mitte des Kühlkanals 106 am größten und nimmt zu den Rändern des Kühlkanals 106 stetig ab. Im Bereich der Kontaktfläche 112 bildet sich aufgrund der laminaren Strömung 114 eine Grenzschicht 116 mit einer geringen Fließgeschwindigkeit aus. Zusätzlich wird das Kühlmedium 108 durch die laminare Strömung 114 quer zur Fließrichtung nur gering durchmischt. Beide Effekte führen dazu, dass das Kühlmedium 108 die Wärme 110 im Wesentlichen nur im Bereich der Grenzschicht 116 aufnimmt.
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Für die Kühlung beziehungsweise Entwärmung von wärmeerzeugenden Komponenten 102 sind Vorrichtungen 100 erforderlich, die die Wärme 110 in ein Medium 108 überführen, abtransportieren und dann an die Umgebung abgeben.
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Als Vorrichtung 100 zum Überführen der Wärme 110 in ein Kühlmedium 108 können verschiedene Arten von Wärmetauschern 104 eingesetzt werden. Im Bereich der Entwärmung von Leistungshalbleitern 102 können flüssigkeitsgekühlte Entwärmungskonzepte verfolgt werden, bei denen die Wärme 110 durch ein gut wärmeleitendes Material 104, wie beispielsweise Kupfer zur Wärmeübergangsfläche 112 geleitet wird. Diese Übergangsfläche 112 wird von einem relativ kalten Kühlmedium 108 angespült, sodass es zu einem Wärmeaustausch kommt. Als Kühlmedium 108 wird meist Wasser in Verbindung mit einem geeigneten Frostschutzmittel, wie beispielsweise Glykol verwendet.
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Zum Führen des Wasser-Glykol-Gemischs 108 können offene beziehungsweise mehrteilige Kühlkanäle 106 verwendet werden, um die Leistungshalbleiter 102 beziehungsweise Module, in denen sich die Leistungshalbleiter befinden austauschen zu können und Kühlkörper 104 mit guten Übergangseigenschaften einsetzen zu können.
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Die Verlustleistung des Leistungsmoduls 102 beziehungsweise IGBTs 102 erhitzt den IGBT 102, der die Wärme 110 möglichst schnell und effizient abgeben soll. Dazu ist er durch Lot- und Keramikschichten auf eine Kühlplatte 104 aufgebracht. Die Kühlplatte 104 besteht meist aus gut wärmeleitendem Material, beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium und hat direkten Kontakt zum Kühlmedium 108. Anhand von Pfeilen ist die Strömungsrichtung dargestellt.
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In 1 ist eine rein laminare Strömung 114 mit flacher Grenzfläche 112 ohne Strukturen dargestellt. Durch eine flach ausgeführte Bodenplatte 104 ohne jegliche Turbulatoren findet an der Grenzfläche 112 zwischen Wasser 108 und Kupferplatte 104 eine laminare Strömung 114 des Kühlmediums 108 statt. Sobald das Kühlmedium 108 nahezu die Temperatur der Kupferplatte 104 erreicht hat, kann es keine weitere Wärmemenge mehr aufnehmen. Kühlmittel 108, dass sich weiter unten, hier in negativer z-Richtung befindet, kann jedoch durchaus noch eine tiefere Temperatur aufweisen.
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2 zeigt eine Darstellung eines Elektronikmoduls 100 mit einer Pin-Fin-Struktur 200. Das Elektronikmodul 100 entspricht im Wesentlichen dem Elektronikmodul in 1. Zusätzlich dazu ist im Bereich des Kühlkanals 106 die Pin-Fin-Struktur 200 auf der Bodenplatte 104 angeordnet. Die Pin-Fin-Struktur 200 weist Fortsätze 202 aus wärmeleitendem Material auf, die in den Kühlkanal 106 hineinragen. Die Pin-Fin-Struktur 200 kann auch eine eigene Grundplatte aufweisen, die mit der Bodenplatte 104 wärmeleitend verbunden ist.
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Das Kühlmedium 108 umströmt die Pin-Fin-Struktur 200. Durch die Pin-Fin-Struktur 200 ist die Kontaktfläche 112 vergrößert. Die Wärme 110 wird in den Fortsätzen 202 der Pin-Fin-Struktur 200 in Richtung der Strömungsmitte transportiert, sodass die Wärme 110 von einem größeren Anteil des Kühlmediums 108 aufgenommen und abtransportiert wird. Dabei sinkt jedoch die Temperatur Fortsätze 202 mit zunehmender Entfernung von der Bodenplatte 104, sodass mit zunehmender Entfernung von der Bodenplatte 104 aufgrund des abnehmenden Temperaturgradienten zwischen den Fortsätzen 202 und dem Kühlmedium 108 immer weniger Wärme 110 an das Kühlmedium 108 abgegeben wird.
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Durch die Pin-Fin-Struktur 200 ist ein Strömungswiderstand des Kühlkanals 106 erhöht. Ab einer gewissen Strömungsgeschwindigkeit wird die Strömung im Bereich der Pin-Fin-Struktur 200 deshalb turbulent. Durch die turbulente Strömung wird ein Wärmeübergang zwischen der Kontaktfläche 112 und dem Kühlmedium 108 verbessert. Die Pin-Fin-Struktur 200 behindert jedoch die Durchmischung des Kühlmediums 108 quer zur Strömungsrichtung.
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Die Kühlkörper 104 können feststehende Strukturen 202 aufweisen, die in das Kühlmedium 108 hineinragen und so einerseits die Grenzfläche 112 genügend groß zu gestalten und andererseits die Strömung turbulent zu gestalten. Derartige Strukturen 202 können als sogenannte Pin-Fin-Strukturen 200 ausgeführt sein, wobei Stifte 202 aus Kupfer in das Kühlmedium 108 ragen. Diese Struktur 200 ist starr und bedarf eines zweiteiligen Aufbaus des Kühlkanals 106 und Kühlkörpers 104, da diese Struktur 200 sonst nicht gefertigt werden kann. Der Kühlkanal 106 und der Kühlkörper 104 werden mittels Verbindungstechnik verschlossen und abgedichtet. Entweder geschieht dies mit einer Gummi-Dichtung oder auch beispielsweise durch die Verwendung von Schweißtechniken, wie Rührreibschweißen.
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In 2 ist eine laminare Strömung mit einer Pin-Fin-Struktur 200 als ins Kühlmedium 108 reinragende Struktur 202 dargestellt. Durch die Verwendung von statischen Elementen 202, wie aus der Kupferplatte 104 herausstehende Kupferpins 202, wird eine Verwirbelung des Kühlmittelstroms 108 hervorgerufen. Die Wärme 110 kann durch die Pins 202 weiter in das Kühlmittel 108 eindringen und die stehenden Pins 202 verursachen gleichzeitig eine Verwirbelung des Stroms in y-Richtung. Die im Kühlmedium 108 stehenden Elemente 202 können auch diverse andere geometrische Formen einnehmen, wie beispielsweise Flächen, Stege oder Flügelprofile.
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Zum Gewährleisten einer turbulenten Strömung sind feststehende strömungsbeeinflussende Elemente 202 in den Kühlkanal 106 eingebracht, die eine partielle Verwirbelung hervorrufen.
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3 zeigt eine Darstellung eines Elektronikmoduls 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Elektronikmodul 100 entspricht im Wesentlichen dem Elektronikmodul in 1. Im Gegensatz dazu ist der Leistungshalbleiter 102 hier auf einem lasergesinterten Kühlkörper 300 angeordnet und mit diesem wärmeleitend verbunden. Weiterhin ist der Kühlkanal 106 als Aussparung in dem einstückig lasergesinterten Kühlkörper 300 ausgeführt. In dem Kühlkanal 106 ist ein im selben Sinterprozess wie der Kühlkörper 300 hergestellter Verwirbelungskörper 302 angeordnet. Die laminare Strömung 114 trifft auf den Verwirbelungskörper 302 und versetzt diesen in Bewegung. Die Bewegung bewirkt einen Umschlag der laminaren Strömung 114 in eine turbulente Strömung 304. Durch die turbulente Strömung 304 wird die Grenzschicht 116 an der Kontaktfläche 112 minimal und ein Wärmeübergang zwischen der Kontaktfläche 112 und dem Kühlmedium 108 wird verbessert. Durch die unbehinderte Durchmischung des Kühlmediums 108 quer zur Strömungsrichtung wird kontinuierlich kühleres Kühlmittel 108 aus der Strömungsmitte an die Kontaktfläche 112 geführt, während angewärmtes Kühlmittel 108 von der Kontaktfläche 112 weggeführt wird. Der im Wesentlichen unobstruierte Kühlkanal 106 weist einen geringen Strömungswiderstand auf.
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Mit anderen Worten ist in 3 ein integrierter Turbulator 302 zum Gewährleisten einer turbulenten Anströmung 304 für einen verbesserten Wärmeübergang dargestellt.
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Bei dem hier vorgestellten Ansatz wird in einer einteiligen Vorrichtung 300 zum Entwärmen von Leistungshalbleitern 102 zumindest ein integrierter beweglicher Turbulator 302 verwendet. Der bewegliche Turbulator 302 wird unter Verwendung der Additive Manufacturing Technologie direkt in den Kühlkörper 300 integriert und ruft durch eine strömungstechnisch hervorgerufene Bewegung eine Turbulenz 304 hervor, sodass die Grenzflächen 112 stets turbulent angeströmt werden. Durch das additive Manufacturing lässt sich demnach eine Funktion integrieren, die herkömmlich nicht herstellbar wäre.
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Beim Entwärmen besteht die Herausforderung, die Wärme 110 an die Grenzflächen 112 zu leiten, die von zwei Medien, also Metall und Kühlmedium 108, berührt werden und die Wärme 110 so in das Kühlmedium 108 beziehungsweise das Wasser-Glykol Gemisch 108 zu überführen. Um die Wärmeabgabe an das flüssige Kühlmedium 108 möglichst optimal zu gestalten, wird anstatt einer laminaren Anströmung 114 eine turbulente Anströmung 304 der erwärmten Fläche 112 angestrebt. Idealerweise sollte weiterhin ein Austausch von Kühlmedium 108 in vertikaler Richtung erzielt werden, um stets kühles Kühlwasser 108 an die Grenzfläche 112 strömen zu lassen.
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In 3 ist eine turbulente Strömung 304 mit integriertem beispielhaften beweglichen Propeller 302 als Turbulator 302 dargestellt. Durch das Einbringen eines beweglichen Turbulator-Elements 302 wird eine Verwirbelung im Kühlkanal 106 hervorgerufen, die stets kaltes Kühlmittel 108 an die Grenzfläche 112 transportiert. Die Verwirbelung findet in z-Richtung statt.
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4 zeigt eine Darstellung eines propellerförmigen Verwirbelungskörpers 302 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Verwirbelungskörper 302 ist in zwei Ansichten dargestellt. Der Verwirbelungskörper 302 ist wie in 3 in dem Kühlkanal 106 angeordnet. Zusätzlich ist hier eine Haltestruktur 400 des Verwirbelungskörpers 302 dargestellt. Die Haltestruktur 400 ist einstückig mit dem Kühlkörper verbunden und im selben Sinterprozess, wie der Verwirbelungskörper 302 und der Kühlkörper lasergesintert worden. Der Verwirbelungskörper 302 ist hier propellerförmig ausgebildet. Der Verwirbelungskörper 302 weist vier radial zu einer Propellernabe ausgerichtete Propellerflügel auf. Die Propellerflügel sind um einen Anstellwinkel zu der Strömungsrichtung angestellt. Die Haltestruktur 400 weist Streben 402 und eine Rotationsachse 404 auf. Die Streben 402 sind in zwei Ebenen beiderseits des Verwirbelungskörpers 302 quer zu dem Kühlkanal 106 angeordnet und bilden je ein Kreuz. Die Rotationsachse 404 verläuft zwischen den Schnittpunkten der Streben 402. Die Rotationsachse 404 ist im Wesentlichen auf einer Mittelachse des Kühlkanals 106 axial zu dem Kühlkanal 106 ausgerichtet. Der Verwirbelungskörper 302 ist drehbar um die Rotationsachse 404 herum angeordnet. Dazu weist die Propellernabe ein Durchgangsloch auf, in dem sich die Rotationsachse 404 befindet.
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In einem Ausführungsbeispiel weist die Haltestruktur 400 die Streben 402 und zwei Lagerstellen 406 für eine Propellerwelle 408 des Verwirbelungskörpers 302 auf. Die Lagerstellen 406 sind in den zwei Ebenen beiderseits des Verwirbelungskörpers 302 an den Kreuzungspunkten der Streben 402 angeordnet. Die Lagerstellen 406 können beispielsweise als Durchgangslöcher oder Sacklöcher für Wellenstummel der Propellerwelle 408 ausgeführt sein.
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In 4 ist beispielhaft ein Propeller 302 dargestellt, der im Kühlkanal 106 an Haltestäben 402 angebracht ist. Unter Verwendung des Additive Manufacturing-Verfahrens beziehungsweise 3D-Druck von Metall, kann der Kühlkanal 106 einteilig gefertigt werden. Aufwendige zwei oder mehrteilige miteinander zu verschraubende Gehäuseteile können eingespart werden. Durch dieses Verfahren ist demnach eine zusätzliche Funktionsintegration möglich.
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Der Kühlkanal 106 kann einteilig ausgeführt werden, wobei das bewegliche Teil 302 bereits beim Herstellen integriert wird. Das zumindest eine bewegliche Teil 302 wird direkt in einen Kühlkreislauf eingebracht, sodass eine turbulente Anströmung der wärmeabgebenden Fläche gewährleistet wird. Die bewegliche Teile 302 können aus metallischem Werkstoff und aus Kunststoff gefertigt sein.
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In einem Ausführungsbeispiel ist zumindest ein propellerartiges Bauteil 302 in den Kühlkanal 106 eingebracht. Das bewegliche Teil 302 ist an Haltestreben 402 befestigt. Der interne Propeller 302 wird dann durch die Strömung bewegt und sorgt so für eine turbulente Anströmung.
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Durch Kaskadierung mehrerer eingebrachter Propeller 302 in diversen Ausführungsformen, beispielsweise gelöchert oder unregelmäßig, können mehrere strömungsoptimierte Varianten aufgebaut werden.
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5 zeigt eine Darstellung eines paddelförmigen Verwirbelungskörpers 302 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Verwirbelungskörper 302 ist in drei Ansichten dargestellt. Der Verwirbelungskörper 302 ist wie in 4 zentral in dem Kühlkanal 106 angeordnet. Die Haltestruktur 400 weist wie in 4 Streben 402 auf. Im Gegensatz zur Darstellung in 4 sind die Streben hier in einer Ebene in Strömungsrichtung stromaufwärts des Verwirbelungskörpers 302 angeordnet. Die Streben 402 sind wie in 4 kreuzförmig quer zu dem Kühlkanal 106 angeordnet. Der Verwirbelungskörper 302 ist an einem Kreuzungspunkt der Streben 402 mit den Streben 402 schwingungsfähig verbunden.
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Der Verwirbelungskörper 302 ist hier als biberschwanzförmig abgeplatteter Schwingkörper ausgebildet. Der Verwirbelungskörper 302 ist an seinem stromaufwärts gelegenen Ende mit der Haltestruktur 400 verbunden. Wenn der Verwirbelungskörper 302 von dem Kühlmedium umströmt wird, bilden sich an den gegenüberliegenden abgeflachten Seiten des Verwirbelungskörpers 302 gegenläufige Wirbel aus, die den Verwirbelungskörper 302 dazu anregen hin und her zu schwingen beziehungsweise zu flattern, was wiederum die Wirbelbildung verstärkt. Die Wirbel lösen sich an der Abströmkante von dem Verwirbelungskörper 302 ab und führen zu einer Durchmischung des Kühlmittels quer zu der Strömungsrichtung.
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In einem Ausführungsbeispiel ist zumindest ein bewegliches Element 302 in dem Kühlkanal 106 eingedruckt, das sich in dem Flüssigkeitsstrom in der Art eines künstlichen Angelköders 302 bewegt. Dieser ist ebenfalls durch Haltestege 402 im Kühlkanal 106 gehalten und verwirbelt durch die Anströmung im Kanal 106 das Kühlmittel.
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Durch Anordnen zumindest zweier hintereinander angebrachter Verwirbelungskörper 302 können weitere Verwirbelungen hervorgerufen werden.
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6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 600 zum Herstellen eines Elektronikmoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren weist einen Schritt 602 des Bereitstellens und einen Schritt 604 des Verbindens auf. Im Schritt 602 des Bereitstellens werden ein Leistungshalbleiter und ein einstückig lasergesinterter Kühlkörper mit zumindest einem Kühlkanal bereitgestellt. In dem Kühlkanal ist ein in einem Prozess mit dem Kühlkörper lasergesinterter Verwirbelungskörper angeordnet. Im Schritt 604 des Verbindens wird der Leistungshalbleiter mit dem Kühlkörper wärmeleitend verbunden.
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Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
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Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder” Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Elektronikmodul
- 102
- Leistungshalbleiter
- 104
- Bodenplatte
- 106
- Kühlkanal
- 108
- Kühlmedium
- 110
- Wärme
- 112
- Kontaktfläche
- 114
- laminare Strömung
- 116
- Grenzschicht
- 200
- Pin-Fin-Struktur
- 202
- Fortsatz
- 300
- Kühlkörper
- 302
- Verwirbelungskörper
- 304
- turbulente Strömung
- 400
- Haltestruktur
- 402
- Strebe
- 404
- Rotationsachse
- 406
- Lagerstelle
- 408
- Propellerwelle
- 600
- Verfahren zum Herstellen
- 602
- Schritt des Bereitstellens
- 604
- Schritt des Verbindens
